※ 세명대학교 정명채교수의 환경지구화학특론 강의 보고서의 일부입니다.

- 토양세척에 의한 중금속 제거의 연구 (작성자 : 정재식) -

(Abstract)

중금속은 미량원소로서 토양 중에서도 많이 존재하지만 인간의 생활 활동을 통해서도 많이 유해 중금속이 환경 속으로 배출되며, 이들은 산화물 혹은 토양 유기물에 흡수 되어 자연 생태계와 인간에게 위협적인 유해물질로 남게 된다.

이러한 금속 오염물질, 특히 토양 유기물질이 적은 경우 복원하기 쉬운 정화 기술로서 토양 세척 기술이 있다.

미국 오하이오 주에 있는 Cleveland State University에서 연구자 Riyard Abumaizer 와 Lutful I. Khan 는 Sodium metabisulfite 와 EDTA 용액으로 토양을 세척하여 중금속을 제거 할 경우 토양속의 유기물질의 영향을 연구 하였다.

이 두가지는 특히 아연 (Zn), 납(Pb)을 효과 있게 제거 할 수 있는데 EDTA 용액은 유기 물질이 높은 농도의 토양에서 중금속을 추출하는데 유리하였고, Sodium metabisulfite 는 유기물이 낮은 점토토양에서 중금속을 제거하는데 효과적이었다. 따라서 이들은 중금속으로 오염된 토양을 세척, 처리 하는데 있어서 Sodium EDTA와 같은 킬레이트 화합물을 사용하는 것이 좋을 것이라는 결론을 내리고 있다.

Sodium metabisulfite : Na2S2O5

EDTA : Ehylenediaminetetraacetate ion

  • Chelation Complex

  • EDTA ion has six donor sites

  • Bind to metal ion by donating lone pair electron

    참고 문헌 : Journal of the Air & Waste management Association. Vol. 46, no.8, P765 ( 1996. 8 )

    연구 내용 및 결과 요약

     1. 토양중의 고 분자량 유기물질은 금속과 강하게 결합하여 물에 녹지 않는 금속화합물 생성하고, 저 분자량 유기물인 유기산,염기는 물에 녹을 수 있는 금속 화합물 생성

     2. 금속이온은 유기물질과 화합물이나 배위화합물을 생성하는 경향이 크다.

     3. 생성된 유기금속화합물은 토양 내에서 매우 안정.

    유기 토양에서는 금속을 환원하여 안정화 됨. -> 이동을 줄임. -> 산을 이용한 토양 세적법 적용시 금속 제거 효율 낮음.

     4. 토양 공극에서 금속 유기 화합물은 께어지고, EDTA가 리간드를 형성하여 제거함.

     5. 토양 세적법을 적용한 최근의 예는 물과 산성용액을 이용했다.( 황산, 염산, 인산, 질산 ,탄산, NaOH, Surfactant )

     6. 토양 세적법의 문제점 : 화학 공정 -> 그 자체가 토양 오염,

     8. 사용 예 --- ( Na2S2O5) : 환원제, 폐기물에서 금속 제거시 이용

    Sulfide, Cyanide 등의 독극물 오염처리시 사용.

    - EDTA ( Ehylenediaminetetraacetate ion ): 효과적인 납 추출제

     9. 오염 Sample : millipond :

    - 납, 아연 등 중금속으로 오염. - 25% 유기물 함

    - 실험을 위해 Pb(SO4), ZnCl2 으로 오염시킴.

    10. Soil Column : - Specimen Tube : 직경6.35 Cm, 높이: 11 Cm

    - 실험전 전처리 함. - Constant Head Methode

    11. 처리 방법: 1) Tap Water For Washing

    2) 0.2 mol Sodium metabisulfite solution

    3) 0.05 mol EDTA Solution.

    12. 결과 정리:

    ① Tap Water: 전혀 검출안됨. 1.3% Zn a 중금속은 토양에서 움직이지 않음

    ② Sodium metabisulfite: - Pb제거율 : 전체의 61 %

    - Zn제거율 : 전체의 93.36 %

    1st : Tap water, , 2nd : 0.2 mol Sodium metabisulfite , 3rd:0.05 mol EDTA

  • Sodium metabisulfite : - Pb : 48%, - Zn: 75% 제거

  • Soil Column 깊이에 따라서 균일한 제거율 유지함.

  • EDTA : - Pb : 70.4 %, - Zn: 92.7 % 제거

    Soil Column 깊이에 따라서 제거율 차이를 보임.

    토양 오염 처리 방법

    오염 토양 정화 기술

  • 오염 물질 : 중 금속, 기름관련 제품, PAH및 PCB 계통

  • 처 리 : In ?situ, ex-situ ===> 경제적 요인 고려

  • 정화 기술

    1) 생화학적 처리 방법 : 미생물을 이용 유해물질 분해 CO2 와 물로 전환

    장점: 토양 생물학적으로 유리 단 점: 처리 시간이 길다.

    2) 화학적 처리법 ( Chemical treatment ) :화학약품을 토양에 주입-->오염물질을 안정화.(중성화,시안화합물,환원)

    장 점: 오염토양 현지에 적용 가능.

    단 점: 토양의 생물학적 조성에 영향.(문제)

    3) 열 적 처리 방법( thermal Treatment ) : 600℃ 이하 열처리 -> 휘발물질 제거 ( rotary kiln )

    단 점: 에너지 소모 크다. 처리된 토양 생물학적 죽음초래.

    4) 진공 처리법 ( Vacuum Extraction )

    오염토양에 진공처리-> 오염물질 휘발 제거.

    연료나 기름으로 오염된 지역에 적용.

    5) 유리 질화 (Vitrification )

    : 높은 온도( 1600 ℃) 처리 -> 토양의 유리 질화

    에너지 소비 크다. -> 다른 방법으로 처리불가능 할 경우 적용

    6) 토양 서척 ( Soil Washing ) : 세척 용액이용 토양입자에 결합되어 있는 오염물을 액상으로 변화시켜 분리처리

    장점: - in ?situ , ex-situ 처리 모두 가능

    -여러 형태의 오염물 제거 가능 - 비용 저렴

    7) 동 전기 정화 기술( Electrokinetic Extraction ) : 토양및 지하수 내에 전류 공급-> 전기삼투, 이온이동.이동추출 처리