본 연구는 유류 화합물 중 대표적인 소수성 유기 오염물인 phenanthrene으로 오염된 세립질 지반을 실내에서 인위적으로 조성하여 Electrokinetic 정화 처리를 실시하였고, 또한 향상기법으로 계면활성제를 적용하여 정화효율과 거동을 분석하였다. 비향상된 EK 정화 처리에서는 phenanthrene의 이동은 거의 발생하지 않았고, 계면활성제를 이용한 향상기법에서는 양극(+) 근처의 phenanthrene이 음극(-)쪽으로 이동하여 누적되었다. 또한, 계면활성제의 농도가 높을수록 이동 현상이 크게 나타났으며, 시간을 증가할수록 누적된 phenenthrene이 음극(-)저수조로 전기삼투 흐름에 의해 제거되는 것을 알 수 있었다.
본 연구는 유류 화합물 중 대표적인 소수성 유기 오염물인 phenanthrene으로 오염된 세립질 지반을 실내에서 인위적으로 조성하여 Electrokinetic 정화 처리를 실시하였고, 또한 향상기법으로 계면활성제를 적용하여 정화효율과 거동을 분석하였다. 비향상된 EK 정화 처리에서는 phenanthrene의 이동은 거의 발생하지 않았고, 계면활성제를 이용한 향상기법에서는 양극(+) 근처의 phenanthrene이 음극(-)쪽으로 이동하여 누적되었다. 또한, 계면활성제의 농도가 높을수록 이동 현상이 크게 나타났으며, 시간을 증가할수록 누적된 phenenthrene이 음극(-)저수조로 전기삼투 흐름에 의해 제거되는 것을 알 수 있었다.
In this study, electrokinetic remediation tests were performed with spiked fine-grained soil by phenanthrene which is representative hydrophobic organic contaminant of petroleum hydrocarbon. And also, the enhanced method was used with surfactant concentration variation and elapsed time to achieve mo...
In this study, electrokinetic remediation tests were performed with spiked fine-grained soil by phenanthrene which is representative hydrophobic organic contaminant of petroleum hydrocarbon. And also, the enhanced method was used with surfactant concentration variation and elapsed time to achieve more higher removal efficiency than conventional electrokinetic treatment. In conventional electrokinetic treatment, most phenanthrene was not transported. But, in the enhanced method used by the surfactant, phenanthrene moved form anode to cathode region and accumulated in cathode region. Also, the transportation rate of phenanthrene was increased with surfactant concentration increasement and elapsed time.
In this study, electrokinetic remediation tests were performed with spiked fine-grained soil by phenanthrene which is representative hydrophobic organic contaminant of petroleum hydrocarbon. And also, the enhanced method was used with surfactant concentration variation and elapsed time to achieve more higher removal efficiency than conventional electrokinetic treatment. In conventional electrokinetic treatment, most phenanthrene was not transported. But, in the enhanced method used by the surfactant, phenanthrene moved form anode to cathode region and accumulated in cathode region. Also, the transportation rate of phenanthrene was increased with surfactant concentration increasement and elapsed time.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서, 본 연구는 phenanthrene으로 오염된 저 투수 성지 반을 실내에서 인위적으로 조성하여 EK 정화처리 시거동과 계면활성제를 이용한 향상 기법을 연구하고자 한다.
제안 방법
EK 정화실험은 phenanthrene의 제거 효율과 향상기법으로 계면활성제를 이용할 때, 농도와 시간에 따른 효율을 분석하였다.
계면활성제는 일정한 수위를 유지하기 위해 설치한 mariotte bottle과 양극(+) 저수조를 통해 양극(+)에서 주입하였고, 유기화합물의 휘발을 방지하기 위해 양쪽 저수조는 밀폐형으로 제작하였다.
동안 shaker table을 이용하여 교반하였다. 교반 후상부 액상부분을 분리시키고, 원심분리 튜브관에 넣은 후 1500rpmQ로 30분간 원심분리하여 하부층(혼합용액}을 채취하여 분석하였다.
균질한 시료 조성과 액성 한계 21.5% 근처의 일정한 함수 비로 맞추기 위해 Fig. 1과 같은 예압 밀 장치를 이용하여 0.7kg/cm2의 압력으로 초기 함수비를 액성한계 근처, 압밀도 90%로 압밀시켜 균일한 시료를 조성하였다.
따라서, 향상 기법으로 계면활성제를 이용할 때, 대상 지반과의 흡착에 대한 사전연구가 필요하여 회분식 흡착 실험을 실시하였다.
실험기의 조립이 끝나면, 저수조 상부의 양극(兩極)에 전압 32V>가하여 실험을 진행한다. 실험 진행 중 각 조건별로 유출수의 양, pH 및 전류분포 등을 측정하였고, 실험이 종료된 후 시료를 10등분하여 셀 내부의 시료에 남아있는 phenanthrene의 양과 pH, 함수비를 분석하였다.
향상 기법에 사용된 계면활성제는 자체의 용해도, 대상 유기오염물질의 용해도, 토양 흡착성 등을 고려하고, 이온결합이나 이온교환에 의하여 지반 내에 포집되어 흐름을 저해할 우려가 적은 비이온계 계면활성제 중에서 효과가 뛰어나고 독성이 거의 없는 것(Chang et al., 2000)으로알려진 Triton X-10O을 사용하였다.
회분식 실험은 주입된 계면활성제의 양과 최종 평형 농도와의 차를 이용하여 지반에 흡착되는 계면활성제를 정량화 하였다. EK 정화실험은 시료를 담고 있는 셀의 양쪽 끝단에 토립자의 유출을 방지하기 위해 종이 필터 (paper filter)를 설치하여 저수조와 연결하고, 양쪽 저수조에 초순 수수를 채운다.
대상 데이터
대상 유기오염물은 PAH 중 물에 대한 용해도가 낮고, 독성이 낮아 실내 실험에서 비교적 사용하기 용이한 phenanthrene을 선택하였다. phenanthrene의 물리.
본 연구에서 사용한 phenanthrene와 Triton X-10O은 Aldrich chemical company, Inc에서 구입하였다.
본 연구에서는 실내에서 세립질지반을 인위적으로 조성하기 위해 공장 제품인 플로리다산 EPK 카올린과 국내 건축자재용 모래를 ASTMD422 가준에 근거하여 카올린과 모래를 중량비로 3:7 혼합하여 사용하였다. 압밀 실험을 통해 구한 혼합토의 수리학적 투수계수 kh는 1.
이론/모형
phenanthrene은 FID 검출기를 가진 GC(Varian 3800)를이용하여 분석하였고 : 분석 조건은 EPA Method 5515를 참조하였다.
성능/효과
1. phenanthrene은 수소결합으로 연결되어 있는 물 분자들과 친화하지 못하여 미량을 제외하고는 물에 녹지 못하고 물로부터 분리되어 토립자에 흡착됨으로써 전기삼투에 의한 이류만으로는 쉽게 제거되지 않기 때문에 일반적인 EK 정화처리에서 낮은 정화 효율을 보였다.
10CMC를 주입한 EKE 10C에서는 4CMC를 주입한 EKE 4CC보다 음극(-)에서 지연되는 현상을 적게 보여 계면활성제 농도가 클수록 누적으로 인한 지연이 적게 발생함을 보였다.
2.계면활성제와 토립자의 흡착은 한계마이셀 농도를 약간 상회하는 값게서 수렴하였고, 그 이상에서는 거의 흡착되지 않았다. 이와 같은 결과는 한계마이셀 농도 이하에서 용액상에 monomer 형태로 존재하는 계면활성제는토립자와 친화성이 큰 반면, 그 이상의 용액에서 마이셀로 존재하는 계면활성제는 낮은 친화성을 보이기 때문이다.
3.계면활성제를 이용한 향상된 EK 정화 실험에서 양극 (+)부 근처의 phenantlwne이 음극(-) 부 근처로 이동하여 누적되었고, 계면활성제 농도가 높을수록 더 많은 phenanthrene 이 이동되었다. 이는 계면활성제 농도가 높을수록 더 많은 마이셀이 생성되어 토립자에 흡착된 phenanthrene을 탈착 .
4.계면활성제 농도와 시간을 증가시킨 향상된 EK 정화 실험에서 농도의 증가보다 가 동 시간을 증가시키는 것이 효율적으로 나타났다. 이는 계면활성제의 농도가 증가하면 지반 내의 간극에 포집되어 흐름을 방해할 수 있고, 계면활성제의 잔류독성에 의한 2차 오염 문제가 제기될 수 있기 때문이다.
Triton X-10D과 혼합토의회 분식 흡착 실험 결과는 Fig. 3과 같이 Triton X-100의 CMC인 628mg/l보다 약간 상회하는 값에서 수렴하는 경향을 보였다. 이를 시료의 단위 질량에 대한 흡착량으로 계산하면 약 230 mg/g까지 흡착되었고, 더 이상의 흡착은 발생하지 않았다.
가동시간이 증가함에 따라 시료 내의 전류의 변화는 동일한 전압에서 약 150시간까지는 증가하다가 이후 약 1 mA로 수렴하는 경향을 보였다.
계면활성제를 주입하지 않은 EK 정화 실험에서는 손실율을 감안하고 시료 내에 일정한 농도분포를 보이는 것으로 판단하여 거의 제거되지 않은 것을 알 수 있었다. 한편, 계면활성제를 CMC 농도의 2배, 3배, 4배, 10배(2CMC, 3CMC, 4CMC, 10CMC)를 주입한 향상된 EK 정화 처리에서 시료 내의 phenanthrene의 분포는 양극(+)으로부터 정규화한 거리비 0.
따라서, 소수성 유기오염물의 효율적인 EK 정화 처리는 계면활성제 농도를 증가시키는 것보다 가 동시간을 증가 시켜 전기삼투 이류를 증가시키는 것이 보다 효율적이라고 판단된다.
따라서, 초기 phenanthrene의 오염농도를 일반적인 MGP 부지와 유류오염지역에서 오염분포의 평균치인 약 lOOmg 이하로 오염시켰다.
7지점 근처에서는 누적되는 지연 현상을 보였다. 또한, 유출 수와 저수조에서 각각 8.28, 7.57, 9.84, 12.02 및 15.9 mg의 phenanthrene0] 검줄 되어 전기삼투에 의한 이류로 제거됨을 알 수 있었다.
본 실험 결과로 볼 때, 사용된 시료에서 향상기법으로 계면활성제를 이용할 때 1CMC 이상의 농도가 요구됨을 알 수 있다.
시료 내에 잔류하는 phenanthrene과 손실율을 감안하여, 계면활성제 농도에 따른 정화 효율로 나타내면 Fig. 6과 같이 계면활성제의 농도가 높아질수록 정화 효율은 증가하는 경향을 보였는데, 이는 계면활성제의 농도가 높을수록 더 많은 마이셀을 형성하기 때문에 토립자 표면에 흡착된 phenanthrene을 더 많이 탈착.용해 시키기 때문이다.
이와 같이 가동시간이 증가하면, 음극(-)에서 누적으로 인해 지연된 phenanthrene이 전기삼투 흐름에 의해 제거되어 정화 효율이 증가하는 것을 알 수 있었다.
한편, 계면활성제를 CMC 농도의 2배, 3배, 4배, 10배(2CMC, 3CMC, 4CMC, 10CMC)를 주입한 향상된 EK 정화 처리에서 시료 내의 phenanthrene의 분포는 양극(+)으로부터 정규화한 거리비 0.3지점에서는 초기 농도에 비해 감소하였고, 0.7지점 근처에서는 누적되는 지연 현상을 보였다. 또한, 유출 수와 저수조에서 각각 8.
ASTM, 'Standard Test Method for Particle Size Analysis of Soils', Annual Book of ASTM Standards. Vol. 04.08 Designation: D420-D4914 (1997)
Chang, M. C., Huang, C. R. and Shu, H. Y, 'Effects of.sur-factants on extraction of phenanthrene in spiked sand', Chemosphere, 41, pp. 1295-1300 (2000)
Hamed, J., Acar, Y. B., and Gale, R. J., 'Pb(II) removal from kaolinite by electro- kinetics', J. of Geotechnical Engi-neering, 117(2), pp. 240-271 (1991)
Harwell, J. H., Sabatini, D. A., and Knox, R. C., 'Surfac-tants for ground water remediation', Colloids and Surfaces, 151, pp. 255-268 (1999)
Ho, S. V., Athmer, C. J., Heitkamp, M. A. and Brackin, J. M., 'Integrated in situ soil remediation technology: The Lasagna process', ES&T, 29(10), pp. 2528-2534 (1995)
Li, A., Cheung, K. A. and Reddy, K. R., 'Cosolvent-enhanced electrokinetic remediation of soils contaminated with Phenan-threne', J. of Environmnetal Engineering, 126(6), PP. 527-533 (2000)
Mohamed, A. M. O. and Antia, H. E., Geoenvironmental Engineering, Elsevier Science B. V, 1998
Page, D. S., Boehm, P. D., Douglas. G. S., Bence, A. E., Bums, W. A., and Mankiewicz. P. J., 'Petroleum sources in the Westen Gulf of Alaska/Shelikoff Strait Area', Marine Pollution Bulletin, 36(12), pp. 1004-1012 (1998)
Rosen, M. J., Surfactants and interfacial phenomena, 2nd edition, John Wiley & Sons, Inc., New York, NY, 1989
Sabatini, D. A. and Austin, T. A., 'Adsorption desorption and transport of pesticides in groundwater: A Critical Review', J. Irrig. Drainage Div. ASCE 116, PP. 3-15 (1990)
Tahani, A., Van Damme, H., Noik, C. and Levitz, R., 'Adsorption of nonionic surfactants on kaolins', J. of Colloid and Interface Science, 184, PP. 469-476 (1996)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.