KR20150077709A - In-Situ Chemical fixation of metal contaminants - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 토양 및/또는 지하수 중의 금속 오염물을 현장에서 고착시키는 것에 관한 것이다.Field of the Invention [0002] The present invention relates to the field fixation of metal contaminants in soil and / or groundwater.
오염된 토양 및 지하수의 처리는 환경과학에서 중요한 측면이며 방치된 유해한 폐기물처리장에 관하여 관련 있다. 현장 개선을 위한 가장 공통적인 방법으로는 굴삭 및 매립 처분이 포함된다. 이들 방법은 오염물을 제거하기 위한 것으로 알려져 있지만, 양 방법 모두 비용이 많이 들고 경우에 따라서는 불가능하지는 않지만 수행하기 어렵다. 보다 최근에는 현장 처리 기술의 개발에 기초하여 토양 및 지하수에 함유된 오염물을 변환하는데 연구가 집중되었다. 이들 기술은 물리적 방법을 통한 오염물의 제거 또는 화학적 방법이나 생물학적 방법을 이용하는 현장 처리에 중점을 두고 있다.Treatment of contaminated soil and groundwater is an important aspect of environmental science and is concerned with neglected hazardous waste disposal sites. The most common methods for site improvement include excavation and landfill disposal. Although these methods are known for removing contaminants, both methods are costly and, in some cases, not impossible, but difficult to perform. More recently, research has focused on the conversion of contaminants contained in soil and groundwater based on the development of field treatment techniques. These techniques focus on the removal of contaminants through physical methods or on-site treatment using chemical or biological methods.
금속 오염물을 제거하는 물리적 방법은 펌프의 이용 및 처리 기술에 중점을 두고 있다. 금속 오염물을 제거하는 화학적 방법은 금속 오염물을 유해 정도가 약하게 또는 덜 움직이는 상태로 변환하기 위해 원자가 상태의 화학적 변화, 즉 환원이나 산화에 중점을 두고 있다. 강한 환원제를 사용하면 크롬의 이동성 및 독성이 매우 큰 형태인 크롬 VI의 원자가 상태를 이동성 및 독성이 약한 형태의 크롬 III으로 변환하는데 효과적이라는 것이 증명되었다.Physical methods to remove metal contaminants focus on pump utilization and treatment techniques. Chemical methods of removing metal contaminants focus on the chemical change of the valence state, ie, reduction or oxidation, to convert metal contaminants to a less or less hazardous state. The use of strong reducing agents has proven to be effective in converting the valence state of chromium VI, a highly mobile and toxic form of chromium, to chromium III, a form of mobility and less toxicity.
금속 오염물로서의 비소는 지하수내에서 자유롭게 이동하고 특히 독성이 크고 보다 이동성이 큰 원자가 상태, 즉 비소 III(As+3)를 보여준다. 따라서, 토양 및 지하수 중의 현장 비소 처리는 침전하여 지상의 처리 시스템에서 물로부터 여과되던지 현장 조건하에서 토양 매트릭스내에 정착될 수 있는 철 착체에 비소를 결합시키거나 고착시키는데 중점을 두었다. 종래의 비소처리 공정은 음료수 처리시설 내에서 바로 이용된다. 구체적으로 종래의 비소 처리 공정에서, 추출된 지하수는 철 용액 및 과산화수소와 혼합되며, 즉 과산화물이 As+3 를 As+5로 산화시키며, 용존산소의 농도는 과산화물의 첨가에 의해 증가되며, 철은 용준 산소를 사용하여 옥시수산화물을 형성하며 As+5 는 철옥시산화물과 결합된다. 이 전체 착체는 고체이며 지하수로부터 여과된다.Arsenic as a metal contaminant moves freely in groundwater and shows a particularly toxic and more mobile valence state, arsenic III (As +3 ). Thus, field arsenic treatment in soil and groundwater has focused on binding or fixing arsenic to iron complexes that can settle in the soil matrix under field conditions, whether precipitated or filtered from water in a ground treatment system. Conventional arsenic treatment processes are used directly in beverage processing facilities. Specifically, in the conventional arsenic treatment process, the extracted ground water is mixed with the iron solution and the hydrogen peroxide, that is, the peroxide oxidizes As +3 to As +5 , the concentration of dissolved oxygen is increased by the addition of peroxide, It uses oxalic oxygen to form oxyhydroxide, and As + 5 is bound to the iron oxide oxide. This complex is a solid and is filtered from groundwater.
종래의 공정에 의한 비소의 처리는 폐수처리장의 외부나 현장조건하에서 보다 어려운데 이는 별개의 용액, 철 및 과산화물을 분배 및 혼합하는 것은 현실적이지 못한데, 이는 토양 매트릭스 내의 유기재료와 접촉할 때 반응의 신속성 및 과산화수소의 불안정성 때문에 그렇다. 현장조건하에서 반응은 지하수로 포화된 토양 매트릭스 속으로 주입된 후에 급속하게 이루어지며 과산화물이 급속하게 산소 및 물로 분해되어 토양 매트릭스 내에 풍부한 량의 기체를 생성한다. 이들 방법으로 처리 프로그램을 실시할 수 있지만, 주입 위치 주위로의 분포 반경이 매우 제한되며 주입 가능한 용적이 작다. 이들 한계점은 유체, 지하수 및 주입 용액을 주입 개시 직후에 지표나 일광에 노출시키는 상당량의 기체를 생성하는 고속 반응속도 때문이다.Treatment of arsenic by conventional processes is more difficult under the external or site conditions of a wastewater treatment plant because it is not realistic to dispense and mix separate solutions, iron and peroxides, which is not realistic when contacting the organic material in the soil matrix, And hydrogen peroxide instability. Under field conditions, the reaction occurs rapidly after being injected into the soil matrix saturated with groundwater, and the peroxide rapidly decomposes into oxygen and water to produce an abundance of gas in the soil matrix. Although the treatment program can be carried out by these methods, the distribution radius around the injection position is very limited and the injectable volume is small. These limitations are due to the high rate of reaction that creates a significant amount of gas exposing fluids, groundwater, and injection solutions to the surface or daylight immediately after initiation of injection.
본 발명의 실시형태들은 지중에서의 금속 오염물의 처리에 대한 기술적인 결함들을 해결하며 현장 상황, 예를 들어 토양, 지하수 또는 암반 중의 비소 오염물을 처리하는 신규하고 비자명한 시스템 및 방법을 제공한다.Embodiments of the present invention solve technical deficiencies in the treatment of metal contaminants in paper and provide new and untitled systems and methods for treating arsenic contaminants in the field, e.g., soil, groundwater or rock.
본 발명의 일 실시형태에서, 비소로 오염된 현장 환경에서 비소 오염물을 처리하는 방법은 수성 킬레이트 철용액과 안정화된 산화제를 준비하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 수성 킬레이트 철용액과 안정화된 산화제를 철-비소 옥시수산화물의 공침을 촉진하는데 충분한 양으로 현장 환경에 첨가하는 것을 포함한다. 여기서 수성 킬레이트 철용액과 산화제는 현장 환경으로의 별도의 물 주입 다음에 그리고 전에 교대로 첨가될 수 있다. 그후 비소는 As+3 에서 As+5 로 산화되고 철은 Fe+2 에서 Fe+3 로 산화된다.In one embodiment of the present invention, a method of treating arsenic contaminants in an arsenic contaminated field environment comprises preparing an aqueous chelating iron solution and a stabilized oxidizing agent. The method also includes adding an aqueous chelating iron solution and a stabilized oxidizing agent to the site environment in an amount sufficient to promote co-precipitation of iron-arsenic oxyhydroxide. Where the aqueous chelating iron solution and the oxidizing agent may be added alternately before and after the separate water injection into the field environment. Arsenic is then oxidized from As +3 to As +5 and iron is oxidized from Fe +2 to Fe +3 .
본 실시형태의 한 관점에서, 수성 킬레이트 철용액은 Fe (II) 염, Fe (III) 염, Fe (II) 킬레이트, Fe (III) 킬레이트 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 철을 유효량 포함한다. 본 실시형태의 다른 관점에서, 안정화된 산화제 소스는 과산화 수소, 과산화 나트륨 및 과산화 칼슘으로 구성된 그룹에서 선택된 과산화물이다. 본 실시형태의 또 다른 관점에서, 수성 킬레이트 철용액은 약 5 내지 8의 pH로 유지된다. 본 실시형태의 또 다른 관점에서, 안정화된 산화제 소스는 예를 들어 산, 염 및 산과 염의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 안정화제로 안정화되며, 또 다른 추가의 예에서는 인산, 인산제일칼륨 및 인산과 제일칼륨의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 안정화제로 안정화된다.In one aspect of this embodiment, the aqueous chelating iron solution comprises an effective amount of iron selected from the group consisting of Fe (II) salts, Fe (III) salts, Fe (II) chelates, Fe . In another aspect of this embodiment, the stabilized oxidant source is a peroxide selected from the group consisting of hydrogen peroxide, sodium peroxide, and calcium peroxide. In another aspect of this embodiment, the aqueous chelate iron solution is maintained at a pH of about 5 to 8. [ In another aspect of this embodiment, the stabilized oxidant source is stabilized with a stabilizer selected from the group consisting of, for example, an acid, a salt and a mixture of acid and salt, and in yet another example, phosphoric acid, potassium phosphate and phosphate, ≪ / RTI > and combinations thereof.
본 발명의 추가의 관점들은 일부는 후술하는 상세한 설명에 개시되고 일부는 상세한 설명으로 자명하게 되거나 본 발명의 실시에 의해 알 수 있다. 본 발명의 이런 관점들은 첨부된 특허청구범위에서 구체적으로 지적한 요소들 및 조합에 의해 실현되어 달성될 것이다. 전술한 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명을 위한 것일 뿐 본 발명을 제한하려는 것은 아님을 이해하여야 한다.Further aspects of the invention will be set forth in part in the description which follows, and in part will be obvious from the description, or may be learned by practice of the invention. These and other aspects of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention.
본 명세서에 포함되어 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시형태들을 도시혐, 상세한 설명과 함께 발명의 원리를 설명하는 기능을 한다. 여기서 도시한 실시형태들은 현재로서 바람직하지만, 본 발명이 도시한 정확한 배치 및 수단에 한정되는 것은 아님이 이해된다.
도 1은 현장 환경에서 비소 오염물을 처리하는 공정의 도해.
도 2는 현장 환경에서 비소 오염물을 처리하는 공정을 도시하는 플로우챠트.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. While the embodiments shown herein are presently preferred, it is understood that the invention is not limited to the precise arrangements and means shown.
Figure 1 is an illustration of a process for treating arsenic contaminants in a field environment.
2 is a flow chart illustrating a process for treating arsenic contaminants in a field environment;
본 발명의 실시형태들은 현장 환경에서 비소 오염물의 처리를 제공한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 안정화된 산화제, 예를 들어 안정화된 액체 과산화수소 산화제를 수성 킬레이트철 용액과 함께 준비할 수 있다. 현장 환경에 존재하는 비소를 산화시키고 고착시켜서 현장 환경내의 비소 오염물을 수정하기 위해서 안정화된 산화제 및 수성 킬레이트철 용액을 모두 주입 스크린을 통해 현장 환경으로 교대로 도입할 수 있다.Embodiments of the present invention provide for the treatment of arsenic contaminants in a field environment. According to one embodiment of the invention, a stabilized oxidizing agent, for example a stabilized liquid hydrogen peroxide oxidizing agent, can be prepared with an aqueous chelating iron solution. To stabilize arsenic contaminants in the site environment by oxidizing and anchoring the arsenic present in the site environment, stabilized oxidant and aqueous chelating iron solution can be alternately introduced into the field environment through the injection screen.
도시에 있어서, 도 1은 현장 환경에서 비소 오염물을 처리하기 위한 공정을 도식적으로 보여준다. 도 1에 도시한 바와 같이, 과산화물 작용제(160A)는 물(110)을 과산화물 소스(120) 및 건조 안정제(130)에 첨가함으로서 준비할 수 있다. 동시에, 건조 또는 액체 철(140) 및 킬레이트(150)에 물(110)을 첨가함으로써 수성 철용액(160B)을 준비할 수 있다. 그 후, 예를 들어 수원(wellhead)에 연결된 직접 가압 주입봉 또는 수원에 연결된 주입정(injection well)에 의해 수행되는 주입 스크리닝에 의해 과산화물 작용제(160A) 및 수성 철용액(160B)을 현장 환경(170)에 도입할 수 있다. 주입 스크린(180)은 현장 환경(170)에 존재하는 비소 +3 100를 철-옥시수산화물에 고착될 수 있는 비소 +5190로 산화시키도록 작용할 수 있다.In the drawings, FIG. 1 schematically illustrates a process for treating arsenic contaminants in a field environment. As shown in FIG. 1, the
또 다른 도시에 있어서, 도 2는 현장 환경에서 비소 오염물을 처리하는 공정을 도시하는 플로우챠트다. 블록(210A)에서 시작하여, 과산화물 작용제를 준비한다. 과산화물 작용제로서는 예를 들어 과산화수소, 과산화나트륨 또는 과산화칼슘 같은 과산화물을 포함할 수 있다. 또한 과산화물 소스는 예를 들어 산, 염 또는 산 및 염의 혼합물 같은 안정화제를 사용하여 안정화시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 안정화제는 인산제일칼륨 또는 인산과 제일칼륨의 조합물이 될 수 있다.In another embodiment, Figure 2 is a flow chart illustrating a process for treating arsenic contaminants in a field environment. Beginning at
동시에, 블록(210B)에서 수성 킬레이트 철용액을 준비한다. 수성 철용액으로는 Fe(II) 염, Fe(III) 염, Fe(II) 킬레이트, Fe(III) 킬레이트 및 이들의 조합으로 구성된 그룹 중의 적어도 1종으로부터 선택된 유효량의 철이 포함될 수 있다. 수성 철용액은 예로써 물 또는 킬레이트제를 포함하는 pH조정제를 수성 철용액에 첨가함으로써 약 5 내지 8의 pH로 유지될 수 있다.At the same time, an aqueous chelating iron solution is prepared in
그 후, 토양, 지하수 또는 파쇄 암반 같은 현장 환경에 과산화물 작용제 및 수성 철용액을 모두 첨가할 수 있다. 이와 관련하여 현장 환경은 중간 내지 높은 투과성을 갖는 토양이나 지하수가 될 수 있다. 다른 방법으로서, 현장 환경은 낮은 투과성 내지 중간 투과성을 갖는 토양이나 지하수가 될 수 있다. 어느 경우라도 과산화물 작용제는 유효농도로 그리고 철 비소 옥시산화물의 공침(co-precipitation)을 촉진시키는데 충분한 양으로 현장 환경에 첨가될 수 있다.Thereafter, both the peroxide agent and the aqueous iron solution can be added to the field environment, such as soil, ground water or crushed rock. In this regard, the field environment can be a soil or groundwater with moderate to high permeability. Alternatively, the field environment can be a soil or groundwater having a low or intermediate permeability. In either case, the peroxide agent can be added to the site environment in an effective concentration and in an amount sufficient to promote co-precipitation of the iron arsenic oxy-oxide.
본 발명의 일 관점에서, 과산화물 작용제 및 수성 철용액은 주입 스크린을 이용하여 현장 환경에 첨가될 수 있다. 주목할 것은 주입 스크린이 현장 환경, 현장 환경의 불포화투수층(vadose zone) 또는 포화 지대의 모세관 수대(capillary fringe) 속으로 도입될 수 있다는 것이다. 주입은 인치당 약 5 내지 100 파운드의 고압하에서 수행될 수 있는데, 여기서 블록(230 내지 250)에 도시한 바와 같이 과산화물 작용제 및 수성 철용액은 초기 수세(water flush) 후에 수원을 통해 현장 환경으로 교대로 유입된 후 추가의 수세를 받는다. 그러나 과산화물 작용제와 수성 철용액은 어떤 순서로도 현장 환경에 도입될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서 양자는 연속적으로 현장 환경에 도입될 수 있음을 이해하여야 한다.In one aspect of the invention, the peroxide agent and the aqueous iron solution can be added to the field environment using an injection screen. Note that the injection screen can be introduced into the field environment, into the unsaturated vadose zone of the field environment or into the capillary fringe of the saturated zone. The injection may be performed at a high pressure of about 5 to 100 pounds per inch where the peroxide agent and the aqueous iron solution, as shown in
하기의 특허청구범위에서 모든 수단이나 단계의 대응 구조, 재료, 행위 및 등가물과 기능 요소들은 구체적으로 청구하는 다른 요소들과 함께 기능을 수행하기 위한 어떤 구조, 재료나 행위도 포함하는 것이다. 본 발명의 설명은 예시 및 설명을 위해 제공한 것으로서 여기서 제시한 형태로 본 발명을 한정하려는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명의 범위 및 정신으로부터 이탈함 없이 많은 수정 및 변형이 자명할 것이다. 실시형태들은 본 발명의 원리 및 실제의 적용을 설명하고 다른 당업자들이 구상 가능한 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 갖는 다양한 실시형태에 대한 본 발명을 이해할 수 있도록 하기 위해 선택하여 설명한 것이다.The corresponding structures, materials, acts, and equivalents and functional elements of all means or steps in the following claims are to include any structure, material or act for performing the function with other elements specifically claimed. The description of the present invention is presented for purposes of illustration and description and is not intended to limit the invention in the form presented herein. Many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. The embodiments are chosen and described to illustrate the principles and practical application of the invention and to enable others skilled in the art to understand the invention for various embodiments with various modifications as are suited to the particular use contemplated.
이상 본 출원의 발명을 상세하게 그리고 그 실시형태를 참조하여 설명하였는데, 첨부하는 특허청구범위에 정의된 본 발명의 범위로부터 이탈함 없이 수정 및 변형이 가능하다는 것은 자명할 것이다.
While the invention has been described in detail and with reference to specific embodiments thereof, it will be obvious that modifications and variations are possible without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims.
Claims (21)
수성 킬레이트 철용액을 준비하는 단계;
안정화된 산화제 소스를 유효 농도로 상기 현장 환경에 첨가하고 또한 상기 수성 철용액을 철-비소 옥시수산화물의 공침(co-precipitation)을 촉진시키기에 충분한 양으로 산화제 소스의 존재하에서 상기 현장 환경에 첨가하는 단계; 및
비소를 현장 환경에서 산화시키고 철을 현장 환경에서 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.A method of treating arsenic contaminants in a field environment,
Preparing an aqueous chelating iron solution;
Adding a stabilized oxidizing agent source to the field environment at an effective concentration and further adding the aqueous iron solution to the field environment in the presence of an oxidizing source in an amount sufficient to promote co-precipitation of iron-arsenic oxyhydroxide step; And
Oxidizing arsenic in a field environment and oxidizing iron in a field environment.
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