KR102099125B1 - 중금속 안정화제 및 이를 이용한 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 흡착안정화제와 침전안정화제를 포함한 중금속 안정화제를 이용하여 하천 수계 내의 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출을 억제하기 위한 중금속 안정화제 및 이를 이용한 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 중금속 안정화제는 어류나 수생생물에 무해한 친환경 제제로, 하천 수계내의 오염 퇴적층의 중금속 확산 방지 및 용출을 억제하여 2차 오염을 유발하지 않고, 이를 이용하는 수중의 많은 미생물, 어패류, 조류, 동식물 등의 먹이사슬에 의한 생물학적 축척을 예방할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 중금속 안정화제는 어류나 수생생물에 무해한 친환경 제제로, 하천 수계내의 오염 퇴적층의 중금속 확산 방지 및 용출을 억제하여 2차 오염을 유발하지 않고, 이를 이용하는 수중의 많은 미생물, 어패류, 조류, 동식물 등의 먹이사슬에 의한 생물학적 축척을 예방할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 중금속 안정화제 및 이를 이용한 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 흡착안정화제와 침전안정화제를 포함한 중금속 안정화제를 이용하여 하천 수계 내의 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출을 억제하기 위한 중금속 안정화제 및 이를 이용한 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법에 관한 것이다.
인류가 직면하고 있는 급속한 인구성장과 고도의 산업발달 이면에는 인간의 활동으로 인한 다량의 폐기물 방출과 동시에 그 종류가 더욱 다양해지고 있는 실정이다. 산업계의 중요한 주목적은 새로운 물질을 개발하여 경쟁력을 향상시키는 것이지만 제품생산 과정에서 파생되는 환경오염은 피할 수 없는 현실이다. 산업화의 속도가 빨라지면서 공장의 숫자가 늘어나게 되고 그에 따라 공장폐수의 유출량이 증가하여 자연을 심각하게 오염시키고 있다. 특히 금속, 석유화학 등은 대단위 장치 산업화가 이루어져 이에 필연적으로 발생하는 유해 산업 폐기물은 질적, 양적으로 급격하게 증가하고 있다. 산업별로는 도금, 제련, 금속, 광산, 전자, 피혁, 화학, 건전지 제조 등의 공정에서 주로 발생하며 매립 폐기물의 침출수 및 폐수 슬러지에도 다량의 중금속이 함유되어 있다.
공장폐수 중 광산, 제련업, 도금공장, 염료 및 피혁업체 등에서 유출되는 폐수에는 카드뮴, 구리, 납 이온 등 인간에게 치명적인 중금속이온이 포함되어 있다. 이와 같은 폐기물의 유해성은 독성과 이동성 그리고 환경에서 상대적으로 강한 지속성 등을 나타내고 있다. 이러한 유해 폐기물은 인류보건에 대한 즉각적이고 단기적인 피해뿐만 아니라 환경에 대한 장기적인 오염을 일으킨다.
그러므로, 산업폐기물로부터의 중금속 제거는 환경과 관련된 대단히 중요한 과제이다. 따라서, 이러한 유해 폐기물들은 환경오염방지를 위해 무해화 또는 고정화시켜 적정 처분되어야 하며 부적절하게 투기되거나 매립하게 되면 유해물질이 토양과 수계에 용출되기때문에 2차 환경오염 문제를 일으키게 된다.
중금속을 포함한 무기성 오염물질은 유기성 오염물질과 달리 생물학적 분해 및 독성 제거가 용이하지 않고 금속류의 경우에는 장기간 환경내에 존재하며, 오염지역의 물리, 화학적 특성에 크게 영향을 받는다. 이를 위한 일반적인 처리 기술로는 고형화, 안정화, 토양 세척법, 동전기법 및 화학적 산화/환원 등이 적용되고 있으나 이에 대한 유해성, 안전성, 처리방법 등의 대안이 마련되지 않아 오염 토양이나 수계의 오염 퇴적층에 쉽게 적용할수 없는 한계를 가지고 있다.
따라서, 친환경적이며 안정적인 중금속 오염토양 및 오염 퇴적물 처리 방법을 이용하여 하천 수계 내의 오염 퇴적물을 처리함은 물론 수자원을 이용하기 위해서 유역 중금속 오염 퇴적물 관리에 적용 가능한 방법을 개발할 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 하천 수계 내 오염 퇴적층의 중금속 확산 방지 및 용출을 억제하여 2차 오염을 유발하지 않고, 장기간 유지 관리가 용이한 중금속 안정화제 및 이를 이용한 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중금속 안정화제는 활성탄과 제올라이트를 혼합한 흡착안정화제와, 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 제올라이트를 혼합하여 볼형태로 제형화한 침전안정화제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 입도 3~5mm인 활성탄과 입도 1~4mm인 제올라이트를 중량대비 1 : 0.5~1.5의 비율로 혼합한 흡착안정화제와, 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 분말 제올라이트를 중량대비 1 : 5~15의 비율로 혼합하여 입도가 3~4mm인 볼형태로 제형화한 침전안정화제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법은 하천 및 호소의 오염 퇴적층에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 0.3~2중량%의 침전안정화제를 처리하는 침전안정화제 처리단계와, 상기 침전안정화제가 처리된 상부에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 0.3~10중량%의 흡착안정화제를 처리하는 흡착안정화제 처리단계 및 상기 흡착안정화제가 처리된 상부에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 3~5중량%의 입도 0.5~2.0mm인 모래를 처리하는 모래 처리단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 중금속 안정화제는 어류나 수생생물에 무해한 친환경 제제로, 하천 수계 내의 오염 퇴적층의 중금속 확산 방지 및 용출을 억제하여 2차 오염을 유발하지 않고, 이를 이용하는 수중의 많은 미생물, 어패류, 조류, 동식물 등의 먹이사슬에 의한 생물학적 축적을 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중금속 안정화제의 조성물을 이용한 산화상태의 상층부 퇴적물 및 환원상태의 하층부 퇴적물에서 DGT 샘플러로 측정한 공극수 농도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 형산강 구역(HS_1)에서 시공 전후 공극수 내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 형산강 구역(HS_2)에서 시공 전후 공극수 내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 형산강 구역(HS_3)에서 시공 전후 공극수 내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 형산강 구역(HS_4)에서 시공 전후 공극수 내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 구무천 구역(GM_1)에서 시공 전후 공극수내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 구무천 구역(GM_2)에서 시공 전후 공극수 내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 형산강 구역(HS_1)에서 시공 전후 공극수 내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 형산강 구역(HS_2)에서 시공 전후 공극수 내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 형산강 구역(HS_3)에서 시공 전후 공극수 내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 형산강 구역(HS_4)에서 시공 전후 공극수 내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 구무천 구역(GM_1)에서 시공 전후 공극수내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 중금속 안정화제를 이용한 구무천 구역(GM_2)에서 시공 전후 공극수 내 총 수은(THg) 농도 수직분포를 나타낸 것이다.
본 발명은 중금속 안정화제 및 이를 이용한 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법에 관한 것이다.
먼저, 본 발명의 중금속 안정화제는 흡착안정화제와 침전안정화제를 포함하여 이루어진다.
먼저, 흡착안정화제는 입도 3~5mm인 활성탄과 입도 1~4mm인 제올라이트를 중량대비 1 : 0.5~1.5의 비율로 혼합한 것이다.
입도 3~5mm인 활성탄과 입도 1~4mm인 제올라이트를 혼합하여 제조된 흡착안정화제는, 비교적 입도가 크고 하천 적용시에 1분 이내에 99% 이상이 오염퇴적층으로 가라앉아 바닥층에 쌓이게 되어 유실에 대한 우려가 없으며, 소재 자체가 유해성이 없어 2차 오염을 유발하지 않는 특징이 있다.
여기서, 입도 3~5mm인 활성탄은 다공성 구조와 넓은 표면적으로 인해 유기성 또는 무기성 오염물질을 흡착시키기 위하여 역청탄, 이탄, 갈탄, 석유계 코크스, 나무, 야자껍질 중 하나 또는 둘 이상을 혼합하고 성형하여 제조된 것으로, 분말보다 취급이 용이하고 재생하기 쉬우며, 유동층 및 이동층에 사용이 용이하다.
만약, 입도 3mm 미만인 활성탄을 사용하게 되면 하천 적용시에 가라앉는 과정에서 유실이 발생될 수 있으며, 입도 5mm를 초과한 활성탄을 사용하게 되면 다른 재료들과의 혼합효율이 떨어지게 된다.
그리고, 입도 1~4mm인 제올라이트는 비석(沸石)이라고도 하며, 주로 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속을 함유하는 함수 알루미늄 규산염 광물의 일종으로 사면체가 입체 망상으로 결합하고 있는 구조로 올바른 규칙이 깨어져 골격에 큰 틈이 존재하는 것이 특징이고, 틈의 직경이 0.6mm를 넘는 것도 있으며 이 빈틈에 의해 분자체 기능을 가지면서 동시에 다량의 물질을 흡착할 수 있는 특징이 있다. 또한, 상기 제올라이트는 그 자체로 입체그물구조에 의해 일정크기 입자를 흡착하는 분자체 특성을 가지고 있을 뿐 아니라, 큰 염기치환용량, 양이온 교환용량을 가지는데 이를 이용하여 중금속 흡착제, 토양 개량제, 암모니아 질소 제거, 폐수 탈색정화, 수 처리용, 촉매의 담체로서 널리 사용되고 있다.
따라서, 천연소재인 제올라이트를 이용하여 이를 800~1000℃에서 소성가공하여 다공성의 성형성이 있는 제올라이트로 사용할 수 있으며, 소성가공함으로써 반영구적으로 사용가능한 일정 이상의 강도를 갖는 입도별 제올라이트로 사용할 수 있다.
본 발명에서 입도 1~4mm인 제올라이트를 사용하는 것은 흡착성능이 우수하고 수중 적용시 유실에 대한 우려가 없도록 하기 위함이다.
만약, 입도 1mm 미만인 제올라이트를 사용하게 되면 하천 적용시에 가라앉는 과정에서 유실이 발생될 수 있으며, 입도 4mm를 초과한 제올라이트를 사용할 경우에는 중금속 흡착률이 낮아질 수 있으며, 다른 재료들과의 혼합효율이 떨어지게 된다.
또한, 상기 흡착안정화제에 입도 0.5~2.0mm인 모래를 중량대비 1 : 0.2~0.3의 비율로 혼합할 수 있다.
상기 흡착안정화제에 입도 0.5~2.0mm인 모래를 중량대비 1 : 0.2~0.3의 비율로 혼합하는 것은 태풍, 홍수, 해일 등이 발생하더라도 흡착안정화제가 재부유되거나 쏠림 현상이 발행되지 않도록 하기 위함이다.
그리고, 침전안정화제는 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 분말 제올라이트를 중량대비 1 : 5~15의 비율로 혼합하여 입도가 3~4mm인 볼형태로 제형화한 것이다.
2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)을 분말형태 그대로 단독 사용했을 경우에는 하천 적용시 유실이 발생되어 그 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 흡착성능이 우수하고 수중 적용시 유실에 대한 우려가 없는 분말 제올라이트와 혼합하여 입도가 3~4mm인 볼형태로 제형화하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 침전안정화제는 고농도 중금속을 침전시켜 확산을 방지하고 용출을 억제하는 효과가 크다.
그리고, 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 분말 제올라이트를 중량대비 1 : 5~15의 비율로 혼합하는 것은 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 제올라이트가 혼합되어 분리되지 않고 볼형태로 제형화될 수 있도록 하기 위함이다.
만약, 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 분말 제올라이트를 중량대비 1 : 5 미만의 비율로 혼합할 경우에는 상기 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 제올라이트가 용이하게 혼합되지 않아 분리가 일어날 수 있으며, 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 분말 제올라이트를 중량대비 1 : 15를 초과한 비율로 혼합할 경우에는 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)의 혼합률이 낮아지게 되어 그 효능이 떨어지게 된다.
여기서, 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)은 오염 퇴적토내에서 중금속과 반응하여 금속유기화합물 형태로 침전되며, 침전 후 재용출에 따른 2차 환경오염이 없다. 또한, 반응과정에서 황화수소가 분리되지 않으며 금속화합물이 아닌 금속유기화합물 형태로 침전되어 용해, 용출되지 않는다.
2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 중금속 반응 메카니즘은 아래 표 1과 같다.
| 1가 금속 |
3Me+ + OW-RH3- → Me3OW-RH (low solubility)  |
| 2가 금속 |
3Me2+ + 2 OW-RH3- → Me3(OW-RH)2 (low solubility)  |
| Me+, Me2+ = 중금속, OW-RH3- = C3N3S3 3- | |
2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 기존 중금속 응집제의 독성을 비교한 결과는 표 2에 나타내었다.
| 화합물명 |
Sodium sulphide |
Sodium trithio- carbonate |
Dimethyldithio- carbamate |
2,4,6-Trimercapto-s-triazine |
| 구조식 |
Na -S -Na |
 |
 |
 |
| CAS 번호 | 1313-82-2 | 534-18-9 | 128-04-1 | 17766-26-6 |
| 믈성 | 60% solid | soiution | 2% solution | solution |
| 동물독성 LD50(rat, mg/kg) |
208 |
없음 |
3,590 |
7,878 |
| 어류독성 LC50(fish, mg/L) |
25 |
7.5 |
20 |
4,000 |
| 유전자변형 | 없음 | 없음 | 있음 | 없음 |
| 분해생성물 | H2S | H2S + CS2 | CS2 | 없음 |
표 1 및 표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)은 1가 및 2가 금속 대부분을 제거할 수 있으며, 킬레이트화된 금속물도 쉽게 제거할 수 있다.
또한, 기존의 중금속 제거제와는 달리 분해생성물에 따른 악취문제가 없으며, 수중 무독성 및 침전물의 재용출이 없어 2차 환경오염 문제가 발생하지 않는 환경 친화적 중금속 제거제이다.
또한, 상기 침전안정화제에 입도 0.5~2.0mm인 모래를 중량대비 1 : 0.2~0.3의 비율로 혼합할 수 있다.
상기 침전안정화제에 입도 0.5~2.0mm인 모래를 중량대비 1 : 0.2~0.3의 비율로 혼합하는 것은 태풍, 홍수, 해일 등이 발생하더라도 침전안정화제가 재부유되거나 쏠림 현상이 발행되지 않도록 하기 위함이다.
또한, 상기 침전안정화제에 천연섬유를 중량대비 1 : 0.2~0.3의 비율로 혼합할 수 있다.
상기 침전안정화제에 천연섬유를 중량대비 1 : 0.2~0.3의 비율로 혼합하는 것은 친환경적이며 성형성 및 흡착성능이 우수한 특징과 더불어 태풍, 홍수, 해일 등이 발생하더라도 침전안정화제가 재부유되거나 쏠림 현상이 발행되지 않도록 하기 위함이다.
상기 천연섬유는 마, 볏짚, 옥수수대, 수수대, 커피껍질, 야자수잎, 사탕수수찌꺼기 및 녹차찌꺼기 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 것이다.
상기 천연섬유는 마, 볏짚, 옥수수대, 수수대, 커피껍질, 야자수잎, 사탕수수찌꺼기 및 녹차찌꺼기 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 후 80~90℃의 온도에서 함수율이 5중량% 미만이 되도록 건조한 후, 110~120℃의 온도에서 함수율이 1중량% 미만이 되도록 건조하여 100~150mesh가 되도록 분쇄한 분말을 사용한다.
본 발명에 따른 중금속 안정화제는 어류나 수생생물에 무해한 친환경 제제로, 하천 수계내의 오염 퇴적층의 중금속 확산 방지 및 용출을 억제하여 2차 오염을 유발하지 않고, 이를 이용하는 수중의 많은 미생물, 어패류, 조류, 동식물 등의 먹이사슬에 의한 생물학적 축적을 예방할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 중금속 안정화제를 이용한 중금속 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법은 침전안정화제 처리단계, 흡착안정화제 처리단계 및 모래 처리단계로 이루어진다.
좀 더 상세하게는, 하천 및 호소의 오염 퇴적층에, 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 0.3~2중량%의 침전안정화제를 처리하는 침전안정화제 처리단계와, 상기 침전안정화제가 처리된 상부에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 0.3~10중량%의 흡착안정화제를 처리하는 흡착안정화제 처리단계 및 상기 흡착안정화제가 처리된 상부에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 3~5중량%의 입도 0.5~2.0mm인 모래를 처리하는 모래 처리단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 하천 및 호소의 오염퇴적층에 침전안정화제, 흡착안정화제 및 모래를 순차적으로 처리하는 것은 오염퇴적층의 중금속이 침전 및 흡착되어 최대한 용출되지 못하도록 하기 위함이다.
먼저, 상기 침전안정화제는 중금속을 침전시키기에 효과가 높은 반면에 상기 흡착안정화제보다는 안정성이 크지 않고, 상기 흡착안정화제는 안정성이 큰 반면에 상기 침전안정화제보다는 효과가 높지 않다.
따라서, 하천 및 호소의 오염퇴적층에 침전안정화제, 흡착안정화제, 모래를 순차적으로 처리함으로써 하천 및 호소의 오염 퇴적층의 중금속을 원활하게 침전 및 흡착시킨 후, 모래를 통해 침전안정화제와 흡착안정화제의 유실을 방지함과 동시에 저서생물의 서식처를 제공할 수 있다.
또한, 하천 및 호소의 오염 퇴적층에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 0.3~2중량%의 침전안정화제와, 0.3~10중량%의 흡착안정화제를 처리하는 것은 오염 퇴적층에 적용시에 유해성, 수중 독성이 없으면서 침전 및 흡착효과가 뛰어나도록 하기 위함이다.
만약, 하천 및 호소의 오염 퇴적층에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 0.3중량% 미만으로 처리할 경우에는 오염 퇴적층의 중금속을 침전시키기에 효과가 미미할 수 있으며, 2중량%를 초과하여 처리할 경우에는 필요 이상의 처리량으로 인하여 비경제적이다.
또한, 하천 및 호소의 오염 퇴적층에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 0.3중량% 미만으로 처리할 경우에는 오염 퇴적층의 중금속을 흡착시키기에 효과가 미미할 수 있으며, 10중량%를 초과하여 처리할 경우에는 필요 이상의 처리량으로 인하여 비경제적이다.
이때, 상기 흡착안정화제, 침전안정화제 및 모래를 자연 낙하하거나, 자연낙하 후 경운, 고압살포 등의 방법으로 처리할 수 있다.
또한, 하천 및 호소의 오염퇴적층의 상태에 따라서 침전안정화제와 모래를 처리하거나, 흡착안정화제와 모래만을 적용할 수도 있다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아님은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 사실이다. 즉, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 통상의 기술자에 의하여 쉽게 이루어질 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
실시예 1 : 본 발명의 중금속 안정화제 조성물
1) 입도 3~5mm인 활성탄
2) 입도 1~4mm인 제올라이트
3) 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine) 분말
실험 1 : 퇴적물에서 공극수 상에 존재하는 총 수은(total Hg) 농도 측정
밑면 10cm * 10cm, 높이 20cm인 아크릴 마이크로코즘 반응기를 제작하여 퇴적물을 약 7cm 정도 채운다.
실시예 1의 1) 코코넛(Coconut) 계열 활성탄을 퇴적물 건조중량 기준으로 3, 5, 7, 9% 함량으로 반응기에 넣고 교반한다(도면표기 - 3% AC, 5% AC, 7% AC, 9% AC).
실시예 1의 2) 제올라이트를 퇴적물 건조중량 기준으로 3, 5, 7, 9% 함량으로 반응기에 넣고 교반한다(도면표기 - 3% Z, 5% Z, 7% Z, 9% Z).
실시예 1의 3) 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine) 분말 인 황제제를 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% 함량으로 반응기에 넣고 교반한다(도면표기 - 0.1% S, 0.2% S, 0.3% S, 0.4% S).
추가 퇴적물, Control-S에서 같은 시험방법으로 수행하며, 비교를 위해 수은으로 오염된 형산강 퇴적물만 넣은 반응기도 2개 준비한다. 약 1달 후에 DGT 샘플러를 설치하여, 퇴적물 상층부(2cm) 및 하층부(2cm)의 공극수 상에 존재하는 총수은(total Hg) 농도를 측정한다. 그 결과는 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 중금속 안정화제의 조성물의 처리로 인한 공극수 수은농도의 감소 경향을 볼 때 입도 3~5mm인 활성탄, 입도 1~4mm인 제올라이트, 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine) 모두 중금속 안정화제로서 역할을 충분히 수행하는 결과로 풀이된다.
실시예 2 : 본 발명의 중금속 안정화제
1) 흡착안정화제 : 입도 3~5mm인 활성탄과 입도 1~4mm인 제올라이트를 중량대비 1 : 1의 비율로 혼합
2) 침전안정화제 : 2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 분말 제올라이트를 중량대비 1 : 10의 비율로 혼합하여 입도 3~4mm의 볼형태로 제형
실험 2 : 본 발명의 중금속 안정화제 처리 후 각 퇴적층 내 공극수의 총 수은농도 및 기타 중금속 농도를 측정
표 3에 나타낸 바와 같이, 시공 전 퇴적층 내 중금속 농도는 구무천이 주요 오염원으로서 각종 중금속 농도가 매우 높고 형산강도 허용기준치를 넘는 오염수치를 보였으며 각 시공지역마다 약간의 농도차이는 보였지만 경향은 비슷했다.
각 시공지역을 시공계획에 따라 본 발명의 중금속 안정화제로 처리한 후 각 퇴적층내 공극수의 총 수은농도 및 기타 중금속 농도를 측정하였고 이로 인한 안정화제 효과를 확인하였다.
형산강 구역(HS_1∼4)과 구무천 구역(GM_1∼2)의 중금속 안정화제 처리 전 후 퇴적층내 공극수의 총수은 농도를 도 2 내지 도 7에 나타내었다.
중금속 안정화제 처리가 피복(Capping, 오염 퇴적층 위에 새로운 오염되지 않는 퇴적층 제공)과는 개념이 다르지만 안정화제 처리로 인해 오염퇴적층에 새로운 안정화제 공급과 함께 퇴적층 표층에 안정화제가 낮은 두께로 피복되는 경향도 있으므로 결과처리에서 중금속 안정화제 처리전(pre-capping)과 안정화제 처리후(post-capping)로 각각 표시하였다.
도 2 내지 도 7에 나타난 바와 같이, 중금속 안정화제 처리 후 형산강 구역 내에서의 퇴적층 내 총 수은 농도를 보면, 세로는 퇴적층의 깊이를 표시하고, 0은 퇴적층과 수중 경계를 표시하며, 총 수은 농도는 시공 후 현저히 감소하였다. 퇴적층 내 공극수의 수은농도 감소는 퇴적층의 깊이에 따라서도 퇴적층 표면으로부터 10∼15cm까지의 퇴적층 내 총 수은농도 감소를 확인할 수 있었다. 이로 인해 퇴적토 내 수은용출 농도뿐 아니라, 표층에서 수층으로 확산되어지는 수은농도의 감소를 가져옴으로써 본 발명의 중금속 안정화제 특히, 수은의 효율적인 제어 목적에 안정화제 처리가 잘 부합되었음을 확인할 수 있다.
구무천에서의 퇴적층 공극수 내 총 수은 농도를 보면, 구무천은 중금속의 주요 오염원으로서 하천 퇴적층뿐 아니라 하천주변 토양까지도 30cm 이상 중금속으로 심각하게 오염이 되어 있어서, 퇴적층의 중금속 농도가 불안정하고 외부적인 환경변화(비, 태풍 등)에 따라 퇴적층과 수층으로 고농도의 중금속이 하천을 따라 하류인 본 실시구간으로 유입됨은 물론 퇴적층이 심각하게 교란, 변형을 일으키게 되어 본 발명의 중금속 안정화제 처리에 따른 효과를 검증하기가 매우 어려웠다. 외부적인 변화에따라 중금속 농도가 변하기 때문에 중금속 안정화제 시공 전, 중금속 안정화제 처리, 중금속 안정화제 처리 후 분석기간을 형산강에서와 같이 몇 개월의 시공기간을 두고 관찰할 수 없어 최대한 기간을 단축하여 비등 환경변화가 없는 기간을 정해 중금속 안정화제 시공 효과를 확인하였다.
구무천 내에서도 중금속 안정화제 처리방법에 따라 총 수은 농도가 급격히 감소하는 경향을 보였으며 구간별 처리에 따라 퇴적층 내 총 수은농도는 GM_1, GM_2에서 모두 감소하였다. 또한, GM_2에서 보인 것과 같이 수층 내에서도 총 수은농도가 1,000ng/L 이상으로 아주 높게 나왔지만, 이는 상류에서 오염중금속이 흘러들어온다는 것을 의미하며 퇴적층 내 공극수에서의 수은 농도도 퇴적층 깊이에 따라 매우 불규칙하고 높은 값을 보였다.
결과를 보면 본 발명의 중금속 안정화제 처리 후 형산강과 구무천 구역 내에서의 퇴적층 내 심도별로 총 수은 농도와 중금속 농도를 종합하면, 중금속 안정화제 처리 후 총 수은 농도와 중금속 농도가 현저히 감소하는 경향을 보였으며 이는 퇴적층 심도별로도 급격한 감소를 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 중금속 안정화제 처리로 인한 오염 퇴적토 내 공극수의 중금속 농도의 감소는 이로 인한 중금속의 용출억제, 확산방지와 이를 이용하는 수중의 많은 미생물, 어패류, 조류, 동식물 등의 먹이사슬에 의한 생물학적 축적을 예방하는 결과로 풀이된다.
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- 활성탄과 제올라이트를 혼합한 흡착안정화제와,
2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 제올라이트를 혼합하여 볼형태로 제형화한 침전안정화제를 포함하는 중금속 안정화제를 이용한 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법에 있어서,
하천 및 호소의 오염 퇴적층에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 0.3~2중량%의 침전안정화제를 처리하는 침전안정화제 처리단계;
상기 침전안정화제가 처리된 상부에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 0.3~10중량%의 흡착안정화제를 처리하는 흡착안정화제 처리단계; 및
상기 흡착안정화제가 처리된 상부에 중금속 오염 퇴적층 30cm 기준으로 건조감량 3~5중량%의 입도 0.5~2.0mm인 모래를 처리하는 모래 처리단계;
로 이루어진 것을 특징으로 하는 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법.
- 제3항에 있어서,
상기 흡착안정화제는,
입도 3~5mm인 활성탄과 입도 1~4mm인 제올라이트를 중량대비 1 : 0.5~1.5의 비율로 혼합하며,
상기 침전안정화제는
2,4,6-트리머캅토(Trimercapto)-s-트리아진(triazine)과 제올라이트를 중량대비 1 : 5~15의 비율로 혼합하여 입도가 3~4mm인 볼형태로 제형화한 것을 특징으로 하는 오염 퇴적층의 중금속 확산 및 용출 억제방법.
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| CN114180664A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-15 | 河北工业大学 | 一种可实现河涌两相体同步净化及控制内源污染的环保集成方法 |
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2019
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