KR101398526B1 - Cleaning method of contaminated soils - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 중금속이나 기타 유해물질로 오염된 토양을 정화하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 표면분쇄 공정과 부유선별 공정을 병합 적용함으로써, 고농도의 중금속으로 오염된 토양일지라도 토양으로부터 중금속을 비롯한 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있는 중금속 오염토양의 정화방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for purifying soil contaminated with heavy metals or other harmful substances, and more particularly, to a method for purifying soil contaminated with a heavy metal by using a surface grinding process and a floating sorting process, To a method for purifying heavy metal contaminated soil which can efficiently remove the heavy metal contaminated soil.
토양환경에 대한 관심이 전 세계적으로 고조되고 있으며, 국내에서도 대규모 토양오염정화사업이 진행되면서 기술력과 경험이 축적되고 있다. 1996년에 토양환경보전법이 발효되고 20년이 지나면서, 지난 20년 동안은 대부분 유류오염 토양의 처리에 관심을 기울여 왔다. 유류(油類)에 의해 오염된 토양의 경우, 냄새 및 육안으로 오염상황을 비교적 쉽게 확인할 수 있기 때문에 이러한 유류오염 토양의 처리에 많은 관심이 모인 것으로 판단된다. The interest in the soil environment is growing worldwide, and the technology and experience are accumulating in Korea as the large-scale soil pollution clean-up project proceeds. Over the past two decades since the Soil Environmental Conservation Act came into force in 1996, most of the 20 years have been concerned with the treatment of oil contaminated soils. In case of soils polluted with oil, it is relatively easy to confirm the pollution situation by smell and naked eye. Therefore, it seems that there is much interest in the treatment of such oil contaminated soil.
이러한 유류오염과는 달리, 토양이 중금속으로 오염되는 경우에는 냄새나 육안으로는 오염상황을 쉽게 확인할 수 없으며, 따라서 토양의 경우는 유류오염에 비하여 상대적으로 오염상황을 인지하는 것이 어렵다. 그렇지만 중금속에 의한 토양 오염은 장기간에 걸쳐 사람의 건강을 크게 위협하게 된다. 전국에 산재해 있는 휴·폐광산 주변의 농경지는 중금속에 의해 오염되어 있는 경우가 많으며, 산업단지도 토양의 중금속 오염이 매우 심각한 상황이다. Unlike such oil pollution, when the soil is contaminated with heavy metals, the pollution situation can not easily be confirmed by smell or naked eye. Therefore, in case of soil, it is difficult to recognize the pollution situation relatively as compared with oil pollution. However, soil contamination by heavy metals is a major threat to human health over a long period of time. The agricultural land around the abandoned abandoned mines scattered all over the country is often contaminated by heavy metals, and the heavy industrial pollution of the soil is very serious.
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대한민국 공개특허공보 제10-2006-78779호에는 오염토양을 정화하는 종래기술로서 토양세척법이 개시되어 있는데, 이와 같은 종래의 토양세척법은 세척제를 사용하여 토양의 고상 재료에 흡착되어 있던 오염물질을 액상으로 이동시켜 제거하는 방식이다. 구체적으로 토양세척법에서는 계면활성제, 산성 용액 또는 알칼리 용액을 토양과 혼합함으로써, 중금속 등의 오염물질을 토양으로부터 탈락시켜 수용액으로 가져 옴으로써 토양에서 중금속 등의 오염물질을 제거하게 된다. 이러한 토양세척법은 토양 정화에 필요한 장치가 비교적 간단하고 정화처리 속도도 빨라서 현재 각광을 받고 있다. 그러나 토양 입자가 매우 작은 미세 오염토양의 경우, 정화 후 중금속의 농도가 법정기준치를 만족하기 위해서는 토양세척의 과정에서 많은 양의 약품 및 시설비가 소모되며, 그에 따라 경제성이 저하되고 실제 현장에서 적용하기 어렵기 때문에, 중금속으로 오염된 미세토양에 대해서는 종래의 토양세척법이 적합하지 않다. 비록 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0087707호에 "중금속 오염토양 복원방법"이 개시되어 있지만, 이러한 종래기술 역시 토양오염 효과에 있어서는 만족스럽지 못하다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2006-78779 discloses a soil washing method as a conventional technique for purifying contaminated soil. Such a conventional soil washing method uses a cleaning agent to remove pollutants In the liquid phase. Specifically, in the soil washing method, a surfactant, an acidic solution or an alkaline solution is mixed with a soil to remove contaminants such as heavy metals from the soil and brought to an aqueous solution to remove contaminants such as heavy metals from the soil. Such a soil washing method is currently in the spotlight because the equipment required for the soil purification is relatively simple and the purification treatment speed is fast. However, in the case of micro-contaminated soils with very small soil particles, a large amount of chemicals and facility costs are consumed in the soil washing process in order for the concentration of heavy metals to meet the legal standard, resulting in a decrease in economic efficiency. Due to difficulty, conventional soil washing methods are not suitable for micro-soils contaminated with heavy metals. Although Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0087707 discloses a " method for recovering heavy metal contaminated soil, " this conventional technique is also unsatisfactory in soil contamination effect.
본 발명은 오염된 토양으로부터 중금속 등의 오염물질을 효율적으로 제거하여 정화시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is an object of the present invention to provide a technique capable of efficiently removing and purifying contaminants such as heavy metals from contaminated soil.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 오염토양과 물을 혼합한 상태로 분쇄기를 통해서 오염토양을 분쇄하여 오염토양의 표면에 존재하고 있는 오염물질을 토양으로부터 분리시키는 표면분쇄 공정과; 상기 표면분쇄 공정을 거친 상태의 물과 오염토양의 혼합물에 공기를 주입하여 기포를 발생시키고, 발생된 기포만을 제거함으로써 기포에 포함된 오염물질을 제거하게 되는 부유선별 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염토양 정화방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a surface grinding process for grinding a contaminated soil through a grinder in a state where contaminated soil and water are mixed, thereby separating contaminants present on the surface of the contaminated soil from the soil; And a floating sorting step of removing the contaminants contained in the bubbles by removing air bubbles by generating air bubbles by injecting air into the mixture of water and contaminated soil after the surface grinding process, A method for purifying contaminated soil is provided.
위와 같은 본 발명에 있어서 상기 부유선별 공정에서는, 상기 표면분쇄 공정을 거친 상태의 물과 오염토양의 혼합물에 포타슘 아밀 잔테이트(Potassium Amyl Xanthate) 또는 나트륨 도데실 설페이트(Sodium Dodecyl Sulfate)를 포집제로서 첨가하고, 포집제가 첨가된 물과 오염토양의 혼합물에 공기를 주입하여 기포를 발생시킬 수 있으며, 상기 표면분쇄 공정에서 분쇄기를 통해서 오염토양을 분쇄할 때는, 물과 오염토양이 담겨 있는 분쇄기의 분쇄용기를 임계회전속도의 75~80%에 해당하는 속도로 회전시킬 수도 있다. In the float-sorting step of the present invention as described above, potassium amylanthenate or sodium dodecyl sulfate is added as a trapping agent to a mixture of water and contaminated soil that has undergone the surface grinding process Air bubbles can be generated by injecting air into the mixture of the water and the contaminated soil to which the trapping agent is added. When the contaminated soil is crushed through the crusher in the surface crushing process, crushing of the crusher containing water and contaminated soil The vessel may be rotated at a speed corresponding to 75 to 80% of the critical rotation speed.
더 나아가, 상기한 본 발명에서는 상기 부유선별 공정에서 공기를 주입하여 기포를 발생시킬 때, 기포의 평균 크기가 0.075mm로 되도록 공기를 주입할 수도 있다.
Furthermore, in the present invention, when the air bubbles are generated by injecting air in the floating sorting process, air may be injected so that the average size of bubbles becomes 0.075 mm.
본 발명에서는 오염토양과 물을 혼합한 상태로 분쇄기를 통해서 오염토양을 분쇄하여 오염토양의 표면에 존재하고 있는 오염물질을 토양으로부터 분리시키는 표면분쇄 공정과; 상기 표면분쇄 공정을 거친 상태의 물과 오염토양의 혼합물에 공기를 주입하여 기포를 발생시키고, 발생된 기포만을 제거함으로써 기포에 포함된 오염물질을 제거하게 되는 부유선별 공정을 순차적으로 진행함으로써, 고농도의 중금속으로 오염된 토양에 대해서도 중금속을 비롯한 오염물질을 효율적으로 제거하게 되는 효과가 발휘된다. A surface grinding step of grinding the contaminated soil through the grinder in a state where the contaminated soil and the water are mixed and separating the pollutants present on the surface of the contaminated soil from the soil; A floating separation process is performed in which bubbles are generated by injecting air into a mixture of water and contaminated soil after the surface grinding process and only contaminants contained in the bubbles are removed by removing only the generated bubbles, The effect of effectively removing contaminants such as heavy metals can be exerted on the soil contaminated with heavy metals.
특히, 본 발명에서는 부유선별 공정에서 포집제로서 PAX 또는 SDS를 각각 개별적으로 또는 동시에 사용함으로써, 기포에 의한 오염물질의 포집 효율을 크게 향상시켰으며, 그에 따라 오염물질의 제거도 더욱 효율적으로 진행할 수 있게 되는 장점이 있다. Particularly, in the present invention, PAX or SDS are separately or simultaneously used as a trapping agent in the floating sorting process, and thus the efficiency of collecting contaminants by bubbles is greatly improved, and accordingly, contaminants can be removed more efficiently There is an advantage to be.
특히, 종래기술에 의해서는 입자크기 1mm이하의 미세토양에 대한 정화효율이 매우 낮은데 반하여, 본 발명에서는 크기 0.075mm 이하의 미세토양에 대해서도 매우 높은 정화효율을 보이는 장점이 있다.
Particularly, according to the prior art, the purification efficiency for micro-soil having a particle size of 1 mm or less is very low, but the present invention has an advantage of showing a very high purification efficiency even for micro-soil having a size of 0.075 mm or less.
도 1은 본 발명에 따른 오염토양 정화방법의 각 단계를 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 2, 도 3 및 도 4는 각각 오염토양을 정화함에 있어서 분쇄기의 회전속도를 달리하였을 때, 표면분쇄 공정의 진행 시간에 따른 입자생성률의 측정결과를 보여주는 그래프도 이다.
도 5, 도 6 및 도 7은 각각 오염토양을 정화함에 있어서 표면분쇄 공정에서 사용된 분쇄기의 회전속도에 따른 토양 입자크기별 중금속 농도(비소의 농도)를 보여주는 그래프도이다.
도 8은 포집제로서 포타슘 아밀 잔테이트를 사용하여 오염토양을 정화하는 경우로서 포집제의 농도와 기포의 크기를 달리하였을 때, 시간 경과에 따라 부유선별 공정에서 발생된 기포의 중금속 농도를 측정한 결과에 대한 그래프도이다.
도 9는 포집제로서 나트륨 도데실 설페이트를 사용하여 오염토양을 정화하는 경우로서포집제의 농도와 기포의 크기를 달리하였을 때, 시간 경과에 따라 부유선별 공정에서 발생된 기포의 중금속 농도를 측정한 결과에 대한 그래프도이다. 1 is a schematic flow chart showing each step of a contaminated soil purification method according to the present invention.
FIGS. 2, 3 and 4 are graphs showing the measurement results of the particle generation rate according to the progressing time of the surface grinding process when the rotating speed of the grinder is varied in purifying contaminated soil.
5, 6 and 7 are graphs showing the concentration of heavy metal (concentration of arsenic) in the soil particle size according to the rotation speed of the pulverizer used in the surface grinding process in purifying contaminated soil.
FIG. 8 is a graph showing the results of the measurement of the concentration of heavy metals in the bubbles generated in the flotation screening process with time, when the concentration of the collecting agent and the size of the bubbles were different in the case of purifying the contaminated soil using potassium amylantate as a collecting agent A graph of the result is also shown.
FIG. 9 is a graph showing the results of the measurement of the concentration of heavy metals in the air bubbles generated in the flotation screening process with time, when sodium dodecyl sulfate was used as a trapping agent to purify contaminated soil A graph of the result is also shown.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is to be understood that the technical idea of the present invention and its essential structure and operation are not limited thereby.
본 발명에 따른 오염토양 정화방법은, 표면분쇄에 의한 오염물질 제거공정(이하, "표면분쇄 공정"이라고 약칭함)과 부유선별에 의한 오염물질 제거공정(이하, "부유선별 공정"이라고 약칭함)을 포함한다. 도 1에는 본 발명에 따른 오염토양 정화방법의 각 단계를 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. The method for purifying contaminated soil according to the present invention is a method for purifying contaminated soil (hereinafter abbreviated as "surface grinding process") and a process for removing contaminants by floating separation (hereinafter abbreviated as "float sorting process") ). FIG. 1 is a schematic flow chart showing each step of the method for purifying contaminated soil according to the present invention.
표면분쇄 공정에서는 오염토양의 표면에 존재하고 있는 오염물질을 토양으로부터 물리적으로 분리시키게 되는데, 화학적으로는 토양의 표면으로부터 분리시키기 어려운 중금속 등의 오염물질일지라도 표면분쇄 공정을 통해서 매우 효과적으로 분리시킬 수 있게 된다. 구체적으로 표면분쇄 공정에서는, 분쇄볼(ball)이 담겨 있는 분쇄기의 분쇄용기에 중금속으로 오염된 토양을 물과 함께 넣은 후 분쇄용기를 회전시킴으로써 분쇄볼과 토양의 마찰에 의해 토양의 표면에 존재하고 있던 중금속 등의 오염물질이 토양으로부터 분리되도록 한다. 이와 같은 표면분쇄 공정에 사용되는 분쇄기로는, 철구(철구)나 세라믹볼을 분쇄볼로 이용하는 포트밀(pot mill)을 이용할 수 있는데, 예를 들어 약 1 inch 직경의 철구를 약 3kg(66.7g/개, 전체 사용개수 약 45개) 정도를 물 및 오염토양과 함께 분쇄용기에 사용할 수 있다. In the surface grinding process, the pollutants present on the surface of the contaminated soil are physically separated from the soil. Even if the pollutants such as heavy metals, which are difficult to chemically separate from the surface of the soil, can be separated very effectively through the surface grinding process do. Specifically, in the surface grinding process, a soil contaminated with heavy metals is put into a grinding container of a grinder containing grinding balls together with water, and then the grinding container is rotated to exist on the surface of the soil by friction between the grinding balls and the soil So that contaminants such as heavy metals are separated from the soil. As the pulverizer used in such a surface grinding process, a pot mill using a steel ball or a ceramic ball as a grinding ball can be used. For example, about 3 kg (66.7 g / Number, total number of use: about 45) can be used in the crushing vessel together with water and contaminated soil.
표면분쇄 공정에서 포트밀이 과도하게 빠른 속도로 회전하게 되면 분쇄볼이 분쇄용기의 내벽면에 밀착한 상태로 분쇄용기가 회전하게 되어 토양의 표면에 대한 오염물질 제거 과정이 제대로 일어나지 않게 될 뿐만 아니라, 토양의 입자가 깨지게 되어 오염물질의 제거효율이 감소하게 된다. 따라서 표면분쇄 공정을 수행함에 있어서는, 오염물질의 제거효율이 저하되지 않도록 포트밀을 임계회전속도 이하로 회전시키는 것이 바람직하다. 토양입자의 표면을 효율적으로 분쇄하기 위해서 본 발명에서는 포트밀의 임계회전속도를 결정한 후, 임계회전속도 이하의 범위 내에서 포트밀의 회전속도를 변화시켜가면서 포트밀의 최적회전속도를 결정할 수 있다.When the pot mill is rotated at an excessively high speed in the surface milling step, the crushing bowl is rotated in a state of closely contacting the inner wall surface of the crushing vessel, so that the process of removing contaminants from the surface of the soil is not performed , The soil particles are broken and the pollutant removal efficiency is reduced. Therefore, in carrying out the surface grinding process, it is preferable to rotate the pot mill to a critical rotation speed or less so as not to lower the removal efficiency of the contaminants. In order to efficiently crush the surface of the soil particles, it is possible to determine the optimal rotation speed of the pot mill while changing the rotation speed of the pot mill within a range below the critical rotation speed, after determining the critical rotation speed of the pot mill.
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한편, 포트밀의 최적회전속도의 결정을 위해서 본 발명자는 동일한 시료에 대해 각각 임계회전속도의 50%, 75% 및 100%의 회전속도로 포트밀을 회전시킨 후, 분쇄된 상태의 오염토양 각각에 대해 중금속 농도를 측정하여, 가장 높은 중금속 농도가 측정되었을 때의 포트밀의 회전속도를 "최적회전속도"로 결정하였다. On the other hand, in order to determine the optimal rotation speed of the pot mill, the present inventors rotated the pot mill at the rotation speeds of 50%, 75% and 100% of the critical rotation speed, respectively, The concentration of heavy metals was measured and the rotation speed of the pot mill when the highest heavy metal concentration was measured was determined as "optimum rotation speed ".
본 발명에서는 이와 같이 표면분쇄 공정을 통해서 토양의 표면으로부터 오염물질을 분리시킨 다음, 분리된 오염물질을 포집제와 기포제를 이용하여 물위로 부상시켜 제거하는 부유선별 공정을 수행하게 된다. 구체적으로 표면분쇄 공정을 거친 토양은 물이 포함되어 있어서 슬러리 상태가 되는데, 본 발명에서는 이와 같이 표면분쇄 공정을 거쳐서 슬러리 상태로 만들어진 물과 오염토양의 혼합물을 부선기(浮選機)에 넣고 부선기에 공기를 연속적으로 주입하여 기포를 발생시키게 된다. 이와 같이 부선기에서 기포를 발생시켜 부상시킬 때, 토양으로부터 분리된 오염물질은 기포에 포획되어 물위로 부상하게 된다. 물위로 부상된 기포를 제거하게 되면, 토양으로부터 분리된 오염물질 즉, 중금속이 기포와 함께 제거되고 그에 따라 오염토양이 정화된다. 즉, 부유선별 공정에서는, 표면분쇄 후 토양입자로부터 분리된 오염물질을 포집제와 기포제를 이용하여 물위로 부상시켜 오염물질을 제거하게 되는 것이다. According to the present invention, the pollutant is separated from the surface of the soil through the surface grinding process, and then the floating sorting process is performed in which separated pollutants are floated on the water by using a collecting agent and a foaming agent. Specifically, the soil subjected to the surface grinding process is in a slurry state because it contains water. In the present invention, a mixture of water and contaminated soil prepared in the slurry state through the surface grinding process is put into a flotation machine, Air is continuously injected into the chamber to generate air bubbles. In this way, when air bubbles are generated on the flotator, the contaminants separated from the soil are trapped in the air bubbles and floated on the water. Removal of air bubbles floating on the water removes contaminants separated from the soil, that is, heavy metals, along with air bubbles, thereby purifying the contaminated soil. That is, in the float sorting process, the contaminants separated from the soil particles after the surface grinding are floated on the water using the trapping agent and the foam agent to remove contaminants.
이러한 부유선별 공정을 수행함에 있어서, 오염물질을 거품에 선택적으로 부착시키기 위해 포집제를 사용하고, 발생된 거품이 깨지지 않고 물위로 부상되도록 기포제를 사용할 수도 있는데, 이러한 포집제, 기포제 등의 사용에 의해 오염물질의 제거 효율이 더욱 향상된다. In performing the float sorting process, a foaming agent may be used so that the foaming agent is floated on the water without using a trapping agent for selectively attaching the contaminant to the foam. In the use of such a trapping agent, foaming agent and the like Thereby further improving the removal efficiency of contaminants.
본 발명에서 포집제로는 계면활성제인 포타슘 아밀 잔테이트(Potassium Amyl Xanthate/ PAX) 또는 나트륨 도데실 설페이트(Sodium Dodecyl Sulfate/ SDS)를 사용할 수 있는데, 이러한 계면활성제를 임계 마이셀 농도 이하의 수용액의 형태로 사용하게 된다. 즉, 상기한 포집제를 상기 표면분쇄 공정을 거친 상태의 물과 오염토양의 혼합물에 첨가한 후, 공기를 주입하여 기포를 발생시키게 된다. 기포제로는 파인오일(Pine-oil)을 사용할 수 있다. In the present invention, a surfactant such as potassium amyl xanthate (PAX) or sodium dodecyl sulfate (SDS) may be used as a surfactant. Such a surfactant may be used in the form of an aqueous solution having a critical micelle concentration or lower . That is, after the above-described collecting agent is added to the mixture of water and contaminated soil after the surface grinding process, air is injected to generate bubbles. Pine-oil may be used as the foaming agent.
한편, 본 발명에서 위와 같이 부선기를 이용한 부유선별 공정을 수행함에 있어서는, 표면분쇄된 토양의 입자크기에 따라 부선기에 주입될 공기량을 결정하여 기포의 크기를 조정하게 된다. 공기 주입에 의해 부선기 내에서 발생하는 기포의 크기가 적절하지 않을 경우, 오염물질 뿐만 아니라 일반 토양도 함께 기포로 부선(浮選)되어 정화효율이 감소하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에서는, 토양 입자의 크기가 작을수록 공기 주입에 의해 발생하는 기포의 크기도 작아지도록 공기량을 감소시켜 주입하였으며, 반대의 경우 공기량을 증가시켜 기포의 크기를 증가시켜 실험을 수행하였다. Meanwhile, in the present invention, when performing the floating sorting process using the flotation device, the amount of air to be injected into the flotation device is determined according to the particle size of the surface ground soils, thereby adjusting the size of the air bubble. If the size of bubbles generated in the barge by the air injection is not proper, not only the pollutant but also the ordinary soil are flotated with bubbles to reduce the purification efficiency, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the amount of air is decreased to reduce the size of the bubbles generated by the air inflow as the size of the soil particles is smaller, and in the opposite case, the size of the bubbles is increased by increasing the amount of air.
다음에서는 본 발명의 오염토양 정화방법을 이용하여 오염토양으로부터 중금속 등의 오염물질을 제거한 구체적인 실험예에 대해 설명한다.
In the following, a specific experimental example in which contaminants such as heavy metals are removed from contaminated soil using the contaminated soil remediation method of the present invention will be described.
<실험예> <Experimental Example>
(1) 실험에 사용된 오염토양(1) Contaminated soil used in the experiment
본 실험에서는 장항제련소 인근의 밭에서 채취된 토양을 습식입도분리에 의해 사질토와 점토질로 분리하고, 그 중 사질토를 오염토양으로서 실험에 사용하였다. 습식입도분리에서는 표준체를 사용하여 분리하였으며 0.075mm를 기준으로 토양을 분리하였는데, 크기 0.075mm 이하인 토양은 점토질(미세토)로 분류하고, 크기 0.075mm 초과인 토양은 사질토로 분류하였다. In this experiment, the soil collected from the field near the Janghang smelter was separated into sandy clay and clayey by wet granular separation, and sandy soil was used as contaminated soil for the experiment. In wet granular separation, the soil was separated by using a standard, and the soil was separated by 0.075mm. The soil with a size of 0.075mm or less was classified into clay (fine soil), and the soil with a size of 0.075mm or more was classified into sand.
실험대상이 된 오염토양을, 공지된 토양오염 공정시험방법에 의해 중금속 분석을 수행한 결과 비소의 함유량은 241 mg/kg 이었다.
As a result of the heavy metal analysis, the content of arsenic was 241 mg / kg.
(2) 실험구성 및 실험방법(2) Experimental configuration and experimental method
본 발명에 따른 오염토양 정화방법에 대한 실험에서는, 표면분쇄 공정을 수행하기 위하여 4L용량을 가지는 공지의 포트밀을 이용하였는데, 실험에 사용된 포트밀의 내부 직경을 이용하여 경험을 통해 임계회전 속도를 결정하였으며 표면분쇄의 최적 효율을 확인하기 위해 임계회전속도의 50%, 75% 및 100%에 해당하는 포트밀의 회전속도 각각에 대해 실험을 수행하였다. 실험에는 수돗물을 사용하였으며 오염토양과 물의 비율은 무게기준 1:2.5이었다.In the experiment of the contaminated soil purification method according to the present invention, a well-known pot mill having a capacity of 4 L was used for performing the surface grinding process. Experimental use of the pot mill inner diameter used in the experiment, Experiments were conducted on the rotation speeds of the pot mills corresponding to 50%, 75% and 100% of the critical rotation speed, respectively, in order to confirm the optimum efficiency of surface grinding. Tap water was used for the experiment. The ratio of contaminated soil to water was 1: 2.5 by weight.
본 발명에 따라 표면분쇄 공정을 수행한 구체적인 본 실험의 조건을 정리하면 아래의 표 1과 같다. The conditions of the present invention in which the surface grinding process was carried out according to the present invention are summarized in Table 1 below.
표면분쇄 공정이 수행된 후에는 부유선별 공정을 수행하였다. 표 2에는 본 발명에 따라 부유선별 공정을 수행한 구체적인 본 실험의 조건이 정리되어 있는데, 위 표 1의 시편들 각각에 대하여, 아래의 표 2에 정리된 "실시1" 및 "실시2"의 조건에 따라 부유선별 공정을 수행하였다. After the surface grinding process was carried out, a floating sorting process was performed. Table 2 shows the conditions of the present experiment in which the flotation screening process according to the present invention was carried out. For each of the specimens shown in Table 1, "Run 1" and "Run 2" The floating sorting process was performed according to the conditions.
부유선별 공정을 수행함에 있어서는, 표면분쇄 공정의 포트밀에서 만들어진 슬러리 상태의 토양에 수돗물을 추가하여 부선기에 투입하였는데, 이 때 슬러리 상태의 오염토양과 새로 추가된 수돗물의 비율은 무게비로서 약 1:3이었다. 부유선별 공정에서 오염물질을 거품에 부착시키기 위해 계면활성제인 포타슘 아밀 잔테이트(PAX)와 나트륨 도데실 설페이트(SDS)를 포집제로서 투입하여, 계면활성제의 포집제로서의 성능을 비교하였다. 투입된 각각의 계면활성제는 10g/ton, 20g/ton 및 30g/ton의 농도로 투입하여 실험을 수행하였다. 발생된 기포가 깨지지 않고 물 표면 위로 부상되도록 하기 위하여, 기포제(起泡劑)로서 파인오일(pine oil) 0.04ml를 사용하였다.In the float sorting process, tap water was added to the slurry soil prepared in the pot mill in the surface grinding step, and the mixture was added to the flotation machine. The weight ratio of the contaminated soil in the slurry state to the newly added tap water was about 1: 3. In order to adhere contaminants to the foam in the float sorting process, surfactants such as potassium amyl zantate (PAX) and sodium dodecyl sulfate (SDS) were added as a trapping agent to compare the performance of the surfactant as a trapping agent. Each of the surfactants was added at a concentration of 10 g / ton, 20 g / ton and 30 g / ton. 0.04 ml of pine oil was used as foaming agent so that the generated bubbles float above the water surface without breaking.
발생된 기포의 크기에 따른 부선효율을 확인하기 위해 기포의 평균 크기가 각각 0.05mm, 0.075mm 및 0.1mm로 되도록 조절하여 실험을 수행하였으며, 기포의 크기는 기포크기측정기(Bubble diameter)를 사용하여 측정하였다. 부유선별은 20분간 연속적으로 수행하였으며 5분 간격으로 발생되는 기포를 연속적으로 채취하여 각각의 무게 및 농도를 측정하였다. 참고로 아래의 표 2에서 포집제의 농도 "g/ton"는 토양 1 ton당 포집제의 질량을 의미한다.
In order to verify the efficiency of the barge according to the size of the generated bubbles, the average size of the bubbles was adjusted to be 0.05 mm, 0.075 mm and 0.1 mm, respectively. The bubble size was measured using a bubble diameter Respectively. Flotation was carried out continuously for 20 minutes. Bubbles were collected continuously at intervals of 5 minutes, and their weights and concentrations were measured. For reference, the concentration "g / ton" of the sorbent in Table 2 below means the mass of the sorbent per ton of soil.
위와 같이 본 발명에 따라 표면분쇄 공정을 거친 토양, 부유선별 공정의 부선기에서 발생된 기포, 및 부선기에 남아있는 토양을 표준체로 체분리하여 각각 공지된 토양오염 공정시험방법에 의하여 중금속 농도 분석을 수행하였다.
As described above, the soil subjected to the surface grinding process according to the present invention, the bubbles generated in the flotation machine of the flotation screening process, and the soil remaining in the flotation machine are sieved with a standard, and analyzed for heavy metal concentration by the known soil contamination process test method Respectively.
(3) 실험결과(3) Experimental results
도 2, 도 3 및 도 4에는 각각 분쇄기의 회전속도를 달리하였을 때, 표면분쇄 공정의 진행 시간에 따른 입자생성률의 측정결과를 보여주는 그래프도가 도시되어 있다. 도 2는 분쇄기의 속도가 10rpm일 경우이며, 도 3은 분쇄기의 속도가 15rpm일 경우이고, 도 4는 분쇄기의 속도가 20rpm일 경우이다. 도 2 내지 도 4에 도시된 각 그래프에 대한 레전드(legend)에서, mm 단위로 표시된 수치는 토양입자의 크기를 의미한다. FIGS. 2, 3 and 4 are graphs showing the measurement results of the particle generation rate according to the progressing time of the surface grinding process when the rotating speed of the grinder is different. FIG. 2 shows a case where the speed of the pulverizer is 10 rpm, FIG. 3 shows the case where the speed of the pulverizer is 15 rpm, and FIG. 4 shows the case where the speed of the pulverizer is 20 rpm. In the legend for each graph shown in Figs. 2 to 4, the numerical value expressed in mm means the size of the soil particle.
도 2 내지 도 4에서 알 수 있듯이, 0.075mm 초과의 크기를 가지는 토양입자의 경우, 표면분쇄 공정의 수행시간이 경과할수록 입자생성률이 감소하였으며 0.075mm 이하의 토양의 경우 입자생성률이 점차 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 분쇄볼에 의해 토양입자의 표면이 점차 분쇄되기 때문인 것으로 분석된다. As can be seen from Figs. 2 to 4, in the case of soil particles having a size of more than 0.075 mm, the particle generation rate decreased with the execution time of the surface grinding process, and the particle generation rate gradually increased in the case of soil below 0.075 mm Respectively. This is because the surface of the soil particles is gradually crushed by the crushing balls.
도 5, 도 6 및 도 7의 각각에는 표면분쇄 공정에서 사용된 분쇄기의 회전속도에 따른 토양 입자크기별 중금속 농도(비소의 농도)를 보여주는 그래프도가 도시되어 있다. 도 5는 분쇄기의 속도가 10rpm일 경우이며, 도 6은 분쇄기의 속도가 15rpm일 경우이고, 도 7은 분쇄기의 속도가 20rpm일 경우이다. 도 5 내지 도 7에서도 각 그래프에 대한 레전드(legend)에 기재된 mm 단위로 표시된 수치는 토양입자의 크기를 의미한다. 도 5 내지 도 7로부터 알 수 있듯이, 분쇄기를 임계회전속도의 50%와 75%에 해당하는 회전속도로 운전하였을 경우, 크기 0.075mm 이하의 토양은 분쇄기의 작동개시부터 5분까지는 시간이 경과할수록 중금속의 농도가 점차 증가하였다. 그러나 5분경과 이후에는 중금속의 농도는 점차 감소하는 형태를 나타내었다. 중금속의 대부분이 토양의 표면에 존재하고 있으며 표면분쇄 공정의 초기에는 분쇄볼에 의해 표면이 분쇄되어 중금속의 농도가 증가하지만, 분쇄 후 약 5분이 경과되면 중금속을 포함하지 않는 토양입자의 표면도 계속 분쇄되기 때문에, 측정된 중금속의 농도가 점가 감소하기 때문에 위와 같은 결과가 측정된 것으로 파악된다. 5, 6, and 7 are graphs each showing the concentration of heavy metal (concentration of arsenic) in the soil particle size according to the rotation speed of the pulverizer used in the surface grinding process. FIG. 5 shows the case where the speed of the pulverizer is 10 rpm, FIG. 6 shows the case where the speed of the pulverizer is 15 rpm, and FIG. 7 shows the case where the speed of the pulverizer is 20 rpm. In Figs. 5 to 7, numerical values in millimeters of the legend for each graph mean the size of the soil particles. As can be seen from FIGS. 5 to 7, when the crusher was operated at a rotation speed corresponding to 50% and 75% of the critical rotation speed, the soil of the size 0.075 mm or less had time from the start of operation of the crusher to 5 minutes The concentration of heavy metals gradually increased. However, the concentration of heavy metals gradually decreased after 5 minutes and after. Most of the heavy metals are present on the surface of the soil. In the early stage of the surface grinding process, the surface is ground by the grinding ball, and the concentration of the heavy metal is increased. However, when about 5 minutes elapses after grinding, It can be understood that the above results are measured because the concentration of the measured heavy metal decreases in point.
한편, 분쇄기의 회전속도를 임계회전속도의 100%로 운전할 경우에는 임계회전속도의 75%로 운전하였을 때와 큰 차이를 보이지 않았다. 따라서 고농도의 중금속 오염토양의 정화를 위하여 표면분쇄 공정을 수행함에 있어서는, 분쇄기 작동 에너지 소비를 고려할 때 분쇄기의 회전속도를 임계회전속도의 75~80% 내에서 운전하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. On the other hand, when the rotating speed of the pulverizer was operated at 100% of the critical rotating speed, there was no significant difference from the case of operating at 75% of the critical rotating speed. Therefore, when the surface grinding process is performed for the purification of heavy soil contaminated with heavy metals, it is preferable to operate the grinding machine at a rotational speed within 75 to 80% of the critical rotating speed in consideration of the operating energy consumption of the grinder.
도 8 및 도 9에는 각각 포집제로서 PAX를 사용하였을 때(도 8)와 SDS를 사용하였을 때(도 9)에 대해 포집제의 농도와 기포의 크기를 달리하였을 때, 시간 경과에 따라 부유선별 공정에서 발생된 기포의 중금속 농도를 측정한 결과가 그래프도로 도시되어 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 각 그래프에 대한 레전드(legend)에서, g/ton 단위로 표시된 수치는 포집제의 농도를 나타내며, mm 단위로 표시된 수치는 기포의 크기를 나타낸다. 8 and 9, when the concentration of the collecting agent and the size of the bubbles were different for PAX (FIG. 8) and SDS (FIG. 9), respectively, The result of measuring the concentration of heavy metal in the bubbles generated in the process is shown in the graph. In the legend for each graph shown in Figs. 8 and 9, the numerical value expressed in g / ton represents the concentration of the collecting agent, and the numerical value in mm represents the size of the bubble.
도 8 및 도 9에서 알 수 있듯이, 포집제로서 PAX를 사용하였을 경우는, SDS를 포집제로 사용하였을 때 보다, 기포의 중금속 농도가 더 높은 경향을 나타내었다. 이러한 결과는, SDS보다 PAX가 비소에 대한 선택성이 더 높기 때문인 것으로 파악된다. PAX와 SDS 모두 포집제의 농도가 30g/ton까지 증가할수록, 발생된 기포에서의 중금속 농도가 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 PAX의 경우, 중금속의 포집능력이 매우 높기 때문에, 과도하게 큰 농도의 PAX를 사용할 경우 중금속으로 오염되지 않은 토양도 모두 부선되는 경향이 발생하게 되며, 따라서 포집제로서 사용되는 PAX는 토양 1톤당 30g 이하로 즉, 30g/ton 이하의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명에서는 부유선별 공정에서 포집제로서 PAX 또는 SDS를 각각 개별적으로 또는 동시에 사용함으로써, 기포에 의한 오염물질의 포집 효율을 크게 향상시켰으며, 그에 따라 오염물질의 제거도 더욱 효율적으로 진행할 수 있게 되었다. As can be seen from FIG. 8 and FIG. 9, when PAX was used as a trapping agent, the concentration of heavy metal in the bubbles was higher than that when SDS was used as a trapping agent. These results suggest that PAX is more selective for arsenic than SDS. The concentrations of heavy metals in the bubbles increased as the concentration of PAX and SDS increased to 30g / ton. However, in the case of PAX, because of the high capture capacity of heavy metals, when an excessively large concentration of PAX is used, all of the soil not contaminated with heavy metals tends to be flaked. Therefore, 30 g / ton or less, that is, 30 g / ton or less. As described above, in the present invention, PAX or SDS are separately or simultaneously used as a trapping agent in the flotation screening process, and the efficiency of collecting contaminants by bubbles is greatly improved, and accordingly the contaminants can be removed more efficiently It was possible.
한편, 부선시간이 증가할수록 기포의 중금속 농도는 점차 감소하는 경향을 보이는데, 이러한 결과는, 부선의 초기에 비소를 포함하는 많은 양의 토양입자가 부선에 의해 제거되었기 때문인 것으로 파악된다. 발생된 기포의 크기에 따른 부선효율을 실험한 결과에 의하면, 기포의 크기가 커질수록 발생된 기포에서의 중금속 농도가 증가하는 경향을 나타내었으나, 기포의 크기가 0.075mm 이상일 경우에는 기포에서의 중금속 농도가 감소하는 경향을 나타내었다. 표면분쇄 공정을 거치게 되면 대부분의 중금속은 0.075mm 이하의 토양입자에 존재하게 된다. 따라서 기포의 크기가 커지게 되면, 0.075mm 초과의 크기를 가지되 중금속을 포함하지 않은 토양도 기포와 함께 부선되는 경향이 있기 때문에, 기포의 크기는 평균 0.075mm일 때가 가장 효율적이라고 할 수 있다. On the other hand, as the barge time increases, the concentration of heavy metals in bubbles tends to decrease gradually. This result is attributed to the fact that large quantities of soil particles including arsenic were removed by barge at the beginning of the barge. According to the result of the experiment on the barge efficiency according to the size of the generated bubble, the concentration of heavy metal in the generated bubble tends to increase as the bubble size increases. However, when the bubble size is more than 0.075 mm, The concentration was decreased. Most of the heavy metals are present in soil particles below 0.075mm when the surface is ground. Therefore, when the size of the bubble increases, the soil having a size exceeding 0.075 mm and containing no heavy metal tends to be flogged together with the bubble. Therefore, the average size of the bubble is 0.075 mm.
초기 비소 농도 241 mg/kg의 오염토양은, 이와 같은 본 발명에 따른 토양오염 정화방법 즉, 표면분쇄 공정과 부유선별 공정을 본 발명에서 제시하는 최적조건으로 거치게 되면 비소의 농도가 약 60% 감소하게 되는 결과를 가져오게 됨을 확인할 수 있다.If the contaminated soil having an initial arsenic concentration of 241 mg / kg is subjected to the soil pollution purging method according to the present invention, that is, the surface grinding process and the floating sorting process, the concentration of arsenic is reduced by about 60% The results of this study are summarized as follows.
Claims (4)
상기 표면분쇄 공정을 거친 상태의 물과 오염토양의 혼합물에 공기를 주입하여 기포를 발생시키고, 발생된 기포만을 제거함으로써 기포에 포함된 오염물질을 제거하게 되는 부유선별 공정을 포함하며;
상기 부유선별 공정에서는, 상기 표면분쇄 공정을 거친 상태의 물과 오염토양의 혼합물에 포타슘 아밀 잔테이트(Potassium Amyl Xanthate) 또는 나트륨 도데실 설페이트(Sodium Dodecyl Sulfate)를 포집제로서 첨가하고, 포집제가 첨가된 물과 오염토양의 혼합물에 공기를 주입하여 기포를 발생시키되, 기포의 평균 크기가 0.075mm로 되도록 공기를 주입하는 것을 특징으로 하는 오염토양 정화방법.
The contaminated soil is mixed with water in a crushing vessel of a crusher containing balls and the contaminated soil is crushed by rotating the crushing vessel to remove contaminants present on the surface of the contaminated soil from the soil Surface grinding step;
And a floating sorting step of removing air bubbles by injecting air into the mixture of water and contaminated soil after the surface grinding step and removing only the generated bubbles;
In the floating separation step, potassium amyl xanthate or sodium dodecyl sulfate is added as a trapping agent to a mixture of water and contaminated soil after the surface grinding step, Wherein air is injected into the mixture of water and contaminated soil to generate air bubbles so that the average size of the air bubbles is 0.075 mm.
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- 2013-06-03 KR KR1020130063451A patent/KR101398526B1/en active IP Right Grant
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