KR20060036813A - Purification and dewatering process and apparatus for dredging slurry and tailings - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중금속으로 오염된 고함수비의 슬러리와 광미에서의, 오염물 제거와 빠른 탈수를 위해 진공배수 기법과 동전기 현상을 결합하여 정화효율 향상과 탈수를 촉진하는 공법에 관한 것으로서, 양극(+)에서 전기분해에 의해 발생하는 H+ 이온을 이용하여 중금속을 토립자에서 탈착시키고, 탈착된 중금속을 정전기적 인력에 의한 전기이온이동 현상과 전기삼투 및 진공배수에 의한 이류로, 음극(-)겸용 배수재로 중금속을 제거하고, 전기영동과 전기삼투, 진공배수를 이용하여 고함수비인 준설토와 광미의 빠른 침강과 탈수를 촉진하며, 음극(-)에서 전기분해에 의해 발생하는 OH- 이온을 진공 추출시켜 슬러리 내 유입을 억제하여 음극(-) 근처에서 발생하는 중금속의 수산화 침전을 방지하고, 준설토의 매립 시 양극(+)과 음극(-)의 층별 교차로, 누적되는 준설토와 광미의 정화 처리와 빠른 탈수를 특징으로 한다.The present invention relates to a process for improving the purification efficiency and dehydration by combining vacuum drainage technique and electrokinetic phenomena for the removal of contaminants and rapid dewatering in slurry and tailings of heavy water contaminated with heavy metals. Heavy metals are desorbed from the granules by using H + ions generated by electrolysis at the same time, and the desorbed heavy metals are electro-ion transport phenomena by electrostatic attraction, and due to electroosmotic and vacuum drainage. The heavy metals are removed, and electrophoresis, electroosmotic and vacuum drainage are used to promote the rapid sedimentation and dehydration of dredged soils and tailings, which are high water content ratios, and vacuum extraction of OH - ions generated by electrolysis at the cathode It prevents the precipitation of heavy metals generated near the negative electrode (-) by inhibiting the inflow into the slurry, and accumulates the intersections of the positive (+) and negative (-) layers at the time of landfill of dredged soil. Is characterized by the purification and dredging of dredged and tailings.
진공배수 기법, 동전기 현상, 하상 퇴적토, 광미, 중금속, 탈수Vacuum drainage technique, electrokinetic phenomenon, bed sediment, tailings, heavy metals, dewatering
Description
도 1은 본 발명의 현장적용을 개략적으로 도시한 설치도.1 is an installation diagram schematically showing the field application of the present invention.
도 2는 본 발명에서 적용성을 높이기 위한 현장 다단계 투기 개념도.Figure 2 is a multi-stage speculative conceptual site for increasing the applicability in the present invention.
도 3은 본 발명을 적용하기 위한 전극겸용 진공배수재와 연결 클램프의 모식도.Figure 3 is a schematic diagram of the electrode combined vacuum drainer and the connection clamp for applying the present invention.
도 4는 본 발명의 실시를 위한 광미의 정화와 탈수처리장치의 구성도.Figure 4 is a block diagram of the purification and dehydration treatment apparatus of the tailings for the practice of the present invention.
도 5는 실시예에서 사용된 시료의 입도분포 그래프.5 is a particle size distribution graph of a sample used in the example.
도 6은 실시예에서 진공-동전기 배수정화 기법에서 실험 중 진공연결관으로부터 거리에 따른 침하량 분포 그래프.FIG. 6 is a graph of settlement distribution according to distance from a vacuum connection pipe during an experiment in a vacuum-electromotive drainage purification technique in an embodiment. FIG.
도 7은 실시예에서 단순 중력 침전와 진공-동전기 배수정화 기법에서의 침하량 분포를 비교한 그래프.7 is a graph comparing the settling distribution in the simple gravity settling and vacuum-electrical drainage purification technique in the Examples.
도 8은 실시예에서 실험이 종료된 후, 진공연결관으로부터 30cm 떨어진 3등분 지점에서의 시료 내 함수비 분포를 비교한 그래프.Figure 8 is a graph comparing the water content distribution in the sample at the third quarter point 30cm away from the vacuum tube after the end of the experiment in the Example.
도 9는 실시예에서 실험이 종료된 후, 진공연결관으로부터 30cm 떨어진 3등분 지점에서의 시료 pH 분포를 비교한 그래프.9 is a graph comparing the distribution of sample pH at three quarters apart from the vacuum connection tube after the experiment is finished in the Example.
도 10은 실시예에서 실험이 종료된 후, 진공연결관으로부터 30cm 떨어진 3등분 지점에서의 시료 내 납농도를 비교한 그래프.Figure 10 is a graph comparing the lead concentration in the sample at the third quarter point 30cm away from the vacuum tube after the end of the experiment in the Example.
도 11은 실시예에서 실험이 종료된 후, 진공연결관으로부터 30cm 떨어진 3등분 지점에서의 시료 내 카드뮴농도를 비교한 그래프.Figure 11 is a graph comparing the cadmium concentration in the sample at the third quarter point 30cm away from the vacuum tube after the end of the experiment in the Example.
도 12는 실시예에서 실험이 종료된 후, 진공연결관으로부터 30cm 떨어진 3등분 지점에서의 시료 내 크롬농도를 비교한 그래프.12 is a graph comparing the chromium concentration in the sample at the third quarter point 30cm away from the vacuum connection tube after the experiment in the Example.
도 13은 실시예에서 실험이 종료된 후, 단순 중력 침전과 진공-동전기 배수정화 기법에서의 각 중금속 제거효율 그래프.13 is a graph of each heavy metal removal efficiency in the simple gravity settling and vacuum-coupling drainage purification technique after the experiment is finished in the Examples.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1 : 진공펌프 2 : 전원공급장치1: vacuum pump 2: power supply
3 : 양극 4 : 음극겸용배수재3: positive electrode 4: negative electrode combined drainage
5 : 토조 6 : 진공탱크5: Tojo 6: vacuum tank
7 : 집수탱크 8 : 라군7: catchment tank 8: lagoon
9 : 집수지 10 : 전선9: catchment 10: electric wire
11 : 코어 12 : 진공연결관11 core 12: vacuum connector
본 발명은 중금속으로 오염된 준설토와 광미의 재활용과 매립 처리 시 중금속 함량과 부피 감소를 위해 진공배수 기법와 동전기 현상을 복합하여 정화 처리와 탈수를 동시에 촉진하는 공법과 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for simultaneously promoting purification and dehydration by combining vacuum drainage techniques and electrokinetic phenomena to reduce heavy metal content and volume during recycling and landfill treatment of dredged soil and tailings contaminated with heavy metals.
현재 준설토 처리는 해상 재투기나 매립, 재활용하거나 오염이 심할 경우 폐쇄수계 처분장 및 폐쇄 처분장 처리를 통하여 오염물질을 정화한 후, 육상 매립장 및 폐기물 매립장에서 매립하고 있다. 하지만, 일반적으로 오염된 지반에 대한 정화 기법들에 대해서는 많이 알려져 있지만, 오염된 준설토에 대해서는 유기 오염물에 대한 것만 일부 상용화되어 있고 중금속으로 오염된 준설토에 대해서는 거의 전무한 실정이다. 또한, 대부분 준설토는 점토와 같은 세립자를 많이 함유하고 있는 고함수성이기 때문에 함수비를 저감시키는데 많은 시간과 노력이 요구된다. Currently, dredged soil treatment is reclaimed at land reclamation site, landfill site, waste landfill site after purification of landfills, recycling, recycling, or when the pollution is severe, after purifying pollutants through closed water disposal site and closed disposal site. However, in general, there are many known techniques for the purification of contaminated soil, but only some of the organic contaminants have been commercialized for contaminated dredged soils, and almost no dredged soils contaminated with heavy metals. In addition, since most dredged soils are highly water-containing and contain many fine particles such as clay, much time and effort are required to reduce water content.
현재 준설토의 탈수 처리는 라군(lagoon)에서 응집제(coagulant, flocculant)를 이용하거나 압축 및 원심분리(presses or centrifuges)하고 있고, 정화 처리는 물리적인 분리(physical separation), 열처리(thermal processes) 및 생물학적 정화처리(biological decontamination) 방법을 사용하고 있다. 하지만, 응집제를 이용할 경우 이차적인 오염과 많은 시간이 소요되며 압축 및 원심분리법은 대량의 준설토를 처리하는 데에는 한계가 있다.Currently, the dewatering treatment of dredged soils uses coagulant or flocculant in the lagoon or presses or centrifuges, and the purification treatments include physical separation, thermal processes and biological processes. Biological decontamination is used. However, the use of flocculants requires a lot of secondary contamination and time, and compression and centrifugation are limited in treating large amounts of dredged soil.
선광처리를 하여 유용한 금속을 회수한 후 부산물로 발생되는 광미는 중금속을 비롯하여 여러 가지 유해물질이 잔존하고 있어 계곡과 계곡 사이에 댐 형태의 매립지를 만들어 퇴적하거나 별도의 매립지에 매립처리하고 있다. 현재 일부 매립지의 복토재나 콘크리트 블록 등에 재활용되고 있지만, 대부분은 그대로 방치되고 있어 산성비나 눈에 의해 중금속이 용출되어 인근 지하수, 하천수 및 토양의 오염원으로 작용하고 있고, 고함수비 상태로 다량의 미립분을 함유하고 있어 부피감소 를 위해서는 많은 시간과 비용이 요구된다.The tailings, which are produced as a by-product after recovering the useful metals by beneficiation, contain heavy metals and various harmful substances, and are formed in the form of dams between the valleys and the valleys, or are disposed of in landfills. Currently, some landfills are being recycled to cover materials and concrete blocks, but most of them are left untouched, and heavy metals are eluted by acid rain or snow, acting as a contaminant for nearby groundwater, river water, and soil. It requires a lot of time and money to reduce the volume.
따라서, 현재 중금속으로 오염된 대량의 준설토와 광미에 대한 정화와 탈수 처리를 위한 새로운 기법이 요구된다.Therefore, new techniques are needed for the purification and dehydration of heavy dredged soils and tailings contaminated with heavy metals.
본 발명과 관련된 대표적인 종래 기술은 다음과 같다.Representative prior art associated with the present invention is as follows.
Deal이 1986년 등록한 특허(미국 특허: 4608179)는 '인산 슬라임의 탈수를 위한 연속적인 방법'이다. 이 발명은 제분 찌꺼기와 슬라임, 슬러리의 탈수를 위해 동전기 현상과 상층수의 적절한 연속 배수를 가지는 근접한 루프 시스템를 이용하는 것과 플랜트 개발에 관한 것으로 탈수 처리에 국한되어 있다. 주요 청구사항은 슬라임을 연속적으로 처리하기 위한 플랜트 개발과 운영 등에 관한 내용을 포함하고 있다.Deal's 1986 patent (US Patent: 4608179) is a 'continuous method for dehydration of phosphate slime'. This invention relates to the use of close loop systems with electrokinetic phenomena and adequate continuous drainage of supernatant for the dewatering of mill residues, slime and slurries and to plant development. The main claim includes the development and operation of a plant for the continuous processing of slime.
Fremont 등이 1988년 등록한 특허(미국 특허: 4755305)는 '슬러지의 연속 탈수 기법'이다. 이는 오염된 토양에서 이용되는 동전기 정화 기법을 슬러지에 적용한 것으로 전기장을 형성하기 위해 전극을 연직으로 삽입하고, 슬러지에 접하는 양극과 음극(-) 전극부에 의해 슬러지에서 탈수 처리와 장치에 관한 내용이다. 슬러지 내의 전하를 띤 입자들은 전기영동 현상에 의해 반대 전극부로 이동하여 압밀되고, 전극부에 있는 필터 재료는 슬러지로부터 물의 배수만 허용하고 있다. 또한, 경제적인 탈수를 위해 직류 전기와 교류 전기, 반파 정류를 이용한다. 주요 청구사항으로는 이멀젼이나 슬러리와 같이 고상으로부터 액상을 분리하고, 체적을 최소화하기 위한 동전기적 방법과 적용 전류와 전압 경사, 전극배치 등이 포함되어 있다. A patent registered in 1988 by Fremont et al. (US Pat. No. 4755305) is a sequential dewatering technique of sludge. This is the application of the electrokinetic purification technique used in contaminated soil to the sludge. The electrode is inserted vertically to form an electric field, and the dehydration treatment and the device in the sludge by the anode and cathode (-) electrode parts contacting the sludge are described. to be. The charged particles in the sludge are moved to the condensed electrode part by electrophoresis and condensed, and the filter material in the electrode part allows only the drainage of water from the sludge. It also uses direct current, alternating current, and half-wave rectification for economical dewatering. Key claims include electrokinetic methods for separating liquid phases from solid phases, such as emulsions and slurries, minimizing volume, applied current and voltage gradients, and electrode placement.
Acar, et al.이 1992년 등록한 특허(미국 특허: 5137608)는 '흙 또는 슬러 리에서의 전기화학적 오염정화'이다. 이 발명의 내용은 비활성 전극을 사용하여 흙이나 슬러리로부터 전기화학적으로 오염정화를 실시하며, 양극지역에 물을 공급하는 것을 특징으로 하고 있다. 청구사항으로는 비활성 탄소전극을 사용한 포괄적 정화처리 과정들이 포함되어 있다.Acar, et al., Registered in 1992 (US Pat. No. 5137608), is an electrochemical contaminant purification in soil or slurry. The present invention is characterized by electrochemically purifying pollution from soil or slurry using an inert electrode and supplying water to the anode area. Claims include comprehensive purification procedures using inert carbon electrodes.
Brodsky와 Ho는 1995년 '오염된 흙의 원위치 정화'와 '불균질한 흙의 원위치 오염정화'의 제목으로 유사한 2개의 특허(미국 특허: 5398756, 5476992)를 등록하였다. 먼저 '오염된 흙의 원위치 정화'는 오염된 흙 사이에 적어도 하나이상의 액체 투수영역을 형성시켜 전기삼투에 의해 오염물을 제거하는 것이 주요 내용이다. 주요 청구사항은 액체 투수영역의 형성과 다양한 첨가제의 주입이다. '불균질한 흙의 원위치 오염정화'는 이전의 것과 유사한 내용과 방법을 제시하고 있으나 동수경사를 이방성 흙에 적용하여 동수흐름을 유발시킨다는 것에 차이를 두고있다. 또한 동수경사를 주기적으로 방향을 교환하여 적용하고, 전기삼투 흐름 방향을 역전시키는 기술도 조합하여 적용할 수 있다. 청구사항에는 이방성 흙에 동수경사를 적용, 동수경사와 전기삼투흐름의 주기적 교환이 포함되어있으며, 국내에서도 '오염된 이성분 토양의 원지 구제'(등록번호: 10-0193917)란 제목으로 동일하게 특허 등록되어있다.Brodsky and Ho registered two similar patents (US Patents: 5398756, 5476992) in 1995 under the titles 'In-situ Purification of Contaminated Soil' and 'In-situ Purification of Inhomogeneous Soil'. First, in-situ purification of contaminated soil is to remove contaminants by electroosmosis by forming at least one liquid permeation zone between contaminated soil. The main claims are the formation of liquid permeable zones and the injection of various additives. 'In situ contamination purification of heterogeneous soil' suggests similar contents and methods as the previous ones, but the difference is that hydrophobic gradient is applied to anisotropic soil to induce hydrophobic flow. In addition, it is also possible to apply the hydraulic inclination by changing the direction periodically and combining the technology of reversing the direction of the electroosmotic flow. The claim includes the application of hydraulic gradients to anisotropic soils and the periodic exchange of hydraulic gradients and electroosmotic flows.The same applies under the heading 'Remedy of Contaminated Bicomponent Soils' (Registration No .: 10-0193917). Patent is registered.
김효근 등이 1999년 '전기동력에 의한 슬러지에서 유해 중금속 제거방법'으로 국내 특허청에 출원(출원번호: 1019990014523)하였다. 이 발명의 내용은 하·폐수 처리장에서 발생하는 슬러지에 함유된 중금속들을 제거하여 기존에 소각이나 매립에 의해 폐기되어온 슬러지를 퇴비화하여 폐자원을 재활용하는 기술에 관한 것이 다. 주요 청구사항은 양극(兩極) 저수조에 세척용액과 전해질 용액을 제공하여 슬러지로부터 유해 중금속을 제거하는 방법과 슬러지셀과 양극(+) 세척용액, 음극(-) 전해질 용액의 경계면에 투수성이 좋고 물리적인 강도가 높은 이질막 (Heterogeneous Membrane)을 이용하고, 공급된 전류는 직류 정류 또는 반파 정류임을 특징으로 하는 전기동력, 양극(陽極) 세척용액으로 사용되는 산성용액은 0.001N-0.05N의 농도범위의 황산용액, 아세트산 용액, 염산용액 또는 질산용액에서 선택된 어느 하나임을 특징으로 한다. Kim Hyo-Geun and others filed a patent application with the Korean Patent Office in 1999 for the method of removing harmful heavy metals from sludge by electric power (application number: 1019990014523). The present invention relates to a technology for recycling waste resources by composting sludge that has been disposed of by incineration or landfill by removing heavy metals contained in sludge generated in sewage and wastewater treatment plants. The main claims are the removal of harmful heavy metals from the sludge by providing cleaning solutions and electrolyte solutions in the positive reservoir, and good water permeability at the interface between the sludge cell, positive cleaning solution and negative electrolyte solution. The acid solution used as the electric power, positive electrode cleaning solution, characterized in that the heterogeneous membrane (Hterogeneous Membrane) with high physical strength is used, and the current supplied is direct current rectification or half-wave rectification. The concentration is 0.001N-0.05N. It is characterized in that any one selected from sulfuric acid solution, acetic acid solution, hydrochloric acid solution or nitric acid solution in the range.
이상과 같이 기존의 연구동향은 탈수 처리와 정화 처리를 별도로 다루고 있으며, 이러한 경우 대량의 준설토와 광미를 처리하는데 한계점이 있다. 또한, 준설토와 광미를 현장 매립지의 매립재로 활용할 경우에도, 정화와 탈수 처리를 별도의 부지나 장치에서 처리한 후 활용하고 있다. 따라서, 본 발명은 라군(lagoon)이나 폰드(pond)에서 대량으로 발생하는 준설토와 광미의 탈수와 정화 처리를 동시에 할 수 있으며, 현장 매립지의 매립재로 활용할 경우, 매립지에서 직접 정화와 탈수 처리할 수 있다. 이 때, 물리적인 진공 배수와 전기화학적인 동전기 현상을 상호 보완시켜 배수와 정화를 동시에 구현하는데, 본 발의 주안점을 두었다.As mentioned above, the existing research trend deals with the dehydration treatment and the purification treatment separately. In this case, there is a limitation in treating a large amount of dredged soil and tailings. In addition, when the dredged soil and tailings are used as landfills in the landfill site, the purification and dehydration treatment is used after being treated in a separate site or device. Therefore, the present invention can simultaneously perform dehydration and purification of dredged soil and tailings generated in large quantities in lagoon or pond, and when used as a landfill material in a site reclaimed land, it is possible to directly purify and dehydrate the landfill. Can be. At this time, the physical vacuum drainage and electrochemical electrokinetic phenomena complement each other to implement drainage and purification at the same time.
하상 준설토와 광미 처리 시 가장 큰 문제점은 각종 화합물에 의한 오염과 미립분을 함유하고 있는 고함수비이다. 실제 하상 준설토와 광미를 육상에서 처리하는데 다음과 같은 문제점을 보이고 있다.The biggest problem in the treatment of bed dredged soil and tailings is the contamination by various compounds and the high water content containing fines. In fact, the following problems have been shown in the treatment of bedriding soil and tailings on land.
첫째는 하상의 준설토는 육상에서 배출되는 각종 화합물에 의해 수십년 이상 으로 장기간 오염되어 있어 부영양화 등 2차적인 수질 오염의 원인이 된다. Eric Stern(1994)은 도시나 고도로 공업화된 New York/New Jersey 항 내 하상 퇴적토가 다이옥신, 퓨란, PCB, 중금속, PAN(Peroxyacetyl nitrate) 등으로 오염되어 있는 것으로 보고하였으며, 국내에서도 권영택(1997)은 마산수출 자유지역 및 창원기계공업단지 등 산업시설과 도시생활에서 배출된 오염물질의 영향으로 마산만의 퇴적토의 오염도가 극심한 것으로 보고하고 있다. 그러나, 현재 유기 오염물에 대한 정화 처리는 일부 상용화된 기법이 제시되고 있지만, 중금속에 대한 정화 처리는 전무한 실정이다. 광미는 중금속을 비롯하여 여러 가지 유해물질이 잔존하고 있고, pH 완충능이 높아 산처리와 같은 전통적인 정화 처리에 어려움이 있다. 현재 일부 매립지의 복토재나 콘크리트 블록 등에 일부 재활용되고 있지만, 대부분은 계곡과 계곡사이에 댐 형태의 매립지를 만들어 퇴적하거나 매립처리하고 있어 산성비나 눈에 의해 중금속이 용출되어 인근 지하수, 하천수 및 토양의 오염원으로 작용하고 있다.First, dredged soils in riverbeds are contaminated for more than a few decades by various compounds discharged from the land, causing secondary water pollution such as eutrophication. Eric Stern (1994) reported that sedimentary sediments in urban or highly industrialized Port of New York / New Jersey are contaminated with dioxins, furans, PCBs, heavy metals, and peroxyacetyl nitrate (PAN). Masan Bay's sedimentary soils are reported to be extremely polluted by the pollutants emitted from industrial facilities and urban life such as Masan Free Export Zone and Changwon Machinery Industrial Complex. However, at present, some commercialized techniques for the purification of organic pollutants have been proposed, but there is no purification treatment for heavy metals. The tailings remain heavy metals and other harmful substances, and have high pH buffering ability, making it difficult to perform traditional purification treatments such as acid treatment. Currently, some landfills are recycled to cover soils and concrete blocks, but most of them are made of dam-type landfills between valleys and valleys, and are deposited or disposed of, and heavy metals are eluted by acid rain or snow, causing contamination of nearby groundwater, river water and soil. It is working.
둘째는 하상 준설토는 일반적으로 수 백% 이상의 고함수비를 가지고 있어 매립이나 폐기처리 시 큰 어려움이 있다. 기존의 탈수 처리기법은 준설 침강시킨 후, 수평배수재 공법이나 PTM(progressive trenching method)를 이용한 표층안정화 공법과 연직배수공법 등과 같은 심층 처리 공법을 이용하여 압밀을 가속화시키는 것이다. 하지만, 수평배수재 공법이나 PTM은 시간적, 경제적으로 개선의 여지가 많고, 연직배수공법은 대규모 성토고를 요하는 어려움이 있다. 또한, 광미는 원광을 선광하여 농축된 유효 금속을 회수하는 과정에서 발생하기 때문에 고함수비 상태로 광재댐이나 광미적치장으로 운반된다. 이러한 과정 후, 침전이나 압밀을 통해 체적을 감소시키는데, 광미의 미립분으로 인해 많은 시간과 비용이 요구된다.Second, river dredged soils generally have high water content of more than several hundred percent, which makes them difficult to landfill or dispose of. Conventional dewatering treatment method is to accelerate the consolidation by using deep treatment methods such as surface stabilization method and vertical drainage method using horizontal drainage method or progressive trenching method (PTM) after dredging sedimentation settling. However, the horizontal drainage method and PTM have a lot of room for improvement in terms of time and economics, and the vertical drainage method requires a large amount of labor. In addition, the tailings are transported to the slag dam or tailings storage in a high content ratio because the tailings are generated in the process of beneficiation to recover the concentrated effective metal. After this process, the volume is reduced by sedimentation or consolidation, which requires a lot of time and money due to the fines of the tailings.
본 발명에서는 상기 문제를 해결하며, 하상 퇴적토와 광미의 정화 처리와 원활한 탈수 처리를 동시에 구현하는데 그 목적이 있다.In the present invention In order to solve the above problems, the purpose is to simultaneously implement the purification and smooth dewatering treatment of the sediment and tailings.
상기 기술한 목적을 달성하기 위하여, 준설 슬러리 및 광미의 정화와 탈수방법에 있어서, 라군(lagoon) 바닥에 양극(+)을 미리 설치한 상태에서 준설한 퇴적토와 광미를 투기하는 단계와, 라군(lagoon) 외부에 있는 전원공급장치에서 양극(+)과 음극(-)겸용 배수재를 연결하는 단계와, 진공펌프에서 음극(-)겸용 배수재를 연결하여 전원과 진공을 동시에 가하는 단계가 순차적으로 이루어져 라군 (lagoon)에 있는 준설토와 광미의 정화 처리와 빠른 탈수를 특징으로 하며, 전원공급장치와 토조와 음극겸용배수재 및 음극겸용배수재 내부로 진공을 가할 수 있는 진공연결관과 집수탱크와 진공탱크 및 진공펌프로 구성된 정화와 탈수처리장치에 있어서,상기 음극겸용배수재는 양측에 배수재를 고정할 수 있는 클램프와, 점토와 같은 미립자의 유입을 방지하기 위한 필터, 전기동력을 균일하게 시료 내부로 전달할 수 있도록 배수재 내부에 설치한 전선, 배수재 내부에서 유로 역할과 형상을 유지하기 위한 코어를 포함한 구성을 특징으로 하는 준설 슬러리 및 광미의 정화와 탈수처리장치를 제공한다.In order to achieve the above object, in the method of purifying and dewatering the dredging slurry and tailings, dumping the sedimented sediment and tailings in a state in which the anode (+) is pre-installed at the bottom of the lagoon, and the lagoon ( lagoon) connecting the positive (+) and the negative (-) combined drain in the power supply device outside, and the step of applying the power and vacuum at the same time by connecting the negative (-) combined drain in the vacuum pump It is characterized by the purification of dredged soil and tailings in lagoon and rapid dewatering. It is a vacuum connection tube, a catchment tank, a vacuum tank and a vacuum that can apply vacuum to the power supply, to the earth and the cathode drainage and the cathode drainage. In the purification and dehydration treatment device consisting of a pump, the negative electrode combined drainage is a clamp for fixing the drainage on both sides, and for preventing the inflow of fine particles such as clay Dredging slurry and tailings purification and dewatering treatment device characterized by a filter, an electric wire installed inside the drainage to uniformly transfer the electric power into the sample, and a core for maintaining the flow path and shape inside the drainage. to provide.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구성과 일실시예를 구체적으로 설명 하면 다음과 같다.Hereinafter, a configuration and an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
진공배수 기법과 동전기 현상을 복합시킨 진공-동전기 배수정화 기법은 중금속으로 오염된 고함수비의 하상 퇴적토와 광미를 빠른 시간 내에 정화 및 탈수 처리하는 방법으로 양극(+)에서 전기분해에 의해 발생하는 H+ 이온이 정전기적 인력에 의한 전기이온이동과 전기삼투, 진공배수에 의한 이류 등으로 시료 내에 유입되어 토립자 표면에 흡착된 중금속을 탈착시키고, 탈착된 중금속 이온들을 정전기 인력에 의한 전기이온이동과 전기삼투, 진공배수에 의한 이류로 음극(-)겸용 배수재로 중금속을 제거하는 동시에 진공배수와 전기삼투로 간극수를 원활하게 배수하여 탈수를 촉진하는 것이다.Combined with the vacuum drainage technique and the electrokinetic phenomena, the vacuum-coil drainage purification technique is a method of quickly purifying and dehydrating heavy water-contaminated riverbed sediments and tailings, which are generated by electrolysis at the anode (+). H + ions are introduced into the sample by electrophoretic migration, electroosmotic and vacuum drainage to desorb heavy metals adsorbed on the surface of the particles, and desorbed heavy metal ions by electrostatic attraction It is to promote dehydration by smoothly draining the gap water by vacuum drainage and electric osmosis at the same time by removing heavy metal with negative electrode (-) combined drainage as the advection by over-osmotic and vacuum drainage.
본 발명에서 제시한 공법은 도 1에 의하여 구체적으로 설명하면, 진공배수 기법와 동전기 현상을 복합시킨 진공-동전기 배수정화 기법은 라군(lagoon)(8) 바닥에 양극(+)(3)을 미리 설치한 상태에서 준설한 퇴적토와 광미를 투기하고, 투기가 종료된 후 시료 중앙부에 음극(-)겸용 배수재(4)의 설치와 상부에 양극(+)(3)을 설치하는 것으로 시작된다. 음극(-)겸용 배수재(4)의 설치는 수평진공배수 공법과 같이 투기가 종료된 후에 설치할 수 있고, 투기 중 음극(-)겸용 배수재(4)를 포설하여 설치할 수 있다. 라군(lagoon)(8) 외부에 있는 전원공급장치 (2)에서 양극(+)(3)과 음극(-)겸용 배수재(4)를 연결하고, 진공펌프 (1)에 음극(-)겸용 배수재(4)를 연결하여 전원과 진공을 동시에 가하여 라군 (lagoon)(8)에 있는 준설토와 광미의 정화 처리와 빠른 탈수를 이룬다. 또한, 본 발명은 라군(lagoon) (8) 외에 준설한 하상 퇴적토와 광미를 현장 매립지의 매립재로 활용할 경우, 매립지에서 직접 양극(+)(3)과 음극(-)겸용 배수재(4)를 설치하여 적용할 수 있다. The method proposed in the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1. In the vacuum-electromotive drainage purification method combining a vacuum drainage technique and an electrokinetic phenomenon, a positive electrode (+) 3 is placed on the bottom of a
즉, 준설 슬러리 및 광미의 정화와 탈수방법에 있어서, 라군(lagoon)(8) 바닥에 양극(+)(3)을 미리 설치한 상태에서 준설한 퇴적토와 광미를 투기하는 단계(S10)와, 라군(lagoon)(8) 외부에 있는 전원공급장치(2)에서 양극(+)(3)과 음극(-)겸용 배수재(4)를 연결하는 단계(S20)와, 진공펌프(1)에서 음극(-)겸용 배수재(4)를 연결하여 전원과 진공을 동시에 가하는 단계(S30)가 순차적으로 이루어져 라군 (lagoon)(8)에 있는 준설토와 광미의 정화 처리와 빠른 탈수를 하게 된다. That is, in the method of purifying and dewatering the dredging slurry and the tailings, dumping the sedimented soil and tailings in the state in which the anode (+) (3) is pre-installed at the bottom of the lagoon (8) (S10), Connecting the positive electrode (+) (3) and the negative electrode (-) combined drainage (4) in the power supply (2) outside the lagoon (8) (S20), and the negative electrode in the vacuum pump (1) The step (S30) of applying the power supply and vacuum at the same time by connecting the negative drainage material (4) is performed sequentially to purify the dredged soil and the tailings in the lagoon (8) and perform rapid dehydration.
그리고 진공배수 기법와 동전기 현상을 복합시킨 본 발명의 현장 적용성을 높이기 위해 도면 2에 제시한 다단계 투기 방법을 제안한다. 다단계 투기 방법은 실제 현장에서 시간차로 투기되는 준설토를 처리하기 위해 라군(lagoon)(8)의 바닥에 양극(+)(3)을 미리 설치하고, 준설한 퇴적토와 광미를 일부만 투기하고, 상부에 음극(-)겸용 배수재(4)를 설치한다, 라군(lagoon)(8) 외부에 있는 전원공급장치(2)에서 양극(+)(3)과 음극(-)겸용 배수재(4)를 연결하고, 진공펌프(1)에 음극(-)겸용 배수재 (4)를 연결한 후, 전원과 진공을 동시에 가하여 라군(lagoon)(8)에 있는 준설토와 광미의 정화와 탈수 처리한다. 정화와 탈수 목표치를 이룬 후, 추가적인 준설토와 광미를 투기하고, 전(前) 처리에서 음극(-)겸용 배수재(4)로 사용한 전극부를 양극(+)(3)으로 이용하고, 상부에 새로운 음극(-)겸용 배수재(4)를 타설한다. 목표한 정화 처리와 탈수를 이룬 후, 이러한 과정을 되풀이한다. 본 공법에서는 사용한 양극(+)(3)을 전기분해에 의한 부식으로 소멸시킬 수 있다.And the multi-stage dumping method shown in Figure 2 is proposed in order to increase the field applicability of the present invention combined with the vacuum drainage technique and electrokinetic phenomenon. The multi-stage dumping method pre-installs the anode (+) (3) at the bottom of the lagoon (8) to treat the dredged soil which is dumped with time difference in the actual site, and dumps the dredged sediment and tailings only partially, Install negative (-) drain (4), connect positive (+) (3) and negative (-) drain (4) from power supply (2) outside lagoon (8) After connecting the negative (-) combined drainage material (4) to the vacuum pump (1), the power and vacuum are applied simultaneously to purify and dewater the dredged soil and tailings in the lagoon (8). After achieving the target of purification and dehydration, the additional dredged soil and tailings are dumped, and the electrode portion used as the negative electrode (-)
또한, 본 발명은 라군(lagoon) (8) 외에 준설한 하상 퇴적토와 광미를 현장 매립지의 매립재로 활용할 경우, 매립지에서 직접 양극(+)(3)과 음극(-)겸용 배수재(4)를 설치하여 적용할 수 있다. In addition, the present invention, when the dredged sedimentary soil and tailings in addition to the lagoon (8) as landfill material of the site landfill, the positive (+) (3) and negative (-) combined drainage material (4) directly from the landfill Can be installed and applied.
그리고 현장의 시간차 매립을 고려하여 라군(lagoon)이나 폰드(pond)에서 전극의 층별 교차로 다단계 투기를 수행하여 적용성을 높일 수 있게 된다.In addition, the applicability can be improved by performing multi-stage dumping at the intersection of the layers in the lagoon or the pond in consideration of the time difference of the landfill.
한편, 하상 퇴적토와 광미를 라군(lagoon)이나 폰드(pond)에서 처리하는 것 외에 매립지의 현장 매립재료로 사용할 때, 현장에서 본 공법을 직접 적용할 수도 있다.On the other hand, when the sedimentary soils and tailings are treated in lagoons or ponds and used as landfill materials for landfills, the process can also be applied directly on site.
그리고 음극(-)겸용 배수재에서 진공압에 의해 전기분해에 의해 발생하는 OH- 이온의 시료 내 유입을 억제하여 수산화 침전을 방지하며, 슬러리 조건별 최적의 진공압과 전압을 조합하여 적용하게 된다.In addition, by inhibiting the inflow of OH - ions generated by electrolysis by vacuum pressure in the negative electrode drainage material to prevent hydroxide precipitation, the combination of the optimum vacuum pressure and voltage for each slurry condition is applied.
본 발명에서 개발한 음극겸용 배수재(4)는 도면 3에 제시하고 있는 것과 같이 전원공급장치(2)와 토조(5)와 음극겸용배수재(4) 및 음극겸용배수재(4) 내부로 진공을 가할 수 있는 진공연결관(12)과 집수탱크(7)와 진공탱크(6) 및 진공펌프(1)를 기본구조로 하며, 특히 상기 음극겸용배수재(4)는 양측에 배수재를 고정할 수 있는 클램프(8)와, 점토와 같은 미립자의 유입을 방지하기 위한 필터(9), 전기동력을 균일하게 시료 내부로 전달할 수 있도록 배수재 내부에 설치한 전선(10), 배수재 내부에서 유로 역할과 형상을 유지하기 위한 코어(11)를 포함한 구성을 특징으로 하게 된다.The negative
또한, 전기동력은 코어(11) 내부에 전선을 배치하는 것 외에 코어(11)를 전기가 통하는 금속류나 탄소를 이용하여 전달할 수 있다.In addition, in addition to disposing an electric wire inside the
이하 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.It will be described in more detail through the following examples. However, the technical scope of the present invention is not limited by the following examples.
< 실시예> 단순 중력 침전과 진공-동전기 배수정화 기법의 비교EXAMPLES Comparison of Simple Gravity Sedimentation and Vacuum-Powered Drainage Purification Techniques
실시예는 진공배수 기법과 동전기 현상을 이용한 진공-동전기 배수정화 기법의 효과와 적용성을 실내에서 검증하기 위해 도면 4와 같은 실내 장치를 이용하여 단순 중력 침전 실험과 비교하였다. 대상 시료는 남해안 진해지역의 해성 점성토를 채취하여 실험에 영향을 미칠 정도의 크기를 가진 자갈이나 조개껍데기 등과 같은 불순물을 제거하기 위해 0.074mm 체를 이용하여 체가름하였다. 기본 물성치는 한국산업규격인 KS F에 근거하여 실시하였다. 기본 물성치는 표 1에 나타나 있다. In order to verify the effectiveness and applicability of the vacuum drainage method and the electrokinetic drainage purification method using the electrokinetic phenomena indoors, the embodiment was compared with the simple gravity precipitation experiment using the indoor device as shown in FIG. The samples were sieved using a 0.074mm sieve to remove impurities such as gravel and shells that were large enough to affect the experiment by collecting marine viscous soils from the southern coast of Jinhae. The basic properties were based on the Korean Industrial Standard KS F. Basic physical properties are shown in Table 1.
시료의 입도 분포는 도면 4와 같이 나타났다.The particle size distribution of the sample was shown in FIG. 4.
본 실시예에서는 준설토에서 검출되는 중금속 중 토양오염공정시험법과 폐기물공정시험법에서 유해 중금속으로 분류하고 있는 납, 카드뮴, 크롬 등을 실내에서 인위적으로 오염시키기 위해 일정한 양의 질산납과 질산카드뮴, 질산크롬을 염수에 녹여 약 10일간 실내에서 시료와 교반하였다. 초기 준설토는 라군(lagoon)에서 침 강이 끝난 후의 함수비로 고려하여 300% 근처로 설정하였다. In this example, a certain amount of lead nitrate, cadmium nitrate, and nitric acid are used to artificially contaminate lead, cadmium, and chromium, which are classified as hazardous heavy metals in soil pollution test method and waste process test method, among heavy metals detected in dredged soil. Chromium was dissolved in brine and stirred with the sample indoors for about 10 days. The initial dredged soil was set to near 300% considering the water content after the sedimentation in the lagoon.
실시예의 실험조건은 표 2에 나타나 있다.The experimental conditions of the examples are shown in Table 2.
실험 중 진공연결관(12)에서 10, 20, 30, 40, 50cm 떨어진 각 지점의 침하계(10)로부터 침하량를 측정하였고, 집수탱크(7)에서 배수량을 측정하였다. 실험이 완료된 후, 진공연결관(12)으로부터 시료를 5등분하여 시료 내부의 함수비, pH 변화 및 오염물 농도분포를 측정하였다.During the experiment, the amount of sedimentation was measured from the
도면 6은 진공-동전기 배수정화 기법에서 각 침하계(10)에서 측정한 침하량을 시간에 따라 도식화한 것이다. 초기에는 진공압을 가하는 영역 근처에서 더 빠른 침하를 보였지만, 약 100시간 이후에는 전 시료에 걸쳐 균일한 침하를 보였다. 압밀도는 약 160시간 이후 전 지점에서 90% 이상 보였다. 이와 같이 초기에는 진공압의 영향으로 부분 침하가 발생하였지만, 가동기간이 증가할수록 동전기 현상의 영향이 커져 전 영역에 걸쳐 균일한 침하를 보이는 것을 알 수 있었다.6 is a schematic diagram of the settled amount measured in each
도면 7은 단순 중력 침전과 진공-동전기 배수정화 기법의 전 침하량을 시간에 따라 비교한 것이다. 단순 중력 침전에서는 약 324 시간 이후에서 압밀도 90% 이상을 보였지만, 진공-동전기 배수정화 기법에서는 약 160 시간에서 90% 이상의 압밀도를 보여 약 2 배 이상 압밀을 촉진하는 것으로 나타났다. 또한, 압밀이 종료된 후, 침하량은 약 9.25, 11.5cm로 향상기법을 이용할 때, 약 1.24배 이상 더 침하한 것을 알 수 있었다. Figure 7 compares the total settling of the simple gravitational sedimentation and vacuum-electrical drainage techniques over time. In simple gravity sedimentation, the density was more than 90% after about 324 hours, but the vacuum-coupling drainage technique showed more than 90% of the density in about 160 hours, facilitating consolidation more than twice. In addition, after the consolidation was completed, it was found that the amount of settlement was about 9.25 and 11.5 cm, and the settlement was further increased by about 1.24 times or more when using the improvement technique.
도면 8은 각 실험이 종료된 후, 진공연결관(12)으로부터 30cm 지점인 3등분 지점에서 시료 내 함수비 분포를 비교한 것이다. 최종 평균 함수비는 약 133.16, 100.99%로 약 1.33 배이상의 차이를 보였는데, 이는 최종 침하량의 차이와 같이 전기영동현상에 의한 입자의 이동과 진공배수, 전기삼투 등에 의한 원활한 배수때문으로 판단된다.Figure 8 compares the water content distribution in the sample at the third quarter, 30cm from the
도면 9는 각 실험이 종료된 후, 진공연결관(12)으로부터 30cm 지점인 3등분 지점에서 시료 내부 pH 분포를 비교한 것이다. 단순 중력 침전 실험이 종료된 후, 시료 내의 pH는 초기 pH 7.77에 비해 거의 변하지 않았지만, 진공-동전기 배수정화 기법에서는 양극(+) 근처에서는 산성화되었고, 음극(-)겸용 배수재 근처에서는 염기화되었다. 이는 양극(兩極)에서 전기분해에 의해 발생하는 H+, OH- 이온의 영향 때문이다. 하지만, 일반적인 동전기 정화 처리에서 음극(-) 근처에 보이는 강염기 현상은 나타나지 않았는데, 이는 음극(-)겸용 배수재에서 진공압에 의한 강제배수로, 음극(-)에서 전기분해에 의해 발생하는 OH- 이온이 시료 내 유입되는 것을 억제했기 때문이다. Figure 9 compares the pH distribution in the sample at the third quarter, 30cm from the
도면 10, 11과 12는 각 실험이 종료된 후, 진공연결관(12)으로부터 30cm 지점인 3등분 지점에서의 시료 내부 납, 카드뮴 및 크롬의 농도 분포를 비교한 것이 다. 단순 중력 침전 실험에서는 초기 농도에 비해 큰 감소를 보이지 않은 반면, 진공-동전기 배수정화 기법에서는 초기 농도에 비해 전 시료에 걸쳐 낮은 농도 분포를 보였다. 또한, 음극(-)겸용 배수재(4) 근처에서 가장 큰 농도 감소를 보여 일반적인 동전기 정화 처리에서 음극부 근처에서 수산화 침전에 의한 정화 효율 감소 현장은 보이지 않았다.Figures 10, 11 and 12 compare the concentration distribution of lead, cadmium and chromium in the sample at the third quarter, 30cm point from the
도면 13은 실험에 종료된 후, 단순 중력 침전과 진공-동전기 배수정화 기법에서의 중금속 제거효율을 비교한 것이다. 단순 중력 침전 실험에서는 각 중금속별로 약 28.52, 20.38, 12.15%의 제거효율을 보였는데, 이는 토립자에 흡착되지 않고 용액상에 용해된 중금속 이온들이 중력 침전 중 배수로 인해 상부로 배출되었기 때문이다. 진공-동전기 배수정화 기법에서는 각각 80.57, 77.47, 81.05%의 제거효율을 보여 단순 중력 침전보다 약 3배 이상의 높은 제거효율을 보였다. 이는 양극(+)에서 전기분해에 의해 발생하는 H+ 이온의 시료 유입으로 시료 내에 흡착된 중금속을 탈착시키고, 전기이온이동과 전기삼투, 진공배수 기법과 같은 이류로 음극(-)겸용 배수재를 통하여 제거되었기 때문이다. FIG. 13 compares the heavy metal removal efficiencies in the simple gravity settling and vacuum-powered drainage purification techniques after the end of the experiment. Simple gravity precipitation experiments showed removal efficiency of about 28.52, 20.38, and 12.15% for each heavy metal, because heavy metal ions dissolved in the solution without being adsorbed to the particles were discharged to the top due to drainage during gravity precipitation. In the vacuum-electric drainage purification technique, the removal efficiencies of 80.57, 77.47, and 81.05%, respectively, were about 3 times higher than those of simple gravity precipitation. It desorbs heavy metal adsorbed in the sample by the inflow of H + ions generated by electrolysis at the positive electrode (+), and through the negative electrode (-) combined drainage in two kinds of flows such as electro ion transport, electroosmotic and vacuum drainage techniques. Because it was removed.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 중금속으로 오염된 고함수비인 하상 퇴적토와 광미의 처리 시 나타나는 문제점을 다음과 같이 해결할 수 있었다. According to the present invention as described above, the problems appearing in the treatment of the sedimentary soil and tailings, which is a high water content contaminated with heavy metals, could be solved as follows.
즉, 첫째는 동전기 현상을 적용할 때, 양극(+)에서 발생하는 H+ 이온의 영향으로 하상 퇴적토나 광미에 흡착되어 있는 중금속을 탈착시킬 수 있고, 탈착된 중 금속을 전기이온이동과 전기삼투, 진공배수에 의한 이류로 음극(-)으로 취합하여 집수지에서 제거 처리할 수 있으며, 둘째는 음극(-)전극과 배수재를 결합한 음극(-)겸용 배수재를 이용하여 동전기 현상의 전기삼투와 진공배수로 간극수를 원활하게 배수할 수 있어 탈수를 촉진할 수 있으며, 셋째는 침강단계에서 본 공법을 적용하면, 동전기 현상의 전기영동에 의해 빠른 침강을 이룰 수 있으며, 넷째는 음극(-)겸용 배수재에서 전기분해에 의해 발생하는 OH- 이온을 진공배수 기법에 의해 시료 외부로 강제 배출하여 시료 내의 유입을 억제하기 때문에 음극(-) 전극부 근처에서의 수산화 침전에 의한 정화 효율 감소를 억제할 수 있으며, 다섯째는 하상 퇴적토와 광미의 다단계 투기와 양극(+)과 음극(-)의 층별 배치로 다량의 준설토와 광미를 처리할 수 있고, 그 효율을 높일 수 있다.
That is, firstly, when applying the electrokinetic phenomenon, the heavy metal adsorbed on the bed sediment or tailings can be desorbed by the effect of H + ions generated from the anode (+). Osmotic and vacuum drainage can be collected by the negative electrode (-) and removed from the reservoir. Second, electro-osmosis of the electrokinetic phenomenon using the negative electrode (-) combined drainage that combines the negative electrode (-) electrode and drainage. And vacuum drainage can smoothly drain the gap water to promote dehydration. Third, if the method is applied in the sedimentation stage, it can achieve rapid sedimentation by electrophoresis of electrokinetic phenomenon. Since OH - ions generated by electrolysis in the combined drainage are forced out of the sample by the vacuum drainage technique to suppress the inflow into the sample, it is caused by hydroxide precipitation near the cathode (-) electrode part. The reduction of the purification efficiency can be suppressed, and the fifth is the multi-stage dumping of the bed sediment and the tailings and the layered arrangement of the anode (+) and the cathode (-) to treat a large amount of dredged soil and the tailings, and the efficiency can be improved.
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