KR20140146313A - 토양 세척 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염 토양을 세척하기 위하여 카피르라임을 포함하는 세척액을 이용하여 오염 토양으로부터 오일류 및 오염 물질을 제거하는 기술에 관한 것이다. 본 발명은 천연 물질을 이용하므로 세척액으로 인한 2차 환경 오염의 문제가 없으며, 매우 높은 오염 물질 제거 효율을 보이는 것을 특징으로 한다.

Description

토양 세척 방법{Contaminated soil washing method}

본 발명은 오염된 토양을 세척하여 오염 물질을 제거하는 오염 토양 세척 방법에 관한 기술이다.

본 발명은 오염된 토양으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 토양 세척 방법에 관한 기술이다. 각종 오일류, 유무기 물질 등에 의하여 오염된 토양으로부터 오염 물질을 세척제거한 후 복원된 토양을 환원할 수 있는 방법에 관한 기술이다.

토양오염이란 각종 중금속과 화학 물질이 토양에 축적되어 생물에 피해를 끼치는 것이라고 정의되며, 산업화 이후 석유 및 화학 제품의 사용이 늘어난 이후 토양 오염이 심화하고 있다. 토양 오염은 재배되는 식물의 오염으로 인한 식량 생산의 문제, 지표수의 오염, 식수원의 오염으로 인하여 오염 즉시 정화가 필요하다.

이러한 토양 오염을 일으키는 원인은 다양하겠으나, 석유류의 운송과 저장 중 발생하는 유출, 광산에서 발생하는 중금속 등에 의해 토양이 오염된다. 오염된 토양을 복원하기 위한 방법으로는 물리화학적 방법과 생물학적 방법으로 나뉘는데, 물리화학적 방법의 예로는 토양 세척, 고형화, 용매 추출 등이 있으며, 생물학적 방법으로는 토양 경작, 바이오벤팅, 식물 복원 등이 있다.

상기 물리화학적 방법과 생물학적 방법 중에 비교적 세척 시간이 짧고 경제적인 방법으로는 토양 세척 방법을 들 수 있다. 토양 세척이란 적절한 세척제를 사용하여 토양 입자에 결합한 유해한 유기오염물질의 표면장력을 약화시키거나 중금속을 액상으로 변화시켜 토양 입자로부터 분리시켜 처리하는 기법으로서 광범위한 유기 및 무기오염물질을 제거할 수 있는바, 오염물질의 종류에 관계없이 적용할 수 있는 장점이 있다. 상기와 같은 토양 세척 기술은 1970년대 후반 미국에서 처음 개발되었으나, 현재는 미국보다 유럽에서 더욱 발전하여 사용되고 있으며, 오늘날에는 오염된 토양의 복원에 가장 널리 사용되고 있는 방법 중의 하나로서, 적용 범위가 넓기 때문에 다양한 유기 및 무기 오염물질이 다량으로 배출되고 있는 현 실정에 적합하며, 경제적으로도 효율성이 비교적 우수한 정화 방법의 하나로 인식되고 있다.

상기 토양 세척 방법은 현장처리법(In-situ 법)과 현장외처리법(Ex-situ 법)으로 구분될 있는바, 현장처리법은 오염된 토양을 굴착하지 않고 세척 용액 주입정, 세척 용액 배출정, 세척 유출수 처리시설, 펌프 및 계장 시설, 휘발물질 처리 시설 등을 오염된 부지에 설치하여 처리하고자 하는 오염토양 내에 세척수를 순환시켜 오염토양을 직접 세척하는 방법으로서, 처리 시간이 길며 세척액의 회수가 어려운 단점이 있기 때문에 토양 세척을 하고자 하는 경우에는 주로 상기 현장 외 처리법이 적용된다.

상기 현장외처리법은 토양 내 오염물질의 분포 및 토양의 물리/화학적 특성을 파악하여 처리하고자 하는 범위의 오염된 토양을 굴착한 후, 적절한 세척액을 사용하여 굴착된 오염토양을 세척 장치가 있는 곳에서 세척하는 방법으로서, 일반적으로 토양 세척이라 함은 이를 일컫는다.

토양 세척에 관한 종래 특허를 살펴보면, 특허등록 제10-294473호에서는 비이온계 계면활성제인 폴리옥시에틸렌올레일에스테르, 비이온계 계면활성제인 폴리옥시에틸렌올레일에스테르로 구성된 혼합 계면활성제 조성물을 통하여 오염 토양을 세척하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 또한, 특허등록 제10-1064368호에서

상기 담수된 물에 MgO를 투입하여 스트루바이트(struvite) 침전을 수행하는 단계와 FeCl₃를 투입하여 토양 중의 탁도 성분을 침강시키는 단계를 포함하는 오염 토양을 세척하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 또한, 특허공개 제10-2010-85225호에서는 계면활성제와 키토산을 포함하는 토양 세척용 용액 및 이의 제조방법에 대하여 개시하고 있다.

상기 종래 특허들과 같이, 종래 오염 토양의 세척은 계면활성제를 세척액의 주요 성분으로 하여 오염 토양으로부터 중금속 등의 오염 물질을 세척하고 있으나, 계면활성제의 과다 사용으로 인한 2차 오염의 문제가 있었다.

특허등록 제10-294473호 특허등록 제10-1064368호 특허공개 제10-2010-85225호

본 발명은 계면활성제를 대체하여, 오염 토양의 세척이 가능한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 친환경적인 천연물질을 이용하여 오염 토양의 세척이 가능한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 카피르라임을 포함하는 세척액과 오염 토양을 세척기에 담은 후 혼합하는 단계(I); 세척액을 제거하는 단계(Ⅱ); 및 정화된 토양을 건조하는 단계(Ⅲ)를 포함하는 것을 특징으로 하는 카피르라임을 이용한 오염 토양 세척 방법을 제공한다.

특히, 상기 혼합 단계(I)와 세척액 제거 단계(Ⅱ) 사이에, 일정 시간 세척액과 오염 토양의 혼합물을 그대로 방치하는 안정화 단계(Ⅰ-1)를 더 두는 것이 바람직하다.

특히, 상기 카피르라임은 액상의 카피르라임 정유인 것이 바람직하다.

특히, 상기 세척액은 카피르라임 정유와 물의 혼합액인 것이 바람직하다.

특히, 상기 혼합 단계(I)에서, 상기 오염 토양 1 중량부에 대하여 세척액은 1 ~ 5 중량부로 혼합하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 혼합 단계(I)에서 세척액과 오염 토양과의 혼합은 기계적 교반에 의한 혼합, 또는 공기를 하부로부터 주입하여 공기부상식으로 상기 세척액과 오염 토양의 접촉이 이루어지는 공기부상식 혼합이 바람직하다.

본 발명은 천연 성분인 카피르라임을 세척액으로 하여 오염 토양으로부터 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌, TPH(Total Petroleum Hydrocarbon) 등의 오일류 및 기타 오염 물질을 제거할 수 있다. 또한, 본 발명은 천연 성분을 사용하기 때문에 종래 계면활성제를 이용한 세척액에 비하여 환경 오염이 거의 없으며, 카피르라임이 정화된 토양에 잔존하더라도 인체 및 환경에 영향이 없는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 방법을 설명하는 도면이다.

본 발명은 카피르라임을 유효성분으로 하는 세척액을 이용하여 오염 토양으로부터 오염물질을 세척 제거하는 방법에 관한 기술을 제공한다.

카피르라임(kaffir lime, Kieffer lime, caffire lime)은 말레이시아 원산으로, 키는 2 ~ 4 미터, 열매크기는 4 cm 정도로서, 잎과 열매는 주로 동남아 음식에서 향신료로 사용된다.

본 발명은 요리 재료로 사용하던 카피르라임을 토양 세척액의 유효성분으로 하여, 카피르라임으로부터 오염 물질, 예를 들어, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌 및 THP(Total Petroleum Hydrocabron) 등의 오일 및 유기 물질을 제거하는 기술을 제공한다.

카피르라임은 통상 액상의 정유(=에센셜 오일) 형태로 시판되고 있으며, 이러한 카피르라임 정유 단독, 또는 카피르라임과 물을 혼합하여 세척액으로 사용할 수 있으나, 물과 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 물과 혼합하는 경우 카피르라임은 총 세척액 중 10% 내지 70% 함유하는 것이 바람직하나, 상기 범위에 한정되지는 않는다. 물론 본 발명에서도 종래 기술과 같이 계면활성제를 더 첨가할 수 있으나, 계면활성제 없이 카피르라임과 물로만 이루어진 세척액을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 세척액은 오염 토양에 비하여 반드시 많이 사용될 필요는 없지만, 오염 토양에 대하여 최소 1 배 내지 5배의 세척액을 사용하는 것이 바람직하다. 물론, 세척액이 오염 토양의 10배 이상 사용하면 더욱 세척이 잘 되겠지만, 이럴 경우 과도한 양의 세척액이 필요하기 때문에 경제성에 문제가 있을 뿐만 아니라, 추후 방류할 세척액의 양이 많아 처리에 문제가 있다.

오염 토양을 카피르라임 혼합액과 충분히 접촉하여 토양 내 유기 물질, 특히, 오일 성분을 분리하여 제거하는데, 그 과정은 첨부 도면 1과 같다.

먼저, 오염된 토양(20)과 세척액(30)을 일정한 비율, 예를 들어, 1:5로 세척기(10)에 담은 후 혼합한다. 세척기(10)는 단순한 원통형의 용기(vessel), 하부에 공기가 주입되도록 공기 주입 장치가 구비된 용기, 상부에 교반 장치를 구비하는 용기 등 다양한 형태가 가능하다.

오염 토양(20)과 세척액(30)을 섞는 것은 기계적 교반에 의한 혼합이나, 공기를 세척기(10) 하부에서 발생시켜, 공기가 부상하는 동안 오염 토양(20)과 세척액(30)이 섞이도록 하는 공기부상식 혼합 방법 등이 가능하나, 상기 혼합 방법에 한정되는 것은 아니다. 혼합시간은 수 분 내지 수 시간 정도가 바람직한데, 실험 결과 5분 내지 10분 정도면 종래 기술의 세척액보다 우수한 오염 물질 세척 효과를 얻을 수 있었다.

상기와 같은 세척액(30)과 오염 토양(20)의 혼합 후에는 다시 일정 시간, 예를 들어 30분 내지 60분 정도 혼합 없이 세척기(10) 내에 자연적으로 방치하여 오염 토양에 부착되어 있던 오일류를 포함한 오염 성분이 세척액으로 분리제거되도록 하는 안정화 단계를 더 둘 수 있다.

상기 안정화 단계 이후 세척기(10)의 상부에 상등된 오염물 및 오일류가 포함된 잔류 세척액을 외부로 방출 제거하고, 정화된 토양만이 남도록 한다.

마지막으로, 정화된 토양은 아직 세척액이 묻어 있으므로 자연 건조 또는 인공 건조 수단을 이용하여 건조한다. 특히, 본 발명의 세척액은 종래 계면활성제를 주 성분으로 하는 세척액과는 달리 계면활성제 대신 카피르라임의 천연 성분을 사용하기 때문에 상기와 같은 건조 후에 토양에 세척액 성분이 잔존하더라도 인체 및 토양에 무해하다.

실험예

오염 토양 1 중량부에 대하여 세척액 5 중량부를 혼합하되, 상기 세척액은 카피르라임 정유와 물을 1 : 1의 중량비로 혼합하여 사용하였다. 교반기를 이용하여 약 10 분 동안 상기 세척액과 오염 토양을 혼합한 후, 다시 교반 없이 30분 동안 그대로 정치하고, 세척액을 덜어낸 후, 남아있는 오염 토양을 건조하였다.

실험결과를 보면, 상기 오염 토양은 세척 전 토양 1 kg 당 벤젠 11. 6 mg/kg, 톨루엔 99.4 mg/kg, 에틸벤젠 45.7 mg/kg, 크실렌 211.8 mg/kg, TPH 5579 mg/kg이었으나, 1차 세척 후 TPH가 46 mg/kg으로 검출되었으며, 나머지 성분은 검출되지 않았다.

상기 1차 세척 하루 후, 다시 2차 세척을 하였으며, 이때 TPH는 46에서 15 mg/kg으로 감소하였으며, 2차 세척 하루 후 다시 실시한 3차 세척에서는 TPH가 불검출되었다. 3차 세척 후 시험항목의 오염물질이 모두 검출되지 않았으나, 만약에 대비하여 4차 세척을 해봤으며, 4차 세척 후에도 시험 항목에 해당하는 오염 물질이 검출되지 않았다.

상기 실험 결과와 같이 카피르라임과 물만으로 이루어진 세척액을 통하여 오염된 토양으로부터 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌 등의 오염 물질을 제거할 수 있었다. 1차 세척만으로도 토양오염우려기준수치 1 지역 기준을 상회하는 우수한 세척 효과를 보였으며, 3차 세척 후에는 실험 대상 모든 항목에 대하여 검출되지 않아, 본 발명의 세척 방법의 효과를 확인할 수 있었다.

10 : 세척기
20 : 오염 토양
30 : 세척액

Claims (6)

1. 카피르라임을 포함하는 세척액과 오염 토양을 세척기에 담은 후 혼합하는 단계(I); 세척액을 제거하는 단계(Ⅱ); 및 정화된 토양을 건조하는 단계(Ⅲ)를 포함하는 것을 특징으로 하는 카피르라임을 이용한 오염 토양 세척 방법.
   
2. 제1항에서, 상기 혼합 단계(I)와 세척액 제거 단계(Ⅱ) 사이에, 일정 시간 세척액과 오염 토양의 혼합물을 그대로 방치하는 안정화 단계(Ⅰ-1)를 더 두는 것을 특징으로 하는 카피르라임을 이용한 오염 토양 세척 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에서, 상기 카피르라임은 액상의 카피르라임 정유인 것을 특징으로 하는 카피르라임을 이용한 오염 토양 세척 방법.
   
4. 제3항에서, 상기 세척액은 카피르라임 정유와 물의 혼합액인 것을 특징으로 하는 카피르라임을 이용한 오염 토양 세척 방법.
   
5. 제1항 또는 제2항에서, 상기 혼합 단계(I)에서, 상기 오염 토양 1 중량부에 대하여 세척액은 1 ~ 5 중량부로 혼합하는 것을 특징으로 하는 카피르라임을 이용한 오염 토양 세척 방법.
   
6. 제1항 또는 제2항에서, 상기 혼합 단계(I)에서 세척액과 오염 토양과의 혼합은 기계적 교반에 의한 혼합, 또는 공기를 하부로부터 주입하여 공기부상식으로 상기 세척액과 오염 토양의 접촉이 이루어지는 공기부상식 혼합인 것을 특징으로 하는 카피르라임을 이용한 오염 토양 세척 방법.

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