KR102298987B1 - 산화제, 및 이를 이용하는 지하수 정화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과망간산칼륨 및 과황산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 및 점토를 포함하는 산화제, 및 이를 이용하여 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수를 현장(in-situ)에서 정화하는 방법에 관한 것이다.

Description

산화제, 및 이를 이용하는 지하수 정화 방법{OXIDIZING AGENT, AND METHOD FOR PURIFYING GROUND WARTER USING THE SAME}
본 발명은 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수로부터 이를 제거하기 위한 산화제, 및 이를 이용하는 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수의 현장(in-situ) 정화 방법에 관한 것이다.
다환 방향족 탄화수소(PAHs: Poly Aromatic Hydrocarbons)는 인체에 대하여 암을 일으키는 것으로 알려져 있는 물질이며, 잔류성 유기오염물질(POPs; Persistent Organic Pollutants)로 분류된다.
이러한 다환 방향족 탄화수소는 단일 물질이 아니고, 다양한 종류가 있으며, 안트라센(anthracene), 파이렌(Pyrene), 플루오란텐(fluoranthene) 등을 그 예로 들 수 있다. 이러한 구조의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)는 화학적으로 안정하기 때문에 주변 환경, 예를 들면 토양이나 지하수 등에 많은 양이 분포되고 축적되어 있다.
한편, 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 토양 및 지하수를 정화하는 방법으로는 여러 방법들이 제안된바 있으며, 예를 들면, 미생물을 이용하는 방법(특허문헌 1-2 등)이나, 또는 식물을 이용하는 방법(특허문헌 3) 등을 들 수 있다.
그러나, 미생물을 이용하는 방법은 미생물이 생존하기 어려운 저온 환경에서는 적용이 어렵다는 한계가 있으며, 식물을 이용하는 방법은 우리나라의 경우 사계절이 있어 연중 특정 시기에만 적용이 가능하다는 한계가 있다.
또한, 이들은 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 토양에 적용하기 위하여 제안된 기술들로, 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수에 직접 적용하기에는 한계가 있다.
한국공개특허공보 2003-0066948 한국등록특허공보 10-0679420 한국등록특허공보 10-0476113
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 산화제를 이용하여 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수를 현장(in-situ)에서 정화하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
일 측면에서, 본 발명은 과망간산칼륨 및 과황산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 및 점토를 포함하는 산화제를 제공한다.
보다 바람직하게는, 과망간산칼륨 및 과황산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 점토와 4: 1 내지 6: 1의 중량비율로 혼합하여 펠릿으로 제조한 산화제일 수 있다.
한편, 상기 산화제는 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수로부터 다환 방향족 탄화수소(PAHs)를 제거하기 위하여 사용되는 것이 바람직하다.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 산화제를 이용하여 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수로부터 다환 방향족 탄화수소(PAHs)를 제거하는 것을 특징으로 하는 지하수 정화 방법을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 지하수 정화 방법은 다환 방향족 탄화수소(PAHs: Poly aromatic Hydrocarbons)로 오염된 지하수의 현장(in-situ) 정화 방법이며, (a) 지하수 매립 지역을 굴착하여 오염된 지하수에 산화제를 투입하는 단계; (b) 산화제 투입 지역보다 하류 지역에 관측정을 형성하여 지하수 시료를 채취하는 단계; 및 (c) 채취된 시료 내의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)의 농도를 측정하는 단계; 를 포함한다.
한편, 상기 지하수 매립 지역의 굴착 및 관측정 형성은 이동식 콘테이너에 구비된 굴착장비를 통하여 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 굴착장비는 예를 들면, 지하수개발용 시추장비 일 수 있다.
또한, 상기 농도 측정 역시 이동식 콘테이너에 구비된 분석장비를 통하여 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 분석장비는 예를 들면, 다환 방향족 탄화수소(PAHs) 분석용 컬럼를 장착한 GC-MS 일 수 있다.
덧붙여, 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면 연중 어느 때나 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수를 정화할 수 있으며, 이때 본 발명의 정화는 굴토하여 산화제를 처리하는 ex-situ 방법이 아닌 오염된 지하수에 직접 산화제를 처리하는 in-situ 방법으로 수행이 가능하고, 나아가 넓은 오염지역에서 이동하면서 처리가 가능하다.
도 1은 본 발명의 지하수 정화 방법을 개략적으로 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
먼저, 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수의 정화를 위하여 사용될 수 있는 본 발명 산화제에 대하여 설명한다.
본 발명의 산화제는 과망간산칼륨 및 과황산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 및 점토를 포함한다. 보다 바람직하게는, 과망간산칼륨 및 과황산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 점토와 4:1 내지 6:1의 중량비율로 혼합하여 펠릿으로 제조한 산화제일 수 있다.
상기 과망간산칼륨 및 과황산염은 다환 방향족 탄화수소(PAHs)와 산화환원반응을 하여 이들을 제거하기 위한 것으로, 당해 기술분야에 잘 알려진 과망간산칼륨 및 과황산염이면 특별한 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들면, 과망산칼륨은 예컨대 KMnO4 등일 수 있고, 상기 과황산염은 예컨대 Na2S2O8 등일 수 있다.
상기 점토는 담체의 역할을 수행하기 위한 것으로, 이 역시 특별히 한정되지 않으며, 당해 기술분야에 잘 알려진 바와 같이 입자크기가 작고 무른 흙이면 본 발명에 적용될 수 있다.
한편, 본 발명 산화제는 상술한 바와 같이 과망간산칼륨 및 과황산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 점토와 4:1 내지 6:1의 중량비율, 예를 들면 5:1 정도로 혼합하여 펠릿으로 제조한 산화제인 것이 바람직하며, 이때 이와 같은 중량 비율을 벗어나는 경우 제거반응에 충분한 양이 못되거나 과잉의 문제가 발생할 수 있다. 한편, 산화제가 이와 같이 펠릿 형태로 제조되는 경우 지하수 내에서 산화제가 지하수에 용출하여 서서히 작용할 수 있다.
다음으로, 상술한 산화제를 이용하는 본 발명 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수의 현장(in-situ) 정화 방법에 대하여 설명한다.
본 발명 지하수 정화 방법은, 하기 도 1 에 예시적으로 도시한 바와 같이, (a) 지하수 매립 지역을 굴착하여 오염된 지하수에 산화제를 투입하는 단계; (b) 산화제 투입한 지역보다 하류 지역에 관측정을 형성하여 지하수 시료를 채취하는 단계; 및 (c) 채취된 시료 내의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)의 농도를 측정하는 단계; 를 포함한다.
이때, 상기 지하수 매립 지역의 굴착 및 관측정 형성은 공지의 굴착장비를 이용하여 수행될 수 있으며, 다만 본 발명의 경우 이동식 콘테이너에 구비된 굴착장비를 통하여 수행되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 채취된 시료 내의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)의 농도 측정은 공지의 분석장비를 이용하여 수행될 수 있으며, 다만 본 발명의 경우 이 역시 이동식 콘테이너에 구비된 분석장비를 통하여 수행되는 것이 보다 바람직하다.
구체적으로, 본 발명에 사용되는 상기 콘테이너는 지하수 현장을 이동할 수 있는 이동식 콘테이너인 것이 바람직하며, 산화제 투입, 시료 채취 및 지하수 수위 측정 등을 위한 관측정 형성 등이 가능하도록 지하수 지역의 지면을 굴착하는 굴착장비를 포함하고, 또한 관측정으로부터 채취된 시료를 분석하는 분석장비를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 콘테이너에 구비되는 굴착장는 특별히 한정되지 않으며, 지하수 지역의 지면을 굴착할 수 있는 것이면 당해 기술분야에 잘 알려진 장비가 이에 이용될 수 있다. 또한, 상기 콘테이너에 구비되는 분석장비 역시 특별히 한정되지 않으며, 채취한 시료 내의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)의 농도를 측정할 수 있는 것이면 당해 기술분야에 잘 알려진 장비가 이에 이용될 수 있다. 예를 들면, 상기 굴착장비로는 지하수개발용 시추장비 등이 이용될 수 있으며, 상기 분석장비로는 환경부 공정 시험법에 따라 다환 방향족 탄화수소(PAHs) 분석용 컬럼를 장착한 GC-MS (Gas Chromatograph / Mass Spectrophotometry) 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 산화제 투입 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 굴착 후 구멍을 통하여 목표위치에 튜브를 이용하여 투입할 수 있다.
한편, 본 발명 컨테이너는 상술한 바와 같이 이동이 가능하기 때문에 해당 지역의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)의 농도가 목표치에 이르면 다른 지역으로 이동하여 지속적으로 정화 작업이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 상기 산화제는 상술한 바와 같이 과망간산칼륨 및 과황산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 및 점토를 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 과망간산칼륨 및 과황산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 점토와 4:1 내지 6:1의 중량비율로 혼합하여 펠릿으로 제조한 산화제일 수 있다.
또한, 상기 관측정은 건기 및 우기에 따른 지하수 수위 변화 측정, 지하수 시료 채취, 정화의 진척상황의 확인 등을 위하여 파놓은 샘으로, 상술한 바와 같은 굴착장비를 이용하여 형성할 수 있으며, 상술한 바와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위해서는 산화제 투입 지역보다 하류 지역에 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 지하수 정화는 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지역의 지하수를 정화하는데 있어서, 목표지역의 지하수 흐름의 상류지역에 콘테이너를 이동설치 하고, 굴착작업을 통해 산화제를 지하수면 아래에 투입하고, 이보다 하류지역에 관측정을 설치하여 정화작업을 실시한다. 이때 목표농도에 이르면 다음 지역으로 이동하여 정화작업을 하게 되며, 생물학적 방법과 식물을 이용한 방법에 비해 계절과 지하수온도에 상관없이 연중 작업이 가능하다는 장점이 있다.
이하 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
실시예
지하수 수위가 약 2m 깊이에서 형성되고, 안트라센(anthracene), 파이렌(Pyrene), 플루오란텐(fluoranthene) 등을 주성분으로 하는 다환 방향족 탄화수소(PAHs)가 15m 깊이 이내에서 발견되며, 대부분 모래질인 해안 매립지 20m x 20m 지역을 실험 지역으로 하였다.
먼저, 이동식 컨테이너에 구비된 굴착장비를 이용하여 직경 10m의 원형으로 2m 간격으로 깊이 2m, 5m, 8m, 11m, 14m에 산화제를 5kg씩 투입하였다. 이때 산화제는 과망간산칼륨(KMnO4)과 점토를 5:1로 혼합하여 펠릿으로 제조한 것과, 과황산염(NaS2O8)을 점토와 5:1로 혼합하여 펠릿으로 제조한 것을 사용하였다.
다음으로, 이동식 컨테이너에 구비된 굴착장비를 이용하여 산화제를 투입한 지역 중심부와 지하하수 흐름상 5m 떨어진 하류 지역에 20m 깊이의 관측정을 형성한 후, 지하수의 시료를 채취하였다. 이동식 컨테이너에 구비된 분석장비를 이용하여 채취된 시료의 오염물질의 농도를 분석한 결과, 최고 500ppm 였던 다환 방향족 탄화수소(PAHs)가 7일 후에 약 20ppm까지 제거되었다.
이를 통하여, 본 발명에 따르면 연중 어느 때나 상관없이 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수를 현장(in-situ) 정화하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (10)

  1. 과망간산칼륨 및 과황산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 및 점토를 혼합하여 펠릿으로 제조한 산화제.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펠릿은 과망간산칼륨 및 과황산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 및 점토를 4:1 내지 6:1의 중량비율로 혼합한 것인 산화제.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화제는 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수로부터 다환 방향족 탄화수소(PAHs)를 제거하기 위한 것인 산화제.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 산화제를 이용하여 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 오염된 지하수로부터 다환 방향족 탄화수소(PAHs)를 제거하는 것을 특징으로 하는 지하수 정화 방법.
  5. 다환 방향족 탄화수소(PAHs: Poly aromatic Hydrocarbons)로 오염된 지하수의 현장(in-situ) 정화 방법이며,
    (a) 오염된 지하수에 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 산화제를 투입하는 단계;
    (b) 산화제 투입 지역보다 하류 지역의 지하수 시료를 채취하는 단계; 및
    (c) 채취된 시료 내의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)의 농도를 측정하는 단계; 를 포함하는 지하수 정화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 지하수 매립 지역을 굴착하여 오염된 지하수에 산화제를 투입하는 것인 지하수 정화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지하수 매립 지역의 굴착은 이동식 콘테이너에 구비된 굴착장비를 통하여 수행되는 것인 지하수 정화 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 산화제 투입 지역보다 하류 지역에 관측정을 형성하여 지하수 시료를 채취하는 것인 지하수 정화 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 관측정 형성은 이동식 콘테이너에 구비된 굴착장비를 통하여 수행되는 것인 지하수 정화 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 농도 측정은 이동식 콘테이너에 구비된 분석장비를 통하여 수행되는 것인 지하수 정화 방법.
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