KR20110096350A - Remediation method for heavy metal contaminated soil - Google Patents

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KR20110096350A
KR20110096350A KR1020100015747A KR20100015747A KR20110096350A KR 20110096350 A KR20110096350 A KR 20110096350A KR 1020100015747 A KR1020100015747 A KR 1020100015747A KR 20100015747 A KR20100015747 A KR 20100015747A KR 20110096350 A KR20110096350 A KR 20110096350A
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박정식
전철민
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한국지질자원연구원
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Abstract

PURPOSE: A method for restoring soil contaminated with heavy metal is provided to improve the efficiency of a magnetic force-based separating process by implementing a soil aggregate dispersing process before the magnetic force-based separating process. CONSTITUTION: Soil contaminated with heavy metal is collected(10). Soil aggregates of the soil are dispersed into a plurality of separated soil particles by introducing the soil into a dispersing solution to release the cohesion of the soil(20). Suspension with the soil particles and the dispersing solution passes through magnetic field to separate the soil particles based on magnetic force(40). The soil particles are classified using a sieve by the sizes of the particles between the dispersing process and the magnetic force-based separating process(30).

Description

중금속 오염토양 복원방법{Remediation method for heavy metal contaminated soil}Remediation method for heavy metal contaminated soil}

본 발명은 오염된 토양을 복원하기 위한 것으로서, 특히 비소, 카드뮴, 납 등의 중금속으로 오염된 토양으로부터 중금속을 제거하여 토양을 복원하기 위한 중금속 오염토양 복원방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for restoring contaminated soil, and more particularly, to a method for restoring heavy metal contaminated soil for restoring the soil by removing heavy metal from soil contaminated with heavy metals such as arsenic, cadmium, and lead.

토양오염은 폐기물 투기, 유해물질 누출, 농약 및 비료 사용, 소각 등 다양한 경로를 통하여 발생된다. 토양오염은 토양생태계의 혼란, 농작물의 오염, 오염물질의 인체흡수 등 다양한 문제를 야기할 뿐만 아니라 지표수, 지하수, 대기의 2차 오염을 유발시키는 오염원으로 작용한다. 토양오염은 대기와 수질오염에 비해 만성적이며 복원에 많은 시간과 비용이 소요된다. Soil pollution occurs through a variety of routes, including waste dumping, hazardous material leaks, pesticide and fertilizer use, and incineration. Soil pollution not only causes various problems such as disruption of soil ecosystem, pollution of crops and human absorption of pollutants, but also acts as a source of pollution that causes secondary pollution of surface water, groundwater and air. Soil pollution is more chronic than air and water pollution and takes much time and money to recover.

우리나라는 토양오염이 인류와 생태계에 미치는 악영향의 심각성을 인식하여 토양환경보전법을 제정하여 시행하고 있다. 토양환경보전법에서는 16개의 항목(Cd, Cu, As, Hg, Pb, Cr6 +, Zn, Ni, F, 유기인화합물, CN, BTEX, TPH, TCE, PCE)에 대하여 환경오염 기준치를 정하여 관리하고 있다. Recognizing the seriousness of the adverse effects of soil pollution on humans and ecosystems, Korea has enacted and implemented the Soil Environment Conservation Act. The Soil Conservation appointed pollution reference value for 16 items (Cd, Cu, As, Hg , Pb, Cr 6 +, Zn, Ni, F, of the compound, CN, BTEX, TPH, TCE , PCE organic) administration Doing.

특히 토양오염물질 중 중금속은 미나마타, 이타이이타이, 암 등 치명적인 질병을 유발할 수 있으므로, 중금속에 대한 오염을 사전에 방지해야 할 뿐만 아니라 이미 오염된 토양의 복원을 통하여 중금속에 의한 피해를 저감해야 한다. In particular, heavy metals among soil pollutants can cause fatal diseases such as Minamata, Itai-tai, and cancer. Therefore, not only pollution should be prevented in advance, but damage by heavy metals should be reduced by restoring the soil that has already been contaminated. .

최근 중금속 오염토양에 대한 복원사업이 활발히 이루어지고 있다. 중금속 오염토양 정화에는 토양세척, 동전기추출, 안정화, phytoremediation, 매립차단 공법이 일반적으로 많이 적용되고 있다. Recently, restoration projects for heavy metal contaminated soils have been actively carried out. Soil cleaning, electrokinetic extraction, stabilization, phytoremediation, and landfill blocking are commonly applied to clean heavy metal contaminated soil.

우리나라는 토양세척공법이 상용화되어 현장에서 많이 활용되고 있으며 안정화공법과 동전기추출공법은 파일롯 스케일(pilot scale) 정도로만 운영되고 있다. 토양세척과 동전기추출 공법은 점토함량과 산화철의 함량이 높은 오염토양의 정화에 많은 한계점을 노출시켜 왔다. 점토함량이 높은 오염토양을 대상으로 토양세척공법을 적용할 경우 단위 토양당 투입되어야 하는 세척용액의 양이 많아 경제성과 중금속 추출효율이 낮다는 한계가 있다. 또한 추출력의 세기를 높여가면서 중금속을 연속적으로 추출하는 연속추출방식에 따라 토양 내 중금속을 분류함에 있어 산화철 형태와 잔류 형태(residual fraction, 연속추출의 마지막 단계로 왕수로 추출해야 하는 형태)로 분류되는 중금속(PbO, CuO 등)이 있는데, 이러한 형태의 중금속 함량이 높은 토양을 대상으로 토양세척공법을 적용할 경우 일반적인 세척용액(약한 산용액)으로는 추출이 불가능하며 매우 강산을 사용해야 한다는 문제점이 있다. 즉, 중금속으로 오염된 토양에 직접적으로 다량의 강산을 사용해야 한다는 문제점이 있다. In Korea, the soil washing method has been commercialized and used a lot in the field, and the stabilization method and the electrokinetic extraction method are operated only at the pilot scale. Soil cleaning and galvanic extraction techniques have exposed many limitations to the purification of contaminated soils with high clay and iron oxide contents. When the soil washing method is applied to polluted soils with high clay content, there is a limit in economic efficiency and low heavy metal extraction efficiency due to the large amount of washing solution to be added per unit soil. In addition, according to the continuous extraction method that continuously extracts heavy metals while increasing the strength of extraction power, they are classified into iron oxide form and residual form (residual fraction, which should be extracted as aqua regia as the last step of continuous extraction). There are heavy metals (PbO, CuO, etc.), and when the soil washing method is applied to soils with a high content of heavy metals, it is impossible to extract them with general cleaning solution (weak acid solution) and use very strong acid. have. That is, there is a problem in that a large amount of strong acid should be used directly in the soil contaminated with heavy metals.

한편, 매립차단공법은 오염토양을 기존의 상용공법으로 정화가 어려울 경우에 활용하는 것으로 고비용으로 활용사례가 극히 미미하다. Phytoremediation은 경제성은 우수하나 정화기간이 많이 소요되어 다른 물리화학적 공법에 부가적으로 활용되고 있다. On the other hand, the landfill blocking method is used when it is difficult to purify the contaminated soil with the existing commercial method, and the use case is very small at high cost. Phytoremediation is economical but takes a long time to purify and is used in addition to other physicochemical methods.

동전기추출공법은 토양에 함유된 중금속을 직류전류를 이용하여 오염물질을 추출하는 공법이다. 동전기추출공법은 오염토양으로부터 수용성 중금속을 중심으로 추출하며 일정 수준 이상의 수분함량을 유지하여만 높은 추출효율을 나타낸다. 일부 현장에서 약산성 중금속 용출용액을 사용하여 공법을 적용하는 사례도 있으나 중금속 용출에 한계가 있어 제한적인 현장에서만 적용가능할 따름이다. Galvanic extraction is a method of extracting pollutants from the heavy metals contained in the soil using direct current. Galvanic extraction method extracts mainly from water-soluble heavy metals from contaminated soil and shows high extraction efficiency only by maintaining water content above a certain level. Some sites use the weak acidic heavy metal leaching solution to apply the process, but there are limitations in heavy metal leaching, so it is only applicable to limited sites.

또한 우리나라에서는 중금속 오염토양에 흡착제, 침전제 등을 투입하여 중금속의 독성, 가용성, 이동성을 저감시키는 안정화공법을 많이 적용하고 있으며, 석회, 제강슬래그 등을 안정화제로 많이 활용한다. 토양에 투입된 석회, 제강슬래그는 토양 pH를 상승시켜 가용성이 높은 중금속을 수산화물 혹은 탄산염의 형태로 전환시킬 수 있으나, 계속적으로 발생하는 산성강우와 중화제의 짧은 효용수명 등으로 인하여 안정화공법 역시 장기적인 토양복원 효과를 담보할 수 없다.In addition, in Korea, a lot of stabilization methods are applied to reduce the toxicity, solubility, and mobility of heavy metals by adding adsorbents and precipitants to the soil contaminated with heavy metals, and lime and steel slag are widely used as stabilizers. Lime and steel slag injected into the soil can raise the soil pH and convert the highly soluble heavy metal into the form of hydroxide or carbonate.However, the stabilization method also requires long-term restoration of soil due to the continuous acid rain and the short useful life of the neutralizer. You cannot guarantee the effect.

오염토양 177개를 대상으로 Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, Cr, As의 존재형태별 함량비율에 대한 문헌조사 결과를 아래의 표 1과 도 1에 나타내었다. Table 1 and Figure 1 below shows the results of the literature survey on the content ratio of Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, Cr, As by presence type in 177 contaminated soils.


구 분division
수용성receptivity
(( waterwater solublesoluble /Of
exchangeableexchangeable ))

탄산염lead carbonate
(( CarbonateCarbonate ))

산화철, 산화망간Iron oxide, manganese oxide
(( FeFe , , MnMn -- oxideoxide ))

유기물Organic matter
(( OrganicOrganic ))

잔류Residue
(( ResidualResidual ))
-------------------------- % ----------------------------------------------------% ----------------------- --- CdCD 25.8(24.3)25.8 (24.3) 16.7(13.1)16.7 (13.1) 15.8(14.0)15.8 (14.0) 15.0(11.4)15.0 (11.4) 32.9(27.9)32.9 (27.9) CuCu 9.6(15.2)9.6 (15.2) 10.1(11.1)10.1 (11.1) 21.4(17.8)21.4 (17.8) 21.7(17.8)21.7 (17.8) 44.4(28.0)44.4 (28.0) PbPb 12.2(17.9)12.2 (17.9) 16.0(16.9)16.0 (16.9) 19.1(17.7)19.1 (17.7) 13.7(10.5)13.7 (10.5) 43.4(31.7)43.4 (31.7) AsAs 4.7(6.6)4.7 (6.6) 11.2(14.7)11.2 (14.7) 35.3(22.3)35.3 (22.3) 6.4(6.1)6.4 (6.1) 43.4(31.1)43.4 (31.1) CrCr 1.2(1.7)1.2 (1.7) 1.2(1.7)1.2 (1.7) 9.1(8.6)9.1 (8.6) 10.2(12.6)10.2 (12.6) 82.4(17.1)82.4 (17.1) ZnZn 12.0(19.4)12.0 (19.4) 9.8(8.2)9.8 (8.2) 23.5(18.1)23.5 (18.1) 12.5(12.3)12.5 (12.3) 45.8(28.5)45.8 (28.5) NiNi 6.8(8.9)6.8 (8.9) 4.1(3.1)4.1 (3.1) 12.1(7.7)12.1 (7.7) 11.9(10.4)11.9 (10.4) 71.8(17.3)71.8 (17.3)

[존재형태별 중금속 함량표. ()는 표준편차][Heavy metal content table by existence type. () Is the standard deviation]

위 표 1과 도 1을 참고하면, 토양에 존재하는 중금속의 존재형태 중 산화철 및 산화망간, 잔류 형태가 50% 이상 차지하는 것으로 나타났다. 토양 내에서 중금속의 존재형태별 함량 비율은 중금속의 거동 및 독성 예측, 복원공법의 선정 및 적용, 모니터링에 주요한 자료가 된다. Referring to Table 1 and Figure 1, it was found that more than 50% of the iron oxide and manganese oxide, the remaining form of the presence of heavy metals present in the soil. The content ratio of heavy metals in the soil by soil type is the main data for predicting heavy metal behavior and toxicity, selecting and applying restoration methods, and monitoring.

즉, 수용성(Water soluble, exchangeable) 및 탄산염(carbonate) 형태의 함량이 높을수록 중금속의 독성과 이동성이 높으며, 이는 범용공법인 토양세척과 동전기추출 공법의 적용으로 복원목표 달성이 용이함을 의미한다. 그러나 산화철, 산화망간 및 잔류 형태의 중금속 함량이 높은 오염토양은 토양세척 혹은 동전기추출 공법의 적용이 용이하지 않고, 적용을 하는 경우 매우 강한 추출용액을 사용하여야 복원목표를 달성할 수 있음을 의미한다. 예컨대, 토양세척공법에서 가장 흔히 사용되는 약산 세척용액 (<0.1N H+)으로 토양으로부터 수용성 형태, 탄산염 형태 및 비결정질의 산화철, 산화망간 형태의 중금속은 추출할 수 있지만, 결정질의 산화철, 산화망간 형태와 잔류 형태의 중금속은 추출이 곤란하다. That is, the higher the content of water soluble, exchangeable and carbonate forms, the higher the toxicity and mobility of heavy metals. This means that the restoration target can be easily achieved by applying soil washing and electrokinetic extraction methods. However, soils with high levels of heavy metals such as iron oxides, manganese oxides, and residual forms are not easy to apply in soil washing or electrokinetic extraction methods, which means that very strong extraction solutions can be used to achieve restoration goals. do. For example, the weak acid cleaning solution (<0.1NH + ), which is most commonly used in soil washing, can extract water-soluble, carbonate and amorphous iron oxide and manganese oxide heavy metals from the soil, And heavy metals in residual form are difficult to extract.

이에 기존 공법의 한계극복과 원활한 복원목표 달성을 위하여 산화철, 산화망간 형태와 잔류 형태의 중금속을 효과적으로 제거할 수 있는 신개념 공법의 개발과 적용이 필요하다. Therefore, in order to overcome the limitations of the existing methods and achieve smooth restoration goals, it is necessary to develop and apply a new concept method that can effectively remove heavy metals in the form of iron oxide, manganese oxide and residual forms.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 것으로서, 토양 내에 포함되어 있는 중금속, 특히 산화철, 산화망간 형태 및 잔류 형태의 중금속을 자력을 이용하여 토양으로부터 분리한 후 별도로 처리할 수 있는 중금속 토양오염 복원방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention is to achieve the above object, a heavy metal soil pollution restoration method that can be treated separately after separating heavy metals, particularly iron oxide, manganese oxide form and residual form heavy metal contained in the soil from the soil by magnetic force The purpose is to provide.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중금속 토양오염 복원방법은 중금속으로 오염된 토양을 수집하는 수집단계, 상기 수집된 토양을 분산액에 넣어 다수의 토양입자들 사이의 응집력을 해제함으로써 토양입단을 독립된 다수의 토양입자들로 분산시키는 분산단계 및 상기 토양입자와 분산액이 혼합되어 있는 현탁액을 자기장을 통과시켜 상기 토양입자들을 자성에 의하여 분리하는 자력분리단계를 구비한다. Heavy metal soil pollution restoration method according to the present invention for achieving the above object is a collection step of collecting soil contaminated with heavy metal, by putting the collected soil in a dispersion to release the cohesion between a plurality of soil particles independent A dispersion step of dispersing into a plurality of soil particles and a magnetic separation step of separating the soil particles by a magnetic through a magnetic field through the suspension is mixed with the soil particles and dispersion.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분산단계와 상기 자력분리단계 사이에, 상기 현탁액을 일정 입도 이하의 입자만 통과가능한 망체로 체 거름하여 상기 토양입자를 선별하는 입도선별단계를 더 구비할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, between the dispersing step and the magnetic separation step, it may further comprise a particle size selection step of screening the soil particles by sifting the suspension into a network that can pass only particles of a predetermined particle size or less. have.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자력분리단계에서는, 상호 마주하는 전자석 사이에 철사가 뭉쳐진 스틸울을 개재한 후 상기 전자석에 전원을 인가한 상태에서 상기 현탁액이 상기 스틸울을 통과하게 함으로써 상기 현탁액 내의 자성을 가진 토양입자들이 상기 스틸울에 부착되게 하며, 상기 현탁액이 상기 스틸울을 모두 통과한 후 상기 전자석의 전원을 해제하고 상기 스틸울에 플러싱액을 분사함으로써 상기 스틸울에 부착되어 있는 토양입자들을 플러싱액에 포함된 상태로 수거한다. In addition, according to an embodiment of the present invention, in the magnetic separation step, the suspension is passed through the steel wool in a state in which power is applied to the electromagnet after interposing the steel wool, the wires are agglomerated between the electromagnets facing each other Magnetic particles in the suspension are attached to the steel wool, and after the suspension has passed through the steel wool, it is attached to the steel wool by releasing the power of the electromagnet and spraying a flushing liquid onto the steel wool. Collect soil particles in the flushing liquid.

또한 본 발명의 일 실시예에서는 상기 자력분리단계 후 자성을 가진 토양입자를 포함하는 플러싱액을 고액분리하여 토양입자를 플러싱액으로부터 수거하는 제1고액분리단계를 수행하며, 계속적으로 자성 토양입자로부터 중금속을 추출하여 제거하는 중금속 제거단계를 수행한다. In addition, in one embodiment of the present invention after performing the first solid-liquid separation step of collecting the soil particles from the flushing liquid by solid-liquid separation of the flushing liquid containing the soil particles having a magnetic force after the magnetic separation step, continuously from the magnetic soil particles A heavy metal removal step is performed to extract and remove heavy metals.

또한 본 발명의 일 실시예에서는 분산단계에서 사용되는 분산액으로 알카리성 용액, 특히 인산염 용액을 사용할 수 있으며, 다른 실시예에서는 음이온성 계면활성제를 사용할 수도 있다. In addition, in one embodiment of the present invention, an alkaline solution, in particular, a phosphate solution may be used as the dispersion used in the dispersing step, and in another embodiment, an anionic surfactant may be used.

종래의 토양세척공법, 동전기추출공법 및 안정화공법에서 중금속의 존재 형태 중 산화철, 산화망간 형태의 중금속과 잔류형태의 중금속에 대하여 제거가 용이하지 않았지만, 본 발명에서는 토양입단을 분산시킨 후 자력분리를 수행함으로써 제거가 곤란한 형태의 중금속을 용이하게 토양으로부터 분리할 수 있게 되었다. In the conventional soil washing method, electrokinetic extraction method, and stabilization method, iron oxide, manganese oxide heavy metals and residual heavy metals were not easily removed from the present forms of heavy metals. It is possible to easily separate heavy metals in difficult-to-remove form from the soil.

본 발명에서는 자력분리에 의하여 분리된 중금속을 다량 함유한 토양에 대하여 처리를 수행하므로, 처리대상 토양 전체에 대하여 직접 처리하는 것에 비하여 경제적이고 효과적이라는 장점이 있다. In the present invention, since the treatment is performed on the soil containing a large amount of heavy metal separated by magnetic separation, there is an advantage that it is economical and effective than the direct treatment on the entire soil to be treated.

또한 본 발명에서는 자력분리에 앞서 분산단계를 거침으로써 자력분리가 효과적으로 수행될 수 있다는 데에 큰 장점이 있다. In addition, the present invention has a great advantage that the magnetic separation can be effectively performed by going through the dispersion step prior to the magnetic separation.

또한 환경오염처리 기술에서 언제나 문제가 되는 2차 오염, 즉 처리를 위해 사용된 약품들에 대한 처리문제가 본 발명에서는 발생하지 않는 바 매우 친환경적이라는 장점이 있다. 즉, 본 발명에서 사용되는 분산액은 다시 재활용되므로 2차 처리의 문제가 발생하지 않는다는 장점이 있다. In addition, secondary pollution, which is always a problem in the environmental pollution treatment technology, that is, the treatment problem for the chemicals used for treatment does not occur in the present invention has the advantage that it is very environmentally friendly. That is, since the dispersion used in the present invention is recycled again, there is an advantage that the problem of secondary treatment does not occur.

도 1은 중금속 연속추출 방식에서 사용되는 분류에 따른 중금속의 존재형태별 함량을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 오염토양 복원방법의 개략적 흐름도이다.
도 3은 토양입단의 모식도이다.
도 4는 토양입단의 전자현미경 사진이다.
도 5는 실리케이트 표면에 산화철이 침전되어 있는 사진이다.
도 6은 토양 박편 사진이다.
도 7은 확산이중층의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 11은 분산액의 분산효과를 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 자력분리단계에서 사용되는 자력분리기의 개략적 구성도이다.
도 13 내지 도 16은 토양으로부터 왕수추출된 중금속의 농도와 그 토양의 대자율 사이의 상관관계를 실험한 결과 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 오염토양 복원방법의 중금속 제거효능을 실험한 결과표이다.
1 is a graph showing the content of heavy metals according to the type of classification according to the classification used in the heavy metal continuous extraction method.
2 is a schematic flowchart of a heavy metal contaminated soil restoration method according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of soil intrusion.
4 is an electron micrograph of soil incidence.
5 is a photograph in which iron oxide is deposited on the silicate surface.
6 is a photograph of soil flakes.
7 is a view schematically showing the structure of a diffusion double layer.
8 to 11 are graphs showing the results of experiments on the dispersion effect of the dispersion.
12 is a schematic configuration diagram of a magnetic separator used in the magnetic separation step.
13 to 16 are graphs of the correlation between the concentrations of heavy metals extracted from aqua regia and the large susceptibility of the soil.
17 is a result table of the heavy metal removal efficiency of the heavy metal contaminated soil restoration method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 오염토양 복원방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in more detail with respect to the heavy metal contaminated soil restoration method according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 오염토양 복원방법의 개략적 흐름도이다. 2 is a schematic flowchart of a heavy metal contaminated soil restoration method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중금속 오염토양 복원방법(100)은 수집단계(10), 분산단계(20), 입도선별단계(30), 자력분리단계(40), 제1,2고액분리단계(50,60) 및 중금속 제거단계(70)를 구비한다.2, the heavy metal contaminated soil restoration method 100 according to a preferred embodiment of the present invention is a collection step 10, dispersion step 20, particle size selection step 30, magnetic separation step 40, 1,2 solid-liquid separation step (50, 60) and heavy metal removal step (70).

수집단계(10)에서는 처리대상이 되는 중금속 오염토양을 굴착하여 수집한다. 이 중금속 오염토양은 도금공장, 광업관련공장 등 수집장소에 따라 주 오염원이 달라지는데, 비소, 납, 카드뮴, 크롬 등의 중금속을 다량 함유하고 있다. 오염토양을 수집한 후 분산단계(20)를 수행하기에 앞서 오염토양을 잘게 부수는 크러슁(crushing)을 수행한다. In the collecting step 10, the heavy metal contaminated soil to be treated is excavated and collected. This heavy metal contaminated soil varies in major pollutants depending on the collection sites such as plating factories and mining related factories, and contains a large amount of heavy metals such as arsenic, lead, cadmium and chromium. After collecting the contaminated soil, the crushing of the contaminated soil is performed before the dispersion step 20 is performed.

분산단계(20)에서는 수집된 오염토양을 분산액에 투입하여, 토양입자들이 상호 응집하여 토양입단 형태로 존재하고 있는 토양을 다수의 토양입자들로 분리되게 한다. In the dispersing step 20, the collected contaminated soil is added to the dispersion, so that the soil particles aggregate to each other to separate the soil existing in the form of soil incidence into a plurality of soil particles.

토양은 광물과 유기물이 약 50%, 가스와 수분이 약 50% 정도로 구성되어 있는데, 도 3의 모식도 및 도 4의 전자현미경 사진에 나타난 바와 같이, 모래 토양을 제외한 대부분의 토양은 여러 입자로 구성된 입단(aggregate)형태로 존재한다. 토양입단은 유기물, 점토, 산화철, 산화망간 등의 응집작용에 의하여 모레 및 실트입자들이 상호 응집되어 생성된다. 산화철과 산화망간은 1차광물인 실리케이트의 풍화과정에 생성된 2차광물이 주를 이룬다. 따라서 풍화과정에서 생성된 산화철과 산화망간은, 도 5 및 도 6의 사진에 나타난 바와 같이, 실트-모래입자의 표면에 침전되거나 입자사이에 침전되어 입단형성을 촉진한다. 즉, 도 5에서는 실리케이트표면에 작은 크기의 산화철이 침전되어 있는 사진이며, 도 6에서 적색으로 보이는 미세한 산화철 입자들이 토양입단에 전체적으로 퍼져 있으면서 응집작용을 수행한다. Soil is composed of about 50% minerals and organic matter, and about 50% gas and moisture. As shown in the schematic diagram of FIG. 3 and the electron micrograph of FIG. 4, most soils except sand soil are composed of several particles. It exists in the form of an aggregate. Soil intrusion is formed by the cohesion of the moire and silt particles by coagulation of organic matter, clay, iron oxide, and manganese oxide. Iron oxide and manganese oxide are mainly composed of secondary minerals produced during the weathering process of silicates, primary minerals. Therefore, the iron oxide and manganese oxide produced during the weathering process, as shown in the photographs of FIGS. 5 and 6, is precipitated on the surface of the silt-sand particles or precipitated between the particles to promote granulation. That is, in FIG. 5, a small size of iron oxide is precipitated on the silicate surface, and fine iron oxide particles, which are shown in red in FIG. 6, are dispersed throughout the soil inlet and perform aggregation.

후술하겠지만 자력분리단계(40)에서는 토양입자들을 자성입자와 비자성입자를 분리하게 되는데, 효과적인 자력분리를 위해서는 토양입단이 최대한 분리되어 토양입자들이 응집되지 않고 독립된 개별입자 형태로 존재하여야 한다. 예컨대, 자성체인 산화철은 비자성체인 실리케이트의 표면에 침전되어 있으므로 이들을 상호 분리하지 않고서는 자력분리를 할 수 없다. 이에 분산단계(20)에서는 자력분리의 전처리로서 분산액을 이용하여 토양입자들이 개별적으로 존재하게 하는 것이다.As will be described later, in the magnetic separation step 40, the soil particles are separated from the magnetic particles and the non-magnetic particles. For effective magnetic separation, the soil particles are separated as much as possible, so that the soil particles do not aggregate and exist as independent individual particles. For example, iron oxide, which is a magnetic substance, is deposited on the surface of silicate, which is a nonmagnetic substance, and thus magnetic separation cannot be performed without separating them from each other. In the dispersion step 20, the soil particles are individually present using the dispersion as a pretreatment of the magnetic separation.

여기서, 토양입자란 모래, 실트, 점토, 산화철, 산화망간, 유기물, 중금속 등 토양을 형성하는 모든 입자들을 총칭하는 용어로 사용되며, 자성입자 및 비자성입자는 이 토양입자를 자성에 따라 분리할 때 사용하는 용어로 사용된다는 것을 첨언한다.Here, the soil particles are used as a generic term for all the particles that form the soil, such as sand, silt, clay, iron oxide, manganese oxide, organic matter, heavy metals, and magnetic particles and non-magnetic particles can be separated according to the magnetic properties. Note that it is used as a terminology.

앞에서 설명한 바와 같이, 자력분리의 성공여부는 분산액에 내에서 입자의 분산정도에 좌우된다. 즉, 토양입단에서 응집물질로 작용하거나, 조립질 입자표면에 침전된 중금속 함유 광물을 분산시켜 개별입자로 존재하도록 하여야 한다. As described above, the success of the magnetic separation depends on the degree of dispersion of the particles in the dispersion. In other words, minerals containing heavy metal precipitated on the surface of coarse particles or coagulated at the soil inlet should be present as individual particles.

토양의 분산 및 응집은 토양입자의 표면전하와 수용액의 화학적 특성에 의하여 결정된다. 토양입자의 표면전하는 광물의 결정구조에서 비롯되는 영구전하(permanent charge)와 주변의 물리화학적 환경에 따라 결정되는 가변전하(variable charge)로 구별된다. 토양입자 표면은 영구전하와 가변전하를 동시에 나타내거나, 영구전하 혹은 가변전하만 나타낸다. Soil dispersion and flocculation are determined by the surface charge of the soil particles and the chemical properties of the aqueous solution. The surface charges of soil particles are classified into permanent charges derived from the mineral crystal structure and variable charges determined by the surrounding physicochemical environment. The soil particle surface shows both permanent and variable charges, or only permanent or variable charges.

점토광물은 층상구조로 이루어지는데, 결정구조학의 개념인 (001)면(층상구조에서의 각 층)에 영구음전하(permanent negative charge)를, 절단모서리(broken edge)에 가변전하를 나타낸다. 반면 산화철광물, 산화망간광물과 유기물의 표면은 주변 용액의 pH, 이온의 종류에 따라 전하가 변하는 가변전하를 나타낸다. Clay minerals have a layered structure, which shows permanent negative charges on the (001) plane (each layer in the layered structure), which is the concept of crystallography, and variable charges on the broken edges. On the other hand, the surface of iron oxide mineral, manganese oxide mineral and organic material exhibits variable charge whose charge varies depending on the pH of the surrounding solution and the type of ions.

일반적으로 토양은 영구음전하를 나타내는 광물의 함량이 상대적으로 높아 토양의 총 표면전하(total surface charge)는 음전하를 나타낸다. 산화철과 산화망간은 PZC(point of zero charge), 즉 표면전하가 0이 되는 상태의 pH가 7-9로서 토양에서 표면이 양전하를 가진다. 표면양전하를 가지며 미세한 입자크기를 가지는 산화철과 산화망간은 정전기력(electrostatic force)의 브리징(bridging)을 통하여 표면음전하를 가지는 점토광물, 유기물을 응집시키는 역할을 한다.In general, the soil has a relatively high content of minerals representing permanent negative charge, so the total surface charge of the soil is negative. Iron oxides and manganese oxides have a positive charge on the soil with a point of zero charge (PZC), that is, a pH of 7-9 with zero surface charge. Iron oxide and manganese oxide having surface charges and fine particle sizes aggregate the clay minerals and organic matters having surface negative charges through bridging of electrostatic forces.

이에, 토양입자의 분산은 입자표면의 전하 조절로 가능하다. 가변표면전하를 가지는 산화철과 산화망간 등의 토양입자의 전하를 음전하로 전환시키면 거의 대부분의 토양입자의 표면이 음전하를 띄게 되므로, 입자간의 반발작용(repulsion)에 의하여 토양입자가 분산된다. Thus, the dispersion of soil particles is possible by the charge control of the particle surface. When the electric charges of soil particles such as iron oxide and manganese oxide having variable surface charges are converted to negative charges, almost the surface of the soil particles is negatively charged, so that the soil particles are dispersed by repulsion between the particles.

가변전하를 가지는 토양입자표면이 음전하를 띄게 하기 위해서는 그 토양입자들의 PZC 이상으로 분산액의 pH를 증가시키거나, 토양입자 표면에 인산염(phosphate, PO4 3 -)과 같이 표면흡착력이 강하고 다수(다가)의 전하(multi-charge)를 가지는 음이온의 흡착을 통하여 이룰 수 있다.In order to stand out a soil particle surface with a variable charge-negative charge to increase the pH of the dispersion to more than PZC of the soil particles, or on the soil surface of the particles of phosphate (phosphate, PO 4 3 -) a strong surface attraction force, such as a number (approaching It can be achieved through the adsorption of negative ions having a multi-charge.

이에 본 발명의 일 실시예에서는 알카리성 용액을 분산액으로 사용한다. 이 알카리성 용액의 pH는 8~12 범위가 되게 한다. 토양 내의 다양한 입자들은 일반적으로 주변환경의 pH가 7~9인 경우에 그 표면전하가 0이 되는데, 적어도 pH가 8 이상으로 되어야 원하는 정도로 토양입자가 분산될 수 있으며, pH9 이상이 되는 것이 더욱 바람직하다. 또한, pH가 증가하면 분산효과는 함께 증가하지만, pH가 12를 초과하는 경우에는 분산효과의 상승은 거의 없으므로 분산액의 제조비용만 상승시키게 된다. Thus, in one embodiment of the present invention, an alkaline solution is used as a dispersion. The pH of this alkaline solution is in the range of 8-12. The various particles in the soil generally have a surface charge of zero when the pH of the environment is 7-9, and at least pH 8 or more so that the soil particles can be dispersed to a desired degree, and more preferably pH9 or more. Do. In addition, as the pH increases, the dispersing effect increases, but when the pH exceeds 12, there is almost no increase in the dispersing effect, thereby increasing only the manufacturing cost of the dispersion.

또한 알카리성 용액 중에서는 인산염용액이 사용되면 더욱 바람직하다. 인산염용액은 표면흡착이 강하며 -3가의 전하를 보유하고 있어 반발력을 증대시킬 수 있기 때문이다. In the alkaline solution, a phosphate solution is more preferable. This is because phosphate solution has strong surface adsorption and has -trivalent charge, which can increase the repulsive force.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 분산액으로 계면활성제 수용액을 사용할 수 있다. 즉, 계면활성제는 친수성과 소수성을 나타내는 부분으로 구성되어 있으며 소수성을 나타내는 부분이 토양입자에 흡착되고 친수성을 나타내는 부분은 반대편(분산액)을 향하게 된다. 특히 친수성 부분이 음이온성을 가지는 계면활성제가 토양입자에 흡착되는 경우 음이온을 가지는 친수성 부분이 토양입자의 반대편(분산액)을 향하게 된다. 즉, 음이온성 계면활성제의 흡착으로 토양입자는 보다 큰 음이온을 가지게 되며 길게 널어진 음이온성 친수성 부분이 토양입자의 외부를 둘러싸는 모양을 가지게 된다. 따라서 음이온성 계면활성제 용액에서 토양입자는 서로간의 반발이 커지고 분산된다. 이에 본 발명의 일 실시예에서는 알카리성의 음이온성 계면활성제를 사용한다. 계면활성제 수용액의 pH는 인산염용액과 마찬가지의 이류로 pH8~12의 범위로 설정한다. Meanwhile, in another embodiment of the present invention, an aqueous surfactant solution may be used as the dispersion. That is, the surfactant is composed of hydrophilic and hydrophobic parts, and the hydrophobic part is adsorbed to the soil particles and the hydrophilic part faces the opposite side (dispersion liquid). In particular, when a surfactant having an anionic hydrophilic portion is adsorbed to the soil particles, the hydrophilic portion having an anion faces the opposite side (dispersion liquid) of the soil particles. That is, the adsorption of the anionic surfactant causes the soil particles to have a larger anion, and the long, anionic, hydrophilic portion has a shape surrounding the outside of the soil particles. Therefore, in the anionic surfactant solution, soil particles become more repulsive and disperse with each other. Thus, one embodiment of the present invention uses an alkaline anionic surfactant. The pH of the aqueous surfactant solution is set in the range of pH 8-12 in the same kind of phosphate solution.

지금까지 분산액의 조건으로서 알카리성(토양의 주변환경 pH를 상승)이거나, 흡착력이 강한 음이온(토양입자에 흡착하여 전체적으로 음전하를 띄게 함)이거나, 음이온성의 계면활성제(토양입자에 부착되어 전체적으로 음전하를 띄게 함)일 것이 요구된다고 설명하였다. 이러한 조건을 최적으로 만족하는 분산액으로는 알카리성의 인산염용액이나 알카리 음이온성 계면활성제가 될 수 있다. So far, dispersion conditions are alkaline (raising the soil's ambient pH), strong anions (adsorbed on soil particles to give a negative charge as a whole), or anionic surfactants (attached to soil particles to give a negative charge as a whole) Explained that it is required. As a dispersion which satisfies these conditions optimally, it may be an alkaline phosphate solution or an alkaline anionic surfactant.

위와 같이, 최적의 분산조건을 만족하는 분산제인 흡착력이 강한 음이온(인산염용액)이나 음이온성 계면활성제를 분산액으로 사용하는 경우에도, 분산액 내의 용존 이온의 종류(charge, size, ratio)와 분산액의 농도를 조절함으로써 토양입자가 분산되는 정도를 조절할 수 있다. 즉, 표면전하를 가지는 토양입자는 분산액에서 표면의 전체전하가 0이 되도록 반대 전하를 가지는 분산액의 용존이온이 흡착되는데, 이온의 전하(charge), 크기(size)와 농도(concentration)에 따라 흡착층의 구조가 결정된다. 흡착층의 구조는, 도 7에 도시되어 있는 확산이중층(diffuse double layer)으로 설명될 수 있으며, 흡착층의 두께는 분산액의 용존이온의 전하와 농도가 낮을 수록 두꺼워진다. As described above, even in the case of using a strong adsorbing anion (phosphate solution) or an anionic surfactant, which is a dispersant that satisfies the optimum dispersing conditions, as a dispersion, the type (discharge, size, ratio) of dissolved ions in the dispersion and the concentration of the dispersion By adjusting the soil particles can be controlled to the degree of dispersion. That is, soil particles having surface charges are adsorbed by the dissolved ions of the dispersions having opposite charges such that the total charge of the surface becomes zero in the dispersions, depending on the charge, size and concentration of the ions. The structure of the layer is determined. The structure of the adsorption layer can be described as a diffuse double layer shown in FIG. 7, wherein the thickness of the adsorption layer becomes thicker as the charge and concentration of dissolved ions in the dispersion are lower.

확산이중층의 두께(1/κ)는 다음 식으로 표현된다.The thickness of the diffusion double layer (1 / κ) is expressed by the following equation.

κ2 = 8πzi 2e2ni 2/εkT κ 2 = 8πz i 2 e 2 n i 2 / εkT

1/κ = 이중층 두께(thickness of double layer), zi = 이온 전하(charge of ion(i)), e = 전기전하(electronic charge), ni = 용액의 i이온 농도(concentration of ion(i) in bulk solution), ε = 용액의 유전 상수(dielectric constant of solution), k = 볼쯔만 상수(Boltzman constant), T = 절대온도(temperature(K)). 1 / κ = thickness of double layer, z i = charge of ion (i), e = electronic charge, n i = concentration of ion (i ) in bulk solution), ε = dielectric constant of solution, k = Boltzman constant, T = absolute temperature (K).

흡착층의 두께가 두꺼우면 토양입자는 분산액에서 쉽게 분산되나 흡착층의 두께가 얇으면 쉽게 응집된다. 토양에서 multi-charge를 가지는 양이온인 Ca2 +와 Mg2+는 Na+에 비해 이중확산층의 두께가 작으며 음전하를 가지는 입자들을 bridging을 통하여 응집시키는 경향이 강하므로 분산에 유리하지 않다. 토양입자의 분산과 응집 특성을 1가 이온과 2가 이온의 비율인 sodium adsorption ratio(SAR)로 표현된다. When the thickness of the adsorption layer is thick, the soil particles are easily dispersed in the dispersion, but when the thickness of the adsorption layer is thin, they easily aggregate. Multi-charge cations Ca 2 + and Mg 2+ in the soil are smaller in thickness than the double + layer and do not favor dispersion because they tend to aggregate negatively charged particles through bridging. Dispersion and aggregation characteristics of soil particles are expressed as sodium adsorption ratio (SAR), which is the ratio of monovalent and divalent ions.

Sodium adsorption ratio (SAR) = (Na+)/[(Ca2 + + Mg2 +)/2]0.5 Sodium adsorption ratio (SAR) = (Na + ) / [(Ca 2 + + Mg 2 + ) / 2] 0.5

즉, 분산액 내의 용존 이온의 농도가 동일할 경우 SAR값이 높을수록 토양입자는 높은 분산특성을 나타내게 된다. In other words, when the concentration of dissolved ions in the dispersion is the same, the higher the SAR value, the higher the soil particles exhibit the dispersion characteristics.

예를 들어 설명한다. 인산염용액의 경우 1가 양이온인 소듐(Na)이 포함되어 있는 소듐포스페이트, 2가 양이온인 칼슘(Ca)이나 마그네슘(Mg)이 포함된 칼슘포스페이트 또는 마그네슘포스페이트 등이 있다. 인산염에 함유된 소듐, 칼슘, 마그네슘 등 양이온도 토양입자에 흡착되는데, 1가 양이온인 소듐이 2가 양이온인 칼슘가 마그네슘보다 분산이중층의 두께와 SAR이 크게 된다. 따라서 1가 양이온인 소듐을 함유한 인산염이 2가 양이온을 함유한 인산염이 토양분산에 유리하다. An example is demonstrated. The phosphate solution includes sodium phosphate containing sodium (Na), a monovalent cation, calcium phosphate or magnesium phosphate, including calcium (Ca) or magnesium (Mg), which is a divalent cation. The cations such as sodium, calcium, and magnesium contained in the phosphate are also adsorbed on the soil particles. The sodium and divalent cations of sodium, which are monovalent cations, have a greater thickness and SAR than the double layers of magnesium. Therefore, phosphate containing sodium, which is a monovalent cation, is preferable for soil dispersion.

이에 분산액으로 사용되는 인산염용액에서는 소듐포스페이트가 토양입자의 분산에 유리하다. 마찬가지로 계면활성제에서도 소듐을 포함하고 있는 SDS (sodium dodecyl sulfate)가 최적의 분산조건을 제공할 수 있다. In the phosphate solution used as a dispersion, sodium phosphate is advantageous for the dispersion of soil particles. Similarly, in the surfactant, sodium dodecyl sulfate (SDS) containing sodium can provide optimum dispersion conditions.

최적의 분산액으로 사용될 수 있다고 평가된 소듐포스페이트 수용액과 계면활성제 SDS 수용액의 분산효과를 실험하였다. The dispersing effect of aqueous sodium phosphate solution and surfactant SDS solution was evaluated to be used as an optimum dispersion.

소듐오소포스페이트(Na-orthophosphate), 소듐헥사메타포스페이트(Na-hexametaphosphate), 소듐피로포스페이트(Na-pyrophophate)의 3가지 인산염과 음이온성 계면활성제 SDS(sodium dodecyl sulfate)를 분산제로 사용하여 분산액(수용액)을 제조하였다. 분산제의 농도는 0 - 200mM, pH는 7-12가 되도록 조정하여 분산액을 제조하였다. 토양은 울산과 삼척에서 각각 채취하였다. 분산액 1L와 토양 50g을 소일믹서(soil mixer)를 이용하여 5분 동안 교반 후, 1.5L 메스실린더에 담고 항온(25℃) 수조에서 하이드로미터(hydrometer)를 이용하여 점토(clay), 실트(silt), 모래(sand)의 함량을 측정하였다. 본 실험에서 점토의 함량이 높은 경우를 토양이 효과적으로 분산되었다고 판정하였다. 즉, 토양입단이 분리되면 개개의 점토, 실트, 모래입자 등으로 분리되는데, 현탁액의 점토입자가 증가하면 토양입단의 부산이 많이 이루어진 것으로 판단할 수 있기 때문이다. Dispersion (aqueous solution) using three phosphates of sodium orthophosphate, sodium hexametaphosphate, and sodium pyrophophate and anionic surfactant sodium dodecyl sulfate as a dispersant ) Was prepared. The dispersion was prepared by adjusting the concentration of the dispersant to 0-200 mM and the pH of 7-12. Soils were collected from Ulsan and Samcheok respectively. 1 L of dispersion and 50 g of soil were stirred for 5 minutes using a soy mixer, and then placed in a 1.5 L measuring cylinder and clay, silt, using a hydrometer in a constant temperature (25 ° C.) water bath. ), The content of sand (sand) was measured. In this experiment, it was determined that the soil was effectively dispersed when the clay content was high. In other words, when the soil intrusion is separated, it is separated into individual clays, silts, sand particles, etc., because the increase in the clay particles in the suspension can be judged that a lot of byproducts of the soil infiltration were made.

각 분산용액에 점토의 함량이 도 8 내지 도 11에 나타나 있다. The clay content in each dispersion solution is shown in FIGS. 8 to 11.

도 8 및 도 9는 울산 토양을 대상으로, 도 10 및 도 11은 삼척 토양을 대상으로 실험한 결과 그래프로서, 도 8 및 도 10은 분산제의 농도변화에 따른 점토의 함량변화를 나타낸 것이며 도 9 및 도 11은 분산액의 pH변화에 따른 점토의 함량변화를 나타낸 것이다. 8 and 9 is a graph showing the results of experiments in the soil of Ulsan, Figure 10 and 11 Samcheok soil, Figures 8 and 10 shows the change in the content of clay according to the concentration change of the dispersant and Figure 9 And Figure 11 shows the change in the clay content according to the pH change of the dispersion.

실험결과를 참조하면, 인산염 용액 중 Na-hexametaphosphate와 Na-pyrophosphate는 비슷한 분산력을 보여주었으나 Na-orthophosphate는 상대적으로 낮은 분산력을 나타내었다. 또한 음이온성 계면활성제인 SDS도 Na-hexametaphosphate, Na-pyrophosphate와 비슷한 분산력을 나타내었다. Referring to the experimental results, Na-hexametaphosphate and Na-pyrophosphate showed similar dispersibility in phosphate solution, but Na-orthophosphate showed relatively low dispersibility. In addition, anionic surfactant SDS showed similar dispersibility to Na-hexametaphosphate and Na-pyrophosphate.

pH에 따른 분산효과와 관련하여 앞에서 설명한 바와 같이 pH8~12 또는 pH9~12에서 만족한 성과를 나타냈으며, 특히 pH11에서 모든 분산제에 걸쳐 최적의 분산조건을 제공할 수 있음을 확인하였다. Regarding the dispersing effect according to pH, as described above, satisfactory results were obtained at pH 8-12 or pH 9-12, and particularly, pH 11 was found to provide the optimum dispersing condition for all dispersants.

농도에 따른 분산효과와 관련하여 소듐헥사메타포스페이트와 소듐피로포스페이트는 5mM의 농도에서 점토 함유량이 급격하게 증가하였으며, 50mM를 초과한 경우에서는 점토 함유량의 변화가 미미하게 나타났다. 이에 인산염용액은 5~50mM의 농도에서 만족할 만한 분산효율을 얻을 수 있었으며, 특히 10mM에서 최적의 분산조건을 제공하는 것을 확인하였다. 계면활성제 수용액의 경우 10mM의 농도에서 급격한 상승을 보였으며 80mM을 초과한 경우에는 점토 함유량의 변화가 미미하게 나타났다. 최적의 농도 조건은 50mM인 것으로 도출되었다. Sodium hexametaphosphate and sodium pyrophosphate showed a sharp increase in clay content at concentrations of 5 mM and a slight change in clay content above 50 mM. The phosphate solution was able to obtain a satisfactory dispersion efficiency at a concentration of 5 ~ 50mM, in particular it was confirmed to provide the optimum dispersion conditions at 10mM. In the case of aqueous surfactant solution, the concentration was rapidly increased at the concentration of 10 mM and the change of clay content was insignificant when the concentration was over 80 mM. Optimal concentration conditions were found to be 50 mM.

이상에서 설명한 바와 같이 분산단계(20)에서는 토양을 인산염용액 또는 계면활성제 용액에 투입하여 교반해줌으로써 토양입단 형태를 개별적인 토양입자로 분리시킨다. 즉, 산화철, 산화망간, 유기물 등의 응집작용에 의하여 모래, 실트 등이 상호 응집되어 있는 상태에서 토양입자들의 표면전하를 음전하로 전환시킴으로써 토양입자들 상호간에 반발력이 작용하게 함으로써 응집되어 있던 토양입자들이 분리되어 독립된 상태가 된다. 이렇게 토양입자들이 분리됨으로써 후술할 자력분리에서 자성체와 비자성체를 상호 분리할 수 있는 조건을 형성한다. As described above, in the dispersing step 20, the soil is added to the phosphate solution or the surfactant solution and stirred to separate the soil morphology into individual soil particles. That is, in the state where sand and silt are aggregated by the coagulation action of iron oxide, manganese oxide, organic matter, etc., the surface charges of the soil particles are converted into negative charges so that the repulsive force acts between the soil particles. Are separated and become independent. Thus, the soil particles are separated to form a condition that can be separated from the magnetic body and the non-magnetic material in the magnetic separation to be described later.

분산단계(20)가 완료되면 입도선별단계(30)를 수행한다. 입도선별단계(30)는 토양입자와 분산액이 혼합되어 있는 현탁액을 망체로 체 거름하여 토양입자들 중 일정 입도 이하의 입자만 선별한다. 망체는 50~125μm 크기의 입자가 통과할 수 있는 표준망체를 사용한다. 토양에서 모래는 2~0.074mm 크기, 실트는 0.074 ~0.002mm, 실트는 0.074mm(74μm ), 점토는 2μm 정도의 크기이다. 그리고 토양입자 중 상자성체(paramagnetic) 광물로서 중금속을 많이 함유하고 있는 산화철, 중금속 수산화물(heavy metal hydroxide), 중금속 산화물(heavy metal oxide), 중금속 황화물(heavy metal sulfate)은 점토와 세립미사(fine silt) 사이의 입도를 가지는 경향이 있다. 또한 토양에서 대부분의 중금속은 점토와 실트입자에 존재하는 경향이 있다. When the dispersion step 20 is completed, the particle size selection step 30 is performed. The particle size selection step 30 sifts the suspension in which the soil particles and the dispersion are mixed into a net sieve and selects only particles having a predetermined particle size or less among the soil particles. The mesh uses standard meshes through which particles of 50-125 μm can pass. In the soil, sand is 2 to 0.074 mm in size, 0.074 to 0.002 mm in silt, 0.074 mm (74 μm) in silt, and 2 μm in clay. Iron oxides, heavy metal hydroxides, heavy metal oxides, and heavy metal sulfates, which contain a lot of heavy metals as paramagnetic minerals in soil particles, are clay and fine silt. It tends to have a particle size in between. In addition, most heavy metals in the soil tend to be present in clay and silt particles.

본 발명의 일 실시예에서는 63μm의 망체를 사용하여 토양에서 많은 비중을 차지하는 비자성체인 모래와 실트를 현탁액으로부터 선별한다. In an embodiment of the present invention, a non-magnetic material, sand and silt, which occupies a large proportion in soil using a 63 μm mesh, is selected from the suspension.

여기서 망체의 규격은 mesh로 규정할 수도 있지만, 본 실시예에서는 미국표준협회(ASTM)에서 규정하는 aperture opening의 규격으로 규정한다. Herein, the size of the mesh may be defined as a mesh, but in this embodiment, the specification of the aperture opening specified by the American National Standards Institute (ASTM) is defined.

상기한 바와 같이 현탁액을 체 거름하면 굵은 입자들은 망체에 걸리게 되는데, 이 굵은 토양입자들은 대부분 중금속을 포함하지 않은 모래이므로 별도의 처리 없이 즉시 토양으로 재활용할 수 있다. 다만, 안전성을 위하여 망체에 걸러진 굵은 토양입자들이 환경기준치 이상의 중금속을 포함하고 있는지를 검사한 후 재활용하는 것이 바람직하다. 만일 체 거름에서 걸러진 굵은 토양입자들 내의 중금속이 환경기준치를 초과하는 경우 별도의 중금속 처리를 필요로 한다. As described above, when the suspension is sieved, the coarse particles are caught in the mesh, and these coarse soil particles are mostly sand, which does not contain heavy metals, and thus can be immediately recycled into the soil without additional treatment. However, for the sake of safety, it is desirable to inspect the coarse soil particles containing heavy metals above the environmental standard and recycle them. If the heavy metals in the coarse soil particles filtered out of the sieve exceed environmental standards, separate heavy metal treatment is required.

입도선별단계(30)에서 현탁액에 포함된 상태로 망체를 통과한 토양입자들은 자력분리를 통해 자성체와 비자성체로 분리한다. 즉, 자력분리단계(40)에서는 망체를 통과한 현탁액을 도 12에 도시된 자력분리기를 사용하여 자성에 따라 분리한다. In the particle size selection step 30, the soil particles having passed through the net in the suspension are separated into magnetic bodies and non-magnetic bodies through magnetic separation. That is, in the magnetic separation step 40, the suspension passed through the net is separated according to the magnet using the magnetic separator shown in FIG.

도 12를 참고하면, 자력분리기는 원반 형상의 전자석이 상호 마주하게 배치되고, 전자석들 사이에는 스틸울이 개재된다. 스틸울은 철사가 얽혀져 뭉쳐진 형태로 이루어지므로, 전자석에 전원이 인가되면 스틸울은 자화된다. 또한 스틸울은 현탁액이 지나가는 유로 역할을 수행한다. 스틸울에는 현탁액이 공급되는 관로와 플러싱액(flushing)이 공급되는 관로가 연결되며, 각 관로에는 밸브가 부착된다. 또한 스틸울의 출구쪽에는 자성입자들과 비자성입자들이 상호 분리되어 배출가능하도록 2개의 배출관이 연결되며, 각 배출관에는 밸브가 결합된다. Referring to FIG. 12, the magnetic separator has disc-shaped electromagnets disposed to face each other, and steel wool is interposed between the electromagnets. Steel wool is made of wires entangled together, the steel wool is magnetized when power is applied to the electromagnet. Steel wool also acts as a flow path through the suspension. The steel wool is connected with a pipeline for supplying a suspension and a pipeline for supplying a flushing liquid, and a valve is attached to each pipeline. In addition, two discharge pipes are connected to the outlet side of the steel wool so that the magnetic particles and the non-magnetic particles can be discharged separately from each other, and a valve is coupled to each discharge pipe.

전자석에 전원을 인가하게 되면 전자석 사이에 자기장이 형성되며 스틸 소재의 스틸울은 자화된다. 이 상태에서 현탁액 공급 관로의 밸브를 개방하여 현탁액을 스틸울로 공급하면 현탁액이 스틸울을 통과하면서 자성입자들은 스틸울에 부착되고 비자성입자들은 현탁액과 함께 스틸울을 통과하여 비자성체 배출관으로 배출된다. 이 상태에서는 자성입자 배출관의 밸브는 폐쇄시켜 놓는다. When power is applied to the electromagnet, a magnetic field is formed between the electromagnets and the steel wool of the steel material is magnetized. In this state, the valve of the suspension supply pipe is opened to feed the suspension into the steel wool, and the suspension passes through the steel wool, and the magnetic particles adhere to the steel wool, and the nonmagnetic particles pass through the steel wool together with the suspension and are discharged to the nonmagnetic discharge pipe. do. In this state, the valve of the magnetic particle discharge pipe is closed.

현탁액이 모두 스틸울을 통과한 후에는 비자성입자 배출관의 밸브를 폐쇄시키고 전자석의 전원 인가를 해제한다. 전자석의 전원이 해제되면 전자석 사이의 자기장이 해제되어 자성입자들이 스틸울에 대한 부착력이 없어진다. 이러한 상태에서 자성입자 배출관의 밸브를 개방한 후 플러싱액을 스틸울에 공급하면 자성입자들은 플러싱액과 함께 스틸울을 통과하여 자성입자 배출관으로 배출되어 수집된다. After all the suspension has passed through the steel wool, close the valve on the non-magnetic particle outlet and de-energize the electromagnet. When the power of the electromagnet is released, the magnetic field between the electromagnets is released so that the magnetic particles lose their adhesion to the steel wool. In this state, when the valve of the magnetic particle discharge pipe is opened and the flushing liquid is supplied to the steel wool, the magnetic particles pass through the steel wool together with the flushing liquid and are discharged and collected into the magnetic particle discharge pipe.

본 실시예에서 전자석은 12,000가우스로 설정되었으나, 실시예에 따라 자석의 세기를 다르게 할 수 있다. 또한 여기서 설명의 편의를 위하여 자성입자와 비자성입자로 구분하였으나 이러한 구별은 상대적이다. 즉, 자석의 세기를 아주 약하게 하는 경우에는 토양입자 중 페리자성체(ferrimagnetic)인 마그네타이트 정도만 자성입자로 분리되고 다른 토양입자들은 비자성입자로 분리될 수 있지만, 자석의 세기를 크게 하는 경우 석영 등의 반자성체(diamagnetic)를 제외하고 상자성체(paramagnetic)인 토양입자들은 스틸울에 부착되어 자성입자로 분리될 수 있다. Although the electromagnet is set to 12,000 gauss in this embodiment, the strength of the magnet may vary according to the embodiment. In addition, for convenience of explanation, it is divided into magnetic particles and nonmagnetic particles, but this distinction is relative. That is, when the strength of the magnet is very weak, only ferrite magnetic magnetite is separated into the magnetic particles, while other soil particles may be separated into non-magnetic particles. Except for diamagnetic, paramagnetic soil particles can be attached to steel wool and separated into magnetic particles.

이에 본 명세서에서 사용되는 자성체와 비자성체는 자력분리기에서 자기장의 세기에 따라 분리되는지 여부에 따른 상대적인 개념으로 이해되어야 한다. Therefore, the magnetic material and nonmagnetic material used in the present specification should be understood as a relative concept depending on whether the magnetic separator is separated according to the strength of the magnetic field.

참고적으로 토양을 구성하는 광물입자의 대자율은 아래의 표와 같다. 아래의 표는 토양광물 및 중금속 화합물의 자기적 특성을 정리한 것이다.
For reference, the mass ratio of mineral particles constituting the soil is shown in the table below. The table below summarizes the magnetic properties of soil minerals and heavy metal compounds.


토양입자의Soil particle
구성광물Mineral

대자율Large autonomy
*10* 10 -8-8 (m(m 33 /kg)/ kg)

자 성Sleeping

토양입자의Soil particle
구성광물Mineral

대자율Large autonomy
*10* 10 -8-8 (m(m 33 /kg)/ kg)

자 성Sleeping
KaoliniteKaolinite -1.9-1.9 반자성Diamagnetic CuFeS2 CuFeS 2 159159 QuartzQuartz -0.58-0.58 Cu3(AsO4)·4H2OCu 3 (AsO 4 ) 4H 2 O 995995 MuscoviteMuscovite 1-151-15 CuHAsO3 CuHAsO 3 885885 MontmorilloniteMontmorillonite 2.72.7 CuO·2As2O5·3H2O CuO · 2As 2 O 5 · 3H 2 O 297297 VermiculiteVermiculite 15.215.2 Cr2O3·CaOCr 2 O 3 · CaO 434434 Cu2(OH)2CO3 Cu 2 (OH) 2 CO 3 150150 상자성Paramagnetic Cr2O3·MgOCr 2 O 3 · MgO 363363 CuSO4·5H2OCuSO 4 · 5H 2 O 707707 Fe(CN)6K3 Fe (CN) 6 K 3 125125 CuOCuO 377377 Ilmenite(FeTiO3)Ilmenite (FeTiO 3 ) 1,7001,700 반강자성Antiferromagnetic Cu(OH)2 Cu (OH) 2 150150 Hematite(αFe2O3)Hematite (αFe 2 O 3 ) 6,3006,300 Cr2O3 Cr 2 O 3 560560 Goethite(αFeOOH)Goethite (αFeOOH) 8,6008,600 NiSO4·7H2ONiSO 4 7H 2 O 160160 Lepidocrocite(γFeOOH)Lepidocrocite (γFeOOH) 7,5007,500 Ni(OH)2 Ni (OH) 2 610610 Pyrrhotite(Fe7S8)Pyrrhotite (Fe 7 S 8 ) 39,00039,000 페리자성Ferrimagnetic Cu5FeS4 Cu 5 FeS 4 105105 Magnetite(Fe3O4)Magnetite (Fe3O4) 100,000100,000

<토양광물 및 중금속 화합물의 자기적 특성>Magnetic Properties of Soil Minerals and Heavy Metal Compounds

토양부피의 약 50%를 구성하고 있는 광물은 자기적 특성은 크게 반자성체(diamagnetic)광물은 자기장으로 선별 추출이 어려우며 상자성체(paramagnetic), 강자성체(ferromagnetic), 반강자성체(antiferromagnetic), 페리자성체(ferrimagnetic) 광물은 자기장의 세기(intensity)와 gradient의 조절로 토양으로부터 선별 추출이 가능하다.Minerals, which make up about 50% of the soil volume, are largely magnetic in nature, and diamagnetic minerals are difficult to be screened by magnetic fields. Paramagnetic, ferromagnetic, antiferromagnetic, and ferrimagnetic Minerals can be selectively extracted from the soil by controlling the intensity and gradient of the magnetic field.

Bityukova et al. (1999), Caggiano et al. (2005), Hanesh et al. (2002), Panaiotu et al. (2005), Xie et al. (2001)에 따르면 토양의 대자율과 중금속(Pb, Co, Cr, Ni, As, Cd, Cu, Zn)함량은 높은 상관관계를 나타내는 것으로 밝혀졌다. Bityukova et al. (1999), Caggiano et al. (2005), Hanesh et al. (2002), Panaiotu et al. (2005), Xie et al. (2001) found a high correlation between soil mass ratio and heavy metals (Pb, Co, Cr, Ni, As, Cd, Cu, Zn).

토양의 대자율은 토양 내의 대자율이 높은 광물의 함량이 높을수록 높게 나타난다. 토양의 대자율과 중금속 함량의 정의 상관관계는 대자율이 높은 광물이 낮은 광물에 비해 많은 량의 중금속을 함유함을 의미한다. 이러한 현상은 토양 중금속의 존재형태와 토양광물의 대자율로 설명된다. 토양에서 중금속은 산화철 형태와 잔류형태(residual 형태, 즉 metal oxide, metal sulfate, metal hydroxide)가 가장 많으며, 이러한 형태는 실리케이트 광물에 비해 대자율이 상대적으로 높다. The soil mass ratio is higher with higher mineral content in soil. The positive correlation between the large mass of soil and the content of heavy metals means that high mass minerals contain more heavy metals than low minerals. This phenomenon is explained by the presence patterns of soil heavy metals and the large autonomy of soil minerals. Heavy metals in soil have the most iron oxide and residual forms (ie, metal oxides, metal sulfates, and metal hydroxides), which have a relatively high susceptibility to silicate minerals.

발명자는 왕수추출방식에 의하여 토양으로부터 추출된 중금속(Ni, Zn, Pb, Cr)의 농도와 그 토양의 대자율 사이의 관계를 실험하였으며, 그 결과가 도 13 내지 도 16에 나타나 있다. 토양으로부터 왕수추출된 중금속의 농도가 높을수록 그 토양의 대자율이 높은 것으로 나타났다. 도 13 내지 도 16의 그래프를 참조하면, 중금속의 농도와 대자율은 비례관계에 있음을 알 수 있다. The inventors have tested the relationship between the concentration of heavy metals (Ni, Zn, Pb, Cr) extracted from the soil by the aqua regia extraction method and the magnetic susceptibility of the soil, and the results are shown in FIGS. 13 to 16. The higher the concentration of heavy metal extracted from the soil, the higher the susceptibility of the soil. Referring to the graphs of FIGS. 13 to 16, it can be seen that the concentration of heavy metals and the mass ratio are in a proportional relationship.

위의 실험결과들로부터 분산액 내의 토양입자들은 자력분리기를 통해 자성입자와 비자성입자로 상호 분리될 수 있다는 것을 확인하였다. From the above experimental results, it was confirmed that the soil particles in the dispersion can be separated into magnetic particles and non-magnetic particles through a magnetic separator.

자력분리단계(40) 이후에는 제1고액분리단계(50)와 제2고액분리단계(60)를 수행한다. 즉, 제1고액분리단계(50)에서는 자력분리기에서 자성입자 배출관을 통해 수집된 현탁액을 공지의 원심분리기에 넣고 액체(분산액)와 고체(토양입자)를 비중의 차이를 이용하여 분리한다. 마찬가지로 제2고액분리단계(60)에서는 비자성입자 배출관을 통해 수집된 현탁액을 원심분리기에 넣고 고액분리한다. After the magnetic separation step 40, the first solid-liquid separation step 50 and the second solid-liquid separation step 60 are performed. That is, in the first solid-liquid separation step 50, the suspension collected through the magnetic particle discharge pipe from the magnetic separator is put in a known centrifuge and the liquid (dispersion liquid) and the solid (soil particles) are separated using the difference in specific gravity. Similarly, in the second solid-liquid separation step 60, the suspension collected through the non-magnetic particle discharge pipe is put into a centrifuge and the solid-liquid separation is performed.

제2고액분리단계(60)에서 분리된 토양입자에는 중금속이 거의 포함되어 있지 않으므로 즉시 토양으로 재활용할 수 있다. 다만, 이 토양입자들에 대하여 환경기준치 이상의 중금속이 포함되어 있는지를 검사하는 것이 안전하며, 혹시 환경기준치 이상의 중금속이 검출되는 경우 별도의 처리가 요구된다. The soil particles separated in the second solid-liquid separation step 60 can be immediately recycled into the soil because it contains little heavy metal. However, it is safe to check whether these soil particles contain heavy metals above environmental standards, and if heavy metals above environmental standards are detected, separate treatment is required.

또한, 제1고액분리단계(50)와 제2고액분리단계(60)에서 분리된 액체, 즉 분산액은 다시 분산단계(20)에서 재활용할 수 있다. 분산액은 앞에서 설명한 바와 같이 일정 범위의 농도와 pH가 보장되어야 하므로, 분산액을 재활용하기에 앞서 pH와 농도를 조사하여 일정 범위를 벗어난 경우에는 농도와 pH를 재조정할 수 있다. In addition, the liquid, that is, the dispersion liquid separated in the first solid-liquid separation step 50 and the second solid-liquid separation step 60 may be recycled again in the dispersion step 20. Since the dispersion should be guaranteed in a range of concentrations and pH as described above, it is possible to readjust the pH and concentration prior to recycling the dispersion to readjust the concentration and pH if out of the range.

제1고액분리단계(50) 후에는 자성 토양입자들로부터 중금속을 추출하여 제거하는 중금속 제거단계(70)를 수행한다. 이 중금속 제거단계(70)에서는 앞서 입도선별단계(30)에서 분리되었던 굵은 토양입자와 제2고액분리단계(60)에서 분리된 비자성 토양입자가 환경기준치 이상의 중금속을 포함하는 것으로 판단된 경우 이들 토양에서도 중금속을 추출할 수 있다. 중금속 제거단계(70)에서는 공지의 다양한 방법을 이용하여 토양으로부터 중금속을 추출할 수 있다. 중금속을 추출하는 방법은 공지의 방식으로 다양한 방법이 채택될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다. After the first solid-liquid separation step 50, a heavy metal removal step 70 for extracting and removing heavy metals from magnetic soil particles is performed. In the heavy metal removal step 70, when the coarse soil particles separated in the particle size selection step 30 and the non-magnetic soil particles separated in the second solid-liquid separation step 60 are determined to contain heavy metals above environmental standards, Heavy metals can also be extracted from the soil. In the heavy metal removal step 70, it is possible to extract the heavy metal from the soil using a variety of known methods. As a method of extracting heavy metals, various methods may be adopted in a known manner, and thus detailed description thereof will be omitted.

상기한 바와 같이, 중금속 제거단계(70)를 통해 자성 토양입자로부터 중금속을 추출하게 되면 본 발명에 따른 중금속 오염토양 복원방법이 완료된다. As described above, when the heavy metal is extracted from the magnetic soil particles through the heavy metal removal step 70, the heavy metal contaminated soil restoration method according to the present invention is completed.

본 발명에서는 토양으로부터 자성 토양입자만을 분리한 후 자성 토양입자에 대하여 처리를 수행하므로, 처리대상 토양 전체에 대하여 직접 처리를 수행하는 것에 비하여 경제적이고 효과적이라는 장점이 있다. In the present invention, since only the magnetic soil particles are separated from the soil and the treatment is performed on the magnetic soil particles, there is an advantage that it is economical and effective as compared to the direct treatment of the entire soil to be treated.

또한 본 발명에서는 자력분리에 앞서 분산단계를 거침으로써 자력분리가 효과적으로 수행될 수 있다는 데에 큰 장점이 있다. In addition, the present invention has a great advantage that the magnetic separation can be effectively performed by going through the dispersion step prior to the magnetic separation.

또한 환경오염처리 기술에서 언제나 문제가 되는 2차 오염, 즉 처리를 위해 사용된 약품들에 대한 처리문제가 본 발명에서는 발생하지 않는 바 매우 친환경적이라는 장점이 있다. 즉, 본 발명에서 사용되는 분산액은 다시 재활용되므로 2차 처리의 문제가 발생하지 않는다. In addition, secondary pollution, which is always a problem in the environmental pollution treatment technology, that is, the treatment problem for the chemicals used for treatment does not occur in the present invention has the advantage that it is very environmentally friendly. That is, the dispersion used in the present invention is recycled again, so that the problem of secondary processing does not occur.

본 출원인은 본 발명에 따른 오염토양 복원방법의 중금속 제거 효능에 대한 실험을 수행하였다. Applicant has performed an experiment on the heavy metal removal efficacy of the contaminated soil restoration method according to the present invention.

즉, 중금속 중 비소로 오염된 토양을 채취하고 실내에서 말린 후 러버스토퍼(rubber stopper)를 이용하여 덩어리를 부수고 표준 망체를 이용하여 2mm 이하 입도를 가지는 시료를 회수하였다. 시료의 중금속 농도를 확인하기 위하여 시료를 왕수를 이용하여 중금속을 추출하고 추출용액의 중금속 농도를 ICP-AES를 이용하여 측정하였다. 추출액의 중금속 농도를 토양의 중금속 농도로 환산하였으며, 그 값은 도 17의 표에 나타나 바와 같이 322.9mg/L로 확인되었다. That is, soils contaminated with arsenic in heavy metals were collected and dried in a room, and the sample was broken using a rubber stopper and a sample having a particle size of 2 mm or less using a standard mesh. To check the heavy metal concentration of the sample, the sample was extracted with heavy water using aqua regia, and the heavy metal concentration of the extract solution was measured using ICP-AES. The heavy metal concentration of the extract was converted to the heavy metal concentration of the soil, the value was confirmed as 322.9 mg / L as shown in the table of FIG.

이후 2mm 이하 입도의 토양시료 50g과 pH11_10mM 소듐피로포스페이트 용액 200mL를 혼합하고 소일믹서를 이용하여 5분 동안 교반하였다. 교반 후 63μm 표준 망체를 이용하여 세립질과 조립질로 분리하였다. Thereafter, 50 g of soil samples having a particle size of 2 mm or less and 200 mL of pH 11_10 mM sodium pyrophosphate solution were mixed and stirred for 5 minutes using a Soil mixer. After stirring, the granules were separated into fine and coarse matter by using a 63 μm standard mesh.

세립질(<63μm)과 조립질(>63μm)의 토양시료 일부를 60℃ 오븐에서 건조한 후(고액분리단계를 오븐건조 방식으로 수행), 중금속을 왕수를 이용하여 추출하였다. 추출액의 중금속 농도를 ICP-AES를 이용하여 측정하였다. 추출액의 중금속 농도를 토양 시료의 농도로 환산하였으며, 도 17에 나타난 바와 같이, 63μm 이상 크기의 토양입자의 중금속 농도는 72mg/L 였으며, 63μm 미만의 토양입자의 중금속 농도는 403.3mg/L로서 예상한 바와 같이 중금속의 농도가 훨씬 높았다. Some of the fine (<63 μm) and coarse (> 63 μm) soil samples were dried in an oven at 60 ° C. (solid-liquid separation was performed by oven drying), and heavy metals were extracted using aqua regia. The heavy metal concentration of the extract was measured using ICP-AES. The heavy metal concentration of the extract was converted to the concentration of the soil sample. As shown in FIG. 17, the heavy metal concentration of the soil particles having a size of 63 μm or more was 72 mg / L, and the heavy metal concentration of the soil particles of 63 μm or less was expected to be 403.3 mg / L. As the concentration of heavy metals was much higher.

건조하지 않은 세립질(<63μm) 토양시료 현탁액을 입자의 농도(무게)가 10%가 되도록 분산용액(pH11_10mM 소듐피로포스페이트)을 이용하여 조정하였다. 고액비 10%인 현탁액을 자기장 세기 12,000 gauss에서 자성물질과 비자성물질로 분리하였다. 자성물질 현탁액과 비자성물질 현탁액을 건조한 후 왕수를 이용하여 중금속을 추출한 후 추출액의 중금속 농도를 ICP-AES를 이용하여 측정하였다. 추출액의 중금속 농도를 자성물질과 비자성물질의 중금속 농도로 환산하였다. Fine dry (<63 μm) soil sample suspensions were adjusted using a dispersion solution (pH 11 —10 mM sodium pyrophosphate) so that the concentration (weight) of the particles was 10%. A suspension with a 10% solids ratio was separated into magnetic and nonmagnetic materials at 12,000 gauss of magnetic field strength. After drying the magnetic suspension and the nonmagnetic suspension, heavy metals were extracted using aqua regia, and the concentrations of heavy metals in the extract were measured using ICP-AES. The heavy metal concentration of the extract was converted into the heavy metal concentration of the magnetic material and nonmagnetic material.

63μm 미만의자성입자의 중금속 농도는 660.3mg/L로 매우 높았으며, 63μm 미만의 비자성입자의 중금속 농도는 256.1mg/L로 자성입자에 비하여 훨씬 낮아 자력분리에 의한 중금속 분리효율을 확인할 수 있었다. The concentration of heavy metals of magnetic particles less than 63μm was very high at 660.3mg / L, and the concentration of heavy metals of nonmagnetic particles less than 63μm was 256.1mg / L, much lower than that of magnetic particles. .

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, it is merely an example, and those skilled in the art may realize various modifications and equivalent other embodiments therefrom. I can understand. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

100 ... 중금속 오염토양 복원방법 10 ... 수집단계
20 ... 분산단계 30 ... 입도선별단계
40 ... 자력분리단계 50 ... 제1고액분리단계
60 ... 제2고액분리단계 70 ... 중금속 제거단계
100 ... How to restore heavy metal contaminated soil 10 ... Collection stage
20 ... dispersion step 30 ... granularity selection step
40 ... Magnetic separation step 50 ... First solid-liquid separation step
60 ... second solid-liquid separation step 70 ... heavy metal removal step

Claims (17)

중금속으로 오염된 토양을 수집하는 수집단계;
상기 수집된 토양을 분산액에 넣어 다수의 토양입자들 사이의 응집력을 해제함으로써 토양입단을 독립된 다수의 토양입자들로 분산시키는 분산단계; 및
상기 토양입자와 분산액이 혼합되어 있는 현탁액을 자기장을 통과시켜 상기 토양입자들을 자성에 의하여 분리하는 자력분리단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
A collection step of collecting soil contaminated with heavy metals;
A dispersion step of dispersing the soil inlets into a plurality of independent soil particles by releasing the cohesion between the plurality of soil particles by putting the collected soil in a dispersion; And
And a magnetic separation step of separating the soil particles by a magnetic field through a magnetic field of the suspension in which the soil particles and the dispersion liquid are mixed.
제1항에 있어서,
상기 분산단계와 상기 자력분리단계 사이에, 상기 현탁액을 일정 입도 이하의 입자만 통과가능한 망체로 체 거름하여 상기 토양입자를 선별하는 입도선별단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 1,
Between the dispersing step and the magnetic separation step, sifting the suspension into a network that can pass only the particles of a predetermined particle size or less, the particle sorting step of screening the soil particles, characterized in that it further comprises.
제2항에 있어서,
상기 망체는 50~125μm 크기의 입자가 통과할 수 있는 규격인 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 2,
The mesh is a heavy metal contaminated soil restoration method characterized in that the size of the particles can pass through 50 ~ 125μm size.
제2항에 있어서,
상기 망체에 걸러진 굵은 토양입자들은 재활용하는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 2,
The coarse soil particles filtered in the mesh is heavy metal contaminated soil restoration method characterized in that for recycling.
제1항에 있어서,
상기 자력분리단계에서는,
상호 마주하는 전자석 사이에 철사가 뭉쳐진 스틸울을 개재한 후 상기 전자석에 전원을 인가한 상태에서 상기 현탁액이 상기 스틸울을 통과하게 함으로써 상기 현탁액 내의 자성을 가진 토양입자들이 상기 스틸울에 부착되게 하며,
상기 현탁액이 상기 스틸울을 모두 통과한 후 상기 전자석의 전원을 해제하고 상기 스틸울에 플러싱액을 분사함으로써 상기 스틸울에 부착되어 있는 토양입자들을 플러싱액에 포함된 상태로 수거하는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 1,
In the magnetic separation step,
By interposing the steel wool, which is bundled with wires between the electromagnets facing each other, the suspension passes through the steel wool while the electromagnet is powered on, thereby allowing magnetic soil particles in the suspension to adhere to the steel wool. ,
After the suspension has passed through the steel wool, the electromagnet is released and sprayed flushing liquid to the steel wool to collect the soil particles attached to the steel wool in the state contained in the flushing liquid. Heavy metal contaminated soil restoration method.
제5항에 있어서,
상기 자력분리단계 후 자성을 가진 토양입자를 포함하는 플러싱액을 고액분리하여 토양입자를 플러싱액으로부터 수거하는 제1고액분리단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 5,
And solidifying the flushing liquid containing the magnetic soil particles after the magnetic separation step to solid-liquid separating the soil particles from the flushing liquid.
제5항에 있어서,
상기 자력분리단계에서 배출된 상기 현탁액을 고액분리하여 비자성 토양입자들을 수거하는 제2고액분리단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 5,
And a second solid-liquid separation step of collecting non-magnetic soil particles by solid-liquid separation of the suspension discharged from the magnetic separation step.
제7항에 있어서,
상기 제2고액분리단계에서 상기 토양입자들이 수거된 후 남은 상기 현탁액은 다시 상기 분산단계의 분산액으로 재활용되는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 7, wherein
The method of restoring heavy metal contaminated soil, characterized in that the suspension remaining after the soil particles are collected in the second solid-liquid separation step is recycled back to the dispersion of the dispersion step.
제8항에 있어서,
상기 분산액을 재활용할 때 농도를 조정하는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 8,
Heavy metal contaminated soil restoration method characterized in that the concentration is adjusted when the dispersion is recycled.
제7항에 있어서,
상기 제2고액분리단계에서 수거된 비자성 토양입자들을 재활용하는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 7, wherein
The method for restoring heavy metal contaminated soil, characterized in that for recycling the non-magnetic soil particles collected in the second solid-liquid separation step.
제1항에 있어서,
상기 분산액은 알카리성 용액인 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 1,
The dispersion is a heavy metal contaminated soil recovery method characterized in that the alkaline solution.
제11항에 있어서,
상기 분산액의 pH는 8~12인 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 11,
PH of the dispersion is a heavy metal contaminated soil restoration method, characterized in that 8 to 12.
제1항, 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분산액은 인산염 용액인 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method according to any one of claims 1, 11 or 12,
The dispersion is a heavy metal contaminated soil recovery method characterized in that the phosphate solution.
제13항에 있어서,
상기 분산액은 pH9~12이며 농도는 5~50mM의 소듐헥사메타포스페이트(Na-hexametaphosphate) 또는 소듐피로포스페이트(Na-pyrophosphate)인 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 13,
The dispersion is pH 9 ~ 12 and the concentration is 5 ~ 50mM sodium hexametaphosphate (Na-hexametaphosphate) or sodium pyrophosphate (Na-pyrophosphate) characterized in that the soil restoration method for heavy metals.
제1항에 있어서,
상기 인산염 용액은 음이온성 계면활성제인 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 1,
The phosphate solution is a heavy metal contaminated soil restoration method characterized in that the anionic surfactant.
제15항에 있어서,
상기 계면활성제는 pH9~12이며, 농도는 10~80mM인 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
16. The method of claim 15,
The surfactant is pH 9 ~ 12, the concentration is 10 ~ 80mM heavy metal contaminated soil restoration method characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 자력분리단계에서 분리된 자성 토양입자로부터 중금속을 추출하여 제거하는 중금속 제거단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 복원방법.
The method of claim 1,
And heavy metal removal step of extracting and removing heavy metals from the magnetic soil particles separated in the magnetic separation step.
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