가. 해양오염 퇴적물 처리에 필요한 기술검토
ο 현재 국내 상용 처리기술 중 해양오염퇴적물 처리에 적용할 수 있는 처리기술은 입자분리 및 세척 에 기초한 매우 제한4)된 기술임을 고려하여 본 연구에서 해양오염퇴적물의 정화처리를 위한 공정 및 필요기술
- 입자분리: 물리적 분리방법 - 세척 및 오염저감: 화학적 처리
(1) 물리적 분리 기술(Physical separation technologies)
ο 처리할 대상 물질(오염물질 등)을 선택적으로 분리하는 기술ο 입경(Particle size), 밀도(Density), 자성(Magnetism), 소수성(Hydrophobic surface properties) 등 물리적 특성을 이용하여 분리
ο 입자형태 또는 표면 흡착 형태의 오염물질(중금속 등)은 비교적 쉽게 분리 가능함 ο 물리적 분리방법의 원리에 따른 종류 및 설명
- 건식 분리: 대상물질의 입경분포 차이가 작을 때 주로 사용 : 처리용량이 습식에 비하여 작음
4) 대한환경공학회지, 2010, 1076~1086, 2010
- 습식 분리: 일반적으로 실제 정화 현장에서 주로 사용됨 : 건식 분리에 비하여 비교적 처리용량이 큼
: 분리 시 용매(용수 또는 화학적 첨가제 등, 처리물:용매=1:2∼3)를 사용 : 처리과정에서 발생하는 폐액에 대한 별도의 수처리가 필요함
: 육상의 오염토양 정화에서는 공정 발생 폐수를 별도의 수처리 공정으로 처리 후 공정 수로 재활용함
ο 오염물질과 퇴적물(또는 토양)의 결합형태 종류 (그림 Ⅴ-14) - 오염물질이 퇴적물 입자와 독립적으로 존재
- 퇴적물 표면에 약하게 결합, 퇴적물의 일부로 결합 - 퇴적물 내부에 포함되어 강하게 결합
그림 Ⅴ-14. 퇴적물 내 오염물질의 존재 형태5) ο 물리적 분리 시 영향 인자(Factor)
- 입경 분포(Particle size distribution) 5) Journal of Hazardous Materials, 152, 1-31, 2008.
- 입자형태
- 점토질/수분/Humic 성분 함량 - 비중
- 중금속 오염도 및 함량 - 자성 특성
- 입자표면의 소수성
- 여러 가지 영향 인자 중 입경 분포가 물리적 분리에 가장 중요한 요소 ο 물리적 분리 제한요소
- 오염물질(중금속)이 퇴적물 입자에 강하게 결합(결합상태: 잔류상태 등) - 오염된 부분(중금속)이 매질(퇴적물)과 비중 차이가 작을 경우
- 중금속의 화학적 결합 형태가 다양할 경우 - 모든 입경분포에 중금속이 존재할 경우 - Silt, clay 함량이 30∼50% 이상일 경우 - 퇴적물에 Humic 성분 함량이 많을 경우
- 퇴적물에 점성이 큰 유기화합물 함량이 많을 경우 ο 물리적 분리에 주로 사용되는 장치
- 스크린(Screening)
- 중력 침강(Gravity concentration) - 수력 싸이클론(Hydrocyclone) - 부상분리(Forth flotation) - 자력 분리(Magnetic separation
- 전기 분리(Electrostatic separation) 등
ο 오염 토양 또는 퇴적물 정화 시 물리적인 분리 흐름(5단계)
- 1차: 스크린을 사용하여 협잡물, 자갈(Oversized materials) 등을 선별
- 2차: 수력 분리(hydroclassification)로 목표하는 처리 대상별 입경(sand, silt, clay)별로 분리 - 3차: 중력 농축(gravity concentration)으로 1차, 2차 분리 후 사질(sand) 분리, 선별
- 4차: 처리 대상의 미세 입자(silt, clay) 분리 - 5차: 분리 후 잔재물(residuals) 선별
ο 물리적 분리 기술의 장점은
- 유기 오염물질과 중금속을 동시에 처리가 가능 - 후단 처리 대상 오염물질의 부피를 감량 가능 - 낮은 단가로 처리 후 유효활용이 가능
- 분리된 중금속을 별도로 처리 가능
- 쉽게 모듈화(Module)로 오염 현장에서 설치가 가능 - 비교적 검증되어 정착된 기술
ο 물리적 분리 기술의 단점은
- 처리 기술 구현에 많은 장비와 설치 공간이 필요하며,
- 처리 물량이 증가할수록 처리비용이 증가하며,
- 처리 과정에서 발생하는 폐액과 잔류 고형물을 처리해야함
(2) 화학적 세척 처리 기술(Washing / Chemical extraction technologies)
ο 화학 첨가제(산/염기, 계면활성제, 킬레이트제, 염, 산화/환원제 등)를 사용하여 오염물질(유기 물, 중금속 등)을 매질(퇴적물/토양)로부터 수용액 중으로 용출시켜 분리하여 제거하는 기술
ο 화학적 세척처리에 주로 사용되는 화학첨가제
- 산화제, 환원제: 오염물질 특히 금속을 쉽게 용출시킬 수 있음
- 계면활성제(Surfactant): 극성을 띠거나, 유기오염물질 처리에 효과적
- 산 용출(Acid extraction): 일반적으로 낮은 pH 조건(pH<2)에서 수소 이온(H+) 첨가 시 금속 양 이온 탈착(금속 석출)이 쉬운 점을 이용하는 처리 방법으로 pH 조정이 처리에 중요한 요소임 - 화학적 세척 처리에서 첨가제는 오염물질의 성질과 상태에 따라 제한적으로 사용해야 함(그림 Ⅴ
-15)
ο 사질(sand) 함량에 첨가제(reagent/ complex reagent)의 처리 효율이 영향을 받을 수 있음 ο 공정수로 물(tap water)을 사용할 경우 대상 오염물질별로 처리에 제한(한계)될 경우가 있음.
ο 화학적 세척 처리에 앞선 전처리 시 협잡물(debris)의 탈수는 스크린(screening), 탈수기 등을 사 용함
ο 일반적으로 우리나라의 해양오염퇴적물 정화사업 현장에서 수거되는 퇴적물은 펌프식 설비로 수거 되고, 응집침전 후 분리된 고형물(함수율 약 50% 이상)에 대하여 오염도 저감을 위한 중간처리(세척 등)를 위해서는 추가적인 탈수 처리(약 40% 미만)가 필요함.
그림 Ⅴ-15. 오염물질의 결합 형태에 따른 첨가제의 처리 가능성6)
ο 해양오염퇴적물은 입경 분포가 매우 다양하며, 입경에 따라 밀도, 함수량, 유기물 함량 등 특성 6) Journal of Hazardous Materials, 85, 145-163, 2001
번호 특허권자 발명자 출원일/
등록일 기술 명칭 요약
1 ㈜ 에 바 라 제 작소
가 타 오 카 나오 아키 외 4명
1999.8.5 / 2005.3.10
할로겐화 유기화합물 에 의한 오염물을 정 화하는 방법
환원제 및 종속영양형 혐기성 미생물의 영양원을 오염물에 첨가하는 공정을 가지 는 할로겐화 유기화합물에 의한 오염물을 정화하는 방법 (간접 관련)
2 ㈜서해건설 정 연 규 외 3명
2002.3.5 / 2004.9.7
퇴적 준설물의 경량화 에 의한 난분해성 물 질의 처리시스템 및 방법
하천, 해안 및 폐쇄성 수역의 오염 퇴적 준설물의 처리 장치, 하이드로사이클론, 부상탑, 제 1 슬러리 생물반응기, 제 2 슬러리 생물반응기로 구성되며, 이를 다 시 컨테이너 박스 2개를 사용하여 조립, 통합함으로써 이동식 장치로 제작 개발 (간접 관련)
3 ㈜토다공업
가 와 노 주 니 찌 외 6명
2002.12.2 / 2009.10.5
토양·지하수의 정화 처리용 철 입자 그의 제조법 해당 철 입자를 포함하는 정화제 그의 제조법 및 토양·지하 수의 정화 처리 방법
토양, 지하수 정화에 사용될 수 있는 철 입자를 포함하는 정화제 및 처리방법 (간접 관련)
4 ㈜ 후 지 기 소 엔도 가 2004.3.12 / 오염토양 개량방법 진공탱크 내에서 에어 버블링을 행하는 이 달라짐. 해양오염퇴적물 처리 시 처리 대상 물질을 오염도 및 입경 분포 등 특성 별로 분리 한 다 음 적합한 방법으로 처리할 필요가 있음
ο 화학적 세척 처리의 장점
- 흡착 형태 오염물질(금속 등) 처리에 용이 - 금속 화합물을 불용성 형태로 석출시킬 수 있음 - 미세 입자 처리 가능,
- 추출된 금속을 다양한 방법으로 회수 가능 ο 화학적 세척 처리의 단점
- 화학 첨가제 사용으로 단위 물량 당 처리 비용 높아질 수 있음
- 처리 산물의 유효활용 시 생물 영향을 검토할 필요가 있을 경우, 적용에 제한될 수 있음 - 미세입자 또는 잔류 슬러지에 독성 화학물질이 잔류 시 유효활용 제한(최종 처리 필요)됨 - 특정 화학물질을 포함하여 발생 폐액의 처리 및 유효활용 등에 제한 될 수 있음
- 금속 또는 특정 오염물질이 농축된 슬러지의 처리가 곤란함
나). 관련 처리 기술 국내 동향
ο 현재 우리나라의 해양오염퇴적물 처리와 관련된 기술 동향을 표 Ⅴ-2에 정리함.
표 Ⅴ-2. 우리나라의 해양오염퇴적물 처리 관련 기술 동향 (최근 10년 기준)
번호 특허권자 발명자 출원일/
등록일 기술 명칭 요약
코리아,
㈜ 후 지 기 소 공업
즈 히 사
외 1명 2004.7.8
경우에, 바깥 기온이 낮은 동절기에도 효 율적으로 휘발성 화학물질을 분리시키고 처리시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있는 오염토양 개량방법을 제공 (간접 관련)
5 ㈜호동전자 김 현 호
외 4명 2004.11.24 /
고농도 오존수를 이용 한 난분해성 오염토양 복원방법 및 그 장치
고농도 오존수를 이용한 난분해성(難分解 性) 오염토양 복원방법/오염토양, 수질, 폐기물의 유기오염물질 정화가능 (간접 관련)
6 한 국 지 질 자 원연구원
김 재 곤 외 2명
2007.5.16 / 2009.1.29
오염토양 차단층 및 이를 이용한 기능성 다층객토 복원공법
중금속 상승 차단층, 수분 상승 차단층, 토사유입 차단층으로 이루어지는 오염토 양 차단층을 중단에 설치/비소, 6가 크롬 등 중금속 용출과 오염악화를 차단 (간접 관련)
7 ㈜ 원 텍 에 이
티에스 송현도 2008.3.27 /
2008.9.25 토양 세척장치
오염토양을 파쇄 공극 넓힘, 계면활성제 주입 스크류 이용하여 세척하여 처리 효 율을 높임 (간접 관련)
8 ㈜ 대 일 이 앤
씨 김주엽 2009.3.20 / 2012.1.3
예비 건조기능을 구비한 오 염토양 정화용 열탈착 장치
폐열을 이용하여 예비 건조기능을 구비한 오염토양 정화용 열탈착 장치 (간접 관 련)
9 ㈜ 큐 엔 솔 루 션
김 수 곤 외 1명
2009.6.15 / 2010.4.6
미세토양 세척장치 및 방법
1mm 미만 미세토양을 세척, 선별하고, 선별된 미세토양에 함유된 유류, 중금속 제거 효율을 향상시키는 처리방법 (간접 관련)
10 아 주 대 학 교 산학협력단
오 수 기 외 1명
2009.8.27 / 2012.1.26
마이크로웨이브를 이 용하는 오염토양 정화 장치
마이크로웨이브를 이용하여 오염토양을 가열 및 에너지를 공급하여 처리효율을 높이는 장치 (간접 관련)
11
㈜ 대 일 이 앤 씨,
㈜한라건설
권 영 호 외 1명
2010.2.19 / 2010.5.7
오염 준설토 처리장치 및 그 처리방법
오염된 하천의 미세 준설토를 선별, 정화 하여 중금속 처리 효율을 높이는 처리방 법 (간접 관련)
12
㈜ 지 오 엔 지 니어링, 어영식
이 홍 규 외 1명
2010.4.27 / 2010.12.1
원위치 토양의 오염정 화방법
시추천공기를 이용 천공 후 정화제가 혼 합된 물을 가압하여 공기와 함께 분사시 켜 오염토양을 정화하는 방법 (간접 관 련)
13 ㈜ 삼 우 이 엔 백용기 2010.5.3 / 오염토양 세척 선별장치 유류, 중금속 등 복합 오염토양을 고압으