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문제 정의
- 대기 중으로 휘발되는 페놀의 양을 측정하여 토양 내 페놀의 제거가 생물학적 분해에 의한 것인지 아니면 휘발 등의 물리적 인자에 의한 것인지를 판단해 보았다. 공기를 공급한 경우 페놀 휘발 누적량은 반응 1일째 0.
- 본 연구에서는 페놀, 2, 4-DCP (2, 4-dichlorophenol), PCP (pentachlorophenol) 등의 페놀화합물들로 오염된 토양의 생물학적 처리시각 화합물별 공기공급의 영향을 살펴보는 것을 목적으로 하였으며 결론은 다음과 같다.
- 공정조절인자 중에서 공기공급에 대한 처리효율의 결과는 화합물에 따라 다른 결과를 나타낸다.본 연구에서는 페놀, 2.4-DCP (2, 4-dichlorophenol), PCP (pentachlorophenol) 등의 페놀화합물들로 오염된 토양의 생물학적 처리시각 화합물별 공기공급의 영향을 살펴보는 것을 목적으로 하였다.
제안 방법
- 저해를 일으키지 않도록 초기농도를 100mg/kg으로 조절하였다. 2, 4-DCP의 퇴비화 가능성 실험은 공기를 공급한 2, 4-D-A와 공기를 공급하지 않은 대조실험 (2, 4-D~NA)으로 하였다. 초기농도 분석결과 2, 4 D-A는 91.
- 본 연구를 수행하기 위한 실험조건을 Table 1에 간략히 나타내었다. P-A, 2, 4-D-A, PCP-A는 약 311L/m3(토양)/min으로 공기를 공급하였고, P- NA, 2.4-D-NA, 그리고 PCP-NA는 각각의 대조실험으로서 공기공급을 하지 않았다. 여기에서 약자로 사용한 P, 2, 4-D, 그리고 PCPfe 각각 페놀 과 2, 4-dichlorophenol, 그 리 고 pentachlorophenol 을 의미하며, A는 공기공급을 한 경우를 Ne 공기공급을 하지 않은 대조실험을 나타낸다.
- 배출라인에는 배출된 공기 중에 포함되어 휘발되는 페놀화합물을 포집할 수 있도록 메틸렌클로라이드(methylene chloride) 용매가 채워진500mL 삼각플라스크를 저온이 유지되도록 설치한 후 배출가스가 용매를 통과하여 대기 중으로 배출되도록 하였다. 항온실의 온도는 25P로 일정하게 유지 하였다.
- lmLS] 메틸렌클로라이드를 첨가하여 토양의 ATP를 비교한 결과 메틸렌클로라이드 첨가 후 약 10%의 감소를 보였다. 본 실험에서는 페놀화합물들이 토양에 고르게 오염될 수 있도록 하기 위하여 토양 50g씩을 200mL 비이커에 분취한 후 페놀화합물을 용해한 메틸렌클로라이드0.2mL를 열십자방향으로 5군데 주입하였다. 이를 유리막대를 이용하여 충분히 혼합 후 5회 반복하여 ImL를 첨가하였다.
- 토양을 긁지 않고 채취하였다. 채취한 토양은 농도분석 시에 건조질량으로 환산하고 토양의 수분함량을 모니터링하기위하여 즉시 수분함량을 측정하였다. 페놀화합물 추출은 미국 환경보호청이 제시한 Test Methods for Evaluating Solid Waste의 the Method 3540 (Soxhlet Extraction)를 기초로 하였으나, 예비실험결과 회수효율에 큰 차이가 없는 것으로 나타나 추출 시간을 4시간으로 조정하였다.
- 여기에서 약자로 사용한 P, 2, 4-D, 그리고 PCPfe 각각 페놀 과 2, 4-dichlorophenol, 그 리 고 pentachlorophenol 을 의미하며, A는 공기공급을 한 경우를 Ne 공기공급을 하지 않은 대조실험을 나타낸다. 토양수분함량은 습윤질 량기준으로 15% 가 되도록 조절하였다. 이는 토양내 수분함량이 일반적으로 10~20%인 것을 고려하여 선정한 것이다.
- 채취한 토양은 농도분석 시에 건조질량으로 환산하고 토양의 수분함량을 모니터링하기위하여 즉시 수분함량을 측정하였다. 페놀화합물 추출은 미국 환경보호청이 제시한 Test Methods for Evaluating Solid Waste의 the Method 3540 (Soxhlet Extraction)를 기초로 하였으나, 예비실험결과 회수효율에 큰 차이가 없는 것으로 나타나 추출 시간을 4시간으로 조정하였다. 추출액은 유기용제에 내성이 있는 0.
- PCP는 20 TLE 30m*kg으로 낮았지만 난분해성물질로 주목을 받고 있는 페놀 화합물로 서 이보다 고농도인 약 120㎎/㎏으로 오염시켰다. 페놀화합물들은 물에 대한 용해도가 낮아 메틸렌 클로라이드에 용해하여 토양에 주입하였으며 메틸렌 클로라이드가 미생물 활성에 미치는 영향을 최소화 하기 위하여 토양 50g당 ImL씩 총 60mL의 메틸렌 클로라이드를 사용하였다. 이는 토양 10g에 메틸렌 클로라이드 0.
대상 데이터
- 농도분석은 the Method 8040 (phenols)에 따라 가스크로마토그래프(Hewlett Packard 5890 Series H)로 분석하였다. 검출기는 FID, 컬럼은 methyl silicone0] 코우팅된 capillary column HP-1 (길이 25m x 내경 0.32μm x 필름막 두께 0.52μm)을 사용하였다. 시료주입구와 검출기의 온도는 각각 200℃와 250℃로 하였다.
- 본 연구에 사용된 실험장치는 외부온도를 일정하게 유지하기 위한 항온실 및 반응조, 온도조절기, 공기주입기, 휘발성분포집장치 등으로 구성되어 있다(Fig. 1). 반응조는 두께 5mm의 아크릴 원통으로 내경 18cm, 높이 24cm로 유효용적은 6.
- 페놀화합물들을 오염시키기 전 토양 내의 페놀화합물 농도는 검출한계 미만으로 나타났다. 본 연구에서는 페놀화합물로서 페놀, 2, 4-DCP, 그리고 PCP를 선정하였다. 본 실험에서는 각 물질별 혼합에서 발생할 수 있는 시너지효과 등은 고려하지 않았다.
- 토양은 건국대학교 공과대학 부근의 토양을 상부에서 15crn 깊이까지 채취하였으며 실내에서 약 1주일 간 풍건시킨 후 2mm 체를 통과시킨 후 4P 에서 보관, 사용하였다. 본 토양은 calgon test 결과 모래, 실트 그리고 점토가 각각 62.
데이터처리
- 01/day로 큰 차이를 보이지 않았으나 PCP는 매우 독성이 강하며 난분해성 화합물이기 때문에 페놀과는 달리 이 값의 차이가 큰 의미를 가질 수도 있다. 따라서 공기공급이 PCP 분해를 촉진하였는지를 알아보기 위하여 이원배치법으로 분산분석표를 작성하여 F-검정을 하였다. 이원배치법은 실험계획법 중의한 방법으로반복이 있는 실험에서(예, triplicate) 2개 이상의 인자들이 실험결과에 영향을 미치는지를 검정하는데 유용한 방법이다.
이론/모형
- 3m polytetrafluoroethylene 여지로 여과 후 회전식 농축기 (rotary evaporator) 를 사용하여 농축하였다. 농도분석은 the Method 8040 (phenols)에 따라 가스크로마토그래프(Hewlett Packard 5890 Series H)로 분석하였다. 검출기는 FID, 컬럼은 methyl silicone0] 코우팅된 capillary column HP-1 (길이 25m x 내경 0.
- 임의농도의 페놀, 2, 4-DCP, 그리고 PCP를 오염되지 않은 토양에 오염시킨 후 시료분석과 같은 방법인 속실렛 추출법(soxhlet extraction)으로 추출하였다. 추출액의 분석결과 각 화합물에 대한 회수율은 페놀, 2.
성능/효과
- 1. 페놀은 초기농도 약 700mgAg으로 약 30일간 운전하였을 때에 공기를 공급한 경우 거의 분해되었으나 공기공급을 하지 않은 경우에는 약 80%가 제거되었다. 토양내 공기공급은 페놀의 제거반응을 촉진하였다.
- 공기공급에 의하여 휘발되는 양은 기기의 검출한계 미만이었다. 2, 4-DCP의 경우 공기공급에 의한 분해효율의 증가는 거의 없는 것으로 나타났다.
- 2, 4-DCP의 분해경향을 살펴보면 공기를 공급한 경우와 공급하지 않은 경우 1차반응에서는 반응속도상수 K는 0.06/day로 같게 나타났다(Table 2 와 Fig. 5(b) 참조). 다만 반감기가 공기를 공급한 경우 10.
- 2. 2,4-DCP는 초기농도를 약 l00mg/kg으로 하여 운전하였을 경우 공기공급에 따른 제거효율 향상은 없었다.
- 3. PCP 초기농도 120㎎/㎏에서 공기를 공급하였을 경우 공기공급하지 않은 경우 보다 제거효율을 크게 향상시키지는 못하였으나 이원배치법에 의한 F-검정결과 유의수준 a = 0.01에서 제거를 촉진하는 것으로 나타났다.
- 4. 페놀은 공기공급을 한 경우 1차반응속도 상수가 공기를 공급하였을 때에는 0.18/ day로 공기공급을 하지 않은 0.04/day보다 높았다. 그러나 2, 4-DCP는 공기공급 유무에 상관없이 0.
- 5. 공기공급에 의한 페놀의 휘발량은 초기 오염량의 0.3%로 매우 작았다.
- 6. 페놀화합물의 제거특성을 표현하기에는 1차 반응모델이 0차반응보다 더 적합하였다.
- 31이었다. F0값이 F값보다 매우 큰 값을 나타내므로 공기공급은 유의수준 a = 0.01에서 PCP의 분해를 촉진하는 것으로 판단되었다. 반감기는 PCP-A가 41.
- 9일보다다소 짧았으나 큰 차이는 없었다. 결과적으로 2, 4- DCP의 경우 공기공급의 효과는 거의 없었다. Howard 등(1991)은 호기성 토양에서의 2.
- 4-DCP, 그리고 PCI, } 각각 약 87%, 81%, 그리고 98%로 PCP가 가장 높게 나타났다. 미생물활성에 큰 영향을 주지 않는 범위에서 공기공급이 페놀의 생물학적 분해에 미치는 영향을 살펴보고자 토양을 700mgAg으로 오염시켰으며 초기시료를 분석한 결과 P-A는 661.2±9.4㎎/㎏, P-NA는 670.2±29.2㎎/㎏로 검출되었다. Fig.
- 3에 나타내었다. 반응 3일째 2, 4-DCP는 초기농도의 66.6%, 2, 4-D-A는 62%가 분해되었으며 그 이후 모두 서서히 분해되는 양상을 보였다. 32일이 지난후 2, 4-DCP는 초기농도의 90.
- 보관, 사용하였다. 본 토양은 calgon test 결과 모래, 실트 그리고 점토가 각각 62.9%,22.9%, 그리고 14.2%로 나타난 sandy loam이었다. pH는 6.
- 1차반응에 각각 적용하여 나타내었다. 주로 1차반응이 0차반응보다 더 높은 상관성을 가지고 있었으며 특히 페놀과 2, 4-DCP의 경우에는 1차 반응 모델에 대한 상관성이 높았다. 상관도가 더 높았던 1차반응에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
- 임의농도의 페놀, 2, 4-DCP, 그리고 PCP를 오염되지 않은 토양에 오염시킨 후 시료분석과 같은 방법인 속실렛 추출법(soxhlet extraction)으로 추출하였다. 추출액의 분석결과 각 화합물에 대한 회수율은 페놀, 2.4-DCP, 그리고 PCI, } 각각 약 87%, 81%, 그리고 98%로 PCP가 가장 높게 나타났다. 미생물활성에 큰 영향을 주지 않는 범위에서 공기공급이 페놀의 생물학적 분해에 미치는 영향을 살펴보고자 토양을 700mgAg으로 오염시켰으며 초기시료를 분석한 결과 P-A는 661.
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