KR20190102801A - 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량 및 고화 촉진용 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량 및 고화 촉진용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 오염 퇴적물 및/또는 폐기물로부터 수분을 흡수하여 매우 신속하게 고화시키고, 중금속 흡착 및 부착하고, 악취를 제거하는 동시에 pH 값의 점진적 중성화를 가져와 오염 토양의 개질 및 복원 효율이 우수할 뿐 아니라, 오염 토양의 개질 및 복원 과정에서 수반되는 수 처리 공정의 시간이 감소되고 처리 공정에 소요되는 시설 및 유지 관리 비용이 크게 절감되는 효과가 있다.

Description

오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량 및 고화 촉진용 조성물 및 그 제조방법{Composition for Promoting Stabilization, Improvement, Hardening of Soil Containing Contaminated Sediment And/Or Waste and Method of Manufacturing the Same}

본 발명은 오염 토양, 구체적으로, 각종 오염 퇴적물 및/또는 폐기물을 함유하는 토양의 안정, 개량, 및 고화 촉진용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실리카 파우더, 황산마그네슘, 탄산칼슘, 황산알루미늄, 규조토 및 황산나트륨을 포함하여, 오염 퇴적물 및/또는 폐기물로부터 수분을 흡수하여 매우 신속하게 고화시키고, 유해 중금속을 효율적으로 흡착 및 안정화하고, 악취를 제거하는 동시에, 산도(pH 값)의 점진적 중성화를 가져올 수 있는 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량, 및 고화 촉진용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로, 하천의 준설 후 발생되는 연약지반으로부터 생성된 퇴적물의 고형 성분과 수분의 비율은 약 1 : 1.5 내지 2.5이다. 이러한 퇴적물은 오염 성분을 세척한 후 고형화하여 고형물, 이른바 준설토로 전환되어 객토용, 복토용, 골재용, 또는 도로 성토용 활용되고 있으나, 세척과정을 거친다 하더라도 유해 중금속 등의 제거효율은 낮기 때문에 상당량의 오염 물질이 잔존한다. 또, 논, 밭, 과수원, 및 농장들의 식물의 생육에 필요한 토지의 객토용 및 복토용으로 사용되는 흙은, pH가 중성에 가까운 6.5 - 7.5의 값을 갖는 것이 바람직하나, 상기 준설토 내지 고형물 대부분은 그 pH가 이러한 바람직한 pH 범위를 현저히 벗어나 있다.

또한, 광산 주변 토양과 산업 폐기물 매립지 토양은 Pb(납), Cr(크롬), As(비소), Cd(카드뮴), Cu(구리), Zn(아연) 및 Ni(니켈) 등과 같은 중금속을 많이 함유하고 있다. 이러한 광산 주변 토양과 산업 폐기물 매립지 토양으로부터 중금속과 같은 유해물질이 하천, 지하수 등으로 유출될 위험이 늘상 존재한다. 또한, 이러한 중금속이 배출 허용 기준을 초과하여 토양 내에 존재하는 경우, 식물의 열매, 뿌리, 줄기 및 잎 표면 등으로 이동하게 되고, 이를 사람이 섭취하는 경우 중금속의 축적에 따른 심각한 병이나 부작용이 나타날 수 있다.

한편, 국내 폐기물 처리 현황은 매립 비율이 꾸준히 감소하고 있으나, 소각 비율은 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 폐기물의 가연성 물질이 50% 이상임을 감안하면 소각에 의한 처리가 더욱 증가될 전망이다. 소각 비율이 점차 증가함에 따라 소각 후 잔재물의 발생량도 더욱 증가할 전망인데, 소각 후 잔재물 중 약 20 중량%를 차지하고 있는 소각재는 바닥재(bottom ash)와 비산재(fly ash)로 이루어진다. 바닥재는 불연 성분과 미처 타지 못한 일부 가연 성분이 소각로 안의 잔류물 호퍼로 떨어진 재를 말하고, 비산재는 소각로에서 발생하여 스크러버와 집진 장치에서 걸러진 재를 말한다. 소각재 중 약 90 중량%는 바닥재로, 약 10 중량%는 비산재로 추정되고 있다.

한편, 오염 토양의 복원방법으로 이용되는 안정화/고형화 기술은 경제적이고 모든 토성에 대한 적용성이 뛰어나며 2차 처리가 필요 없어 상대적으로 적은 비용으로 처리할 수 있는 장점이 있다. 안정화/고형화 기술에서는 시멘트, 슬래그, 비산재 등 여러 가지 종류의 안정화/고형화 결합제가 쓰인다. 특히 비산재와 생석회를 혼합한 안정화/고형화 기술 적용 연구에서 납, 크롬의 현저한 감소가 보고되었고, 생석회만의 단독처리에 비해 2배 정도의 높은 강도를 보여주었다. 그러나 비산재가 아닌, 소각재 중 약 90 중량%를 차지하는 바닥재를 각종 오염 퇴적물 및/또는 폐기물을 함유하는 오염 토양을 대상으로 적용한 토양의 개질, 고화, 복원 등의 연구는 전무한 실정이다.

나아가, 대한민국 특허공보 제10-1366069호에서 비산재를 사용한 오염 토양의 고화제를 개시하고 있으나, 비산재는 상기한 바와 같이, 소각재 중의 함유 비율이 낮아 활용도가 떨어지고, 제조 공정 상 작업자의 중금속 중독 가능성도 우려되며, 또한 바닥재에 비하여 중금속 함량이 매우 높아 재료 자체의 안정화 처리 비용이 많이 든다는 문제가 여전히 남아 있다.

바닥재에는 재 이외에 금속, 유리, 토사 등의 무기질과 타지 않은 유기물이 포함되어 있으나, 고형화, 안정화 등의 중간 처리를 거쳐 매립하고 있으나 납, 카드뮴 등 중금속의 방출, 지역 이기주의 등에 따라 매립지의 확보가 어려워지고 있다. 따라서 자원의 재이용이라는 측면에서 바닥재의 재활용을 도모함과 아울러 오염 퇴적물 및/또는 폐기물을 함유하는 다양한 유형의 오염 토양의 안정, 개질, 개량, 고화, 복원을 촉진할 수 있는 실용적인 제제의 개발이 절실히 필요하다.

대한민국 특허공보 제10-0968937호 대한민국 특허공보 제10-1366069호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 폐기물의 소각 부산물로 이루어지며, 오염 퇴적물 및/또는 폐기물로부터 수분을 흡수하여 매우 신속하게 고화시키고, 중금속을 흡착 및 부착하고, 악취를 제거하는 동시에 토양의 pH 값의 점진적 중성화를 가져오는 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량, 및 고화 촉진용 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 달성하기 위하여, 일 관점에서, 본 발명은 조성물 전체 중량을 기준으로, 실리카 파우더 30 ~ 68 중량%, 황산마그네슘 4 ~ 23 중량%, 탄산칼슘 8 ~ 27 중량%, 황산알루미늄 2 ~ 7 중량%, 규조토 10 ~ 30 중량% 및 황산나트륨 2 ~ 8 중량%를 포함하는 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량 및 고화 촉진용 조성물을 제공하고, 상기 실리카 파우더는 주로 바닥재로 이루어질 수 있다.

다른 관점에서, 본 발명은 상기 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량, 및 고화 촉진용 조성물의 제조방법을 제공하고, 본 본 발명에 따른 조성물의 제조방법은, 예를 들어, a) 실리카 파우더 30 ~ 68 중량%로 이루어진 분말 성분 A, 황산마그네슘 4 ~ 23 중량%로 이루어진 분말 성분 B, 탄산칼슘 8 ~ 27 중량%로 이루어진 분말 성분 C, 황산알루미늄 2 ~ 7 중량%로 이루어진 분말 성분 D, 규조토 10 ~ 30 중량%로 이루어진 분말 성분 E 및 황산나트륨 2 ~ 8 중량%로 이루어진 분말 성분 F를 준비하는 단계; b) 상기 분말 성분 A 내지 상기 분말 성분 F를 혼합기에 투입하는 단계; 및 c) 상기 혼합기에 투입된 상기 분말 성분을 상온 대기압 하에서 2분 내지 7분간 혼합 배합하여 배합 성분 P를 얻는 단계를 포함할 수 있다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 오염 토양의 개질 및 복원 방법을 제공하고, 본 발명에 따른 오염 토양의 개질 및 복원 방법은, 예를 들어, 상기 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량, 및 고화 촉진용 조성물을 오염 토양에 처리하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 오염 퇴적물 및/또는 폐기물로부터 수분을 흡수하여 매우 신속하게 고화시키고, 유해 중금속을 선택적으로 그리고 효율적으로 흡착 및 안정화시키고, 악취를 제거하는 동시에 pH 값의 점진적 중성화를 가져올 수 있으며, 그리하여 다양한 유형의 오염 토양을 높은 효율로 개질 및 복원할 수 있을 뿐 아니라, 오염 토양의 복원 과정에서 수반되는 수 처리 공정의 시간이 감소되고 처리 공정에 소요되는 시설 및 유지 관리 비용이 크게 절감되는 효과가 있다.

도 1은 실시예 및 비교예의 조성물을 처리한 토양에서의 식물생장 결과를 나타낸 도면.

이하, 본 발명에 대해서 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에서, 용어 '오염 퇴적물 및/또는 폐기물'은 중금속, 유류 성분 및 합성 화학 물질을 환경 허용 기준치를 초과하여 함유하고 있는 퇴적물 및/또는 폐기물을 지칭하며, 그 예로는 하천의 준설 후 발생되는 퇴적물; 정체성 수역 내의 슬러지 퇴적물; 광산 및 산업 폐기물 매립지에서 유출되는 중금속 및 유류 성분; 음식물 쓰레기, 분뇨, 살처분/매립된 가축 등에서 유출되는 침출수 등을 들 수 있다.

본 발명에서, 용어 '오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양'은 중금속, 유류 성분 및 합성 화학 물질을 환경 허용 기준치를 초과하여 함유하고 있는 오염 퇴적물 및/또는 폐기물을 함유하는 토양을 모두 지칭하며, 그 예로는 하천 준설토, 광산 및 그 주변 토양, 산업폐기물 매립지 및 그 주변 토양, 생활쓰레기 매립지 및 그 주변 토양, 가축 분뇨 매립 내지 처리장 및 그 주변 토양, 살처분 가축 매립지 및 그 주변 토양 등을 들 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량, 고화 촉진용 조성물은 실리카 파우더 30 ~ 68 중량%, 황산마그네슘 4 ~ 23 중량%, 탄산칼슘 8 ~ 27 중량%, 황산알루미늄 2 ~ 7 중량%, 규조토 10 ~ 30 중량% 및 황산나트륨 2 ~ 8 중량%를 포함하며, 상기 실리카 파우더는 주로 바닥재로 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조성물은 그 주성분으로 실리카 파우더를 사용한다. 상기 실리카 파우더는 주로 바닥재로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 실리카 파우더(바닥재)는 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 내의 수분을 흡수하여 매우 신속하게 고화시킬 수 있다. 상기 수분 흡수 및 고화는 실리카 파우더(바닥재)가 포함하는 다공질로부터 기인한 것이며 이러한 다공질은 나아가 중금속을 부착 및 흡착할 뿐만 아니라, 악취를 제거할 수 있다. 또한, 다공질 내에서 미생물 성장을 촉진하여 오염 토양 중의 유기물의 발효를 촉진할 수 있다.

상기 실리카 파우더의 함량은, 조성물 전체 중량을 기준으로 30 ~ 68 중량%이고, 36 ~ 56 중량%를 함유하는 것이 바람직하며, 46 중량%를 함유하는 것이 더 바람직하다. 상기 함량 미만일 경우 실리카 파우더의 수분 흡수 효과가 떨어져 함수율 저감 효과가 미미하며, 상기 함량을 초과할 경우 탄소분의 함량이 증가하여 지나치게 고형화 되어 작업성이 감소하며 중금속 용출의 우려가 있게 된다.

본 발명의 일실시예로서, 상기 바닥재는 단독으로 사용하거나, 수분 흡수율을 향상시키고 토양의 고화 속도를 촉진시키기 위해 탈황석고 및 산화마그네슘 중에서 선택되는 1종 이상의 성분과 적정 비율로 혼합하여 사용할 수 있다. 혼합 비율은 오염 토양 중의 수분 함량, 중금속의 종류와 함량 등에 따라 적절히 조절할 수 있으나, 통상 바닥재 100 중량부에 대해 탈황석고 및/또는 산화마그네슘을 각각 10 내지 30 중량부 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조성물에서 황산마그네슘 황산마그네슘은 종래 고화제인 시멘트와 달리, 수화물 또는 탄산가스로 인한 석화 분해 현상으로 인한 복토 지반의 부동침하를 유발시키지 않는다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물에 함유된 황산마그네슘은 매우 빠른 시간 내에 많은 양의 수분을 흡수할 뿐만 아니라 중금속을 불용화 시키면서도, 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 pH를 점진적으로 중화시킬 수 있다.

상기 황산마그네슘의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로, 4 ~ 23 중량%이고, 5 ~ 19 중량%를 함유하는 것이 바람직하며, 12 중량%를 함유하는 것이 더 바람직하다. 상기 함량 미만일 경우 황산마그네슘의 수분 흡수 효과가 떨어져 함수율 저감 효과가 미미하며, 상기 함량을 초과할 경우 오염 토양의 pH 조절 효율 및 기간 측면에서 부적절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조성물에서 탄산칼슘은 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 내의 수분과 반응하여 하기 화학식 1의 알칼리화 반응을 일으켜 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 pH를 점진적으로 중화시킬 수 있다.

[화학식 1]

CaCO₃ + H₂O -> Ca(OH)₂ + CO₂ + 반응열

상기 탄산칼슘이 물과 반응할 때 발생하는 반응열은 상기 실리카 파우더와 황산마그네슘의 수분 흡수 능력을 향상시킨다. 구체적으로, 탄산칼슘과 황산마그네슘은 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 내의 수분을 흡수하면서 하기 화학식 2의 발열 반응을 일으킨다.

[화학식 2]

CaCO₃ + MgSO₄ + H₂O -> CaSO₄ + Mg(OH)₂ + CO₂ + 반응열

그에 따라, 본 발명의 조성물은 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 내의 수분 제거와 함께 화학식 1의 발열 반응에 따라 발생된 반응열이 실리카 파우더와 황산마그네슘의 결합력을 향상시켜 오염 퇴적물 및/또는 폐기물과 중금속을 고화시키는 고화제 역할을 하게 되는 것이다. 고화시킬 수 있는 중금속의 종류에는 제한이 없으나 특히 바닥재에 많이 함유되어 있는 Pb(납), Cr(크롬), As(비소), Cd(카드뮴), Cu(구리), Zn(아연) 및 Ni(니켈)일 수 있다.

[화학식 3]

CaCO₃ + SiO₂ + MgSO₄ + H₂O + M -> Ca(MSiO₂)SO₄ + Mg(OH)₂ + CO₂

상기 탄산칼슘의 함량은 8 ~ 27 중량%이다. 9 ~ 23 중량%를 함유하는 것이 바람직하며, 16 중량%를 함유하는 것이 더 바람직하다. 상기 함량 미만일 경우 탄산칼슘이 반응하는 과정에서 적절한 반응이 일어날 수 않을 수 있고, 상기 함량을 초과할 경우, 반응과정에서 과도한 반응이 일어나 조성물 전체의 활성을 단시간에 떨어뜨리게 되며, 오염 토양의 pH 조절 효율 및 기간 측면에서 부적절할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물에서 황산알루미늄은 상기 화학식 1에 따라 생성된 수산화칼슘에 의한 알칼리화로 인하여 pH가 급격히 증가하지 않도록 완충시키는 역할을 한다.

[화학식 4]

3Ca(OH)₂ + Al₂(SO₄)₃ -> 3CaSO₄ + 2Al(OH)₃

또한, 상기 황산알루미늄은 금속 이온에 대한 응집력이 우수하여, 오염된 퇴적물 내에 포함되어 있는 중금속 양이온을 불용화하는 역할을 한다.

[화학식 5]

Al₂(SO₄)₃ + 3M²⁺ -> 2Al⁺ + 3MSO₄

황산알루미늄의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 2 ~ 7 중량%이고 4 중량%를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 함량을 벗어날 경우 pH 조절 측면에서 객토 및 복토용으로 이용하기에 부적절하게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물에서 규조토는 내화성과 단열성이 뛰어나 건축 자재나 보온재로 사용되는 성분이다. 종래 기술에서는 오염 퇴적물 및/또는 폐기물의 고화제로 점성토가 사용되었으나, 점성토를 사용하여 오염 퇴적물 및/또는 폐기물을 고화하는 경우에는, 고화된 오염 퇴적물 및/또는 폐기물의 양생 후 햇볕에 의한 갈라짐 현상이 발생하며, 갈라진 틈새로 중금속이 방출되어 2차 오염의 원인이 되는 문제점이 있다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물에 사용되는 규조토는 다공질을 구비하기 때문에 다공질 내에 중금속이 흡수 및 흡착되고, 그에 따라, 중금속이 다공질 외부로 유출되기 어렵다. 특히, 다공질 내의 무수한 공극 내에서 미생물의 증식이 원할하게 이루어질 수 있기 때문에, 미생물에 의한 발효로 가축분뇨와 음식물의 악취가 제거될 수 있다. 또한, 다공질 내에서 미생물 증식이 이루어짐에 따라, 오염 토양 중의 유기물의 발효 및 분해가 촉진될 수 있다.

규조토의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 10 ~ 30 중량%이고 12 ~ 20 중량%를 함유하는 것이 바람직하며 15 중량%를 함유하는 것이 더 바람직하다. 상기 함량 미만일 경우 중금속 양이온을 불용화하는 효과가 미약할 수 있으며, 상기 함량을 초과할 경우 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물에서 황산나트륨은 식물생장에 필요한 황 성분을 제공하고 미생물 생장반응에 의해 오염 퇴적물 및/또는 폐기물에 함유된 질소와 인을 식물생장에 필요한 질소와 인 성분으로 제공하여 식물생장에 필수적인 영양요소를 제공한다.

황산나트륨의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 2 ~ 8 중량%이고 5 중량%를 함유하는 것이 바람직하다. 황산나트륨의 함량이 2 중량% 미만일 경우 미생물, 식물 등의 증식과 생장을 촉진하는데 필요한 적절한 양의 황산나트륨이 공급될 수 없고, 황산나트륨의 함량이 8중량%를 초과하는 경우, 미생물, 식물 등의 증식과 생장이 오히려 저하될 수 있다.

본 발명의 다른 일예로, 본 발명의 조성물은 오염 토양의 전처리제로서 제올라이트를 별도로 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 제올라이트는 음이온성 성분(e^-)이 내포되어 있어 중금속 양이온과 이온결합하여 안정된 이온결합 화합물로 흡착시킴으로써 오염된 퇴적물 내에 포함되어 있는 중금속 양이온을 추가적으로 불용화하는 역할을 한다.

[화학식 6]

M²⁺ + OH^- + e^- -> M(OH) + e

제올라이트는 오염 토양 100 중량부를 기준으로 1 ~ 15 중량부, 바람직하게는 3 ~ 10 중량부, 더 바람직하게는 4 ~ 7 중량부로 사용할 수 있다. 상기 사용량 미만일 경우 중금속 양이온을 불용화하는 효과가 미약할 수 있으며, 상기 사용량을 초과할 경우 본 발명에 따른 조성물과 바람직하지 않은 부반응이 일어날 수 있다.

본 발명의 다른 일예로, 본 발명의 조성물은 오염 토양의 전처리제로서 별도의 규조토 또는 벤토나이트를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 벤토나이트는 점토 광물의 일종으로 수분을 흡수하여 팽윤하는 성질이 있으며, 점결성, 양이온 교환성이 높다.

상기 규조토 또는 벤토나이트는 오염 토양 100 중량부를 기준으로 1 ~ 15 중량부, 바람직하게는 3 ~ 10 중량부, 더 바람직하게는 4 ~ 7 중량부로 사용할 수 있다. 상기 사용량 미만일 경우 실리카 파우더의 수분 흡수 효과가 떨어져 함수율 저감 효과가 미미하며, 상기 사용량을 초과할 경우 지나치게 고화되어 식물생장에 적합하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 조성물이 전처리제를 더 포함하여 이루어지는 경우, 상기 전처리제로서 제올라이트와 규조토 또는 벤토나이트는 각각 별개의 제제로 구성되거나, 별도의 복합 제제로 구성될 수 있다. 복합 제제로 구성되는 경우, 제올라이트 대 규조토 또는 벤토나이트의 혼합비는 중량 기준으로 1~3 : 1~3인 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 또다른 일예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물은 오염 토양의 전처리제로서 별도의 황산철 수화물을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 특히 As(비소), Cr(크롬) 오염도가 높은 토양의 경우, 황산철 수화물을 사용하면 안정화 효과가 우수하다. 폐기물로 분류되어 매립이 행해지고 있는 상기 황산철 수화물을 오염 토양의 전처리제로 활용할 경우 목적하는 효과를 극대화 할 수 있다.

본 발명의 또다른 일예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물은 오염 토양의 전처리제로서 별도의 생석회(산화칼슘)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 생석회는 포졸란 반응을 일으키는 대표적인 물질 중 하나로서 생석회 내 CaO 성분이 수화반응 및 포졸란 반응을 일으켜 수분을 흡수할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물은 오염 토양의 전처리제로서 별도의 소석회(수산화칼슘)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 고로수쇄플래그 미분말, 비산재 또는 실리카흄 등의 포졸란 물질은 토양의 장기 강도 강화를 위하여 사용되나, 상기 소석회를 사용할 경우 조기 강도의 보강도 이룰 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명에 따른 조성물이 황산철 수화물, 생석회 또는 소석회를 별도의 전처리제로 포함하여 이루어지는 경우, 각각 별개의 제제로 구성되거나, 복합 제제로 구성될 수 있다. 상기 황산철 수화물, 생석회, 소석회, 또는 이들의 혼합물은 오염 토양 100 중량부를 기준으로 5 중량부 이상, 바람직하게는 6 ~ 15 중량부, 더 바람직하게는, 6 ~ 10 중량부로 사용될 수 있다. 복합 제제로 구성되는 경우, 황산철 수화물 대 생석회 또는 소석회의 혼합비는 중량 기준으로 1~3 : 1~3인 것이 가장 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[참고예 1]

캐나다 알래스카 리아드 강변 광산 복구 현장에서 채취한 토양 시료를 공급받아 자연 건조시킨 다음, 2.00 mm의 체를 통과시킨 후 균일하게 혼합하여 참고예 1의 시료를을 준비하였다.

[참고예 2]

충청남도 서천군 장항제련소 주변 토양에서 표토(0~20 cm)를 채취하였다. 채취한 시료를 자연 건조시킨 다음, 2.00 mm의 체를 통과시킨 후 균일하게 혼합하여 참고예 2의 시료를 준비하였다.

[참고예 3]

경상남도 진주시 주변 논에서 표토(0~20 cm)를 채취하였다. 채취한 시료를 바람 건조시켜 2.00 mm의 체를 통과시킨 후 균일하게 혼합하여 참고예 3의 시료를 준비하였다.

[참고예 4]

규조토 5 g, 제올라이트 5 g을 준비한 후, 혼합기에 투입하여 상온 대기압 하에서 5분간 혼합 배합하여 참고예 4의 전처리제 조성물 10 g을 제조하였다.

[참고예 5]

황산철 수화물 3 g, 생석회 3 g을 사용한 것을 제외하고는, 참고예 4와 동일한 방법으로 전처리제를 제조하였다.

[참고예 6]

황산철 수화물 3 g을 사용하여, 참고예 4와 동일한 방법으로 전처리제를 제조하였다.

[참고예 7]

소석회 3 g을 사용하여, 참고예 4와 동일한 방법으로 전처리제를 제조하였다.

<시험예 1> 본 발명의 조성물 단독 처리 및 제올라이트 함유 전처리제 복합 처리에 따른중금속 함량 평가

1. 시료 준비

[실시예 1]의 제조

바닥재 23 g, 황산마그네슘 6 g, 탄산칼슘 8 g, 황산알루미늄 2 g, 규조토 11 g 및 황산나트륨 2.5 g을 준비한 후, 상기 분말 성분을 혼합기에 투입하여 상온 대기압 하에서 5분간 혼합 배합하여 실시예 1의 조성물 52.5 g을 제조하였다.

[전처리제]의 제조

참고예 4의 전처리제를 사용하였다.

2. 중금속 함량 평가 방법

상기 실시예 1의 조성물을 조성물과 증류수의 비율이 1 : 5(w/w)가 되도록 혼합하여 항온수평진탕기에서 1시간 동안 진탕하고, 여과지(5B, Toyo Roshi Kaisha)로 여과한 후 여과액을 제조하였다. 제조된 여과액을, 참고예 1의 토양을 전처리제로 미리 처리한 후 1일이 지난 다음 혼합하거나 전처리하지 않은 참고예 1의 토양과 혼합한 후 ICP-OES(Perkin Elmer Optima 2000 DV, USA)를 이용하여 7일차, 30일 경과시 중금속 함량을 분석하였다.

3. 중금속 함량 평가 결과

중금속 함량 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	중금속 함량(mg/L)
	Cd		Cu		Pb		Zn
	7일차	30일차	7일차	30일차	7일차	30일차	7일차	30일차
참고예 1 토양 20 g	0.128	0.128	0.131	0.131	0.015	0.015	6.997	6.997
참고예 1 토양 20 g + 실시예1 조성물 1 g	0.260	0.025	4.068	0.262	1.212	불검출	27.029	4.905
참고예 1 토양 20 g + 참고예 4 전처리제 2 g + 실시예1 조성물 1 g	불검출	불검출	0.038	0.074	불검출	불검출	0.061	불검출

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 조성물은 대조군에 비해 30일 경과시점에 Cd, Pb의 함량이 현저히 낮아진 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 실시예 1의 조성물은 Cd, Pb을 특이적으로 제거할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또, 실시예 1을 처리하기 전에 미리 전처리제를 처리한 토양이 실시예 1만 처리한 토양에 비하여 4가지 중금속 모두에서 낮은 함량값을 나타내었다.

특히, 실시예 1의 조성물이 혼합되기 전 전처리 한 토양의 경우, 30일 째에 Cd, Pb 및 Zn이 검출되지 않을 정도로 흡수 및 흡착되어 안정화된 것으로 나타났다. 이로부터 실시예 1의 조성물과 전처리제를 복합 처리하는 것이 오염 토양의 개질 및 복원에 유리하다는 것을 유추할 수 있다.

<시험예 2> 본 발명의 조성물 단독 처리 및 황산철 수화물 함유 전처리제 복합 처리에 따른 중금속 함량 평가

1. 시료 준비

[실시예 1]의 제조

시험예 1의 실시예 1 조성물을 그대로 사용하였다.

[전처리제]의 제조

참고예 5의 전처리제를 사용하였다.

2. 중금속 함량 평가 방법

7일차에만 분석한 것을 제외하고는, 시험예 1과 동일한 방법으로 분석을 수행하였다.

3. 중금속 함량 평가 결과

중금속 함량 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	중금속 함량(mg/L)
	Cd	Cu	Pb	Zn
	7일차	7일차	7일차	7일차
참고예 1 토양 20 g	0.128	0.131	0.015	6.997
참고예 1 토양 20 g + 참고예 5 전처리제 1.14 g + 실시예1 조성물 1 g	0.059	0.118	0.003	4.564
참고예 1 토양 20 g + 참고예 5 전처리제 1.89 g + 실시예1 조성물 1 g	불검출	0.103	불검출	2.771

표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 참고예 5의 전처리제 1.14 g으로 전처리한 토양의 경우보다 1.89 g으로 전처리한 토양의 경우 안정화 효과가 우수한 것으로 나타났다. 이로부터, 황산철 수화물과 생석회를 전처리제로 복합 사용하는 경우, Cd과 Pb의 농도가 높은 오염 토양을 대상으로 본 발명의 조성물과 함께 사용하는 것이 바람직하고, 전처리제를 오염 토양 100 중량부를 기준으로 약 5 중량부 이상 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

<시험예 3> 전처리제로서 황산철 수화물 및 소석회 혼합 사용에 따른 중금속 함량 평가

1. 시료 준비

[실시예 1]의 제조

시험예 1의 실시예 1 조성물을 그대로 사용하였다.

[전처리제]의 제조

참고예 6, 참고예 7을 사용하였다.

2. 중금속 함량 평가 방법

제조된 여과액을, 참고예 2의 토양과 혼합한 것을 제외하고는, 시험예 1과 동일한 방법으로 분석을 수행하였다.

3. 중금속 함량 평가 결과

중금속 함량 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

	중금속 함량(mg/L)
	As		Cu		Pb
	7일차	30일차	7일차	30일차	7일차	30일차
참고예 2 토양 100 g	0.048	0.048	0.298	0.298	1.060	1.060
참고예 2 토양 100 g + 참고예 6 전처리제 1 g + 실시예1 조성물 5 g	불검출	불검출	0.176	0.072	0.088	0.068
참고예 2 토양 100 g + 참고예 6 전처리제 1 g + 참고예 7 전처리제 5 g + 실시예1 조성물 5 g	불검출	불검출	0.086	불검출	0.227	0.155

표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 참고예 6의 황산철 수화물만을 전처리제로 사용한 경우보다 참고예 7의 생석회를 혼합하여 전처리한 토양의 경우 전체적으로 중금속 함량이 낮게 검출되어 안정화 효과가 우수한 것으로 나타났고, 특히, 혼합 전처리한 토양의 경우, Cu가 전혀 검출되지 않았으므로, Cu 농도가 높은 오염 토양에 특이적으로 사용할 수 있음을 알 수 있다. Pb 농도가 높은 오염 토양의 경우에는 황산철 수화물만을 전처리제로 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

<시험예 4> pH 변동성 평가

1. 시료 준비

[실시예 1]

위 실시예 1의 시료를 그대로 사용하였다.

[비교예 1]

실리카 파우더 성분으로서 바닥재 대신, 종래 고화제인 포틀랜드 시멘트를 함유한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조성으로 비교예 1의 조성물 52.5 g을 제조하였다.

2. pH 변동성 평가 방법

참고예 5와 혼합한 실시예 1 조성물 또는 비교예 1의 조성물을 조성물과 증류수의 비율이 1 : 5(w/w)가 되도록 혼합하여 항온수평진탕기에서 1시간 동안 진탕하고, 1시간 동안 진탕시킨 후 상등액을 분리하였다. 분리된 상등액을 참고예 3의 토양과 혼합한 후 1일, 5일, 11일 15일, 19일, 22일, 29일, 34일, 46일, 55일, 최종일 74일 경과 시점의 pH 값을 분석하였다.

3. pH 변동성 평가 결과

pH 변동성 평가 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

	pH
	1일차	5일차	11일차	15일차	19일차	22일차	29일차	34일차	46일차	55일차	74일차
*	11.68	10.27	10.85		11.07		9.96	10.19	10.44	9.76	8.29
**	12	10.92	10.15	11.5	10.41	10.5	10.12	8.7	8.92	8.38	8.44
***	11.5	10.32	10.75	10.38	10.36	9.32	9.07	9.13	9.4		8.69
* 참고예 3 토양 20 g + 참고예 5 조성물 5 g + 실시예 1 조성물 2 g ** 참고예 3 토양 20 g + 참고예 5 조성물 6.3 g + 실시예 1 조성물 2 g *** 참고예 3 토양 20 g + 참고예 5 조성물 6 g+ 비교예 1 조성물 2 g

표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 조성물이 혼합된 토양은 초기 pH 값이 11.68 이상으로 높은 값이었으나, 최종일의 pH 값은 8.44 이하로서 시간이 경과하면서 pH 값이 중성에 가까워짐을 알 수 있다. 이를 통하여 종래 고화제인 포틀랜드 시멘트를 함유한 비교예 1의 조성물이 혼합된 토양에 비하여 식물생장에 나쁘지 않은 pH 값을 가질 것으로 예상할 수 있다.

<시험예 5> 보습성 평가

1. 시료 준비

[실시예 1]

위 실시예 1의 시료를 그대로 사용하였다.

2. 보습성 평가 방법

상기 실시예 1의 조성물을 조성물과 증류수의 비율이 1 : 5(w/w)가 되도록 혼합하여 항온수평진탕기에서 1시간 동안 진탕하고, 여과지(5B, Toyo Roshi Kaisha)로 여과한 후 여과액을 제조하였다. 제조된 여과액을 참고예 3의 토양과 혼합한 후 물이 빠질 수 있는 구조의 용기에 담아 준비하였다. 상기 용기를 충분히 물에 잠길 수 있도록 한 후 토양을 꺼내어 증발접시에 담았다. 저울을 이용하여 0.5일차(12시간 경과 후), 2일차, 3일차, 4일차, 7일차, 11일차의 보습성을 분석하였다. 대조군으로 참고예 3의 토양을 그대로 사용하였다.

3. 보습성 평가 결과

보습성 평가 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

		0.5일차	2일차	3일차	4일차	7일차	11일차
참고예 3 토양 2kg + 실시예 1 조성물 100 g	W1	2.4	5.6	3.2	42.2	42.3	35.8
	W2	78.8	68.4	62.4	75.9	74	57.3
	W3	54.6	48.9	44.4	67.3	68.1	56.3
	수분 함량	31.67	31.35	30.4	25.51	18.61	4.65
참고예 3 토양 2kg	W1'	1.9	6.9	3	35.7	35.8	42.3
	W2'	67.8	60.8	66.7	72.2	63	67.4
	W3'	53	50.2	55.1	66.6	61	66.9
	수분 함량	22.45	19.66	18.21	15.34	7.35	1.99
수분 함량 비교 (실시예 1/참고예)		1.41	1.58	1.67	1.66	2.53	2.34
* 수분함량(%) = {(W2-W3)/(W2-W1)} ×100 * W1(g) : 증발접시 무게 * W2(g) : 건조 전 증발접시 + 시료 무게 * W3(g) : 건조 후 증발접시 + 시료 무게

표 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 조성물이 혼합된 토양은 참고예 3의 토양에 비하여, 초기인 12 시간 경과 후에는 1.41 배의 수분을 지니고 있지만, 시간이 경과함에 따라 2 배 이상의 수분을 지니고 있어 가뭄기에도 식물생장이 원활할 것으로 예상할 수 있다.

<시험예 6> 투수성 평가

1. 시료 준비

[실시예 1]

위 실시예 1의 시료를 그대로 사용하였다.

2. 투수성 평가 방법

실시예 1 조성물을 조성물과 증류수의 비율이 1 : 5(w/w)가 되도록 혼합하여 항온수평진탕기에서 1시간 동안 진탕하고, 여과지(5B, Toyo Roshi Kaisha)로 여과한 후 여과액을 제조하였다. 제조된 여과액을 참고예 3의 토양과 혼합한 후 KS F 2322(흙의 정수위 투수시험방법)에 준하여 30일차의 중금속 함량을 분석하였다.

3. 투수성 평가 결과

투수성 평가 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

	투수 계수(cm/sec)
참고예 3 토양 2kg + 실시예 1 조성물 100 g	1.25 E-0.5
참고예 3 토양 2kg	9.52 E-0.6

표 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 조성물을 함유하지 않은 경우 투수 계수가 거의 0에 가까우나, 실시예 1의 조성물을 함유한 토양의 경우 높은 투수성을 보여 식물생장에 매우 유리함을 알 수 있다.

<시험예 7> 식물생장 평가

1. 시료 준비

[실시예 1]

위 실시예 1의 시료를 그대로 사용하였다.

[비교예 2]

바닥재로 이루어지는 실리카 파우더 대신, 종래 고화제인 생석회를 함유한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 2의 조성물 52.5 g을 제조하였다.

2. 식물생장 평가 방법

상기 실시예 1 및 비교예 2의 조성물을 조성물과 증류수의 비율이 1 : 5(w/w)가 되도록 혼합하여 항온수평진탕기에서 1시간 동안 진탕하고, 여과지(5B, Toyo Roshi Kaisha)로 여과한 후 여과액을 제조하였다. 제조된 여과액을 참고예 3의 토양과 혼합한 후 청상추 씨앗을 골고루 펴서 파종하였다. 대조군으로 참고예 3의 토양을 그대로 사용하였다.

3. 식물생장 평가 결과

식물생장 평가 결과를 하기 도 1에 나타내었다.

도 1c 참고예 3의 토양의 경우 청상추가 거의 자라지 않았고, 도 1b의 비교예 2의 조성물이 혼합된 토양에서는 청상추가 참고예 3의 토양에 비하여 비교적 잘 자라긴 하였으나,

도 1a로부터 알 수 있는 바와 같이, 싹눈은 실시예 1의 조성물이 혼합된 토양에서 가장 먼저 나왔으며 41차 경과 시점에서는 청상추가 확연히 잘 자란 것을 알 수 있다. 이를 통하여 실시예 1의 조성물을 함유한 토양의 경우 식물생장에 매우 유리함을 알 수 있다.

본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 청구범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (5)

1. 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량 및 고화 촉진용 조성물 에 있어서,
   실리카 파우더 30 ~ 68 중량%, 황산마그네슘 4 ~ 23 중량%, 탄산칼슘 8 ~ 27 중량%, 황산알루미늄 2 ~ 7 중량%, 규조토 10 ~ 30 중량% 및 황산나트륨 2 ~ 8 중량%를 포함하며,
   상기 실리카 파우더는 바닥재로 이루어지는, 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량 및 고화 촉진용 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 조성물은 제올라이트; 규조토 및 벤토나이트 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 성분; 또는 상기 제올라이트 및 규조토 및 벤토나이트 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 성분의 혼합물을 별도의 전처리제로서 추가로 포함하는, 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량 및 고화 촉진용 조성물.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전처리제는 오염 토양 100 중량부를 기준으로, 1 내지 15중량부로 사용되는, 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량 및 고화 촉진용 조성물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 조성물은 황산철 수화물; 생석회 및 소석회 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 성분; 또는 상기 황산철 수화물 및 생석회 및 소석회 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 성분의 혼합물을 별도의 전처리제로서 추가로 포함하는, 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량 및 고화 촉진용 조성물.
5. 제4항에 있어서,
   상기 전처리제는 오염 토양 100 중량부를 기준으로 6 내지 15중량부로 사용되는, 오염 퇴적물 및/또는 폐기물 함유 토양의 안정, 개량 및 고화 촉진용 조성물.

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