KR20100088758A

KR20100088758A - 오염토양복원용 마이크로버블 계면활성수 및 이를 이용한 오염토양복원방법

Info

Publication number: KR20100088758A
Application number: KR1020090007852A
Authority: KR
Inventors: 김재명; 김도훈
Original assignee: 주식회사엔지오스
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2010-08-11

Abstract

본 발명은 “오염토양복원용 마이크로버블 계면활성수 및 이를 이용한 오염토양복원방법”에 관한 것으로서, 특히 유류 누출로 인한 오염토양의 복원을 효과적으로 수행할 수 있는 조성물 및 이를 이용한 원위치 오염토양복원방법에 관한 것이다. 오염토양복원용 조성물로서 비이온 계면활성제 및 물을 고속 교반하여 생성된 마이크로버블 계면활성수를 사용하는 오염토양의 복원방법을 제공함으로써 종래의 원위치 토양오염 복원방법의 문제점, 즉 토양의 불균질성으로 인한 선택적 흐름(Preferential Pathway), 토양오염물질의 탈착후 고분자 회귀, 토양 내 미생물의 오염물질 분해를 도울 수 있는 산소 공급의 부족으로 인한 문제점 등을 해결하며, 저비용으로 높은 오염물질 세척력 및 미생물에 대한 산소 공급력을 가진 마이크로버블 계면활성수를 제공함으로써 정화기간을 대폭적으로 단축시킬 수 있는 경제성과 효율성을 지닌 토양 오염 정화 장치를 제공한다는 장점을 지니고 있다.

이를 위하여 본 발명은 비이온 계면활성제 및 물ㆍ산소 등 마이크로버블 계면활성수의 원료물질을 공급하는 원료공급단계(100)와, 공급된 원료를 이용하여 마이크로버블 생성단계를 수행하는 마이크로버블 생성단계(200), 그리고 이에 생성된 마이크로버블 계면활성수를 토양에 공급하는 배출단계(300)로 구성되는 것에 특징이 있다.

마이크로버블, 나노버블, 미세기포, CGA, 토양정화, 토양복원, 토양세정법, Soil Flushing, 생물학적 통풍, 바이오벤팅, Bioventing

Description

오염토양복원용 마이크로버블 계면활성수 및 이를 이용한 오염토양복원방법{The method for bioremediation of contaminated soil using microbubble generator}

본 발명은 “오염토양복원용 마이크로버블 계면활성수 및 이를 이용한 오염토양복원방법”에 관한 것으로서, 특히 유류 누출로 인한 오염토양의 복원을 효과적으로 수행할 수 있는 조성물 및 이를 이용한 원위치 오염토양복원방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오염토양복원용 조성물로서 비이온 계면활성제 및 물을 고속 교반하여 생성된 마이크로버블 계면활성수를 사용하는 오염토양의 복원방법에 관한 것이다.

토양오염물질은 크게 휘발성/준휘발성 유기화합물, 연료유, 무기물 등으로 분류된다. 이 가운데 휘발성/준휘발성 유기화합물과 연료유는 비수상액체(NAPL, Non Aqueous Phase Liquid)의 형태로 불포화 토양층에 잔류하거나 포화대층에 유동(Free Product)하는 형태로 존재한다.

토양오염복원기술은 처리방식에 따라 크게 원위치(In-situ) 정화와 탈위치(Ex-situ) 정화기술로 구분할 수 있다. 이러한 처리방식 중에서 원위치 정화는 유해폐기물의 확산을 완화시키거나 방지할 수 있는 방법으로 선호되고 있다. 또한, 원위치 정화는 작업자의 오염물에 대한 노출위험성 감소, 지반교란의 최소화와 지상의 시설물을 철거하지 않고 수행할 수 있는 등의 장점이 있어 최근 선진국에서 탈위치 정화 기술보다 선호되고 있다.

유기화합물 오염물질로 오염된 토양을 원위치에서 복원하는 방법으로는, 생물학적 방법으로는 생물학적 통풍법(Bioventing), 물리적 방법으로 토양증기추출법(SVE)과 토양세정법, 화학적 방법으로 화학적 산화법 등이 시도되어 왔다.

자연계에서 유기화합물 오염물질의 가장 주요한 분해경로는 호기성 미생물에 의한 무기물화, 즉 산소를 전자 수용체로 이용하여 오염물질을 안전하고 무해한 이산화탄소와 물로 분해하는 과정이다. 이것은 모든 상기 복원기술의 처리 목표이기도 하다. 그러나 자연계에서는 토양 내부 일정 깊이(약 20-30 cm 정도) 이상은 산소의 원활한 확산이 이루어지기 어려워 주로 환원환경을 나타내므로, 심토나 대수층으로의 효과적인 산소공급은 오염토양의 성공적인 처리에 막대한 영향을 미친다.

원위치복원기술은 오염물질의 분해에 쓰이는 각종 기ㆍ액상의 복원 제제를 얼마나 효율적으로 오염지역에 전달시킬 수 있느냐가 관건이다. 우리나라 토질의 경우, 토성의 불균질성이 크고, 점토질층이 발달되어 있으며, 지하수위의 계절별 변동이 심해 상대적으로 통기성이 낮은 조건을 유지하고 있다. 이러한 토성의 불균질성 및 낮은 투수계수로 인하여 기ㆍ액상의 복원 제제를 투입할 경우 특정 경로로만 해당 제제가 통과하여 확산 효율이 심각하게 저하되는 문제점이 있다.

또한, 일반 계면활성제를 사용하는 토양세정법의 경우, 토양내에 투입된 계면활성제가 단순한 세척작용만을 수행하여 일단 토양입자에서 유화ㆍ탈착된 오염물질이 다시 고분자화되어 토양공극 사이에 고착되는 문제점이 있다.

이러한 이유로 상기 복원 방법들은 오염 물질의 특성 및 오염 부지의 특성, 예산 및 복원 기간에 따라 단독 또는 조합되어 적용되고 있으나, 토양 내부 환경의 불확실성으로 인하여 토양 오염 복원 프로젝트의 효율이 떨어지고 있는 것이 현실이다.

따라서 유기화합물 오염 토양의 생물학적 처리효율을 향상시키기 위해서는 위와 같은 문제점들을 극복하고 토양, 대수층에 최종 전자수용체인 산소를 효과적으로 공급할 수 있는 새로운 대안이 필요하다.

본 발명은 기존 토양 오염 복원 방법의 문제점인 산소 공급의 어려움을 극복하고, 토양에 부착된 오염물질의 탈착을 촉진하기 위한 대안으로서 비이온 계면활성제 희석수에 다량의 마이크로버블을 발생시켜 CGA (Colloidal Gas Aphron)가 생성된 물을 원위치 토양 오염 복원 장치에 공급하여 토양복원을 수행하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 생성물인 마이크로버블은 CGA라는 용어로 표현되기도 한다. CGA는 1971년 Sebba에 의해 발견되어 그 특성이 처음으로 연구되었으며, 1985년에는 CGA를 대량으로 쉽게 생성할 수 있는 방법이 연구되었다. CGA는 작은 크기(10 ~ 100 ㎛)의 구형 기포로서, 계면활성제가 포함된 용액을 5,000 rpm 이상으로 휘저어 줄 때 형성된다. 일반적인 기포(Bubble)나 거품(Foam)은 액체 체적에 비해 큰 표면적을 가지므로 합착 현상이 발생되나, CGA는 얇은 액상층(Soapy Shell)이 기체 코어를 둘러싼 구조를 하고 있어서 작은 기포 방울이 잘 합체되지 않고 존재하여 콜로이드의 성질을 나타낸다. CGA 내부의 Water Shell은 CGA 바깥의 Bulk Water와는 섞이지 않는 별개의 층이며, 바깥 두 개의 계면활성제 층은 2차원의 Micelle처럼 작용하여 소수성 오염물질을 물리적으로 흡착시킬 수 있다. 도1은 이러한 마이크로버블, 즉 CGA의 구조를 설명하고 있다.

이러한 구조적 특성 때문에 CGA는 구조가 안정하여 오랜 시간동안 그 형태를 유지할 수 있고, 기상과 액상을 모두 포함하고 있어 산소 뿐만 아니라, 미생물, 수분, 영양분을 동시에 공급할 수 있는 매개체(Carrier)로서 사용될 수 있다. 즉, 그 구조가 안정하므로 포화대 내에서도 오랫동안 머물면서 산소를 공급할 수 있고, 입자의 크기가 작아 표면적이 매우 넓기 때문에 표면을 통한 산소의 확산 또한 잘 일어나 생물학적 분해 촉진에 효과적으로 이용될 수 있다. 또한 CGA는 토양 내에서 Plug-flow 방식으로 이동하기 때문에 토양의 불균질성을 극복하여 기존 원위치 토양 오염 복원 방법, 즉 토양세정법이나 생물학적 통풍법, 공기주입법 등에서 종종 야기되는 산소의 불균형 공급문제를 개선할 수 있으며, 그 점성과 흐름 특성이 물과 비슷하여 펌프를 이용하여 쉽게 토양 내로 이동시킬 수 있다. 이 외에도 계면활성제의 효과로 인해 소수성 오염물질의 탈착을 촉진시켜 생물학적 분해를 유도하거나 CGA 구조 속으로 흡착할 수 있는 능력을 가지고 있기 때문에 토양 내 오염물질을 물리적으로 제거하는 데에도 큰 역할을 할 수 있다.

또한 조성물의 생성의 원료물질로 공급되는 계면활성제로서는 Encapsulation 기능을 특징으로 하는 비이온계열의 토양오염복원 전용의 상용 계면활성제를 사용한다. 이를 통하여 토양 공극 사이에 고착된 고분자 형태의 오염물질을 저분자하여 탈착ㆍ유화한 다음, 고분자 형태로의 회귀를 방지하여 호기성 미생물의 오염물질 분해를 촉진할 수 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 바와 같이 기존의 원위치 토양 복원 장치, 즉 토양 세정 장치 또는 생물학적 통풍 장치에 본 발명의 생성물인 마이크로버블 계면활성수를 적용하여 원위치 토양 오염 복원 작업의 복원 효율 증대는 물론, 필요한 비용과 시간을 크게 절감할 수 있는 유용한 대안을 제시함으로써 토양 정화업체로 하여금 정화 기술 선택의 폭을 크게 넓힐 수 있는 계기를 마련하여, 신뢰성 있는 토양 정화 사업을 정착시키고자 하는데 그 주된 목적이 있다.

본 발명이 완성됨으로써, 원위치 토양 오염 복원시 문제가 되는 여러 문제점들, 즉 토양의 불균질성으로 인한 선택적 흐름(Preferential Pathway)과 토양 내 미생물의 오염물질 분해를 도울 수 있는 산소 공급의 부족으로 인한 문제점 등을 해결하며, 저비용으로 높은 오염물질 세척력 및 미생물에 대한 산소 공급력을 가진 마이크로버블 계면활성수를 제공함으로써 정화기간을 대폭적으로 단축시킬 수 있는 경제성과 효율성을 지닌 토양 오염 정화 장비의 보조장치를 제공한다는 장점을 지니고 있다. 또한 기존 처리 장비나 신규 제작시 별도의 보수나 설계 변경 없이 장비에 장착할 수 있어 운용이나 관리가 매우 용이하다는 잇점을 아울러 가지고 있으며, 결과적으로 기존의 원위치 토양 오염 복원 작업에 필요한 정화 소요 기간을 대폭적으로 단축시키는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당 업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

한편 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 "오염토양복원용 마이크로버블 계면활성수 및 이를 이용한 오염토양복원방법"의 모든 단계들은 비이온 계면활성제 및 물ㆍ산소 등 마이크로버블 계면활성수의 원료물질을 공급하는 원료공급단계(100)와, 공급된 원료를 이용하여 마이크로버블 생성단계를 수행하는 마이크로버블 생성단계(200), 그리고 이에 생성된 마이크로버블 계면활성수를 토양에 공급하는 배출단계(300)로 구성되는바, 도2를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 원료공급단계(100)는 본 발명의 조성물인 마이크로버블 계면활성수의 원료물질로 사용되는 비이온 계면활성제 및 물ㆍ산소를 마이크로버블 생성부에 공급하는 단계이다.

바람직하게, 상기 원료물질의 배합비는 물 100 중량부에 비이온 계면활성제 5내지 10 중량부를 사용하며, 산소의 사용은 토양의 오염도에 따라 그 사용 여부를 선택한다. 또한 바람직하게, 계면활성제로는 탈착 및 유화된 오염물질 고분자 상태로의 환원을 방지할 수 있도록 Encapsulation 기능을 가진 토양오염 복원용의 상용 비이온 계면활성제를 사용한다.

다음 마이크로버블 생성단계(200)는 계면활성제 및 물ㆍ산소를 교반하여 본 발명의 조성물인 마이크로버블 계면활성수를 생성시키는 부분으로서, 이때 교반기에 사용되는 모터는 마이크로버블의 생성에 적합한 5,000 rpm 이상의 회전수를 가진 모터를 사용한다.

다음 배출단계(300)은 상기의 과정을 거쳐 생성된 마이크로버블 계면활성수를 토양에 공급하기에 앞서 현장의 작업 상황에 따라 저장한 다음, 기존의 원위치 토양 복원 장치, 즉 토양 세정 장치 또는 생물학적 통풍 장치에 마이크로버블 생성수를 공급한다.

본 명세서에 첨부되는 도2는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도1은 본 발명에 따른 오염토양 복원을 위한 조성물인 마이크로버블 (CGA)의 구조

도2는 본 발명에 따른 마이크로버블 생성 장치를 이용한 토양 오염 복원 방법의 공정도

Claims

오염토양 복원용 조성물에 있어서 물 100 중량부에 비이온 계면활성제 5내지 10 중량부를 배합하고, 토양의 오염도에 따라 산소를 첨가한 다음 고속 교반하여 마이크로버블이 생성된 마이크로버블 계면활성수
제1항에 있어서, 상기 마이크로버블 계면활성수는 Encapsulation 기능을 특징으로 하는 비이온계열의 토양오염복원 전용의 상용 계면활성제를 사용하여 토양 공극 사이에 고착된 고분자 형태의 오염물질을 저분자하여 탈착ㆍ유화한 다음, 고분자 형태로의 회귀를 방지하여 호기성 미생물의 오염물질 분해를 촉진할 수 있음을 특징으로 하는 마이크로버블 계면활성수
오염토양의 복원방법에 있어서, 비이온 계면활성제 및 물ㆍ산소 등 마이크로버블 계면활성수의 원료물질을 공급하는 원료공급단계(100)와, 공급된 원료를 이용하여 마이크로버블 생성단계를 수행하는 마이크로버블 생성단계(200), 그리고 이에 생성된 마이크로버블 계면활성수를 토양에 공급하는 배출단계(300)로 구성되어 기존의 원위치 토양 복원 장치, 즉 토양 세정 장치 또는 생물학적 통풍 장치에 마이크로버블 계면활성수를 공급하는 토양 오염 복원 방법