KR20050081622A - 토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토사의 입도에 따라 오염물질, 즉 비소의 흡착량이 각각 다르다는 것에 착안하여 오염된 토사의 입도를 분리함으로서 비소를 제거하는 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 비소로 오염된 토사의 시료를 굴착하여 비소흡착량이 기준이상으로 높은 토사의 입도범위를 결정하는 단계(S10, S20); 토사에 함유된 비소의 용출이 최소가 되도록 세척분리액을 투입하여 pH를 조정, 투입하는 단계(S30); 적어도 하나 이상의 하이드로사이클론(100)을 이용하여 습식으로 입도를 분리하는 단계(S40); 및 기준입도 보다 작은 입도를 가진 토사는 탈수후 고형화하고(S50), 기준입도 보다 큰 입도를 가진 토사는 재매립 또는 재활용하는 단계(S55);로 구성되며, 현장 적용성과 경제성이 향상된 방법이다.

Description

토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법{Treatment method of arsentic contaminated soil by soil washing process}

본 발명은 비소로 오염된 토사의 비소 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토사의 입도에 따라 오염물질, 즉 비소의 함유량이 각각 다르다는 것에 착안하여 오염된 토사의 입도를 분리함으로서 비소를 제거하는 토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 국내 대부분의 비소오염지역은 인근 광산(주로 폐광)에 부적절하게 적치된 비소성분 고함유 광미의 유수에 의한 유포(이동 및 퇴적) 또는 바람에 의한 비산이 주된 오염경로이다. 비소(비소 화합물)는 주로 금이나 아연광산에서 발생하는 폐석이나 광미에 함유량이 높고, 자연상태에서 강우에 의한 용출은 상대적으로 미미한 것으로 알려져 있다. 따라서 비소에 의한 토양의 오염은 비소(비소 화합물)가 수용액의 용질 형태로 용출된 후 타 토립자의 표면에 다시 흡착되어 유발되기 보다는 비소함유 광미 자체가 유수나 바람, 또는 인위적인 활용에 의해 이동, 퇴적되어 야기되기 때문에 비소 함유량이 높은 광미를 전체 오염토로부터 효율적으로 분리할 수 있다면 비소 오염토를 효과적으로 처리할 수 있는 방안이 될 수 있다.

비소의 토양오염에 관한 관련법규(토양오염보전법 시행규칙의 [별표 2])의 기준을 살펴보면, "가지역"인 경우 비소가 6 mg/Kg 이하이고, "나지역"인 경우 20 mg/Kg 이하이어야 한다. 여기서, "가지역"이란 지적법 제 5 조 제 1 항의 규정에 의한 전ㆍ답ㆍ과수원ㆍ목장용지ㆍ임야ㆍ학교용지ㆍ하천ㆍ수도용지ㆍ공원ㆍ체육용지ㆍ유원지ㆍ종교용지 및 사적지 등을 의미하며, "나지역"이란 지적법 제 5 조 제 1 항의 규정에 의한 공장용지ㆍ도로ㆍ철도용지 및 잡종지를 의미한다. 이와 같은 기준을 토대로 하여 토양으로부터 비소를 제거하기 위하여 산용액 또는 알카리 용액으로 용출한 뒤 용출액을 처리하는 방법이나 오염토를 고형화하여 용출을 억제하는 방법 등이 실험적 차원에서 시도되었다. 그러나, 이와 같은 방법은 현장 적용성이 떨어지고 비용 또한 과다하게 소요되는 문제를 안고 있었다.

즉, 비소함유 폐수(용출액)의 수처리를 통한 최종처리 기술이 까다롭고 처리효율도 낮아 처리대상 오염토의 양에 따라 다르긴 하겠으나 오염토 전체를 용출방법으로 처리하는 것은 기술적, 경제적인 면에서 현실성이 떨어지며, 고형화 방법도 오염토 전체를 고형화 처리해야 하는 측면에서는 이와 유사하기 때문이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 비소로 오염된 토양으로부터 운전이 용이한 연속공정을 통해 안정적으로 비소성분 고함유토를 분리한 후, 이를 최종처리/처분하고 나머지 대부분의 토사는 재활용함으로서 현장 적용성이 뛰어나고 처리비용 또는 경제적인 토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은,

비소로 오염된 토사의 시료를 굴착하여 비소함유량이 기준이상으로 높은 토사의 입도범위를 결정하는 단계(S10, S20);

토사에 흡착된 비소의 용출이 최소가 되도록 세척분리액의 pH를 조절하는 단계(S30);

적어도 하나 이상의 하이드로사이클론(100)을 이용하여 습식 입도분리를 하는 단계(S40); 및

기준입도 보다 작은 입도를 가진 토사(비소 고함유토)는 탈수후 고형화하고(S50), 기준입도 보다 큰 입도를 가진 토사는 재매립 또는 골재로 재활용하는 단계(S55);를 포함하는 것을 특징으로 하는 토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 상기 S50단계는,

미세토를 함유하는 세척분리액을 농축조에서 중력침전하여 농축하는 단계;

침전/농축된 미세토를 원심분리기로 고액분리하여 분리하는 단계; 및

분리된 미세토에 시멘트와 석회를 섞어 고형화하는 단계;로 구성되는 것이 바람직하다.

아울러, 기준입도가 0.075mm 이하인 경우 복수의 하이드로사이클론(100)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 다른 목적들, 분명한 장점들 및 신규한 특징들은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면들에 따른 바람직한 실시예들로 부터 더욱 분명해 질것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 오염된 토사의 비소 제거방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 오염된 토사의 비소 제거방법의 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 우선, 오염지역에서 비소로 오염된 토사의 시료를 채취한다. 이 때, 토사의 시료는 해당 지역의 대표성이 인정될 수 있는 것을 채취한다.

그 다음, 채취된 토사의 입도별 비소의 오염도를 분석하여 비소흡착량이 기준이상으로 높은 토사의 입도범위를 결정한다(S20). 이 때 안전계수를 고려한다.

그 다음, 토사에 흡착된 비소의 용출이 최소가 되도록 세척분리액의 pH를 조절한다(S30). 이러한 pH의 조절은 pH 감지센서(미도시)와 산 또는 알칼리 주입장치(미도시)를 설치하여 처리공정이 연속적이고 자동으로 수행될 수 있도록 구성한다.

그 다음, 적어도 하나 이상의 하이드로사이클론(100)을 이용하여 습식 입도를 분리한다(S40). 이러한 하이드로사이클론(100)의 구체적인 내부 구성은 다음과 같다. 도 2는 습식 입도분리가 일어나는 하이드로사이클론의 제 1 내부 동작 상태도이고, 도 3은 도 2에 도시된 하이드로사이클론의 제 2 내부 동작 상태도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하이드로사이클론(100)은 크게 속이 빈 원추형의 테이퍼부(110)와 노즐부(115)로 구성되고, 원통의 접선방향에서 진입하는 투입관(120), 테이퍼부(110)의 넓은 입구측에 연결되는 제 1 배출관(130), 상기 노즐부(115)에 연결되는 제 2 배출관(140)으로 구성된다.

즉, 투입관(120)측으로는 물과 오염토사(180)가 투입되고, 이로서, 테이퍼부(110) 내부에는 소용돌이 현상과 원심력 등에 의해 큰 소용돌이(152)와 작은 소용돌이(154) 및 이들을 축선방향으로 관통하는 수직유동(150)이 발생한다. 이 때, 입자의 무게차이로 인해 원심력에 차이가 발생하고 이로 인해 큰입도를 가진 입자와 작은 입도를 가진 입자와 물이 분리된다.

다시 말해, 작은 입도를 가진 작은입자(184)와 물은 제 1 배출관(130)을 통해 배출되고, 큰입도를 가진 큰입자(186)은 제 2 배출관(140)을 통해 배출된다. 이 때, 테이퍼부(110)의 길이와 양단의 입구면적비를 조절함으로서 원하는 입도를 기준으로 토사를 분리해 낼 수 있다. 또한, 한번의 하이드로사이클론(100) 공정을 통해 원하는 입도분리가 어려울 경우에는 복수의 하이드로사이클론(100)을 연결하여 단계적으로 입도분리를 할 수 있다. 예를 들어, 토사의 입경이 0.075mm 이하인 경우에는 테이퍼부(110)의 길이와 양단의 입구 면적비를 조절한 2개 또는 3개 이상의 하이드로사이클론(100)을 병렬로 연결하여 0.025mm의 토사를 효과적으로 분리할 수 있다.

제 2 배출관(140)을 통해 배출된 큰 입자들은 비소함유량에 따라 탈수후 재매립하거나 다른 용도로 사용한다. 이는 큰입자에는 비소의 흡착량이 거의 없거나 특히 낮다는 사실에 기초한다. 실례로 다음의 [표 1]은 비소 오염토의 입자 크기별 비소농도를 측정한 결과이다.

입도범위		시료량(g)	구성비(%)	비소농도(mg/Kg)	비고
Sieve 번호	입자크기(mm)
4	4.75 이상	0.39	0.07	1.21	토양오염우려지역"가지역" :6 mg/Kg"나지역" : 20 mg/Kg
10	4.75 ~ 2.00	14.83	2.48	2.00
18	2.00 ~ 1.00	44.35	7.42	6.71
40	1.00 ~ 0.425	47.12	7.89	8.77
60	0.425 ~ 0.25	92.86	15.54	14.73
100	0.25 ~ 0.15	202.72	33.92	11.64
200	0.106~0.075	137.77	23.06	10.92
200 미만	0.075 미만	57.52	9.62	24.14
합계		597.56	100

상기와 같은 [표 1]에서 알 수 있는 바와 "나지역"이 토양복원으로 결정되었을 경우 토양의 입도분리를 통해 0.075mm 미만의 토양만을 처리하면 경제적으로 복원할 수 있다.

그리고, 고액분리가 이루어져 분리된 작은입자(184)와 물은 미세토와 물이라고 지칭한다. 이와 같은 미세토와 물을 함유하는 분리액을 우선 농축조(미도시)에서 중력침전하여 농축한다. 이와 같은 미세토는 비소의 흡착량이 높은 것들이다.

농축조에서 농축된 분리액은 펌프(미도시)를 이용하여 원심분리기로 이동시키고, 그 다음 저속으로 회전시켜 미세토를 분리시켜 액상과 미세토로 분리한다.

이와 같이 분리된 미세토에는 시멘트와 석회 등을 섞어 고형화함으로서, 비소의 용출을 막을 수 있다.

비록, 본 발명에서는 비소를 주된 제거대상으로 하였으나, 그 밖에 다양한 형태의 중금속 또는 특정 성분의 화학성분도 동일한 공정으로 분리해 낼 수 있다.

아울러, 본 발명의 상세한 설명에 개시된 농축조, 펌프, pH 감지센서, 산 또는 알칼리 주입장치, 분리액, 원심분리기 등은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이한 구성들이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법에 의하면, 비소로 오염된 토양으로부터 연속공정을 통해 안정적으로 비소를 제거할 수 있다. 이는 대용량의 연속처리가 가능함을 의미함으로, 처리비용을 줄이고, 공정 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시례와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

도 1은 본 발명에 따른 토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법의 흐름도,

도 2는 습식 입도분리가 일어나는 하이드로사이클론의 제 1 내부 동작 상태도,

도 3은 도 2에 도시된 하이드로사이클론의 제 2 내부 동작 상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

100 : 하이드로사이클론, 110 : 테이퍼부,

115 : 노즐부, 120 : 투입관,

130 : 제 1 배출관, 140 : 제 2 배출관,

150 : 수직유동, 152 : 큰 소용돌이,

154 : 작은 소용돌이, 160 : 볼트,

180 : 오염된 토사, 184 : 작은입자,

186 : 큰입자.

Claims (4)

1. 비소로 오염된 토사의 시료를 굴착하여 비소흡착량이 기준이상으로 높은 토사의 입도범위를 결정하는 단계(S10, S20);

   토사에 흡착된 비소의 용출이 최소가 되도록 세척분리액의 pH를 조절하는 단계(S30);

   적어도 하나 이상의 하이드로사이클론(100)을 이용하여 습식으로 입도를 분리하는 단계(S40); 및

   기준입도 보다 작은 입도를 가진 토사는 탈수후 고형화하고(S50), 기준입도 보다 큰 입도를 가진 토사는 비소 함유량에 따라 재매립 또는 재활용하는 단계(S55);를 포함하는 것을 특징으로 하는 토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 S50단계는,

   미세토를 함유하는 분리액을 농축조에서 중력침전하여 농축하는 단계; 및

   농축된 분리액을 원심분리기로 회전시켜 미세토를 분리시키는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법.
3. 제 2 항에 있어서, 분리된 미세토에 시멘트와 석회를 섞어 고형화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 기준입도가 0.075mm 이하인 경우 복수의 하이드로사이클론(100)을 사용하는 것을 특징으로 하는 토사세척에 의한 비소 오염토 처리방법.