유류로 오염된 부지에 토양세정기법을 적용하기 위하여 실험실 규모의 컬럼실험을 통하여 pilot규모 현장 적용을 위한 설계인자 및 최적 운전조건을 규명하고자 적정 세척제 종류와 농도, 배합비 및 세정용액 주입유량을 고찰하였다. 회분식실험 결과 $POE_{14}$와 SDS(1:1)를 1%로 적용한 혼합계면활성제의 효율이 가장 우수하였다. 그러나 예비실험 결과, 음이온계 계면활성제인 SDS는 생분해능 저해 경향이 다소 있는 것으로 나타나 같은 농도에서 효율이 거의 유사하며, 생분해능이 우수한 $POE_{5}$와 $POE_{14}$ 혼합계면활성제를 이용하여 실험하였다. 선정된 혼합계면활성제를 적용하여 디젤 오염토양 세척능력에 대하여 검토한 결과 세척제 농도 l%까지는 효율이 증가하다가 1% 이상의 농도에서는 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 계면활성제 배합비를 1:1로 혼합하였을 경우 세척효율이 가장 우수하였다. 따라서 $POE_{5}$와 $POE_{14}$(1:1) l% 혼합계면활성제를 세척제로 선정하였다. 컬럼실험 결과, 주입 flux가 클수록 세정 제거된 총 유류의 양이 증가하였으며, 같은 pore velum히 세정용액 통과 시에는 flux가 작을수록 제거효율이 우수하였다.
유류로 오염된 부지에 토양세정기법을 적용하기 위하여 실험실 규모의 컬럼실험을 통하여 pilot규모 현장 적용을 위한 설계인자 및 최적 운전조건을 규명하고자 적정 세척제 종류와 농도, 배합비 및 세정용액 주입유량을 고찰하였다. 회분식실험 결과 $POE_{14}$와 SDS(1:1)를 1%로 적용한 혼합계면활성제의 효율이 가장 우수하였다. 그러나 예비실험 결과, 음이온계 계면활성제인 SDS는 생분해능 저해 경향이 다소 있는 것으로 나타나 같은 농도에서 효율이 거의 유사하며, 생분해능이 우수한 $POE_{5}$와 $POE_{14}$ 혼합계면활성제를 이용하여 실험하였다. 선정된 혼합계면활성제를 적용하여 디젤 오염토양 세척능력에 대하여 검토한 결과 세척제 농도 l%까지는 효율이 증가하다가 1% 이상의 농도에서는 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 계면활성제 배합비를 1:1로 혼합하였을 경우 세척효율이 가장 우수하였다. 따라서 $POE_{5}$와 $POE_{14}$(1:1) l% 혼합계면활성제를 세척제로 선정하였다. 컬럼실험 결과, 주입 flux가 클수록 세정 제거된 총 유류의 양이 증가하였으며, 같은 pore velum히 세정용액 통과 시에는 flux가 작을수록 제거효율이 우수하였다.
Lab scale batch and column tests were performed to investigate the treatability of petroleum contaminated soil using the in-situ soil flushing method. The pyrex column (4.5$\times$25 cm) was used to investigate optimal washing agent, surfactant concentration, mixing ratio, and inlet veloc...
Lab scale batch and column tests were performed to investigate the treatability of petroleum contaminated soil using the in-situ soil flushing method. The pyrex column (4.5$\times$25 cm) was used to investigate optimal washing agent, surfactant concentration, mixing ratio, and inlet velocity. The miked surfactant of $POE_{14}$ and SDS were determined as ideal systems for the batch tests. From the results of preliminary tests, mixed surfactant was found to be more harmful for microorganisms. So $POE_{5}$ and $POE_{14}$ were chosen as the surfactant system for the batch study. The washing efficiency for the diesel contaminated soil was increased until 1 %, and decreased after l %. When applied as selected mixed surfactant, the ideal mixed ratio was recognized as 1:1. Therefore we selected miked surfactant $POE_{5}$ and $POE_{14}$, surfactant concentration 1%, and mixed ratio 1:1 for the remediation of diesel contaminated soil. In column tests, the total removal efficiency was improved as the flux of washing agent was increased. At the same pore volume, small flux showed better removal efficiency.
Lab scale batch and column tests were performed to investigate the treatability of petroleum contaminated soil using the in-situ soil flushing method. The pyrex column (4.5$\times$25 cm) was used to investigate optimal washing agent, surfactant concentration, mixing ratio, and inlet velocity. The miked surfactant of $POE_{14}$ and SDS were determined as ideal systems for the batch tests. From the results of preliminary tests, mixed surfactant was found to be more harmful for microorganisms. So $POE_{5}$ and $POE_{14}$ were chosen as the surfactant system for the batch study. The washing efficiency for the diesel contaminated soil was increased until 1 %, and decreased after l %. When applied as selected mixed surfactant, the ideal mixed ratio was recognized as 1:1. Therefore we selected miked surfactant $POE_{5}$ and $POE_{14}$, surfactant concentration 1%, and mixed ratio 1:1 for the remediation of diesel contaminated soil. In column tests, the total removal efficiency was improved as the flux of washing agent was increased. At the same pore volume, small flux showed better removal efficiency.
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문제 정의
본 연구에서는 유류로 오염된 부지에 토양세정기법을 적용하기 위하여 실험실 규모의 회분식실험 및 컬럼실험 을 통하여 pilot 규모 현장 적용을 위한 설계인자 및 최적 운전조건을 규명하고자 적정 세척제 종류와 농도, 배합비 및 세정용액 주입유량게 대하여 고찰하였다.
제안 방법
15,000 mg TPH/kg dry soil 정도로 오염된 인공오염토 양을 직경 4.5 cm, 길이 25 cm인 Pyrex 컬럼에 넣고 공극율 0.47이 되도록 타격 충진하였다. 컬럼의 하부는 Teflon 재질의 여과판, 상부는 연결호스가 실리콘 마개로 고정되어 있다.
혼합 계면활성제 적용 시 최적 배합비를 결정하기 위하여 0.5:1. 1:1, 1:0.5로 배합비를 변화시켜 가면서 세정효율을 관찰하였다 .
Pilot 규모 현장 적용을 위한 설계인자 및 최적 운전조 건을 규명하고자 세척제 종류, 세척용액의 농도, 세척용액의 배합비에 따른 세척효율을 각각 검토하였다.
균일한 오염토양을 제조하기 위하여 L사 디젤 적량을 n-hexane에 용해시킨 후 회전혼합장치를 이용하여 3일간 교반시켜 4℃에서 암냉 보관하며 최소 4주 이상 경과된 토양만을 사용하여 실험하였다.
5, 1, 2, 3 L/min/m2으로 주입하면서 160시간 동안 관찰하였다. 본 실험에 사용된 컬럼실험 장치는 Fig. 1과 같으며, 상향류 방식으로 운전하였다.
비이온계 계면활성제인 polyoxyethylene(POE) 계열의 POE5와 POEI4 및 음이온계 계면활성제인 sodium dodecyl sulfate(SDS)를 이용하여 1%의 단일 계면활성제 및 혼합 계면활성제를 제조하여 토앙에 대한 세정효율을 관찰하였다.
세정 후 유출되는 계면활성제 용액을 정해진 시간간격 으로 채취하여 Teflon 용기에 담아 보관하였으며, 시료의 분석은 EPA Method 80158)와 35509)을 응용하여 적용하였다. 채취된 시료는 sonication extraction법에 의해 주출한 후 가스크로마토그래피(GC, Hewlett Packard 5890 Series II, USA)로 분석하여 TPH의 질량으로 환산하여 제거 된 양을 계산하였다.
)을 응용하여 적용하였다. 채취된 시료는 sonication extraction법에 의해 주출한 후 가스크로마토그래피(GC, Hewlett Packard 5890 Series II, USA)로 분석하여 TPH의 질량으로 환산하여 제거 된 양을 계산하였다. 가스크로마토그래피의 분석조건을 Table 2에 나타내었다.
3 mL 이었다. 토양이 충진된 컬럼에 계면활성제 용액을 0.5, 1, 2, 3 L/min/m2으로 주입하면서 160시간 동안 관찰하였다. 본 실험에 사용된 컬럼실험 장치는 Fig.
대상 데이터
이와 같은 상호 보완적인 성격으로 인하여 음이온계 계면활성제와 비이온계 계면활성제의 혼합계면활성제의 세척 효율이 우수하게 나타난 것으로 판단된다. 그러나 예비실험결과 음이온계 계면활성제인 SDS는 생분해능 저해 경향이 다소 있는 것으로 나타나 1%정도로 효율의 차이가 거의 나지 않는 POEs와 POE14 1:1로 섞어 1%로 적용한 혼합계면활성제를 세척제로 이용하였다.
3) 계면활성제 배합비에 의한 영향을 관찰한 결과 1:1 로 혼합하였을 경우의 세척효율이 가장 좋았다. 따라서 POE5와 POE14를 1:1로 섞어 1%로 혼합계면활성제를 세정용액으로 선정하였다.
본 연구에 사용된 토양은 서울특별시 노원구 월계동 도로확장공사 지역에서 채취하였으며, 큰 입경의 토양과 협잡물질을 제거하기 위하여 채취된 토양 중 #4체 (4.7mm) 를 통과하는 토양을 Total Petroleum Hydrocarbon(TPH) 기준 14,000-20,000 mg TPH/kg dry soil 범위로 인공오염 시켜 사용하였다. 대상 토양의 pH는 토양오염공정시험 법6)에 제시된 방법으로 측정한 결과 8.
성능/효과
1) 회분식 실험결과 POE14와 SDS를 1:1로 섞어 1%로 적용한 혼합계면활성제의 효율이 가장 우수하였다.
2) 선정된 혼합계면활성제를 적용하여 디젤오염토양 세척능력을 검토한 결과 1%까지 효율이 증가하다가 1% 이상의 농도에서는 다시 감소하는 경향을 나타내었다.
3) 계면활성제 배합비에 의한 영향을 관찰한 결과 1:1 로 혼합하였을 경우의 세척효율이 가장 좋았다. 따라서 POE5와 POE14를 1:1로 섞어 1%로 혼합계면활성제를 세정용액으로 선정하였다.
4) 컬럼 실험결과 주입 flux가 클수록 제거된 총 양이 증가하였다. 그러나 같은 pore volume에서 제거된 양을 비교해보면 flux가 적을수록 제거율이 좋았다.
POE14와 SDS를 1:1로 섞어 1%로 적용한 혼합계면활 성제의 효율이 78% 정도로 상대적으로 우수했다(Fig. 3). 이는 음이온계 계면활성제의 단량체 사이에 비이온계 계면활성제의 단량체가 끼게 되면 단량체 사이의 반발력이 감소됨으로써 미셸의 크기와 응집체수가 커지며, 미셸의 안정성이 적은 비이온계 계면활성제의 단량체 사이에 음 이온계 계면활성제의 단량체가 끼게 되면 미셸과 미셸 사이의 반발력이 작용하게 되어 동적으로 안정한 미셸을 형성하여 소수성 유기오염물질에 대한 용해력이 증가하게된 다.
음 이온계 계면활성제에 혼합되는 비이온계 계면활성제의 혼합비가 증가될수록 미셸의 크기는 증가하지만 안정도는 떨어지고, 혼합비가 감소될수록 미셸의 안정도는 증가하지만 미셸의 크기가 감소하게 된다. 따라서 이러한 두가 지 측면의 용해도 상승 요인을 충족시킬 수 있는 음이온계와 비이온계 계면활성제의 혼합비를 선정한 결과 1:1로 혼합하였을 경우 세정 효율이 상대적으로 우수하였다.
선정된 혼합계면활성제를 적용하여 디젤오염토양 세척 능력을 검토한 결과(Fig. 4) 1%까지는 효율이 계속 증가 하다가(80% 정도) 1% 이상의 농도에서는 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 Hydrophilic-Lipophilic Balance (HLB)값이 감소하면서 계면활성제 자체가 강력한 소수성을 갖게 되므로 토양세정 시 토양에 흡착되는 경향이 증가하게 되어 토양에 결합된 오염물질을 탈착시켜 수중에 용해시킬 수 있는 능력이 저하되기 때문으로 판단된다.
따라서 전체적인 용해도 증가요인은 미셸의 크기 증가와 안정도 증대가 복합적으로 작용하는데 기인하는 것으로 판단된다10)또한 음이온계 계면활성제는 거품성이 좋고, 온도 변회에 예민하지 않으며, 고형오염의 세척성이 좋으나 내경수성이 좋지 않은 반면 비이온계 계면활성제 는 거품이 적고, 내경수성이 좋으며, 지용성오염의 세척성이 좋으나 온도변화에 민감하다11). 이와 같은 상호 보완적인 성격으로 인하여 음이온계 계면활성제와 비이온계 계면활성제의 혼합계면활성제의 세척 효율이 우수하게 나타난 것으로 판단된다. 그러나 예비실험결과 음이온계 계면활성제인 SDS는 생분해능 저해 경향이 다소 있는 것으로 나타나 1%정도로 효율의 차이가 거의 나지 않는 POEs와 POE14 1:1로 섞어 1%로 적용한 혼합계면활성제를 세척제로 이용하였다.
후속연구
이는 flux가 작을수록 세정액의 컬럼 내 체류시간 증가로 인한 오염토양과 세정액 간의 접촉시간이 길어졌기 때문으로 판단된다12). 따라서 세정액 주입 flux에 따른 제거효 율 변화를 통해 경제적인 세정액 주입 flux를 선정할 수 있을 것으로 판단된다.
또한 세정 후 오염된 유출수가 발생되어 주변 지하수를 오염시키게 되는 단점이 있다. 이와 같은 문제점들에 대한 해결을 위하여 향후 실험이 진행되어야 할 것으로 판단된다.
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