KR20020013016A

KR20020013016A - 오염퇴적물 및 토양의 생물학적 복원처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20020013016A
Application number: KR1020000046346A
Authority: KR
Inventors: 이원권; 김무훈; 이진영
Original assignee: 양인모; 삼성엔지니어링 주식회사
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-02-20

Abstract

본 발명은 하저 및 해저의 오염된 퇴적물 또는 오염된 토양을 생물학적으로 복원처리하는 방법 및 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오염 퇴적물을 약 15-25% 의 고형물을 포함하는 슬러리 상태로 회전하는 호기성 반응조에 투입하고, 여기에 미생물제제 및 화학제제를 부가하여 일정시간동안 반응시킴으로써 오염된 퇴적물 또는 오염토양을 생물학적으로 복원처리하는 방법 및 처리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 오염토양 복원 처리방법에 의하면, 단시간 내에 높은 효율로써 처리가 가능하며, 처리된 퇴적물의 매립 및 재활용 측면에서도 매우 유리하다.

Description

오염퇴적물 및 토양의 생물학적 복원처리 방법 및 장치{Apparatus and method for bioremediation for contaminated sediments and soil}

본 발명은 하저 및 해저의 오염된 퇴적물 또는 오염된 토양을 생물학적으로 복원처리하는 방법 및 처리장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 회전하는 호기성 반응조에, 오염 퇴적물을 약 15-25%의 고형물을 포함하는 슬러리 상태로 투입하고, 미생물제제 및 화학제제를 부가하여, 소정의 온도, 회전속도, 및 기체 유량에서 일정시간동안 반응시킴으로써, 오염퇴적물을 생물학적으로 복원처리하는 방법 및 이에 이용될 수 있는 처리장치에 관한 것이다.

하천 또는 호수 그리고 항만 등에서는, 인, 질소 등의 각종 영양소와 중금속, 농약 등의 오염물질들이 수층에 용존상태로 존재하거나 점원 및 비점원에 의해 입자 상태의 물질로 변하거나, 또는 입자상 물질에 포함되어 수제의 바닥에 퇴적하게 된다. 이러한 오염된 퇴적물은 수질을 저하시키게 되므로 오염퇴적물을 채취하여 정화시킬 필요가 있다. 중금속이나 농약 등으로 오염된 토양 또한 복원처리할 필요가 있다.

그러나 오염퇴적물을 복원처리하기 위하여 기존에는 오염퇴적물을 준설하여 육상에서 화학적 방법으로 처리한 다음 매립하는 방법을 이용하였으나 이로 인하여 2차 오염이 발생하는 문제가 있었다.

또한 반응조를 이용한 생물학적 처리방법은 국내에서는 퇴비화에 적용하고 있으며, 아직까지 오염퇴적물에는 적용하고 있지 않은 상태이다. 외국에서는 고형물 함량이 높은(65-75%) 오염퇴적물을 저산소 및 혐기성 상태의 반응조에 적용하고 있어 운전시간이 수일 이상 소요되어 많은 처리용량을 처리하기에는 적용하기가 힘든 실정이다.

이에, 본 발명자들은 오염 퇴적물 및 오염토양을 빠른 시간내에 대용량을 효과적으로 복원처리하기 위하여, 오염 퇴적물을 약 15-25% 의 고형물을 포함하는 슬러리 상태로 하여 회전하는 호기성 반응조에 투입하고 온도, 회전속도, 기체유량, 반응시간 등을 조절하여 일정시간 반응시킨 결과, 우수한 처리효율 및 유기물 제거율을 가지고 오염퇴적물이 처리되는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 해저 등의 오염퇴적물이나 오염된 토양을 단시간 내에 높은 효율로써 복원처리하는 방법 및 이에 이용할 수 있는 처리장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 생물 처리방법의 흐름도이고,

도 2는 본 발명의 생물 처리장치의 개략도이다.

* 부호의 간단한 설명

10 : 송풍기 ; 11 : 기체유량계 ;

12 : 히터 ; 13 : 제제 탱크 ;

14 : 제제주입 펌프 15 : 유량계 ;

16 : 시료 탱크 ; 17 : 처리시료 탱크 ;

18 : 구동 모터 ; 21 : 제제 주입구 ;

22 : 시료 주입구 ; 23 : 배출구 ;

24 : 내부 스프레이 100 : 반응조

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 오염 퇴적물 또는 오염토양을 약 15-25% 의 고형물을 포함하는 슬러리 상태로 전처리하여, 이를 회전하는 호기성 반응조에 투입하는 단계와, 상기 반응조에 미생물제제 및 화학제제를 부가하는 단계와, 반응조에 공기를 주입하면서, 반응조를 일정시간 회전시키는 단계를 포함하는 오염퇴적물 또는 오염토양을 복원처리하는 생물학적 처리방법을 제공한다.

이 때, 미생물제제는, Bacillus sp., Pseudomonas sp., 및 Acinetobactor sp. 중 한가지 이상을 포함하는 것이 바람직하고, 화학제제는 계면활성제인 것이 바람직하다.

또한 상기 생물학적 처리방법에서는, 24 내지 36 시간 동안, 반응조를 20 내지 40℃로 유지시키면서, 반응조를 10 내지 20rpm으로 회전시키는 것이 바람직하다.

또한 반응조에 주입되는 기체유량은, 200 내지 300 L/min인 것이 바람직하다.

더 나아가, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 회전가능한 드럼 형태의 반응조(100)와, 상기 반응조(100) 내에 공기를 주입할 수 있는 송풍기(10)와, 상기 반응조(100)의 온도를 일정하게 유지시키는 히터(12)와, 시료 탱크(16)와 상기 반응조(100)를 연결하며 상기 반응조에 오염퇴적물을 투입할 수 있도록 하는 시료주입구(22)와, 그리고 제제 탱크(13)와 상기 반응조(100)를 연결하며 상기 반응조에 미생물 제제 및 화학제제를 주입할 수 있도록 하는 제제주입구(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염퇴적물 또는 오염토양을 복원처리하는 생물학적 처리장치를 제공한다.

상기 장치에 있어서, 상기 반응조 내에는, 시료를 분출시키면서 투입할 수 있도록 하는 내부 스프레이(24)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한 상기 장치는, 반응조(100)에 연결되어 반응조(100)를 원하는 속도로 회전시키는 기어형 구동 모터(18)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 장치 중 히터(12)는, 반응조(100)에 직접 연결되거나 또는 송풍기(10)로부터 반응조(100)로 공기가 주입되는 관에 연결되는 것이 바람직하다.

또한 상기 장치에 있어서, 상기 반응조(100)와 제제 탱크(13)를 연결하는 관에는 유량계(15)와, 미생물 제제 및 화학제제를 주입할 수 있도록 하는 펌프(14)가 설치되는 것이 바람직하며, 상기 반응조(100)와 송풍기(10)를 연결하는 관에는 기체 유량계(11)가 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 생물학적 처리방법은 도 1에서와 같이 시료를 전처리하는 단계를 포함한다. 본 발명에서 "시료"는 오염퇴적물 또는 오염토양을 포함한다. 구체적으로 처리효율을 향상시키기 위하여, 본 발명에서는 시료를 약 15-25% 의 고형물을 포함하는 슬러리 상태로 전처리한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 도 2에서와 같이, 상기 전처리된 시료는 시료탱크(16)에서 시료주입구(22)를 통하여 회전하는 드럼형태의 반응조(100)에 투입된다. 이때 반응조(100)내에 설치된 내부 스프레이(24)를 통하여 시료를 분출시키면서 투입할 수 있다. 스프레이를 통해 시료를 분출시키면서 투입할 경우 반응조에 시료가 골고루 퍼지도록 할 수 있다.

또한 반응조(100)에는 시료를 처리하기 위한 미생물 제제 및 화학제제가 제제탱크(13)에서 제제투입구(21)를 통하여 투입된다. 사용되는 미생물 제제는, Bacillus sp., Pseudomonas sp., 및 Acinetobactor sp. 중 한가지 이상을 포함하는 것이 바람직하고, 화학제제로는 예를 들어, SDS(Sodium Dodecyl Sulfate), Dowfax 8390, 또는 Tween 80등의 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 적당량의 물이 함께 투입되어 반응에 이용될 수 있다. 제제투입펌프(14)를 설치하여 제제를 일정한 양으로 투입시킬 수도 있다.

본 발명에서는 반응조(100)의 온도, 회전속도, 기체유량을 조절하면서 시료와 제제를 적당한 시간동안 반응시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 반응조의 온도는 약 20 - 40℃의 중온으로 유지시키는데, 약 30 - 35℃로 유지시키는것이 더욱 바람직하며, 약 35℃로 유지시키는 것이 가장 바람직하다. 상기 온도를 유지하기 위하여 반응조(100)에 히터(12)를 연결시키거나, 송풍기(10) 등을 통하여 공기가 주입되는 관에 히터(12)를 연결시킬 수도 있다.

또한 반응조(100)의 형태는 회전하는 드럼(drum) 형태인 것이 바람직하고, 회전속도는 약 10 - 25 rpm이 바람직하며, 약 15 rpm의 속도로 회전시키는 것이 가장 바람직하다. 상기 반응조를 회전시키기 위한 기어형 구동 모터(18)가 반응조에 설치된다.

반응은 호기성 상태에서 수행되는 것이 바람직한데, 이를 위하여 반응조(100)에 연결되는 송풍기(10) 등의 장치를 이용하여 공기를 주입할 수 있다. 이때 기체유량은 200∼300 L/min가 바람직하며, 반응시간은 24∼36시간 범위가 바람직하다.

상기 과정으로 처리된 시료는 배출구(23)를 통하여 배출되어 처리 시료 탱크(17)에 저장될 수 있다.

처리가 완료되어 처리시료 탱크(17)에 저장된 시료는 매립되거나 재활용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 오염퇴적물을 생물 처리한 결과, 호기성, 약 35℃, 약 15rpm 에서 약 24시간 동안 운전했을 때가 처리효율이 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한 유기물(강열감량) 및 미생물확인실험에서도 상기와 동일한 조건에서 헤테로트로프(heterotrophs)가 가장 많이 번성하는 것이 확인되었으며, 이것은 상기 조건에서 유기물 제거가 가장 많이 일어난다는 것을 의미한다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 제한하기 위함이 아니고, 본 발명의 정신과 범주에 포함되는 한 모든 변형을 포함한다.

실시예

본 발명에 의한 생물처리기의 반응조에 20Kg의 퇴적물을 투입하고 미생물에 의한 유기물 분해능력을 향상시키기 위해 미생물제제(인바이오넷 사 제조) 20g를 투입한다. 이 반응조의 온도는 35℃, 회전속도는 5, 10, 15, 20 rpm으로 변화시키면서 운전하였다.

오염퇴적물이 생물학적으로 분해될 수 있는 최적의 조건을 찾기 위해 CO₂, O₂의 기체농도, 강열감량 및 COD를 측정하여 유기물 분해도를 평가하였다. 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

CO₂, O₂농도, 강열감량 및 COD 결과 (15 rpm일 때)

	0 Hr	6 Hr	12 Hr	24 Hr	36 Hr
CO₂농도	0%	3.3%	5.9%	10.4%	10.5%
O₂농도	21%	17.7%	15.1%	10.6%	10.5%
강열감량	14%	12.7%	11.2%	9.1%	8.9%
COD(mg/kg)	29,000	26,400	23,300	19,100	18,900

또한, 24시간 반응후 일부 시료를 채취하여 미생물 균주수를 확인, 가장 미생물의 활성도가 높은 조건을 확인하였다. 미생물 확인실험결과는 다음과 같다.

rpm 변화에 따른 균주수 변화 (×10E3 배양) (단위 : CFU/mL)

구 분	반응전 하저오니	10 rpm	15 rpm	20 rpm
헤테로트로프	9.7 × 10⁵	1.2 × 10⁷	2.0 × 10⁷	1.1 × 10⁷
오토트로프	2.2 × 10⁴	9.5 × 10⁴	1.6 × 10⁵	4.1 × 10⁴

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 장치 및 방법에 따라 오염퇴적물 또는 오염토양을 처리하면 호기성 상태의 회전하는 반응조를 이용함으로써 반응조 체류시간을 획기적으로 단축할 수 있다. 또한 준설된 오염퇴적물을 육상뿐만 아니라 바지선 위에서도 직접 처리할 수 있어 2차 오염의 위험이 제거될 뿐 아니라 경제적이다. 또한 본 발명에 따라 반응조의 온도, 회전속도, 공기와 물의 유량, 반응시간 등을 조절하면 처리효율도 우수하고 유기물제거능도 탁월한 오염토양 복원처리를 수행할 수 있다.

Claims

오염 퇴적물 또는 오염토양을 약 15-25% 의 고형물을 포함하는 슬러리 상태로 전처리하여, 이를 회전하는 호기성 반응조에 투입하는 단계;

상기 반응조에 미생물제제 및 화학제제를 부가하는 단계; 및

반응조에 공기를 주입하면서, 반응조를 일정시간 회전시키는 단계를 포함하는 오염퇴적물 또는 오염토양을 복원처리하는 생물학적 처리방법.
제 1 항에 있어서, 상기 미생물제제는, Bacillus sp., Pseudomonas sp., 및 Acinetobactor sp. 중 한 가지 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리방법.
제 1 항에 있어서, 상기 화학제제는 계면활성제인 것을 특징으로 하는 생물학적 처리방법.
제 1 항에 있어서, 반응조를 20 내지 40℃로 유지시키는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리방법.
제 1 항에 있어서, 반응조를 10 내지 20rpm으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리방법.
제 1 항에 있어서, 반응조를 24 내지 36 시간 동안 운전하는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리방법.
제 1 항에 있어서, 반응조에 주입되는 기체유량은, 200 내지 300 L/min인 것을 특징으로 하는 생물학적 처리방법.
회전가능한 드럼 형태의 반응조(100);

상기 반응조(100) 내에 공기를 주입할 수 있는 송풍기(10);

상기 반응조(100)의 온도를 일정하게 유지시키는 히터(12);

시료 탱크(16)와 상기 반응조(100)를 연결하며, 상기 반응조에 오염퇴적물을 투입할 수 있도록 하는 시료주입구(22); 및

제제 탱크(13)와 상기 반응조(100)를 연결하며, 상기 반응조에 미생물 제제 및 화학제제를 주입할 수 있도록 하는 제제주입구(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염퇴적물 또는 오염토양을 복원처리하는 생물학적 처리장치.
제8항에 있어서, 상기 반응조 내에는, 시료를 분출시키면서 투입할 수 있도록 하는 내부 스프레이(24)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리장치.
제8항에 있어서, 상기 반응조(100)에 연결되어, 반응조(100)를 원하는 속도로 회전시키는 기어형 구동 모터(18)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리장치.
제8항에 있어서, 상기 히터(12)는, 반응조(100)에 직접 연결되거나 또는 송풍기(10)로부터 반응조(100)로 공기가 주입되는 관에 연결되는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리장치.
제8항에 있어서, 상기 반응조(100)와 제제 탱크(13)를 연결하는 관에는 유량계(15)와, 미생물 제제 및 화학제제를 일정한 양으로 주입할 수 있도록 하는 제제주입 펌프(14)가 설치되는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리장치.
제8항에 있어서, 상기 반응조(100)와 송풍기(10)를 연결하는 관에는 기체 유 량계(11)가 설치되는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리장치.