KR20080030291A - 전자파 조사 및 산화제 및/또는 환원제를 사용한ＰＡＨｓ로 오염된 토양 및 물의 정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소시설에서 배출되는 PAHs 등의 오염 물질이 주변 환경, 특히 토양 오염을 일으킬 수 있으므로 오염된 토양을 처리하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다환 방향족 탄화수소(Poly Aromatic Hydrocarbons, PAHs)를 함유하는 물질에 산화제, 환원제 또는 이들의 혼합물을 첨가하는 단계; 및 전자파를 조사하여 다환 방향족 탄화수소를 분해하는 단계;를 포함하는 다환 방향족 탄화수소에 의해 오염된 물질의 정화방법에 관한 것이다. 본 발명은 PAHs로 오염된 토양이나 물의 정화 처리 비용이 싸고, 간단하며, 단시간에 충분히 정화할 수 있다.

다환 방향족 탄화수소(PAHs), 전자파, 산화제, 환원제, 정화

Description

전자파 조사 및 산화제 및/또는 환원제를 사용한 ＰＡＨｓ로 오염된 토양 및 물의 정화방법{Detoxification Methods of PAHs by Microwave and Oxidant and/or Reductant}

본 발명은 다환 방향족 탄화수소(Poly Aromatic Hydrocarbons, PAHs)로 오염된 토양 또는 수질을 무해화 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화제 또는 환원제를 첨가하고 전자파를 조사함에 의해 PAHs를 분해하고 오염된 토양 또는 수질을 정화하는 것을 특징으로 한다.

PAHs는 인체에 대하여 발암작용을 하는 것으로 알려져 있는 물질이며, 잔류성 유기 오염물질(POPs, Persistent Organic Pollutants)로 분류된다. PAHs는 단일 물질이 아니고 매우 다양한 종류가 있으나, 다음과 같은 구조식을 갖는 나프탈렌, 페난트렌, 벤조-a-피렌과 같은 3종류가 주로 환경 중에 많이 존재한다.

상기 구조의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)는 화학적으로 안정하기 때문에 주변 환경 중에 많은 양이 분포되어 축적되어 있다.

PAHs에 의해 오염된 토양을 처리하는 종래의 방법으로는 고온의 소성로에서 소성함으로써 분해하거나, 첨가제를 사용하여 화학적 작용에 의해 정화하는 방법 등이 알려져 있다.

상기 방법 중 소성법은 처리할 수 있는 오염 물질의 종류가 다양하고, 처리시간이 짧다는 장점이 있지만, 소성로나, 소성 후에 유해 가스가 발생하게 되며, 따라서 상기 발생하는 가스를 처리하기 위한 별도의 설비를 필요로 하기 때문에 설비비가 많이 들고, 현지에서 처리할 수 없는 단점이 있다.

한편, 첨가제를 첨가하여 PAHs에 의해 오염된 토양을 정화하는 방법으로는, 주로 철분이 함유된 첨가제를 많이 사용하게 되는데, 이러한 첨가제의 첨가에 의한 정화방법은 주변 환경에 영향을 적게 주면서 오염물을 분해할 수 있는 장점이 있다. 그러나 상기 소성법에 비하여 PAHs를 분해하기 위한 시간이 많이 소요되는 단 점이 있다.

이러한 이유로 PAHs에 의해 오염된 토양을 정화하기 위해서는 소성법과 같은 짧은 시간에 처리가 가능하고, 첨가법과 같이 주변 환경에 영향을 적게 미치는 처리 방법의 개발이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 고려하여, PAHs를 함유하는 오염된 토양이나 물에 산화제 또는 환원제를 첨가하고 전자파를 조사하는 것에 의해 단시간인 동시에 환경에 대한 영향을 적게 주면서 토양 또는 수질을 정화할 수 있는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해,

다환 방향족 탄화수소(Poly Aromatic Hydrocarbons, PAHs)를 함유하는 물질에 산화제, 환원제 또는 이들의 혼합물을 첨가하는 단계; 및 전자파를 조사하여 다환 방향족 탄화수소를 분해하는 단계;를 포함하는 다환 방향족 탄화수소에 의해 오염된 물질의 정화방법을 제공한다.

보다 바람직하게는 상기 산화제는 과산화수소 또는 과인산염일 수 있으며, 환원제는 철계 환원제 또는 인계 환원제를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 다환 방향족 탄화수소 무해화 처리 방법은 다환 방향족 탄화수소를 함유하는 토양 및 수질에 적용할 수 있다.

이하, 본 발명은 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 분해하고자 하는 다환 방향족 탄화수소(Poly Aromatic Hydrocarbons, PAHs)는 일반적으로 토양이나 물에 많이 존재하는 나프탈렌, 페난트렌, 벤조-a-피렌 등과 같은 화합물로서, 다음과 같은 구조를 갖는 화합물이다.

상기와 같은 화합물을 분해하기 위해, 본 발명은 상기 다환 방향족 탄화수소에 의해 오염된 물질(토양 또는 물)에 산화제, 환원제, 또는 산화제 및 환원제를 첨가한다. 상기 첨가되는 산화제로는 과산화수소, 과인산염 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 그리고, 상기 환원제는 FeCl₂, Fe 금속 등의 철계 환원제 또는 NaH₂PO₄, Na₂S 등의 인계 환원제를 들 수 있다.

첨가되는 환원제나 산화제의 양은 시료의 오염된 정도에 따라 변화할 수 있으나, 전체 시료량의 0.1-0.5%의 양을 사용하면, 오염된 물이나 토양에서의 PAHs의 농도보다 최소 10 내지 100배의 산화제가 사용되기 때문에 산화 및 환원에 의해서 PAHs의 벤젠고리의 파괴가 보다 용이하다.

오염 토양 및 물에 산화제 및 환원제는 PAHs에서 통상 2 이상 가지고 있는 벤젠고리 중 하나 이상의 고리를 사슬로 분해시키는 역할을 수행하며, 이때 전자파를 조사하면 PAHs 구조에서 탄소와 탄소간 또는 탄소와 수소간 결합을 분해하는데 필요한 에너지가 공급된다. 즉, PAHs 구조의 골격을 이루는 탄소와 탄소 및 수소와 탄소간의 결합에너지를 상회하는 에너지를 공급하면 모든 유기물은 활성화되고 이 결합에너지를 초과하게 되면 분해가 진행된다.

산화제 또는 환원제가 첨가된 상기 PAHs에 의해 오염된 물질에 전자파를 조사하여 PAHs를 분해한다. 본 발명에 있어서 상기 전자파의 주파수는 특별히 한정하지 않으나, 2000-3000MHz인 것이 바람직하다. 또한, 전자파를 조사하는 시간은 특별히 한정하지 않으나, 1분 내지 5시간 동안 조사하여 PAHs를 분해할 수 있다. 이때 분해 효율을 증대하기 위해서는 분해가 진행되는 계(system)는 외부 공기로부터 밀폐되는 것이 바람직하다. 밀폐된 사항에서의 반응속도는 분해시 발생되는 가스(수소 또는 산소)에 의해 압력이 가해지게 되어 통상 분해반응속도가 증가하게 된다.

이와 같이 산화제나 환원제를 첨가하고 전자파를 조사함으로써, 오염 물질 중에 포함된 PAHs를 분해하여 무해화할 수 있다.

본 발명의 정화방법을 적용할 수 있는 처리 대상으로는 PAHs가 포함되어 있는 것이라면, 제한 없이 본 발명의 방법을 적용할 수 있으며, 특히 PAHs에 의해 오염된 토양이나 물에 대하여 적용할 수 있다.

실시예

본 발명을 다음 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다음의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.

실시예 1

PAHs로 오염된 토양 50g을 밀폐 가능한 바이알 병에 넣고, 과황산 0.2g을 첨가하여 용해한 뒤, 바이알 병을 밀폐하고 조사하였다. 주파수 2450MHz, 출력 80W로 5분간 조사하였다.

상기 방법으로 처리한 토양 중에 함유된 PAHs를 분석하기 위하여 메틸렌 클로라이드 용매로 속실렛 장치(Soxhlet apparatus)를 사용하여 24시간 동안 추출하였다. 추출된 용매를 1㎖로 농축시키고, 실리카 칼럼 크로마토그래피로 정제하고 가스 크로마토그래피의 불꽃이온 검출기로 정량한 결과 반응 전에 검출된 양보다 약 85% 감소된 양의 PAHs가 검출되었다.

실시예 2

PAHs로 오염된 토양 50g을 밀폐 가능한 바이알 병에 넣고, 황산제일철 0.2g 및 과산화수소 0.5㎖를 첨가하여 용해한 뒤, 바이알 병을 밀폐하고 조사하였다. 주파수 2450MHz, 출력 80W로 5분간 조사하였다.

상기 방법으로 처리한 토양 중에 함유된 PAHs 분석은 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하였다. 그 결과, 반응 전에 검출된 양보다 약 85% 감소된 양의 PAHs가 검출되었다.

실시예 3

PAHs로 오염되어 있는 지하수 50㎖를 밀폐 가능한 바이알 병에 넣고, 과황산 0.2g을 첨가하고 용해한 뒤, 바이알 병을 밀폐하였다. 상기 바이알 병에 주파수 2450MHz, 출력 80W로 전자파를 5분간 조사하여 처리하였다.

상기 처리된 지하수 중에 함유된 PAHs의 양을 가스 크로마토그래피의 불꽃이온 검출기로 정량하였다. 그 결과 반응전에 검출된 양보다 약 65% 정도 감소하였 다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, PAHs로 오염된 토양을 용이하고 안전하게 저비용으로 무해화 처리할 수 있다. 또한, 반응 후 발생되는 2차 폐기물이 거의 발생되지 않기 때문에 환경적인 면에서도 우수한 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 다환 방향족 탄화수소(Poly Aromatic Hydrocarbons, PAHs)를 함유하는 물질에 산화제, 환원제 또는 이들의 혼합물을 첨가하는 단계; 및

   전자파를 조사하여 다환 방향족 탄화수소를 분해하는 단계;

   를 포함하는 다환 방향족 탄화수소에 의해 오염된 물질의 정화방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 산화제는 과산화수소 또는 과인산염임을 특징으로 하는 다환 방향족 탄화수소에 의해 오염된 물질의 정화방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 환원제는 FeCl₂ 또는 Fe금속의 철계 환원제, NaH₂PO₄ 또는 Na₂S 중 적어도 하나임을 특징으로 하는 다환 방향족 탄화수소에 의해 오염된 물질의 정화방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 전자파는 산화제 또는 환원제가 첨가된 다환 방향족 탄화수소(Poly Aromatic Hydrocarbons, PAHs)를 함유하는 물질을 밀폐하여 조사함을 특징으로 하는 다환 방향족 탄화수소에 의해 오염된 물질의 정화방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 전자파는 주파수가 2000 내지 3000MHz임을 특징으로 하는 다환 방향족 탄화수소에 의해 오염된 물질의 정화방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 다환 방향족 탄화수소 함유 물질은 토양 또는 수질임을 특징으로 하는 다환 방향족 탄화수소에 의해 오염된 물질의 정화방법.