KR20060027634A - Permeable reactive barrier and method for removing chlorinated organic contaminants using steel slag/cement paste/ferrous iron - Google Patents

Permeable reactive barrier and method for removing chlorinated organic contaminants using steel slag/cement paste/ferrous iron Download PDF

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KR20060027634A
KR20060027634A KR1020040076513A KR20040076513A KR20060027634A KR 20060027634 A KR20060027634 A KR 20060027634A KR 1020040076513 A KR1020040076513 A KR 1020040076513A KR 20040076513 A KR20040076513 A KR 20040076513A KR 20060027634 A KR20060027634 A KR 20060027634A
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Abstract

본 발명은 산업 부산물을 이용한 경제적인 투수 반응 벽체(PRB)의 매질을 개발하기 위해 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)를 조합시킨 매질 시스템으로 이뤄지는 투수 반응 벽체 및 그를 이용한 염소계 유기 오염물 제거 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 매질 시스템은 염소계 유기 오염물, 그 중에서도 특히 TCE를 제거함에 있어 PRB의 매질로 주로 이용되는 영가철보다 월등히 우수하다. 매질 시스템은 고체/액체 비가 0.1이고 Fe(Ⅱ)가 100 mM일 때에 70 % 슬래그/30 % 시멘트 페이스트로 이뤄지는 것이 반감기 6.1 시간으로 0.25 mM의 TCE를 제거하는데 있어 최적의 조합이다. 제거 비율은 Fe(Ⅱ)의 주입량이 늘어날수록 선형적으로 증가된다. 칼럼 시험을 통해, 본 발명에 따른 매질 시스템에서는 제강 슬래그와 시멘트 페이스트로 이뤄진 반응 매질에 Fe(Ⅱ)가 함께 용해된 TCE를 주입하는 형식으로 Fe(Ⅱ)를 연속적으로 주입하는 것이 적합한 것으로 판명되었다. 본 발명에 따라 개발된 매질은 TCE 제거를 위한 투수 반응 벽체의 매질로 활용 가능할 뿐만 아니라, 영가철에 비해 시멘트 매트릭스 내로 중금속을 고정화시킬 수 있는 추가의 장점까지 갖는다.The present invention provides a permeation reaction wall consisting of a media system combining steelmaking slag, cement paste and Fe (II) to develop an economical permeation reaction wall (PRB) medium using industrial by-products, and a method for removing chlorine-based organic contaminants using the same. to provide. The media system according to the invention is superior to the ductile iron mainly used as a medium for PRB in removing chlorine-based organic contaminants, especially TCE. The medium system is the best combination for removing 0.25 mM TCE at 6.1 hours of half life with a 70% slag / 30% cement paste with a solid / liquid ratio of 0.1 and Fe (II) of 100 mM. The removal rate increases linearly as the amount of Fe (II) injection increases. Through column tests, it was proved to be suitable to continuously inject Fe (II) in the form of injecting TCE with Fe (II) dissolved in a reaction medium consisting of steelmaking slag and cement paste in the medium system according to the present invention. . The media developed in accordance with the present invention not only can be utilized as a medium for permeation reaction walls for TCE removal, but also have the added advantage of immobilizing heavy metals into the cement matrix over zero iron.

제강 슬래그, 시멘트 페이스트, 2가 철, TCE, 투수 반응 벽체(PRB)Steelmaking slag, cement paste, divalent iron, TCE, permeation reaction wall (PRB)

Description

제강 슬래그/시멘트 페이스트/2가 철을 이용한 염소계 유기 오염물 제거용 투수 반응 벽체 및 그 제거 방법{PERMEABLE REACTIVE BARRIER AND METHOD FOR REMOVING CHLORINATED ORGANIC CONTAMINANTS USING STEEL SLAG/CEMENT PASTE/FERROUS IRON }PERMEABLE REACTIVE BARRIER AND METHOD FOR REMOVING CHLORINATED ORGANIC CONTAMINANTS USING STEEL SLAG / CEMENT PASTE / FERROUS IRON}

도 1은 본 발명에 따른 방법을 행하기 위한 칼럼 시험 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면;1 schematically shows the configuration of a column test apparatus for carrying out the method according to the invention;

도 2는 회분식 시험에서 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)를 조합시킨 5가지 반응 매질 시스템과 대조 표본에 대한 반응 시간에 따른 TCE의 농도 변화를 각각 나타낸 그래프;FIG. 2 is a graph showing the change in concentration of TCE with reaction time for five reaction medium systems combining control steelmaking slag, cement paste and Fe (II) in a batch test and control samples, respectively;

도 3은 도 2의 5가지 반응 매질 시스템에 대한 시멘트 페이스트와 제강 슬래그의 비에 따른 반응 속도 상수의 추이를 각각 나타낸 그래프;3 is a graph showing the change of reaction rate constants according to the ratio of cement paste and steelmaking slag for the five reaction medium systems of FIG. 2, respectively;

도 4는 도 2의 5가지 반응 매질 시스템에 대한 반응 시간에 따른 pH의 변화 추이를 각각 나타낸 그래프;FIG. 4 is a graph showing a change in pH with reaction time for each of the five reaction medium systems of FIG. 2;

도 5는 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템에 대한 Fe(Ⅱ)의 주입 농도에 따른 TCE의 분해 거동을 나타낸 그래프;5 is a graph showing the decomposition behavior of TCE according to the concentration of Fe (II) injection in the steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system;

도 6은 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템에 대한 Fe(Ⅱ)의 주입 농도와 반응 속도 상수의 관계를 나타낸 그래프;FIG. 6 is a graph showing the relationship between the injection concentration of Fe (II) and the reaction rate constant for the steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system; FIG.

도 7은 Fe(Ⅱ)를 펄스 타입으로 주입하는 칼럼(연속 반응) 시험에서 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템에 대한 시간에 따른 TCE의 분해 거동을 나타낸 그래프;7 is a graph showing the decomposition behavior of TCE over time for a steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system in a column (continuous reaction) test in which Fe (II) is injected in a pulse type;

도 8은 상이한 농도의 Fe(Ⅱ)를 연속적으로 주입하는 2개의 칼럼(연속 반응) 시험에서 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템에 대한 시간에 따른 TCE의 분해 거동을 각각 나타낸 그래프.FIG. 8 is a graph showing the decomposition behavior of TCE over time for the steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system in two column (continuous reaction) tests in which different concentrations of Fe (II) are continuously injected. .

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 칼럼1: column

2 : 유출물 저장고2: spill storage

3 : 유입물 저장고3: influent reservoir

4 : 연동 펌프4: peristaltic pump

5 : 시료 추출 포트5: sampling port

6 : 테프론 튜브6: teflon tube

본 발명은 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 2가 철을 이용하여 염소계 유기 오염물을 제거하는 투수 반응 벽체 및 그 제거 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제강 슬래그와 시멘트 페이스트 및 2가 철을 최적으로 조합시킨 반응 매질 시스템을 이용하여 염소계 유기 오염물, 그 중에서도 특히 트리클로로에틸렌을 환원성 탈염소화 반응에 의해 제거하는 방법 및 그러한 반응 매질 시스템으로 이뤄지는 염소계 유기 오염물 제거용 투수 반응 벽체에 관한 것이다.The present invention relates to a permeation reaction wall for removing chlorine-based organic contaminants using steelmaking slag, cement paste, and divalent iron, and more particularly, to an optimal combination of steelmaking slag, cement paste, and divalent iron. A method for removing chlorine-based organic contaminants, particularly trichloroethylene by means of a reductive dechlorination reaction using a reaction medium system, and a permeable reaction wall for removing chlorine-based organic contaminants consisting of such a reaction medium system.

환경부에 의해 시행된 2003년 지하수 수질 조사 결과에 의하면, 공단 지역의 경우에 수질 기준을 초과하는 39개 사안 중에서 주된 수질 기준 초과 항목으로서 트리클로로에틸렌(trichloroethylene; TCE)(이후로 "TCE"라 지칭함)이 23건, 테트라클로로에틸렌(tetrachloroethylene; PCE)(이후로 "PCE"라 지칭함)이 11건, 그리고 질산성 질소(NO3-)가 2건을 각기 차지하였고, 도시 지역의 경우에는 19건의 사안 중에서 트리클로로에틸렌이 8건, 질산성 질소(NO3-)가 8건, 그리고 테트라클로로에틸렌이 3건을 각각 차지하였다.[1] 그러한 수질 기준 초과 항목 물질 중에서도 그 비중이 물의 비중보다 더 큰 난수용성 액체(dense non-aqueous phase liquid; DNAPL)인 TCE와 PCE와 같은 유기 화합물은 용제(solvents) 및 그리스 제거제(degreasing agents) 등으로 사용되면서 국내외의 토양 및 지하수에 가장 널리 오염되어 있는 가장 대표적인 오염물이자 특히 독성이 강한 발암성 물질로서, 그 때문에 미국 환경 보호청(Environmental Protection Agency; EPA)에 의해서도 주요 오염물로 지정된 염소계 유기 용매들이다. 따라서, 그들 물질은 음용수 수질 기준에서 엄격히 제한되고 있는 바, 특히 발암성 염소계 유기 화합물이자 난분해성 물질인 TCE를 효과적으로 제거하는 방법을 개발하는 것이 절실히 요구되고 있다.According to the 2003 groundwater quality survey conducted by the Ministry of Environment, trichloroethylene (TCE) (hereinafter referred to as "TCE") is the major water quality exceeding standard among 39 issues exceeding water quality standards in the industrial area. ) Accounted for 23 cases, tetrachloroethylene (PCE) (hereinafter referred to as "PCE"), and 2 cases of nitrate nitrogen (NO 3- ), 19 for urban areas. Eight trichloroethylene cases, eight nitrate nitrogens (NO 3- ), and tetrachloroethylene accounted for three cases. [1] Among those substances that exceed water quality standards, organic compounds such as dCE and PCE, dense non-aqueous phase liquids (DNAPL), whose specific gravity is greater than that of water, are solvents and degreasing agents. Chlorine organic solvent, which is the most representative pollutant and especially toxic carcinogenic substance which is most widely contaminated with soil and groundwater at home and abroad, and is also designated as a major pollutant by the Environmental Protection Agency (EPA). admit. Therefore, these materials are strictly limited in drinking water quality standards, and there is an urgent need to develop a method for effectively removing TCE, which is a carcinogenic chlorine-based organic compound and a hardly decomposable substance.

종래, 그러한 TCE를 제거하기 위한 각종의 처리 기술이 제안된 바 있다. 먼저, 염소계 용매로 오염된 물을 지상으로 퍼 올린 후에 용매를 폐기시키고 물을 다 시 대수층으로 집어넣는 소위 "양수 및 처리(pump-and-treat)" 방법이 대표적으로 알려져 있다. 그러나, 그러한 방법은 오염물을 단지 다른 곳으로 옮겨 놓는 것에 불과하다는 점에서 그 근본적인 한계를 벗어나지 못한다. 특히, 토양이 균일하지 않거나 난수용성 액체와 같은 물질을 처리 대상으로 할 경우에는 그 처리 효율이 크게 떨어진다. 따라서, 그 대안으로서 오염물을 지하에 가둬놓는 흡착체 또는 반응 벽체(reactive barrier)를 설치하여 오염물의 이동성을 저감시키는 방법을 연구하게 되었다.In the past, various processing techniques for removing such TCEs have been proposed. First, a so-called "pump-and-treat" method is known, in which water contaminated with chlorine-based solvents is pumped to the ground, then the solvent is discarded and the water is returned to the aquifer. However, such a method does not go beyond its fundamental limitations in that it merely transfers contaminants elsewhere. In particular, when the soil is not uniform or when a material such as a poorly water-soluble liquid is treated, the treatment efficiency is greatly reduced. Therefore, as an alternative, the research has been conducted to reduce the mobility of contaminants by installing an adsorbent or a reactive barrier that traps the contaminants underground.

TCE와 같은 염소계 유기 화합물은 환원성 탈염소화 반응(reductive dechlorination)에 의해 에틸렌을 거쳐 토양 중 미생물의 작용을 통해 무해한 이산화탄소로 쉽게 분해되는 특성을 갖고 있다. 그와 같이 염소계 유기 오염물을 환원성 탈염소화 반응에 의해 처리하는 분야에서는 TCE를 단시간 내에 탈염소화시키는 0가 철(Fe(0))을 반응 매질로 하여 현장(in-situ)에서 처리하는 투수 반응 벽체(permeable reactive barrier; PRB)(이후로 "PRB"라 지칭함)가 가장 광범위하게 연구되고 있다.[2][3][4][5][6][7] 그러한 투수 반응 벽체는 오염물을 벽체 내로 유도하여 자연적으로 처리함으로써 별도의 처리 시설을 필요로 하지 않는다는 장점을 갖는다. 그에 입각하여, 국내에서도 Fe(0)을 기반으로 한 PRB의 반응 매질을 개발하고 염소계 유기 오염물의 분해능을 향상시키려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.[8][9][10][11] Chlorine-based organic compounds, such as TCE, are easily decomposed into harmless carbon dioxide through the action of microorganisms in the soil via ethylene by reductive dechlorination. As described above, in the field of treating chlorine-based organic contaminants by a reductive dechlorination reaction, a permeation reaction wall which is treated in-situ with zero-valent iron (Fe (0)) which dechlorinates TCE in a short time as a reaction medium. Permeable reactive barrier (PRB) (hereinafter referred to as "PRB") is the most widely studied. [2] [3] [4] [5] [6] [7] Such permeable reaction walls have the advantage that they do not require a separate treatment facility by introducing contaminants into the walls and treating them naturally. Based on this, studies have been actively conducted in Korea to develop a reaction medium for PRB based on Fe (0) and to improve the resolution of chlorine organic pollutants. [8] [9] [10] [11]

그러나, 그러한 Fe(0)은 순수 물질로서 고가이기 때문에, Fe(0)을 이용한 PRB에서는 초기 부설 비용이 매우 높다는 단점이 있고, 그에 따라 부설 비용의 대부분을 차지하는 Fe(0)을 대체할 수 있는 효과적이고도 경제적인 반응 매질의 개발이 요청되고 있다.However, since such Fe (0) is expensive as a pure material, there is a disadvantage in that the initial laying cost is very high in the PRB using Fe (0), which can replace Fe (0) which occupies most of the laying cost. The development of effective and economical reaction media is called for.

최근, Fe(0)에 비해 가격이 저렴할 뿐만 아니라 도금 공장 등에서 배출되는 폐부산물을 활용하여 입수될 수 있다는 장점을 갖는 2가 철(Fe(Ⅱ))에 대한 연구가 빈번하게 보고되고 있다. 특히, 염소계 유기 오염물을 제거하기 위한 또 다른 물질로서 철강 산업의 부산물 중에서 Fe(Ⅱ), 0가 금속 등을 상당량 함유하고 있는 제강 슬래그를 반응 매질로 사용하는 것에 관심이 모아지고 있다.Recently, research on divalent iron (Fe (II)), which has a merit that it is not only cheaper than Fe (0) but also can be obtained by using waste by-products discharged from a plating factory, has been frequently reported. In particular, there is an interest in using steelmaking slag containing a considerable amount of Fe (II), a zero-valent metal, etc., as a byproduct of the steel industry as another material for removing chlorine-based organic contaminants.

미국 특허 제5,543,059호 및 미국 특허 제5,575,927호로부터 염소계 유기 오염물을 철을 이용하여 처리하는 방법들이 공지되어 있지만, 그러한 방법들은 Fe(0) 또는 Fe(Ⅱ)를 이용한 것에 지나지 않은 것으로, 제강 슬래그에 관해서는 전혀 개시하고 있지 않다.Methods of treating chlorine-based organic contaminants with iron are known from US Pat. No. 5,543,059 and US Pat. No. 5,575,927, but these methods are only those using Fe (0) or Fe (II). It is not disclosed at all.

또한, 국제 출원 WO 02/40409는 고로 슬래그를 PRB 시스템에 사용하는 것을 개시하고 있기는 하지만, 그 시스템의 반응 매질은 Pd로 코팅된 Fe를 그 주 요소로 하는 것으로, 고로 슬래그를 PRB에 부착하는 것은 Pd/Fe 시스템의 효율성이 떨어지는 것을 방지하려는 선택적인 사항에 불과할 뿐이지 결코 고로 슬래그 그 자체가 PRB 시스템의 근간을 이루는 것이 아니다. 다시 말하자면, 고로 슬래그가 PRB의 반응 매질을 이루고 있지 않다.In addition, although the international application WO 02/40409 discloses the use of blast furnace slag in a PRB system, the reaction medium of the system is based on Fe coated with Pd as its main element, and the blast furnace slag is attached to the PRB. This is only an option to prevent the efficiency of the Pd / Fe system from falling, and the blast furnace slag itself is not the basis of the PRB system. In other words, blast furnace slag does not form a reaction medium for PRB.

한국 특허 등록 제0342766호로부터 고로 슬래그 또는 제강 슬래그를 포함하여 이루어진 보조 반응 벽체를 만들고, 이를 주 반응 벽체의 전면, 후면, 또는 전 면 및 후면에 설치하는 단계; 및 오염물을 그 반응 벽체를 통과시켜 오염물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물의 정화 방법이 공지되고 있다. 또한, 아직 공개되지 않은 한국 특허 출원 제2004-0003377호는 제강 슬래그 중의 전로 슬래그와 Fe(Ⅱ)로 이뤄진 시스템을 반응 매질로 하여 환원성 탈염소화 반응에 의해 염소계 유기 오염물을 처리하는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물의 처리 방법을 개시하고 있다. 아울러, Fe(Ⅱ)로 개질된 제강 슬래그 또는 Fe(Ⅱ)로 개질된 시멘트가 염소계 유기 오염물을 처리함에 있어 Fe(0)에 필적하는 분해능을 가지고 있음이 이미 확인된 바 있다.[12][13][14][15] Making an auxiliary reaction wall comprising blast furnace slag or steelmaking slag from Korean Patent Registration No. 0432766 and installing it on the front, back, or front and back of the main reaction wall; And removing the contaminant by passing the contaminant through the reaction wall thereof is known. In addition, Korean Patent Application No. 2004-0003377, which is not yet disclosed, uses a system consisting of converter slag and Fe (II) in steelmaking slag as a reaction medium to treat chlorine-based organic contaminants by reductive dechlorination. Disclosed is a method for treating organic contaminants. In addition, it has already been confirmed that steelmaking slag modified with Fe (II) or cement modified with Fe (II) has a resolution comparable to Fe (0) in treating chlorine organic contaminants. [12] [13] [14] [15]

전술된 문헌들에는 제강 슬래그, Fe(Ⅱ)로 개질된 제강 슬래그, 또는 Fe(Ⅱ)로 개질된 시멘트를 PRB의 반응 매질로 사용하는 기술들이 개시되어 있지만, 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)를 조합시킨 PRB의 반응 매질에 관해서는 전혀 개시되어 있는 바가 없다. 국내외에서도 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템에 관한 연구가 아직 보고된 바 없다.The above-mentioned documents disclose techniques for using steelmaking slag, steelmaking slag modified with Fe (II), or cement modified with Fe (II) as the reaction medium of PRB, but steelmaking slag, cement paste and Fe (II). Has not been disclosed in terms of the reaction medium of the combined PRB. At home and abroad, no studies on steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium systems have been reported.

따라서, 본 발명의 목적은 토양 및 지하수를 오염시키는 주요 오염물인 염소계 유기 오염물, 특히 TCE를 저렴한 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템을 이용하여 간단하고도 효과적으로 제거하는 방법 및 그러한 매질 시스템으로 이뤄진 PRB를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for the simple and effective removal of chlorine-based organic contaminants, in particular TCE, which is a major contaminant contaminating soil and groundwater, in particular using TCE, an inexpensive steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system, and the medium It is to provide a PRB composed of a system.

본 발명의 다른 목적은 상기 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템 중에서 염소계 유기 오염물, 특히 TCE를 처리하는데 가장 적합한 최적의 시 스템을 규명하는 것이다.Another object of the present invention is to identify the optimal system for the treatment of chlorine-based organic contaminants, especially TCE, in the steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system.

본 발명의 또 다른 목적은 각종의 파라미터가 상기 제거 방법 및 PRB에 미치는 영향을 고찰하여 최적의 조건을 규명하는 것이다.It is still another object of the present invention to consider the effects of various parameters on the removal method and the PRB to identify the optimum conditions.

전술된 목적들은 방법에 있어 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)를 입자화하여 혼합시킨 시스템을 반응 매질로 하여 환원성 탈염소화 반응에 의해 염소계 유기 오염물을 제거하는 방법에 의해 달성된다.The above-mentioned objects are achieved by a method of removing chlorine-based organic contaminants by reductive dechlorination reaction using a system in which steelmaking slag, cement paste and Fe (II) are granulated and mixed in the process as a reaction medium.

또한, 전술된 목적들은 PRB에 있어 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)가 입자화되어 혼합된 반응 매질 시스템으로 이뤄지는 투수 반응 벽체(PRB)에 의해 달성된다.In addition, the above-mentioned objects are achieved by a permeation reaction wall (PRB) consisting of a reaction medium system in which steelmaking slag, cement paste and Fe (II) are granulated and mixed in the PRB.

본 발명에서는 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)의 조합으로 이뤄진 여러 반응 매질 시스템들의 TCE에 대한 반응성을 회분식 시험을 통해 시험하여 TCE 제거에 적합한 반응 매질 시스템을 선별한 후에, 각종의 반응 파라미터에 의한 영향을 파악하여 시스템의 특성을 고찰하였다. 또한, TCE를 연속적으로 주입하는 칼럼 시험을 통해 Fe(Ⅱ)의 주입을 달리하면서 TCE에 대한 분해능을 고찰함으로써 그러한 반응 매질 시스템을 PRB의 반응 매질로서 적용할 수 있는 가능성에 관해 평가하였다.In the present invention, the reaction of various reaction medium systems consisting of a combination of steelmaking slag, cement paste and Fe (II) to TCE is tested by batch test to select a reaction medium system suitable for TCE removal, and then to various reaction parameters. The effects of the system were identified to investigate the system characteristics. In addition, the possibility of applying such a reaction medium system as the reaction medium of PRB was evaluated by examining the resolution of TCE while varying the injection of Fe (II) through a column test in which TCE was continuously injected.

그러한 시험 및 고찰 평가 결과, 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)를 입자화하여 혼합시킨 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ)의 조합된 반응 매질 시스템이 염소계 유기 오염물의 환원성 탈염소화 반응에 매우 효과적임을 규명하기에 이르렀다. 그와 동시에, 고형화/안정화(solidification/stabilization; S/S)의 바인더인 시멘트를 사용함으로써 중금속까지도 시멘트 매트릭스 내에 고정되어 제거될 수 있음을 확인하게 되었다.As a result of such tests and considerations, the combined reaction medium system of steelmaking slag, cement paste and Fe (II) granulated and mixed is very suitable for the reductive dechlorination of chlorine organic contaminants. It proved effective. At the same time, the use of cement, a binder of solidification / stabilization (S / S), confirmed that even heavy metals could be fixed in the cement matrix and removed.

본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ)를 이용한 염소계 유기 오염물의 제거 방법은 제강 슬래그를 마련하여 소정의 입도로 분쇄하는 단계; 시멘트와 물로 모르타르를 양생시켜 시멘트 페이스트를 얻은 후에 소정의 입도로 분쇄하는 단계; Fe(Ⅱ)를 마련하여 소정의 입도로 분쇄하는 단계; 분쇄된 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)의 입상물들을 슬러리 반응조에 넣고 물에 부유시켜 반응 매질 슬러리를 만드는 단계; 반응 매질 슬러리 중에 염소계 유기 오염물, 특히 TCE를 함유한 오염 용액을 주입하는 단계; 슬러리 반응조 중의 내용물을 교반하면서 환원성 탈염소화 반응을 진행시켜 반응이 평형에 이르도록 하는 단계; 및 반응 생성물을 분리 회수하는 단계를 포함한다.According to a preferred configuration of the present invention, a method for removing chlorine-based organic contaminants using steelmaking slag / cement paste / Fe (II) comprises preparing a steelmaking slag and pulverizing it to a predetermined particle size; Curing the mortar with cement and water to obtain a cement paste, and then grinding the mortar into a predetermined particle size; Preparing Fe (II) and pulverizing to a predetermined particle size; Placing the pulverized steelmaking slag, cement paste and granules of Fe (II) into a slurry reactor and floating in water to form a reaction medium slurry; Injecting a chlorine-based organic contaminant, in particular a contaminant solution containing TCE, into the reaction medium slurry; Carrying out a reductive dechlorination reaction while stirring the contents of the slurry reactor to allow the reaction to equilibrate; And separating and recovering the reaction product.

제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)를 소정의 입도로 분쇄하는 단계들에서는 소정의 입도를 0.42 내지 0.1 ㎜(140 mesh - 40 mesh)로 하는 것이 바람직하다.In the steps of pulverizing steelmaking slag, cement paste and Fe (II) to a predetermined particle size, it is preferable to set the predetermined particle size to 0.42 to 0.1 mm (140 mesh-40 mesh).

또한, 반응 매질 슬러리 중의 고형물/수용액 비를 질량 기준으로 0.1로 하는 것이 적합하다.It is also suitable to set the solids / aqueous solution ratio in the reaction medium slurry to 0.1 on a mass basis.

TCE를 함유한 오염 용액을 주입하는 단계에서는 슬러리 반응조를 밀봉시켜 TCE의 휘발과 Fe(Ⅱ)의 산화를 최소화시키고 외부로부터의 공기 침입을 막는 것이 바람직하다. 이울러, TCE의 분리(partitioning)를 막기 위해 슬러리 반응조의 헤 드스페이스(head-space)를 최소화시키는 것이 바람직하다.In the step of injecting the contaminated solution containing TCE, it is preferable to seal the slurry reaction tank to minimize volatilization of TCE and oxidation of Fe (II) and to prevent air ingress from the outside. In addition, it is desirable to minimize the head-space of the slurry reactor to prevent partitioning of the TCE.

또한, 슬러리 중의 TCE의 초기 농도를 0.25 mM로 하는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable to make the initial concentration of TCE in a slurry into 0.25 mM.

아울러, 반응 매질 슬러리를 70 % 제강 슬래그/30 % 시멘트 페이스트/100 mM Fe(Ⅱ)로 조합된 반응 매질 시스템으로 조성하는 것이 바람직하다. 특히, Fe(Ⅱ)의 농도를 200 mM을 넘지 않게끔 하는 것이 좋다.In addition, it is desirable to formulate the reaction medium slurry into a reaction medium system combined with 70% steelmaking slag / 30% cement paste / 100 mM Fe (II). In particular, the concentration of Fe (II) is preferably not to exceed 200 mM.

슬러리 반응조 중의 내용물을 교반시켜 환원성 탈염소화 반응이 평형에 이르도록 하는 단계에서는 내용물을 약 8 rpm의 속도로 교반하는 것이 적합하다.In the step of stirring the contents of the slurry reactor to bring the reductive dechlorination reaction to equilibrium, it is suitable to stir the contents at a rate of about 8 rpm.

아울러, 반응 중에 수용액의 pH를 중성 범위 이상으로 유지시키는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to maintain the pH of aqueous solution more than neutral range during reaction.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서는 제강 슬래그/시멘트 페이스/Fe(Ⅱ)를 동시에 혼합시켜 반응 매질 슬러리를 생성하는 대신에, 제강 슬래그와 시멘트 페이스트로 이뤄진 반응 매질에 Fe(Ⅱ)가 함께 용해된 TCE를 주입하는 형식으로 Fe(Ⅱ)를 연속적으로 주입한다. 그와 같이 Fe(Ⅱ)를 연속적으로 주입할 경우, 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템의 반응성 및 그 지속성이 증대되는 효과가 얻어진다.In another preferred configuration of the present invention, instead of simultaneously mixing steelmaking slag / cement face / Fe (II) to produce a reaction medium slurry, TCE in which Fe (II) is dissolved together in a reaction medium consisting of steelmaking slag and cement paste. Fe (II) is injected continuously in the form of. As such, when Fe (II) is continuously injected, the effect of increasing the reactivity and sustainability of the steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system is obtained.

한편, 본 발명에 따른 PRB는 70 % 제강 슬래그/30 % 시멘트 페이스트/100 mM Fe(Ⅱ)로 조합된 반응 매질 시스템으로 이뤄지는 것이 바람직하다.On the other hand, the PRB according to the present invention preferably consists of a reaction medium system combined with 70% steelmaking slag / 30% cement paste / 100 mM Fe (II).

또한, 본 발명에 따른 PRB는 Fe(Ⅱ)가 지속적으로 주입되면서 제강 슬래그 및 시멘트 페이스트와 반응하도록 형성된 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템으로 이뤄지는 것이 더욱 바람직하다.Further, the PRB according to the present invention is more preferably made of a steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system formed to react with steelmaking slag and cement paste while Fe (II) is continuously injected.

본 발명의 또 다른 특징, 장점, 및 명세는 첨부된 특허 청구 범위의 종속항들 및 본 발명의 실시예에 관한 이후의 설명으로부터 잘 파악될 수 있을 것이다.Further features, advantages, and specifications of the invention will become apparent from the following description of the dependent claims of the appended claims and the embodiments of the invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)의 적절한 조합으로 형성된 여러 가지 반응 매질 시스템들을 대상으로 TCE에 대한 그 반응성을 회분식 시험을 통해 시험하여 TCE 제거에 적합한 최적의 반응 매질 시스템을 규명한 후에, 그 규명된 반응 매질 시스템에 대해 반응 파라미터에 의한 영향을 파악하여 시스템의 특성을 고찰하였다.In a preferred embodiment of the present invention, various reaction medium systems formed from a suitable combination of steelmaking slag, cement paste, and Fe (II) are tested in a batch test to test their reactivity to TCE to obtain an optimal reaction medium suitable for TCE removal. After identifying the system, the characteristics of the system were discussed by identifying the effects of the reaction parameters on the identified reaction medium system.

또한, 칼럼 시험을 통해 본 발명에 따른 염소계 유기 오염물 제거 방법의 연속적인 처리 가능성을 모색하는 동시에, Fe(Ⅱ)의 주입 방법을 달리하면서 그에 따른 염소계 유기 오염물의 제거능을 고찰하였다. 이후로 그러한 일련의 시험 과정을 구분하여 보다 더 구체적으로 설명하기로 한다.In addition, through the column test to explore the possibility of the continuous treatment of the chlorine-based organic contaminant removal method according to the present invention, while changing the Fe (II) injection method was considered the ability to remove the chlorine-based organic contaminants accordingly. Thereafter, such a series of test procedures will be divided and described in more detail.

제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 시스템을 PRB 반응 매질로 제조하는 방식에 있어서는 제강 슬래그를 골재로 하고 시멘트를 바인더로 하여 투수 콘크리트를 제조한 뒤에 Fe(Ⅱ)를 합성시키는 방식을 취하면 매질의 균질성 및 반응성이 저하되는 결과가 초래되기 때문에, 시멘트 페이스트, 제강 슬래그 및 Fe(Ⅱ)를 각각 입자화하여 혼합시키는 방식을 취하기로 한다.In the method of manufacturing the steelmaking slag / cement paste / Fe (II) system as the PRB reaction medium, when the steelmaking slag is aggregated and the cement is used as the binder to prepare the permeable concrete, the method of synthesizing the Fe (II) medium is performed. Since the homogeneity and reactivity of the resin are lowered, the cement paste, steelmaking slag, and Fe (II) are respectively granulated and mixed.

시험 재료 및 방법Test material and method

사용 재료Material used

시험에 사용된 제강 슬래그는 포항제철의 제강 공정에서 발생된 제강 전로 슬래그로부터 입수된 것이었다. 그러한 제강 슬래그를 PRB의 매질로 가장 많이 사용되는 Fe(0)에서 통상적으로 취하는 크기인 0.42 내지 0.1 mm(140 mesh - 40 mesh)의 입도로 분쇄하여 사용하였다.The steelmaking slag used for the test was obtained from steelmaking converter slag generated in the steelmaking process of Pohang Steel. Such steelmaking slag was used by grinding to a particle size of 0.42 to 0.1 mm (140 mesh-40 mesh) which is a size commonly taken in Fe (0) which is most often used as a medium of PRB.

물/시멘트 비(W/C)를 50 %로 모르타르를 양생시켜 시멘트 페이스트를 생성하고, 그 생성된 시멘트 페이스트를 역시 제강 슬래그와 같은 입자 크기로 분쇄하여 시험에 사용하였다.The mortar was cured at 50% water / cement ratio (W / C) to produce a cement paste, which was then ground to the same particle size as steelmaking slag and used for testing.

Fe(Ⅱ)(99.5%, ferrous sulfate; Acros Organics사로부터 입수함)도 역시 슬래그 및 시멘트 페이스트와 같은 입자 크기로 분쇄하여 사용하였다.Fe (II) (99.5%, ferrous sulfate; available from Acros Organics) was also used by grinding to the same particle size as slag and cement paste.

회분식 시험(Batch Test)Batch Test

회분식 슬러리 시험에 사용된 반응조는 부피가 약 24 ㎖인 붕규산 유리 재질의 유리병(vial)으로서, 장시간 동안 교반하더라도 TCE의 휘발과 Fe(Ⅱ)의 산화가 최소화되도록 유리병 마개의 실리콘 격벽(silicon septum)에 연박 테이프(lead foil tape)를 붙이고 나서 그 위에 다시 테프론 테이프를 부착하는 형식으로 유리병 마개를 3중으로 밀봉하였다.The reactor used in the batch slurry test is a vial made of borosilicate glass of about 24 ml in volume, and the silicon bulkhead of the glass bottle cap minimizes the volatilization of TCE and the oxidation of Fe (II) even after prolonged stirring. The lid bottle was triple-sealed by attaching a lead foil tape to the septum and then attaching a Teflon tape to it again.

슬러리의 반응 매질과 수용액의 비는 0.1이 되도록 하였고, TCE의 분리(partitioning)를 방지하기 위해 반응조의 헤드 스페이스(head-space)를 최소화시켰다.The ratio of the reaction medium of the slurry to the aqueous solution was 0.1, and the head-space of the reactor was minimized to prevent partitioning of the TCE.

TCE 수용액만으로 이뤄진 대조 표본(control)을 이중 샘플(duplicate sample)로, 그리고 매질과 TCE 수용액으로 이뤄진 반응 시료를 삼중 샘플 (triplicate sample)로 제작함으로써 시험의 신뢰성을 높이도록 하였다.The control of the TCE solution alone was made as a duplicate sample and the reaction sample consisting of the medium and TCE solution as a triple sample to increase the reliability of the test.

저장 용액(stock solution)으로 만들어진 TCE를 각각의 시료에 가스 기밀 주사기(gas-tight syringe)를 사용하여 주입하였다.TCE made of stock solution was injected into each sample using a gas-tight syringe.

텀블러(tumbler)를 사용하여 상하 왕복 8 rpm 속도로 슬러리를 교반하였고, 시료 추출 시에는 3분 동안 1500 rpm의 속도로 원심 분리를 행한 후에 수용액 50 ㎕를 취해 헥산(고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 등급; Fisher Scientific사로부터 입수함)으로 추출하여 가스 크로마토그래피(GC)에 의한 분석을 행하였다.Using a tumbler, the slurry was agitated at a rate of 8 rpm up and down, and during sampling, centrifugation was performed at 1500 rpm for 3 minutes, and then 50 μl of an aqueous solution was added to hexane (high performance liquid chromatography (HPLC) grade. (Obtained from Fisher Scientific)) and analyzed by gas chromatography (GC).

칼럼 시험(Column Test)Column Test

도 1은 본 발명에 따른 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 혼합 반응 매질의 연속적인 TCE 분해능을 조사하기 위한 칼럼 시험 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.1 schematically shows a column test apparatus for investigating the continuous TCE resolution of a steelmaking slag / cement paste / Fe (II) mixed reaction medium according to the present invention.

먼저, 유기물의 흡착을 최대한 억제시키기 위해 파이렉스 글라스(pyrex glass) 재질의 유리 칼럼(1)을 칼럼(1)으로서 사용하였고, 튜빙(tubing)으로서는 테프론 튜브(6)를 사용하였다. 칼럼(1)은 길이가 40 ㎝이고 직경이 5 ㎝이며 부피가 785.40 ㎤인 치수로 제작되었다.First, a glass column 1 made of pyrex glass was used as the column 1 in order to suppress the adsorption of organic matter as much as possible, and a Teflon tube 6 was used as the tubing. Column 1 was constructed with dimensions of 40 cm in length, 5 cm in diameter and 785.40 cm 3 in volume.

칼럼(1)의 시료 추출 포트(5)는 파이렉스 글라스와 테프론으로 제작되었고, 시료 추출 포트(5)에 격벽(septum)을 마련하여 시료 추출 시에 TCE가 누출되는 것을 최대한으로 억제시켰다.The sampling port 5 of the column 1 was made of Pyrex glass and Teflon, and a septum was provided in the sampling port 5 to minimize TCE leakage during sampling.

펌프(4)로서는 일정 유량을 공급하기 위해 연동 펌프(peristaltic pump)를 사용하였고, 펌프 내의 배관으로는 높은 탄성을 얻기 위해 불소 고무 재질의 바이 톤 튜브(viton tube)를 사용하였다.As the pump 4, a peristaltic pump was used to supply a constant flow rate, and a viton tube made of fluororubber was used to obtain high elasticity as a pipe in the pump.

4 ℓ의 용기 내에 들어 있는 탈이온수에 가스 기밀 주사기를 사용하여 TCE 원액을 주입한 후에 48시간 동안 자기 교반기(magnetic stirrer)에 의해 교반하여 완전히 용해시킴으로써 유입 TCE 용액을 만들었다. 이어서, 유기물의 흡착을 막고 용액 누출로 인해 생기는 헤드 스페이스에 의한 TCE의 농도 저하를 방지하기 위해 4 ℓ 접철식 테프론 백(teflon collapsible bag)으로 바로 옮겨서 시험을 행하였다.The inlet TCE solution was made by injecting TCE stock solution into a deionized water in a 4 L vessel using a gas tight syringe and then completely dissolved by stirring with a magnetic stirrer for 48 hours. The test was then carried directly to a 4 L teflon collapsible bag to prevent adsorption of organics and to reduce the concentration of TCE by the headspace resulting from solution leakage.

시험 진행 동안 가스 기밀 주사기를 사용하여 칼럼 내의 흐름을 방해하지 않도록 천천히 시료를 추출하였고, 각각의 시료 추출 포트별로 다른 바늘을 사용하였으며, 시료 추출 후에는 메탄올로 세척하고 나서 N2 퍼징(pursing)을 통해 주사기와 바늘 내에 잔류 물질이 남지 없도록 하였다.During the test, a gas tight syringe was used to sample slowly so as not to disturb the flow in the column, a different needle was used for each sampling port, and after sampling, washing with methanol followed by N 2 pursing This ensures that no residual material remains in the syringe and needle.

pH의 측정에는 시료 추출 시에 비해 많은 양이 필요하므로, 일정한 시간 간격을 두고 pH를 측정하였다.Since the measurement of pH requires a larger amount than the time of sampling, pH was measured at regular time intervals.

도 1에서 설명되지 않은 도면 부호 "2" 및 "3"은 유출물 저장고 및 유입물 저장고를 각각 지시하고 있다.Reference numerals "2" and "3" not described in FIG. 1 designate the effluent reservoir and the influent reservoir, respectively.

분석 방법Analytical Method

전자 포획 검출기(electron capture detector; ECD)가 장착된 가스 크로마토그래프(일본 Shimadzu사 Model GC-17A)를 사용하여 슬러리 시료 내의 TCE를 분석하였다.TCE in the slurry sample was analyzed using a gas chromatograph equipped with an electron capture detector (ECD) (Model GC-17A, Shimadzu, Japan).

가스 크로마토그래피의 분석 조건은 주입기(injector)의 온도 250 ℃, 검출 기의 온도 280 ℃, 칼럼의 온도 100 ℃에서 1분간 유지시킨 후에 150 ℃까지 1분당 10 ℃씩 온도를 상승시키는 것이었고, 칼럼 내의 총 흐름(total flow)을 78 ㎖/min으로, 분리 비(split ratio)를 25:1로 각각 하였다. TCE 분석에 사용된 가스 크로마토그래피 칼럼은 모델명 AT-502.2(Alltech사, 0.53 mm ×30 m)이었다.Analytical conditions of gas chromatography were to maintain the injector at 250 ° C., the detector at 280 ° C., the column at 100 ° C. for 1 minute, and then raise the temperature by 10 ° C. per minute to 150 ° C. The total flow in was 78 ml / min and the split ratio was 25: 1. The gas chromatography column used for TCE analysis was model name AT-502.2 (Alltech, 0.53 mm x 30 m).

pH를 Orion사의 모델 4120과 9159BN 전극을 사용하여 시료를 추출하고 나서 바로 측정하였다.The pH was measured immediately after sample extraction using Orion's Model 4120 and 9159BN electrodes.

회분식 시험 결과 및 고찰Batch Test Results and Discussion

최적 고체 비의 규명Identification of Optimal Solid Ratio

제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ) 혼합 매질의 최적 고체 비(solid ratio)를 찾기 위해, Fe(Ⅱ) 주입량을 선행 연구[13][14][15])에서 효과적인 분해능을 보였던 100 mM로 고정하였고, 100 % 제강 슬래그, 70 % 제강 슬래그/30 % 시멘트 페이스트, 50 % 제강 슬래그/50 % 시멘트 페이스트, 30 % 제강 슬래그/70 % 시멘트페이스트, 및 100 % 시멘트 페이스트의 총 5가지 중량 비 조합으로 구분하여 회분식 시험을 진행하였다. 반응 매질과 수용액의 비는 10 %이었고, TCE의 초기 농도는 0.25 mM이었다.In order to find the optimal solid ratio of steelmaking slag, cement paste and Fe (II) mixed media, the Fe (II) dosage was reduced to 100 mM, which showed effective resolution in previous studies [13] [14] [15]) . 5 weight ratio combinations of 100% steelmaking slag, 70% steelmaking slag / 30% cement paste, 50% steelmaking slag / 50% cement paste, 30% steelmaking slag / 70% cement paste, and 100% cement paste The batch test was carried out. The ratio of reaction medium to aqueous solution was 10% and the initial concentration of TCE was 0.25 mM.

각각의 시료에 대한 반응 시간대별 TCE의 농도 변화를 도 2에, 그리고 각각의 시료 중에서의 TCE에 대한 반응 속도 및 반감기를 표 1에 각각 나타내었다.The change in concentration of TCE according to reaction time for each sample is shown in FIG. 2, and the reaction rate and half-life for TCE in each sample are shown in Table 1, respectively.

100 mM Fe(Ⅱ)a를 함유한 반응 매질 시스템b Reaction medium system containing 100 mM Fe (II) a b k(hr-1)k (hr -1 ) 반감기(hr)Half-life (hr) nc n c 100 % 시멘트 페이스트100% cement paste 2.74 ×10-3 2.74 × 10 -3 253253 2121 30 % 제강 슬래그/70 % 시멘트 페이스트30% steelmaking slag / 70% cement paste 7.89 ×10-2 7.89 × 10 -2 8.798.79 1818 50 % 제강 슬래그/50 % 시멘트 페이스트50% Steelmaking Slag / 50% Cement Paste 1.03 ×10-1 1.03 × 10 -1 6.716.71 2121 70 % 제강 슬래그/30 % 시멘트 페이스트70% steelmaking slag / 30% cement paste 1.14 ×10-1 1.14 × 10 -1 6.086.08 2121 100 % 제강 슬래그100% steelmaking slag 6.63 ×10-2 6.63 × 10 -2 10.510.5 1818

주) a: Fe(Ⅱ)의 공급원으로서 FeSO4를 사용하였음.A) FeSO 4 was used as a source of Fe (II).

b: TCE의 초기 농도는 0.25 mM이었고, 고체 대 용액의 질량 비는          b: The initial concentration of TCE was 0.25 mM and the mass ratio of solid to solution was

0.1이었음.              0.1.

c: 비선형 회귀(nonlinear regression)에 사용된 시료의 수임.          c: Number of samples used for nonlinear regression.

도 2에 도시된 바와 같이, TCE와 탈이온수로 이뤄진 대조 표본의 농도는 시험 진행 동안 거의 일정하여 흡착이나 휘발에 의한 감소가 없었음을 알 수 있다.As shown in Figure 2, the concentration of the control sample consisting of TCE and deionized water is almost constant during the test it can be seen that there was no decrease by adsorption or volatilization.

표 1의 반응 속도를 비교해 보면, Fe(Ⅱ)로 개질된 70 % 슬래그/30 % 시멘트 페이스트/100 mM Fe(Ⅱ)의 조합된 반응 매질 시스템이 유사 1차 반응(pseudo-first-order reaction)을 가정할 때에 6.1시간의 반감기(half-life)를 나타내어 가장 빠른 것을 알 수 있다. 그 다음으로, 50 % 슬래그/50 % 시멘트 페이스트, 30 % 슬래그/70 % 시멘트 페이스트의 조합 매질 시스템이 각각 6.7시간 및 8.8시간의 반감기를 보였고, 슬래그와 Fe(Ⅱ)만으로 이뤄진 조합 매질 시스템에서도 10.5시간의 반감기를 나타내었다. 그에 반해, 시멘트 페이스트와 Fe(Ⅱ)만으로 이뤄진 조합 매질 시스템에서는 다른 시스템에 비해 상당히 저조한 분해능을 나타내고 있다. 선행 연구[15])에서 시멘트와 Fe(Ⅱ)로 이뤄진 조합 매질 시스템은 반응 시간 60시간 이내에 0.25 mM의 TCE를 약 50% 이상 제거하였으나, 본 시험에서는 시멘트 페이스트와 Fe(Ⅱ)로 이뤄진 조합 매질 시스템의 반응성이 매우 떨어짐을 볼 수 있다. 따라서, TCE를 분해하는 유효 성분은 Fe(Ⅱ)와 시멘트의 초기 반응에서 다량 생성되는 것으로 판단된다.Comparing the reaction rates of Table 1, the combined reaction media system of 70% slag / 30% cement paste / 100 mM Fe (II) modified with Fe (II) was a pseudo-first-order reaction. We assume that this is the fastest with a half-life of 6.1 hours. Next, the combined media systems of 50% slag / 50% cement paste and 30% slag / 70% cement paste showed half-lives of 6.7 and 8.8 hours, respectively, and 10.5 even in combination medium systems consisting solely of slag and Fe (II). Half-life of time is shown. In contrast, a combination medium system consisting solely of cement paste and Fe (II) shows significantly lower resolution than other systems. In the previous study [15]) , the combined media system of cement and Fe (II) removed more than about 50% of 0.25 mM TCE within 60 hours of reaction time, but in this test, the combined medium of cement paste and Fe (II) It can be seen that the reactivity of the system is very poor. Therefore, it is believed that a large amount of the active ingredient that decomposes TCE is generated in the initial reaction of Fe (II) and cement.

도 3은 각각의 조합된 반응 매질에 따른 반응 상수(k)를 나타낸 그래프이다. 도 3에 따르면, 슬래그와 시멘트 페이스트가 적절히 조합된 경우에는 슬래그나 시멘트 페이스트가 단독으로 주입된 경우보다 반응 속도가 증가되고, 슬래그 함량이 증가될수록 반응 속도도 상승된다. 그것은 시멘트 페이스트보다 슬래그 내에 Fe(Ⅱ)와 Fe(Ⅲ)의 철 성분이 다량(약 34 %) 함유되어 있기 때문인 것으로 판단된다.[14] 슬래그/시멘트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템에서의 분해 물질에 대한 명확한 규명은 아직 이루어지지 않았으나, 선행 시험 결과[12][13][14][15]에 비추어 본다면, 본 발명에 따른 제강 슬래그/시멘트 페이스트의 조합된 반응 매질 시스템에서는 주입된 Fe(Ⅱ)에 의해 제강 슬래그와 시멘트 페이스트 성분 중의 분해 물질로서의 Fe2O3, Al2O3, SO4 2- 등이 개질되어 환원 능력을 발휘한 것으로 판단된다. 3 is a graph showing the reaction constant (k) for each combined reaction medium. According to Figure 3, when the slag and cement paste is properly combined, the reaction rate is increased than when the slag or cement paste is injected alone, the reaction rate is increased as the slag content is increased. It is believed that this is because the iron content of Fe (II) and Fe (III) is contained in the slag more than the cement paste (about 34%). [14] Although no clear identification has been made of the degradable materials in the slag / cement / Fe (II) reaction medium system, in light of previous test results [12] [13] [14] [15] , In the combined reaction medium system of the steelmaking slag / cement paste according to the present invention, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SO 4 2-, and the like as decomposed substances in the steelmaking slag and cement paste are modified by the injected Fe (II). It is judged to have performed.

TCE의 환원성 탈염소화 반응은 크게 환원성 제거(reductive elimination)와 가수소 분해(hydrogenolysis)의 반응 경로를 통해 분해되는 것으로 대별된다. 가수소 분해의 경로 도중에는 TCE보다 더 분해되기 어렵고 독성을 지닌 염화비닐 (vinyl chloride)과 cis-DCE(dichloroethylene; 디클로로에틸렌)를 생성하기 때문에 지양되어야 할 반응 경로이다.[16][17]) Reductive dechlorination of TCE is largely categorized into decomposition through the reaction pathways of reductive elimination and hydrogenolysis. During the course of hydrocracking, it is a reaction route that should be avoided because it produces more toxic vinyl chloride and cis-DCE (dichloroethylene), which are more difficult to degrade than TCE. [16] [17])

제강 슬래그/Fe(Ⅱ) 시스템[14]과 시멘트/Fe(Ⅱ) 시스템[15]의 TCE 분해 부산물을 분석한 시험 결과에 의하면, TCE의 분해 부산물은 그 80 % 이상이 아세틸렌(acetylene), 에틸렌(ethylene), 에탄(ethane)으로서 회수되고 있으므로, 본 발명에 따른 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 시스템에서는 TCE가 흡착이나 휘발에 의해서 소멸된 것이 아니라 환원성 제거의 반응 경로에 의해 환원성 탈염소화된 것으로 판단된다. 특히, 환원성 제거의 반응 경로에 의해 생성되는 아세틸렌, 에틸렌, 에탄 등의 분해 부산물은 환경에 무해한 것으로, 본 발명에 따른 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ)의 조합 매질 시스템을 PRB의 반응 매질로서 적용함에 있어 매우 고무적임을 주목해야 할 것이다.TCE decomposition by-products of steelmaking slag / Fe (II) systems [14] and cement / Fe (II) systems [15] show that 80% or more of TCE decomposition by-products are acetylene and ethylene. In the steelmaking slag / cement paste / Fe (II) system according to the present invention, TCE is not extinguished by adsorption or volatilization, but is reductively dechlorinated by a reaction route of reducing removal. It seems to have been. In particular, decomposition by-products such as acetylene, ethylene, and ethane produced by the reaction path of reducing reduction are harmless to the environment, and the combination medium system of steelmaking slag / cement paste / Fe (II) according to the present invention is used as the reaction medium of PRB. It should be noted that the application is very encouraging.

도 4는 5가지의 조합된 반응 매질 시스템에 대해 반응 시간 동안의 pH 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 시멘트 페이스트와 Fe(Ⅱ)로 이뤄진 조합 매질 시스템과 30 % 슬래그/70 % 시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ)의 조합 매질 시스템에서는 pH가 초기의 6 부근으로부터 최종적인 12 부근까지 불과 반응 시간 2일 내에 상승되는 반면에, 그 외의 조합 매질 시스템에서는 중성 pH 부근에서 거의 그대로 유지되고 있다. 기존의 Fe(Ⅱ)로 개질된 시멘트 매질에 대한 선행 연구[12][13][15]에서는 pH가 12.6 내지 12.8 부근의 염기성 영역에서 우수한 반응성을 보이고 pH가 낮을수록 반응성이 저하되는 경향을 나타내었으나, 제강 슬래그가 포함된 반응 매질에 대한 본 시험에서는 중성 pH에서도 우수한 반응성을 나타내고 있다. 특히, 그것은 실제로 현장에서 PRB에 적용할 경우에 토양과 비슷한 pH를 보이면서 주위 환경에 해를 미치지 않는 환경적으로 우수한 정화 방법을 구현할 수 있게 해준다.4 is a graph showing the pH change over the reaction time for five combined reaction medium systems. As can be seen from FIG. 4, in the combination medium system consisting of cement paste and Fe (II) and the combination medium system of 30% slag / 70% cement paste / Fe (II), the pH was reduced from the initial 6 to about 12. While the reaction time is raised to within 2 days, the reaction time is almost maintained in the vicinity of the neutral pH in other combination medium systems. Previous studies on cement media modified with Fe (II) [12] [13] [15] showed excellent reactivity in the basic region around 12.6 to 12.8 and showed a tendency that the lower the pH, the lower the reactivity. However, this test for the reaction medium containing steelmaking slag shows good reactivity even at neutral pH. In particular, it makes it possible to implement environmentally sound purification methods that, when applied to PRBs in the field, have a similar pH to soil and do not harm the surrounding environment.

Fe(Ⅱ)의 농도에 따른 반응성Reactivity with Fe (II) Concentration

Fe(Ⅱ)의 주입량에 따른 조합 매질 시스템의 반응성을 고찰하기 위해, 가장 분해능이 우수했던 70 % 슬래그/30 % 시멘트 페이스트를 대상으로 하여 Fe(Ⅱ)의 양을 변화시키면서 분해 반응 시험을 행하였다.In order to investigate the reactivity of the combined media system according to the amount of Fe (II) injected, the decomposition reaction test was performed with varying amounts of Fe (II) in the 70% slag / 30% cement paste having the highest resolution. .

도 5는 40 mM, 100 mM, 200 mM의 3가지 Fe(Ⅱ) 주입 농도에 대한 시험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 5에 따르면, 40 mM의 Fe(Ⅱ)가 주입된 경우에는 90시간이 경과되었을 때에 TEC가 95% 분해된 반면에, 200 mM이 주입된 경우에는 반응 시간 16시간 내에 0.25 mM의 TCE가 완전히 분해되었다.FIG. 5 is a graph showing test results for three Fe (II) injection concentrations of 40 mM, 100 mM, and 200 mM. According to FIG. 5, when 40 mM Fe (II) was injected, TEC was 95% degraded after 90 hours, whereas when 200 mM was injected, 0.25 mM TCE was completely removed within 16 hours of reaction time. Decomposed

각각의 조합 매질 시스템별로 반감기를 살펴보면, 200 mM의 경우가 2.9시간, 100 mM의 경우가 6.1시간, 그리고 40 mM의 경우가 24.7시간이었다. 기존의 PRB의 반응 매질로 이용되어 왔던 Fe(0)의 경우에는 그 주입량을 28 mM로부터 4,476 mM까지 변화시켰을 때에 TCE의 반감기가 13.6 내지 347시간[17][18]이었던 것과 비교한다면, 저 농도의 Fe(Ⅱ)를 주입하더라도 우월한 반응 속도를 보인다는 것을 명백히 알 수 있다.The half-lives of each combination medium system were 2.9 hours for 200 mM, 6.1 hours for 100 mM, and 24.7 hours for 40 mM. In the case of Fe (0), which has been used as a reaction medium for the existing PRB, the concentration of the half-life of TCE when the injection amount was changed from 28 mM to 4,476 mM was low compared to that of 13.6 to 347 hours [17] [18]. It is clear that even when Fe (II) is injected, it shows superior reaction rate.

40 mM의 경우에 반응 24시간까지는 100 mM, 200 mM과 마찬가지로 유사 1차 반응을 잘 따르지만, 그 후에는 1차 반응의 경향으로부터 다소 뒤처지는 경향을 보 이고 있다. 그것은 반응 24시간 후에 pH가 상승됨으로 인해, 그리고 시간의 경과로 인해 Fe(Ⅱ)의 환원 능력이 반응 초기에 비해 떨어졌기 때문에 그러한 것으로 판단된다.In the case of 40 mM, up to 24 hours of reaction, similar primary reactions are well followed, as in 100 mM and 200 mM, but thereafter, they tend to lag somewhat behind the tendency of the first reaction. It is believed that this is because the pH of Fe (II) is reduced compared to the initial stage of the reaction due to the increase in pH after 24 hours and the passage of time.

도 6은 Fe(Ⅱ)의 주입 농도와 반응 상수(k)의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 6을 살펴보면, 주입된 Fe(Ⅱ) 농도가 200 mM일 때까지는 Fe(Ⅱ)의 농도가 증가될수록 반응 속도도 선형적으로 증가되는 것을 볼 수 있다. 도 6의 우측 세로축에는 Fe(Ⅱ) 주입 농도에 대한 단위 Fe(Ⅱ)당 반응 상수 k/Fe(Ⅱ)가 기입되어 있다. 그로부터 알 수 있는 바와 같이, Fe(Ⅱ) 농도가 40 mM로부터 100 mM로 증가되었을 때의 단위 Fe(Ⅱ)당 반응 상수의 증분이 Fe(Ⅱ) 농도가 100 mM로부터 200 mM로 증가되었을 때의 Fe(Ⅱ)당 반응 상수 증분보다 훨씬 더 크다. 즉, 200 mM Fe(Ⅱ)에서의 반응 상수가 100 mM Fe(Ⅱ)에서의 반응 상수보다 뛰어나긴 하지만, Fe(Ⅱ)를 200 mM 이상 주입한다 하더라도 단위 Fe(Ⅱ)당 반응 상수가 선형적으로 증가되지 않는다. 다시 말하면, Fe(Ⅱ)를 200 mM 이상 주입하는 것은 과잉 주입이라 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 반응 매질 시스템의 경제적이면서도 효과적인 PRB에의 적용을 위해서는 Fe(Ⅱ)를 200 mM 이하로 주입하는 것이 바람직하다.6 is a graph showing the relationship between the concentration of Fe (II) injection and the reaction constant (k). Looking at Figure 6, it can be seen that the reaction rate increases linearly as the concentration of Fe (II) increases until the injected Fe (II) concentration is 200 mM. The reaction constant k / Fe (II) per unit Fe (II) with respect to the Fe (II) injection concentration is written in the right vertical axis | shaft of FIG. As can be seen, the increment of the reaction constant per unit Fe (II) when the Fe (II) concentration was increased from 40 mM to 100 mM increased when the Fe (II) concentration was increased from 100 mM to 200 mM. It is much larger than the reaction constant increment per Fe (II). That is, although the reaction constant at 200 mM Fe (II) is superior to the reaction constant at 100 mM Fe (II), the reaction constant per unit Fe (II) is linear even if Fe (II) is injected at 200 mM or more. Is not increased. In other words, injecting Fe (II) 200 mM or more may be referred to as overinjection. Therefore, it is preferable to inject Fe (II) at 200 mM or less for the economic and effective application of the reaction medium system according to the present invention to PRB.

칼럼 시험의 결과 및 고찰Results and discussion of column test

회분식 시험에서 선정된 조합 매질 시스템의 PRB 반응 매질로서의 평가를 위해, Fe(Ⅱ)의 주입 방법을 달리하는 2가지 칼럼 시험을 행하였다.For evaluation as the PRB reaction medium of the combination medium system selected in the batch test, two column tests were conducted, which differed in the method of injecting Fe (II).

먼저, 제1 칼럼 시험에서는 회분식 시험에서 반응성이 가장 뛰어났던 70 % 제강 슬래그/30 % 시멘트 페이스트/100 mM Fe(Ⅱ)의 조합된 반응 매질 시스템에서 와 동일한 매질의 비를 유지한 채로 3가지 물질을 동시에 칼럼 내에 채워 넣고 TCE를 주입하여 시간에 따른 TCE 분해 거동을 살펴보았다. 제2 칼럼 시험은 70 % 제강 슬래그/30 % 시멘트 페이스트의 매질에 40 mM 및 100 mM의 Fe(Ⅱ)을 TCE와 함께 용해시켜 연속적으로 주입하는 시험을 행하였다.First, in the first column test, the three materials remained at the same ratio of media as in the combined reaction medium system of 70% steelmaking slag / 30% cement paste / 100 mM Fe (II), which was the most reactive in the batch test. Were simultaneously filled into the column and TCE was injected to examine the TCE degradation behavior over time. The second column test was conducted by continuously dissolving 40 mM and 100 mM Fe (II) with TCE in a medium of 70% steelmaking slag / 30% cement paste.

3가지 매질을 함께 넣은 상태에서 TCE를 주입한 시험에서는 매질의 총 공극률이 0.427이었다. TCE는 상향으로 공급하였고, TCE의 농도를 회분식 시험에서와 마찬가지로 0.25 mM로 하여 연동 펌프(4)에 의해 0.25 ㎖/min의 유량으로 주입하였다. 1 공극 체적(pore volume)은 18시간이다.The total porosity of the medium was 0.427 in the TCE injection test with the three mediums put together. TCE was fed upwards, and the concentration of TCE was injected at a flow rate of 0.25 ml / min by the peristaltic pump 4 at 0.25 mM as in the batch test. One pore volume is 18 hours.

도 7은 3가지 매질을 칼럼에 넣은 후에 TCE를 주입하였을 경우에 시간에 따른 TCE의 분해 거동을 나타낸 그래프이다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 초기 8 공극 체적까지는 TCE가 전혀 검출되지 않았으나, 그 이후로 증가되어 30 공극 체적 정도로부터 거의 일정하게 유지되었다. 파괴 곡선의 형태 또는 전형적인 모델에서는 높은 반응 상수 k와 TCE의 흡착이 없음에도 불구하고 그 곡선이 시간에 따라 X 축을 따라 늘어지는 형태를 보인다. 그것은 Fe(Ⅱ)의 환원 능력이 시간의 경과에 따라 초기 주입 시의 원래의 능력에 비해 저하되는 것에 기인하는 것으로, 입자로서 주입되었던 Fe(Ⅱ)가 물에 녹아 칼럼으로부터 빠져나가면서 그 분해능이 떨어진 것으로 추정된다.Figure 7 is a graph showing the decomposition behavior of TCE over time when the TCE is injected after the three media in the column. As can be seen from FIG. 7, no TCE was detected at all up to the initial 8 pore volume, but increased thereafter and remained nearly constant from about 30 pore volume. In the form of a fracture curve or in a typical model, the curve sags along the X axis over time, despite the absence of high reaction constants k and TCE. This is because the reduction ability of Fe (II) decreases with time as compared to the original capacity at the time of initial injection. As the Fe (II) injected as particles dissolves in water and escapes from the column, the resolution decreases. It is estimated to have fallen.

분해 반응의 전환율(conversion)(C/C0)이 약 75 %인 상태로 60 공극 체적 이후까지 계속 유지됨을 볼 수 있는데, 그것은 분해능이 완전히 소진된 것이 아니라 TCE 주입 농도의 25 %인 약 9 mg/ℓ의 TCE를 여전히 계속 분해하고 있음을 알 수 있다. 본 시험에서의 TCE 주입 농도는 0.25 mM로 실제 지하수에 오염되어 있는 TCE의 농도(1 내지 2 mg/ℓ)와 비교하여 약 30배 정도 높은 수치이다. 따라서, 실제로 지하수 중에 오염되어 있는 저 농도의 TCE에 대해서는 60 공극 체적 이상까지도 계속 분해를 구현할 수 있어 장기간에 걸친 환원성 분해가 가능할 것이다. 이점도 역시 본 발명에 따른 조합 매질 시스템이 PRB의 반응 매질 시스템으로서 탁월함을 입증해주는 것이다.It can be seen that the conversion (C / C 0 ) of the decomposition reaction is maintained at about 75% and continues until after the 60 pore volume, which is about 9 mg, which is 25% of the TCE injection concentration, not completely exhausted. It can be seen that the TCE of / l is still being decomposed. The TCE injection concentration in this test is 0.25 mM, which is about 30 times higher than the concentration of TCE (1-2 mg / l) contaminated with groundwater. Thus, for low concentrations of TCE contaminated in groundwater, decomposition can continue to be performed up to 60 pore volumes or more, thereby enabling long term reductive decomposition. This also demonstrates that the combination medium system according to the invention is excellent as a reaction medium system for PRB.

Fe(Ⅱ)를 TCE와 함께 연속적으로 주입하는 제2 칼럼 시험에서도 역시 TCE의 초기 농도를 0.25 mM로 고정시킨 채로 TCE와 Fe(Ⅱ)을 함께 테프론 백에 넣어 칼럼 내로 주입하였다. 주입 후이지만 칼럼 내에 아직 유입되기 전에 위치된 시료 추출 포트에서는 TCE의 농도 변화가 거의 없어 Fe(Ⅱ) 수용액과 TCE가 반응하지 않음을 알 수 있었다.In the second column test in which Fe (II) was continuously injected together with TCE, TCE and Fe (II) were put together in a Teflon bag and injected into the column with the initial concentration of TCE fixed at 0.25 mM. In the sampling port located after the injection but not yet introduced into the column, there was almost no change in the concentration of TCE, indicating that the Fe (II) aqueous solution did not react with the TCE.

도 8은 Fe(Ⅱ)를 40 mM과 100 mM로 하여 연속적으로 주입하였을 때에 시간에 따른 TCE의 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 40 mM Fe(Ⅱ) 및 100 mM Fe(Ⅱ)의 2가지가 모두 초기 5 공극 체적까지는 TCE를 효과적으로 분해하다가 5 공극 체적부터 TCE 농도가 증가되어 40 mM의 경우에는 15 공극 체적 정도에서 TCE 농도가 가장 높이 증가되었고, 100 mM의 경우에는 17 공극 체적 정도에서 TCE 농도가 가장 높이 증가되었다. 또한, 그 후로부터 다시 TCE의 농도가 감소되어 40 mM의 경우에는 전환율(C/C0)이 0.16 정도로 유지되었고, 100 mM의 경우에도 역시 TCE 농도가 감소되어 35 공극 체적부터는 TCE가 검출되지 않았다.8 is a graph showing the change in TCE concentration over time when Fe (II) is continuously injected at 40 mM and 100 mM. As can be seen from FIG. 8, both 40 mM Fe (II) and 100 mM Fe (II) effectively decompose TCE up to the initial 5 pore volume and then increase the TCE concentration from the 5 pore volume to 40 mM. In the 15 pore volume, the highest TCE concentration was increased, and in the case of 100 mM, the TCE concentration was increased the highest in the 17 pore volume. In addition, since the concentration of TCE was decreased again from then on, the conversion rate (C / C 0 ) was maintained at about 0.16 in the case of 40 mM, and the concentration of TCE was also decreased in the case of 100 mM, so that TCE was not detected from the 35 pore volume. .

TCE 농도가 40 mM Fe(Ⅱ)와 100 mM Fe(Ⅱ)의 경우에 모두 서서히 증가되다가 다시 감소되면서 일정한 형태를 보이는 것은 일정한 농도의 TCE를 계속 공급함으로 인해 시험 초기에는 슬래그와 시멘트 페이스트가 TCE를 완전히 분해하지 못하다가 점차 Fe(Ⅱ)로 개질된 슬래그와 시멘트 페이스트의 유효 성분이 증가되면서 TCE의 분해능이 향상된 것에 기인하는 것으로 추정된다. 40 mM Fe(Ⅱ)와 100 mM Fe(Ⅱ)를 주입한 칼럼의 TCE 분해능을 비교해 보면, 40 mM Fe(Ⅱ)를 주입한 칼럼에서는 TCE 농도의 최고 피크가 100 mM Fe(Ⅱ)를 주입한 칼럼에서보다 약 50 % 이상 높게 나타났고, 최고 피크가 나타나는 시간도 2 공극 체적 정도 더 빨랐다. 100 mM Fe(Ⅱ)를 주입한 칼럼의 경우에는 0.25 mM의 TCE가 지속적으로 분해되어 검출 한계 이하에서 평형에 도달되었다. 따라서, Fe(Ⅱ)의 양을 증가시키면 회분식 시험 결과와 마찬가지로 매질의 분해능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.In the case of 40 mM Fe (II) and 100 mM Fe (II), the concentration of TCE was gradually increased and then decreased again, showing a uniform pattern. It is presumed to be due to the improved resolution of TCE as the active ingredients of slag and cement paste modified with Fe (II) gradually failed to fully decompose. Comparing the TCE resolution of the column injected with 40 mM Fe (II) and 100 mM Fe (II), the highest peak of TCE concentration in the column injected with 40 mM Fe (II) was injected with 100 mM Fe (II). It was about 50% higher than in the column, and the time at which the peak peak appeared was about 2 voids faster. In the column injected with 100 mM Fe (II), 0.25 mM TCE was continuously degraded to reach equilibrium below the detection limit. Therefore, it can be seen that increasing the amount of Fe (II) can improve the resolution of the medium as in the batch test results.

Fe(Ⅱ)를 슬래그 및 시멘트 페이스트와 함께 칼럼에 주입한 제1 칼럼 시험의 결과를 나타내고 있는 도 7과 Fe(Ⅱ)을 TCE와 함께 용해시켜 연속적으로 주입한 제2 칼럼 시험 결과를 나타내고 있는 도 8을 비교해 보면, 도 7에서는 Fe(Ⅱ)가 유출되거나 산화됨으로 인해 생기는 손실 때문에 회분식 시험에서와 같은 빠른 분해능을 유지하지 못한 것으로 보인다. 그러나, Fe(Ⅱ)를 TCE와 함께 연속적으로 주입한 도 8에서는 초기에 TCE의 피크가 있었으나 환원력을 원상대로 유지시키도록 Fe(Ⅱ)를 지속적으로 주입함으로써 도 7의 파괴 곡선에 비해 월등한 지속력과 반응성을 보이고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템에서는 Fe(Ⅱ)가 환원 능력을 유지한 상태로 지속적으로 주입되면서 슬래그 및 시멘트 페이스트와 반응할 경우에 효과적인 반응 매질 시스템으로서 작용하는 것으로 판단된다.Fig. 7 shows the result of the first column test in which Fe (II) was injected into the column with slag and cement paste, and Fig. 2 shows the result of the second column test in which Fe (II) was dissolved together with TCE and continuously injected. Comparing 8, it appears that in Figure 7, the loss due to the outflow or oxidation of Fe (II) did not maintain the same fast resolution as in the batch test. However, in FIG. 8 in which Fe (II) was continuously injected with TCE, there was a peak of TCE in the beginning, but the sustaining force was superior to that in FIG. 7 by continuously injecting Fe (II) to maintain the reducing power. It can be seen that it is reactive with. That is, in the slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system, Fe (II) is considered to act as an effective reaction medium system when reacted with slag and cement paste while continuously injecting with the reduction ability maintained. .

칼럼 시험 결과 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 시스템은 평균 지하수 내의 TCE 농도의 약 30배에 가까운 TCE를 효과적으로 제거함으로써 실제로 지중 PRB에 설치될 경우에 시험 기간보다 훨씬 오랜 기간 동안 효과적으로 TCE를 분해할 수 있을 것이다. 또한, 본 시험에서 반응 매질로 이용되는 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)는 산업 부산물로 얻어지는 것이므로, 기존의 매질인 Fe(0)에 비해 자원 재활용 측면과 경제적인 측면에서도 큰 장점을 갖고 있어 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 시스템을 경제적이면서도 효과적인 PRB 반응 매질로 적용할 수 있을 것이다.The column test results show that the slag / cement paste / Fe (II) system effectively removes TCE close to about 30 times the TCE concentration in the average groundwater, effectively decomposing TCE for much longer than the test period when actually installed in underground PRBs. Could be. In addition, steel slag, cement paste and Fe (II) used as reaction medium in this test are obtained as industrial by-products, and thus have great advantages in terms of resource recycling and economics compared to Fe (0), which is a conventional medium. The slag / cement paste / Fe (II) system could be applied as an economical and effective PRB reaction medium.

이상의 시험 결과 및 고찰로부터 다음과 같은 결론을 도출할 수 있다:From the above test results and considerations, the following conclusions can be drawn:

1) Fe(Ⅱ)를 100 mM로 고정하였을 경우에 제강 슬래그와 시멘트 페이스트의 조합에 있어 최적의 분해능은 제강 슬래그가 70 %이고 시멘트 페이스트가 30 %일 때에 반감기 6.1 시간으로 가장 탁월하고, 시멘트 페이스트가 포함된 조합에서는 제강 슬래그의 양이 늘어날수록 반응 속도도 증가된다.1) The optimal resolution for the combination of steelmaking slag and cement paste when Fe (II) is fixed at 100 mM is the best with half-life 6.1 hours when the steelmaking slag is 70% and the cement paste is 30%. In combination with, the reaction rate increases as the amount of steelmaking slag increases.

2) 선정된 슬래그와 시멘트 페이스트의 최적 조합인 70 % 슬래그/30 % 시멘트 페이스트에서 Fe(Ⅱ)의 농도가 증가될수록 분해 속도가 증가되되, 200 mM 내에서는 선형적으로 증가되는데, 그 이상의 농도의 Fe(Ⅱ)를 주입할 경우에는 반응 속도를 증가시킬 수는 있지만 단위 Fe(Ⅱ)당 반응 상수가 선형적으로 증가되지 않기 때문에 경제적인 PRB 반응 매질의 개발을 위해서는 200 mM 이하의 Fe(Ⅱ)를 주입하 는 것이 적합하다.2) In the 70% slag / 30% cement paste, the optimal combination of selected slag and cement paste, the decomposition rate increases with increasing Fe (II) concentration, but increases linearly within 200 mM. When Fe (II) is injected, the reaction rate can be increased, but the reaction constant per unit Fe (II) does not increase linearly. Therefore, Fe (II) below 200 mM is required for the development of economic PRB reaction medium. It is appropriate to inject.

3) 2가지 칼럼 시험에서 본 발명에 따른 조합 매질 시스템을 시험한 결과, Fe(Ⅱ)를 슬래그 및 시멘트 페이스트와 함께 동시에 주입하였을 경우에는 회분식 시험에서와 같은 빠른 분해능을 계속 유지시키지 못하지만, 슬래그와 시멘트 페이스트에 Fe(Ⅱ)를 연속적으로 주입한 경우에는 장기간 TCE를 효과적으로 분해할 수 있다. 따라서, 슬래그와 시멘트 페이스트에 Fe(Ⅱ)를 연속적으로 주입하여 개질시킬 경우, 충분한 반응성과 지속성을 확보할 수 있다.3) As a result of testing the combination medium system according to the present invention in two column tests, when Fe (II) was injected simultaneously with slag and cement paste, the same fast resolution as in the batch test was not maintained, but the slag and When Fe (II) is continuously injected into the cement paste, TCE can be effectively decomposed for a long time. Therefore, when Fe (II) is continuously injected and modified into slag and cement paste, sufficient reactivity and durability can be ensured.

4) 효과적 TCE 분해능을 보이는 본 발명에 따른 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템은 산업 부산물을 이용하여 입수될 수 있으므로, 기존의 Fe(0)를 대체하는 물질로서 자원 재활용 측면과 경제적 측면에서 큰 장점을 갖는다.4) The steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system according to the present invention showing effective TCE resolution can be obtained by using industrial by-products. It has a big advantage in economics.

본 발명에 따른 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템은 종래에 PRB의 반응 매질로 널리 사용되었던 Fe(0)에 비해 월등한 염소계 유기 오염물에 대한 분해능을 나타내고, TCE를 흡착이나 휘발에 의해서 제거하는 것이 아니라 환원성 제거의 반응 경로에 의해 분해시켜서 환원성 탈염소화시킨다. 특히, 환원성 제거의 반응 경로에 의해 생성되는 아세틸렌, 에틸렌, 에탄 등의 분해 부산물은 환경에 무해한 것으로, 본 발명에 따른 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ)의 반응 매질 시스템을 PRB의 반응 매질로서 적용함에 있어 매우 유리하다. 또한, 본 발명에 따른 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템은 중성 pH에서 도 우수한 반응성을 나타내는 바, 특히 그것은 실제로 현장에서 PRB에 적용할 경우에 토양과 비슷한 pH를 보이면서 주위 환경에 해를 미치지 않는 환경적으로 우수한 정화 방법을 구현할 수 있게 해준다. 뿐만 아니라, Fe(0)에 비해 저 농도의 Fe(Ⅱ)를 주입하더라도 우월한 반응 속도를 보여 경제적으로도 유리하다. Fe(Ⅱ)를 TCE와 함께 연속적으로 주입할 경우에는 환원력을 원상대로 유지시키도록 Fe(Ⅱ)를 지속적으로 주입함으로써 TCE 제거의 월등한 지속력과 반응성을 보이게 된다. 칼럼 시험 결과 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 시스템은 평균 지하수 내의 TCE 농도의 약 30배에 가까운 TCE를 효과적으로 제거함으로써 실제로 지중 PRB에 설치될 경우에 시험 기간보다 훨씬 오랜 기간 동안 효과적으로 TCE를 분해할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 반응 매질로 이용되는 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)는 산업 부산물로 얻어지는 것이므로, 기존의 매질인 Fe(0)에 비해 자원 재활용 측면과 경제적인 측면에서도 큰 장점을 갖고 있어 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 시스템을 경제적이면서도 효과적인 PRB 반응 매질로 적용할 수 있다. 덧붙여, 본 발명에 따른 반응 매질 시스템은 고형화/안정화의 바인더인 시멘트를 사용함으로써 중금속까지도 시멘트 매트릭스 내에 고정시켜 제거할 수 있다. The steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system according to the present invention shows superior resolution to chlorine-based organic contaminants compared to Fe (0), which has been widely used as a reaction medium of PRB, and adsorbs or volatilizes TCE. Rather than being removed by means of decomposing, it is decomposed by the reaction route of reducing removal to reduce dechlorination. In particular, decomposition by-products such as acetylene, ethylene, and ethane produced by the reaction path of reductive removal are harmless to the environment, and the reaction medium system of steelmaking slag / cement paste / Fe (II) according to the present invention is used as the reaction medium of PRB. It is very advantageous in application. In addition, the steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system according to the present invention exhibits excellent reactivity even at neutral pH, especially when it is actually applied to PRB in the field while showing a pH similar to soil, It enables the implementation of environmentally sound purification methods that are harmless. In addition, even when a low concentration of Fe (II) is injected compared to Fe (0) it shows an excellent reaction rate is economically advantageous. When Fe (II) is continuously injected with TCE, Fe (II) is continuously injected to maintain reducing power as it is, and thus shows excellent sustainability and reactivity of TCE removal. The column test results show that the slag / cement paste / Fe (II) system effectively removes TCE close to about 30 times the TCE concentration in the average groundwater, effectively decomposing TCE for much longer than the test period when actually installed in underground PRBs. Can be. In addition, steelmaking slag, cement paste and Fe (II) used as the reaction medium according to the present invention is obtained as an industrial by-product, and thus has a great advantage in terms of resource recycling and economical aspects compared to Fe (0), which is a conventional medium. The slag / cement paste / Fe (II) system can be applied as an economical and effective PRB reaction medium. In addition, the reaction medium system according to the present invention can be removed by fixing even heavy metals in the cement matrix by using cement which is a solidifying / stabilizing binder.                     

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Claims (16)

제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)를 입자화하여 혼합시킨 시스템을 반응 매질로 하여 환원성 탈염소화 반응에 의해 염소계 유기 오염물을 제거하는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.A method for removing chlorine-based organic contaminants, wherein the chlorine-based organic contaminants are removed by a reductive dechlorination reaction using a system in which steelmaking slag, cement paste, and Fe (II) are granulated and mixed as a reaction medium. 제1항에 있어서, 염소계 유기 오염물은 TCE인 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물의 제거 방법.The method of claim 1 wherein the chlorine organic contaminant is TCE. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법은 제강 슬래그를 마련하여 소정의 입도로 분쇄하는 단계;The method of claim 1 or 2, wherein the method comprises the steps of preparing and milling the steelmaking slag to a predetermined particle size; 시멘트와 물로 모르타르를 양생시켜 시멘트 페이스트를 얻은 후에 소정의 입도로 분쇄하는 단계;Curing the mortar with cement and water to obtain a cement paste, and then grinding the mortar into a predetermined particle size; Fe(Ⅱ)를 마련하여 소정의 입도로 분쇄하는 단계;Preparing Fe (II) and pulverizing to a predetermined particle size; 분쇄된 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)의 입상물들을 슬러리 반응조에 넣고 물에 부유시켜 반응 매질 슬러리를 만드는 단계;Placing the pulverized steelmaking slag, cement paste and granules of Fe (II) into a slurry reactor and floating in water to form a reaction medium slurry; 반응 매질 슬러리 중에 염소계 유기 오염물, 특히 TCE를 함유한 오염 용액을 주입하는 단계;Injecting a chlorine-based organic contaminant, in particular a contaminant solution containing TCE, into the reaction medium slurry; 슬러리 반응조 중의 내용물을 교반하면서 환원성 탈염소화 반응을 진행시켜 반응이 평형에 이르도록 하는 단계; 및Carrying out a reductive dechlorination reaction while stirring the contents of the slurry reactor to allow the reaction to equilibrate; And 반응 생성물을 분리 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.And separating and recovering the reaction product. 제3항에 있어서, 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)를 소정의 입도로 분쇄하는 단계들에서는 소정의 입도를 0.42 내지 0.1 ㎜(140 mesh - 40 mesh)로 하는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.4. The chlorine-based organic contaminant according to claim 3, wherein the grinding of the steelmaking slag, cement paste and Fe (II) to a predetermined particle size has a predetermined particle size of 0.42 to 0.1 mm (140 mesh-40 mesh). How to remove. 제3항에 있어서, 반응 매질 슬러리 중의 매질/수용액 비를 질량 기준으로 0.1로 하는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.4. The method according to claim 3, wherein the medium / aqueous solution ratio in the reaction medium slurry is 0.1 on a mass basis. 제3항에 있어서, TCE를 함유한 오염 용액을 주입하는 단계에서는 슬러리 반응조를 밀봉시켜 TCE의 휘발과 Fe(Ⅱ)의 산화를 최소화시키고 외부로부터의 공기 침입을 막는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.The method of claim 3, wherein in the step of injecting the contaminated solution containing TCE, the slurry reaction vessel is sealed to minimize volatilization of TCE and oxidation of Fe (II) and to prevent air ingress from the outside. Way. 제3항에 있어서, TCE의 분리를 막기 위해 슬러리 반응조의 헤드스페이스를 최소화시키는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.4. The method of claim 3 wherein the headspace of the slurry reactor is minimized to prevent separation of TCE. 제3항에 있어서, 슬러리 중의 TCE의 초기 농도를 0.25 mM로 하는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.4. The method of claim 3 wherein the initial concentration of TCE in the slurry is 0.25 mM. 제3항에 있어서, 반응 매질 슬러리를 70 % 제강 슬래그/30 % 시멘트 페이스트/100 mM Fe(Ⅱ)로 조합된 반응 매질 시스템으로 조성하는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.The process of claim 3 wherein the reaction medium slurry is formulated in a reaction medium system combined with 70% steelmaking slag / 30% cement paste / 100 mM Fe (II). 제3항에 있어서, Fe(Ⅱ)의 농도를 200 mM을 넘지 않게끔 하는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.4. The method of claim 3 wherein the concentration of Fe (II) is no more than 200 mM. 제3항에 있어서, 슬러리 반응조 중의 내용물을 교반시켜 환원성 탈염소화 반응이 평형에 이르도록 하는 단계에서는 내용물을 약 8 rpm의 속도로 교반하는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.4. The method according to claim 3, wherein the content is stirred at a rate of about 8 rpm in the step of stirring the contents of the slurry reaction tank to bring the reductive dechlorination reaction to equilibrium. 제3항에 있어서, 반응 중에 수용액의 pH를 중성 범위 이상으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.The method of claim 3 wherein the pH of the aqueous solution is maintained above the neutral range during the reaction. 제3항에 있어서, 제강 슬래그/시멘트 페이스/Fe(Ⅱ)를 동시에 혼합시켜 반응 매질 슬러리를 생성하는 대신에, 제강 슬래그와 시멘트 페이스트로 이뤄진 반응 매질에 Fe(Ⅱ)가 함께 용해된 TCE를 주입하는 형식으로 Fe(Ⅱ)를 연속적으로 주입하는 것을 특징으로 하는 염소계 유기 오염물 제거 방법.The method of claim 3, wherein instead of simultaneously mixing steelmaking slag / cement face / Fe (II) to produce a reaction medium slurry, TCE in which Fe (II) is dissolved in a reaction medium consisting of steelmaking slag and cement paste is injected. A method of removing chlorine-based organic contaminants comprising continuously injecting Fe (II) in the form of 제강 슬래그, 시멘트 페이스트 및 Fe(Ⅱ)가 입자화되어 혼합된 반응 매질 시 스템으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 투수 반응 벽체(PRB).Permeation reaction wall (PRB), characterized in that the steelmaking slag, cement paste, and Fe (II) are granulated to form a mixed reaction medium system. 제14항에 있어서, 상기 PRB는 70 % 제강 슬래그/30 % 시멘트 페이스트/100 mM Fe(Ⅱ)로 조합된 반응 매질 시스템으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 투수 반응 벽체(PRB)15. The permeation reaction wall (PRB) of claim 14, wherein the PRB consists of a reaction medium system combined with 70% steelmaking slag / 30% cement paste / 100 mM Fe (II). 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 PRB는 Fe(Ⅱ)가 지속적으로 주입되면서 제강 슬래그 및 시멘트 페이스트와 반응하도록 형성된 제강 슬래그/시멘트 페이스트/Fe(Ⅱ) 반응 매질 시스템으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 투수 반응 벽체.16. The method according to claim 14 or 15, wherein the PRB consists of a steelmaking slag / cement paste / Fe (II) reaction medium system formed to react with steelmaking slag and cement paste while Fe (II) is continuously injected. Pitcher Reaction Wall.
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