금속오염(金屬汚染) 토양세척(土壤洗滌) 폐수(廢水)의 화학적(化學的) 처리(處理)와 재순환(再循環) 기술(技術) Chemical Remediation and Recirculation Technologies of Wastewater from Metal-Contaminated Soil Washing원문보기
본 고는 토양세척-폐수처리-처리수재활용의 친환경공정순환시스템에 대한 이론적인 조사와 국내외 실제적용사례를 조사하였다. 광산폐기물에 함유된 이동성과 용해성이 큰 비소 및 독성 중금속들은 주변 토양 및 지하수를 오염시킬 수 있기 때문에 오염토양은 적절하게 처리되어야 한다. 국내외에서 비소와 중금속 오염토양에 시도되었거나 성공한 기술은 반응벽체(reactive barriers) 및 복토(encapsulation), 고형화(solidification)/안정화(stabilization), 토양세척(soil washing), 식물정화기법(phytoremediation) 등이 있는데, 이 중 본고는 용액을 사용하여 토양으로부터 오염물질들을 제거하는 물리화학적인 기술인 토양세척에 대해 다루었다. 토양세척의 한가지 큰 문제점은 처리 후에 폐수가 대량으로 발생한다는 것이고, 이 폐수에는 세척용액의 리간드와 결합한 오염물질들이 함유되어 있기 때문에 추가적인 처리공정이 필요하다. 그 처리기술에는 오염물질과 세척용액의 특성에 따라 다양한 물리, 화학, 생물학적 처리가 있는데, 그 중에서 화학적 처리기술인 침전/공동침전법, 멤브레인막여과법, 흡착처리법, 이온교환처리법, 동전기처리법에 대해서 본문에 자세히 언급하였다. 마지막으로 각각의 처리법에 따라 실제 토양세척폐수처리 및 재활용에 관한 최근 국내외 연구사례 대해 소개하였고, 이러한 기술들을 바탕으로 토양세척폐수발생문제를 해결하고 수자원절감을 통한 공정의 전반적인 비용효과를 높일 수 있을 것이다.
본 고는 토양세척-폐수처리-처리수재활용의 친환경공정순환시스템에 대한 이론적인 조사와 국내외 실제적용사례를 조사하였다. 광산폐기물에 함유된 이동성과 용해성이 큰 비소 및 독성 중금속들은 주변 토양 및 지하수를 오염시킬 수 있기 때문에 오염토양은 적절하게 처리되어야 한다. 국내외에서 비소와 중금속 오염토양에 시도되었거나 성공한 기술은 반응벽체(reactive barriers) 및 복토(encapsulation), 고형화(solidification)/안정화(stabilization), 토양세척(soil washing), 식물정화기법(phytoremediation) 등이 있는데, 이 중 본고는 용액을 사용하여 토양으로부터 오염물질들을 제거하는 물리화학적인 기술인 토양세척에 대해 다루었다. 토양세척의 한가지 큰 문제점은 처리 후에 폐수가 대량으로 발생한다는 것이고, 이 폐수에는 세척용액의 리간드와 결합한 오염물질들이 함유되어 있기 때문에 추가적인 처리공정이 필요하다. 그 처리기술에는 오염물질과 세척용액의 특성에 따라 다양한 물리, 화학, 생물학적 처리가 있는데, 그 중에서 화학적 처리기술인 침전/공동침전법, 멤브레인막여과법, 흡착처리법, 이온교환처리법, 동전기처리법에 대해서 본문에 자세히 언급하였다. 마지막으로 각각의 처리법에 따라 실제 토양세척폐수처리 및 재활용에 관한 최근 국내외 연구사례 대해 소개하였고, 이러한 기술들을 바탕으로 토양세척폐수발생문제를 해결하고 수자원절감을 통한 공정의 전반적인 비용효과를 높일 수 있을 것이다.
This review investigated theoretical principals and practical application examples on recirculation system of soil washing-wastewater treatment-treated water recycling. As for technologies which have attempted to remediating metals-contaminated soil in and around country, there are reactive barriers...
This review investigated theoretical principals and practical application examples on recirculation system of soil washing-wastewater treatment-treated water recycling. As for technologies which have attempted to remediating metals-contaminated soil in and around country, there are reactive barriers, encapsulation, solidification/stabilization, soil washing, and phytoremediation. Among those, in particular, this review covers soil washing technology which physicochemically removes contaminants from soils. The major drawbacks of this technology are to generate a large amount of wastewater which contains contaminants complexed with ligands of washing solution and needs additional treatment process. To solve these problems, many chemical treatment methods have been developed as follows: precipitation/coprecipitation, membrane filtration, adsorption treatment, ion exchange, and electrokinetic treatment. In the last part of the review, recent research and field application cases on soil washing wastewater treatment and recycling were introduced. Based on these integrated technologies, it could be achieved to solve the problem of soil washing wastewater and to enhance cost effective process by reducing total water resources use in soil washing process.
This review investigated theoretical principals and practical application examples on recirculation system of soil washing-wastewater treatment-treated water recycling. As for technologies which have attempted to remediating metals-contaminated soil in and around country, there are reactive barriers, encapsulation, solidification/stabilization, soil washing, and phytoremediation. Among those, in particular, this review covers soil washing technology which physicochemically removes contaminants from soils. The major drawbacks of this technology are to generate a large amount of wastewater which contains contaminants complexed with ligands of washing solution and needs additional treatment process. To solve these problems, many chemical treatment methods have been developed as follows: precipitation/coprecipitation, membrane filtration, adsorption treatment, ion exchange, and electrokinetic treatment. In the last part of the review, recent research and field application cases on soil washing wastewater treatment and recycling were introduced. Based on these integrated technologies, it could be achieved to solve the problem of soil washing wastewater and to enhance cost effective process by reducing total water resources use in soil washing process.
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문제 정의
또한, 처리된 폐수를 토양세척공정에 재순환한 연구사례를 통한 수자원 절감과 토양세척공정의 전반적인 비용 절감 가능성을 모색하였다.
본 고에서는 여러 토양정화기술 중 가장 널리 사용되는 토양세척기술에 대해 다루었고 이때 발생되는 대량의 토양세척폐수의 화학적 처리기술에 대해 조사하였다. 또한, 처리된 폐수를 토양세척공정에 재순환한 연구사례를 통한 수자원 절감과 토양세척공정의 전반적인 비용 절감 가능성을 모색하였다.
지금까지 금속오염토양정화기술 중 가장 실용적으로 적용 가능 한 기술인 토양세척에 대해 알아보았다. 토양세척기술의 문제점인 대량의 용수사용과 폐수 발생 문제 해결을 위해 전세계의 관련 연구자들은 다각도에서 해결책을 찾고 있다.
지금까지 토양세척폐수에 함유된 금속이온을 처리하는 화학적 기술들에 대해 설명하였고본 단락에서는 각각의 처리법에 띠라- 실제 토양세척폐수 처리 및 재사용에 관한 최근 국내외 연구사례 대해 소개하고자 한다.
가설 설정
.토양의 균질성: 토양입자 및 오염물질의 형태, 농도와 같은 특성이 다양한 토양이나 균일하게 혼힙되지 않은 토양은 토양세척에 적합하지 않을 수 있다.
제안 방법
6)를 각각 오염토 양원 시료의 세척과 한번 세척처리한 토양의 재세척에 최대 4번까지 재활용하여 그 효율을 비교하였다. 또한, 세척폐수를 전기화학적 처리를 통해 처리한 후, 오염토양원시료 및 세척처리한 토양세척에 재활용하였는데, 마찬가지로 각각의 시료에 대해 최대 4번까지 재사용하여 그 때의 세척효율을 비교하였다. Table 4에 나타난 결과에서도 알 수 있듯이, 전기화학적 처리를 한 폐수 재활용공정이 처리를 하지 않은 공정보다 토양세척효율이 높게 나타났다.
2010)9* 은 최근에 금속종분류(speciation/fiactionation)와 추출 및 폐수처리 관점에서 비소 및 중금속오염토양처리에 대한 연구결과를 발표하였다. 비소 및 중금속 오염 토양은 우선 토양세척법으로 처리했고, 이때 발생하는 폐수처리에는 자연상에 존재하는 점토인 montmorillonite를 사용하여 폐수 내 금속이온을 흡착 처리하였다. Montmorillonite의 비소흡착능력은 3가 비소에 대해 3.
이 연구에서도 마찬가지로 금속 킬레이트제로 널리 사용되는 ED1A용액을 사용하여 토양세척을 실시하였고, 발생된 폐수는 처리하지 않고 바로 재활용하거나 전기화학적 처리를 한 후 토양세척공정에 재활용하였다. 이 연구에서는 폐수재활용에 있어서 다양한 시도를 하였는데, 처리하지 않은 세척폐수(pH 4.6)를 각각 오염토 양원 시료의 세척과 한번 세척처리한 토양의 재세척에 최대 4번까지 재활용하여 그 효율을 비교하였다. 또한, 세척폐수를 전기화학적 처리를 통해 처리한 후, 오염토양원시료 및 세척처리한 토양세척에 재활용하였는데, 마찬가지로 각각의 시료에 대해 최대 4번까지 재사용하여 그 때의 세척효율을 비교하였다.
있다. 이 연구에서도 마찬가지로 금속 킬레이트제로 널리 사용되는 ED1A용액을 사용하여 토양세척을 실시하였고, 발생된 폐수는 처리하지 않고 바로 재활용하거나 전기화학적 처리를 한 후 토양세척공정에 재활용하였다. 이 연구에서는 폐수재활용에 있어서 다양한 시도를 하였는데, 처리하지 않은 세척폐수(pH 4.
8에서 보는 것과 같이 나가노 지역의 카트뮴오염논밭에 토양세척-이동식 폐수처리시스템을 설치하여 토양세척 및 폐수처리의 현장 적용 타당성을 검토하는 연구를 실시하였다. 처리공정은 우선 C* aC용액으로 오염토양의 카드뮴을 세척 처리하였고, 토양에 남아있는 카드뮴과 CaCl2 잔류물을 제거하기 위해 토양을 순수한 물로 씻었다. 이때 발생한 폐수는 싸이클론-pH 조절 탱크-압축필터-킬레이트수지컬럼공정을 거치는 이동식 폐수처리시스템을 설치하여 현장에서 바로 처리하였다.
이론/모형
대해 연구한 사례를 발표했다. Finzgai와 Lestan 은 2008년에 발표한 논문总)에서 EDTA를 사용하여 토양 중금속을 세척하였고, Fig. 7에서 보듯이 그때 발생한 폐수는 역삼투법으로 전처리 한 뒤 boron-doped diamond anode(BDDA) 가 장착된 electrochemical advanced oxidation process(EAOP)를 통해 최종 처리하였다. 그들은 폐수 내 중금속이나 EDTA의 농도가 낮은 경우에 EAOP처리법은 효과가 낮았다고 보고하면서, 폐수방류기준에 맞게 처리하기 위해서는 처리 시간을 늘리거나 역삼투법을 동시에 사용하는 것이 필요하다고 제안하였다.
성능/효과
112 비소를 제 거하는 것으로 보고된 바 있다.2 오염물질의 제거효율에는 오염물질의 입자크기나 흡착제의 공극크기가 영향을 미친다. 활성탄(AC)은 폐수로부터 금속 또는 유기오염물질을 제거하는 데 널리 사용된다.
'8)멤브레인을 통과하는 액체를 조절하는 힘은 공극에 의존적인데, NF와 RO는 상대적으로 높은 압력(50-150 poimds/in2 [psi])을 필요로 하는 것에 비해 MF나 UF는 더 낮은 압력(5~100 psi)을 필요로 한다.2)낮은 압력을 사용하는 공정은 주로 물리적인 여과를 통해 오염물질을 제거하는 원리이고 높은 압력을 사용하는 공정은 투과성 멤브레인을 관통하는 화학적 분산 원리를 이용한 것이다. 일반적인 멤브레인 막 여과 공정은 Fig.
비소의 용해도는 원자가, pH, 특정비소화합물, 그리고 비소와 반응성을 보이는 다른 화학물질의 존재에 따라 달라질 수 있다.S)용해도가 큰 3가 비소를 용해도가 낮은 5가 비소로 먼저 산화시킨 후 침전/공동침전처리를 하는 것을 비소제거효율을 더 높일 수 있다.17)pH는 침전/공동침전에 있어서 가장 중요한 인자라고 볼 수 있는데, 각각의 금속의 용해도는 pH에 아주 의존적이고 최소 용해도를 보이는 특정 pH가 존재한다.
후속연구
미국, 유럽, 일본 등 선진국에서는 이러한 시도가 랩 스케일에서 그치지 않고 현장적용까지 이어지고 있지만 우리나라에서는 아직 이러한 사례를 찾아보기 어려운 실정이다. 따라서, 우리나라도 토양오염 처리공정 순환시스템의 개발과 실제현장적용의 필요성을 깨닫고 관련기술을 확보하는 것이 필요하다’ 토양정화 및 폐수처리 그리고 폐수재활용을 통한 친환경처리기술을 개발함으로써 토양 및 수자원 보존에 한 발 더 다가갈 수 있을 것이다.
특히 대부분의 오염 토양에서는 비소와 기타 중금속이 동시에 존재하는데다 이 경우 비소와 기타 중금속의 특성은 매우 다르므로 동시 처리에 어려움이 많다. 비소와 중금속 오염토양을 적절히 처리하기 위해서는 중금속 오염정도를 정확히 파악하고, 오염물질의 거동을 예측하는 연구가 선행되어야 한다.
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