KR20230170044A - 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하기 위한 이온이 결합된 유기 토양 개량제 - Google Patents

수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하기 위한 이온이 결합된 유기 토양 개량제 Download PDF

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Abstract

유기 토양 개량제를 포함하고 이에 결합된 이온을 가지는 물 처리용 조성물은 물로부터 인산염, 다른 인 함유 화합물, 비소, 비소 함유 화합물, 플루오린화물, 및 PFAS과 같은 수성 오염물질의 제거를 돕는데 유익하다. 이들 조성물에서 이온은 희토류 양이온, 철 양이온, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 또한, 이들 토양 개량제 조성물을 제조하기 위한 방법 및 이들 조성물을 사용하여 물로부터 오염물질을 효과적으로 제거하는 방법이 제공된다.

Description

수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하기 위한 이온이 결합된 유기 토양 개량제
관련 출원의 상호-참조
본 출원은 2021년 4월 9일에 출원된 미국 가출원 제63/173,256에 대한 우선권 및 이익을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
기술 분야
본 개시는 유기 토양 개량제 및 양이온을 포함하는 물 처리용 조성물에 관한 것이며, 여기서 양이온은 토양 개량제에 결합되고, 양이온은 희토류 양이온, 철 양이온, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 이들 조성물은 물 처리, 특히 인, 비소, 플루오린화물, 또는 PFAS 오염물질을 제거하는 물 처리를 위한 흡착 매질로서 사용될 수 있다.
토양 개량제는 토양의 능력 또는 물리적 성질을 개선하기 위해 토양에 첨가되는 물질이다. 전형적인 목표는 뿌리 성장에 더 건강한 환경을 제공하는 것이다. 토양 개량제의 또 다른 목표는 오염물질을 고정시켜 생물학적 이용 가능성을 제한하는 것이다. 일반적으로 사용되는 개량제는 크게 무기 개량제 또는 유기 개량제로 분류될 수 있다. 유기 개량제는 탄소 기반 물질을 포함하고, 무기 개량제는 광물 또는 금속 물질을 기반으로 한다.
유기 개량제는 예를 들어, 물이끼 토탄(sphagnum peat), 나무조각(wood chips), 잘라 낸 풀 조각(grass clippings), 짚, 퇴비, 거름, 바이오 고형물(biosolids), 톱밥, 나뭇재(wood ash), 휴믹산(humic acid), 휴믹산의 염 또는 에스터, 및 고흡수성 중합체(superabsorbent polymers)(SAPs) 등을 포함한다. SAPs는 다량의 물을 흡수할 수 있는 강한 친수성기를 갖는 고분자 물질이다. SAPs는 전형적으로 폴리아크릴레이트 기반 물질이다. 무기 개량제는 질석(vermiculite), 진주암(perlite), 타이어 청크(tire chunks), 완두콩 자갈(pea gravel), 모래, 벤토나이트 점토(bentonite clay), 과립상 산화철(granular ferric (산화이온)oxide) 등을 포함한다.
최근 지표수 내의 물 오염물질을 결합시키기 위해 토양 개량제를 사용하는 것에 관심이 있어 왔다. 지표수 내의 오염물질은 인산염과 같은 영양분, 또는 플루오린화물, 퍼플루오로알킬 물질(perfluoroalkyl substances)(PFAS), 또는 중금속과 같은 오염물질일 수 있다. 지표수 내의 과도한 영양분은 자연 수체(water body)에 녹조현상을 초래하고, 이는 수체의 부영양화를 초래하는 것으로 나타났다. 지표수 내의 과도한 오염물질은 오염되고 독성 있는 수체를 초래한다. 이들은 모두 환경오염과 독성 있는 음용수원을 초래한다.
인류의 발전이 계속되면서 오염되고 독성 있는 수체의 위험이 계속 증가하므로, 지표수 내의 오염을 제한하기 위한 지속적인 노력이 필요하다.
본 명세서에는 물 처리용 조성물이 개시된다. 이 조성물은 유기 토양 개량제 및 토양 개량제에 결합된 이온을 포함한다. 이들 이온은 희토류 양이온, 철 양이온, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 특정 실시양태에서, 이온은 철 양이온이다. 다른 실시양태에서, 이온은 희토류 양이온이다. 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은, 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 이들 양이온을 포함한다. 특정 실시양태에서, 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은, 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 40 중량%의 이들 양이온을 포함한다.
일 실시양태에서, 이 조성물은 (a) 고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 토양 개량제 및 (b) 희토류 양이온을 포함하며, 여기서 양이온은 토양 개량제에 결합되고, 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 희토류 양이온을 포함한다.
또 다른 실시양태에서 이 조성물은 (a) 고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 토양 개량제 및 (b) 철 양이온을 포함하며, 여기서 양이온은 토양 개량제에 결합되고, 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 철 양이온을 포함한다.
또한 본 명세서에 개시된 바와 같이, 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법은 (i) 제1 오염물질 농도를 갖는 수성 스트림을 (a) 고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 토양 개량제 및 (b) 희토류 양이온을 포함하며, 양이온은 토양 개량제에 결합되고, 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 희토류 양이온을 포함하는 것인 물 처리용 조성물과 접촉시키는 단계; (ii) 조성물과 수성 스트림의 접촉에 의해 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하는 단계; 및 (iii) 제1 오염물질 농도보다 낮은 제2 오염물질 농도를 갖는 처리된 수성 스트림을 제공하는 단계;를 포함한다. 이러한 방법에서, 오염물질은 인산염, 인 함유 화합물, 비소, 비소 함유 화합물, PFAS, 플루오린화물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다. 특정 실시양태에서, 제2 오염물질 농도는 상기 제1 오염물질 농도보다 약 50% 내지 약 90% 낮다.
이 방법은 목표 오염물질 농도를 설정하는 단계 및 제2 오염물질 농도를 모니터링하여 목표 농도 이하임을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 추가 단계들과 함께, 방법은 제2 오염물질 농도를 목표 농도와 비교하는 단계 및 처리된 수성 스트림 내 제2 오염물질 농도가 목표 농도를 초과하는 경우 물 처리용 조성물을 교체하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 제2 오염물질 농도를 모니터링하는 단계 및 수성 스트림 내 제2 오염물질 농도가 증가하기 시작할 때 물 처리용 조성물을 교체하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법은 (i) 제1 오염물질 농도를 갖는 수성 스트림을 (a) 고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 토양 개량제 및 (b) 철 양이온을 포함하며, 양이온은 토양 개량제에 결합되고, 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 철 양이온을 포함하는 것인 물 처리용 조성물과 접촉시키는 단계; (ii) 조성물과 수성 스트림의 접촉에 의해 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하는 단계; 및 (iii) 제1 오염물질 농도보다 낮은 제2 오염물질 농도를 갖는 처리된 수성 스트림을 제공하는 단계;를 포함한다. 이러한 방법에서, 오염물질은 인산염, 인 함유 화합물, 비소, 비소 함유 화합물, PFAS, 플루오린화물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다. 특정 실시양태에서, 제2 오염물질 농도는 상기 제1 오염물질 농도보다 약 50% 내지 약 90% 낮다.
이 방법은 목표 오염물질 농도를 설정하는 단계 및 제2 오염물질 농도를 모니터링하여 목표 농도 이하임을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 추가 단계들과 함께, 방법은 제2 오염물질 농도를 목표 농도와 비교하는 단계 및 처리된 수성 스트림 내 제2 오염물질 농도가 목표 농도를 초과하는 경우 물 처리용 조성물을 교체하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 제2 오염물질 농도를 모니터링하는 단계 및 수성 스트림 내 제2 오염물질 농도가 증가하기 시작할 때 물 처리용 조성물을 교체하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이들 물 처리용 조성물을 제조하는 방법이 더 개시된다. 일 실시양태에서, 방법은 고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 토양 개량제를 제공하는 단계; 및 유기 토양 개량제를 물 속의 상당량의 희토류 염과 접촉시켜 토양 개량제에 결합된 희토류 양이온을 갖는 유기 토양 개량제를 포함하는 조성물을 제공하는 단계;를 포함하며, 여기서 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 희토류 양이온을 포함한다. 특정 실시양태에서, 물 속의 희토류 염은 염화물, 황산염, 설폰산염, 질산염, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또 다른 실시양태에서, 이들 조성물을 제조하는 방법은 고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 토양 개량제를 제공하는 단계; 및 유기 토양 개량제를 물 속의 상당량의 철 염과 접촉시켜 토양 개량제에 결합된 철 양이온을 갖는 유기 토양 개량제를 포함하는 조성물을 제공하는 단계;를 포함하며, 여기서 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 철 양이온을 포함한다. 특정 실시양태에서, 물 속의 철 염은 염화물, 황산염, 설폰산염, 질산염, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
이온이 결합된 토양 개량제 조성물은 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하는 데 유용하다.
도 1은 물 처리용 조성물 사용 및 수성 스트림으로부터 오염물질 제거의 일반적인 흐름도이다.
도 2는 실시예 1의 물질, 물질 내 물 양에 따라 조정된 실시예 1의 물질, 비교예로서 Phoslock, 및 실시예 2의 물질의 인산염 흡착 곡선 그래프이다.
도 3은 실시예 3의 물질, 물질 내 물 양에 따라 조정된 실시예 3의 물질, 비교예로서 과립상 산화철, 및 비교예로서 이산화 티타늄의 인산염 흡착 곡선 그래프이다.
도 4는 실시예 1 물질의 열중량 분석 그래프이다. 샘플의 중량%는 온도(°C )에 대해 표시되고, 중량%는 특정 온도에서 결정된다.
도 5는 실시예 3 물질의 열중량 분석 그래프이다. 샘플의 중량%는 온도(°C )에 대해 표시되고, 중량%는 특정 온도에서 결정된다.
이온이 결합된 유기 토양 개량제를 포함하는 물 처리용 조성물 및 방법이 개시되고 설명되기에 앞서, 본 개시는 본 명세서에 개시된 특정 구조, 공정 단계, 또는 물질에 제한되지 않고, 해당 분야의 통상의 기술자에게 인식될 수 있는 동등한 것으로 확장됨이 이해되어야 한다. 또한 본 명세서에 사용된 용어는 특정 실시양태를 설명하는 목적으로만 사용되며, 제한하려는 의도가 아님이 이해되어야 한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a," "an," 및 "the"는 문맥이 분명하게 달리 지시하지 않는 한 복수 지시 대상을 포함함에 주의하여야 한다. 따라서, 예를 들어, "개량제 조성물"에 대한 언급은 정량적으로 또는 공급원(source) 제한으로 간주되어서는 안 되며, "단계"에 대한 언급은 다수의 단계를 포함할 수 있고, 반응 또는 처리의 "생성" 또는 "생성물"에 대한 언급은 반응/처리의 모든 생성물로 간주되어서는 안 되며, "처리"에 대한 언급은 그러한 처리 단계들 중 하나 이상에 대한 언급을 포함할 수 있다. 이와 같이, 처리 단계는 식별된 처리 생성물을 생성하기 위해 유사한 물질/스트림의 다중 또는 반복 처리를 포함할 수 있다.
"약"이 포함된 수치 값은 전형적인 실험적 차이를 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "약"은 기재된 입자 크기, 중량 퍼센트, 농도 범위, 시간 프레임, 분자량, 온도, 또는 pH와 같은 값의 통계적으로 의미 있는 범위 내에 있음을 의미한다. 이러한 범위는 표시된 값 또는 범위의 한 자릿수 내, 전형적으로 10% 내, 보다 전형적으로 5% 내에 있을 수 있다. 때때로, 이러한 범위는 주어진 값 또는 범위의 측정 및/또는 결정에 사용되는 표준 방법의 전형적인 실험 오차 내에 있을 수 있다. "약"이라는 용어에 포괄되는 허용 가능한 변동은 연구 중인 특정 시스템에 따라 달라지며, 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 인식될 수 있다. 본 명세서 내에 범위가 기재될 때에는, 범위 내의 모든 정수가 또한 본 발명의 실시예로서 고려된다.
본 출원은 이온이 결합된 유기 토양 개량제를 포함하는 물 처리용 조성물에 관한 것이다. 이들 이온은 희토류 양이온, 철 양이온, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 일 실시양태에서, 이온은 희토류 양이온이다. 또 다른 실시양태에서, 이온은 철 양이온이다. 또 다른 실시양태에서, 이온은 희토류 양이온 및 철 양이온의 혼합물일 수 있다. 이와 같이, 이 조성물은 유기 토양 개량제 및 희토류 양이온, 철 양이온, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 이온을 포함하며, 여기서 이온은 토양 개량제에 결합된다. 어떤 이론에도 얽매이지 않고, 토양 개량제의 양이온은 오염물질이 개량제를 통화하는 것을 방지할 수 있고, 그렇지 않으면 오염물질은 쉽게 통과할 것이다. 이들 조성물은 물 처리에 사용될 수 있고, 오염된 물을 여과/포집하기 위한 구조물에 사용될 수 있다.
조성물의 이온은 나트륨, 염화이온, 질산이온, 황산이온, 설폰산이온, 아세트산이온, 및 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 유기 토양 개량제는 이에 결합되거나, 어떤 방식으로든 이와 결부된, 희토류 양이온 또는 철 양이온으로부터 선택되는 이온을 갖는다. 희토류 양이온 또는 철 양이온은 반데르발스 유형 인력, 공유 결합, 또는 이온 결합을 포함하는, 임의의 유형의 인력에 의해 유기 토양 개량제와 결부될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 결합된 또는 결부된 희토류 양이온 또는 철 양이온을 갖는 유기 개량제는 결합되지 않은 인력 및 화학적 결합 둘 모두를 포함한다. 특정 실시양태에서, 양이온은 이온 결합을 통해 결합된다.
양이온이 결합된 토양 개량제는 유기 개량제이다. 유기 개량제는 예를 들어, 물이끼 토탄(sphagnum peat), 나무조각(wood chips), 잘라 낸 풀 조각(grass clippings), 짚, 퇴비, 거름, 바이오 고형물(biosolids), 톱밥, 나뭇재(wood ash), 휴믹산(humic acid), 휴믹산 염, 휴믹산 에스터 및 고흡수성 중합체(SAPs) 등을 포함한다. 특정 실시양태에서, 유기 개량제는 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 고흡수성 중합체(SAPs), 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 일 실시양태에서, 유기 개량제는 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 또는 이들의 혼합물이다. 또 다른 실시양태에서 유기 개량제는 고흡수성 중합체(SAPs)이다.
SAPs는 다량의 물을 흡수할 수 있는 강한 친수성기를 갖는 고분자 물질이다. SAPs는 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아마이드, 및 이들의 혼합물을 포함한다. SAPs는 본 명세서에 기술된 조성물의 생성 이전에 흔히 나트륨 염이고, 그 다음 본 명세서에 기술된 바와 같은 조성물에서 모든 나트륨 이온의 적어도 일부가 희토류 및/또는 철 양이온으로 대체된다.
본 조성물에서, 유기 토양 개량제에 결합된 이온은 희토류 양이온, 철 양이온 또는 이들의 혼합물이다. 특정 실시양태에서 이온은 희토류 양이온이다. 다른 실시양태에서 이온은 철 양이온이다. 추가의 실시양태에서, 이온은 철 양이온 및 희토류 양이온의 혼합물이다.
본 명세서에 기술된 조성물은 분말 또는 입자일 수 있거나, 유기 토양 개량제에 결합된 이온을 최대로 오염물질에 노출시키는 임의의 형태 및/또는 형상을 가질 수 있다. 이와 같이, 조성물은 고정층에 있거나, 펠릿, 과립, 및/또는 비즈로 성형 또는 압착되거나, 고분자 구조체 상에 지지될 수 있다.
어떤 이론에도 얽매이지 않고, 토양 개량제의 양이온(즉, 희토류 및/또는 철 양이온)은 오염물질과 흡착 및/또는 반응함으로써 오염물질이 개량제를 통과하는 것을 방지할 수 있다고 여겨진다.
토양 개량제에 결합된 이온이 희토류 양이온인 경우, 희토류 양이온은 희토류 염과 같은 희토류 화합물로부터 유기 토양 개량제에 침전된다. 특정 실시양태에서, 희토류 화합물은 수용성 또는 불수용성인 희토류 염이다. 예를 들어, 특정 실시양태에서 희토류 염은 수용성이고, 염화물, 질산염, 황산염, 설폰산염, 아세트산염, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 다른 실시양태에서, 희토류 염은 불수용성이고, 탄산염, 수산화물, 산화물, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 염의 음이온은 또한 조성물에 혼입될 수 있다. 이와 같이, 염의 음이온은 유기 토양 개량제에 마찬가지로 결합됨으로써, 및/또는 일부 음이온이 희토류 양이온과 결합된/배위결합된 채로 남아 있음으로써 혼입될 수 있다.
이들 실시양태에서, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 유기 토양 개량제 및 토양 개량제에 결합된 희토류 양이온을 포함하는 조성물은 또한 희토류 양이온을 침전시키기 위해 사용된 염의 음이온을 더 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 조성물은 염화이온, 질산이온, 황산이온, 설폰산이온, 탄산이온, 수산화이온, 산화이온, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온을 더 포함할 수 있다. 이들 음이온은 유기 토양 개량제에 결합될 수 있고/있거나 일부 음이온이 희토류 양이온과 결합된/배위결합된 채로 남아 있을 수 있다. 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서, 조성물은 염화이온, 질산이온, 황산이온, 설폰산이온, 아세트산이온, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온을 더 포함한다.
음이온을 더 포함하는 이들 실시양태에서, 유기 토양 개량제는 SAPs일 수 있다. 그리고 이들 실시양태에서, 조성물은 SAPs로부터의 나트륨 이온을 더 포함할 수 있다.
토양 개량제에 결합된 이온이 철 양이온인 경우, 철 양이온은 철 염과 같은 철 화합물로부터 유기 토양 개량제에 침전된다. 특정 실시양태에서, 철 화합물은 수용성 또는 불수용성인 철 염이다. 예를 들어, 특정 실시양태에서 철 염은 수용성이고, 염화물, 질산염, 황산염, 설폰산염, 아세트산염, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 다른 실시양태에서, 철 염은 불수용성이고, 탄산염, 수산화물, 산화물, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 염의 음이온은 또한 조성물에 혼입될 수 있다. 이와 같이, 염의 음이온은 유기 토양 개량제에 마찬가지로 결합됨으로써, 및/또는 일부 음이온이 희토류 양이온과 결합된/배위결합된 채로 남아 있음으로써 혼입될 수 있다.
이들 실시양태에서, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 유기 토양 개량제 및 토양 개량제에 결합된 철 양이온을 포함하는 조성물은 또한 철 양이온을 침전시키기 위해 사용된 염의 음이온을 더 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 조성물은 염화이온, 질산이온, 황산이온, 설폰산이온, 탄산이온, 수산화이온, 산화이온, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온을 더 포함할 수 있다. 이들 음이온은 유기 토양 개량제에 결합될 수 있고/있거나 일부 음이온이 철 양이온과 결합된/배위결합된 채로 남아 있을 수 있다. 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서, 조성물은 염화이온, 질산이온, 황산이온, 설폰산이온, 아세트산이온, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온을 더 포함한다.
음이온을 더 포함하는 이들 실시양태에서, 유기 토양 개량제는 SAPs일 수 있다. 그리고 이들 실시양태에서, 조성물은 SAPs로부터의 나트륨 이온을 더 포함할 수 있다.
본 출원은 또한 희토류 염 또는 철 염을 사용하여 이들 물 처리용 조성물을 제조하는 방법 및 이온이 결합된 유기 토양 개량제를 포함하는 이들 조성물로 수성 공급물을 처리하는 방법에 관한 것이다. 조성물을 제조하기 위해, 희토류 염 및 철 염은 유기 토양 개량제와 접촉되는 용액 또는 슬러리로 제공되어 이온이 결합된 유기 토양 개량제를 포함하는 조성물을 생성할 수 있다. 수성 공급물을 처리하는 방법은 본 명세서에 개시된 바와 같이 이온이 결합된 유기 토양 개량제를 포함하는 이들 토양 개량제 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 이온은 희토류 양이온, 철 양이온, 또는 이들의 혼합물이다.
수성 공급물을 처리하기 위해 사용되는 경우, 이온이 결합된 유기 토양 개량제를 포함하는 조성물은 수성 공급물로부터 오염물질을 제거하여 처리되지 않은 공급물에 비해 감소된 오염물질 농도를 갖는 유출물/처리된 수성 스트림을 제공한다. 처리된 스트림은 목표 농도를 달성하는 또는 목표 농도 미만인 감소된 오염물질 농도를 가질 수 있다. 사용되는 구조물에 따라, 이온이 결합된 토양 개량제 조성물은 오염된 물을 처리한 일정 시간 후에 재생될 수 있다. 토양 개량제 조성물의 사용은 오염물질을 제거하기 위한 효과적이고 효율적인 수성 공급물의 처리를 가능하게 한다. 어떤 이론에도 얽매이지 않고, 토양 개량제 조성물의 희토류 및/또는 철 양이온은 오염물질이 개량제를 통과하는 것을 방지할 수 있고, 그렇지 않으면 오염물질은 쉽게 통과할 것이라고 여겨진다. 이와 같이, 오염물질의 양이온과의 접촉은 오염물질의 양이온과의 흡착 및/또는 반응 중 하나 이상을 유도한다.
본 개시의 공정은 주로 물, 지하수 또는 지표수로부터 오염물질을 제거하기 위해 구상되지만, 공정은 바람직하지 않은 양의 오염물질을 함유하는 임의의 수성 액체 공급물을 처리하기 위해 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 그러한 액체 공급물의 예는, 그 중에서도, 수돗물, 우물물, 빗물, 호수, 연못 및 습지로부터의 물과 같은 표층수, 농업용수, 산업 공정으로부터의 폐수, 지표수, 및 지열유체(geothermal fluids)를 포함한다.
본 개시의 이온이 결합된 토양 개량제 조성물은 액체 공급물로부터 오염물질("목표 오염물질")을 제거할 수 있다. 목표 오염물질은 인산염, 인 함유 화합물, 비소, 비소 함유 화합물, PFAS, 플루오린화물 등, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 특정 실시양태에서, 오염물질은 인산염, 인 함유 화합물, 비소, 비소 함유 화합물, PFAS, 플루오린화물, 또는 이들의 혼합물이다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 퍼플루오로알킬 물질(PFAS)은 퍼플루오로옥테인 설폰산염(PFOS), 퍼플루오로헥세인 설폰산염(PFHxS), 나피온 부산물 2(Nafion by-product 2), 플루오로텔로머 설폰산염(6:2 FTSA), 8:2 FTSA, 퍼플루오로뷰테인 설폰산염(PFBS), F-53B 등과 같은 화합물을 포함한다. 퍼플루오로알킬 물질(PFAS)은 "A guide to the PFAS found in our environment. Chemical structures and origins of per-and polyfluoroalky substances that are polluting our world", C&EN: CAS (a division of the American Chemical Society) (2020) https://cen.acs.org/sections/pfas.html에 개시된 바와 같으며, 그 내용은 그 전체가 참조로 포함된다.
본 명세서에 개시된 바와 같이, 이온이 결합된 토양 개량제 조성물은 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하는 데 유용하다. 위에서 설명된 바와 같이, 수성 스트림은 바람직하지 않은 양의 오염물질을 함유하는 음용수, 빗물, 지표수 및 지하수 수원 중 하나 이상일 수 있다. 더욱이, 수성 스트림은 우물물, (호수, 연못 및 습지로부터의 물과 같은) 표층수, 농업용수, 산업 공정으로부터의 폐수 및 지열유체를 제한 없이 포함할 수 있다.
이온이 희토류(RE) 양이온인 경우, 희토류 양이온은 세륨(Ce), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 란타넘(La), 루테튬(Lu), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 스칸듐(Sc), 터븀(Tb), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb) 및 이트륨(Y), 및 이들의 혼합물이다. 특정 실시양태에서, 희토류 양이온은 세륨(Ce), 란타넘(La), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 및 이들의 혼합물을 포함하는 경 희토류(light rare earths)이다.
특정 실시양태에서, 희토류 양이온은 세륨, 란타넘, 이트륨, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 다른 실시양태에서, 희토류 양이온은 세륨, 란타넘, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
특정 실시양태에서, 희토류 양이온은 Ce, La, 또는 Ce 및 La의 혼합물이다. 이들 실시양태에서, 미량(즉, 희토류 양이온 총 중량의 2 중량% 미만, 그리고 일부 실시양태에서 1 중량% 미만)의 다른 희토류 양이온이 포함될 수 있다. 특정 실시양태에서, 이들 희토류 양이온은 경 희토류 양이온 중 하나 이상일 수 있다. 이들 실시양태는 순수한 Ce 양이온부터 순수한 La 양이온까지 임의의 양의 Ce 및 La, 및 그 사이의 Ce 및 La의 모든 혼합물을 포함한다.
희토류 양이온 혼합물 또는 "순수한" 희토류 양이온에 대한 이러한 중량 또는 몰 퍼센트는 다른 희토류 양이온에 대한 희토류 양이온에 대한 것이고, 전체 조성물에 관한 것은 아니다.
특정 실시양태에서, 희토류 양이온은 "순수한" 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "순수한" 양이온은 포함된 모든 희토류 양이온의 총 몰에 대하여, 95몰% 이상의 해당 희토류 양이온이며, 임의의 나머지는 임의의 다른 희토류 양이온이다.
예를 들어, 순수한 세륨은 조성물 내의 모든 희토류 양이온의 총 몰에 대하여, 95% 이상 세륨 양이온이다. 순수한 란타넘은 95% 이상 란타넘 양이온이고; 순수한 네오디뮴은 95% 이상 네오디뮴 양이온이고; 순수한 이트륨은 95% 이상 이트륨 양이온; 등이다. 일부 실시양태에서 "순수한" 희토류 양이온은 포함된 모든 희토류의 총 몰에 대하여, 99% 이상의 해당 희토류 양이온이고, 임의의 나머지는 다른 희토류 양이온일 수 있다. 예를 들어, 희토류 양이온은 조성물 내의 모든 희토류 양이온의 총 몰에 대하여, 99% 이상의 세륨이거나, 모든 희토류 양이온의 총 몰에 대하여,99% 이상의 란타넘일 수 있다.
희토류 양이온은, 예를 들어, 99.9% 세륨 및 0.1% 란타넘부터 0.1% 세륨 및 99.9% 란타넘까지 포함하여, 세륨 및 란타넘의 임의의 혼합물일 수 있다.
유기 토양 개량제는 개량제를 희토류 염의 용액 또는 슬러리에 노출시킴으로써 희토류로 처리될 수 있다. 희토류 염의 용액 또는 슬러리는 전형적으로 물 내에 있다. 염은 수용성(용액 생성)이거나 수불용성(슬러리 생성)일 수 있다. 예를 들어, 가용성 희토류 염은 염화물, 질산염, 황산염, 설폰산염, 아세트산염, 및 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 불용성 희토류 염은 수산화물, 탄산염, 산화물, 및 이들의 혼합물일 수 있다. 특정 실시양태에서, 희토류 염은 염화물 염이다. 위에서 설명한 바와 같이, 이들 염의 음이온은 또한, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 조성물에 혼입될 수 있다. 조성물의 일부일 때, 음이온은 유기 토양 개량제에 결합될 수 있고/있거나 희토류 양이온과 결부된/결합된 채로 남아 있을 수 있다.
희토류 양이온이 결합된 토양 개량제의 특정 실시양태에서, 희토류 양이온은, 포함된 희토류 양이온의 총 중량을 기준으로 55.0-75.0 중량% Ce, 25.0-45.0 중량%의 La, 및 임의의 나머지는 다른 희토류 양이온인, Ce 및 La의 혼합물이다. 일 실시양태에서, 희토류 양이온은, 희토류의 총 중량을 기준으로 55.0-75.0 중량% Ce, 25.0-45.0 중량%의 La, 및 나머지 다른 희토류 양이온은 2 중량% 미만인, Ce 및 La의 혼합물이다. 특정 실시양태에서, 나머지 다른 희토류 양이온은 희토류의 총 중량을 기준으로 1 중량% 미만이다.
추가의 실시양태에서, 희토류 양이온은 포함된 희토류 양이온의 총 중량을 기준으로(미량의 다른 희토류 양이온이 있거나 없고), 59.8-70.1 중량% Ce 및 29.9-40.1 중량% La, 63.0-69.0 중량% Ce 및 30.0-36.0 중량% La, 및64.0-68.0 중량% Ce 및 31.0-35.0 중량% La일 수 있다. 특정 실시양태에서, 희토류 양이온은 59.8-70.1 중량% Ce, 29.9-40.1 중량% La, 및 임의의 나머지는 하나 이상의 다른 희토류 양이온이고, 여기서 나머지는 포함된 희토류 양이온의 총 중량을 기준으로 1 중량% 미만이다.
추가 실시양태에서, 희토류는 희토류 양이온의 총 몰을 기준으로 60.0-65.35 몰% Ce 및 30.0-40.0 몰% La이고, 임의의 나머지는 하나 이상의 다른 희토류이다.
추가 실시양태는희토류 양이온의 총 몰을 기준으로 59.8-70.1% Ce 및 29.9-40.1% La, 63.0-69.0% Ce 및 30.0-36.0% La, 및 63.0-68.0% Ce 및 31.0-35.0% La의 희토류 양이온을 포함한다(모두 임의의 나머지는 하나 이상의 다른 희토류이고, 모두 희토류 총 몰을 기준으로 한다). 특정 실시양태에서, 나머지 임의의 다른 희토류 양이온은 2% 미만 또는 1% 미만이다.
포함될 수 있는 다른 희토류 양이온은 임의의 하나 이상의 다른 희토류이다. 이들 다른 희토류 양이온은 Pr, Nd, Sm, Y, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
희토류 양이온의 실시양태는 또한 25.0-35.0% Ce 및 12.0-20.0% La를 갖는 Ce 및 La의 혼합물 및 나머지는 다른 희토류인 것을 포함한다. 이들 실시양태 중 특정 실시양태는 나머지 다른 희토류 양이온은 약 45% 이상 또는 약 50% 이상이다. 나머지는 단일의 희토류 또는 (Ce 및 La가 아닌) 희토류 양이온의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 다른 희토류 양이온은 약 50% Y, 또는 약 50% Sm, 또는 약 35% Sm 및 약 25% Y의 혼합물일 수 있다.
달리 명시되지 않는 한 본 설명의 목적을 위해, 다른 희토류 양이온에 대한 희토류 양이온의 %는 조성물 내의모든 희토류 양이온의 총 물에 대한 희토류 양이온의 mol%이고, 희토류가 염 형태로부터의 음이온과 배위결합된 채로 남아있으면 임의의 음이온(염화이온 또는 질산이온과 같은)은 고려하지 않는다. 희토류 내에서 발견되는 일반 불순물은 본 명세서에 활용되는 바와 같이 나트륨, 철, 납, 및 우라늄을 포함한다.
전체 조성물과 관련하여, 물 처리용 조성물을 유기 토양 개량제 및 토양 개량제에 결합된 이온(희토류 양이온, 철 양이온, 또는 이들의 혼합물)을 포함한다. 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량% 양이온을 포함한다. 특정 실시양태에서 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 40 중량% 양이온을 포함한다. 특정 실시양태에서 이들 양이온은 희토류 양이온이다. 다른 실시양태에서 이들 양이온은 철 양이온이다. 이들은 조성물 내의 임의의 잔류 물을 고려하지 않고, 조성물의 총 중량을 기준으로 한 중량 퍼센트이다. 일부 실시양태에서, 조성물은 물이 없거나 최소한이 되도록 건조하거나 건조될 수 있고, 다른 실시양태에서 조성물은 상당량의 잔류 물을 포함하여, 잔류 물을 함유할 수 있다. 예를 들어 조성물이 유기 토앙 개량제로서 고흡수성 중합체를 포함하는 경우, 이들 고흡수성 중합체는 다량의 물을 흡수할 수 있다.
음이온을 더 포함하는 실시양태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량% 음이온을 포함한다. 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량% 음이온을 포함한다. 이들은 조성물 내의 임의의 잔류 물을 고려하지 않고, 조성물의 총 중량을 기준으로 한 중량 퍼센트이다. 특정 실시양태에서 이들 음이온은 염화이온, 질산이온, 황산이온, 설폰산이온, 아세트산이온, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
조성물의 유기 개량제는 SAPs일 수 있다. SAPs는 다량의 물을 흡수할 수 있는 강한 친수성기를 갖는 고분자 물질이다. SAPs는 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아마이드, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 SAPs, 특히 폴리아크릴레이트 및 폴리비닐알코올은, (철 양이온, 희토류 양이온, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는) 이온이 결합된 개량제(SAPs)를 포함하는 조성물을 제공하기 위해 본 명세서에 기술된 바와 같이 희토류 염 및/또는 철 염으로 처리 전에는 일반적으로 나트륨 염이다. 이들 실시양태에서 모든 나트륨 이온의 적어도 일부가 희토류 양이온(또는 철 양이온)으로 대체된다. 특정 실시양태에서 나트륨 양이온의 일부는 조성물에 남아 있다.
유기 토양 개량제로 SAPs를 포함하는 조성물에서, 조성물은 또한 희토류 양이온(또는 철 양이온)을 침전시키기 위해 사용된 염의 음이온을 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 조성물은 선택적으로 SAP로부터의 하나 이상의 나트륨 양이온 및 희토류 양이온(또는 철 양이온)을 침전시키기 위해 사용된 염으로부터의 음이온을 더 포함할 수 있다. 따라서 이들 조성물은 나트륨, 염화이온, 질산이온, 황산이온, 설폰산이온, 탄산이온, 수산화이온, 산화이온, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 이온을 더 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 조성물은 유기 토양 개량제로 폴리아크릴레이트 및 이에 결합된 희토류(RE) 양이온을 포함할 수 있다. 이들 실시양태에서 조성물은 화학식: REx(acrylate)yClz 일 수 있으며, 여기서 x는 약 0.002 내지 약 1, y는 약 1, 및 z는 약 0.0008 내지 약 2이다. 특정 실시양태에서 x는 약0.3, y는 약 1, 및 z는 약 0.085이다. 이 화학식에서 (아크릴레이트)는 폴리아크릴레이트의 단량체 단위(C3H3O2)이다.
이들 조성물에서 Na 폴리아크릴레이트 출발 물질로부터의 모든 Na의 대부분은 제거되고, 희토류로 대체되며, 희토류 염 용액(및 철 염 용액)이 산성이기 때문에 일부 소량의 Na 및/또는 H가 아크릴레이트에 남아있을 가능성이 있다. 이와 같이 희토류 양이온은 가능한 한 많은 Na를 대체하고, 임의의 초과는 전하 균형을 맞추기 위해 H이며, 일부 소량의 잔류 Na가 있을 가능성이 있다고 여겨진다. 위의 화학식에서 y는 일정하게 유지하면서 x가 증가할수록 z도 (대략 서로 선형으로) 증가한다고 여겨진다. 가장 높은 x:y 비율은 대략 1:1일 것이고, 가장 높은 x:y:z 비율은 대략 1:1:2일 것이다. 가장 낮은 x:y:x 비율은 대략 0.002:1:0.0008일 것이다.
다른 실시양태에서, 조성물은 유기 토양 개량제로 폴리아크릴레이트 및 이에 결합된 철 양이온을 포함할 수 있다. 이들 실시양태에서 조성물은 화학식: Fex(acrylate)yClz 일 수 있으며, 여기서 x는 약 0.002 내지 약 1, y는 약 1, 및 z는 약 0.0008 내지 약 2이다. 특정 실시양태에서 x는 약0.4, y는 약 1, 및 z는 약 0.015이다. 이 화학식에서 (아크릴레이트)는 폴리아크릴레이트의 단량체 단위(C3H3O2)이다. 이 실시양태에서, 아크릴레이트에 비해 더 많은 Fe가 포함되는 것은 더 작은 양이온이기 때문이고, Cl이 더 낮은 것은 아크릴레이트가 더 쉽게 둘러쌀 수 있어 Cl이 혼입될 공간이 줄어들기 때문이다. 가장 높은 x:y 비율은 대략 1:1일 것이고, 가장 높은 x:y:z 비율은 대략 1:1:2일 것이다. 가장 낮은 x:y:x 비율은 대략 0.002:1:0.0008일 것이다.
유기 토양 개량제로 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 조성물에서, 조성물은 또한 희토류 양이온(또는 철 양이온)을 침전시키기 위해 사용된 염의 음이온을 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 조성물은 선택적으로 나트륨, 염화이온, 질산이온, 황산이온, 설폰산이온, 탄산이온, 수산화이온, 산화이온, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 이온을 더 포함할 수 있다.
물 처리용 조성물의 제조방법
본 명세서에 개시된 바와 같이 물 처리용 조성물을 제조하는 방법은 유기 개량제를 선택하거나 제공하는 단계, 그 다음 개량제를 상당량의 희노류 염, 철 염, 또는 이들의 혼합물로 처리하여 희토류 양이온, 철 양이온 또는 이들의 혼합물이 결합된 유기 개량제를 제공하는 단계를 포함한다. 개량제는 개량제를 희토류 염, 철 염, 또는 이들의 혼합물의 용액 또는 슬러리와 접촉함으로써 처리될 수 있다. 선택적으로 염의 음이온은 조성물에 혼입될 수 있다.
이와 같이, 본 명세서는 토양 개량에게 결합된 이온을 갖는 유기 개량제를 포함하는 이들 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 유기 토양 개량제를 제공하는 단계; 및 유기 토양 개량제를 물 속의 상당량의 희토류 염, 철 염, 또는 이들의 혼합물과 접촉시켜 토양 개량제에 결합된 양이온을 갖는 유기 토양 개량제를 포함하는 조성물을 제공하는 단계;를 포함하고, 여기서 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 양이온을 포함하고, 여기서 양이온은 희토류 양이온, 철 양이온, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 조성물의 총 중량을 기준으로 한 양이온의 중량 퍼센트는 조성물에 내의 임의의 잔류 물을 고려하지 않은 것이다. 특정 실시양태에서 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 40 중량% 양이온을 포함한다.
특정 실시양태에서, 선택적으로 염의 음이온은 또한 조성물에 혼입될 수 있다. 이들 실시양태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량% 음이온을 더 포함할 수 있다. 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량% 음이온을 더 포함할 수 있다. 조성물의 총 중량을 기준으로 한 양이온의 중량 퍼센트는 조성물 내의 임의의 잔류 물을 고려하지 않은 것이다.
특정 실시양태에서, 이들 조성물을 제조하는 방법은 고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 토양 개량제를 제공하는 단계; 및 유기 토양 개량제를 물 속의 상당량의 희토류 염, 철 염, 또는 이들의 혼합물과 접촉시켜 토양 개량제에 결합된 양이온을 갖는 유기 토양 개량제를 포함하는 조성물을 제공하는 단계;를 포함하고, 여기서 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 양이온을 포함한다. 특정 실시양태에서, 염은 희토류 염이고 양이온은 희토류 양이온이다. 다른 실시양태에서 염은 철 염이고 양이온은 철 양이온이다. 특정 실시양태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 40 중량% 양이온을 포함한다. 조성물의 총 중량을 기준으로 한 양이온의 중량 퍼센트는 조성물 내의 임의의 잔류 물을 고려하지 않은 것이다.
선택적으로, 희토류 및/또는 철의 혼입을 위해 사용된 염의 음이온은 또한 조성물에 혼입될 수 있다. 음이온을 더 포함하는 실시양태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량% 음이온을 포함한다. 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량% 음이온을 포함한다. 조성물의 총 중량을 기준으로 한 양이온의 중량 퍼센트는 조성물 내의 임의의 잔류 물을 고려하지 않은 것이다.
방법의 특정 실시양태에서, 방법은 토양 개량제에 결합된 이온을 갖는 유기 토양 개량제를 포함하는 조성물을 건조하는 단계를 추가로 포함한다. 조성물은 약 40℃ 내지 약 100℃의 온도에서, 더 전형적으로는 약 40℃ 내지 약 75℃의 온도에서 건조될 수 있다. 유기 토양 개량제가 믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터로 이루어진 군으로부터 선택되는 실시양태에서, 건조하는 단계가 바람직하다.
일반적으로, 선택되는 유기 토양 개량제는 유기 토양 개량제를 희토류 또는 철을 함유하는 용액 또는 슬러리에 노출 또는 접촉시킴으로써 처리된다. 희토류 또는 철을 함유하는 이 용액 또는 슬러리는 물 내의 희토류 또는 철 염으로부터 형성된다. 희토류 또는 철 염은 가용성 염(용액 생성) 또는 액체 내에 현탁된 불용성 염(슬러리 생성)일 수 있다. 가용성 염은 염화물, 황산염, 설폰산염, 질산염, 아세트산염, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 불용성 염은 탄산염, 수산화물, 산화물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 용액 또는 슬러리의 액체는 물이다. 특정 실시양태에서, 염은 희토류 염화물이고, 수성 용액이다.
유기 토양 개량제가 희토류 또는 철 염 용액 또는 슬러리와 접촉된 후, 양이온은 본 명세서에 개시된 바와 같이 물 처리용 조성물을 제공하는 유기 토양 개량제에 결합된다. 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서, 염의 음이온은 또한 물 처리용 조성물에 혼입된다.
희토류 염화물 용액으로 조성물을 제조하는 실시양태에서, 용액은 CeCl3, LaCl3 또는 CeCl3 및 LaCl3의 혼합물로부터 선택되는 희토류 염화물 염일 수 있다. 희토류 염화물 염은 본 명세서에 기술된 바와 같은 Ce 대 La 비율을 갖는 희토류 양이온을 제공한다.
희토류 염화물 염이 Ce 및 La의 혼합물이고 나머지(있는 경우)는 다른 희토류 원소의 염화물 염인 실시양태에서, 다른 희토류 원소는 임의의 하나 이상의 다른 희토류 원소일 수 있다. 이들 다른 희토류 원소는 Pr, Nd, Sm, Y, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
일 실시양태에서, 희토류 염은 수화된 결정 형태(예를 들어, RECl3 ·xH2O(여기서, x는 1 내지 8)로 제공될 수 있다.
특정 실시양태에서, 개량제를 제조하기 위해 사용된 희토류 염화물은 CeCl3, LaCl3, 또는 CeCl3 및 LaCl3의 혼합물이며, 모두 전체 희토류를 기준으로 2% 미만의 다른 희토류 원소의 염화물 염을 갖는다. 그리고 특정 실시양태에서, 개량제를 제조하기 위해 사용된 희토류 염화물은 CeCl3, LaCl3, 또는 CeCl3 및 LaCl3의 혼합물이며, 2% 미만의 다른 희토류 원소의 염화물 염을 갖는다. 이들 실시양태는 순수한 CeCl3에서 순수한 LaCl3까지 임의의 양의 Ce 및 La 및 그 사이의 Ce 및 La의 모든 혼합물을 포함한다.
본 명세서에서 활용되는 바와 같이 희토류 염에서 발견되는 일반 불순물은 나트륨, 철, 납 및 우라늄을 포함한다. 특정 실시양태에서, 희토류 염 용액 또는 슬러리는 대략 10 g/L 미만의 이들 일반 불순물을 함유한다. 희토류 염 용액 또는 슬러리는 대략 9 g/L 미만의 나트륨, 대략 20 mg/L 미만의 철, 대략 3 mg/L 미만의 납, 및 대략 1 mg/L 미만의 우라늄을 포함할 수 있다.
사용된 희토류 염화물 용액의 농도는 약 0.01 mol/L 내지 약 3.0 mol/L 희토류일 수 있다. 특정 실시양태에서, 사용된 염화물 희토류 용액의 농도는 약 2.0 mol/L 내지 약 3.0 mol/L 희토류일 수 있다.
유기 토양 개량제가 SAP인 물 처리용 조성물을 제조하는 방법의 특정 실시양태에서, 방법은 SAP를 적시는 단계, 물에 용해 또는 슬러리화된 상당량의 희토류 염으로 처리하는 단계, 생성된 고체를 여과, 세척 및 건조하는 단계를 포함한다. 생성된 고체는 희토류 양이온이 결합된 SAP를 포함하는 개량제이다.
이들 SAPs는 희토류 양이온이 결합된 SAPs를 포함하는 조성물을 제공하기 위해 희토류 양이온으로 처리 전에는 일반적으로 나트륨 염이다. 이들 실시양태에서, 모든 나트륨 이온의 적어도 일부가 희토류 양이온으로 대체된다. 이와 같이 이들 조성물은 나트륨 양이온을 더 포함할 수 있다. 유기 토양 개량제로 SAPs를 포함하는 이들 조성물에서, 조성물은 또한 희토류 양이온을 침전시키기 위해 사용된 염의 음이온을 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 조성물은 선택적으로 SAP로부터의 하나 이상의 나트륨 양이온 및 희토류 양이온을 침전시키기 위해 사용된 염으로부터의 음이온을 더 포함할 수 있다. 따라서 이들 조성물은 나트륨 양이온, 염화 음이온, 질산 음이온, 황산 음이온, 설폰산 음이온, 탄산 음이온, 수산화 음이온, 산화 음이온, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 이온을 더 포함할 수 있다.
유기 토양 개량제가 철 이온을 갖는 SAP인 물 처리용 조성물을 제조하는 방법의 다른 실시양태에서, 방법은 SAP를 적시는 단계, 물에 용해 또는 슬러리화된 상당량의 철 염으로 처리하는 단계, 생성된 고체를 여과, 세척 및 건조하는 단계를 포함한다. 생성된 고체는 철 양이온이 결합된 개량제이다.
이들 SAPs는 철 양이온이 결합된 SAPs를 포함하는 조성물을 제공하기 위해 철 양이온으로 처리 전에는 일반적으로 나트륨 염이다. 이들 실시양태에서, 모든 나트륨 양이온의 적어도 일부가 철 양이온으로 대체된다. 이와 같이 이들 조성물은 나트륨 양이온을 더 포함할 수 있다. 유기 토양 개량제로 SAPs를 포함하는 이들 조성물에서, 조성물은 또한 철 양이온을 침전시키기 위해 사용된 염의 음이온을 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 조성물은 선택적으로 SAP로부터의 하나 이상의 나트륨 양이온 및 철을 침전시키기 위해 사용된 염으로부터의 음이온을 더 포함할 수 있다.
이들 SAP 토양 개량제 조성물을 제조하는 방법에서, 방법은 이온이 결합된 SAP 유기 토양 개량제를 포함하는 조성물을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 조성물은 약 25℃ 내지 약 100℃의 온도, 전형적으로는 약 40℃ 내지 약 100℃의 온도, 더 전형적으로는 약 40℃ 내지 약 75℃의 온도에서 건조될 수 있다.
개량제가 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물을 제조하는 방법에서, 방법은 개량제를 희토류 염 용액 또는 슬러리(또는 철 염 용액 또는 슬러리)에 노출시키는 단계, 생성된 고체를 여과, 세척 및 건조하는 단계를 포함한다. 생성된 고체 조성물은 희토류(또는 철) 양이온이 결합된 유기 개량제이다. 조성물은 약 25℃ 내지 약 100℃의 온도, 전형적으로 약 40℃ 내지 약 100℃의 온도, 더 전형적으로 약 40℃ 내지 약 75℃의 온도에서 건조된다.
유기 개량제를 희토류 또는 철 염 용액 또는 슬러리에 노출시키거나 접촉시키는 단계에서, 혼합물은 교반, 가열, 여과, 증발에 의해 농축되고 주위 압력 또는 감압에서 증발에 의해 건조된 다음 선택적으로 높은 온도에서 추가로 건조될 수 있다. 교반, 가열, 또는 건조 시간은 약 30초부터 5일까지 다양할 수 있다. 가열 단계를 갖는 실시양태에서, 이는 전형적으로 약 40℃ 내지 약 100℃의 온도, 더 전형적으로 약 50℃ 내지 약 70℃의 온도에서이다. 특정 실시양태에서, 교반 시간은 대략 15-30분이다. 특정 실시양태에서, 가열 시간은 대략 15-30분이다. 특정 실시양태에서, 건조 시간은 대략 30분 내지 12시간이다.
유기 토양 개량제 및 희토류 양이온, 철 양이온, 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 여기서 양이온은 토양 개량제에 결합된 것인 물 처리용 조성물은 그 다음 수성 혼합물을 처리하여 오염물질을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 유기 토양 개량제는 SAP일 수 있고, 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서, SAP는 폴리아크릴레이트일 수 있다. 유기 토양 개량제로 폴리아크릴레이트를 갖는 특정 실시양태에서, 조성물은 폴리아크릴레이트로부터의 하나 이상의 나트륨 양이온 및 희토류 또는 철 양이온을 침전시키기 위해 사용되는 염으로부터의 음이온을 추가로 혼입한다.
다른 실시양태에서, 토양 개량제는 휴믹 물질일 수 있다. 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서, 휴믹 물질은 휴믹산일 수 있고, 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서, 휴믹 물질 또는 휴믹산은 잘게 파쇄된 소나무 껍질로부터 생성될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 이들 방법은 (a) 고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 토양 개량제 및 (b) 희토류 양이온, 철 양이온, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 물 처리용 조성물을 제조하며, 여기서 양이온은 토양 개량제에 결합되고 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량% 양이온을 포함한다. 특정 실시양태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 40 중량% 양이온을 포함한다. 조성물의 총 중량을 기준으로 한 양이온의 중량 퍼센트는 조성물 내의 임의의 잔류 물을 고려하지 않은 것이다. 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서, 양이온은 희토류 양이온이다.
조성물은 희토류 이온을 침전시키기 위해 사용된 염의 음이온을 추가로 혼입할 수 있다. 음이온을 더 포함하는 실시양태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량% 음이온을 더 포함한다. 이들 실시양태 중 특정 실시양태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량% 음이온을 포함한다. 조성물의 총 중량을 기준으로 한 양이온의 중량 퍼센트는 조성물 내의 임의의 잔류 물을 고려하지 않은 것이다.
물 처리용 조성물의 사용방법
본 출원은 (a) 유기 토양 개량제 및 (b) 희토류 양이온, 철 양이온 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 양이온을 포함하는 조성물로 오염된 물을 처리하는 방법에 관한 것으로, 여기서 양이온은 토양 개량제에 결합되고, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량% 양이온을 포함한다. 특정 실시양태에서, 양이온은 희토류 양이온이고, 다른 실시양태에서, 양이온은 철 양이온이다. 특정 실시양태에서, 유기 토양 개량제는 SAPs, 휴믹산, 휴믹산염 및 휴믹산 에스터로 이루어진 군으로부터 선택된다. 조성물의 총 중량을 기준으로 한 양이온의 중량 퍼센트는 조성물 내의 임의의 잔류 물을 고려하지 않은 것이다.
어떤 이론에도 얽매이는 것을 원하지 않지만, 본 명세서에 개시된 바와 같이 조성물의 유기 토양 개량제에 결합된 양이온과 접촉함으로써 수성 스트림 내의 오염물질은 제거된다고 여겨진다. 유기 토양 개량제에 결합된 양이온과의 수성 스트림의 오염물질의 접촉은 오염물질의 양이온과의 흡착 및/또는 반응 중 하나 이상을 유도한다. 이와 같이, 오염된 수성 스트림 내의 일부, 대부분, 또는 모든 오염물질은 유기 토양 개량제 조성물에 결합된 양이온과 접촉함으로써 수성 스트림/공급물로부터 제거된다.
본 명세서에 개시된 바와 같이 오염된 물을 처리하기 위한 조성물의 사용은 물 처리 방법 효율적인 작동을 가능하게 하고, 처리 전의 물에 비하여 감소된 오염물질 농도를 갖는 유출물/처리된 스트림을 제공한다.
수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하는 방법은 (i) 제1 오염물질 농도를 갖는 수성 스트림을 (a) 유기 토양 개량제 및 (b) 희토류 양이온, 철 양이온, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 양이온을 포함하며, 여기서 양이온은 토양 개량제에 결합되고, 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량% 양이온을 포함하는 조성물과 접촉시키는 단계; (ii) 조성물과 수성 스트림의 접촉에 의해 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하는 단계; 및 (iii) 제1 오염물질 농도 미만의 제2 오염물질 농도를 갖는 수성 스트림을 제공하는 단계;를 포함한다.
본 명세서에 기술된 바와 같이 방법에서, 오염물질은 인산염, 인 함유 화합물, 비소, 비소 함유 화합물, PFAS, 플루오린화물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 실시양태에서, 오염물질을 제거하기 위해 물을 처리하는 방법은 제1 농도의 하나 이상의 바람직하지 않은 오염물질을 함유하는 물 스트림을 본 명세서에 기술된 바와 같이 유기 토양 개량제에 결합된 희토류 양이온을 갖는 상당량의 조성물을 통과시키는 단계 및 제1 농도 미만의 농도의 하나 이상의 바람직하지 않은 오염물질을 함유하는 처리된 물 스트림을 얻는 단계를 포함한다. 다른 실시양태에서 유기 토양 개량제는 결합된 철 양이온을 갖는다.
특정 실시양태에서, 이들 방법은 오염물질의 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 85%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%, 또는 적어도 약 99%를 제거한다. 가장 효율적인 실시양태에서, 오염물질은 적어도 약 90% 또는 검출 한계까지 제거된다. 일부 실시양태에서, 오염물질은 검출 불가능한 수준까지 제거될 수 있다. 제거된 오염물질은 인산염, 인 함유 화합물, 비소, 비소 함유 화합물, PFAS, 플루오린화물, 또는 이들의 혼합물이다.
오염물질을 제거하기 위해 물을 처리하는 방법은 선택적으로 제거될 오염물질의 목표 수준을 설정하는 단계 및/또는 오염물질에 대해 처리된 스트림/유출물을 모니터링하는 단계 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 방법은 추가적으로 일정 시간 후 또는 처리된 스트림/유출물 내 오염물질 수준이 설정된 목표 이상으로(또는 초과로) 증가하거나, 일반적으로 증가한 후에 이온이 결합된 유기 토양 개량제를 포함하는 조성물을 교체하거나 재생하는 단계를 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 물 스트림으로부터 제거될 오염물질은 인산염, 인 함유 화합물, 및 이들의 혼합물이다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 조성물을 통과시킴으로써 물을 처리하는 것은 물 공급물에 비하여 감소된 인 농도를 갖는 처리된 스트림/유출물을 제공한다. 인산염 및 인 함유 화합물은 처리된 스트림 내 인 농도에 의해 모니터링된다. 처리된 스트림은 목표 인 농도와 같거나 더 낮은 인 농도를 가질 수 있다. 이와 같이, 방법은 목표 인 농도를 설정하는 단계 및/또는 인에 대해 처리된 스트림/유출물을 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 물 스트림으로부터 제거될 오염물질은 비소, 비소 함유 화합물, 및 이들의 혼합물이다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 조성물을 통과시킴으로써 물을 처리하는 것은 물 공급물에 비하여 감소된 비소 농도를 갖는 처리된 스트림/유출물을 제공한다. 처리된 스트림은 목표 비소 농도와 같거나 더 낮은 비소 농도를 가질 수 있다. 이와 같이, 방법은 목표 비소 농도를 설정하는 단계 및/또는 비소에 대해 처리된 스트림/유출물을 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 물 스트림으로부터 제거될 오염물질은 PFAS 이다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 조성물을 통과시킴으로써 물을 처리하는 것은 물 공급물에 비하여 감소된 PFAS 농도를 갖는 처리된 스트림/유출물을 제공한다. 처리된 스트림은 목표 PFAS 농도와 같거나 더 낮은 비소 농도를 가질 수 있다. 이와 같이, 방법은 목표 PFAS 농도를 설정하는 단계 및/또는 PFAS에 대해 처리된 스트림/유출물을 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 물 스트림으로부터 제거될 오염물질은 플루오린화물이다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 조성물을 통과시킴으로써 물을 처리하는 것은 물 공급물에 비하여 감소된 플루오린화물 농도를 갖는 처리된 스트림/유출물을 제공한다. 처리된 스트림은 목표 플루오린화물 농도와 같거나 더 낮은 비소 농도를 가질 수 있다. 이와 같이, 방법은 목표 플루오린화물 농도를 설정하는 단계 및/또는 플루오린화물에 대해 처리된 스트림/유출물을 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이 조성물을 통과한 후의 처리된 스트림/유출물 내의 오염물질 농도는 대략 검출 한계이거나 검출 한계에서 (목표 농도로서) 설정될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 조성물을 통과한 후의 오염물질 농도는 또한 EPA 지침, 표준, 또는 규정에 기반한 목표 농도로 설정될 수 있다. 그 다음 처리 후의 처리된 스트림/유출물 내 실제(또는 측정된) 오염물질 농도는 이 목표 농도와 같거나 더 낮을 수 있다.
목표 농도는 또한 공급물 내 농도 대비 유출물(처리된 수성 스트림) 내의 오염물질의 퍼센트 감소로서 설정될 수 있다. 특정 실시양태에서, 오염물질의 유출물 농도는 공급물 농도보다 0.5% 내지 약 100% 작을 수 있다. 특정 실시양태에서, 오염물질의 유출물 농도는 공급물 농도보다 약 5% 내지 약 50% 작다.
일부 실시양태에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 조성물을 포함하는 물질은 구조물 내에 포함되어, 수성 공급물이 물 처리용 조성물을 포함하는 구조물을 통하여 흐를 수 있다. 물처리 조성물은 물이 흐르는 전체 구조 내의 더 작은 구조물에 포함될 수 있다. 더 작은 구조물 내인 경우, 본 명세서에 기술된 바와 같은 물 처리 조성물 시간이 지남에 따라 오염물질 제거에 덜 효과적이게 되면, 유기 토양 개량제 조성물은 포함되는 전체 구조를 방해하지 않고 교체 또는 재생될 수 있다. 이와 같이, 이온이 결합된 토양 개량제 조성물을 포함하는 더 작은 구조물은 전체 구조의 입구에 가깝거나 출구에 가까워, 수성 공급물이 이를 통하여 흐를 수 있다.
이들 실시양태에서, 방법은 오염물질에 대한 목표 농도를 설정하는 단계; 처리된 스트림 내 오염물질 농도를 모니터링하는 단계 및/또는 오염물질의 농도가 목표 농도 이상으로(또는 초과로) 증가하면 본 명세서에 기술된 바와 같은 토양 개량제 조성물을 교체 또는 재생하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이들 실시양태에서, 조성물의 교체 또는 재생은 본 명세서에 기술된 바와 같은 희토류 및/또는 철 염 용액/슬러리로 유기 토양 개량제를 처리하는 단계를 포함한다. 이와 같이, 유기 토양 개량제는 물 내의 희토류(또는 철) 염과 접촉된다.
일부 실시양태에서, 오염물질-함유 수성 스트림은 온도 및 압력, 보통 주위 온도 및 압력에서 용기(vessel) 내로 입구를 통해 통과되어, 오염물질-함유 수성 스트림의 물은 액체 상태로 유지된다. 이러한 용기에서 오염물질-함유 수성 스트림은 본 명세서에 기술된 바와 같은 토양 개량제 조성물과 접촉된다. 오염물질-함유 수성 스트림과 토양 개량제 조성물의 접촉은 양 개량제 조성물의 양이온, 특히 희토류 양이온 및/또는 철 양이온과의 오염물질의 토흡착 및/또는 반응 중 하나 이상을 유도한다. 오염물질과의 토양 개량제 조성물의 양이온의 흡착 및/또는 반응 중 하나 이상은 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거한다.
일부 실시양태에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 물 처리용 조성물은 폴리우레탄 폼 또는 폴리에틸렌과 같은 지지 물질 상에 침전될 수 있다. 더 나아가, 물 처리용 조성물은 지지 물질의 외부 및/또는 내부 중 하나 이상의 표면 상에 침전될 수 있다. 해당 분야의 통상의 기술자는 일반적으로 지지 물질의 내부 표면을 기공으로 지칭한다는 것을 인지할 수 있다. 조성물은 바인더를 사용하거나 사용하지 않고 지지 물질 상에 지지될 수 있다. 일부 실시양태에서, 조성물은 슬러리 퇴적과 같은 임의의 통상적인 기술을 사용하여 지지 물질에 적용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 물 처리용 조성물은 오염물질-함유 수성 스트림과 함께 슬러리화된다. 물 처리용 조성물 및 오염물질-함유 수성 스트림은 이들이 슬러리화될 때 접촉된다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 이론에도 얽매이는 것을 원하지 않지만, 대부분 또는 전부는 아니지만, 수성 스트림에 포함된 오염물질의 일부는 토양 개량 조성물과 오염물질-함유 수성 스트림의 슬러리화 및/또는 접촉에 의해 수성 스트림으로부터 제거된다고 여겨진다. 토양 개량제 조성물과 오염물질-함유 수성 스트림의 슬러리화 및/또는 접촉에 이어, 슬러리는 임의의 공지된 고체 액체 분리 방법에 의해 여과된다. 선택적으로, 여과되고 처리된 수성 스트림은 오염물질에 대해 모니터링될 수 있다. 여과되고 처리된 수성 스트림은 목표 농도와 동일하거나 더 작은 오염물질 농도를 가질 수 있다.
용어 "일부"는 수성 스트림에 함유된 오염물질의 약 10% 내지 약 50%를 제거하는 것을 지칭한다. 보다 일반적으로, 용어 "일부"는 수성 스트림에 포함된 오염물질의 약 10%, 약 20%, 약 30%, 또는 약 40%를 제거하는 것 중 하나 이상을 지칭한다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 방법은 목표 오염물질의 적어도 일부를 제거한다.
용어 "대부분"은 수성 스트림에 포함된 오염물질의 약 50% 내지 약 90%를 제거하는 것을 지칭한다. 보다 일반적으로, 용어 "대부분"은 수성 스트림에 포함된 오염물질의 약 60%, 약 70%, 또는 약 90%를 제거하는 것을 지칭한다. 통상적으로, 본 명세서에 기술된 바와 같은 방법은 목표 오염물질의 대부분을 제거한다.
용어 "전부"는 수성 스트림에 포함된 오염물질의 약 90% 내지 약 100%를 제거하는 것을 지칭한다. 보다 일반적으로, 용어 "전부"는 수성 스트림에 포함된 오염물질의 98%, 99% 또는 99.5% 초과를 제거하는 것 또는 99.9%를 제거하는 것을 지칭한다. 특정 실시양태에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 방법은 목표 오염물질의 전부를 제거한다.
특정 실시양태에서, 이러한 방법들은 수성에 포함된 오염물질의 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 85%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%, 또는 적어도 약 99%를 제거한다. 효율적인 실시양태들에서, 오염물질은 적어도 약 95%가 제거된다.
일부 실시양태에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 물 처리용 조성물은 고정층의 형태로 되어 있다. 더욱이, 조성물의 고정층은 통상적으로 입자 형태의 조성물로 구성된다. 이들 입자는 최소의 배압으로 수성 액체에 대한 토양 개량제 입자 표면적의 최대 및 수성 액체의 흐름을 노출시키는 임의의 형태 및/또는 형태를 가질 수 있다. 다만, 원하는 경우, 토양 개량제 입자는 비드, 압출물, 다공성 고분자 구조체 또는 모노리트와 같은 형상체의 형태일 수 있다. 일부 실시양태에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 토양 개량제 조성물은 이러한 비드, 압출물, 다공성 고분자 구조체 또는 모노리트 지지체 상에 층 및/또는 코팅으로서 지지될 수 있다.
일부 실시양태에서, 토양 개량제 조성물은 전체 고정층 내의 더 작은 구조 내에 포함되어 있어서, 원하는 경우 또는 필요한 경우 일정 기간 후에 제거되고 재생/교체될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 처리된 스트림 내의 오염물질 농도가 목표 농도 이상이거나 또는 측정 가능하게 증가하기 시작할 때 처리된 스트림 내의 오염물질 농도가 모니터링되고 토양 개량제 조성물이 제거되고 재생/교체될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 물 처리용 조성물의 오염물질-함유 수성 스트림과의 접촉은 통상적으로 약 4 내지 약 100 도씨, 보다 통상적으로 약 5 내지 약 40 도씨의 온도에서 발생한다. 특정 실시양태에서, 접촉은 주위 온도(약 18 내지 약 25 도씨)에서 발생한다. 게다가, 토양 개량제 조성물의 오염물질-함유 스트림과의 접촉은 통상적으로 약 pH 1 내지 약 pH 11, 보다 일반적으로 약 pH 3 내지 약 pH 9의 pH에서 발생한다.
토양 개량제 조성물과 오염물질 함유 수성 스트림의 접촉은 일반적으로 약 30초 이상 내지 약 5일의 기간에 걸쳐 발생하며, 일반적으로 약 30초 내지 약 24시간, 보다 일반적으로 약 30초 내지 약 5시간의 기간에 걸쳐 발생한다. 접촉 시간의 증가와 함께 오염물질의 제거가 증가될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 조성물에 의한 오염된 물의 처리는 오염된 물이 이온이 결합된 토양 개량제 조성물을 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 그렇게 함으로써, 토양 개량 조성물을 통해 물을 밀어내기 위해 일부 압력이 생성될 수 있다. 다른 실시양태에서, 물은 토양 개량제 조성물을 통해 자유롭게 흐른다.
도 1은 물을 처리하고 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하기 위한 조성물을 사용하는 일반적인 흐름도를 나타낸다. 방법(100)에서, 처리될 수성 스트림은 오염된 빗물 및/또는 지표수(102)이다. 오염물질은 인산염, 인 함유 화합물, 비소, 비소 함유 화합물, PFAS, 플루오린화물, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 오염된 수성 스트림은 양이온이 결합된 유기 토양 개량제를 함유하는 본 명세서에 기술된 바와 같은 조성물과 접촉된다(104). 수성 스트림을 본 명세서에 기술된 바와 같은 조성물과 접촉시키면 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거한다(106). 수성 스트림 내의 오염물질은 유기 토양 개량제에 결합된 양이온과 접촉함으로써 제거되는 것으로 여겨진다. 이와 같이, 오염물질을 유기 토양 개량제에 결합된 양이온과 접촉시키면 양이온과 오염물질의 흡착 및/또는 반응 중 하나 이상이 유도되는 것으로 여겨진다. 그 다음, 오염물질 농도가 초기 처리될 수성 스트림의 오염물질 농도 미만인 수성 스트림을 제공한다(108). 본 방법은 오염물질의 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 85%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%, 또는 적어도 약 99%를 제거할 수 있다. 가장 효율적인 실시양태에서, 오염물질은 적어도 약 90% 또는 검출 한계까지 제거된다. 일부 실시양태에서, 오염물질은 검출 불가능한 수준까지 제거될 수 있다.
물을 선택적으로 처리하는 방법은 오염된 수성 스트림으로부터 제거될 오염물질의 목표 레벨을 설정하는 단계 및/또는 오염물질의 수준에 대해 감소된 오염물질 농도를 갖는 제공된 수성 스트림을 모니터링하는 단계 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 추가로, 일정 시간 후 또는 처리된 수성 스트림의 오염물질 수준이 설정된 목표 이상으로(또는 초과로) 증가하거나 일반적으로 증가하는 경우 이온이 결합된 유기 토양 개량제를 교체 또는 재생하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예
하기 실시예는 본 발명의 희토류 함유 토양 개량제 조성물 및 방법을 보다 상세하게 설명하기 위해 제공되며, 발명의 범위는 어떤 방식으로도 이에 의해 제한되지 않는다.
실시예 1
세륨/란타넘 폴리아크릴레이트 조성물은 하기 방법으로 제조된다. 3.0 g의 나트륨 폴리아크릴레이트 분말(C3H3NaO2, FW 93.96 g/mol)을 1400ml DI 물에 현탁하고 교반하였다. 20분 후 나트륨 폴리아크릴레이트가 완전히 수화되어 슬러리에서 거의 보이지 않았다. 그 다음 4.0 ml의 2.6 mol/L 희토류 염화물 용액을 첨가하였다. 여기서 희토류는 Ce 및 La의 대략 2:1 비율의 혼합물이다. 거의 순간적으로 흰색 침전물이 형성된다. 슬러리를 추가로 2시간 동안 교반하였다. 그 다음 고체를 정성 종이 필터(11 미크론 공극성)를 통해 중력에 의하여 여과하였다. 고체를 새로운 DI 물에 다시 슬러리화하고, 세척수의 TDS 전도도 측정 시험이 100 ppm 미만일 때까지 반복적으로 여과하였다. 그 다음 고체를 몇 시간 동안 공기 건조하였다. 얻어진 고체의 일부를 칭량하고 12시간 동안 105 °C 오븐에서 건조하였다. 건조 후에 남은 질량은 73.5% 감소하여, 초기 고체는 ~73.5% 물임을 나타냈다. 그 다음 건조된 고체를 연소시키고 다시 칭량하였다. 최종 중량은 초기 중량의 11%였으며, 이는 고체는 11% 희토류 산화물 및 차이로 15.4% 폴리아크릴레이트임을 나타낸다. 열중량 분석은 TA Q50 TGA를 이용하여 10°C/min의 램프 속도로 최대 900°C까지 질소 퍼지 하에서 수행하였다. 이 분석 그래프는 도4에 제시되어 있다. 물 손실은 약 100°C에서 발생하고, 손실은 약 72.2%이며, 이는 위에서 관찰된 중량 손실에 잘 부합한다. 추가 질량 손실은 450°C에서 발생하고, 폴리아크릴레이트의 분해일 가능성이 높으며, 또다른 14.8%의 손실은 또한 위의 질량 손실과 잘 부합한다. 고체의 원소 분석 결과 9.22% C, 9.48% H, 및 0.75% Cl이 발견되었다. 질량 손실 및 원소 분석에 기반하여 이론적인 화학식은 (Ce,La)0.29(C3H3O2)1Cl0.085·15.2H2O이 제시될 수 있다.
실시예 2
세륨/란타넘 휴믹산 조성물은 하기 방법으로 제조된다. 비커에 100ml의 2.6 mol/L 희토류 염화물 용액을 채웠다. 여기서 희토류는 Ce 및 La의 대략 2:1 비율의 혼합물이다. 25 g의 나트륨 휴믹산 고체를 첨가하고, 현탁액을 교반하고 50°C 로 가열하였다. 20분 가열 후, 현탁액을 냉각하고 그 다음 고체를 뷔히너 깔때기(B
Figure pct00001
chner funnel)을 이용하여 정성 종이 필터로 감압 여과하였다. 고체를 세척수의 TDS 전도도 측정 시험이 100 ppm 미만일 때까지 새로운 DI 물로 세척하였다. 그 다음 고체를 몇 시간 동안 공기 건조하였다. 샘플은 XRF 및 기기 기체 분석(Instrumental Gas Analysis)(IGA)에 의해 측정되었고, 20% CeO2, 30% C, 12% SiO2, 8% Al2O3, 6% Fe2O3, 2% SO4, 2% CaO, 2% La2O3, 및 1% TiO2을 함유하는 것이 발견되었다.
실시예 3
철폴리아크릴레이트 조성물은 하기 방법으로 제조된다. 5.0 g의 나트륨 폴리아크릴레이트 분말(C3H3NaO2, FW 93.96 g/mol)을 3500ml DI 물에 현탁하고 교반하였다. 약 60분 후 나트륨 폴리아크릴레이트가 완전히 수화되어 슬러리에서 거의 보이지 않았다. 그 다음 6.8 ml의 2.6 mol/L 염화 철(III) 용액을 첨가하였다. 거의 순간적으로 적갈색 침전물이 형성된다. 슬러리를 추가로 2시간 동안 교반하였다. 그 다음 고체를 정성 종이 필터(11 미크론 공극성)를 통해 중력에 의하여 여과하였다. 고체를 새로운 DI 물에 다시 슬러리화하고, 세척수의 TDS 전도도 측정 시험이 100 ppm 미만일 때까지 반복적으로 여과하였다. 그 다음 고체를 몇 시간 동안 공기 건조하였다. 얻어진 고체의 일부를 칭량하고 12시간 동안 105 °C 오븐에서 건조하였다. 건조 후에 남은 질량은 35.8% 감소하여, 초기 고체는 ~35.8% 물임을 나타냈다. 그 다음 건조된 고체를 연소시키고 다시 칭량하였다. 최종 중량은 초기 중량의 17%였으며, 이는 고체는 17% 산화철 및 차이로 47.2% 폴리아크릴레이트임을 나타낸다. 열중량 분석은 TA Q50 TGA를 이용하여 10°C/min의 램프 속도로 최대 900°C까지 질소 퍼지 하에서 수행하였다. 이 분석 그래프는 도5에 제시되어 있다. 물 손실은 약 100°C에서 발생하고, 손실은 약 33.8%이며, 이는 위에서 관찰된 중량 손실에 잘 부합한다. 추가 질량 손실은 450°C 및 600°C 에서 발생하고, 폴리아크릴레이트의 분해일 가능성이 높다. 최종 질량은 초기 중량의 약 21%였고, 따라서 45.2% 더 질량이 손실되었으며, 이는 또한 위의 질량 손실과 잘 부합한다. 고체의 원소 분석 결과 26% C, 5.66% H, 및 0.37% Cl 이 발견되었다. 질량 손실 및 원소 분석에 기반하여 이론적인 화학식은 Fe0.4(C3H3O2)1Cl0.015·2.5H2O 이 제시될 수 있다.
실시예 4
알루미늄 폴리아크릴레이트 조성물은 실시예 1 및 3과 유사한 하기 방법으로 시도되었다. 이 방법은 알루미늄이 폴리아크릴레이트에 결합하는 것으로 보이지 않아 사용 가능한 고체를 생성하지 못하였다.
실시예 5
이들 물질 및 비교 물질의 인 제거 능력을 시험하기 위해 하기 실험이 수행되었다. DI 물 및 제일인산나트륨을 사용하여 1 및 3 mg/L의 목표 농도로 2개의 용액 각각 5리터를 제조하였다. 각 용액을 5 개의 1L 용기에 나누었다. 이들 용기 중 4 개에 ~100, 200, 300 및 400 mg의 시험 물질을 첨가하였다. 다섯 번째 용기는 대조군으로 두었다. 그 다음 용기를 텀블러에 넣고 24 시간 동안 텀블링하였다. 그 다음 용액 샘플을 0.45 미크론 실린지 필터를 통해 여과하고, 하크법(Harch method) 10080을 이용하여 P를 분석하여 mmol/L P 단위로 기록하였다. 대조군과 시험 용액 사이의 차이는 고체에 결합된 P의 양으로 계산되었다. 용액 부피를 곱하고 고체 중량으로 나눈 이 숫자가 mmol/g으로 계산된 용량이다. 각 물질에 대한 결과를 아래 표에 나타내었다. 또한 결과를 수평 축에 최종 P 농도를 mmol/L P로 표시하고, 수직 축에 용량을 고체의 그램 당 P의 mmol로 표시한 도 2 및 도 3에 표시하였다. 위의 실시예로부터의 3개의 물질을 과립상 산화철(해수 수족관 사용용 TL 암초), Phoslock(자연수체 사용용 LA 벤토나이트 점토, SePro), 및 이산화 티타늄(Aeroxide P25, TiO2)과 같은 일반 무기 인 제거 매질과 함께 시험하였다. 결과를 이렇게 표시한 것은 이 방식이 고체에 흡착된 양과 평형상태에서 용액에 남아 있는 양 사이의 오염물질(P)의 분포를 그래프로 도시하기 때문이다. 더 잘 흡착하는 물질은 더 높은 용량을 가질 뿐만 아니라 낮은 농도에서 큰 기울기를 가지며 최대 용량에 도달하는 농도에서 0에 가까워지는 기울기를 가질 것이다. 실시예 1 및 3로부터의 물질을 또한 고체의 측정된 질량에서 물을 제거하여 표시하였고, 따라서 일반 무기 흡착 매질보다 이들 물질에 의한 개선된 P 흡착을 보여준다.
표 1. 실시예 1의 고체의 용량 측정
고체 질량 (g) 초기 P 농도
(mmol/L)		 최종 P 농도
(mmol/L)		 용량
(mmol/g)		 H2O에 따라 조정된 용량
(mmol/g)
0.432 3.09x10-5 1.29x10-4 0.071 0.269
0.306 3.09x10-5 4.53x10-4 0.099 0.375
0.405 9.27x10-5 4.53x10-3 0.218 0.822
0.308 9.27x10-5 9.61x10-3 0.270 1.018
0.031 2.83x10-5 1.71x10-2 0.363 1.371
0.115 9.27x10-5 4.11x10-2 0.449 1.694
표 2. 실시예 2의 고체의 용량 측정
고체 질량 (g) 초기 P 농도
(mmol/L)		 최종 P 농도
(mmol/L)		 용량
(mmol/g)
0.398 3.03x10-5 6.47x10-5 0.076
0.294 3.03x10-5 1.29x10-4 0.102
0.206 3.03x10-5 6.80x10-4 0.144
0.105 3.03x10-5 1.39x10-2 0.156
0.317 9.08x10-5 2.90x10-2 0.195
0.200 9.08x10-5 5.63x10-2 0.172
0.102 9.08x10-5 7.65x10-2 0.140
표 3. 실시예 3의 고체의 용량 측정
고체 질량 (g) 초기 P 농도
(mmol/L)		 최종 P 농도
(mmol/L)		 용량
(mmol/g)		 H2O에 따라 조정된 용량
(mmol/g)
0.406 3.09x10-5 5.83x10-3 0.062 0.096
0.332 3.09x10-5 6.12x10-3 0.075 0.116
0.201 3.09x10-5 8.38x10-3 0.112 0.174
0.102 3.09x10-5 1.31x10-2 0.174 0.271
0.039 2.83x10-5 1.73x10-2 0.175 0.272
0.063 2.83x10-5 1.97x10-2 0.181 0.281
0.048 2.83x10-5 2.09x10-2 0.190 0.296
0.010 2.83x10-5 2.64x10-2 0.194 0.302
0.229 9.27x10-5 3.93x10-2 0.233 0.363
0.113 9.27x10-5 5.52x10-2 0.332 0.517
표 4. 과립상 산화철의 용량 측정
고체 질량 (g) 초기 P 농도
(mmol/L)		 최종 P 농도
(mmol/L)		 용량
(mmol/g)
0.414 2.99x10-5 2.91x10-3 0.065
0.306 2.99x10-5 6.76x10-3 0.076
0.212 2.99x10-5 1.06x10-2 0.091
0.106 2.99x10-5 1.66x10-2 0.126
0.421 9.24x10-5 2.43x10-2 0.162
0.321 9.24x10-5 3.22x10-2 0.188
0.230 9.24x10-5 4.53x10-2 0.205
0.132 9.24x10-5 6.29x10-2 0.223
표 5. Phoslock의 용량 측정
고체 질량 (g) 초기 P 농도
(mmol/L)		 최종 P 농도
(mmol/L)		 용량
(mmol/g)
0.408 2.99x10-5 7.77x10-4 0.071
0.330 2.99x10-5 1.97x10-3 0.085
0.211 2.99x10-5 7.12x10-3 0.108
0.115 2.99x10-5 1.69x10-2 0.113
0.437 9.24x10-5 4.29x10-2 0.113
0.322 9.24x10-5 4.90x10-2 0.135
0.224 9.24x10-5 6.49x10-2 0.123
0.120 9.24x10-5 7.62x10-2 0.135
표 5. 이산화 티타늄의 용량 측정
고체 질량 (g) 초기 P 농도
(mmol/L)		 최종 P 농도
(mmol/L)		 용량
(mmol/g)
0.403 2.99x10-5 7.35x10-3 0.056
0.301 2.99x10-5 1.00x10-2 0.066
0.205 2.99x10-5 1.42x10-2 0.077
0.106 2.99x10-5 1.96x10-2 0.097
0.404 9.24x10-5 4.90x10-2 0.107
0.302 9.24x10-5 5.78x10-2 0.115
0.212 9.24x10-5 6.65x10-2 0.122
0.109 9.24x10-5 7.83x10-2 0.129
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 성분의 양, 분자량과 같은 특성, 반응 조건, 등등을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약"으로 조정되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 달리 명시되지 않는 한, 하기 명세서 및 첨부된 청구범위에 제시된 수치 변수는 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다.
기술의 광범위한 범위에 제시된 수치 범위 및 변수는 근사치이지만, 특정 실시예에 제시된 수치 값은 가능한 한 정확하게 기록되었다. 그러나, 임의의 수치 값은 각각의 시험 측정에서 발견되는 표준편차로부터 어쩔 수 없이 발생하는 특정 오차를 본질적으로 포함한다.
본 명세서에 기술된 조성물 및 방법은 언급된 목적 및 이점 뿐만 아니라 그 내에 내재된 목적 및 이점을 달성하기 위해 적절히 응용됨이 분명할 것이다. 당해 기술분야의 통상의 기술자는 본 명세서 내의 방법 및 시스템이 다양한 방식으로 구현될 수 있고, 앞서 예시된 실시양태 및 실시예에 제한되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 이와 관련하여, 본 명세서에 기술된 임의의 수의 서로 다른 실시양태의 특징들은 하나의 단일 실시양태로 조합될 수 있으며, 본 명세서에 기술된 모든 특징들 보다 더 적거나 더 많은 대체 실시양태들이 가능하다.
다양한 실시양태들이 본 개시의 목적을 위해 설명되었지만, 본 개시에서 고려되는 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 암시되고 본 개시의 사상에 포함되는 수많은 다른 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (22)

  1. 물 처리용 조성물로서, (a) 고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 토양 개량제; 및 (b) 희토류 양이온을 포함하고,
    상기 양이온은 토양 개량제에 결합되며,
    상기 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 희토류 양이온을 포함하는, 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 토양 개량제는 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아마이드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고흡수성 중합체인, 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 희토류 양이온은 세륨, 란타넘, 이트륨, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 염화이온, 질산이온, 황산이온, 설폰산이온, 아세트산이온, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온을 더 포함하는, 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 10 중량%의 음이온을 포함하는, 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 유기 토양 개량제는 고흡수성 중합체이고, 상기 조성물은 나트륨 양이온을 더 포함하는, 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 희토류 양이온은 55.0-75.0 중량%의 Ce, 25.0-45.0 중량%의 La, 및 임의의 나머지는 하나 이상의 다른 희토류 양이온인, 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 희토류 양이온은 59.8-70.1 중량%의 Ce, 29.9-40.1 중량%의 La, 및 임의의 나머지는 하나 이상의 다른 희토류 양이온인, 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 희토류 양이온은 55.0-75.0 중량%의 Ce, 25.0-45.0 중량%의 La, 및 하나 이상의 다른 희토류 양이온의 임의의 나머지는 전체 희토류 양이온을 기준으로 1 중량% 미만인, 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 희토류 양이온은 59.8-70.1 중량%의 Ce, 29.9-40.1 중량%의 La, 및 임의의 나머지는 전체 희토류 양이온을 기준으로 1 중량% 미만의 하나 이상의 다른 희토류 양이온인, 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 희토류 양이온은 희토류 양이온의 총 몰을 기준으로 60.0-65.5 몰%의 Ce및 30.3-40.0 몰%의 La, 및 임의의 나머지는 하나 이상의 다른 희토류 양이온인, 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 희토류 양이온은 Ce, La, 또는 Ce와 La의 혼합물인, 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10 내지 약 40 %의 희토류 양이온을 포함하는, 조성물.
  14. 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하기 위한 방법으로서,
    (i) 제1 오염물질 농도를 갖는 수성 스트림을 (a) 고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 토양 개량제 및 (b) 희토류 양이온을 포함하며, 상기 양이온은 토양 개량제에 결합되고, 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 희토류 양이온을 포함하는 것인 물 처리용 조성물과 접촉시키는 단계;
    (ii) 상기 조성물과 상기 수성 스트림의 접촉에 의해 상기 수성 스트림으로부터 오염물질을 제거하는 단계; 및
    (iii) 제1 오염물질 농도보다 낮은 제2 오염물질 농도를 갖는 처리된 수성 스트림을 제공하는 단계;를 포함하고,
    상기 오염물질은 인산염, 인 함유 화합물, 비소, 비소 함유 화합물, PFAS, 플루오린화물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 40 중량%의 희토류 양이온을 포함하는, 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 희토류 양이온은 Ce, La, 또는 Ce와 La의 혼합물인, 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 수성 스트림은 빗물 또는 지표수인, 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제2 오염물질 농도는 상기 제1 오염물질 농도보다 약 50% 내지 약 90% 낮은, 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 처리된 수성 스트림 내 오염물질의 목표 농도를 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 오염물질 농도는 상기 목표 농도 이하인, 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 처리된 수성 스트림 내 오염물질의 목표 농도를 설정하는 단계; 상기 제2 오염물질 농도를 모니터링하고 상기 목표 농도와 비교하는 단계; 및 상기 처리된 수성 스트림 내 상기 제2 오염물질 농도가 상기 목표 농도를 초과하는 경우 상기 조성물을 교체하는 단계;를 더 포함하는, 방법.
  21. 토양 개량제에 결합된 희토류 양이온을 갖는 유기 토양 개량제를 포함하는 물 처리용 조성물을 제조하는 방법으로서,
    고흡수성 중합체(SAPs), 휴믹산, 휴믹산 염, 휴믹산 에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 토양 개량제를 제공하는 단계; 및
    상기 유기 토양 개량제를 물 속의 상당량의 희토류 염과 접촉시켜 토양 개량제에 결합된 희토류 양이온을 갖는 유기 토양 개량제를 포함하는 조성물을 제공하는 단계;를 포함하고,
    상기 조성물은 조성물에 존재하는 임의의 물을 고려하지 않은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 희토류 양이온을 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 물 속의 상기 희토류 염은 염화물, 황산염, 설폰산염, 질산염, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
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