KR20140122332A - Method for stabilizing heavy metals contained in marine contaminated sediment - Google Patents

Method for stabilizing heavy metals contained in marine contaminated sediment Download PDF

Info

Publication number
KR20140122332A
KR20140122332A KR1020130038595A KR20130038595A KR20140122332A KR 20140122332 A KR20140122332 A KR 20140122332A KR 1020130038595 A KR1020130038595 A KR 1020130038595A KR 20130038595 A KR20130038595 A KR 20130038595A KR 20140122332 A KR20140122332 A KR 20140122332A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heavy metals
marine
sediments
red mud
contaminated
Prior art date
Application number
KR1020130038595A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
신우석
김영기
Original Assignee
한경대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한경대학교 산학협력단 filed Critical 한경대학교 산학협력단
Priority to KR1020130038595A priority Critical patent/KR20140122332A/en
Publication of KR20140122332A publication Critical patent/KR20140122332A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09CRECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00Reclamation of contaminated soil
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor

Abstract

The present invention relates to a method for stabilizing heavy metals in contaminated marine sediment. The method according to the present invention can be applied usefully in stabilizing contaminated marine sediment as oxides and heavy metals in the shape of organic matters, which account for a large portion of the contaminated marine sediment, is converted into a state of low solubility and mobility by a stabilizing agent such as red mud, oyster shells and mixture thereof and the amount of eluted heavy metals can be reduced greatly.

Description

해양오염퇴적물 내의 중금속을 안정화시키는 방법{METHOD FOR STABILIZING HEAVY METALS CONTAINED IN MARINE CONTAMINATED SEDIMENT}[0001] METHOD FOR STABILIZING HEAVY METALS CONTAINED IN MARINE CONTAMINATED SEDIMENT [0002]

본 발명은 해양오염퇴적물 내의 중금속을 안정화시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 이용하여 해양오염퇴적물 내의 중금속을 안정화시키는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for stabilizing heavy metals in marine polluted sediments, and more particularly to a method for stabilizing heavy metals in marine polluted sediments using red mud, oyster shells or mixtures thereof.

해양퇴적물에 있어서 중금속 오염은 전 세계적으로 문제가 되고 있으며, 해양퇴적물 내 중금속의 축적은 해양 생산물, 퇴적물의 질 및 저서생태환경에 악영향을 주고 있다(Gray, C. W. et al, Environmental Pollution, 142, pp530-539 (2006)). 이런 이유로, 중금속으로 오염된 퇴적물의 정화 기술 개발은 매우 중요하게 여겨지고 있지만, 현재 우리나라는 해양오염퇴적물에 대한 적절한 관리 및 처리방법이 부족한 실정이다.Heavy metal pollution in marine sediments has become a global problem, and the accumulation of heavy metals in marine sediments has adversely affected marine products, sediment quality and benthic ecology (Gray, CW et al , Environmental Pollution , 142 , pp 530-539 (2006)). For this reason, the development of purification technology for sediments contaminated with heavy metals is considered to be very important, but Korea currently lacks appropriate management and disposal methods for marine polluted sediments.

해양퇴적물 정화 기술로는 크게 자연정화(Monitored Natural Recovery), 현장 피복 공법(In-Situ Capping)과 준설(Dredging)이 있다(국토해양부, 해양오염퇴적물 정화·복원사업 추진을 위한 실무 지침서 (2010)). 자연정화 기술은 친환경적인 정화기술이지만, 장기적인 처리 기간과 비교적 낮은 농도의 중금속 오염지역에 적용되는 한계점을 갖고 있으며, 준설 정화 기술은 오염퇴적물의 준설, 수송, 매립을 기반으로 한 기술로서, 제거율이 높은 반면에 비용이 많이 소요된다. 한편, 현장 피복 공법 중의 현장 안정화 방법(In-Situ Stabilization)은 중금속을 용해성 및 이동성이 낮은 상태로 변화시켜 오염부지로부터 중금속의 확산을 감소시키는 기술로 최근 많은 연구자들에 의해 연구가 진행되고 있다(Conner, J. R., et al., Van Nostrand Reinhold, New York, 1990; 및 이근영 등 대한환경공학회지, 33, pp71-76 (2011)). 현장 안정화 방법은 다른 정화 처리 방법과 비교해서 높은 현장 적용성과 경제성이 있으며, 고농도의 중금속 오염퇴적물에 대해서도 상대적으로 단시간에 처리가 가능하다. 현장 안정화 방법은 피복기술의 중요성과 더불어 안정화 소재의 개발도 중요하다고 판단되어 현재 지속적으로 연구가 진행 중이나 경제성이 확보된 안정화 소재의 개발은 부족한 실정이다.The monitoring techniques for marine sediment purification are Monitored Natural Recovery, In-Situ Capping and Dredging (Ministry of Land, Transport, and Maritime Affairs, 2010) ). Natural purification technology is an environmentally friendly purification technology, but it has limitations applied to long-term treatment periods and relatively low concentrations of heavy metal pollution areas. Dredging technology is a technology based on dredging, transportation and landfill of polluted sediments. On the other hand it is costly. On the other hand, in-situ stabilization in the field coating method is a technique for reducing the diffusion of heavy metals from contaminated sites by changing the heavy metals to a state of low solubility and mobility, and research has been conducted by many researchers Conner, JR, et al. , Van Nostrand Reinhold, New York, 1990, and Keun-Young Lee, Korean Society of Environmental Engineering, 33 , pp71-76 (2011)). The field stabilization method has high field application and economic efficiency compared with other purification treatment methods and it is also possible to treat relatively heavy metal contaminated sediments in a relatively short time. In the field stabilization method, development of stabilized materials is important as well as importance of coating technology. Therefore, researches are still being carried out, but development of stabilized materials having economic feasibility is insufficient.

한편, 최근 다양한 산업 활동에 의해 배출되는 폐기물 및 부산물의 증가는 사회·환경적으로 다양한 문제를 야기하고 있으며, 이러한 폐기물 및 부산물을 이용한 중금속 제거 정화 기술들이 보고되고 있다(Ahmaruzzaman, M., et al ., Advances in Colloid and Interface Science, 166, pp36-59 (2011)). 특히, 알루미늄 생산을 위한 보크사이트 광물 정제 과정에서 나오는 적니(red mud)와 굴 양식장 및 관련 산업에서 나오는 굴 패각(oyster shell)은 산업폐수 및 오염토양에서 중금속 제거를 위한 흡착제로 연구가 진행 중이고, 이들은 높은 흡착 특성을 보여주고 있다(Liu, Y., et al., Geoderma, 163, pp1-12 (2011); 및 김은호 등 한국자원공학회지, 34, pp414-419 (1997)). 기존 연구에서의 적니와 굴 패각은 산업폐수 및 광산 배수 등의 선택적 중금속 제거의 목적으로 단일 중금속에서의 흡착 특성에 대한 연구가 진행되었지만, 다양한 중금속에 의한 오염 가능성이 높은 해양오염퇴적물에서 안정화제에 관한 연구 및 안정화제 첨가에 따른 오염퇴적물 내의 중금속의 존재 형태의 변화에 관한 연구는 아직 행해진 바가 없다. On the other hand, the recent increase in waste and by-products emitted by various industrial activities causes various problems in socio-environment, and purification technologies for removing heavy metals using such wastes and by-products have been reported (Ahmaruzzaman, M., et al . , Advances in Colloid and Interface Science , 166 , pp36-59 (2011)). In particular, the red mud from the bauxite mineral refining process for aluminum production and the oyster shell from oyster farms and related industries are under investigation as adsorbents for the removal of heavy metals from industrial wastewater and contaminated soils, They show high adsorption properties (Liu, Y., et al ., Geoderma , 163 , pp1-12 (2011); And Kim Eunho, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, 34 , pp414-419 (1997)). In the previous studies, the adsorption characteristics of red mud and oyster shells in single heavy metals were studied for the removal of selective heavy metals such as industrial wastewater and mine drainage. However, in the case of marine contaminated sediments with high possibility of contamination by various heavy metals, And studies on the change of the presence of heavy metals in contaminated sediments by addition of stabilizers have not yet been conducted.

이에 본 발명자들은 중금속으로 오염된 해양오염퇴적물을 대상으로 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 이용하여 해양오염퇴적물 내의 중금속을 안정화시키는 방법을 발견함으로써 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors have completed the present invention by discovering a method for stabilizing heavy metals in marine polluted sediments using red mud, oyster shells, or mixtures thereof, against marine contaminated sediments contaminated with heavy metals.

[비특허문헌 1] Gray, C. W. et al., Environmental Pollution, 142, pp530-539 (2006)[Non-Patent Document 1] Gray, CW meat al ., Environmental Pollution , 142, pp 530-539 (2006)

[비특허문헌 2] 국토해양부, 해양오염퇴적물 정화·복원사업 추진을 위한 실무 지침서 (2010)[Non-Patent Document 2] Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, Working Guide for Promoting Cleanup and Restoration of Marine Contaminated Sediments (2010)

[비특허문헌 3] Conner, J. R. et al., Van Nostrand Reinhold, New York, 1990[Non-Patent Document 3] Conner, JR et al ., Van Nostrand Reinhold, New York, 1990

[비특허문헌 4] 이근영 등, 대한환경공학회지, 33, pp71-76 (2011)[Non-Patent Document 4] Lee, Keun-Young et al., Korean Society of Environmental Engineering, 33, pp71-76 (2011)

[비특허문헌 5] Ahmaruzzaman, M. et al., Advances in Colloid and Interface Science, 166, pp36-59 (2011)[Non-Patent Document 5] Ahmaruzzaman, M. et al. , ≪ / RTI > Advances in Colloid and Interface Science , 166, pp36-59 (2011)

[비특허문헌 6] Liu, Y. et al., Geoderma, 163, pp1-12 (2011)[Non-Patent Document 6] Liu, Y. et al ., < / RTI & gt ; Geoderma , 163, pp1-12 (2011)

[비특허문헌 7] 김은호 등, 한국자원공학회지, 34, pp414-419 (1997)
[Non-Patent Document 7] Kim, Eunho et al., Journal of Korean Society of Materials Science and Technology, 34, pp414-419 (1997)

따라서, 본 발명의 목적은 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 이용하여 해양오염퇴적물 내 중금속을 안정화시키는 방법을 제공하는 것이다.
It is therefore an object of the present invention to provide a method for stabilizing heavy metals in marine polluted sediments using red mud, oyster shells or mixtures thereof.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 납(Pb), 아연(Zn), 구리(Cu) 등의 중금속을 포함하는 해양오염퇴적물에 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 처리하여 상기 해양오염퇴적물 내의 중금속을 안정화시키는 방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for treating marine polluted sediments containing heavy metals such as lead (Pb), zinc (Zn), copper (Cu) The method comprising the steps of:

본 발명의 방법에 따르면, 해양오염퇴적물에서 큰 비중을 차지하고 있는 산화물 및 유기물 형태의 중금속이 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물과 같은 안정화제에 의해 용해성 및 이동성이 낮은 상태로 전환될 뿐만 아니라 중금속의 용출량을 크게 감소시킬 수 있으므로, 해양오염퇴적물의 안정화 처리에 유용하게 사용될 수 있다.
According to the method of the present invention, the heavy metals in the form of oxides and organic substances, which occupy a large proportion in marine polluted sediments, are converted into low solubility and low mobility by stabilizers such as red mud, oyster shell or mixture thereof, It can be usefully used for stabilization treatment of marine polluted sediments.

도 1은 대조군, 및 적니 및 굴 패각(함량 5%, 10% 및 15%)으로 안정화 처리한 실험군의 pH 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 대조군, 및 적니 및 굴 패각(함량 5%, 10% 및 15%)으로 안정화 처리한 실험군의 연속추출 단계별 분획에 포함된 납(Pb)의 함량 분포를 나타낸 것이다.
도 3은 대조군, 및 적니 및 굴 패각(함량 5%, 10% 및 15%)으로 안정화 처리한 실험군의 연속추출 단계별 분획에 포함된 아연(Zn)의 함량 분포를 나타낸 것이다.
도 4는 대조군, 및 적니 및 굴 패각(함량 5%, 10% 및 15%)으로 안정화 처리한 실험군의 연속추출 단계별 분획에 포함된 구리(Cu)의 함량 분포를 나타낸 것이다.
Fig. 1 shows the pH measurement results of the experimental group stabilized with the control group and red mud and oyster shells (contents 5%, 10% and 15%).
Figure 2 shows the distribution of lead (Pb) content in the continuous fractionation step of the experimental group stabilized with control and red mud and oyster shells (contents 5%, 10% and 15%).
Figure 3 shows the distribution of zinc (Zn) content in the continuous fractionation step of the experimental group stabilized with control and red mud and oyster shells (contents 5%, 10% and 15%).
Figure 4 shows the distribution of copper (Cu) content in the continuous fractionation step of the experimental group stabilized with control and red mud and oyster shells (contents 5%, 10% and 15%).

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 납(Pb), 아연(Zn), 구리(Cu) 등의 중금속을 포함하는 해양오염퇴적물에 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 처리하여 상기 해양오염퇴적물 내의 중금속을 안정화시키는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for stabilizing heavy metals in marine fouling sediments by treating oyster shells, oyster shells or mixtures thereof, with marine fouling sediments containing heavy metals such as lead (Pb), zinc (Zn), copper .

본 발명에서 해양오염퇴적물이라 함은 다양한 산업 활동에 의해 배출되는 폐기물 및 부산물, 그리고 도시 하수 및 산업폐수가 지속적으로 유입됨으로써 해양오염퇴적물에 중금속이 다량으로 축적된 오염된 퇴적물을 의미한다. In the present invention, marine polluted sediments means polluted sediments in which heavy metals are accumulated in marine polluted sediments due to continuous inflow of waste and by-products discharged from various industrial activities, and municipal sewage and industrial wastewater.

이러한 해양오염퇴적물에 포함된 중금속들은 산화물 또는 유기물 형태로 존재하여 물리적 환경변화에 따라 중금속 용출 가능성이 높고 황화물과 같은 물질에 인한 침전원인으로 작용한다.
The heavy metals contained in these marine polluted sediments are present in the form of oxides or organic substances, and are highly likely to elute heavy metals due to changes in the physical environment and serve as sedimentation sources due to substances such as sulfides.

적니 또는 굴 패각을 산업폐수 또는 오염토양 내의 중금속 제거를 위한 흡착제로서 적용하고자 하는 연구들은 이미 보고된 바 있다. 그러나, 적니 또는 굴 패각을 일반 산업폐수 또는 오염토양 내의 중금속 제거에 이용할 경우 pH 상승을 초래하기 때문에 이를 방지하기 위해서는 전처리 과정이 반드시 필요하다(Brunori, C., et al., Journal of hazardous Materials, 117, pp55-63 (2005)). 본 발명자들은 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 일반 산업폐수 및 오염토양이 아니라 다양한 중금속으로 오염된 해양오염퇴적물에 적용하여 해양오염퇴적물 내의 중금속을 안정화시키고자 하였고, 실제 해양오염퇴적물에 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 처리하는 경우 해양저질 및 해수의 완충작용으로 pH에 의한 영향이 적어 적니 또는 굴 패각을 전처리하지 않고도 효과적으로 사용할 수 있음을 확인하였다. Studies have been reported to apply red mud or oyster shells as adsorbents for the removal of heavy metals in industrial wastewater or contaminated soils. However, when red mud or oyster shells are used for the removal of heavy metals in general industrial wastewater or contaminated soil, pretreatment is indispensable in order to prevent the pH rise (Brunori, C., et al., Journal of hazardous materials , 117 , pp55-63 (2005)). The present inventors tried to stabilize heavy metals in marine polluted sediments by applying red mud, oyster shell or mixture thereof to marine polluted sediments contaminated with various heavy metals rather than general industrial wastewater and contaminated soil. In order to stabilize heavy metals in marine polluted sediments, Or a mixture thereof, it is confirmed that the buffering effect of the oceanic and seawater is small and the effect of the pH is small, so that the red mud or oyster shell can be effectively used without pretreatment.

구체적으로, 본 발명에 따른 방법은, 납(Pb), 아연(Zn), 구리(Cu) 등의 중금속을 포함하는 해양오염퇴적물 내의 중금속을 안정화시키는 안정화제로 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 사용하는 것에 특징이 있으며, 이러한 적니 또는 굴 패각은 분말, 입자상 또는 과립형 입자 형태로 사용될 수 있다.Specifically, the method according to the present invention is a method of stabilizing heavy metals in marine contaminated sediments including heavy metals such as lead (Pb), zinc (Zn) and copper (Cu) , And such red mud or oyster shells can be used in the form of powder, particulate or granular particles.

상기 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물은 해양오염퇴적물 100 중량부를 기준으로 1 내지 15중량부, 바람직하게는 5 내지 15중량부의 양으로 처리할 수 있다. The red mud, oyster shell or mixture thereof may be treated in an amount of 1 to 15 parts by weight, preferably 5 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of marine polluted sediments.

상기 해양오염퇴적물은 입자 크기가 10 내지 1000 μm, 바람직하게는 10 내지 300 μm일 수 있으며, 모래(sand), 실트(silt), 점토(clay) 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 펄(mud) 지역의 해양오염퇴적물은 보통 50% 이상의 수분함량(함수율)을 가지는 경우가 많은데(Koster, M., et al., Aquatic Microbial Ecology, 39, pp69-83 (2005)), 본 발명의 방법에서 적용가능한 해양오염퇴적물도 이와 유사한 함수율, 예를 들어 40 내지 60%의 함수율을 가질 수 있다.The marine contaminated sediment may have a particle size of 10 to 1000 μm, preferably 10 to 300 μm, and may be composed of sand, silt, clay, and the like. In addition, marine polluted sediments in the mud area often have a moisture content (water content) of more than 50% (Koster, M., et al., Aquatic Microbial Ecology , 39 , pp69-83 (2005)), marine fouling sediments applicable in the process of the present invention may have similar water contents, for example, a water content of 40 to 60%.

상기 해양오염퇴적물은 납(Pb), 아연(Zn), 구리(Cu) 이외에도, 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 비소(As), 크롬(Cr) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 다양한 종류의 중금속을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The marine polluted sediments are selected from the group consisting of nickel (Ni), cadmium (Cd), arsenic (As), chromium (Cr) and combinations thereof in addition to lead (Pb), zinc (Zn) It may include, but is not limited to, various types of heavy metals.

본 발명의 방법에 따라 안정화 처리된 해양오염퇴적물은 pH 8 내지 9.5인 것이 바람직하다.The stabilized marine fouling sediment according to the method of the present invention preferably has a pH of 8 to 9.5.

본 발명의 일 실시양태에 따르면, 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 해양오염퇴적물 시료 100 중량부에 대해 5 내지 15중량부로 처리할 경우, 적니 또는 굴 패각 함유량이 5중량부인 해양오염퇴적물 시료는 대조군(pH 8.04)과 유사한 pH를 나타내었고, 적니 또는 굴 패각 함유량이 10중량부 및 15중량부인 해양오염퇴적물 시료는 안정화제의 함량에 따라 pH도 증가하여 적니에서는 각각 pH 8.90 및 pH 9.36을 나타내었고, 굴 패각에서는 각각 pH 8.17 및 pH 8.31을 나타내었다(도 1).According to one embodiment of the present invention, when the red mud, the oyster shell, or a mixture thereof is treated to 5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the marine polluted sediment sample, the marine polluted sediment sample having the red mud or oyster content of 5 parts by weight, (pH 8.04). The samples of marine polluted sediments with red mud or oyster shell contents of 10 parts by weight and 15 parts by weight showed pH of 8.90 and pH of 9.36, respectively, in red mud , And oyster shell pH 8.17 and pH 8.31, respectively (Fig. 1).

본 발명의 일 실시양태에 따르면, 본 발명의 방법에 따라 안정화 처리된 해양오염퇴적물에 포함되는 Cu의 함량은 0.8 내지 1.3mg/L로 안정화 처리하지 않은 대조군(27.1mg/L)에 비해 최대 약 27배 감소하였으며, Zn의 함량은 12.3 내지 24.9mg/L로 대조군(140.6mg/L)에 비해 최대 약 11배 감소하였으며, Pb의 함량은 1.4 내지 2.3mg/L로 대조군(3.1mg/L)에 비해 최대 약 2배 감소한 효과를 나타낸다.According to one embodiment of the present invention, the content of Cu contained in the stabilized marine polluted sediment according to the method of the present invention is 0.8 to 1.3 mg / L, which is about the maximum (about 27.1 mg / L) (3.1 mg / L), and the content of Zn was 12.3 to 24.9 mg / L, which was about 11 times lower than that of the control (140.6 mg / L). The content of Pb was 1.4 to 2.3 mg / Which is about twice the maximum.

본 발명의 방법에 따르면, 해양오염퇴적물에 포함된 고농도의 중금속을 용해성 및 이동성이 낮은 상태로 변화시키고 안정화시킴으로써 오염부지로부터 중금속이 확산되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 해양오염퇴적물 내에 중금속의 화학적 형태 분석에서 일반적인 해양오염퇴적물은 Pb 및 Zn의 경우 산화물 형태가 많아 물리적 환경변화에 따라 중금속 용출 가능성이 높고, Cu는 유기물 형태가 많아 유기물의 분해와 관련된 부분과 이에 따른 황화물의 침전에 원인이 될 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법에 따라 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 처리함으로써 Pb 및 Zn의 산화물 형태는 감소하고 잔류물 형태는 증가하여 불용성 물질로 변환되고, 안정화제의 비표면적 및 안정화제에 남아 있는 유기성분 등의 작용에 의해 효과적으로 중금속이 고정화될 수 있다(실시예 5 참고). According to the method of the present invention, it is possible to prevent the heavy metals from diffusing from spreading by changing and stabilizing the heavy metals contained in marine polluted sediments to low solubility and low mobility. In the analysis of the chemical form of heavy metals in marine contaminated sediments, general marine pollution sediments have a high possibility of leaching of heavy metals due to the change of physical environment due to many oxide forms in the case of Pb and Zn, and Cu has many organic matters, And thus precipitation of sulfides. However, by treating the red mud, oyster shell, or mixtures thereof in accordance with the method of the present invention, the oxide form of Pb and Zn is reduced and the residue form is increased to convert into insoluble material and remain in the specific surface area and stabilizer of the stabilizer The heavy metal can be effectively immobilized by the action of an organic component or the like (see Example 5).

따라서 외적인 환경변화(예를 들면 조석간만의 차, 태풍 및 홍수 등)에 쉽게 노출되는 중금속 형태를 다량 포함하는 해양오염퇴적물에서 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 사용하는 것은 중금속의 용출을 안정화시킬 수 있는 효과를 나타낸다.
Thus, the use of red mud, oyster shells or mixtures thereof in marine polluted sediments containing large amounts of heavy metal species that are easily exposed to external environmental changes (eg tidal tides, typhoons and floods) can stabilize the release of heavy metals It shows the effect.

[실시예][Example]

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예 1: 적니 또는 굴 패각을 이용한 해양오염퇴적물의 안정화Example 1: Stabilization of marine polluted sediments using red mud or oyster shell

1-1. 해양오염퇴적물 및 안정화제의 준비1-1. Preparation of marine contaminated sediments and stabilizers

해양오염퇴적물 시료는 인천에 소재한 연안부두 (37˚29'N, 126˚37'E)에서 표층 약 10 내지 30 cm 깊이의 퇴적물을 채취하여 밀폐용기로 실험실로 운반하였다. 퇴적물은 상온에서 풍건한 후 체(< 1mm)를 사용하여 이물질을 제거한 퇴적물만을 실험에 사용하였다. Sediments from marine contaminated sediments were collected from the coastal pier (37˚29'N, 126˚37'E) located in Incheon, and sediments about 10-30 cm deep were taken from the surface and transported to the laboratory as a closed vessel. Only sediments with debris removed by air (<1mm) at room temperature were used for the experiment.

안정화제로 사용된 적니는 전남 영암 KC 주식회사(구한국종합화학(주))에서 제공받았으며, 굴 패각은 충남 안면도지역에서 버려진 것을 사용하였다. 적니(< 63㎛)는 자연건조 후 분쇄 후 분말 형태로 사용하였고, 굴 패각(1-2mm)은 세척 후 105℃에서 24시간 건조 후 입자 형태로 사용하였다.
The red mite used as a stabilizer was supplied by Jeonnam Youngam KC Co., Ltd. (formerly Korea Chemical Industry Co., Ltd.), and the oyster shell was discarded in Anmyeondo, Chungnam Province. Red mud (<63 μm) was used as a powder after natural drying, and oyster shell (1-2 mm) was washed and dried at 105 ° C. for 24 hours.

1-2. 안정화 처리1-2. Stabilization treatment

안정화 처리 실험은, 대상 해양오염퇴적물과 안정화제(적니 또는 굴 패각)를 혼합 및 교반한 후, 수분을 첨가하여 밀폐 반응시켰다. In the stabilization treatment experiment, the marine sediment and the stabilizer (red mud or oyster shell) were mixed and agitated, and then water was added to perform an airtight reaction.

구체적으로, 해양오염퇴적물 100g을 기준으로 5g, 10g 및 15g의 적니 또는 굴 패각을 각각 첨가하여 혼합하였다. 상기 혼합물을 충분히 교반하여 균질한 상태가 될 수 있도록 하였다. Specifically, 5 g, 10 g and 15 g of red mud or oyster shell were added to 100 g of marine polluted sediments, respectively, and mixed. The mixture was stirred sufficiently to make it homogeneous.

펄 지역의 해양퇴적물의 함수율은 50% 이상인 경우가 많기 때문에, 본 발명에서는 상기 시료에 증류수를 1:1의 중량비로 첨가하여 함수율을 49.5%로 조절하였고, 이렇게 제조된 시료는 밀폐된 상태로 실온에서 보관하였다. 15일의 반응시간을 거친 후 수득한 시료를 각각 분취 및 풍건한 후 분석에 사용하였다.
In the present invention, distilled water is added to the sample at a weight ratio of 1: 1 to adjust the water content to 49.5%. Since the moisture content of the marine sediment in the Pearl area is often more than 50% Lt; / RTI &gt; After 15 days of reaction time, the obtained samples were separately collected and air-dried, and then used for analysis.

실시예 2: 해양오염퇴적물 및 안정화제의 특징 분석Example 2: Characterization of marine contaminated sediments and stabilizers

2-1. 해양오염퇴적물의 특징 분석2-1. Characterization of marine polluted sediments

pH 측정은 해양오염퇴적물 시료를 풍건하여 10.0 g을 취한 후 증류수 50ml를 가하여 간헐적으로 저어 주며서 1시간 경과 후 pH 측정기를 이용하여 측정하였다(박길옥 등, 한국육수학회지, 41, pp166-173 (2008)). 입도 분석은 입도 분석기(Bluewave, Microtrac, USA)를 이용하였으며, 유기 탄소와 총 질소는 원소분석기(EA-1110, Instruments, Italy)로 분석하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The pH value was measured by using a pH meter to measure 10.0 g of marine polluted sediments by air drying, and then 50 ml of distilled water was added to the sample. The pH was measured 1 hour after the sample was intermittently agitated (Pak Gil Ok et al., 41 pp166-173 )). Particle size analysis was performed using a particle size analyzer (Bluewave, Microtrac, USA). Organic carbon and total nitrogen were analyzed by elemental analyzer (EA-1110, Instruments, Italy). The results are shown in Table 1 below.

퇴적물 지표Sediment indicator 측정값Measures pHpH 8.048.04 모래(Sand) (%)Sand (%) 15.015.0 실트(Silt) (%)Silt (%) 77.577.5 점토(Clay) (%)Clay (%) 7.57.5 C (%)C (%) 1.541.54 N (%)N (%) 0.170.17

표 1에서 보는 바와 같이, 해양오염퇴적물의 pH는 8.04이었고, 모든 퇴적물의 입자 크기는 300 ㎛ 이하였고, 실트(silt, 4 ㎛ < f < 63 ㎛)의 양이 77.5%로 가장 많았다. 또한, 유기 탄소와 총 질소는 각각 1.54% 및 0.17%를 나타냈다.
As shown in Table 1, the pH of marine polluted sediments was 8.04, the particle size of all sediments was less than 300 ㎛, and silt (4 ㎛ <f <63 ㎛) was the most abundant at 77.5%. Organic carbon and total nitrogen were 1.54% and 0.17%, respectively.

2-2. 안정화제의 특징 분석2-2. Characterization of Stabilizers

본 발명에서 안정화제로 사용되는 적니 및 굴 패각의 구성성분을 확인하기 위하여, X선 형광분석기(X-ray Fluorescence, XRF-1700, Shimadzu, Japan)를 이용하여 분석한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The results of analysis using an X-ray fluorescence spectrometer (X-ray fluorescence, XRF-1700, Shimadzu, Japan) are shown in Table 2 below to confirm the constituents of red mud and oyster shells used as stabilizers in the present invention .

단위(%)unit(%) SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 TiO2 TiO 2 Fe2O3 Fe 2 O 3 MgOMgO CaOCaO Na2ONa 2 O ClCl K2OK 2 O P2O5 P 2 O 5 SO3 SO 3 적니Redness 20.120.1 28.428.4 6.66.6 27.627.6 NDND 3.33.3 13.013.0 NDND 0.040.04 0.20.2 0.40.4 굴 패각Oyster shell 1.81.8 0.60.6 NDND 0.30.3 1.21.2 90.990.9 2.22.2 1.61.6 0.20.2 0.30.3 0.80.8 ND: 측정되지 않음ND: Not measured

표 2에서 보는 바와 같이, 적니의 경우는 산화물형태인 Fe2O3, Al2O3, SiO2 및 TiO2가 82.7% 이상인 반면, 굴 패각의 경우는 CaO가 90.9%의 함량을 보였다. X선 형광 분석 결과를 통해 적니와 굴 패각 안정화제는 서로 다른 화학적 구성성분을 함유함을 알 수 있었으며, 이는 기존의 보고된 결과와 유사한 경향을 나타냈다(Liu, Y., Naidu, R. and Ming, H., Geoderma, 163, 1-12(2011)).
As shown in Table 2, in the case of red mud, oxide forms Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 And TiO 2 were 82.7% or more, whereas the content of CaO in the oyster shell was 90.9%. X-ray fluorescence analysis showed that red oysters and oyster shell stabilizers contained different chemical components, which was similar to the previously reported results (Liu, Y., Naidu, R. and Ming , H., Geoderma , 163 , 1-12 (2011)).

2-3. 안정화 처리한 시료의 특징2-3. Characteristics of stabilized sample

상기 실시예 1-2에서 수득한 안정화 처리한 시료들의 적니 또는 굴 패각 함유량에 따른 pH 변화를 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.The pH change of the stabilized samples obtained in Example 1-2 was measured according to the content of red mud or oyster shell, and the results are shown in FIG.

도 1에서 보는 바와 같이, 적니 또는 굴 패각 함유량이 5%일때는 대조군과 유사한 pH를 나타내지만, 함유량이 10% 및 15%로 증가함에 따라 pH도 상승함을 알 수 있었다. 특히 적니에서의 pH(8.90 및 9.36)가 굴 패각에서의 pH (8.17 및 8.31)보다 더 높음을 알 수 있었다. 이는 적니의 경우 수산화알루미늄 생산 공정 중에 NaOH 수용액상에서 침전에 의해서 적니 내에 많은 양의 강염기인 OH-가 존재하게 되어 pH가 상승이 높은 것으로 판단된다. 반면, 굴 패각의 경우 약염기인 CO3 2- 성분을 함유하고 있어 pH 상승은 있었지만 적니에 비해 비교적 낮은 상승 경향을 나타냈다고 사료된다.
As shown in FIG. 1, when the content of red mud or oyster shell was 5%, the pH was similar to that of the control, but the pH was also increased as the content was increased to 10% and 15%. Especially, pH (8.90 and 9.36) in red mats was higher than pH (8.17 and 8.31) in oyster shell. It is considered that the pH of the red mud is increased due to the presence of OH -, which is a strong base in the red mud, due to precipitation in the NaOH aqueous solution during the aluminum hydroxide production process. On the other hand, oyster shell contains CO 3 2 - component, which is weak base, and pH was increased but it was relatively lower than olivine.

실시예 3: 연속추출법을 통한 중금속의 형태 분석Example 3: Analysis of heavy metals by continuous extraction method

해양오염퇴적물 내에 존재하는 Pb, Zn 및 Cu의 화학적 존재형태 차이를 비교하기 위해, 대조군(안정화제 무처리 해양오염퇴적물) 및 상기 실시예 1-2에서 수득한 안정화 처리한 시료를 대상으로 연속추출을 수행하였다(Tessier, A., et al., Analytical Chemistry, 51, pp844-851 (1979)). In order to compare chemical differences in the presence of Pb, Zn and Cu present in marine polluted sediments, the control (stabilized untreated marine polluted sediments) and the stabilized samples obtained in Example 1-2 were subjected to continuous extraction (Tessier, A., et al., Analytical Chemistry , 51 , pp. 844-851 (1979)).

연속추출법에 따른 추출물은 I 단계는 이온 교환(exchangeble) 형태, II 단계는 탄산염(carbonate) 형태, III 단계는 철·망간 (수)산화물(oxide) 형태, IV 단계는 유기물 결합(organic) 형태, V 단계는 잔류물(residual) 형태로 구분되며, 총 중금속의 양은 I 단계부터 V 단계까지의 합한 중금속 량으로 산출하였다. 단계별 추출 조건을 하기 표 3에 나타내었다. The extraction method according to the continuous extraction method is characterized in that the step I is an exchangeable form, the step II is a carbonate form, the step III is an oxide form of iron and manganese, the step IV is an organic form, The V stage is divided into the residual form, and the total amount of heavy metal is calculated as the total heavy metal amount from I step to V step. Table 3 shows the extraction conditions at each step.

단계step 추출 조건 (해양오염퇴적물 g당)Extraction conditions (per g of marine contaminated sediment) II 8 ml 1 M MgCl2 (pH 7), 1 시간, 상온, 지속적 교반8 ml 1 M MgCl 2 (pH 7), 1 hour, room temperature, constant stirring IIII 8 ml 1 M NaOAc (pH 5), 5 시간, 상온, 지속적 교반8 ml 1 M NaOAc (pH 5), 5 hours, room temperature, constant stirring IIIIII 20 ml 0.04 M NH2OH·HCl in 25% HOAc, 5 시간, 96℃, 약간 교반20 ml 0.04 M NH 2 OH · HCl in 25% HOAc, 5 hours, 96 ° C, slightly stirred IVIV 3 ml 0.02 M HNO3 및 2 ml 30% H2O2 (pH2), 2 시간, 85℃, 약간 교반;
부가적으로 3 ml 30% H2O2, 3 시간, 85℃, 약간 교반; 및
5 ml 3.2 M NH4OAc in 20% HNO3, 0.5 시간, 상온, 지속적 교반
3 ml 0.02 M HNO 3 and 2 ml 30% H 2 O 2 (pH 2), 2 hours, 85 ° C, slight stirring;
Additionally 3 ml 30% H 2 O 2 , 3 h, 85 ° C, slight stirring; And
5 ml of 3.2 M NH 4 OAc in 20% HNO 3 , 0.5 h, room temperature, constant stirring
VV 0.5 ml conc. HNO3, 5 ml HF 및 2 ml HCl, 2 시간, 140℃,
테플론 폭탄에서 분해, dissolution in 15% HCl
0.5 ml conc. HNO 3, 5 ml HF and 2 ml HCl, 2 sigan, 140 ℃,
Decomposition in Teflon bomb, dissolution in 15% HCl
총 중금속량Total heavy metal amount I + II + III + IV + V에서 발생한 중금속의 합Sum of heavy metals generated in I + II + III + IV + V

추출된 용액의 분석은, 0.45 ㎛ 여과지(PTFE syringe filter, Whatman)로 거른 여과액을 ICP-MS (Agilent 7500 Series, USA)를 이용하여 분석하였으며, 시료 당 3번을 분석한 후 평균값을 측정하였다.
The extracted solution was analyzed by ICP-MS (Agilent 7500 Series, USA), which was filtered with 0.45 ㎛ filter paper (PTFE syringe filter, Whatman) .

실시예 4: TCLP 용출 실험 분석Example 4: TCLP elution assay analysis

대조군 및 상기 실시예 1-2에서 수득한 안정화 처리한 시료를 대상으로 독성물질 용출 시험(Toxicity Characteristic Leaching Procedure, TCLP)을 USEPA Method 1311에 따라 수행하였다. 이때 고액비(1:20)는 동일하게 유지한 채 시료의 양(1g)과 추출용매(20ml)만을 변경하여 사용하였다. Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP) was performed according to USEPA Method 1311 on the control and the stabilized samples obtained in Example 1-2. At this time, only the amount (1 g) of the sample and the extraction solvent (20 ml) were used while maintaining the same liquid ratio (1:20).

한편, 해양오염퇴적물 대조군의 pH는 8.04를 나타내고 있어 추출용매(초산으로 pH를 2.88±0.05로 맞춤)를 가하여 일정 온도(23±2℃)와 교반기에서 30±2 rpm으로 유지하면서 18시간 동안 진탕시켰다. 용출 후 상등액은 0.45 ㎛ 여과지(PTFE syringe filter, Whatman)로 거른 뒤, 이의 여과액은 1N HNO3를 이용하여 pH 2 이하로 조절하여 보관하였다. 농도 분석은 ICP-MS (Agilent 7500 Series, USA)를 이용하여 분석하였다.
Meanwhile, the pH of the marine contaminated sediment control was 8.04. The pH was adjusted to 2.88 ± 0.05 as an extraction solvent (acetic acid was adjusted to 2.88 ± 0.05) and the shaking was maintained for 18 hours at a constant temperature (23 ± 2 ° C) . After elution, the supernatant was filtered with a 0.45 μm filter paper (PTFE syringe filter, Whatman), and the filtrate was adjusted to pH 2 or less using 1N HNO 3 . The concentration was analyzed using ICP-MS (Agilent 7500 Series, USA).

실시예 5: 중금속의 존재 형태와 이동 가능성 평가Example 5: Evaluation of the presence form and mobility of heavy metals

5-1. 대조군에 함유된 중금속의 존재형태별 농도와 비율5-1. Concentrations and ratios of heavy metals in the control group

상기 실시예 3에서 측정한 대조군 내에 존재하는 Pb, Zn 및 Cu의 화학적 형태별 함량 및 비율을 하기 표 4에 나타내었다.The contents and ratios of Pb, Zn, and Cu present in the control group as measured in Example 3 are shown in Table 4 below.

분획 (Fraction)(unit: mg/kg-1)Fraction (unit: mg / kg- 1 ) II IIII IIIIII IVIV VV TotalTotal PbPb 0.30.3 4.24.2 22.922.9 8.18.1 14.914.9 50.450.4 ZnZn 1.51.5 6.66.6 97.897.8 18.618.6 25.325.3 149.8149.8 CuCu 0.80.8 0.70.7 4.54.5 60.760.7 18.618.6 85.385.3

표 4에서 나타난 바와 같이, Pb인 경우, 함량비가 산화물 형태(22.9 mg/kg-1, 45.5%), 잔류물 형태(14.9 mg/kg-1, 29.5%), 유기물 형태(8.1 mg/kg-1, 16.1%), 탄산염 형태(4.2 mg kg-1, 8.3%) 및 이온교환 형태(0.3 mg/kg-1, 0.6%) 순으로 나타났고, Zn인 경우 역시 산화물 형태(97.8 mg/kg-1, 65.3%), 잔류물 형태(25.3 mg/kg-1, 16.8%), 유기물 형태(18.6 mg/kg-1, 12.4%), 탄산염 형태(6.6 mg/kg-1, 4.4%) 및 이온교환 형태(1.5 mg/kg-1, 1.0%) 순으로 나타났다. 반면, Cu의 경우 유기물 형태(60.7 mg/kg-1, 71.2%), 잔류물 형태(18.6 mg/kg-1, 21.8%), 산화물 형태(4.5 mg/kg-1, 5.3%), 이온교환 형태(0.8 mg/kg-1, 1.0%) 및 탄산염 형태(0.7 mg/kg-1, 0.8%) 순으로 나타났다. As shown in Table 4, in the case of Pb, the content ratio was in the form of oxide (22.9 mg / kg- 1 , 45.5%), the residual form (14.9 mg / kg- 1 , 29.5%), the organic form (8.1 mg / kg -1 , 16.1%), the carbonate form (4.2 mg kg -1 , (97.8 mg / kg- 1 , 65.3%) and the residual form (25.3 mg / kg - 1 , 0.6% 1, with 16.8%), the organic form (18.6 mg / kg -1, 12.4 %), carbonate form (6.6 mg / kg -1, 4.4 %) and ion-exchanged form (1.5 mg / kg -1, 1.0 %) pure appear. On the other hand, in the case of Cu organic form (60.7 mg / kg -1, 71.2 %), the residue form (18.6 mg / kg -1, 21.8 %), an oxide form (4.5 mg / kg -1, 5.3 %), ion-exchange (0.8 mg / kg -1 , 1.0%) and the carbonate form (0.7 mg / kg -1 , 0.8%) in that order.

즉, 해양오염퇴적물 자체는 이온교환 형태나 탄산염 형태보다 산화물 및 유기물 결합 형태가 높은 함량비를 보였으며, 그 다음으로 잔류 형태 함량비가 높았다. 오염퇴적물의 중금속 형태는 오염원과 퇴적 조건에 따라 다를 수 있다. 또한, 해양오염퇴적물 내 중금속(Pb, Zn 및 Cu)은 pH 변화와 산화에 의해 쉽게 파괴되어, 환경이 변하게 되면 이러한 중금속들은 수층으로 용출될 가능성이 높을 것으로 사료된다.
In other words, the marine contaminated sediments showed higher content of oxides and organic bonds than ion exchange type and carbonate type, followed by a higher residual ratio. The type of heavy metals in contaminated sediments can vary depending on the source and deposition conditions. In addition, heavy metals (Pb, Zn and Cu) in marine contaminated sediments are easily destroyed by pH change and oxidation, and if the environment changes, these heavy metals are likely to be eluted into the water layer.

5-2. 5-2. 안정화제Stabilizer 처리한 시료에 함유된 중금속의 존재형태별 농도와 비율 Concentrations and ratios of heavy metals contained in the treated samples

상기 실시예 3에서 측정한 안정화 처리한 시료 내에 존재하는 Pb, Zn 및 Cu의 화학적 형태별 함량 및 비율을 확인한 결과를 미처리 오염퇴적물과 비교하여 도 2 내지 4에 나타내었다.
The results of confirming the contents and ratios of Pb, Zn and Cu in the chemical form of the stabilized samples measured in Example 3 are shown in Figs. 2 to 4 in comparison with untreated contaminated sediments.

(1) Pb(1) Pb

도 2에서 나타난 바와 같이, Pb의 존재 형태별 함량 비율 중 이온교환 형태와 탄산염 형태는 적니와 굴 패각 함유량에 따른 큰 차이는 없었고, 낮은 함량 비율을 나타냈다. 산화물 형태는 대조군에서 가장 높은 함량비를 나타냈고, 적니와 굴 패각 함량 증가에 따라 다소 차이는 있으나 낮아지는 경향을 보였다. 다른 존재형태에 비해 안정한 잔류물 형태는 대조군과 비교해서 증가하는 경향(굴 패각 10% 제외)을 나타냈다. As shown in FIG. 2, the content of Pb in the presence of ion exchange form and carbonate form did not show a significant difference according to the content of red mud and oyster shells, and showed a low content ratio. Oxide type showed the highest content ratio in the control group and showed a tendency to decrease as the content of red oyster and oyster shell increased. Compared with the other forms, the stable residue form showed a tendency to increase (except for oyster shell 10%) compared to the control group.

토양에서 Pb의 안정화는, pH 상승으로 인한 중금속의 활동도 감소 및 침전물의 형성 유도에 더불어, 일단 pH가 염기성(pH > 7)으로 변하게 되면 금속산화물의 표면이 음전하(negative electric charge)을 띠게 되는데 표면에 음전하가 생성되면 이온 상태의 중금속이 표면에 흡착되는 원리에 의해 안정화된다(김명진 등, 대한환경공학회지, 33, pp93-102 (2011) 및 문덕현 등, 대한환경공학회지, 32, pp185-192 (2010)). Pb는 높은 pH에서의 흡착이 일어날 때 PbOH+ 이온의 형성으로 흡착이 용이해지며, 금속이온과 H+ 이온의 경쟁적 이온교환에서 H+의 농도가 낮아지는 것도 흡착의 증대를 가져올 수 있다(Singer, A et al., Environmental Science and Technology, 29, pp1748-1753 (1995)). Stabilization of Pb in soil causes the surface of metal oxide to have a negative electric charge once the pH is changed to basic (pH> 7), along with reduction of heavy metal activity and induction of formation of precipitate due to pH increase When negative charge is generated on the surface, it is stabilized by the principle that the heavy metal ions in the ion state are adsorbed on the surface (Kim, MJ et al., Journal of Korean Society of Environmental Engineering, 33, pp93-102 (2011) and Moon Duk Hyun et al., Korean Journal of Environmental Engineering, 32 , pp185-192 2010). When Pb is adsorbed at high pH, adsorption is facilitated by the formation of PbOH + ions, and a decrease in the concentration of H + in the competitive ion exchange of metal ions and H + ions can lead to an increase in adsorption (Singer , A et al., Environmental Science and Technology , 29, pp 1748-1753 (1995)).

본 발명에서 안정화 처리한 퇴적물의 pH는 8-9.5 사이를 유지하고 있기 때문에, 이런 침전현상과 함께 Al, Si 및 O로 결합된 물질과 깊은 상관관계가 있는 것으로 사료되며, 이로 인한 효과적인 고정화가 일어난 것으로 판단된다. 또한, 기존의 중금속 안정화 연구들에서는 Pb의 경우 석회계열의 안정화제와 반응하였을 때 불용성의 물질로 변환되어 고정화가 일어난다고 보고하였다. 그러나, 본 발명에서는 이런 작용 외에도 안정화제의 비표면적, 안정화제에 남아 있는 유기 성분에 의한 중금속 고정화 작용 등의 복합적인 작용도 Pb의 안정화에 기여한 것으로 판단된다.
Since the pH of the stabilized sediment in the present invention is maintained between 8 and 9.5, it is considered that this precipitation phenomenon is closely correlated with the substances bonded with Al, Si and O, and that the effective immobilization takes place . In addition, in the existing heavy metal stabilization studies, it has been reported that Pb is converted into an insoluble material and reacted with a lime-based stabilizer, resulting in immobilization. However, in the present invention, it is considered that the complex function such as the specific surface area of the stabilizer and the immobilization of heavy metal by the organic component remaining in the stabilizer contributes to the stabilization of Pb.

(2) Zn(2) Zn

도 3에서 나타난 바와 같이, Zn의 존재 형태별 함량비는 대조군에서 이온교환 형태와 탄산염 형태가 가장 낮았으며, Pb과 마찬가지로 용출 가능성이 있는 산화물 형태가 미처리 시료에서 가장 높게 나타났다. 이러한 결과는 Zn은 산성 토양에서조차 주로 Fe/Mn 산화물인 환원성 형태로 존재한다고 제시한 기존의 연구결과(Levy, D. B., Journal of Environmental Quality, 21, pp185-195 (1992))와 일치하였다. 또한 Pb에서와 마찬가지로 적니와 굴 패각 함유량 증가에 따라 산화물 형태는 점점 낮아지고, 잔류물 형태는 적니와 굴 패각 함유량 증가에 따라 증가하는 경향을 나타냈다. As shown in FIG. 3, the content ratio of Zn in the presence of Zn was the lowest in ion exchanged form and carbonate form in the control group, and the type of oxide that could be eluted likewise Pb was the highest in the untreated sample. These results suggest that Zn is present in a reducing form, mainly Fe / Mn oxide, even in acidic soils (Levy, DB, Journal of Environmental Quality , 21 , pp. 185-195 (1992)). Also, as in the case of Pb, the oxide form gradually decreased with increasing the content of red oyster shell, and the residual form tended to increase with increasing content of red oysters and oyster shells.

해양오염퇴적물 내의 Zn의 안정화 및 고정화 반응은 Pb과 유사하게 pH 상승(8 이상)에 영향을 받고 있다고 사료된다. 특히, 용액 상태에서 Zn은 pH 5에서 Zn2+의 활동도가 약 10-4 M인 반면, pH 8 이상이 되면 약 10-10 M로 감소한다(Alloway, B. J., Heavy metals in soils, Chapman and Hall, 1995). 게다가, ZnCO3와 Zn(OH)2의 형성에 의한 침전작용이 일어날 것으로 생각된다(Benefield, L. D. et al., Water Quality and Treatment, Pontius, F. W. (Ed.). McGraw-Hill Inc., New York, pp641-708(1990)).
Stabilization and immobilization of Zn in marine contaminated sediments are affected by pH increase (over 8) similar to Pb. In particular, in the solution state, the activity of Zn 2+ at pH 5 is about 10 -4 M at pH 5, while it decreases to about 10 -10 M at pH 8 (Alloway, BJ, Heavy metals in soils, Chapman and Hall, 1995). In addition, precipitation by ZnCO 3 and Zn (OH) 2 formation is expected to occur (Benefield, LD et al., Water Quality and Treatment, Pontius, FW (Ed.). McGraw-Hill Inc., New York , pp 641-708 (1990)).

(3) Cu(3) Cu

도 4에서 나타난 바와 같이, Cu의 존재 형태별 함량비는 대조군에서 이온교환 및 탄산염 형태는 비교적 낮았고, 적니와 굴 패각 안정화제 함유량에 따라 감소하는 경향을 나타냈다(굴 패각 15% 제외). 산화물 형태는 안정화제 첨가 함유량에 따라 다소 차이가 있지만 감소하는 경향을 나타났다. As shown in FIG. 4, the content of Cu in the form of ion was lower in the control group than in the ion exchange and carbonate form, and decreased with the content of the red oyster shell stabilizer (except oyster shell 15%). The oxide form tended to decrease with the addition of the stabilizer.

대조군에서 Cu는 Pb 및 Zn과는 대조적으로 혐기성 상태에서 호기성 상태가 되면 수층으로 이동이 가능한 유기물 형태의 비율이 가장 높게 나타났고, 안정화제의 함유량에 의해 증가하는 경향(굴 패각 15% 제외)을 나타났다. 이는 복합 중금속으로 오염된 토양의 안정화 처리시 pH8 이상의 염기성 환경에서 Cu의 이동성이 오히려 증가하여 안정화 효율이 좋지 않기 때문이며, 이는 유기물 함량이 높은 환경에서는 이동성이 높은 Cu-용존 유기탄소(Dissolved Organic Carbon, DOC) 화합물이 형성될 수 있기 때문인 것으로 판단된다. 광물의 결정 내에 존재하는 잔류물 형태는 안정화제 함량 증가에 따라 함량 비율이 다소 감소하는 경향을 나타냈다.
In the control group, Cu showed the highest proportion of organisms that could migrate to the water layer when anaerobically under anaerobic condition, and increased tendency due to the content of stabilizer (except 15% oyster shell) in contrast to Pb and Zn appear. This is due to the fact that the mobility of Cu in the basic environment of pH 8 or higher during the stabilization treatment of the soil contaminated with the heavy metals is rather poor and the stabilization efficiency is not good. This is because, in the environment of high organic matter content, DOC) compounds can be formed. The content of residues in the crystals of minerals showed a tendency to decrease with increasing stabilizer content.

5.3 안정화제 처리에 따른 안정화 효율 평가5.3 Evaluation of stabilization efficiency by stabilizer treatment

해양오염퇴적물 내 중금속(Pb, Zn 및 Cu)들은, 물리화학적 환경변화에 따라 쉽게 수층으로 이동 가능한 형태인 이온교환, 탄산염 및 산화물 형태를 다음과 같은 비율로서 포함한다.Heavy metals (Pb, Zn and Cu) in marine contaminated sediments contain ion exchange, carbonate and oxide forms, which are easily transportable to the water layer in response to physico-chemical environmental changes, in the following proportions:

Pb인 경우, 대조군에서 54.4%이었으나, 적니 함량 5%, 10% 및 15%에서 각각 36.5%, 37.1% 및 37%이었고, 굴 패각 함량에서 각각 48.4%, 41.4% 및 49.3%이었다.Pb was 54.4% in the control group and 36.5%, 37.1% and 37% in the redness content 5%, 10% and 15% respectively and 48.4%, 41.4% and 49.3% in the oyster shell content, respectively.

Zn의 경우, 대조군에서 70.7%이었으나, 적니 함량 5%, 10% 및 15%에서 각각 67.6%, 62.3%, 62.4이었고, 굴 패각 함량에서 각각 65.7%, 61.3% 및 57%이었다.Zn contents were 67.7%, 62.3%, and 62.4% in the control, and 65.7%, 61.3%, and 57% in the oyster shell contents, respectively, from 5%, 10% and 15%

Cu의 경우, 대조군에서 7.1%이었으나, 적니 함량 5%, 10% 및 15%에서 각각 5.9%, 2.8%, 3.3%이었고, 굴 패각 함량에서 각각 3.0%, 1.9% 및 3.6%이었다.The content of Cu was 7.1% in control and 5.9%, 2.8% and 3.3% in red, 5%, 10% and 15%, respectively. The content of oyster shell was 3.0%, 1.9% and 3.6%, respectively.

해양오염퇴적물은 pH 변화와 산화에 의해 쉽게 파괴되는 특징을 갖고 있어, 환경변화(조석간만의 차 및 태풍, 홍수 등)에 따라 이러한 형태(즉 이온교환, 탄산염 및 산화물 형태)의 중금속이 수층으로 용출될 가능성이 높다. 하지만 적니와 굴 패각을 안정화제로 사용함으로써 외적인 환경변화에 의해서도 중금속의 용출은 안정화될 수 있다. 이러한 경향은 TCLP 용출 시험결과에서도 확인할 수 있다. Marine polluted sediments are easily destroyed by pH change and oxidation, and heavy metals of this type (ie ion exchange, carbonate and oxide form) are formed in the water layer according to environmental changes (tidal tide, typhoon, The possibility of elution is high. However, the release of heavy metals can be stabilized by external environmental changes by using red oysters and oysters as stabilizers. This tendency can be confirmed by the TCLP dissolution test result.

구체적으로, 상기 실시예 4에 따른 TCLP 용출 실험 종료 후, 대조군 및 안정화 처리한 실험군 시료의 pH, 및 Cu, Zn 및 Pb의 함량을 측정하여 그 결과를 표 5에 나타내었다.Specifically, after completion of the TCLP elution experiment according to Example 4, the pH and the content of Cu, Zn and Pb in the control group and the stabilized sample group were measured, and the results are shown in Table 5.

단위(mg/L)Unit (mg / L) pHpH CuCu ZnZn PbPb 대조군Control group 3.33.3 27.127.1 140.6140.6 3.13.1 적니

Redness

5%5% 4.54.5 1.11.1 13.213.2 1.81.8
10%10% 4.94.9 0.90.9 18.418.4 2.12.1 15%15% 5.55.5 1.11.1 15.815.8 1.41.4 굴패각

Oyster shell

5%5% 4.34.3 0.80.8 24.924.9 2.12.1
10%10% 4.54.5 0.90.9 12.312.3 1.91.9 15%15% 4.84.8 1.31.3 13.413.4 2.32.3

표 5에서 보는 바와 같이, 대조군의 pH는 3.3으로 비교적 강산성을 나타낸 반면, 안정화 처리한 시료들은 안정화제의 중화반응에 의해 약산성에서 중성 범위(pH 4.3-5.5)를 보였으며, 중금속 용출량도 대조군에 비해 적은 양만을 용출하여 안정화 경향을 나타냈다. 이러한 결과는 일반적으로 강산성 환경보다 중성 또는 약산성 환경에서는 중금속의 용출량 자체가 많지 않기 때문인 것으로 판단된다.As shown in Table 5, the pH of the control group was relatively strong at 3.3, while the stabilized samples showed a neutral to neutral range (pH 4.3-5.5) due to the neutralization of the stabilizer, And showed a tendency to stabilize. These results are generally due to the fact that the leaching amount of heavy metals is not much in neutral or weakly acidic environment than strong acidic environment.

pH에 따른 퇴적물으로부터의 중금속 용출특성을 고려해 볼 때 중성에서 가장 낮고 염기성에서 소량, 산성에서 최대 용출이 일어나는 것으로 알려져 있다. 이처럼 외적인 환경변화에 쉽게 용출 가능한 중금속 형태를 가지는 오염퇴적물에서는 적니 또는 굴 패각과 같은 안정화제가 해양오염퇴적물의 안정화 처리에 효과적임을 나타내고 있다고 판단된다. Considering the characteristics of leaching of heavy metals from sediments according to pH, it is known that the maximum elution occurs from neutral to basic, from basic to small amount and acidity. It is concluded that stabilizers such as red mud or oyster shells are effective in the stabilization of marine polluted sediments in the contaminated sediments with heavy metal form that can easily dissolve in the external environmental changes.

또한, Qian 등에 의하면 페리하이드라이트(Ferrihydrite)와 인회석(apatite)을 각각 사용할 때보다 서로 혼합해서 사용할 때가 좀 더 높은 안정화 효율을 보이는 것으로 미루어, 본 실험에 사용된 적니와 굴 패각도 각각 사용했을 경우보다 혼합 사용을 통하여 높은 효율을 보일 것으로 판단된다(Qian. G., et al., Journal of Hazardous Materials, 170, pp1093-1100).In addition, according to Qian et al., Since the stabilization efficiency is higher when the ferrihydrite and apatite are mixed with each other than when they are used respectively, the red and oyster shells used in this experiment are also used respectively (Qian, G., et al ., Journal of Hazardous Materials , 170, pp1093-1100).

Claims (5)

납(Pb), 아연(Zn), 구리(Cu) 등의 중금속을 포함하는 해양오염퇴적물에 적니(red mud), 굴 패각(oyster shell) 또는 이의 혼합물을 처리하여 상기 해양오염퇴적물 내의 중금속을 안정화시키는 방법.A method for treating a marine contaminated sediment containing heavy metals such as lead (Pb), zinc (Zn) and copper (Cu) by treating red mud, oyster shell or a mixture thereof to stabilize heavy metals in the marine polluted sediments How to do it. 제 1 항에 있어서,
상기 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물을 처리한 후의 해양오염퇴적물의 pH가 8 내지 9.5인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the pH of the marine fouling sediment after treating the red mud, oyster shell or mixture thereof is between 8 and 9.5.
제 1 항에 있어서,
상기 적니, 굴 패각 또는 이의 혼합물이 해양오염퇴적물 100 중량부를 기준으로 1 내지 15중량부의 양으로 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the red mud, oyster shell or mixtures thereof are treated in an amount of 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of marine contaminated sediments.
제 1 항에 있어서,
상기 해양오염퇴적물의 입자 크기가 10 내지 1,000μm인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the particle size of the marine contaminated sediment is between 10 and 1,000 microns.
제 1 항에 있어서,
상기 해양오염퇴적물이 40 내지 60%의 함수율을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the marine contaminated sediment has a water content of 40 to 60%.
KR1020130038595A 2013-04-09 2013-04-09 Method for stabilizing heavy metals contained in marine contaminated sediment KR20140122332A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130038595A KR20140122332A (en) 2013-04-09 2013-04-09 Method for stabilizing heavy metals contained in marine contaminated sediment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130038595A KR20140122332A (en) 2013-04-09 2013-04-09 Method for stabilizing heavy metals contained in marine contaminated sediment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140122332A true KR20140122332A (en) 2014-10-20

Family

ID=51993436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130038595A KR20140122332A (en) 2013-04-09 2013-04-09 Method for stabilizing heavy metals contained in marine contaminated sediment

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140122332A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106623400A (en) * 2016-11-15 2017-05-10 中国环境科学研究院 Method for remedying heavy metal contaminated soil through passivation
CN114136726A (en) * 2021-11-08 2022-03-04 南京农业大学 Method for simultaneously detecting lead, cadmium and arsenic in shellfish

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106623400A (en) * 2016-11-15 2017-05-10 中国环境科学研究院 Method for remedying heavy metal contaminated soil through passivation
CN114136726A (en) * 2021-11-08 2022-03-04 南京农业大学 Method for simultaneously detecting lead, cadmium and arsenic in shellfish
CN114136726B (en) * 2021-11-08 2024-03-26 南京农业大学 Method for simultaneously detecting lead, cadmium and arsenic in shellfish

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chowdhury et al. Arsenic removal from aqueous solutions by adsorption on magnetite nanoparticles
Yuan et al. Simultaneous immobilization of lead, cadmium, and arsenic in combined contaminated soil with iron hydroxyl phosphate
Wang et al. Effects of three low-molecular-weight organic acids (LMWOAs) and pH on the mobilization of arsenic and heavy metals (Cu, Pb, and Zn) from mine tailings
WO2004011120A1 (en) Removing metals from solution using metal binding compounds and sorbents therefor
Harja et al. Simultaneous removal of astrazone blue and lead onto low cost adsorbents based on power plant ash.
Schwartz et al. Impact of dissolved organic matter on mercury and methylmercury sorption to activated carbon in soils: implications for remediation
Peng et al. Heavy metal leachability in soil amended with zeolite-or biochar-modified contaminated sediment
Walker et al. Treatment of hazardous shipyard wastewater using dolomitic sorbents
Hu et al. A comparative study on stabilization of available As in highly contaminated hazardous solid waste
KR20140122332A (en) Method for stabilizing heavy metals contained in marine contaminated sediment
Corrochano et al. Heavy metal chemical fractionation and immobilization in lightweight aggregates produced from mining and industrial waste
KR20160091477A (en) Method for stabilization of heavy metals in contaminated marine sediment using bentonite
Neweshy et al. Response of sediment phosphorus partitioning to lanthanum-modified clay amendment and porewater chemistry in a small eutrophic lake
JP2012016637A (en) Method for washing soil
Williams et al. Speciation and bioavailability of zinc in amended sediments
JP5209251B2 (en) Treatment method for heavy metal contaminated soil
Luider et al. Scavenging of dissolved organic matter (DOM) by amorphous iron hydroxide particles Fe (OH) 3 (s)
JP5552708B2 (en) Method for purifying contaminated soil or contaminated groundwater
Hu et al. COMPARISON OF THE STABILIZING CAPABILITIES OF IRON AND ALUMINUM IN TREATING WASTE HIGHLY CONTAMINATED WITH ARSENIC.
Asnaoui et al. Biosorption of chromium (Cr) onto algae (Ulva. lactuca): application of isotherm and kinetic models
Iakovleva Novel sorbents from low-cost materials for water treatment
Okuo et al. Comparative Studies on the use of Fly Ash and Sludge in the Remediation of Heavy Metal-Polluted Soil
Ali et al. Enhancement of Phosphorus Sorption onto Peanut shell by Means of Aluminum and Iron Oxide Coatings
Li et al. Simultaneous immobilization of sediment internal phosphorus, arsenic and tungsten by lanthanum carbonate capping
HOSSEINI et al. Investigation on anthropogenic and natural share of heavy metals in surface sediments of Shadegan wetland

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application