KR101937106B1 - 입도별 순차반응을 이용한 불소 오염토양 정화방법 및 정화시스템 - Google Patents

입도별 순차반응을 이용한 불소 오염토양 정화방법 및 정화시스템

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KR101937106B1
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(주)에스지알테크
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Abstract

본 발명은 불소로 오염된 토양을 정화하는 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 불소 오염토양 정화방법은 호퍼와 공급 컨베이어를 통해 불소 오염토를 공급하는 단계, 공급된 상기 불소 오염토를 습식 파쇄하여 이물질을 제거하는 단계, 이물질이 제거된 상기 불소 오염토로부터 입도가 2mm 이하인 오염토를 선별하는 단계, 선별된 불소 오염토에 염산과 물로 이루어진 세척수를 공급하여 입도에 따른 순차적인 반응으로 불소를 용출시켜 오염토를 정화하는 단계, 불소가 용출된 세척수에 수산화 칼슘을 혼합하여 생성된 불소 화합물을 제거하여 세척수를 정화하는 단계, 및 정화된 세척수를 오염토의 정화를 위해 환류 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

입도별 순차반응을 이용한 불소 오염토양 정화방법 및 정화시스템 {Remediation system and method of soil contaminated by fluorine using sequential reactions with a difference of particle size}
본 발명은 환경분야 중 토양을 정화하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불소로 오염된 토양을 정화하는 시스템과 그 방법에 관한 것이다.
환경에 대한 중요성이 대두 됨에 따라 대기, 수질오염과 더불어 토양오염에 대한 관심이 고조되고 있다. 토양오염은 지하수 수질을 오염시킬 뿐만 아니라 토양층의 특성상 유해물질을 장시간 방치하게 되어 결과적으로 인체 혹은 동식물에 피해를 주게 된다. 토양오염은 주로 공장이나 광산에서 배출되는 폐기물이나 농약 살포 등으로 인해 토양이 오염되는 바, 오염된 토양의 복원을 위하여 다양한 방법들이 연구 개발되고 있다.
토양을 정화하는 기술로 미생물에 의해 유해물질의 생분해를 촉진하는 생물학적 처리기술, 용매추출, 전기이동, 화학분해 및 흡착을 통해 유해물질을 제거하는 물리화학적 처리기술, 토양을 고온에 노출시켜 유해물질을 소각하거나 열분해하는 열적 처리기술 등이 현재 사용되고 있다.
대한민국 특허공개 제2018-0079227호의 "중금속 오염토양의 정화방법"에는 독립영양 미생물을 이용한 토양 정화기술이 개시되어 있고, 대한민국 특허공개 제2016-0129604호의 "원유오염 토양 정화시설 및 방법"에는 추출용매를 이용하는 토양 정화기술이 개시되어 있는데, 이와 같은 토양 정화기술은 주로 토양 내 카드뮴, 구리, 비소, 수은, 납과 같은 중금속이나 유류를 제거하는데 사용되고 있다.
한편, 에어컨 냉매, 반도체 세척제, 의약품이나 비료 또는 금속 제련의 원료로 불소 화합물이 사용됨에 따라, 이로부터 유출된 불소(fluoride)가 토양을 오염시키고 있는데, 토양 내 불소는 자연적으로 분해가 어려워 점진적으로 축적됨에 따라 토양 내 정화가 요구된다.
불소로 오염된 토양을 정화하는 기술로 특허등록 제10-0767339호의 "동전기를 이용한 불소 오염된 토양의 정화방법"과, 특허등록 제10-1096100호의 "2차원적 전극배열에 의해 향상된 동전기 기술을 이용한 불소오염토양의 정화방법 및 정화장치"가 개시되어 있는데, 이들 기술은 불소 오염토양에 전기를 가하여 전기이동에 의해 불소를 제거하고 있다. 이와 같은 정화방법은 전극, 전해질 등의 별도의 전기 공급수단이 필요하여 설치 및 관리 비용을 증가되는 문제가 있다.
또한, 불소 오염토양을 정화하는 다른 기술로 대한민국 특허공개 제2011-0069835호의 "불소 불용화제, 함유 불소의 용출을 저감시킨 석고 및 불소 오염 토양의 처리방법"은 별도의 불소 불용화제를 불소 오염토양에 첨가하여 토양으로부터 불소의 용출을 저감시키고 있다. 하지만, 상기 기술은 별도의 불용화제를 제조하여 오염토양에 혼합해야 하는 부담이 있고, 또한 토양에 불소가 여전히 잔존하는 문제가 있다.
특허문헌 1 : 대한민국 특허공개 제2018-0079227호(2018.07.10.공개) 특허문헌 2 : 대한민국 특허공개 제2016-0129604호(2016.11.09.공개) 특허문헌 3 : 대한민국 특허등록 제10-0767339호(2007.10.17.공고) 특허문헌 4 : 대한민국 특허등록 제10-1096100호(2012.12.22.공고) 특허문헌 5 : 대한민국 특허공개 제2011-0069835호(2011.06.23.공개)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 본 발명은 불소로 오염된 토양을 입도에 따라 순차적으로 불소를 제거하여 효율적으로 오염토양을 정화함과 동시에, 오염토양의 세척시 사용된 세척수를 함께 정화할 수 있는 불소 오염토양의 정화방법 및 정화시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 호퍼와 공급 컨베이어를 통해 불소 오염토를 공급하는 단계, 공급된 상기 불소 오염토를 습식 파쇄하여 이물질을 제거하는 단계, 이물질이 제거된 상기 불소 오염토로부터 입도가 2mm 이하인 오염토를 선별하는 단계, 선별된 불소 오염토에 염산과 물로 이루어진 세척수를 공급하여 입도에 따라 순차적으로 불소를 용출시켜 오염토를 정화하는 단계, 불소가 용출된 세척수에 수산화 칼슘을 혼합하여 생성된 불소 화합물을 제거하여 세척수를 정화하는 단계, 및 정화된 세척수를 오염토의 정화를 위해 환류 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소 오염토양 정화방법을 제시한다.
본 발명에 있어서, 상기 오염토를 정화하는 단계는 선별된 불소 오염토에 대해 진탕비가 1:3이고 Ph가 1.5인 세척수를 조성하는 단계, 조성된 상기 세척수와 선별된 불소 오염토를 15~20분 동안 180~220rpm 속도로 교반하여 입도가 2mm 이하인 오염토에서 불소를 제거하는 단계, 불소가 제거된 토사 중 입도가 0.075~2mm인 토사를 선별하여 배출하는 단계, 및 선별된 입도가 0.075mm 미만인 미세토사에 잔존하는 불소를 제거하여 정화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 미세토사를 정화하는 단계는, 미세토사와 세척수를 15~20분 동안 180~220rpm 속도로 1차 교반하고, 15~20분 동안 150~200rpm 속도로 2차 교반하여 교반하여 불소를 제거하는 단계, 불소가 용출된 미세토사 혼탁액에 응집제를 투여하여 1분 미만 동안 180~220rpm 속도로 고속 교반한 후, 15~20분 동안 50~70rpm 속도로 완속 교반하여 미세토사를 응집하는 단계, 및 응집된 미세토사를 침전시켜 탈수처리하여 배출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 세척수를 정화하는 단계는 불소가 용출된 세척수에 1.0 이상 5.0g/L 미만의 수산화 칼슘을 투여하여 5~10분 동안 반응시켜 불소 화합물을 응집하는 단계, 및 응집된 불소 화합물을 침전시켜 제거하여 세척수를 정화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 호퍼와 공급 컨베이어를 구비하여 불소 오염토가 공급되는 피딩기, 상기 피딩기로부터 공급된 불소 오염토을 습식 파쇄하여 이물질을 제거하는 습식 파쇄기, 상기 습식 파쇄기로부터 공급된 상기 불소 오염토 중 일정 입도 이하의 오염토를 선별하는 오염토 선별기, 상기 오염토 선별기로부터 선별된 불소 오염토에 염산과 물로 이루어진 세척수를 공급하여 오염토의 입도에 따라 순차적으로 불소를 용출시켜 오염토를 정화하는 오염토 정화장치, 및 오염토로부터 불소가 용출된 세척수에 수산화 칼슘을 혼합하여 생성된 불소 화합물을 제거하여 세척수를 정화하고, 정화된 세척수를 불소 오염토의 정화를 위해 상기 습식 파쇄기, 오염토 선별기 및 오염토 정화장치에 환류 공급하는 세척수 정화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소 오염토양 정화시스템을 함께 제시한다.
본 발명에 있어서, 상기 정화장치는 상기 불소 오염토에 세척수를 혼합 교반하여 불소를 용출시키는 제1반응조, 상기 제1반응조에 의해 불소가 용출된 토사를 입도별로 선별하여 입도 0.075~2mm인 토사를 배출하는 입도 선별장치, 상기 입도 선별장치에 의해 분리된 입도 0.075mm 미만인 미세 토사와 세척수를 혼합 교반하여 미세토사에 잔존하는 불소를 추가적으로 용출하여 제거하고, 미세토사를 응집하는 응집제가 투여되여 교반되는 제2반응조, 응집된 상기 미세토사가 침전되는 응집 침전조, 및 침전된 상기 미세토사를 탈수시켜 배출하고, 불소가 용출된 세척수를 상기 세척수 정화장치로 공급하는 탈수장치를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 제1반응조는 격벽에 의해 구획되어 인접하게 배열된 복수의 교반공간에 각각 교반 날개가 구비되며, 인접한 상기 격벽의 상단 및 하단에 교대로 이동구가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 세척수 정화장치는 불소가 용출된 세척수에 수산화 칼슘을 투여하여 불소 화합물을 응집하는 중화탱크, 세척수의 불소 화합물이 응집되어 침전되는 침전탱크, 상기 침전탱크에 분리 정화된 세척수를 저장하여 상기 습식 파쇄기, 오염토 선별기 및 오염토 정화장치에 환류 공급하는 공정수 탱크, 상기 침전탱크에 침전된 불소 화합물이 농축되는 슬러지 농축조, 및 농축된 불소 화합물 슬러지로부터 수분을 제거하여 폐기물로 배출하는 밸트 프레스를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 불소로 오염된 토양을 오염 농도가 차등되는 입도별로 분리하고 최적의 반응 조건에 따라 순차적으로 불소를 제거함으로써 불소로 오염된 토양을 효율적으로 정화할 수 있으며, 또한 오염토 세정시 사용한 세척수도 함께 정화함으로써 세정시 공정수로 재활용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 불소 오염토양 정화시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 정화시스템에서 오염된 토양을 정화하는 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 3은 도 1의 정화시스템에서 오염된 토양을 세척한 세척수를 정화하는 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 4는 세척수를 정화하는 세척수 정화장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 불소 오염토양 정화방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 불소 오염토의 입도에 따라 용출되는 불소농도를 측정한 그래프이다.
도 7은 불소 오염토에서 세척수의 진탕비, pH 및 사용되는 산의 종류에 따라 용출되는 불소농도를 측정한 그래프이다.
도 8은 오염토와 세척수의 교반속도에 따른 불소농도를 측정한 그래프이다.
도 9는 본불소 오염토를 세척한 세척수에서 첨가되는 수산화칼슘 투여량에 따른 불소농도를 측정한 그래프이다.
도 10은 도 9에서 수산화칼슘 투여량에 따른 세척수 상태를 촬영한 사진이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 불소 오염토양 정화시스템을 개략적으로 나타낸 구성도로, 도 1을 참조하면 본 발명의 정화시스템은 불소 오염토가 공급되는 피딩기(100), 피딩기(100)로부터 공급된 불소 오염토를 습식 파쇄하여 이물질을 제거하는 습식 파쇄기(200), 습식 파쇄기(200)로부터 공급된 불소 오염토 중 일정 입도 이하의 오염토를 선별하는 오염토 선별기(300), 오염토 선별기(300)로부터 선별된 불소 오염토에 염산과 물로 이루어진 세척수를 공급하여 오염토의 입도에 따른 순차적인 반응으로 불소를 용출시켜 오염토를 정화하는 오염토 정화장치(400), 오염토로부터 불소가 용출된 세척수에 수산화 칼슘을 혼합하여 생성된 불소 화합물을 제거하여 세척수를 정화하고, 정화된 공정수를 불소 오염토의 세정을 위해 환류 공급하는 세척수 정화장치(500)를 포함하여 구성된다.
피딩기(100)는 불순물이 혼합된 불소 오염토를 정량으로 습식 파쇄기(200)에 공급하기 위한 것으로, 불소 오염토가 투입되어 불순물이 제거되는 호퍼(110)와, 호퍼(110)의 하부에 설치되어 불순물이 제거된 불소 오염토를 습식 파쇄기(200)에 정량으로 이송하는 공급 컨베이어(120)를 구비한다. 호퍼(110)의 투입구에는 불소 오염토에 혼합되어 있는 불순물을 제거하도록 선별스크린이 구비되는데, 선별스크린에 의해 불소 오염토는 입도 200mm 이상의 돌 등의 불순물이 제거되고 공급 컨베이어(120)에 의해 습식 파쇄기(200)로 이송된다.
습식 파쇄기(200)는 피딩기(100)로부터 공급된 불소 오염토와 물을 혼합하고 불소 오염토의 흙덩어리를 파쇄하여 작은 크기로 분상화하는 것으로, 불소 오염토가 공급되고 배출되도록 형성된 공급구 및 배출구와, 공급구 및 배출구에 연결되는 내부공간에 회전하는 파쇄날이 구비되어 있다. 습식 파쇄기(200)의 공급구를 통해 내부공간으로 물과 함께 투입된 불소 오염토는 회전하는 파쇄날에 의해 파쇄되어 분상화된다. 분상화된 불소 오염토는 습식 파쇄기(200)의 배출구에 구비된 선별 스크린에 의해 입도 25mm 이상의 자갈 등의 불순물이 제거되고, 불순물이 제거된 불소 오염토는 오염토 선별기(300)로 이송된다. 한편, 습식 파쇄기(200)에 투입되는 물은 세척수 정화장치(500)에 의해 불소가 제거된 정화수가 환류되어 투입된다.
오염토 선별기(300)는 습식 파쇄기(200)로부터 이송된 불소 오염토에서 오염도가 낮은 입도 2mm을 초과하는 오염토를 제거하여 배출 컨베이어(310)를 통해 배출하고, 오염도가 높은 입도 2mm 이하 오염토만을 선별하는 것으로, 오염토 선별기(300)는 물이 분사되는 진동 스크린으로 이루어질 수 있다. 오염토 선별기(300)에 투입되는 물은 세척수 정화장치(500)에 의해 세척수로부터 불소가 제거된 공정수가 환류되어 투입되며, 불소 오염토의 입도에 따른 오염도에 대해서는 후술한다.
오염토 정화장치(400)는 오염토 선별기(300)로부터 선별된 입도 2mm 이하의 오염토에 함유된 불소를 제거하기 위한 것으로, 불소 오염토에 염산과 물로 이루어진 세척수를 공급하여 오염토의 입도에 따른 순차적인 반응으로 세척수에 불소를 용출시켜 오염토를 정화한다. 이를 위해 오염토 정화장치(400)는 제1반응조(410), 입도 선별장치(420), 제2반응조(430), 응집 침전조(440), 탈수장치(450)를 포함하여 구성된다.
제1반응조(410)는 불소 오염토에 염산과 물로 이루어진 세척수를 혼합 교반하여 불소를 용출시키는데, 제1반응조(410)는 도 1에 도시한 바와 같이 격벽(411)에 의해 구획되어 인접하게 배열된 복수의 교반공간(410a~410f)에 각각 교반날개(412)가 구비되며, 인접한 격벽(411)의 상단 및 하단에 교대로 이동구(411a)가 형성된다. 따라서, 제1반응조(410)의 일측단의 교반공간(410a)에 불소 오염토와 염산과 물이 공급되면 교반날개(412)에 의해 교반 혼합되고, 혼합액은 상, 하단에 형성된 격벽(411)의 이동구(411a)를 통해 인접한 교반공간(410b~410f)에 순차적으로 이동하면서 반응하여 불소 오염토로부터 불소가 용출된다. 복수의 교반공간(410a~410f)과 상단 및 하단에 교대로 형성된 측벽(411)에 의해 불소 오염토와 세척수가 활발하게 교란되어 불소가 효율적으로 용출된다. 또한, 불소를 효율적으로 용출하도록 제1반응조(410)의 세척수는 불소 오염토 중량에 대해 진탕비가 1:3이고 Ph가 1~1.5로 조성되어 60~65℃에서 15~20분 동안 180~220rpm 속도로 교반된다.
입도 선별장치(420)는 제1반응조(420)에 의해 불소가 용출된 토사를 입도별로 선별하여 불소가 제거된 입도 0.075~2mm인 토사를 배출하고, 불소 오염도가 높은 입도 0.075mm 미만인 미세토사는 추가적인 불소제거를 위해 선별한다. 입도 선별장치(420)는 제1반응조(410)로부터 불소가 용출된 토사 중 입도 0.075~2mm인 토사를 선별하는 선별스크린(421)과, 선별된 입도 0.075~2mm인 토사를 배출하는 배출 컨베이어(422)와, 선별스크린(421)을 통과하여 샌드탱크(423)에 저장한 혼합액으로부터 입도 0.075mm 미만의 미세토사를 분리하는 하이드로 사이클론(424)을 포함하여 이루어진다. 입도 선별장치(420)에 의해 선별된 입도 0.075~2mm인 토사는 잔존하는 세척수의 산성을 중화하기 위해 중화제를 혼합하여 배출된다.
제2반응조(430)는 입도 선별장치(420)에 의해 분리된 입도 0.075mm 미만인 미세토사에 염산과 물로 이루어진 세척수를 혼합 교반하여 잔존하는 불소를 용출하는데, 제2반응조(430)는 도 1에 도시한 바와 같이 미세토사 반응조(431)와, 고속 교반조(432), 완속 교반조(433)를 포함하여 이루어진다. 미세토사 반응조(431)는 미세토사와 세척수를 교반하여 미세토사에 잔존하는 불소를 제거하는데, 미세토사 반응조(431)에서의 세척수는 오염토 중량에 대해 진탕비가 1:3이고 Ph가 1~1.5로 조성되며, 60~65℃에서 15~20분 동안 180~220rpm 속도로 1차 교반하고, 15~20분 동안 150~200rpm 속도로 2차 교반하여 미세토사에 잔존하는 불소를 제거한다. 고속 교반조(432)와 완속 교반조(433)는 미세토사 반응조(431)로부터 공급받은 미세토사와 세척수에 투여된 응집제에 의해 미세토사의 응집반응이 발생하는데, 고속 교반조(432)에서 응집제를 투여한 후 1분 미만의 짧은 시간동안 180~220rpm의 고속으로 교반 혼합되며, 완속 교반조(433)에서는 15~20분 동안 50~70rpm의 완속으로 교반시켜 응집제를 균일하게 혼합시킨다. 미세토사 반응조(431)와, 고속 교반조(432), 완속 교반조(433)는 전술한 제1반응조(410)와 마찬가지로 내부공간에 교반 날개(434)가 구비된다.
응집 침전조(440)는 제2반응조(430)에 의해 미세토사가 응집되어 침전되며, 침전된 슬러지 상태의 미세토사는 탈수장치(450)로 공급되어 탈수처리 되며, 탈수된 미세토사에 중화제가 혼합하여 배출된다. 탈수장치(450)로는 고속회전을 통하여 발생하는 원심력에 의해 미세토사 슬러지를 탈수하는 스크류 데칸터가 사용될 수 있다.
세척수 정화장치(500)는 불소 오염토의 정화과정에서 불소가 용출된 세척수를 정화하여 불소 오염토의 세정을 위해 환류 공급하는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 중화탱크(510), 침전탱크(520), 공정수 탱크(530), 슬러지 농축조(540), 밸트 프레스(550)를 포함하여 이루어진다.
중화탱크(510)는 불소가 용출된 세척수에 수산화 칼슘(Ca(OH)2)을 투여하여 세척수에 존재하는 불소이온을 제거하는데, 세척수의 불소이온은 수산화칼슘과 중화반응에 의해 불소 화합물(CaF2)로 응집한다. 침전탱크(520)는 응집된 불소 화합물이 침전되는데, 응집반응이 활발하도록 응집보조제인 황산알루미늄(FeSO4)과 고분자 응집제인 음이온 중합체를 투입하는 것이 바람직하다. 공정수 탱크(530)는 침전탱크(520)에 의해 정화된 공정수를 저장하며, 저장된 공정수는 공정수 공급펌프(541)에 의해 오염토 정화장치(400)를 비롯하여 습식 파쇄기(200) 및 오염토 선별기(300)에 오염토를 세정 및 선별하도록 환류 공급된다. 슬러지 농축조(540)는 침전탱크에 침전된 불소 화합물을 농축하고, 농축된 불소 화합물 슬러지를 밸트 프레스(550)에 의해 수분을 제거하어 폐기물로 배출된다.
이하에서는 본 발명에 따른 불소 오염토양 정화방법에 대하여 설명하도록 한다. 도 5는 본 발명에 따른 불소 오염토양 정화방법을 도시한 순서도로, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 불소 오염토양 정화방법은 호퍼와 공급 컨베이어를 통해 불소 오염토를 공급하는 단계(S110), 공급된 상기 불소 오염토를 습식 파쇄하여 이물질을 제거하는 단계(S120), 이물질이 제거된 불소 오염토로부터 입도가 2mm 이하인 오염토를 선별하는 단계(S130), 선별된 불소 오염토에 염산과 물로 이루어진 세척수를 공급하여 입도에 따른 순차적인 반응으로 불소를 용출시켜 오염토를 정화하는 단계(S140), 불소가 용출된 세척수에 수산화칼슘을 혼합하여 생성된 불소 화합물을 제거하여 세척수를 정화하는 단계(S150), 및 정화된 공정수를 오염토의 정화를 위해 환류 공급하는 단계(S160)을 포함하여 이루어진다.
위 오염토를 정화하는 단계(S140)는 선별된 불소 오염토에 대해 진탕비가 1:3이고 Ph가 1~1.5인 세척수를 조성하여, 조성된 상기 세척수와 선별된 불소 오염토를 60~65℃에서 15~20분 동안 180~220rpm 속도로 교반하여 불소를 제거하고, 불소가 제거된 토사 중 입도가 0.075~2mm인 토사를 선별하여 배출한 후, 입도가 0.075mm 미만인 미세토사에 잔존하는 불소를 제거하여 이루어진다.
위 미세토사에 잔존하는 불소를 제거하기 위해, 미세토사와 세척수를 15~20분 동안 180~220rpm 속도로 1차 교반하고, 15~20분 동안 150~200rpm 속도로 2차 교반하여 교반하여 불소를 제거한 후, 미세토사 혼탁액에 응집제를 투여하여 1분 미만의 짧은 시간동안 180~220rpm 속도로 고속 교반한 후, 15~20분 동안 50~70rpm 속도로 완속 교반하여 미세토사를 응집한 후, 응집된 미세토사를 침전시켜 탈수처리하고 배출하여 이루어진다.
또한, 위 세척수를 정화하는 단계(S150)는 불소가 용출된 세척수에 1.0~2.0g/L의 수산화 칼슘을 투여하여 5~10분 동안 반응시켜 불소 화합물을 응집하고, 응집된 불소 화합물을 침전시켜 제거하여 세척수를 정화한다.
이하 본 발명에 따른 실시예룰 설명한다.
<실시예 1: 불소 오염토의 입도별 세척에 따른 용출 불소농도 측정>
울산의 공장 부지에서 불소 오염 토양을 채취하여 거름 체를 이용하여 오염토를 입도별(0.075mm 미만, 0.075~2.0mm, 2.0mm 초과)로 분류하였다. 그리고, 분류된 입도의 불소 오염 토양 50g를 3개의 교반기에 투여하고, 물과 염산을 혼합하여 pH를 1로 조성한 세척액 150g을 3개의 교반기에 각각 투입하여 200rpm의 속도로 교반하여 반응시킨 후, 상등액의 불소 농도를 이온 크로마토그래피(IonChromatography, IC)를 이용하여 반응시간에 따라 측정하였다. 용출된 불소 농도의 측정결과가 도 6의 그래프에 도시되어 있는데, 도 6의 그래프를 참조하면 토양 입도가 작을수록 불소 용출량이 많은데, 특히 입도 0.075mm 이하 오염토의 불소 농도가 높고, 입도 2.0mm 초과하는 오염토의 불소 농도는 낮았다.
<실시예 2: 세척수의 진탕비, pH 및 사용되는 산의 종류에 따른 용출 불소농도 측정>
염산, 황산, 인산에 각각 물을 혼합하여 세척액을 조성하였고, 각각의 염산 세척액, 황산 세척액, 인산 세척액마다 pH를 1.0, 1.5. 2.0으로 9개의 세척액을 조성하였다. 그리고, 입도가 0.075~2.0mm인 불소오염 토양에 대해 위 조성한 9개의 세척액을 1:3, 1:4, 1:5의 진탕비로 혼합하여 200rpm의 속도로 교반하여 반응시킨 후, 상등액의 불소 농도를 이온 크로마토그래피(IonChromatography, IC)를 이용하여 반응시간에 따라 측정하였다. 측정결과가 도 7의 그래프에 도시되어 있는데, 도 7의 그래프를 참조하면, 상등액 내 용출되는 불소 농도는 첨가되는 산의 종류마다 차이가 있는데 염산 세척액, 황산 세척액, 인산 세척액 순서로 불소가 용출되었다. 또한, 진탕비가 다른 경우 세척한 오염토의 질량에 차이가 있으므로 이를 고려하여 용출 불소 농도를 질량 대비 값으로 표준화하여 측정하였는데, 진탕비에 따라 용출되는 불소 농도의 차이가 크지 않았다. 또한, pH가 낮을수록 많은 불소가 용출되었는데, 특히 pH가 1~1.5인 경우에 불소 용출량이 높았다.
<실시예 3: 오염토와 세척수의 교반속도에 따른 불소 농도 측정>
입도가 0.075~2.0mm인 불소오염 토양 50g를 교반기에 투여하고, 물과 염산을 혼합하여 pH를 1.5으로 조성한 세척액 150g을 오염토양에 혼합하고, 교반기의 온도를 각각 50, 100, 200rpm 속도로 교반시킨 후, 상등액의 불소 농도를 측정하였다. 그 결과가 도 8의 그래프에 도시되어 있다. 도 8의 그래프를 참조하면, 세척 속도가 50rpm과 100rpm에서는 불소 농도의 차이가 크지 않았지만, 200rpm인 경우에는 용출되는 불소농도가 높았다.
<실시예 4: 불소가 제거된 세척수의 불소 농도 측정>
실시예 1에서 수득한 세척액 100ml에 수산화칼슘 0.05g, 0.1g, 0.125g, 0.15g, 0.175g, 0.2g, 0.5g, 1g, 10g를 각각 투여하여 반응시킨 후, 상등액의 불소 농도를 반응시간에 따라 측정하였다. 측정 결과가 도 9의 그래프에 도시되어 있는데, 세척수 내의 불소농도는 수산화칼슘을 주입한 후 10분 이내에서 급속하게 낮아졌으며, 이후 불소 농도의 변화는 미미하였다. 수산화칼슘의 1.0g/L 이상으로 첨가하면 불소가 90% 제거되었으며, 그 이상을 첨가하더라도 불소 제거율에 큰 차이가 없었다. 한편, 수산화칼슘을 5.0g/L 이상으로 첨가하면 도 10에 도시한 바와 같이 세척수의 탁도가 높아졌다.
이와 같은 실험을 통해 불소 오염토의 세척시 불소 오염토의 입도, 세척액에 첨가되는 산의 종류 및 pH, 교반속도에 따라 용출되는 불소 농도에 차이가 있었는데, 불소 오염토는 입도 0.075mm 이하 오염토의 불소 농도가 가장 높고, 입도 2.0mm 초과하는 오염토의 불소 농도가 낮아 입도에 따라 차등있는 세척이 효율적임을 확인하였다. 그리고, pH가 1~1.5인 염산 세척액이 오염토로부터 보다 많은 불소를 용출시킬 수 있음을 확인하였고, 교반속도가 높을수록 세척효율이 높아짐을 알 수 있었다. 또한, 불소 오염토를 세척한 세척수에 수산화칼슘을 1.0g/L 이상으로 첨가하면 불소가 90% 이상으로 제거되었으며, 그 이상을 첨가하더라도 불소 제거율에는 차이가 없었으나, 5.0g/L 이상으로 첨가하면 탁도가 높아져 공정수로 재활용하기 어려움을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 불소로 오염된 토양을 정화할 수 있으며, 정화시 불소로 오염된 토양을 입도별로 분리하고 최적의 반응 조건에 따라 순차적으로 반응시켜 입도별 오염 농도가 차등 있는 토양을 효율적으로 정화할 수 있고, 이와 더불어 오염토 세정시 사용한 세척수도 함께 정화함으로써 오염토 세정시 공정수로 재활용할 수 있다.
100: 피딩기 110: 호퍼 120: 공급 컨베이어
200: 습식 파쇄기 300: 오염토 선별기 400: 오염토 정화장치
410: 제1반응조 411: 격벽 412: 교반날개
420: 입도 선별장치 421: 선별 스크린 422: 배출 컨베이어
423: 하이드로사이클론 430: 제2반응조 431: 미세토사 반응조
432: 고속 교반조 433: 완속 교반조 440: 응집 침전조 500: 세척수 정화장치 510: 중화탱크 520: 침전탱크 530: 공정수 탱크 540: 슬러지 농축조 550: 밸트 프레스

Claims (8)

  1. 불소로 오염된 토양을 정화하는 방법에 있어서,
    호퍼와 공급 컨베이어를 통해 불소 오염토를 공급하는 단계;
    공급된 상기 불소 오염토를 습식 파쇄하여 이물질을 제거하는 단계;
    이물질이 제거된 상기 불소 오염토로부터 입도가 2mm 이하인 오염토를 선별하는 단계;
    선별된 불소 오염토에 진탕비가 1:3이고 Ph가 1.5인 세척수를 조성하고, 조성된 상기 세척수와 선별된 불소 오염토를 15~20분 동안 180~220rpm 속도로 교반하여 입도가 2mm 이하인 오염토에서 불소를 제거한 후, 불소가 제거된 토사 중 입도가 0.075~2mm인 토사를 선별하여 배출하고, 선별된 입도가 0.075mm 미만인 미세토사에 잔존하는 불소를 제거하여 정화하는 단계;
    불소가 용출된 세척수에 수산화 칼슘을 혼합하여 생성된 불소 화합물을 제거하여 세척수를 정화하는 단계; 및
    정화된 세척수를 오염토의 정화를 위해 환류 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소 오염토양 정화방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미세토사를 정화하는 단계는,
    미세토사와 세척수를 15~20분 동안 180~220rpm 속도로 1차 교반하고, 15~20분 동안 150~200rpm 속도로 2차 교반하여 교반하여 불소를 제거하는 단계;
    불소가 용출된 미세토사 혼탁액에 응집제를 투여하여 1분 미만 동안 180~220rpm 속도로 고속 교반한 후, 15~20분 동안 50~70rpm 속도로 완속 교반하여 미세토사를 응집하는 단계; 및
    응집된 미세토사를 침전시켜 탈수처리하여 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소 오염토양 정화방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세척수를 정화하는 단계는,
    불소가 용출된 세척수에 1.0 이상 5.0g/L 미만의 수산화칼슘을 투여하여 5~10분 동안 반응시켜 불소 화합물을 응집하는 단계; 및
    응집된 불소 화합물을 침전시켜 제거하여 세척수를 정화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소 오염토양 정화방법.
  5. 불소로 오염된 토양을 정화하는 시스템에 있어서,
    호퍼와 공급 컨베이어를 구비하여 불소 오염토가 공급되는 피딩기;
    상기 피딩기로부터 공급된 불소 오염토를 습식 파쇄하여 이물질을 제거하는 습식 파쇄기;
    상기 습식 파쇄기로부터 공급된 상기 불소 오염토 중 일정 입도 이하의 오염토를 선별하는 오염토 선별기;
    상기 오염토 선별기로부터 선별된 불소 오염토에 염산과 물로 이루어진 세척수를 혼합 교반하여 불소를 용출시키는 제1반응조, 상기 제1반응조에 의해 불소가 용출된 토사를 입도별로 선별하여 입도 0.075~2mm인 토사를 배출하는 입도 선별장치, 상기 입도 선별장치에 의해 분리된 입도 0.075mm 미만인 미세 토사와 세척수를 혼합 교반하여 미세토사에 잔존하는 불소를 추가적으로 용출하여 제거하고, 미세토사를 응집하는 응집제가 투여되여 교반되는 제2반응조, 응집된 상기 미세토사가 침전되는 응집 침전조, 침전된 상기 미세토사를 탈수시켜 배출하고, 불소가 용출된 세척수를 세척수 정화장치로 공급하는 탈수장치를 구비하는 오염토 정화장치; 및
    오염토로부터 불소가 용출된 세척수에 수산화 칼슘을 혼합하여 생성된 불소 화합물을 제거하여 세척수를 정화하고, 정화된 세척수를 불소 오염토의 정화를 위해 상기 습식 파쇄기, 오염토 선별기 및 오염토 정화장치에 환류 공급하는 세척수 정화장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소 오염토양 정화시스템.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1반응조는,
    격벽에 의해 구획되어 인접하게 배열된 복수의 교반공간에 각각 교반 날개가 구비되며, 인접한 상기 격벽의 상단 및 하단에 교대로 이동구가 형성되는 것을 특징으로 하는 불소 오염토양 정화시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 세척수 정화장치는,
    불소가 용출된 세척수에 수산화 칼슘을 투여하여 불소 화합물을 응집하는 중화탱크;
    세척수의 불소 화합물이 응집되어 침전되는 침전탱크;
    상기 침전탱크에 분리 정화된 공정수를 저장하여 상기 습식 파쇄기, 오염토 선별기 및 오염토 정화장치에 환류 공급하는 공정수 탱크;
    상기 침전탱크에 침전된 불소 화합물이 농축되는 슬러지 농축조; 및
    농축된 불소 화합물 슬러지로부터 수분을 제거하여 폐기물로 배출하는 밸트 프레스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소 오염토양 정화시스템.
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