KR101619944B1 - 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법 - Google Patents

동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법에 관한 것이다. 오염 토양에 양극부와 음극부를 이격되게 설치하고, 상기 양극부와 상기 음극부에 전원을 인가하여 양쪽 전극부 사이에서 발생되는 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법은, 오염 토양에 세정제로서 EDTA 또는 시트르산을 주입하는 단계; 상기 양극부와 상기 음극부에 전원을 인가하는 단계; 주기적으로 상기 양극부와 상기 음극부의 전극을 변환하는 단계; 를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 중금속의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법을 제공할 수 있다.

Description

동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법 {Method for remediating contaminated soils by electrokinetic technology}
본 발명은 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법에 관한 것이다.
다양한 산업 활동의 증가와 끊임없는 개발로 인하여 지구가 날로 오염되고 있으며 환경보전의 문제가 큰 관심사로 부각되고 있다. 환경오염 중 토양오염은 수질오염이나 대기오염과는 달리 땅속에 숨어 있어서 쉽게 발견되지 않으며 그 피해가 오랜 시간이 지난 후에 나타나는 것이기에 사회적인 인식이 낮고 기술적 자립도도 낮은 실정이다.
현재 우리나라는 토양오염의 원인 물질들 중 21개 물질을 규제대상으로 규정하고 있으며, 그 중 카드뮴, 구리, 비소, 납, 아연, 니켈, 6가 크롬, 수은, 불소 등 9개 항목을 중금속으로 규제하고 있어, 토양오염에 중금속 규제 규정의 비중이 크다고 할 수 있다.
중금속으로 오염된 토양에 대한 복원기술로는 토양 세척법(soil washing), 토양 세정법(soil flushing), 식물 정화(phytormediation), 동전기 정화(electrokinetic remediation) 등의 다양한 방법들이 있다.
중금속오염토양 정화방법에 있어서 굴착하여 정화할 수 있는 현장에서는 토양 세척법(soil washing)을 많이 사용하고 있으나, 점토질의 경우엔 폐슬러지가 많이 발생하여 경제성이 떨어지고 2차 폐기물 발생이 있어서 입자가 작은 세립질 토양에는 적절하지 않은 것으로 보고되고 있다. 반면, 세립질 토양에 흡착된 이온성 오염물질 제거를 위한 방법으로는 동전기 기술(Electrokinetic remediation: EK)이 각광을 받고 있다.
동전기 정화기술은 토양 내에 전극을 설치하고 전류를 흐르게 하여 전기적, 화학적, 수리학적 전도현상을 유발시켜 토양 내의 유체가 이동함으로써 오염물이 제거되는 방법으로 공급된 전기장에 의한 복합효과(coupling effect)에 의하여 토양 및 지하수로부터 오염물질을 제거할 수 있다.
지반에서의 이러한 복합효과는 세립토에서 다양한 현상을 일으키는데, 토립자의 전기적 특성으로 인해 흙-물-전해질 또는 -계면 활성제 시스템에서 전기삼투(electroosmosis), 흐름포텐셜(streaming potential), 전기영동(electrophoresis), 침강포텐셜(sediment potential), 이온이동(ionic migration), 전기분해(electrolysis)의 동전기 현상이 발생된다.
전기삼투와 전기영동에서는 외부에서 전기장이 가해지며, 흐름 포텐셜과 침전 포텐셜에서는 표면에 관계된 흐름이 전기장을 유발한다. 한편 전기삼투와 흐름포텐셜은 고정된 고체상태에 적용되고, 전기영동과 침전 포텐셜은 이동이 자유로운 슬러리 상에 적용된다. 이온이동은 외부에서 전류가 가해졌을 때 극성을 따라 이동하면서 발생한다.
동전기 정화 기술의 세립질 중금속 오염 토양에 대한 기술 적용은 연구적 단계에서 그 효율성이 인정되고 있으나, 현장 적용 면에서 그 적용 기술의 안정성은 아직은 많이 미흡한 단계이다.
대한민국 등록특허 제10-0767339호
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 중금속 오염 토양에 동전기를 적용하여 중금속의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법을 제공하고자 함에 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 오염 토양에 양극부와 음극부를 이격되게 설치하고, 상기 양극부와 상기 음극부에 전원을 인가하여 양쪽 전극부 사이에서 발생되는 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법은, 오염 토양에 세정제로서 EDTA 또는 시트르산을 주입하는 단계; 상기 양극부와 상기 음극부에 전원을 인가하는 단계; 주기적으로 상기 양극부와 상기 음극부의 전극을 변환하는 단계; 를 포함한다.
또한, 오염 토양의 함수율을 측정하는 단계; 상기 측정된 함수율에 따라 오염 토양의 상부에 설치된 물 분사 수단에 의해 오염 토양에 물을 공급하는 단계: 를 더 포함하고, 상기 물 분사 수단은 오염 토양에 삽입되어 세워지는 지지기둥들 사이에 연결된다.
또한, 상기 물 분사 수단의 하부 그리고 오염 토양의 위에는 상기 지지기둥들 사이에 연결되는 물 분배 수단이 위치하고, 상기 물 분배 수단은, 균일한 간격으로 이격 배치되는 콘 형상부와, 상기 콘 형상부의 하부와 유체 연통되는 제1 유로를 갖는 제1 분배부; 상기 제1 유로와 유체 연통되도록 연결되는 제2 분배부; 를 포함하고, 상기 제2 분배부는 상기 제1 유로의 하부 중앙으로 연장되는 제2 유로와, 상기 제2 유로의 일 측에 위치하고 상기 제2 유로로부터 점점 멀어지도록 하향으로 경사지게 연장되는 제3 유로와, 상기 제2 유로의 타 측에 위치하고 상기 제2 유로로부터 점점 멀어지도록 하향으로 경사지게 연장되는 제4 유로를 포함한다.
또한, 상기 물 분사 수단에 의해 오염 토양에 물을 공급하는 단계에서는, 바이브레이터에 의해 상기 물 분배 수단으로 진동이 전달된다.
또한, 오염 토양에는 상기 물 분배 수단이 복수 개 위치하고, 인접하는 상기 물 분배 수단은 서로 연결되어 하나의 바이브레이터로부터 복수의 상기 물 분배 수단으로 진동이 전달될 수 있다.
본 발명에 따르면, 중금속 오염 토양에 동전기를 적용하면서 물 분사 수단과 물 분배 수단에 의해 오염 토양의 함수율을 효율적으로 관리함으로써 중금속의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동전기 실험 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정 전극 챔버와 변환 전극 챔버의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실험에서 EDTA와 시트르산의 농도에 따른 구리와 아연의 제거효율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실험에서 전극봉으로 백금, 스테인리스, 흑연을 사용할 때 전극으로부터의 거리에 따른 pH를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험에서 전극봉으로 백금, 스테인리스, 흑연을 사용하고 세정제와 동전기를 함께 사용하였을 때 중금속의 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실험에서 세정제로 시트르산을 공급할 때 고정 전극과 변환 전극의 시간에 따른 아연의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실험에서 세정제로 EDTA를 공급할 때 고정 전극과 변환 전극의 시간에 따른 아연의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
본 발명에서는 동전기 적용 시 발생하는 중금속 축적 현상을 해소하기 위해 전극변환을 통하여 토양 공극 내 용액의 극성을 교체 해줌으로서 음극주변에서 발생하는 염기전선을 방지하고자 하였다.
이를 위해 일정시간 동안 양쪽 전극에 양극과 음극을 교차하여 공급하는 전극변환형 동전기 기술을 적용하여 오염토양 내 중금속의 제거효율을 살펴보았다.
동전기 적용 시 세정제로 시트르산(citric acid)과 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)를 이용하였다. 전극봉으로는 스테인리스, 백금 및 흑연을 사용하여 그 결과를 비교하였다. 가일차반응식을 이용하여 전극을 고정한 상태에서 동전기를 적용했을 때와 전극을 변환하면서 동전기를 적용하였을 때 중금속 제거효율을 비교 검토하였다.
토양은 구리 또는 아연으로 오염된 토양을 사용하였으며 현장 적용성을 확보하기 위한 실험에서는 아연으로 오염된 실제 현장 토양을 이용하여 실험하였다.
실험에 사용된 현장 토양은 눈금간격 10 메쉬를 통과하여 체거름된 토양 일정량을 채취하였으며, 중금속이 토양 내 고르게 분포될 수 있도록 충분히 교반하면서 토양을 혼합하였다.
본 실험에서는 EDTA와 시트르산을 중금속오염 토양 세정제로 선정하였으며, EDTA(Duksan Pure Chemical)의 경우 0.001, 0.005, 0.01, 0.03, 그리고 0.05M의 농도로 제조하였으며 시트르산(Kanto Chemical)의 경우 0.005, 0.01, 0.03, 0.05, 그리고 0.1 M로 제조하여 토양 공극을 포화할 수 있도록 공급하였다.
토양 시료에 포함되어 있는 중금속의 초기 농도를 알아보기 위하여 함량실험을 하였으며, 시료 내 총 중금속 함량은 Chlopecka et al.(1996)과 Ure(1990)이 제시한 방법(HF/HClO4/HNO3 분해법)을 이용하였다. 분해가 완료된 시료 내 중금속의 농도는 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP : Inductively Coupled Plasma, Model No. : HP-4500, Hewllet Packard Co.)를 이용하여 분석하였다. 이외의 실험은 토양공정시험법에 준하여 실험하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동전기 실험 장치를 도시하는 도면이다. 동전기 실험 장치는 너비 5 cm, 높이 3 cm, 길이 12 cm의 규격을 가지며 양쪽 수조 내 전극의 간격은 10 mm로 하였다.
실험에 사용된 전극은 흑연, 백금, 또는 스테인레스 전극(4, 5)을 사용하였다. 또한 여과지와 아크릴 망으로 구성된 스크린(3)을 설치하였고 여과지는 이온성 물질의 투과를 원활히 하도록 하고 오염 토양(1) 등 입자상 물질은 수조 내 유입을 막기 위하여 사용되었으며, 아크릴 망은 여과지를 지지하는 역할을 한다.
동전기 반응장치의 운전은 양쪽 수조에 EDTA, 시트르산 또는 증류수의 용액을 채운 후 전원(2)에 의한 동전기 공급과 더불어 주기적으로 세정제를 주입하였으며, 최종반응 시간(72시간) 이후 오염 토양(1)을 5개의 섹션으로 자른 후 각 섹션에 대하여 토양의 pH와 중금속 구리와 아연의 잔류량을 분석하였다(Jee et al., 2006).
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정 전극 챔버와 변환 전극 챔버의 구성을 도시하는 도면이다. 전극변환 실험은 도 1에 나타난 형식을 유지하면서 너비 0.5 m ×길이 1.0 m ×높이 1.2 m의 반응조가 되도록 2개조로 나누어 2개의 독립된 공간으로 제작하여 실험하였다. 전극봉은 반응조 안에 높이 1.1 m PVC 유공관 내 70 cm 간격으로 2개씩 고정하여 스테인레스로 제작한 전극봉을 장착하였다.
두 개의 반응조 중 1개의 반응조에는 양극과 음극을 24시간 간격으로 전극변환을 하여 실험하였으며, 다른 한쪽의 반응기에서는 비교 실험을 위해 양극과 음극을 고정하여 정전압을 걸어주었다. 전력 공급은 정전압 1.43 volts/cm(100 V)로 공급하였고, 시료는 24시간 마다 양쪽 전극의 거리를 4등분하여 3지점에서 채취하였다.
토양세척법은 오염된 토양을 세정제로 정화하는 방법으로 기존의 많은 연구들이 선행되어 그 결과를 발표한 바 있다. Lee et al.(1993)과 Amrate et al.(2005)과 Hanay et al.(2009)에 의하면, 중금속의 용출에 EDTA가 탁월한 효과가 있다고 하였고, Kang(1994)는 4가지 저분자 유기산(acetic acid, citric acid, oxalic acid, succinic acid)을 사용하여 실험 한 결과 시트르산은 납의 용출에 적합하며 (Yang & Lin, 1998), 옥살산과와 석신산은 구리와 아연의 용출에 적합하다고 하였으며, Cheong et al.(1997)은 납과 구리의 용출에는 시트르산, 아연의 경우에는 옥살산이 적합하다고 보고 한바 있다. 본 실험에서는 EDTA와 저분자 유기산중 시트르산을 세정제로 선정하고 그 처리 효율을 비교하여 보았다.
오염된 토양의 초기 구리농도는 76,450 mg/Kg이며, EDTA 0.001 M에서는 1.75%, 0.005 M에서는 1.92%, 0.01 M에서 4.18%, 0.03 M에서 6.70%의 제거효율을 보였으며, 0.05 M에서 약 7.5%의 제거효율을 나타내었다.
또한 각각의 EDTA 농도에서 반응이 시작되고 30분 이내에 모든 EDTA 농도에서 중금속의 용출이 완료되어 탈착 평형량을 나타내었다. 아연에 오염된 토양의 초기농도는 56,015 mg/Kg이며, EDTA 0.001M에서는 0.33%, 0.005M 에서는 0.70%, 0.01 M에서 1.78%, 0.03M에서 5.54%, 0.05 M에서 12.10%의 제거 효율을 보이고 있다. 이러한 결과는 EDTA의 세정효과에 있어서 아연이 구리 보다 더 민감하다는 것을 나타낸다.
시트르산을 사용한 경우 구리 오염 토양의 경우 0.005 M에서 0.9%, 0.01 M에서 1.53%, 0.03M에서 2.73%, 0.05M에서 4.66%, 0.1M에서 7.03%로 나타났다.
아연 오염 토양의 경우 0.005 M일 때 2.51%, 0.01 M일 때 4.41%, 0.03 M일 때 8.12%, 0.05 M일 때 10.17%, 0.1 M일 때 16.19%의 제거율을 나타내었다. 시트르산의 경우에서도 아연의 제거효율이 구리의 제거효율보다 좋은 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 실험에서 EDTA와 시트르산의 농도에 따른 구리와 아연의 제거효율을 나타내는 그래프이다. 상기 그래프에서 세정제의 종류에 상관없이 구리보다 아연의 제거효율이 높은 것으로 나타났으며 세정제의 농도에 비례하여 중금속 제거량은 비례하였다. 구리의 경우 세정제로서 EDTA를 사용하였을 때 용출능이 높다는 것도 확인할 수 있었다.
토양 내에 전극을 삽입하고 직류전원을 연결하면 전자는 전원의 음극으로부터 양극으로 흐른다. 이때 음극에서는 용액에 전자를 주고 양극에서는 용액으로부터 전자를 얻어서 전극 바로 주위에서 물은 이온화되어 전기분해가 일어난다. 따라서 양극에서는 물의 산화가 일어나고 음극에서는 물의 환원이 일어나므로, 양극에서는 산소기체와 수소이온이 방출되고, 음극에서는 수소기체와 수산화 이온이 방출되어, 양극에서는 산전선(acid front)이 생성되고 음극에서는 염기전선(base front)이 형성된다(Kim et al., 2001; Rajic et al., 2012).
도 4는 본 발명의 실험에서 전극봉으로 백금, 스텐레스, 흑연을 사용할 때 전극으로부터의 거리에 따른 pH를 나타내는 그래프이다. 본 실험에서는 전극봉으로 백금, 스테인리스, 흑연 전극을 사용하여 포화된 토양에 9 V의 전압으로 전류를 흘려 준 후, 반응기 내 한쪽 전극에서 1, 3, 5, 7, 9 cm 떨어진 지점에서 72시간 후 pH를 측정하였다. 도 4에 나타난 바와 같이 전극 종류에 따른 각 시료채취 지점에서 pH 차이는 미미하였으나, 양극에서 음극 쪽으로 감에 따라 산성에서 염기성으로 변화하는 양상이 토양에 동전기를 공급하였을 때 보여지는 전형적인 pH 변화양상을 나타내었다.
구리 오염 토양에 0.05 M EDTA를 주입하고 전극에 전원을 공급하였을 때, 구리의 제거효율은 백금, 스테인리스, 그리고 흑연 전극에서 각각 31.51%, 35.25%, 그리고 29.85%로 분석되었다.
아연 오염 토양의 경우, 같은 조건에서 아연의 제거율은 백금, 스테인리스, 그리고 흑연 전극에서 각각 68.7%, 69.91%, 63.44%로 분석되었다. 각 전극별 제거효율의 차이가 극명하게 드러나지 않지만, 스테인리스 전극을 사용하였을 때 가장 좋은 제거 효율을 보이고 있다.
같은 토양에 0.1 M 시트르산을 주입하고 전극에 전원을 공급하였을 때 구리의 제거효율은 백금, 스테인리스, 그리고 흑연 전극에서 각각 32.91%, 28.52%, 그리고 32.73%로 분석되었다. 아연의 제거 효율은 백금, 스테인리스, 그리고 흑연 전극에서 각각 67.09%, 71.48%, 그리고 67.27%로 분석되었다.
전극에 전원을 공급하지 않고 EDTA와 시트르산을 세정액으로 사용하였을 때, 토양 내 구리의 제거 효율은 각각 약 7.48%, 7.03%이였음을 상기할 때, 세정액과 전원을 공급한 동전기 반응에서 나타난 30% 내외의 제거 효율은 동전기 기술의 사용으로 인한 제거효율의 상승작용을 잘 나타낸다.
또한, 동전기를 공급하지 않은 상태에서 EDTA나 시트르산을 이용한 아연의 제거 효율이 약 12~16%로 나타났었으나, 동전기와 세정액이 사용되었을 때 60% 이상의 제거효율을 보이고 있어 아연의 경우도 구리와 마찬가지로 동전기에 의한 제거효율의 상승을 명확히 확인할 수 있었다. 본 실험에서 상대적으로 좋은 효율을 보인 전극은 스테인리스 전극이였으나 그 차이가 매우 미미하였다.
도 5는 본 발명의 실험에서 전극봉으로 백금, 스테인리스, 흑연을 사용하고 세정제와 동전기를 함께 사용하였을 때 중금속의 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
결론적으로 동전기와 세정제를 이용한 중금속 오염토양의 정화에 있어서 아연이 구리 오염 토양보다 처리하기 수월하며, 세정제의 종류나(본 실험의 경우 EDTA 또는 시트르산) 전극의 종류에 따라서 두드러진 차이점이 나타나지 않았다. 이는 전극의 전도율이 백금, 스테인리스, 그리고 흑연 순으로 낮아짐을 고려할 때 백금 전극의 경우 제거 효율이 높을 것으로 기대되었으나, 전극별 제거율의 차이가 미미한 것은 토양의 매질의 불균질성에 의한 것으로 판단되었다.
전극변환형 동전기 처리방법의 아연오염 토양 처리 효율을 비교하기 위해 ㅅ식 (1)에 나타낸 바와 같이 처리 결과를 가일차반응식으로 해석하였다.
C = CO*e- kt 식 (1)
식 (1)의 양변에 대수를 취하고 정리하면 식 (2)와 같다.
lnC = lnCO-kt 식 (2)
여기서, C는 t 시간 후 아연의 농도(mg/Kg)이고, CO는 아연의 초기 농도(mg/Kg)이고, k는 가일차반응속도 상수(hr-1)이고, t는 시간(hr)이다.
도 6은 본 발명의 실험에서 세정제로 시트르산을 공급할 때 고정 전극과 변환 전극의 시간에 따른 아연의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
세정제로는 0.05 M의 시트르산을 공급하고 스테인리스 재질로 된 전극봉을 사용하여 전극변환 동전기 실험을 실시하였다. 비교 실험을 위하여 두 개의 반응조를 준비한 후 100 V 전압으로 전극을 변환시킨 조건과 전극을 고정한 조건에서 각각 실험하였다. 토양에서 아연 농도의 변화는 양극, 양극과 음극 사이, 음극의 인근 세 지점에서 시간대 별로 시료를 채취하여 평균하였다.
전극 변환을 적용하였을 때 아연의 농도 변화를 살펴보면 가일차반응의 반응속도 상수(k)는 0.132/day로 나타났고, 전극을 고정하였을 때 속도상수는 0.087/day로 나타나, 시트르산과 변환 전극을 적용하였을 때 아연의 제거 속도가 고정 전극을 사용하였을 때보다 약 50% 개선되는 것으로 나타났다.
도 7은 본 발명의 실험에서 세정제로 EDTA를 공급할 때 고정 전극과 변환 전극의 시간에 따른 아연의 농도 변화를 나타내는 그래프이다. 본 실험에서는 세정제로서 시트르산 대신 0.05 M의 EDTA를 공급하고, 같은 조건에서 아연의 제거 효율을 살펴보았다.
변환 전극을 적용하였을 때 가일차반응의 반응속도 상수(k)는 0.314/day로 나타났고, 전극을 고정하였을 때 속도 상수는 0.271/day로 나타나, 시트르산과 전극변환을 적용하였을 때 아연의 제거 속도가 고정 전극을 적용하였을 때보다 약 16% 개선되는 것으로 나타났다.
결론적으로 아연이 오염된 토양처리에 동전기를 적용함에 있어서 제거 속도는 세정제로 시트르산을 공급하였을 때보다 EDTA를 공급하였을 때 보다 효과적인 것으로 나타났다. 또한, 전극을 고정하는 것보다 전극변환형 동전기 공법을 세정제(본 실험의 경우 시트르산 또는 EDTA)와 같이 활용하는 것이 처리 효율을 약 16~50% 개선할 수 있는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 전극변환을 통해서 효과적인 중금속 제거가 가능하다는 것을 보여주었으며, 이는 상술한 바와 같이 일정시간 간격으로 토양 공극 내 용액의 pH를 교체해줌으로써 음극 주변의 염기전선을 방지하는 효과를 냈고, 이로 인해 아연의 극성이 유지되어 침전하는 현상 없이 토양으로부터 제거할 수 있었던 것으로 생각된다.
실시예
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예는 오염 토양(1)에 양극부(110)와 음극부(120)를 이격되게 설치하고, 양극부(110)와 음극부(120)에 전원을 인가하여 양쪽 전극부 사이에서 발생되는 동전기를 이용하여 오염 토양(1)을 정화한다.
이를 위해, 먼저 오염 토양(1)에 세정제로서 EDTA 또는 시트르산을 주입한다. 양극부(110)와 음극부(120)에 전원을 인가하기 전에 오염 토양(1)에 세정제를 주입함으로써 중금속의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
다음에, 양극부(110)와 음극부(120)에 전원을 인가한다.
다음에, 주기적으로 양극부(110)와 음극부(120)의 전극을 변환한다. 예를 들어, 양극부(110)와 음극부(120)의 전극 변환은 24시간 주기로 이루어질 수 있다. 상술한 바와 같이, 일정시간 간격으로 전극 변환을 함으로써 토양 공극 내 용액의 pH를 교체해줌으로써 음극 주변의 염기전선을 방지하고, 이로 인해 중금속의 극성이 유지되어 침전하는 현상 없이 토양으로부터 제거할 수 있게 된다.
오염 토양(1)이 일정한 양의 수분을 함유하게 함으로써 오염 토양(1) 내에 있는 오염 이온들이 녹아 해리된 상태로 존재하게 할 수 있다. 이 상태에서 양극부(110)와 음극부(120)에 전원을 인가하면 양이온은 음극으로 이동하고 음이온은 양극으로 이동하여 오염 이온들을 제거할 수 있다.
이를 위해, 오염 토양(1)의 함수율을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 오염 토양(1)의 함수율을 측정하는 단계는 양극부(110)와 음극부(120)에 전원을 인가하는 단계나, 주기적으로 양극부(110)와 음극부(120)의 전극을 변환하는 단계 사이에 포함될 수 있다. 오염 토양(1)의 함수율은 물 분사 수단(140)과 연결된 함수율 측정부(145)에 의해 측정될 수 있다.
다음에, 측정된 함수율에 따라 오염 토양(1)의 상부에 설치된 물 분사 수단(140)에 의해 오염 토양(1)에 물을 공급하여 적정 함수율을 유지한다. 적정 함수율은 반복 실험을 통해 중금속의 제거에 가장 효율적인 함수율 범위를 찾을 수 있다.
오염 토양(1)에 물을 공급하기 위해 오염 토양(1)에는 지지기둥(130)이 삽입되어 세워질 수 있다. 물 분사 수단(140)은 이러한 지지기둥(130) 사이에 연결될 수 있다. 물 분사 수단(140)에서 물분사구는 다수 개가 이격되어 설치되는 것이 바람직하다.
물 분사 수단(140)의 하부에는 물 분배 수단(150, 160)이 위치될 수 있다. 물 분배 수단(150, 160)은 오염 토양(1)의 위에 덮여져 물 분사 수단(140)으로부터 분사되는 물을 오염 토양(1) 위에 균일하게 분배하는 역할을 한다. 오염 토양(1)의 함수율을 일정하게 유지하기 위해서는 물 분사 수단(140)으로부터 분사되는 물이 오염 토양(1)에 골고루 분배되는 것이 중요하다.
물 분배 수단(150, 160)은 지지기둥(130) 사이에 연결될 수 있다. 물 분배 수단(150, 160)은 제1 분배부(150)와 제2 분배부(160)로 이루어질 수 있다. 제1 분배부(150)와 제2 분배부(160)는 라인(ℓ)에 의해 구분된다.
제1 분배부(150)는 균일한 간격으로 이격 배치되는 콘 형상부(151)와, 이러한 콘 형상부(151)의 하부와 유체 연통되는 제1 유로(152)를 갖는다. 제1 유로(152) 하부의 부분[제2 분배부(160) 포함]은 오염 토양(1) 속에 위치되는 것이 바람직하다.
제2 분배부(160)는 제1 유로(152)와 유체 연통되도록 제1 분배부(150)와 연결된다. 제2 분배부(160)는 제1 분배부(150)에 삽입식으로 끼워질 수 있다. 제2 분배부(160)는 제1 유로(152)의 하부 중앙으로 연장되는 제2 유로(161)와, 이러한 제2 유로(161)의 양쪽으로 연장되는 제3 유로(162) 및 제4 유로(165)를 포함한다. 제3 유로(162)는 제2 유로(161)의 일 측에 위치하고 제2 유로(161)로부터 점점 멀어지도록 하향으로 경사지게 연장된다. 제4 유로(165)는 제2 유로(161)의 타 측에 위치하고 제2 유로(161)로부터 점점 멀어지도록 하향으로 경사지게 연장된다.
제1 분지 유로(163)와 제2 분지 유로(164)는 제3 유로(162)와 연결되어 제3 유로(162)로부터 분지될 수 있다. 제1 분지 유로(163)와 제2 분지 유로(164)는 제2 유로(161)로부터 점점 멀어지도록 하향으로 경사지게 연장될 수 있다. 제1 분지 유로(163)와 제2 분지 유로(164)는 하부로 갈수록 서로로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다.
제3 분지 유로(166)와 제4 분지 유로(167)는 제4 유로(165)와 연결되어 제4 유로(165)로부터 분지될 수 있다. 제3 분지 유로(166)와 제4 분지 유로(167)는 제2 유로(161)로부터 점점 멀어지도록 하향으로 경사지게 연장될 수 있다. 제3 분지 유로(166)와 제4 분지 유로(167)는 하부로 갈수록 서로로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다.
오염 토양(1)에는 물 분배 수단(150, 160)이 복수 개 위치할 수 있다. 이는 오염 토양(1)의 넓이에 따라 필요한 수만큼의 단위 물 분배 수단(150, 160)을 위치시킬 수 있도록 하기 위함이다. 물 분배 수단(150, 160)은 지지기둥(130)에 연결되고, 인접하는 지지기둥(130)들끼리는 연결부재(135)에 의해 견고하게 연결될 수 있다. 그에 따라, 인접하는 물 분배 수단(150, 160)들끼리도 지지기둥(130)을 통해 서로 연결된 상태가 된다.
물 분사 수단(140)에 의해 오염 토양에 물을 공급하는 단계에서는, 바이브레이터(170)에 의해 물 분배 수단(150, 160)으로 진동이 전달되도록 할 수 있다. 물 분배 수단(150, 160)은 상술한 바와 같이 지지기둥(130)을 통해 서로 연결되어 하나의 바이브레이터(170)로부터 복수의 물 분배 수단(150, 160)으로 진동이 전달되도록 할 수 있다. 물 분배 수단(150, 160)에 전달되는 진동은 물이 분배되는 유로의 위치를 조금씩 변화시켜 오염 토양(1) 내부로 물이 균일하게 분배되게 한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 물 분사 수단(140)과 물 분배 수단(150, 160)에 의해 오염 토양(1)으로 물이 균일하게 분배될 수 있어 오염 토양(1)의 함수율을 일정하게 유지시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
1 : 오염 토양
110 : 양극부
120 : 음극부
130 : 지지기둥
135 : 연결부재
140 : 물 분사 수단
150 : 제1 분배부
151 : 제1 유로
160 : 제2 분배부
161 : 제2 유로
162 : 제3 유로
163 : 제1 분지 유로
164 : 제2 분지 유로
165 : 제4 유로
166 : 제3 분지 유로
167 : 제4 분지 유로
170 : 바이브레이터

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 오염 토양에 양극부와 음극부를 이격되게 설치하고, 상기 양극부와 상기 음극부에 전원을 인가하여 양쪽 전극부 사이에서 발생되는 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법에 있어서,
    오염 토양에 세정제로서 EDTA 또는 시트르산을 주입하는 단계;
    오염 토양의 함수율을 측정하는 단계;
    상기 측정된 함수율에 따라 오염 토양의 상부에 설치된 물 분사 수단에 의해 오염 토양에 물을 공급하는 단계:
    상기 양극부와 상기 음극부에 전원을 인가하는 단계;
    주기적으로 상기 양극부와 상기 음극부의 전극을 변환하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 물 분사 수단은 오염 토양에 삽입되어 세워지는 지지기둥들 사이에 연결되고,
    상기 물 분사 수단의 하부 그리고 오염 토양의 위에는 상기 지지기둥들 사이에 연결되는 물 분배 수단이 위치하고,
    상기 물 분배 수단은,
    균일한 간격으로 이격 배치되는 콘 형상부와, 상기 콘 형상부의 하부와 유체 연통되는 제1 유로를 갖는 제1 분배부;
    상기 제1 유로와 유체 연통되도록 연결되는 제2 분배부;
    를 포함하고,
    상기 제2 분배부는 상기 제1 유로의 하부 중앙으로 연장되는 제2 유로와, 상기 제2 유로의 일 측에 위치하고 상기 제2 유로로부터 점점 멀어지도록 하향으로 경사지게 연장되는 제3 유로와, 상기 제2 유로의 타 측에 위치하고 상기 제2 유로로부터 점점 멀어지도록 하향으로 경사지게 연장되는 제4 유로를 포함하는 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 물 분사 수단에 의해 오염 토양에 물을 공급하는 단계에서는, 바이브레이터에 의해 상기 물 분배 수단으로 진동이 전달되는 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    오염 토양에는 상기 물 분배 수단이 복수 개 위치하고, 인접하는 상기 물 분배 수단은 서로 연결되어 하나의 바이브레이터로부터 복수의 상기 물 분배 수단으로 진동이 전달될 수 있는 동전기를 이용한 오염 토양의 정화 방법.
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