KR101274548B1 - 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법 그리고 이를 위한 장치 - Google Patents
광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법 그리고 이를 위한 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 광미 내에 포함되어 있는 비소를 효과적으로 추출함과 함께 간단한 공정을 통해 광미를 복원할 수 있는 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법 그리고 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법은 산 수용액과 알칼리 수용액에 각각 비소가 포함된 광미-토양을 혼합하는 단계와, <광미-토양이 혼합된 산 수용액> 및 <광미-토양이 혼합된 알칼리 수용액>을 각각 교반하여 비소를 용출시키는 단계와, <광미-토양이 혼합된 산 수용액> 및 <광미-토양이 혼합된 알칼리 수용액>을 고액분리하여 각각 산처리 광미-토양과 산 수용액, 알칼리처리 광미-토양과 알칼리 수용액으로 분리하는 단계 및 상기 산처리 광미-토양과, 알칼리처리 광미-토양을 혼합하여 광미-토양을 중화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 광미 및 토양(이하, 광미-토양이라 함) 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법 그리고 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광미-토양 내에 포함되어 있는 비소를 효과적으로 추출함과 함께 간단한 공정을 통해 광미-토양을 복원할 수 있는 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법 그리고 이를 위한 장치에 관한 것이다.
국내의 휴폐금속광산은 광해방지시설이 설치된 일부 광산을 제외하고 대부분은 적절한 정화조치 없이 방치되고 있으며, 적치된 광미는 비소, 카드뮴, 구리, 납, 수은 등이 다량으로 함유되어 있어 문제가 되고 있다. 이들 중금속은 분해가 되지 않아 잔존되며, 그 독성이 강우에 의한 유수나 바람에 의한 비산 등 다양한 경로를 통해 주변 토양 및 수계 등 넓은 범위의 지역을 오염시키는 원인으로 작용한다. 이로 인한 농경지에서의 높은 중금속 오염 현상이 국내에서 확인된 바 있다.
특히, 비소는 자연적으로 분해되는 시간이 길고 독성이 강해 인간에게 호흡장애, 혈관장애, 간출혈, 피부암 및 사망까지 이르게 하는 유해한 물질로 분류되고 있어 이를 효과적으로 처리하기 위한 대책이 절실히 요구되고 있다.
또한, 지난 2009년 10월 대한민국 토양오염공정시험기준이 전부 개정(환경부고시 제2009-255호)됨으로 인해, 1N 염산을 이용하여 용출하였던 비소 측정법이 왕소를 이용한 중금속 함량 추출방법으로 개정되어 중금속 토양오염물질 규제기준(환경부령 제333호, 2009.6.25)을 충족시키기 위한 처리방법이 필요하다.
비소로 오염된 광미나 토양을 처리하기 위한 방법으로는 고형-안정화 방법(immobilization), 세척-세정법(extraction-separation), 전기분해 방법, 가열처리 방법 등이 있다. 한국공개특허 제1997-65687호 <오염토양 중 유해중금속의 안정화 처리방법>, 한국공개특허 제2000-63333호 <오염토양 및 광미 중의 비소와 철의 불용화 처리방법>, 특히 한국공개특허 제2004-76468호 <비소 오염 토양 및 지하수의 현장복원을 위한 비소흡착제 및 이를 충진제로 포함하는 투수성 반응벽체>, 한국공개특허 제2008-101145호 <오염토양 차단층 및 이를 이용한 기능성 다층객토 복원공법> 등에서 광미나 토양에서의 비소 처리 방법들이 제시되고 있다.
하지만, 종래의 일반적으로 사용되었던 고형-안정화 방법은 오염 이동 가능성을 최소화하는 방법으로서 강우나 자연적 요소로 인해 중금속이 재용출될 가능성이 있어 장기적인 측면으로는 문제가 될 수 있으며, 토양공정시험법 상 토양 내에서 용출될 수 있는 비소의 농도가 제사하는 기준치를 초과하게 되어 부적합하다. 전기분해 방법의 경우, 광범위한 지역에 적용하기에는 어려움이 있으며 과다한 처리비용이 뒤따른다. 또한, 가열처리 방법은 비화수소와 같은 인체에 해로운 비소 화합물을 배출할 가능성이 있다.
한편, 세척-세정법은 광미에 세척제를 사용하여 입자에 축적된 중금속 오염물을 용해시켜 분리하여 정화시키는 방법으로 비소를 비롯한 중금속을 원천적으로 제거할 수 있게 하며, 오염물의 부피를 감소시켜 경제성이 우수하고 처리비용이 절감되는 장점을 갖고 있다.
이와 같은 비소로 오염된 토양이나 광미를 세정하는 기술은 한국등록특허 제206685호 <비소 오염 토양 및 폐기물로부터 비소의 제거 방법>, 한국등록특허 제572999호 <토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법>, 한국등록특허 제716330호 <오염토의 정화 방법>, 한국공개특허 제2006-3161호 <비소 오염 토양의 복원방법>, 한국공개특허 제2006-3168호 <비소 및 납으로 오염된 토양의 복원방법>, 한국공개특허 제2006-78779호 <중금속 오염 토양의 세척 방법> 등과 같은 문헌에 기재되어 있다.
그러나, 종래의 세척 공정을 통한 광미 및 토양 처리 방법은 비소를 추출함에 초점이 맞추어져 있어 광미 및 토양 복원에 대한 공정 정립이 미흡하다. 또한, 광미 및 토양을 복원함에 있어서 높은 중금속 함량을 나타내고 있어 사용처 및 지역 주민으로부터 외면되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 광미-토양 내에 포함되어 있는 비소를 효과적으로 추출함과 함께 간단한 공정을 통해 광미-토양을 복원할 수 있는 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법 그리고 이를 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법은 산 수용액과 알칼리 수용액에 각각 비소가 포함된 광미-토양을 혼합하는 단계와, <광미-토양이 혼합된 산 수용액> 및 <광미-토양이 혼합된 알칼리 수용액>을 각각 교반하여 비소를 용출시키는 단계와, <광미-토양이 혼합된 산 수용액> 및 <광미-토양이 혼합된 알칼리 수용액>을 고액분리하여 각각 산처리 광미-토양과 산 수용액, 알칼리처리 광미-토양과 알칼리 수용액으로 분리하는 단계 및 상기 산처리 광미-토양과, 알칼리처리 광미-토양을 혼합하여 광미-토양을 중화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 <광미-토양과 산 수용액의 혼합비> 또는 상기 <광미-토양과 알칼리 수용액의 혼합비>는 동일하며, 상기 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양은 1:1로 혼합될 수 있다.
본 발명에 따른 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원장치는 비소가 포함된 광미-토양과, 산 수용액을 혼합하여 광미 내의 비소를 용출시키는 제 1 혼합수단과, 광미-토양과 알칼리 수용액을 혼합하여 광미-토양 내의 비소를 용출시키는 제 2 혼합수단과, 제 1 혼합수단의 수용액 또는 제 2 혼합수단의 수용액을 고액분리하여, 상기 제 1 혼합수단의 <광미-토양이 혼합된 산 수용액>은 산처리 광미-토양과 산 수용액으로 고액분리하고, 상기 제 2 혼합수단의 <광미-토양과 혼합된 알칼리 수용액>은 알칼리처리 광미-토양과 알칼리 수용액으로 고액분리하는 고액분리수단 및 상기 고액분리수단에 의해 분리된 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양을 혼합하여 광미-토양을 중화시키는 중화수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법 그리고 이를 위한 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
산 수용액과 알칼리 수용액을 광미-토양 내에 포함되어 있는 비소를 용이하게 용출시킬 수 있으며, 중화처리를 위한 별도의 약품 없이 산처리 광미와 알칼리처리 광미-토양을 혼합시킴으로써 광미-토양을 간단하게 복원할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 액체폐기물의 중화에 따른 비소농도를 나타낸 그래프.
도 2는 액체폐기물의 중화에 따른 비소농도를 나타낸 그래프.
본 발명은 광미 및 토양(이하, 광미-토양이라 함) 내에 포함되어 있는 비소를 제거하고 광미-토양을 친환경 상태로 복원함에 있어서, 비소가 산과 알칼리 양쪽 상태에서 모두 추출 가능한 특성을 이용하여 산 수용액과 알칼리 수용액을 통해 각각 비소를 추출하고, 산 처리된 광미-토양과 알칼리 처리된 광미-토양을 혼합하여 중화시킴으로써 광미-토양을 복원함에 그 특징이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법 및 이를 위한 장치를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 산 수용액과 알칼리 수용액을 각각 준비한다(S101). 상기 산 수용액과 알칼리 수용액의 농도는 동일하게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 산 수용액에 사용되는 산은 무기산 또는 유기산을 이용할 수 있으며, 무기산으로는 염산(HCl), 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 과염소산(HClO4) 유기산으로는 수산(oxalic acid), 구연산(citric acid), 주석산(tartaric acid) 등이 이용될 수 있다. 알칼리 수용액에 사용되는 알칼리로는 수산화나트륨(NaOH) 등이 이용될 수 있다. 참고로, 상기 산 수용액과 알칼리 수용액은 별도의 공급수단을 통해 공급될 수 있다.
그런 다음, 광미-토양을 산 수용액과 알칼리 수용액에 각각 혼합하여(S101) 광미-토양 내에 포함되어 있는 비소를 용출시킨다(S102). 비소는 다른 2가 중금속과는 달리 산과 알칼리 상태에서 모두 추출이 가능하며, 본 발명은 이와 같은 특성을 이용하여 산 수용액 및 알칼리 수용액을 이용하여 각각 비소를 용출시킴을 특징으로 한다. 광미-토양과 산 수용액의 혼합비 또는 광미-토양과 알칼리 수용액의 혼합비는 1 : 30∼50으로 유지하는 것이 바람직하다. 광미-토양과 수용액의 혼합비가 1 : 30 이하인 경우, 비소 용출량이 적으며, 1 : 50 이상인 경우에는 비소 용출량의 변화가 크지 않다. 이 때, <광미-토양과 산 수용액의 혼합비>와 <광미-토양과 알칼리 수용액의 혼합비>는 후술하는 중화 공정시 균일한 중화 효과를 얻기 위해 동일하게 설정하는 것이 바람직하다.
광미-토양을 산 수용액과 알칼리 수용액에 각각 혼합한 후, 진탕기 등의 혼합장치에서 6시간 이상 반응시키며, 비소 추출을 극대화하기 위해 연속 세척하는 것이 바람직하다.
비소 추출 공정이 완료되면, 광미-토양 및 비소가 포함된 산 수용액, 알칼리 수용액을 각각 고액분리한다(S103). 상기 고액분리를 통해 상기 산 수용액, 알칼리 수용액은 각각 액체 성분과 고체 성분으로 분리되는데, 상기 고체 성분은 비소가 추출된 광미-토양이며 상기 액체 성분은 비소가 용출되어 있는 산 수용액, 알칼리 수용액을 일컫는다. 참고로, 상기 고액분리는 소정의 고액분리장치 내에서 진행될 수 있다.
상기 고액분리 공정이 완료된 상태에서, 중화 공정을 진행한다(S104). 상기 고액분리 공정에 의해 분리된 광미-토양은 산 수용액에 의해 처리된 광미-토양(이하, '산처리 광미-토양'라 함)과 알칼리 수용액에 의해 처리된 광미-토양(이하, '알칼리처리 광미-토양'라 함)으로 구분되는데, 상기 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양은 서로 대칭되는 pH 값(즉, 산처리 광미-토양은 강산성, 알칼리처리 광미-토양은 강알칼리)을 갖기 때문에 상기 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양을 혼합하게 되면 중화가 된다. 이와 같이, 별도의 약품 처리를 적용하지 않고 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양을 단순히 혼합하는 것만을 통해 중화를 이룰 수 있어 공정의 간결화 및 경제성을 확보할 수 있게 된다. 참고로, 상기 중화 공정은 소정의 광미 중화장치 내에서 진행될 수 있다.
한편, 상기 고액분리를 통해 분리된 액체폐기물 즉, <비소가 용출되어 있는 산 수용액> 및 <비소가 용출되어 있는 알칼리 수용액> 역시 두 용액을 혼합하여 중화시킬 수 있으며, 두 용액의 혼합에 의해 비소를 응집시켜 걸러낼 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 광미-토양 내의 비소 추출, 및 광미-토양 복원방법에 대한 실험예 및 그 결과를 설명하기로 한다.
<실험예 및 실험결과>
강원도 영월 상동에 위치한 상동광산의 광미-토양을 수집하여 10메쉬(<2.00mm)의 광미-토양을 이용하여 실험을 수행하였다. 참고로, 수집된 광미-토양의 비소 함유량은 130mg/kg이다. 0.3L의 5N 수산화나트륨과 0.3L의 5N 황산에 광미-토양을 각각 30:1로 혼합한 후, 상온 및 상압 하에서 6시간 이상 교반(120rpm)하여 비소를 추출하였다. 비소의 잔류농도가 토양환경보전법의 2지역 우려기준(50mg/kg)보다 낮도록 하기 위해 3회에 걸쳐 세척하였다. 이어, 광미-토양과 혼합된 수용액을 고속원심분리(3000rpm)를 이용하여 고액분리하였고, 분리된 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양을 혼합, 중화하여 광미-토양을 복원하였다.
아래 [표 1]은 상기 실험을 통해 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양을 혼합, 중화한 결과를 나타낸 것이다. [표 1]을 참고하면, 초기 광미-토양의 비소농도는 130mg/kg이며, 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양의 비소농도는 각각 19∼21mg/kg, 20∼23mg/kg이고, 중화된 광미-토양의 비소농도는 20∼25mg/kg로 나타내 토양환경보전법의 2지역 우려기준(50mg/kg)을 충족함을 알 수 있다. 또한, 중화된 광미-토양의 pH가 6.8∼7.0인 바 별도의 중화공정이 요구되지 않음을 확인할 수 있다.
| 초기 광미-토양 | NaOH 세척후 광미-토양 | H2SO4 세척후 광미-토양 | 중화된 광미-토양 | ||||||||||
| pH | 7.0∼7.3 | 0.1∼0.4 | 13.1∼13.2 | 6.8∼7.0 | |||||||||
| 비소농도 (mg/kg) |
130 | 19∼21 | 20∼23 | 20∼25 | |||||||||
한편, 고속원심분리에 의해 분리된 액체폐기물 즉, <비소가 용출되어 있는 산 수용액> 및 <비소가 용출되어 있는 알칼리 수용액>에 대해서 추가 실험을 진행하였다. <비소가 용출되어 있는 산 수용액>과 <비소가 용출되어 있는 알칼리 수용액>을 혼합하여 중화시켰으며 이를 통해 비소를 응집, 침전시켜 제거하였다. 구체적으로, <비소가 용출되어 있는 NaOH 수용액>(pH 13∼15)에 <비소가 용출되어 있는 H2SO4 수용액>을 혼합하여 액체폐기물을 중화시켰다.
도 2를 참고하면, 최초 액체폐기물의 비소농도가 45mg/L인데, pH 6.8∼7.1의 중성 상태로 액체폐기물이 중화되면 비소농도가 1.6∼2ppm으로 현격하게 감소됨을 확인할 수 있다.
Claims (7)
- 산 수용액과 알칼리 수용액에 각각 비소가 포함된 광미 및 토양(이하, 광미-토양이라 함)을 혼합하는 단계;
<광미-토양이 혼합된 산 수용액> 및 <광미-토양이 혼합된 알칼리 수용액>을 각각 교반하여 비소를 용출시키는 단계;
<광미-토양이 혼합된 산 수용액> 및 <광미-토양이 혼합된 알칼리 수용액>을 고액분리하여 각각 산처리 광미-토양과 산 수용액, 알칼리처리 광미-토양과 알칼리 수용액으로 분리하는 단계; 및
상기 산처리 광미-토양과, 알칼리처리 광미-토양을 혼합하여 광미-토양을 중화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 <광미-토양이 혼합된 산 수용액>의 혼합비와 상기 <광미-토양이 혼합된 알칼리 수용액>의 혼합비는 동일한 것을 특징으로 하는 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양은 1:1로 혼합되는 것을 특징으로 하는 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고액분리된 산 수용액과 알칼리 수용액을 혼합, 중화 시켜 비소를 침전, 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원방법.
- 비소가 포함된 광미 및 토양(이하, 광미-토양이라 함)과, 산 수용액을 혼합하여 광미 내의 비소를 용출시키는 제 1 혼합수단;
광미-토양과 알칼리 수용액을 혼합하여 광미-토양 내의 비소를 용출시키는 제 2 혼합수단;
제 1 혼합수단의 수용액 또는 제 2 혼합수단의 수용액을 고액분리하여, 상기 제 1 혼합수단의 <광미-토양이 혼합된 산 수용액>은 산처리 광미-토양과 산 수용액으로 고액분리하고, 상기 제 2 혼합수단의 <광미-토양과 혼합된 알칼리 수용액>은 알칼리처리 광미-토양과 알칼리 수용액으로 고액분리하는 고액분리수단; 및
상기 고액분리수단에 의해 분리된 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양을 혼합하여 광미-토양을 중화시키는 중화수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 <광미-토양이 혼합된 산 수용액>의 혼합비와 상기 <광미-토양이 혼합된 알칼리 수용액>의 혼합비는 동일한 것을 특징으로 하는 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 산처리 광미-토양과 알칼리처리 광미-토양은 1:1로 혼합되는 것을 특징으로 하는 광미-토양 내의 비소 추출 및 광미-토양 복원장치.
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