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문제 정의
- 본 연구에서는 토양 중 중금속(Cd, Zn)을 제거하는 방법으로 물, mineral acid, chelating agent, organic acid 등에 의한 토양세척 시 여러 영향인자를 고려하여 적용시킴으로써 각종 중금속에 대해 가장 효과적인 세척용제를 찾아 중금속으로 오염된 토양을 효과적으로 처리하는 데 그 목적이 있다.
제안 방법
- 시료는 시간상 변화를 관찰하기 위하여 1, 2, 3, 6, 12, 24, 48. 72시간에 각각 탈착율을 비교하였으며 각 시간별 pH를 측정하여 pH의 영향에 대해서도 알아보았다.
- . NaOH를 0.1 M로 정하고 EDTA, Oxalic acid를 0.01, 0.1 M로 정하여 농도에 따른 세척효과를 비교 분석하였다.
- 14 min으로 유지시켰다. 또한 고상과 액상의 반응이 다른 주위의 반응에 영향을 받지 않도록 NaNC)3를 이용하여 이온 강도를 0.05 M로 유지시켰다. 회분식 실험과 마찬가지로 시간별로 유출수를 채취하여 0.
- 채취한 토양의 중금속 함유량이 매우 적어 중금속(Cd, Zn)을 인위적으로 오염시킨 후 토양 세척실험을 행하였다. 먼저 중금속을 농도별(20, 50, 100 mg/1)로 일정량의 토양에 1 : 20, 1 : 100(w : V)으로 혼합한 후, 혼합된 토양을 100 ml seal vial 에 넣어 251:, 120 rpm으로 진탕시켜 회분식 흡착 실험을 행하였으며 이에 가장 높은 흡착율을 보인 것을 가지고 모든 탈착 실험을 행하였다.
- 모든 실험은 상온에서 이루어졌으며 시료는 0.45 ytn pore size 의 멤브린 필터로 고액 분리한 후 중금속(Cd, Zn)의 농도를 Standard Methods” 에 따라 전처리를 시행한 후 AAS(Atomic Absorption Spectrometer)로 측정하였다.
- 채취한 토양의 중금속 함유량이 매우 적어 중금속(Cd, Zn)을 인위적으로 오염시킨 후 토양 세척실험을 행하였다. 먼저 중금속을 농도별(20, 50, 100 mg/1)로 일정량의 토양에 1 : 20, 1 : 100(w : V)으로 혼합한 후, 혼합된 토양을 100 ml seal vial 에 넣어 251:, 120 rpm으로 진탕시켜 회분식 흡착 실험을 행하였으며 이에 가장 높은 흡착율을 보인 것을 가지고 모든 탈착 실험을 행하였다.
- 토양세척 실험은 자연토양(# 40 X 60 mesh) 에 인위적으로 중금속(Cd, Zn)을 오염시킨 후 여러 세척용제(물, HC1, NaOH, EDTA, Oxalicacid 등)를 가지고 pH와 농도에 따라 회분식 실험과 연속식 실험을 병행하였다.
- 05 M로 유지시켰다. 회분식 실험과 마찬가지로 시간별로 유출수를 채취하여 0.45 멤브린 필터를 통과시켜 고액 분리한 후 AAS로 측정하여 오염물질의 탈착능을 관찰하였다.
이론/모형
- 토양은 대전 제4공단 내의 지역에서 오염된 표토층을 채취하였으며 먼저 토양의 물리적인 성질을 알아보기 위해 기본 물성 실험"중금속 오염농도, pH, 유기물 함량, 수분 함량, particle size distribution, CEC31 등)을 공해 공정시험법에 따라 행하였으며 그 결과는 표 1에 나타나 있다.
성능/효과
- (1)인위적 토양 흡착 실험 시 Cd, Zn의 농도가 각각 20 mg/1 인 중 금속을 5 g : 100 ml 에 흡착시켰을 때 가장 높은 흡착율을 보이고 있으며 최대 흡착율은 각각 Zn이 89.68%, Cd가 85.96% 이다.
- (2) 토양세척 실험 결과물과 NaOH에 의한 탈착율은 거의 없는 것으로 나타났다.
- (5) 연속식, 회분식 실험 모두 Cde EDTA가 Oxalic acid보다, Zne Oxalic acid가 EDTA 보다 상대적으로 높은 탈착율을 보이고 있다.
- 표 3에 나타난 바와 같이 Zn. Cd 모두 물, NaOH에 의한 탈착율은 거의 없는 것으로 나타났으며 HC1 에 의한 탈착율이 Zne 97.17%, Cde 93.73%로 가장 높게 나타났다. 또한 EDTA와 Oxalic acid 역시 비교적 높은 탈착율을 보이고 있는데 Cde EDTA가 Oxalic acid보다, Zne Oxalic acid가 EDTA보다 상대적으로 높은 탈착율을 보이고 있다.
- Zn. Cd 모두 초기 빠른 시간에 대부분의 양이용출되었으며 두 개의 중금속 모두 12시간 이후부터 거의 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있다. 이와 같이 산을 이용하면 중금속으로 오염된 토양을 쉽게 처리할 수 있을 뿐 아니라 중금속이 포함된 leachate를 간단한 침전 방법으로 처리할 수 있는 장점이 있지만 강산의 사용으로 인한 다른 구성 성분의 용해로 토양의 물리화학적 구조의 변화가 일어나며 토양의 산성화 문제도 발생하기 때문에 사용에 제약이 따른다.
- 즉, 토양으로부터 중금속이온이 빠져나와 용액에서 EDTA와 많은 착염을 형성하기 때문에 비교적 높은 탈착율을 보이고 있다. EDTA 농도에 따른 탈착율을 비교해본 결과 Zn, Cd 모두 0.1 M EDTA* 가지고 세척을 하였을 때 높은 제거율을 보이고 있으며 탈착 율은 Zn이 90.18%, Cd이 89.46%로 거의 비슷한 결과를 보이고 있다. 따라서 EDTA의 농도가 높으면 높을수록 탈착율이 높은 것을 알 수 있다.
- EDTA와 Oxalic acid의 농도별 탈착율은 농도가 높은 0.1 M EDTA, Oxalic acid가 0.01 M의 용액보다 높은 제거율을 보이고 있으며 대체적으로 모든 세척용제를 비교하여 보았을 때 Cd보다는 Zn의 탈착율이 상대적으로 높게 나타났다.
- Zn, Cd 모두 물에 의한 탈착율은 거의 없는 것으로 나타났으며 HC1 에 의한 탈착율은 Zn이 91.82%, Cd이 90.54%로 가장 높게 나타났다. EDTA와 Oxalic acid 역시 비교적 높은 탈착율을 보이고 있으며 회분식 실험과 마찬가지로 Cde EDTA가, Zne Oxalic acid가 상대적으로 높은 탈착율을 보이고 있다.
- pH는 0.1 M EDTA가 초기 4.20에서 4.09로, 0.01 M EDTA가 초기 4.12에서 3.95로 약간 감소하는 경향을 보이고 있지만 경미한 감소로 인하여 pH에 의한 중금속 탈착율의 변화는 크게 없는 것으로 나타났다. 따라서 EDTA에 의한 중금속의 탈착은 pH에 의한 것보다 착물 형성에 따른 것으로 사료된다.
- 1 M NaOH를 가지고 세척한 결과를 나타내고 있다. 그 결과 Zn, Cd 모두 물과 NaOH에 의한 탈착율은 매우 낮았으나 HC1 에 의한 탈착율은 매우 높게 나타났다.
- Oxalic acid 역시 EDTA와 마찬가지로 중금속에 높은 착물을 형성하며 pH가 비교적 낮기 때문에 탈착율이 높은 것으로 사료된다. 두 개의 중금속 탈착율이 비슷한 EDTA와는 달리 Oxalic acid는 확연하게 Zn이 Cd보다 높은 탈착율을 보이고 있으며 Zn의 탈착율은 95.84%, Cd의 탈착율은 54.67%를 각각 나타내고 있다. 이것은 표4를 보면 알 수 있듯이 Zn이 Cd보다 formation constant(Zn 3.
- 02에서 거의 변화가 없는 것으로 나타났으며 Zn이 Cd보다 탈착율이 약간 높게 나타났다. 물과 NaOH는 두 개의 중금속에 거의 세척 효과가 없는 것으로 나타났고 pH의 변화는 물이 초기 6.92보다 5.52로 다소 감소하는 경향을 보이고 있으나 제거율에는 거의 영향을 미치지 못하고 있으며 NaOH 역시 12.5에서 거의 변화가 없는 것을 보이고 있다.
- 시간이 경과하여도 pH는 초기 1.02에서 거의 변화가 없는 것으로 나타났으며 Zn이 Cd보다 탈착율이 약간 높게 나타났다. 물과 NaOH는 두 개의 중금속에 거의 세척 효과가 없는 것으로 나타났고 pH의 변화는 물이 초기 6.
- 이를 종합하여 보면 중금속으로 오염된 토양 복원시 Zn의 세척용 제로는 HC1 과 EDTA가 효과적이며 Cd의 세척용 제로는 HC1, Oxalic acid가 효과적인 것으로 나타났다. 이를 활용하여 각각의 중금속을 세척시킨다면 오염된 토양을 좀 더 효과적으로 정화시킬 수 있을 것으로 사료된다.
- 표5를 살펴보면 모든 연속식 실험 결과는 회분식 실험의 결과와 같은 경향을 보이고 있으나 대체적으로 탈착율은 회분식 실험보다 약간 감소하는 것을 볼 수 있다.
후속연구
- , Oxalic acid가 효과적인 것으로 나타났다. 이를 활용하여 각각의 중금속을 세척시킨다면 오염된 토양을 좀 더 효과적으로 정화시킬 수 있을 것으로 사료된다.
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