KR20050100229A - 오염토양의 개질방법 - Google Patents

오염토양의 개질방법 Download PDF

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가부시끼가이샤 아스텍
노부히코 와다
히데오 미나토
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Abstract

본 발명은 오염토양의 개질방법에 관한 것으로서, 상세하게는 환경에 유해한 금속이온을 신광물상으로서 토양속에 넣어 안정화하여 오염토양을 개질하는 오염토양의 개질방법에 관한 것이다.
본 발명의 오염토양의 개질방법은 오염토양에 제오라이트류, 고토소석회(Ca(OH) 및 점성토를 혼합해서 신광물질상을 형성해서 토양을 개질하는 것이다.
본 발명에 의하면 저렴한 가격으로 오염토양의 무해화를 도모하고 또 그들의 무해화효과가 장기적으로 안정되어 있는 오염토양의 개질방법을 제공할 수 있다. 또 본 발명에 이용되는 소재는 천연광물자원 등을 주로 하기 때문에 화학약품 등의 인공적인 물질에 의한 새로운 환경부하를 발생시킬 일이 없다.

Description

오염토양의 개질방법{Method for remediation of contaminated soil}
본 발명은 오염토양의 개질방법에 관한 것으로서, 상세하게는 환경에 유해한 금속이온을 신광물상으로서 토양 속에 넣어서 안정화하여 오염토양을 개질하는 오염토양의 개질방법에 관한 것이다.
광공업지대나 그 주변지역에 있어서는 6가크롬으로 대표되는 유해중금속류나 비소 등의 유해원소에 의한 지질오염(지층, 폐기물층, 잔토석, 토양오염)이 종종 발생하고 있다.
더욱이 도시권에 있어서도 주택화 혹은 상업지화된 공장지역 등에 있어서, 토양에 내린 빗물 등의 침투수에 의해 토양속에 함유되는 유해중금속류나 비소 등이 용출해서, 지하수나 하천 등을 오염시키고, 인근에 거주하는 주민의 건강에 치명적인 영향을 미친다고 하는 심각한 환경문제를 일으키는 사태도 발생하고 있다.
종래 이와 같은 유해중금속류나 유해원소를 함유하는 오염토양에 의해서 야기되는 여러 가지 문제에 대처하기 위하여, 오염토양을 최종처분지로의 이송 및 격리, 약제에 의한 화학적 처리, 콘크리트 등에 의한 고화처리가 채용되고 있다.
그러나 최종처분지로의 이송 및 격리는 처분장의 확보가 곤란할 뿐만 아니라 신규토양의 교체를 포함해서 비용이 많이 들고, 또 결과적으로 오염토양의 이동 또는 확산에 도움이 되지 않으므로 문제의 해결에는 이르지 못하고있다.
또한 약제에 의한 화학적 처리로서, 예를 들면 황화나트륨(Na2S)을 이용한 불용화처리가 알려져 있으나, pH등의 조건에 의해서 재용출을 일으켜서, 장기적인 안정성이 결여되는 문제가 있다.
또 시멘트고화처리도 결국은 오염토양의 일시적인 격리에 불과하고, 이것도 장기적인 안정성이 결여되는 문제가 있다.
본 발명의 과제는 저렴한 비용으로 오염토양의 무해화를 도모하고, 또 이들의 무해화 효과가 장기적으로 안정되는 오염토양의 개질방법을 제공하는데 있다.
상기의 문제점은 하기의 발명에 의해서 해결되는 것이다.
본 발명의 오염토양의 개질방법은 오염토양에 제오라이트류, 고토소석회(Ca(OH)2.Mg(OH)2) 및 점성토를 혼합해서 신광물질상을 형성해서 토양을 개질하는데 주목적이 있는 것이다.
또 본 발명은 상기 신광물상에 2가 또는 3가의 철염을 혼합하는 것이다.
또 상기 제오라이트류가 양이온교환용량이 100meq/100g 이상 220meq/100g 이하인 천연제오라이트인 것이다.
더욱이 본 발명의 또 다른 오염토양의 개질방법은 비소이온을 포함하는 오염토양에 2가의 철염을 혼합해서 비산철을 생성하고, 이어서 제오라이트류에 비산철을 흡착하고, 이어서 고토소석회(Ca(OH)2.Mg(OH)2)를 혼합하고, 이어서 점성토를 혼합하여 신광물상을 형성해서 토양을 개질하는 것이다.
또 상기 제오라이트류가 양이온교환용량이 100meq/100g 이상 220meq/100g 이하인 천연제오라이트인 것이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하면 하기와 같다.
본 발명에 있어서, 오염토는 환경상 유해한 물질을 함유하는 토양으로서, 예를 들면 카드뮴, 납, 6가크롬, 비소, 총수은, 동, 셀렌과 같은 중금속이나 불소 붕소 등을 포함하는 토양이다.
상기 중금속은 금속양이온, 산화물(복합산화물을 포함한다) 혹은 아산화물로서 존재하고 있어도 좋다.
또 환경상 유해한 물질이라고 하는 경우, 본 발명에서는 직접섭취에 의한 인체에의 위험도와 지하수 등의 섭취에 의한 인체의 위험도를 가진 물질을 의미한다.
본 발명의 오염토양의 개질방법은, 오염토양에 제오라이트류, 고토소석회(Ca(OH)2.Mg(OH)2) 및 점성토을 혼합하여 신광물상을 형성해서 토양을 개질하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 오염토양에 제오라이트류, 고토소석회(Ca(OH)2.Mg(OH)2) 및 점성토 이외에 2가 또는 3가의 철염이나 알루미늄염을 혼합하는 것은 바람직한 방법이다.
본 발명에 있어서, 오염토양을 개질하는 데에는 예를 들면 (1)오염토양을 파내지 않고 개질을 행하는(개질을 적용하는 장소가 비교적 소규모인 경우 등) 방법, (2)그 오염토양을 파내어 개질을 행하는(대량의 오염토양의 개질을 행할 필요가 있는 경우 등)방법이 있다.
또한 파내서 개질할 때에 처리시설로 이송하여 개질하여도 좋지만, 그 경우에는 처리시설을 이동 가능토록 하여 오염토양을 파내는 현장에서 개질작업을 행하는 것도 바람직한 것으로서, 이는 이송비용을 절감할 수 있기 때문이다.
본 발명의 개질에 있어서, 오염토양을 조사 확인하는 것은 중요하다. 오염토양의 확인에는 필요하면 보링(boring)등을 행하고, 지층심부의 토양까지도 샘플링(sampling)하고, 가능하면 현장에서 분석하고, 오염상황(오염물질과 오염농도 등)의 평면적 퍼짐 및 수직방향의 퍼짐을 신속하게 파악한다.
이러한 조사확인에 의해서 파낸 용량(면적×깊이)을 파악한다. 본 발명에 이용되는 제오라이트류는 오염토양 속에 양이온으로서 존재하는 중금속류를 단시간에 교환 흡착하는 양이온교환제로서 기능한다.
제어라이트류로서는, 천연제오라이트류, 인공제오라이트류 중 어느 것이나 이용할 수 있으며 양자를 병용할 수도 있다. 이중에서도 천연제오라이트류가 바람직하다.
천연제오라이트류로서는 사프치롤불석, 몰덴불석이 있고, 이중 어느 것이나 단독으로 또는 쌍방을 병용할 수 있다.
본 발명에 바람직하게 이용되는 제오라이트류는 양이온교환용량이 100meq/100g 이상의 양이온교환용량이 높은 것이 이용되고, 양이온교환용량은 높을수록 좋지만 성능한계 및 비교 등의 관계 때문에 상한은 220meq/100g 이하이다.
양이온교환용량이 100meq/100g보다 낮으면, 첨가하는 양의 증가를 초래하기 때문에 바람직하지 않다.
또한 본 발명에 있어서의 양이온교환용량의 측정법은 쇼렌벨카법 및 그 신속성에 의한다.
또 본 발명에 있어서 제오라이트류는 분말상, 입자상의 어느 것을 이용하는 것도 가능하다.
분말상 및 /또는 입자상의 경우, 편균입경 10mm이하의 것이 바람직하고 보다 바람직하게는 5mm이하의 것이다.
본 발명에서는 분말상 및 입자상의 천연 및 /또는 인공제오라이트류를 적당히 혼합하여 이용하는 것도 가능하다.
제오라이트류는 개질재의 강도유지를 도모하는 관점에서 물에 의해 포화시키는 것도 바람직하다.
다음에 본 발명에서 이용되는 고토소석회(Ca(OH)2.Mg(OH)2)는, 상기 제오라이트류에 의해서 흡착 유지되지 않는 오염토양중의 음이온(비산이온, 아비산이온, 크롬산이온)등의 흡착재로서 기능함과 동시에, 상기 제오라이트류의 양이온교환기능, 흡착기능을 강화, 유지하기 위하여 pH조정(알카리성으로 조정)의 기능도 완수한다.
또 Mg의 존재에 의해 오염토양 속의 오염물질의 불용화 및 무해화를 가일층 도모할 수 있다.
또한 본 발명에서는 본 발명의 목적을 이탈하지 않는 범위에서, 예를 들면 Ca(OH)2(소석회), CaO(생석회), CaCO3(석회암, 탄산칼슘), CaCl2(염화칼슘)등의 Ca화합물(Ca,Mg), CO3(도로마이트), Mg(OH)2(수산화마그네슘), MgO(산화마그네슘), MgCO3(탄산마그네슘), MgCl2(염화마그네슘)등의 마그네슘화합물을 병용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게 사용할 수 있는 2가의 철염으로서는, Fe2+이온 등을 생성하는 철염이라면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 FeCl2, FeSO4 등을 들 수 있다.
2가의 철염을 첨가하면, 예를 들면 6가 크롬은 환원되어서 유해성이 낮은 산화크롬이 되고, 새롭게 형성되는 Ca, Mg의 함수알루미노규산염광물상에 각각 양이온, 음이온으로서 흡착 고정되는 효과가 있다.
3가의 철염으로서는 Fe3+이온 등을 생성하는 철염이라면 특별히 한정되지 않는다. 또 알루미늄염도 알루미늄이온 등을 생성하는 화합물이라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 이용하는 점성토는 중금속류나 유해원소와의 화학반응성이 양호하고, 또 그들을 흡착유지하고, 장기간의 시간경과 후에 새롭게 형성된 결정상(인공광물)속에 종국적으로는 미량성분 등으로서 고정할 수 있는 것이 바람직하다. 오염토양속에 함유되는 중금속류나 유해원소를 장기간에 걸쳐서 자연환경에 순응하는 상태를 유지해서 존재시킬 수 있기 때문이다.
이점성토는 상기의 특성을 가지고있는 것은 물론, 저렴하고 비교적 용이하게 입수 가능한 것도 중요하고, 지표에 분포하는 점토류, 특히 그 안정성(지표에 있어서의 지표환경에 대해서의 안정성)을 고려해서 풍화생성의 점토류가 바람직하다.
이와 같은 점성토로서는 화산성방출물의 풍화작용에 의한 생성물로서의 화산성 롬 "lome" (예를 들면 관동롬), 화강암풍화물인(마사토) 등을 이용할 수 있다.
이러한 점성토는 그에 함유되는 규산, 철, 알루미나 등의 함수성저결정물질상, 및 저결정성의 점토광물이 보다 고도로 결정화하는데 따라서 전술한 제오라이트류나 고토소석회 등에 의해서 흡착된 오염토양 속의 중금속류나 유해원소를 미량성분으로서 수집하도록 기능한다.
최종적으로는 가장 안정적인 규산염광물상속에 미량성분으로서 지화학적으로 안정화되고, 물에 의한 용출 등을 일으키지 않도록 장기적으로 안정된 인공지츨을 형성한다.
점성토를 사용하는데 있어서, 그 성질의 개변을 행할 필요가 있는 경우에는 점성의 부가나 투수성의 조정을 위하여 벤토나이트등 점토광물류를 혼입하거나 역으로 점성저하를 위하여 사류(砂類)를 혼입하는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서, 제오라이트류 등의 첨가량은 오염토양 100중량부에 대하여, 제오라이트류1~15중량부, 고토소석회 0.5~10중량부, 점성토 5~30중량부의 범위인 것이 바람직하다.
또 2가 또는 3가의 철염, 알루미늄염을 첨가하는 경우, 상기 오염토양 100중량부에 대해서, 2가의 철염, 알루미늄염은 0.1~3중량부의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 오염토양의 개질을 행할 때에는 백보우(backhoe)등을 이용해서 오염토양을 파내고, 상기 개질재와 혼합한 후 재차 매립하여 정지, 전압하고 필요에 따라서 양생한다.
다음에 본 발명에 있어서, 비소이온을 함유하는 오염토양의 개질방법에 대하여 설명한다.
처음에 비소이온을 포함하는 오염토양에 2가의 철염을 혼합한다. 비소이온은 음이온 때문에 양이온교환체의 제오라이트류로의 흡착성은 낮다. 이 때문에 2가의 철염의 예인 황산제2철(폴리철)을 혼합하므로서, 철과 비소를 화합해서 비소철을 생성한다. 비소철은 제오라이트류로의 흡착성이 높은 물질이다.
이어서 제오라이트류를 혼합하면, 비산철은 흡착성이 높으므로 제오라이트류에 흡착된다.
이어서 고토소석회(Ca(OH)2.Mg(OH)2)를 혼합한다. 제오라이트류와 비산철은 흡착성이 뛰어나지만, 특히 흡착성이 뛰어난 pH영역이 있다. 이 흡착성이 뛰어난 pH영역을 고토소석회(Ca(OH)2.Mg(OH)2)를 첨가하므로서 형성한다.
이어서 점성토로서 화산풍화점성토를 혼합한다. 화산풍화점성토로는 알로페인, 이모고라니트가 혼합되고, 그 알로페인, 이모고라이트의 흡착기능에 의해서 제오라이트에 흡착된 비산철을 미량성분으로서 도입한다. 최종적으로는 가장 안정적인 규산염광물상속에 미량성분으로서 지화학적으로 안정된 신광물상을 형성한다. 이 신광물상은 물에 의한 용출 등을 일으키지 않도록 장기적으로 안정된 인공지층이 된다.
(실시예)
이하 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
표2의 처리No.1~7에 표시한 오염토양(원토양)에 대하여, 표1의 처리No.1~7에 표시한 처리를 행하여, 표3의 처리No.1~7과 같은 결과를 얻었다.
표1의 처리No.1~7에 있어서, 사전처리는 개량처리를 행하기 전에 첨가제를 사용해서 처리한 경우에는 그 첨가량이 표시되어 있다.
개량재료는 표에 표시된 첨가제를 사용하였다. 예를 들면 처리No.1의 경우 제오라이트C, 제오라이트M을 첨가하고, 이어서 고토소석회I를 첨가하고, 최후로 화산성풍화점토를 첨가하였다. 첨가량은 표1에 표시하였다. 또한 처리No.6에서는 제오라이트C는 사용하지 않았다.
.제오라이트C : 사프치롤 불석(150meq/100g)
.제오라이트M : 몰덴 불석(150meq/100g)
표 2의 오염토양의 용출량의 분석은 하기의 방법으로 행하였다.
.카드뮴(Cd) : JIS K0102의 55에 정한 방법
.납(Pd) : JIS K0102의 54에 정한 방법
.비소(As) : JIS K0102의 61.2 또는 61.3에 정한 방법
.수은(T-Hg) : 소화46년12월 일본환경청고시제59호(수질오염에 관한 환경기준에 대하여)부표1에 게재한 방법
.불소 : 소화46년 2월 일본환경청고시 제59호의 부표6에 게재된 방법
.붕소 : 소화46년 2월 일본환경청고시 제59호의 부표7에 게재된 방법
.6가 크롬 : JIS K0102의 65.2에 정한 방법
.아연(Zn) : JIS K0102의 53.1에 정한 방법
.동(Cu) : JIS K0102의 52.2에 정한 방법
표 3의 개질처리결과는 개질 후 양생기간 7일 경과 후에 대해서 각각 분석한 결과를 표시한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 저렴한 가격으로 오염토양의 무해화를 도모하고 또 그들의 무해화효과가 장기적으로 안정되어있는 오염토양의 개질방법을 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 이용되는 소재는 천연광물자원 등을 주로 하기 때문에 화학약품 등의 인공적인 물질에 의한 새로운 환경부하를 발생시키는 일이 없다.
또한 흡착반응, 이온교환반응, 신광물상형성을 기본으로 하기 때문에 이 조건에 적합한 이온이라면 오염토양 속의 단순한 유해중금속 뿐만 아니라, 비소나 다른 원소에 대해서도 적용 가능하여 범용성이 높다.

Claims (5)

  1. 오염토양에 제오라이트류, 고토소석회(Ca(OH)2.Mg(OH)2) 및 점성토를 혼합해서 신광물질상을 형성해서 토양을 개질하는 것을 특징으로 하는 오염토양의 개질방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신광물질상에 2가 또는 3가의 철염을 혼합하는 것을 특징으로 하는 오염토양의 개질방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제오라이트류가 양이온교환용량이 100meq/100g 이상 220meq/100g 이하인 천연제오라이트인 것을 특징으로 하는 오염토양의 개질방법.
  4. 비소이온을 포함하는 오염토양에 2가의 철염을 혼합해서 비산철을 생성하고 이어서 제오라이트류에 비산철을 흡착하고, 이어서 고토소석회(Ca(OH)2.Mg(OH)2)를 혼합하고, 이어서 점성토를 혼합해서 신광물상을 형성해서 토양을 개질하는 것을 특징으로 하는 오염토양의 개질방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제오라이트류가 양이온교환용량이 100meq/100g 이상 220meq/100g 이하인 천연제오라이트인 것을 특징으로 하는 오염토양의 개질방법.
    처리No. 사전처리재 개량자재 황산제2철 염화제1철 황산제1철 황산알루미늄 화산성풍화점토 제오라이트C 제오라이트M 고토소석회 1 10.0% 2.0% 2.0% 0.5% 2 0.25% 10.0% 2.0% 2.0% 0.5% 3 0.50% 10.0% 2.0% 2.0% 1.0% 4 1.0% 10.0% 0.0% 4.0% 0.5% 5 0.5% 10.0% 2.0% 2.0% 0.5% 6 5.0% 10.0% 5.0% 1.0% 7 10.0% 3.0% 3.0% 1.0%
    원토양용출량(㎎/L) 처리No. 카드뮴 납 비소 수은 불소 붕소 6가크롬 아연 동 1 0.12 0.31 0.26 0.003 - - - 2 - - 1.20 0.046 - - - - - 3 - - 1.20 0.046 - - - - - 4 - 1.6 - - - - - - - 5 - - - - - - 2.9 - - 6 - - - - 4.4 2.6 - - - 7 - - - - - - - 5.40 16.00
    개량토양용출량(㎎/L) 처리No 카드뮴 납 비소 수은 불소 붕소 6가크롬 아연 동 1 ND ND ND ND - - - 2 - - ND 0.0005 - - - - - 3 - - ND ND - - - - - 4 - ND - - - - - - - 5 - - - - - - ND - - 6 - - - - 0.64 0.05 - - - 7 - - - - - - - ND 0.03
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