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본 연구에서는 산성비를 대신한 산성용액과 실린더형 석회석의 중화반응특성을 살펴보았으며, 다공성 토양 중 Darcy 법칙을 만족하는 오염물질의 흐름에 대하여 수착의 효과가 고려된 이산-분산 모델을 기초로 하여 오염물질의 이동특성을 예상하였다. 특히, column 실험을 통하여 모델의 적합성을 확인하였다. 실린더형 석회석과 산성수용액의 중화반응 특성을 알아보기 위한 batch 실험에서, 비균일상 반응인 미반응 핵 모델 중 화학반응과 유체막 확산이 율속단계로 판명되었으며, 온도를 높여서 실험했을 때는 유체막 확산이 율속단계로 나타났다. 오염물질 전달방정식 중 화학반응에 의한 지연효과를 결정하기 위해 batch 실험의 결과를 ...

본 연구에서는 산성비를 대신한 산성용액과 실린더형 석회석의 중화반응특성을 살펴보았으며, 다공성 토양 중 Darcy 법칙을 만족하는 오염물질의 흐름에 대하여 수착의 효과가 고려된 이산-분산 모델을 기초로 하여 오염물질의 이동특성을 예상하였다. 특히, column 실험을 통하여 모델의 적합성을 확인하였다. 실린더형 석회석과 산성수용액의 중화반응 특성을 알아보기 위한 batch 실험에서, 비균일상 반응인 미반응 핵 모델 중 화학반응과 유체막 확산이 율속단계로 판명되었으며, 온도를 높여서 실험했을 때는 유체막 확산이 율속단계로 나타났다. 오염물질 전달방정식 중 화학반응에 의한 지연효과를 결정하기 위해 batch 실험의 결과를 1차 반응으로 표현했을 때, 실린더형 석회석과 산성수용액의 반응상수는 0.004(1/hour)로 나타났다. Column 실험에서 pH 2.0의 산성용액은 5cm 지점에서 98% 중화된 반면 pH 1.0의 용액은 30cm 지점에서 99.8% 중화됨으로써 6배 가량 빨라졌다. 한편, 유량이 증가함에 따라 상부에서 산성용액의 포화는 빨라졌지만, 30cm 지점에서 유량 120ml/min의 경우 99.8%, 180ml/min의 경우는 97.7% 중화됨으로써 하부에서 산성용액의 전이는 유사하였다. 또한 석회석 입자크기가 -4mesh/+8mesh일 때 약 15cm, -10mm/+4mesh는 30cm 지점에서 완전히 중화되었다. 즉 석회석의 입자크기가 커질수록, 황산오염물의 이동속도가 빨라지므로 하부로의 전이가 2배 증가되었다. 본 현상에 대한 오염물질 전달방정식의 해가 구해졌으며 실험결과가 잘 부합됨이 확인되었다. 특히 수치모사결과 정량적인 표현이 가능한 석회석의 분배계수는 입자크기가 -10mm/+4mesh일 때 1000, -4mesh/+8mesh는 1300, -8mesh/+12mesh는 1900으로 계산되었다. 또한 산성비 침식모델 해석결과 석회석(-10mm/+4mesh)을 0.5m 복토하였을 때 강수량이 2m/year일 경우, 20년 후 석회석 상층부로부터 0.15m 깊이까지 침석되는 것으로 나타났다. 따라서 경제성을 고려하여 석회석을 0.15m 복토한다면, 20년마다 석회석을 교체함으로써 토양의 산성화를 막을 수 있을 것으로 보인다.