휴믹물질을 이용한 중금속오염토양 정화기법 중금속에 의한 토양오염은 폐광산, 철도부지, 사격장 및 산업단지를 중심으로 나타나며, 현재 중금속오염토양현장에서 주로 적용되는 정화 기법은 토양세척법이다. 토양세척법에서는 토양에 강하게 결합한 중금속을 오염토양으로부터 탈착시키기 위한 적절한 세척제의 선정이 매우 중요하다. 염산, ...
휴믹물질을 이용한 중금속오염토양 정화기법 중금속에 의한 토양오염은 폐광산, 철도부지, 사격장 및 산업단지를 중심으로 나타나며, 현재 중금속오염토양현장에서 주로 적용되는 정화 기법은 토양세척법이다. 토양세척법에서는 토양에 강하게 결합한 중금속을 오염토양으로부터 탈착시키기 위한 적절한 세척제의 선정이 매우 중요하다. 염산, 질산, 황산과 같은 강한 무기산을 이용하여 중금속의 용해도를 높이거나 중금속과 배위결합이 가능한 citric acid, oxalic acid, acetic acid와 같은 유기산 또는 ethylenediaminetetraacetic acid와 nitrilotriacetic acid 같은 화학적 킬레이트제를 사용하여 중금속의 탈착을 유도하는 방식의 기법이 많이 적용되어왔다. 그러나 유·무기산이나 화학적 킬레이트제의 사용에는 독성물질의 잔류 문제, 낮은 처리효율, 높은 처리비용 등의 문제점이 지적되고 있다. 본 연구에서는 자연기원 유기물인 휴믹물질이 중금속과 강한 킬레이션 효과를 갖는 것에 주목하여, 휴믹물질을 친환경적, 고효율의 경제적인 킬레이트제로 토양세척법에 적용하여 중금속오염토양정화효율을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 또한, 세척 공정 후, 처리토양 및 미세토양 슬러지에 잔류하는 중금속을 고온발열체(thermal catalyst, TC)를 이용한 마이크로파(microwave, MW) 조사를 통해 토양에 고정화하는 기법을 개발하고, 이 기법에 의한 중금속의 토양 내 고정효율의 평가도 목적으로 하였다. 토양세척법 및 MW+TC 중금속 고정화기법의 운전조건 최적화 및 정화효율 평가를 위해 토양유기물 humic substance (HS)를 킬레이트 세척제 및 중금속 고정화제로 사용하였다. 중금속오염토양 현장에서 다량 발견되는 Cu 및 Pb을 연구대상 중금속으로 선정하였고, 토양의 구성 및 오염의 균질성을 확보하기 위하여 오염이력이 없는 토양을 채취하여 균질하게 토양을 인공적으로 오염시켜 사용하였다. HS 킬레이트 세척제를 이용한 토양세척에서는 세척용액의 HS 농도, pH, 토양과 세척용액의 고액비, 반응 시간에 따른 중금속제거효율을 분석하였으며, 토양세척효율 향상을 위한 HS의 중금속 킬레이션 효과를 평가하였다. 토양세척공정 후 토양 내 잔류하는 중금속의 고정화를 위하여 토양에 흡착한 잔류 HS의 양을 산정하고, MW+TC 중금속 고정화 처리를 통한 고정 효율 분석을 위해 European Community Bureau of Reference (BCR) 연속추출법을 이용하여 MW+TC 처리를 통한 토양 내 존재하는 중금속의 존재 형태 변화를 분석 및 평가하였다. 토양세척법의 세척용액 HS 농도에 따른 제거효율은 세척용액의 HS 농도 1000 mg/L에서 가장 높게 나타났으며(Cu:69%, Pb:56%), 토양과 세척용액 고액비 1:25에서 최적의 세척효율을 갖는 것으로 확인되었다. 세척용액 pH 조건은 8 이상에서 높은 제거효율을 보이며, 낮은 pH조건에서는 HS 침전으로 인한 제거효율 감소가 나타났다. HS의 킬레이션 능력(chelation capacity)은 수용액 상에서 Cu, Pb 각각 0.547 mmol Cu/g HS, 0.192 mmol Pb/g HS으로 나타났으며, HS의 토양 입자와의 흡착관계 분석 결과 Fruendlich, Langmuir 등온흡착식의 주요 인자인 1/n, KF, Qmax, K이 각각 0.76, 26.2 mg0.24·L0.76/kg, 13145 mg/g, 0.0006 L/mg으로 도출되었다. MW+TC 중금속 고정화처리한 토양의 BCR 연속추출법 결과, MW의 5분 조사로 쉽게 용출된다고 알려진 1단계(이온교환성) 형태의 중금속 함량은 Cu, Pb 각각 15%, 7% 감소하는 것을 확인하였으며, 쉽게 용출되지 않는 4단계(잔류물) 형태의 중금속 함량은 Cu, Pb 각각 21%, 9% 증가한 것을 확인하였다. 조사시간을 증가시킴에 따라 이러한 효과는 조금씩 증가하나, 대부분의 중금속 존재형태 변화는 5분 이내의 짧은 조사시간 내에 발생하는 것으로 판단된다. 또한, 토양 내 존재하는 HS의 농도에 따른 효과는 토양 내 HS 농도 100 mg/kg에서 존재형태의 변화가 가장 크게 나타났다. 본 연구는 기존 정화기법을 활용한 신기술 개발로 향후 중금속오염토양 정화 현장으로 적용할 때의 기초 설계 자료 및 주요 운전 인자를 제공할 것으로 기대된다.
휴믹물질을 이용한 중금속오염토양 정화기법 중금속에 의한 토양오염은 폐광산, 철도부지, 사격장 및 산업단지를 중심으로 나타나며, 현재 중금속오염토양현장에서 주로 적용되는 정화 기법은 토양세척법이다. 토양세척법에서는 토양에 강하게 결합한 중금속을 오염토양으로부터 탈착시키기 위한 적절한 세척제의 선정이 매우 중요하다. 염산, 질산, 황산과 같은 강한 무기산을 이용하여 중금속의 용해도를 높이거나 중금속과 배위결합이 가능한 citric acid, oxalic acid, acetic acid와 같은 유기산 또는 ethylenediaminetetraacetic acid와 nitrilotriacetic acid 같은 화학적 킬레이트제를 사용하여 중금속의 탈착을 유도하는 방식의 기법이 많이 적용되어왔다. 그러나 유·무기산이나 화학적 킬레이트제의 사용에는 독성물질의 잔류 문제, 낮은 처리효율, 높은 처리비용 등의 문제점이 지적되고 있다. 본 연구에서는 자연기원 유기물인 휴믹물질이 중금속과 강한 킬레이션 효과를 갖는 것에 주목하여, 휴믹물질을 친환경적, 고효율의 경제적인 킬레이트제로 토양세척법에 적용하여 중금속오염토양정화효율을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 또한, 세척 공정 후, 처리토양 및 미세토양 슬러지에 잔류하는 중금속을 고온발열체(thermal catalyst, TC)를 이용한 마이크로파(microwave, MW) 조사를 통해 토양에 고정화하는 기법을 개발하고, 이 기법에 의한 중금속의 토양 내 고정효율의 평가도 목적으로 하였다. 토양세척법 및 MW+TC 중금속 고정화기법의 운전조건 최적화 및 정화효율 평가를 위해 토양유기물 humic substance (HS)를 킬레이트 세척제 및 중금속 고정화제로 사용하였다. 중금속오염토양 현장에서 다량 발견되는 Cu 및 Pb을 연구대상 중금속으로 선정하였고, 토양의 구성 및 오염의 균질성을 확보하기 위하여 오염이력이 없는 토양을 채취하여 균질하게 토양을 인공적으로 오염시켜 사용하였다. HS 킬레이트 세척제를 이용한 토양세척에서는 세척용액의 HS 농도, pH, 토양과 세척용액의 고액비, 반응 시간에 따른 중금속제거효율을 분석하였으며, 토양세척효율 향상을 위한 HS의 중금속 킬레이션 효과를 평가하였다. 토양세척공정 후 토양 내 잔류하는 중금속의 고정화를 위하여 토양에 흡착한 잔류 HS의 양을 산정하고, MW+TC 중금속 고정화 처리를 통한 고정 효율 분석을 위해 European Community Bureau of Reference (BCR) 연속추출법을 이용하여 MW+TC 처리를 통한 토양 내 존재하는 중금속의 존재 형태 변화를 분석 및 평가하였다. 토양세척법의 세척용액 HS 농도에 따른 제거효율은 세척용액의 HS 농도 1000 mg/L에서 가장 높게 나타났으며(Cu:69%, Pb:56%), 토양과 세척용액 고액비 1:25에서 최적의 세척효율을 갖는 것으로 확인되었다. 세척용액 pH 조건은 8 이상에서 높은 제거효율을 보이며, 낮은 pH조건에서는 HS 침전으로 인한 제거효율 감소가 나타났다. HS의 킬레이션 능력(chelation capacity)은 수용액 상에서 Cu, Pb 각각 0.547 mmol Cu/g HS, 0.192 mmol Pb/g HS으로 나타났으며, HS의 토양 입자와의 흡착관계 분석 결과 Fruendlich, Langmuir 등온흡착식의 주요 인자인 1/n, KF, Qmax, K이 각각 0.76, 26.2 mg0.24·L0.76/kg, 13145 mg/g, 0.0006 L/mg으로 도출되었다. MW+TC 중금속 고정화처리한 토양의 BCR 연속추출법 결과, MW의 5분 조사로 쉽게 용출된다고 알려진 1단계(이온교환성) 형태의 중금속 함량은 Cu, Pb 각각 15%, 7% 감소하는 것을 확인하였으며, 쉽게 용출되지 않는 4단계(잔류물) 형태의 중금속 함량은 Cu, Pb 각각 21%, 9% 증가한 것을 확인하였다. 조사시간을 증가시킴에 따라 이러한 효과는 조금씩 증가하나, 대부분의 중금속 존재형태 변화는 5분 이내의 짧은 조사시간 내에 발생하는 것으로 판단된다. 또한, 토양 내 존재하는 HS의 농도에 따른 효과는 토양 내 HS 농도 100 mg/kg에서 존재형태의 변화가 가장 크게 나타났다. 본 연구는 기존 정화기법을 활용한 신기술 개발로 향후 중금속오염토양 정화 현장으로 적용할 때의 기초 설계 자료 및 주요 운전 인자를 제공할 것으로 기대된다.
Soils contaminated with heavy metals are easily found in the areas of abandoned mines, railroads, military sites, and manufacturer gas plant sites. Soil washing has been one of the most often used technologies for remediation of the heavy metal-contaminated soils. It is critical to make a good selec...
Soils contaminated with heavy metals are easily found in the areas of abandoned mines, railroads, military sites, and manufacturer gas plant sites. Soil washing has been one of the most often used technologies for remediation of the heavy metal-contaminated soils. It is critical to make a good selection of washing agents which play an important role in desorbing heavy metals strongly associated within soil matrix. Strong inorganic acids such as hydrochloric, nitric, and sulfuric acids that can enhance solubilization of heavy metals into the aquatic phase, organic acids such as citric, oxalic, and acetic acids or chelating agents such as ethylenediaminetetraacetic acid and nitrilotriacetic acid that can coordination with heavy metals have been suggested as soil washing agents. However, toxicity of these chemicals, low removal efficiency, and high cost have been noted as crucial limiting factors in use of these soil washing agents. Given that humic substances (HS), natural organic matter originated from soil, can chelate with heavy metal effectively, the development of an eco-friendly, performance-efficiency, and cost-effective soil washing agent using humus matter was attempted and its application in soil washing process in this study. In the meantime, the residual heavy metals in the soils after soil washing including fine soil particles leftover from soil washing process need to be remediated. Thus, it was also examined to stabilize heavy metals in the soil matrix by thermal treatment using microwave irradiation coupled with hyperthermal catalysts, and its performance was evaluated as well. Humic substances were employed as soil washing agent via chelation as well as stabilization agent within the soil matrix for soil washing and immobilization of heavy metals to find out the operating conditions and efficiency of heavy metal-contaminated soil remediation. Copper (Cu) and lead (Pb) ubiquitously found in many heavy metal-contaminated sites were selected as target contaminants, and a forest soil with no previous contamination history was artificially contaminated with Cu and Pb. In soil washing experiments, HS concentration, pH, soil and washing solution ratio, reaction time were tested with regard to washing efficiency, and the chelation effect was also evaluated. The immobilzation of heavy metal within the soil matrix by microwave irradiation coupled with hyperthermal catalysts was examined by characterizing the HS sorption to soil and fractionation of heavy metal association with soil by the European Community Bureau of Reference (BCR) continuous extraction protocol. The highest removal rates by soil washing (69% for Cu and 56% for Pb) were obtained at 1,000 mg/L of HS and at 1:25 of soil:washing solution ratio. When pH value was higher than 8, the washing with HS was found to be effective, attributed to high chelation effect between HS and heavy metals at high pH. In contrast, the washing efficiency decreased markedly at low pH range due to HS precipitation. The chelation capacities of Cu and Pb in the aqueous phase were determined to be 0.547 mmol Cu/g HS, 0.192 mmol Pb/g HS, respectively. The sorption of HS to soil was characterized by Freundlich and Langmuir sorption isotherm models: 0.76, 26.2 mg0.24·L0.76/kg, 13145 mg/g, and 0.0006 L/mg for 1/n, KF, Qmax, and K, respectively. It was found from BCR continuous extraction experiments that the 1st stage fractions (ion exchangeable) of heavy metals which can be easily leachated to the aqueous phase were decreased by 15 and 7% for Cu and Pb, respectively, but their 4th stage fractions (residual) were increased by 21 and 9% for Cu and Pb, respectively, Although these effects became pronounced as the irradiation time increased, the irradiation time as short as 5 min was sufficient. Note that the fractionation changes by microwave irradiation were most significant when HS was added at 100 mg/L. The results of this study are expected to provide fundamental information on design and operation of heavy metal-contaminated soil remediation via soil washing and stabilization of heavy metals using HS as a washing agent and microwave irradiation as a thermal treatment.
Soils contaminated with heavy metals are easily found in the areas of abandoned mines, railroads, military sites, and manufacturer gas plant sites. Soil washing has been one of the most often used technologies for remediation of the heavy metal-contaminated soils. It is critical to make a good selection of washing agents which play an important role in desorbing heavy metals strongly associated within soil matrix. Strong inorganic acids such as hydrochloric, nitric, and sulfuric acids that can enhance solubilization of heavy metals into the aquatic phase, organic acids such as citric, oxalic, and acetic acids or chelating agents such as ethylenediaminetetraacetic acid and nitrilotriacetic acid that can coordination with heavy metals have been suggested as soil washing agents. However, toxicity of these chemicals, low removal efficiency, and high cost have been noted as crucial limiting factors in use of these soil washing agents. Given that humic substances (HS), natural organic matter originated from soil, can chelate with heavy metal effectively, the development of an eco-friendly, performance-efficiency, and cost-effective soil washing agent using humus matter was attempted and its application in soil washing process in this study. In the meantime, the residual heavy metals in the soils after soil washing including fine soil particles leftover from soil washing process need to be remediated. Thus, it was also examined to stabilize heavy metals in the soil matrix by thermal treatment using microwave irradiation coupled with hyperthermal catalysts, and its performance was evaluated as well. Humic substances were employed as soil washing agent via chelation as well as stabilization agent within the soil matrix for soil washing and immobilization of heavy metals to find out the operating conditions and efficiency of heavy metal-contaminated soil remediation. Copper (Cu) and lead (Pb) ubiquitously found in many heavy metal-contaminated sites were selected as target contaminants, and a forest soil with no previous contamination history was artificially contaminated with Cu and Pb. In soil washing experiments, HS concentration, pH, soil and washing solution ratio, reaction time were tested with regard to washing efficiency, and the chelation effect was also evaluated. The immobilzation of heavy metal within the soil matrix by microwave irradiation coupled with hyperthermal catalysts was examined by characterizing the HS sorption to soil and fractionation of heavy metal association with soil by the European Community Bureau of Reference (BCR) continuous extraction protocol. The highest removal rates by soil washing (69% for Cu and 56% for Pb) were obtained at 1,000 mg/L of HS and at 1:25 of soil:washing solution ratio. When pH value was higher than 8, the washing with HS was found to be effective, attributed to high chelation effect between HS and heavy metals at high pH. In contrast, the washing efficiency decreased markedly at low pH range due to HS precipitation. The chelation capacities of Cu and Pb in the aqueous phase were determined to be 0.547 mmol Cu/g HS, 0.192 mmol Pb/g HS, respectively. The sorption of HS to soil was characterized by Freundlich and Langmuir sorption isotherm models: 0.76, 26.2 mg0.24·L0.76/kg, 13145 mg/g, and 0.0006 L/mg for 1/n, KF, Qmax, and K, respectively. It was found from BCR continuous extraction experiments that the 1st stage fractions (ion exchangeable) of heavy metals which can be easily leachated to the aqueous phase were decreased by 15 and 7% for Cu and Pb, respectively, but their 4th stage fractions (residual) were increased by 21 and 9% for Cu and Pb, respectively, Although these effects became pronounced as the irradiation time increased, the irradiation time as short as 5 min was sufficient. Note that the fractionation changes by microwave irradiation were most significant when HS was added at 100 mg/L. The results of this study are expected to provide fundamental information on design and operation of heavy metal-contaminated soil remediation via soil washing and stabilization of heavy metals using HS as a washing agent and microwave irradiation as a thermal treatment.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.