KR20040057880A - Permeable reactive barriers made of waste foundry sands - Google Patents

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KR20040057880A
KR20040057880A KR1020030038766A KR20030038766A KR20040057880A KR 20040057880 A KR20040057880 A KR 20040057880A KR 1020030038766 A KR1020030038766 A KR 1020030038766A KR 20030038766 A KR20030038766 A KR 20030038766A KR 20040057880 A KR20040057880 A KR 20040057880A
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이태윤
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

PURPOSE: A permeable reactive barrier is provided which is formed of reaction medium that is inexpensive and has excellent purification action on underground water contaminated by organic matter or/and inorganic matter. CONSTITUTION: In a permeable reactive barrier for purifying contaminated underground water, the permeable reactive barrier is formed of waste foundry sand comprising 0.1 to 4 wt.% of organic carbon, 0.1 to 12 wt.% of iron and 13 wt.% or less of clay, wherein the contaminated underground water is purified by passing the contaminated underground water through the permeable reactive barrier, wherein content of the clay is 4 to 9 wt.%, and permeability coefficient of the permeable reactive barrier is 10¬-4 to 10¬-2 cm/sec, wherein thickness of the permeable reactive barrier is 0.5 to 2 m, wherein the contaminated underground water contains organic chlorine based compound, and wherein the contaminated underground water is underground water contaminated with zinc.

Description

폐주물사의 투수반응벽체{Permeable reactive barriers made of waste foundry sands}Permeable reactive barriers made of waste foundry sands}

본 발명은 오염된 지하수를 정화하는 투수반응벽체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업폐기물인 폐주물사로 이루어진 투수반응벽체에 관한 것이다.The present invention relates to a permeation reaction wall for purifying contaminated groundwater, and more particularly, to a permeation reaction wall made of waste foundry sand which is industrial waste.

지하수의 오염원은 크게 유기물질과 무기물질로 구분된다. 유기물질은 유기염소계 화합물이 대부분이고, 무기물질은 음이온과 중금속을 포함한다.Groundwater pollution sources are largely divided into organic and inorganic materials. Most organic materials are organochlorine compounds, and inorganic materials include anions and heavy metals.

중금속은 쉽게 분해가 되지 않고 인체에 축적된다. 중금속 오염의 주된 원인으로는 폐광산, 제련공장, 도금공장 등을 들 수 있다. 특히, 폐광산의 경우 주거지와 격리된 지역에 위치하여 특별히 주목을 받지 못하고 있는 실정이다. 이러한 격리지역의 경우에 지하수 복원을 위해 많은 비용을 투자하기가 쉽지 않는 실정이다.Heavy metals are not easily broken down and accumulate in the human body. Major sources of heavy metal contamination include abandoned mines, smelting plants and plating plants. In particular, the abandoned mines are located in an area separated from the residential area, which does not attract special attention. In such an isolated area, it is difficult to invest a lot of money for groundwater restoration.

한편, 지하수 제거에 이용되는 투수반응벽체는 철가루로 시공하여 반응매질로서 이용하고 있다.On the other hand, the permeation reaction wall used for groundwater removal is constructed with iron powder and used as a reaction medium.

오염지하수의 정화에는 오염지하수의 흐름경로에 투수반응벽체를 설치하고 있다. 지하수투수반응벽체는 크게 두 가지가 있다. 하나는 연속벽체로서 도 1(a)와 같이 오염된 지하수의 흐름경로에 대하여 가로지르는 방향으로 투수반응벽체를 설치하는 것이다. 또 다른 투수반응벽체는 게이트 벽체로서, 도 1(b)와 같이 오염물을 지반내로 유도할 수 있는 안내벽과 오염된 지하수의 흐름경로에 대하여 가로지르는 방향으로 반응벽체를 설치하는 것이다.In purifying contaminated groundwater, permeation reaction walls are installed in the flow path of contaminated groundwater. There are two groundwater permeation reaction walls. One is to install a permeation reaction wall in a direction crossing the flow path of contaminated groundwater as a continuous wall as shown in Fig. 1 (a). Another permeable reaction wall is a gate wall, in which a reaction wall is installed in a direction transverse to a flow path of contaminated ground water and a guide wall capable of inducing contaminants into the ground as shown in FIG.

연속벽체는 지하수의 흐름에 변화를 주지 않고 자연상태로 벽체를 통과하므로 지하수가 우회할 염려가 적다. 그러나, 벽체의 규모가 커지는 단점이 있다. 게이트 벽체는 투수반응벽체의 크기를 줄일 수 있으나, 안내벽설치를 위해 시공비가 더 증가되는 경우도 있다.The continuous wall passes through the wall in a natural state without changing the flow of the groundwater, so there is little possibility that the groundwater will bypass. However, there is a disadvantage that the size of the wall increases. The gate wall can reduce the size of the permeation reaction wall, but in some cases, the construction cost is increased to install the guide wall.

투수반응벽체의 반응매질에 관한 종래기술로는, 철과 황화철을 사용하는 기술이 미국특허 제5,575,927호에는 제안되어 있다. 또한, 미국특허 제5,543,059호에는 철입자를 크기별로 3영역으로 구분하여 층이진 철벽 또는 칼럼을 만들어 오염된 지하수를 정화하는 기술이 제안되어 있다.As a related art for the reaction medium of the permeable reaction wall, a technique using iron and iron sulfide is proposed in US Pat. No. 5,575,927. In addition, US Pat. No. 5,543,059 proposes a technique for purifying contaminated groundwater by creating a layered iron wall or column by dividing the iron particles into three zones by size.

이와 같이, 대부분 투수반응벽체의 반응매질로는 기본적으로 철을 이용하고 있다. 철은 상대적으로 다른 금속에 비해 인체에 무해하고 쉽게 구입이 가능하기 때문이다. 현재 국내에서는 철을 이용한 지하수 처리 실시예가 아직까진 전무 하지만, 외국의 경우를 볼 때 앞으로 많이 사용 될 전망이다. 하지만, 철의 높은 가격과 현장으로의 운송의 어려움을 고려할 때 이를 대체할 재료가 필요하다.As such, iron is basically used as a reaction medium of most permeation reaction walls. Iron is relatively harmless to humans compared to other metals and can be easily purchased. Currently, there is no embodiment of groundwater treatment using iron in Korea, but it is expected to be used in the future in the case of foreign countries. However, given the high price of iron and the difficulty of transporting it to the site, a material is needed to replace it.

본 발명자들은 투수반응벽체의 새로운 반응매질을 연구하는 과정에서 안출된 것으로, 저렴할 뿐 아니라 오염지하수의 정화작용도 탁월한 반응매질로된 투수반응벽체를 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 투수반응벽체는 유기물질 또는/및 무기물질에 의해 오염된 지하수에 모두 적용가능하다.The inventors of the present invention devised in the process of studying a new reaction medium of the permeation reaction wall, the object of the present invention is to provide a permeation reaction wall made of a reaction medium which is not only inexpensive but also excellent in purifying contaminated groundwater. The permeation reaction wall of the present invention is applicable to both groundwater contaminated with organic and / or inorganic materials.

도 1은 오염지하수 정화용 투수반응벽체의 일례도로서,1 is an example of the permeation reaction wall for contaminated groundwater purification,

도 1(a)는 연속반응벽체형Figure 1 (a) is a continuous reaction wall type

도 1(b)는 게이트벽체형이며,1 (b) is a gate wall type,

도 2는 주물사에 함유된 유기탄소의 양에 따른 TCE의 흡착능 그래프이고2 is a graph of adsorption capacity of TCE according to the amount of organic carbon contained in the foundry sand

도 3은 폐주물사의 점토함량에 따른 투수계수의 영향을 나타내는 그래프이며3 is a graph showing the effect of permeability coefficient according to the clay content of the waste casting sand

도 4는 오염지하수의 TCE농도와 폐주물사의 철함량에 따른 투수반응벽체의 두께를Figure 4 shows the thickness of the permeation reaction wall according to the TCE concentration of the contaminated groundwater and the iron content of the waste casting sand

나타내는 그래프이며Is a graph that represents

도 5는 폐주물사의 철성분과 종래 철분말의 TCE분해능 비교 그래프이며5 is a graph comparing the TCE resolution of iron components and conventional iron powder of waste foundry;

도 6은 폐주물사의 TCE이동 저감효과를 나타내는 그래프이고6 is a graph showing the effect of reducing the TCE movement of waste foundry sand

도 7은 TCE에 대한 폐주물사의 컬럼실험 결과 그래프로서7 is a graph of the column test results of waste foundry for TCE

도 7(a)는 일반 모래Fig. 7 (a) shows normal sand

도 7(b)(c)는 폐주물사이고,Figure 7 (b) (c) is a waste foundry sand,

도 8은 아연오염지하수의 아연 제거양상을 나타내는 그래프로서8 is a graph showing the zinc removal pattern of zinc pollution groundwater.

도 8(a)는 아연오염지하수의 초기 pH가 2.6인 경우8 (a) is the case where the initial pH of the zinc-contaminated groundwater is 2.6

도 8(b)는 아연오염지하수의 초기 pH가 3.0인 경우8 (b) is the case where the initial pH of the zinc contamination groundwater is 3.0

도 8(c)는 아연오염지하수의 초기 pH가 4.8인 경우이며,8 (c) is a case where the initial pH of the zinc contamination groundwater is 4.8,

도 9는 아연오염지하수의 초기 pH에서의 아연제거 양상을 비교한 그래프이며,9 is a graph comparing the zinc removal pattern at the initial pH of the zinc soil groundwater,

도 10은 아연오염지하수에 대한 컬럼실험 결과를 나타내는 그래프로서10 is a graph showing the results of column experiments on zinc contamination groundwater

도 10(a)는 아연오염지하수의 초기 pH가 3.0인 경우10 (a) is the case where the initial pH of the zinc-contaminated groundwater is 3.0

도 10(b)는 아연오염지하수의 초기 pH가 4.0인 경우이다.Figure 10 (b) is the case where the initial pH of the zinc contamination groundwater is 4.0.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 투수반응벽체는, 유기탄소:0.1~4%, 철:0.1~12%, 점토:13%이하를 포함하는 폐주물사로 이루어진다.The permeation reaction wall of the present invention for achieving the above object is composed of waste casting sand containing organic carbon: 0.1-4%, iron: 0.1-12%, clay: 13% or less.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

유기물질에 의해 오염된 지하수를 분석해 보면 유기염소계화합물이 대부분이며, 그 대표적인 성분이 트리클로로 에틸렌(Trichloro ethylene, 이하 간단히 TCE라 함)이다. 본 발명에서는 TCE에 대한 흡착능과 분해능에 대한 실험과정에서 폐주물사가 TCE의 흡착능과 분해능을 갖는다는 사실에 주목하게 되었다. 주물사에서 TCE의 흡착에 영향을 미치는 성분은 유기탄소이며, 분해에 영향을 미치는 성분은 철의 함량이다. 따라서, 주물사는 오염지하수에서 유기염소계 화합물 특히, TEC를 효과적으로 제거할 수 있는 투수반응벽체로서 사용 가능성이 있다. 이를 위해서는 유기염소계 화합물의 흡착능과 분해능 그리고, 투수계수가 확보되어야 하며, 여기에 직접적인 영향을 미치는 것이 유기탄소, 철, 점토이다.In the analysis of groundwater contaminated by organic substances, most of them are organochlorine compounds, and the representative component is trichloroethylene (hereinafter simply referred to as TCE). In the present invention, attention was paid to the fact that the waste foundry sand has the adsorption and resolution of TCE during the experiment on the adsorption and resolution of TCE. In the foundry sand, the component that influences the adsorption of TCE is organic carbon, and the component that affects the decomposition is iron content. Therefore, foundry sand has the potential to be used as a permeation reaction wall capable of effectively removing organochlorine compounds, particularly TEC, from contaminated groundwater. To this end, the adsorption capacity and resolution of the organic chlorine compound, and the permeability coefficient should be secured, and organic carbon, iron, and clay have a direct influence on it.

또한, 본 발명에서는 무기물질에 의해 오염된 지하수에 대하여도 폐주물사를 적용해 본 결과, 중금속이 폐주물사에 쉽게 흡착된다는 점에 주목하여 본 발명을 완성한 것이다.In addition, in the present invention, as a result of applying waste foundry sand to groundwater contaminated with an inorganic material, the present invention has been completed by paying attention to the fact that heavy metal is easily adsorbed to the waste foundry sand.

이와 같이, 본 발명에서는 유기탄소, 철, 점토가 적절히 포함된 주물사를 투수반응벽체로 만드는데 특징이 있다.As described above, the present invention is characterized in that the casting sand containing organic carbon, iron, and clay appropriately is made into a permeable reaction wall.

도 2에는 주물사의 유기탄소함량에 따른 TCE의 흡착능이 제시되어 있다. 유기탄소함량이 많을수록 TCE의 흡착능이 커진다. 이 실험에 사용한 폐주물사는 철을 제거한 상태에서 TCE의 흡착능만 조사한 것이다.2 shows the adsorption capacity of TCE according to the organic carbon content of the foundry sand. The higher the organic carbon content, the greater the adsorption capacity of TCE. The waste foundry sand used in this experiment examined only the adsorption capacity of TCE with iron removed.

본 발명에 따르면 주물사에서 유기탄소의 함량이 0.1~4%가 바람직하다. 유기탄소의 함량이 0.1%이상되어야 TCE나, 무기물질을 흡착할 수 있으며, 4%초과하더라도 흡착특성이 좋지만 임의로 폐주물사에 유기탄소를 첨가해야 하므로 비경제적이다.According to the present invention, the content of the organic carbon in the foundry sand is preferably 0.1 to 4%. When the content of organic carbon is 0.1% or more, it is possible to adsorb TCE or inorganic materials. Even if it exceeds 4%, the adsorption characteristics are good, but it is uneconomical because organic carbon should be added to the waste casting sand arbitrarily.

폐주물사에서 철의 함량은 0.1~12%가 바람직하다. 철은 직접적으로 오염원(TCE 또는 무기물질)의 분해작용을 하며 환원반응에 의해 오염물을 제거한다. 이를 위해서는 철의 함량이 0.1%이상 되어야 한다. 철의 함량이 12% 보다 높을수록 흡착능은좋으나 부가적으로 폐주물사에 철을 첨가해야 하므로 비경제적이다.Iron content in the waste foundry sand is preferably 0.1 ~ 12%. Iron directly decomposes pollutants (TCE or inorganic) and removes contaminants by reduction. To do this, the iron content should be more than 0.1%. The higher the iron content than 12%, the better the adsorption capacity, but it is uneconomical because iron must be added to the waste foundry sand.

폐주물사에 점토는 투수계수에 영향을 주는데, 그 관계가 도 3에 나타나 있다. 투수계수와 점토의 양은 반비례관계가 있다. 투수반응벽체의 투수계수는 주위 지반의 투수계수 보다 약 10배 정도 커야 한다. 보통 대수층의 투수계수는 10-5cm/sec정도이므로 투수반응벽체의 투수계수는 이 보다는 커야 한다. 이를 만족하기 위해서는 점토의 함량이 13%이하이면 가능하다. 바람직하게는 점토의 함량이 4~9% 정도로서 투수반응벽체의 투수계수가 10-4~10-2cm/sec정도가 좋다.Clay in the waste foundry sand affects the coefficient of permeability, the relationship of which is shown in FIG. 3. Permeability and clay volume are inversely related. Permeability coefficient of permeation reaction wall should be about 10 times larger than permeability coefficient of surrounding ground. Since the permeability coefficient of the aquifer is usually about 10 -5 cm / sec, the permeation coefficient of the permeation reaction wall should be larger than this. To satisfy this, it is possible if the clay content is 13% or less. Preferably, the content of clay is about 4-9%, and the permeability coefficient of the permeation reaction wall is about 10 -4 -10 -2 cm / sec.

본 발명에서 투수반응벽체의 두께는 오염지하수에서의 염소계화합물의 양과 폐주물사의 철함량을 고려하여 적절히 선정한다. 투수반응벽체의 계산식의 일례가 아래 관계식 1에 나타나 있다.In the present invention, the thickness of the permeation reaction wall is appropriately selected in consideration of the amount of chlorine-based compounds in the contaminated groundwater and the iron content of the waste foundry sand. An example of the calculation formula of the permeable reaction wall is shown in Equation 1 below.

[관계식 1][Relationship 1]

여기서, Css는 낮추고자 하는 TCE의 농도,Where C ss is the concentration of TCE

C 는 초기 TCE의 농도,C is the initial TCE concentration,

L은 반응벽체의 두께,L is the thickness of the reaction wall,

v는 지하수의 침투속도,v is the penetration rate of groundwater,

u 는 반응 상수u is the reaction constant

D는 dispersion coefficientD is dispersion coefficient

오염지하수의 TCE농도가 400mg/L일 경우에 음용수기준에 맞게 처리하기 위한 투수반응벽체의 두께를 관계식 1로부터 구하여 나타낸 결과가 도 4이다. 도 4에는 지하수 침투속도가 0.01m/day인 경우로서, x축은 주물사에 포함된 철의 양을 나타내며, 2개의 평행선은 일반적인 TCE 오염 범위를 나타낸다. 그리고, y축은 주어진 철의 함량에 대해 벽체두께 변화시의 처리 후 TCE 농도를 나타낸다. 도 3을 보면, 음용수 기준에 맞추기 위한 최소철의 함량은 두께가 0.5m인 경우에 0.8%이고, 1.0m인 경우 0.3%, 1.5m인 경우 0.2%이다.When the TCE concentration of the contaminated groundwater is 400 mg / L, the result of calculating the thickness of the permeation reaction wall for treatment according to the drinking water standard from Equation 1 is shown in FIG. 4. In FIG. 4, when the groundwater penetration rate is 0.01 m / day, the x axis represents the amount of iron contained in the foundry sand, and two parallel lines represent a general TCE contamination range. And the y-axis shows the TCE concentration after treatment at the wall thickness change for a given iron content. Referring to Figure 3, the minimum iron content to meet the drinking water standards is 0.8% when the thickness is 0.5m, 0.3% for 1.0m, 0.2% for 1.5m.

따라서, 통상적으로 지하수의 TCE오염농도를 고려하고 폐주물사의 철함량을 고려할 때 투수반응벽체의 두께는 0.5~2m정도이면 충분하다.Therefore, when considering the TCE pollution concentration of groundwater and the iron content of the waste foundry, the thickness of the permeation reaction wall is usually about 0.5 ~ 2m.

본 발명의 폐주물사가 무기물 예로서 아연으로 오염된 지하수에 적용될 경우에 오염지하수의 초기 pH에 따른 중금속의 흡착능이 달라진다. 오염지하수의 초기 pH가 높을수록 중금속의 흡착능이 높아서 제거효율이 좋아진다. 따라서, 오염지하수의 초기 pH로서 오염지하수에 대한 폐주물사의 흡착의 지속성을 판단할 수 있다. 또한, 오염지하수의 pH를 적극적으로 조절하여 흡착효율을 높이는데 활용할 수도 있다. 이 경우에 중금속 오염지하수의 초기 pH는 2.6 이상, 바람직하게는 3.0이상,보다 바람직하게는 4.8이상으로 하는 것이다.When the waste foundry sand of the present invention is applied to the groundwater contaminated with zinc as an inorganic material, the adsorption capacity of heavy metals depends on the initial pH of the contaminated groundwater. The higher the initial pH of the contaminated groundwater, the higher the adsorption capacity of heavy metals, resulting in better removal efficiency. Therefore, it is possible to determine the persistence of adsorption of the waste foundry to the contaminated ground water as the initial pH of the contaminated ground water. In addition, by actively controlling the pH of the contaminated groundwater can be utilized to increase the adsorption efficiency. In this case, the initial pH of the heavy metal contaminated ground water is 2.6 or more, preferably 3.0 or more, and more preferably 4.8 or more.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

본 발명의 실험에 사용된 폐주물사의 조성은 아래 표 1과 같다.The composition of the waste foundry sand used in the experiment of the present invention is shown in Table 1 below.

구분division 조성(중량%)Composition (% by weight) 점토clay 유기탄소(TOC)Organic Carbon (TOC) iron 모래sand 폐주물사1Waste casting sand 1 5.1%5.1% 1.5%1.5% 2.83%2.83% 나머지Remainder 폐주물사2Waste Foundry Sand 2 7.0%7.0% 2.6%2.6% 0.15%0.15% 나머지Remainder 폐주물사4Waste casting sand 4 10.5%10.5% 0.5%0.5% 0.29%0.29% 나머지Remainder 폐주물사5Waste casting sand 5 8.4%8.4% 1.8%1.8% 0.14%0.14% 나머지Remainder 폐주물사10Waste casting sand 10 4.7%4.7% 2.5%2.5% 0.14%0.14% 나머지Remainder 폐주물사11Waste casting sand 11 13%13% 4.0%4.0% 0.18%0.18% 나머지Remainder 폐주물사12Waste casting sand 12 4.7%4.7% 2.4%2.4% 11.26%11.26% 나머지Remainder

[ 실시예 1]Example 1

TCE 용액은 지하수의 특성을 고려하여 용해된 산소를 질소로 완전히 제거한 후 TCE 원액을 녹여 원하는 농도로 만들었다. 펌프를 이용하여 TCE 용액을 컬럼으로 주입한 후 ADRE (advection-dispersion-reaction equation)을 이용하여 원하는 흡착능과 분해능을 구하였다.In consideration of the characteristics of the groundwater, the TCE solution was completely removed with nitrogen to dissolve dissolved oxygen, and the TCE solution was dissolved to the desired concentration. After injection of the TCE solution into the column using a pump, the desired adsorption capacity and resolution were determined using the ADRE (advection-dispersion-reaction equation).

폐주물사의 흡착능은 도 2에 나타나 있다. 여기서 사용한 폐주물사는 철을 제거하여 흡착능만 실험하였다.Adsorption capacity of the waste foundry sand is shown in FIG. The waste casting sand used here was tested for adsorption capacity only by removing iron.

도 2에 나타난 바와 같이, 흡착능은 주물사에 함유된 유기탄소의 양과 선형적인 관계를 갖는다.As shown in Figure 2, the adsorption capacity has a linear relationship with the amount of organic carbon contained in the foundry sand.

도 5에는 분해능 실험결과가 나타나 있다. 여기에서는 폐주물사에 포함된 철을 자석을 이용하여 분리한 후 메탄올을 이용하여 여러번 세척한 후 건조 시킨 후 실험에 사용하였다. 도 5에 나타난 바와 같이, 분해능은 철의 수용액 중의 함량을 나타내는 비표면적 (SSA-specific surface area)과 선형적인 관계를 갖는다.5 shows the results of the resolution experiment. Here, iron contained in the waste foundry sand was separated using a magnet, washed several times with methanol, dried and used in an experiment. As shown in FIG. 5, the resolution has a linear relationship with the SSA-specific surface area, which represents the content of the aqueous solution of iron.

도 6에는 주물사에 포함 된 유기탄소의 TCE 이동 저지 효과가 나타나 있다.Figure 6 shows the TCE migration inhibition effect of the organic carbon contained in the foundry sand.

[실시예 2]Example 2

도 7에는 컬럼 실험의 결과가 나타나 있다.7 shows the results of the column experiments.

도 7a는 일반모래의 경우이며, 도 7b와 도 7c는 폐주물사에 대한 것이다. 도 7b의 폐주물사1, 도 7c의 폐주물사 12에 대한 것이다.Figure 7a is the case of the general sand, Figure 7b and Figure 7c is for the waste foundry sand. The waste casting sand 1 of FIG. 7B and the waste casting sand 12 of FIG. 7C.

이들을 특별한 처리 없이 컬럼에 충전 한 후 TCE 용액을 주입하여 실험하였고 ADRE을 이용한 모델과 실험조건이 도 7에 제시되어 있다. 2가지 종류 (정수두, 정유량)의 실험이 병행되었다.They were tested by injecting TCE solution after filling the column without special treatment, and the model and experimental conditions using ADRE are shown in FIG. 7. Two types of experiments (constant head, constant flow rate) were performed in parallel.

PVE는 pore volume of effluent로써 통과유량을 컬럼속에 충전 한 주물사 사이의 공극 부피로 나눈 값이다. 일반적으로 컬럼실험 결과를 표시할 때 시간으로 표시하지 않고 PVE로 표시한다. 예로써 PVE가 100이면 통과한 유량이 주물사공극 부피의 100배에 해당한 시간만큼 실험이 진행된 것으로 해석할 수 있다.PVE is the pore volume of effluent divided by the pore volume between the foundry sands filled in the column. In general, the column experiment results are expressed in PVE, not in time. For example, if the PVE is 100, it can be interpreted that the experiment has been conducted for a time corresponding to 100 times the volume of the casting sand voids.

도 7에서 알 수 있듯이 유기탄소, 점토의 함량이 증가할수록 TCE의 이동이 저지됨을 알 수 있다. 참고로 일반모래(Torpedo sand)의 경우 TCE의 농도가 주물사에 비해 급격히 증가함을 알 수 있다(도 7a). 또한, 일반모래의 경우 TCE는 전혀 제거가 되지 않음을 알 수 있다. 이에 반해 주물사 1과 12는 TCE 제거능을 가지고 있고 주물사 12의 경우 더 큰 제거능을 보여주고 있는데 이는 더 많은 철이 함유되어 있기 때문이다(도 7b, c).As can be seen in Figure 7 it can be seen that the movement of TCE is inhibited as the content of organic carbon, clay increases. For reference, in the case of the torpedo sand, the concentration of TCE is rapidly increased compared to the foundry sand (FIG. 7A). In addition, it can be seen that the TCE is not removed at all in the general sand. On the contrary, foundry sands 1 and 12 had TCE removal ability, and foundry sand 12 showed greater removal ability because it contained more iron (Fig. 7b, c).

[실시예 3]Example 3

실험에 사용된 아연용액은 지하수의 특성을 고려하여 용존산소를 질소를 이용하여 완전히 제거한 후 아연클로라이드를 녹여 원하는 농도로 만들었다. 컬럼실험의 경우 펌프를 이용하여 아연용액을 컬럼으로 주입하여 실제 현장에 적용하였을 때의 현상을 모사하였다.The zinc solution used in the experiment was completely removed by dissolving the dissolved oxygen using nitrogen in consideration of the characteristics of the groundwater, and then dissolved to the desired concentration. In the case of column experiment, the zinc solution was injected into the column using a pump to simulate the phenomenon when applied to the actual site.

아연의 주물사에 대한 흡착능과 제거능은 사용된 아연용액의 초기 pH에 따라 다르게 나타나는 것을 도 8를 통해 알 수 있다. 흡착능과 제거능을 동시에 구하기 위해 사용한 식은 아래와 같다.It can be seen from Figure 8 that the adsorption capacity and removal ability of the zinc casting sand is different depending on the initial pH of the zinc solution used. The equation used to find the adsorption capacity and the removal capacity at the same time is as follows.

[관계식 2][Relationship 2]

여기서, Caq(t)는 셈플링때의 아연의 농도Where C aq (t) is the concentration of zinc at the time of sampling

C0은 초기 아연의 농도,C 0 is the initial zinc concentration,

R은 초기 (실험시작 1분이내)에 주물사에 흡착된 아연의 저지상수R is the low-constant constant of zinc adsorbed to foundry sand at the beginning (within 1 minute of experiment start)

Kobs은 아연의 제거상수를 나타낸다.K obs is the removal constant of zinc.

관계식 2의 저지상수(R)는 관계식 3으로 표현된다.The low constant (R) of relation 2 is expressed by relation 3.

[관계식 3][Relationship 3]

여기서, ρd는 사용된 주물사의 질량 (g)Where ρ d is the mass of foundry sand used (g)

n은 아연용액의 부피 (mL),n is the volume of zinc solution (mL),

Kp는 실험시작 1분이내에 흡착된 아연의 주물사에 대한 순간 분배계수K p is the instantaneous distribution coefficient for the foundry sand of zinc adsorbed within 1 minute of the experiment

도 8에 나타낸 바와 같이, 모든 사용된 폐주물사의 경우에 초기 pH가 증가함에 따라 초기에 폐주물사에 대한 흡착이 급격히 증가함을 볼 수 있다. 초기 pH 2.6과 3.0의 경우에 대부분의 주물사에서 아연의 흡착이 초기에 일어나고 시간이 경과함에 따라 더 이상의 흡착이 일어나지 않음을 볼 수 있다. 예외적인 경우로는 pH 3.0의 경우 폐주물사(12)의 경우에는 속적인 흡착이 일어남을 알 수 있다. pH 4.8의 경우에는 모든 폐주물사에서 초기의 흡착과 더불어 지속적인 제거가 일어남을 알 수 있다.As shown in Figure 8, it can be seen that the adsorption to the waste foundry sand increases rapidly as the initial pH increases for all used waste foundry sand. At initial pH 2.6 and 3.0 it can be seen that the adsorption of zinc occurs early in most foundry sands and no further adsorption occurs over time. In exceptional cases, it can be seen that rapid adsorption occurs in the case of the waste casting sand 12 in the case of pH 3.0. In the case of pH 4.8, it can be seen that the initial adsorption and continuous removal occur in all waste foundry sand.

도 8(a)(b)의 경우는 초기의 흡착이후에 더 이상의 아연제거가 일어나지 않았기 때문에 관계식2를 적용할 수가 없었고, 도 8(c)의 경우에는 관계식 2를 적용하여 순간분배계수와 제거능을 구할 수 있었다. 관계식 2를 적용한 예가 도 9에 나타나 있다.In the case of Fig. 8 (a) and (b), the relational expression 2 could not be applied because no further zinc was removed after the initial adsorption. Could be saved. An example of applying relation 2 is shown in FIG. 9.

이와 같이 구한 순간분배계수와 제거능은 주물사에 함유된 성분과 용액의 pH에 따라 영향을 받고 이는 아래 관계식 4로 표현이 된다.The instantaneous distribution coefficient and the removal capacity thus obtained are influenced by the pH of the components and the solution contained in the foundry sand, which is expressed by Equation 4 below.

[관계식 4][Relationship 4]

Log Kp= -2.30 + 0.48 pH + 0.048 CLog K p = -2.30 + 0.48 pH + 0.048 C

여기서, C는 폐주물사에 함유된 점토의 양 (%),Where C is the amount of clay contained in the waste foundry sand (%),

또한, 제거능은 관계식 5로 표현된다.In addition, the removal ability is expressed by the relational expression (5).

[관계식 5][Relationship 5]

Kobs= -0.0852 + 0.00138 + 0.00277 TOC + 0.00126 I + 0.0163 pHK obs = -0.0852 + 0.00138 + 0.00277 TOC + 0.00126 I + 0.0163 pH

여기서, TOC는 주물사에 함유된 유기탄소의 양 (%),Where TOC is the amount of organic carbon contained in the foundry sand (%),

I는 주물사에 함유된 철의 양 (%)I is the amount of iron in the foundry sand (%)

실제 현장에의 적용성을 평가하기 위한 컬럼실험결과가 도 10에 나타나 있다. 도 10에서 x축에 표시된 PVE는 pore volume of effluent를 나타내는 것으로 아래와 같이 관계식 6으로 계산된다.The column test results for evaluating the applicability to the actual site are shown in FIG. 10. In FIG. 10, the PVE displayed on the x-axis represents pore volume of effluent, and is calculated by Equation 6 as follows.

[관계식 6][Relationship 6]

여기서, Q는 유량 (mL/hr),Where Q is the flow rate (mL / hr),

T는 시간 (hr),T is the time (hr),

V는 컬럼에 충전된 주물사의 공극부피 (mL)V is the void volume of the foundry sand filled in the column (mL)

도 10에 나타난 바와 같이, 수용액에서 50 PVE을 지난 후에 아연의 검출이 시작되었으며 이후 아연농도가 급격히 증가하여 초기농도와 유사한 값을 나타내고 있다. 여기서 50 PVE의 의미는 아연의 이동이 주물사가 없는 경우에 비해 약 50배 정도 저지가 됨을 나타내다. 참고로, 일반모래의 경우에는 약 1 PVE가 지난 후에 아연이 검출이 된다.As shown in FIG. 10, after 50 PVE in the aqueous solution, the detection of zinc began, and the zinc concentration rapidly increased, showing similar values to the initial concentration. Here, the meaning of 50 PVE indicates that the movement of zinc is about 50 times slower than when there is no foundry sand. For reference, in the general sand, zinc is detected after about 1 PVE.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 폐기물로 규정된 폐주물사를 투수반응벽체의 반응물질로 사용하던 철의 대체재로 재활용함으로써 기존의 매립장공간 절감과 아울러 오염지하수를 저렴하게 정화할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.As described above, in the present invention, by recycling the waste foundry sand, which is defined as waste, as an alternative to iron used as a reactant of the permeation reaction wall, there is a useful effect of reducing the landfill space and purifying the contaminated groundwater at low cost. .

Claims (5)

오염지하수를 정화하는 투수반응벽체에 있어서,In the permeation reaction wall to purify the contaminated groundwater, 유기탄소:0.1~4%, 철:0.1~12%, 점토:13%이하를 포함하는 폐주물사로 이루어지고, 오염지하수가 통과하여 정화되는 페주물사의 투수반응벽체.Permeation reaction wall made of waste casting sand composed of waste casting sand containing organic carbon: 0.1-4%, iron: 0.1-12%, and clay: 13% or less. 제 1항에 있어서, 상기 점토의 함량은 4~9%로서 투수반응벽체의 투수계수는 10-4~10-2cm/sec임을 특징으로 하는 페주물사의 투수반응벽체.According to claim 1, wherein the clay content of 4 to 9% and the permeability coefficient of the permeation reaction wall is permeability reaction wall of feju water, characterized in that 10 -4 ~ 10 -2 cm / sec. 제 1항에 있어서, 상기 투수반응벽체의 두께는 0.5~2m임을 특징으로 하는 폐주물사의 투수반응벽체.The permeation reaction wall of the waste casting sand according to claim 1, wherein the permeation reaction wall has a thickness of 0.5 to 2 m. 제 1항에 있어서, 상기 오염지하수는 유기염소계 화합물이 함유된 것임을 특징으로 하는 폐주물사의 투수반응벽체.The permeation reaction wall of the waste foundry of claim 1, wherein the contaminated groundwater contains an organochlorine compound. 제 1항에 있어서, 상기 오염지하수는 아연으로 오염된 지하수임을 특징으로 하는 폐수물사의 투수반응벽체.The water permeation reaction wall of claim 1, wherein the contaminated groundwater is groundwater contaminated with zinc.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7438500B2 (en) * 2005-11-23 2008-10-21 Hull John H Erosion resistant barrier with varying permeabilities
CN110357241A (en) * 2019-08-16 2019-10-22 中国科学院南京土壤研究所 The method for repairing underground water using permeable reactive barrier

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7438500B2 (en) * 2005-11-23 2008-10-21 Hull John H Erosion resistant barrier with varying permeabilities
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