선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구는 PAHs 중에서 높은 농도로 발견되는 나프탈렌 오염토양을 지중토양세정으로 처리한 후 세정된 용출액을 고분자 응집제로 처리하는 방안의 효율성을 검토하기 위하여 실시하였으며, 얻어진 결론은 다음과 같다.
- 본 연구는 PAHs 중에서 흔히 높은 농도로 발견되고 있는 나프탈렌 오염토양에 대하여 지중토양세정으로 세정한 후 세정된 용액을 고분자 응집제로 처리하는 방안을 검토하기 위하여 실시하였다.
제안 방법
- 1 mg/L이다[Table 2]. 2-Methylnaphtane(Aldrich, USA)과 1,5-dimethylnaphtalene(Aldrich, USA)을 n-hexane에 용해한 후 약 15%로 수분이 조절된 비오염토양에 초기농도가 약 1,500 mg/kg(건조토양)이 되도록 분사하여 고르게 혼합하였다. 이과정에서 혼합은 오염토양내 n-hexane을 휘발시키는 역할을 한다.
- Jar-test 결과에 따라 용출액에 0.2% 고분자 응집용액을 5 mL 첨가한 후 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene의 응집효율을 살펴보았다. 응집제로는 일반적으로 많이 사용되고 있는 황산알루미늄(alum, Als(SO4)3ᆞ18H2O)과 고분자 응집제인 A601P, A331P, N100P, N101P, C101P, YCX4를 사용하였다.
- 2% 응집제를 1~7 mL로 증가시키면서 jar-test를 실시하였다. Jar-test 결과에 따라 정해진 주입량으로 6가지 응집제를 토양세정 용출액에 투여하여 응집 실험을 실시하였다.
- POE12와 SDS를 혼합한 계면활성제로 세정한 후 용출세정액을 가장 응집효율이 좋았던 A331P를 사용하여 처리한 경우의 오염물질 총제거량을 검토하여 보았다. 오염토양을 세정하여 응집처리할 경우 토양세정된 양이 모두 유출된 세정액 속에 존재한다고 가정하면, 초기농도 1,524 mg/kg(건조토양)인 2-methylnaphtalene에 대해서는 1,524 mg/kg × 0.
- 8]은 2-methylnaphthalene와 1,5-dimethylnaphthalene에 대하여 용출된 세정액을 A601P로 응집처리 하였을 때의 가스크로마토그래프를 나타낸 것이다. 각 그래프는 응집처리 전후의 가스크로마토그래프를 중첩하여 피크 크기가 서로 비교될 수 있도록 하였다. 응집처리 후에 가스크로마토그래프의 피크가 감소하였으나 응집에 의한 제거효율은 50% 수준에 그쳐 큰 감소폭은 보이지 않고 있다.
- 고분자 응집제는 이온 특성에 따라 음이온계, 비이온계, 양이온계로 나눌 수 있다. 계면활성제로 토양을 세정한 후 유출용액에 대한 고분자 응집제의 응집 특성을 알아보기 위하여 음이온계(A601P, A331P), 비이온계(N100P, N101P), 양이온계(C101P, YCX4)의 응집제를 각각 2가지씩 선정하여 실험하였다[Table 4].
- 그러나 계면활성제를 혼합하여 사용한 경우에는 비이온계면활성제인 POE12에 음이온계면활성제인 SDS를 혼합하였을 때 POE12 한 가지를 사용한 경우보다 약 10%의 세정효율이 증가하였으나 그 외에는 오히려 감소하거나 비슷하였다. 그러므로 나프탈렌 오염토양을 처리하기 위한 본 실험에서는 세정효율이 가장 우수하였던 POE12와 SDS를 혼합한 계면활성제를 총 농도가 1%가 되도록 1 :1(부피비)로 혼합하여 사용하였다.
- 이 세정액은 서로간의 복잡한 상호작용에 의해 엉켜서 일부 무거운 것은 가라앉고 대부분은 현탁 상태로 존재한다. 따라서 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene을 포함하고 있는 계면활성제 및 부유토양입자를 응집침전 시키기 위해 고분자 응집제를 주입하여 처리하였다. 먼저 최적의 응집주입량을 결정하기 위해 복합물질인 디젤오염토양에 대하여 POE12와 SDS로 각각 토양세정한 후 용출세정액 500 mL에 0.
- 따라서 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene을 포함하고 있는 계면활성제 및 부유토양입자를 응집침전 시키기 위해 고분자 응집제를 주입하여 처리하였다. 먼저 최적의 응집주입량을 결정하기 위해 복합물질인 디젤오염토양에 대하여 POE12와 SDS로 각각 토양세정한 후 용출세정액 500 mL에 0.2% 고분자 응집제를 1~7mL로 증가시키면서 jar-test를 실시하였다. 고분자 응집제로는 A601P를 사용하였다.
- 충전된 토양 상부에는 아크릴 다공판을 설치하여 세정용액 주입시 토양표면 전체에 균일하게 주입될 수 있도록 하였다. 세척횟수의 영향을 평가하기 위하여 계면활성제를 단계적으로 총 13 pore volume까지 주입하고 중력배수시킨 후 토양과 세정액내 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene 을 분석하였다.
- 2 mg naphtalenes/kg(건조토양)이었다. 여기에 POE12+SDS 계면활성제를 13 pore volume까지 증가시키면서 세정한 후 나프탈렌 세정효율을 살펴보았다[Fig. 5]. 디젤오염 토양중의 나프탈렌 화합물은 [Fig.
- 토양세정액과 고분자응집제를 이용하여 처리한 후에 용액내에 존재하는 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene의 분석은 대상용액에 NaCl을 넣어 혼합한 후 계면활성제의 마이셀(micelle)을 파괴시켰다7). 여기에 n-hexane을 넣고 교반한 후 초음파 추출하고 1시간 이상 정치시킨 후 상등액을 동일한 GC/MS로 분석하였다.
- 4 g/㎤가 되도록 하였다. 충전된 토양 상부에는 아크릴 다공판을 설치하여 세정용액 주입시 토양표면 전체에 균일하게 주입될 수 있도록 하였다. 세척횟수의 영향을 평가하기 위하여 계면활성제를 단계적으로 총 13 pore volume까지 주입하고 중력배수시킨 후 토양과 세정액내 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene 을 분석하였다.
- 토양세정 후 용출용액에 대한 최적응집제 주입량을 결정하기 위하여 용출액 500 mL에 0.2% 응집제를 1~7 mL로 증가시키면서 jar-test를 실시하였다. Jar-test 결과에 따라 정해진 주입량으로 6가지 응집제를 토양세정 용출액에 투여하여 응집 실험을 실시하였다.
대상 데이터
- 0% SDS 계면활성제를 1 : 1 (부피비)로 혼합한 것을 사용하였다. POE12는 비이온계이고 SDS는 음이온계 계면활성제이며, 군산 H 사에서 구입하였다[Table 3]. 고분자 응집제는 이온 특성에 따라 음이온계, 비이온계, 양이온계로 나눌 수 있다.
- 1]에 나타내었다. 계면활성제 세정용액으로는 1.0% POE12와 1.0% SDS 계면활성제를 1 : 1 (부피비)로 혼합한 것을 사용하였다. POE12는 비이온계이고 SDS는 음이온계 계면활성제이며, 군산 H 사에서 구입하였다[Table 3].
- 2% 고분자 응집제를 1~7mL로 증가시키면서 jar-test를 실시하였다. 고분자 응집제로는 A601P를 사용하였다. POE12로 세정한 용출액은 0.
- 의 초음파추출법에 따라 전처리한 후 GC/MS(Varian Saturn 2000, USA)로 분석하였다. 분석에 사용된 GC칼럼은 DB5(60 m length × 0.32 mm internal diameter×0.25 ㎛ film thickness)이었다. 토양세정액과 고분자응집제를 이용하여 처리한 후에 용액내에 존재하는 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene의 분석은 대상용액에 NaCl을 넣어 혼합한 후 계면활성제의 마이셀(micelle)을 파괴시켰다7).
- 토양은 J시에서 오염되지 않은 것을 채취하여 햇빛이 들지 않는 곳에서 풍건시킨 후 2㎜ 체를 통과한 것만을 실험에 사용하였다. 사용된 토양은 토성분석5) 결과 사질양토(sandy loam)이었으며, pH와 TOC는 각각 6.7과 0.5%이었다[Table 1]. 오염물질로는 디젤의 GC/MS 분석결과 PAHs 계열화합물 중에서 높은 농도로 검출되며 물용해도 차이가 큰 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene을 선정하였다.
- 5%이었다[Table 1]. 오염물질로는 디젤의 GC/MS 분석결과 PAHs 계열화합물 중에서 높은 농도로 검출되며 물용해도 차이가 큰 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene을 선정하였다. 2-Methylnaphtane과 1,5-dimethylnaphtalene의 물용해도는 각각 25 mg/L와 3.
- 2% 고분자 응집용액을 5 mL 첨가한 후 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene의 응집효율을 살펴보았다. 응집제로는 일반적으로 많이 사용되고 있는 황산알루미늄(alum, Als(SO4)3ᆞ18H2O)과 고분자 응집제인 A601P, A331P, N100P, N101P, C101P, YCX4를 사용하였다. 고분자 응집제의 특성은 [Table 4]에 제시되어 있다.
- 토양세정 실험에 사용된 칼럼은 원통형 아크릴로 제작하였으며, 지름과 높이는 각각 15㎝와 60㎝이었다[Fig. 2]. 칼럼하부에는 토양이 빠지지 않도록 다공판을 설치하였으며 칼럼에 디젤오염토양 10 kg을 넣고 높이가 40㎝될 때까지 타격충전하여 용적밀도가 1.
- 토양은 J시에서 오염되지 않은 것을 채취하여 햇빛이 들지 않는 곳에서 풍건시킨 후 2㎜ 체를 통과한 것만을 실험에 사용하였다. 사용된 토양은 토성분석5) 결과 사질양토(sandy loam)이었으며, pH와 TOC는 각각 6.
이론/모형
- 토양내 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene 농도는 토양을 20 g 채취하여 토양오염공정시험법(1999)6)의 초음파추출법에 따라 전처리한 후 GC/MS(Varian Saturn 2000, USA)로 분석하였다. 분석에 사용된 GC칼럼은 DB5(60 m length × 0.
성능/효과
- 1. POE12 + SDS 혼합계면활성제의 주입횟수를 5 pore volume까지 증가시켰을 때 2-methylnaphtalene의 세정효율은 지수적으로 1,5-dimethylnaphtalene의 제거율은 다소 선형적으로 증가하여 각각 약 80%와 60%가 세정되었다. 13 pore volume으로 세정한 후 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene의 세정효율은 각각 약 90%와 82%로 2-methylnaphtalene이 1,5-dimethylnaphtalene 보다 다소 높았다.
- POE12 + SDS 혼합계면활성제의 주입횟수를 5 pore volume까지 증가시켰을 때 2-methylnaphtalene의 세정효율은 지수적으로 1,5-dimethylnaphtalene의 제거율은 다소 선형적으로 증가하여 각각 약 80%와 60%가 세정되었다. 13 pore volume으로 세정한 후 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene의 세정효율은 각각 약 90%와 82%로 2-methylnaphtalene이 1,5-dimethylnaphtalene 보다 다소 높았다. 이는 물용해도 차이 때문이며 물에 의한 세정을 보정하면 계면활성제만의 세정효율은 각각 42%와 71%로 상대적으로 소수성인 1,5-dimethylnaphtalene이 높게 나타났다.
- 7 pore volume 이상에서는 혼합계면활성제의 첨가에 따른 제거율의 증가가 매우 미미함을 볼 수 있었다. 13 pore volume으로 세정한 후 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene의 최대 제거율은 각각 약 90%와 82%이었다. 2-Methylnaphtalene의 세정효율이 1,5-dimethylnaphtalene보다 다소 높았던 것은 각 화합물의 물용해도 차이인 것으로 생각된다.
- 고분자 응집제의 특성은 [Table 4]에 제시되어 있다. 2-methylnaphtalene 와 1,5-dimethylnaphthalene으로 오염시킨 토양을 SDS+POE12 혼합계면활성제로 세척한 후 유출액을 고분자 응집제로 처리한 결과 응집제 모두 50% 부근의 제거율을 나타내었으며, 고분자 응집제 종류에 따른 차이는 크지 않은 것으로 나타났다[Fig. 7]. 그러나 일반적으로 널리 이용되고 있는 황산알루미늄만을 사용하여 응집침전 시킨 경우는 2-methylnaphtalene와 1,5-dimethylnaphthalene에 대하여 각각 33%와 23%가 응집 제거되었다.
- 2. 디젤오염토양을 POE12 + SDS 혼합계면활성제로 세정하였을 때 디젤 TPH는 5 pore volume의 주입에서 약 40%의 세정효율만을 나타내었으며, 추가적으로 13 pore volume까지 첨가하였을 때 약 70%의 세정효율을 보였다. 그러나 디젤내 나프탈렌 성분은 세정용액을 4 pore volume 까지 주입하였을 때까지 세정효율이 급격히 증가하였으며, 5 pore volume을 가하였을 때 90%가 세정되어 디젤 TPH의 40%보다 두 배 이상 높은 세정효율을 나타내었다.
- 3. 2-Methylnaphthalene와 1,5-dimethylnaphthalene 오염토양을 SDS+POE12 혼합계면활성제로 세척한 후 유출액을 6가지 고분자 응집제로 처리한 결과 응집제 모두 50% 부근의 비슷한 제거율을 나타내었다. 그러나 응집에서 범용되고 있는 황산알루미늄만을 사용하여 응집침전 시킨 경우는 2-methylnaphthalene와 1,5-dimethylnaphthalene에 대하여 각각 33%와 23%가 응집 제거되었다.
- 고분자 응집제로는 A601P를 사용하였다. POE12로 세정한 용출액은 0.2% A601P를 3 mL가하였을 때 약 70%가 응집제거 되었으며, SDS로 세정한 용출액은 5 mL를 가하였을 때 최대의 응집 효율(50%)을 나타내었다[Fig. 6]. 그러므로 혼합계면활성제 용출액에 고분자 응집제 5 mL를 첨가하는 것이 적절할 것으로 판단되었다.
- 4]의 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene처럼 계면활성제 혼합용액을 4 pore volume까지 가하였을 때 세정효율이 급격히 증가하였으며, 5 pore volume의 정도를 가하였을 때 90%의 세정효율을 나타내었다. 그러나 100여 가지 이상의 화합물들로 이루어진 디젤 오염토양에서는 5 pore volume의 계면활성제 혼합용액 첨가로는 약 40%의 효율만을 나타내었으며, 13 pore volume까지 첨가하였을 때 약 70%의 세정효율을 보였다. 이는 앞에서 설명한 바와 같이 물용해 차이인 것으로 판단되며 나프탈렌의 물용해도는 31 mg/L로 디젤의 0.
- 디젤오염토양을 POE12 + SDS 혼합계면활성제로 세정하였을 때 디젤 TPH는 5 pore volume의 주입에서 약 40%의 세정효율만을 나타내었으며, 추가적으로 13 pore volume까지 첨가하였을 때 약 70%의 세정효율을 보였다. 그러나 디젤내 나프탈렌 성분은 세정용액을 4 pore volume 까지 주입하였을 때까지 세정효율이 급격히 증가하였으며, 5 pore volume을 가하였을 때 90%가 세정되어 디젤 TPH의 40%보다 두 배 이상 높은 세정효율을 나타내었다.
- 6]. 그러므로 혼합계면활성제 용출액에 고분자 응집제 5 mL를 첨가하는 것이 적절할 것으로 판단되었다.
- 5]. 디젤오염 토양중의 나프탈렌 화합물은 [Fig. 4]의 2-methylnaphtalene과 1,5-dimethylnaphtalene처럼 계면활성제 혼합용액을 4 pore volume까지 가하였을 때 세정효율이 급격히 증가하였으며, 5 pore volume의 정도를 가하였을 때 90%의 세정효율을 나타내었다. 그러나 100여 가지 이상의 화합물들로 이루어진 디젤 오염토양에서는 5 pore volume의 계면활성제 혼합용액 첨가로는 약 40%의 효율만을 나타내었으며, 13 pore volume까지 첨가하였을 때 약 70%의 세정효율을 보였다.
- 디젤오염토양을 대상으로 실시한 회분식 반응결과 계면활성제를 1% 농도로 사용하였을 때 세정 효율이 가장 높았다(자료 미제시). 또한 계면활성제의 농도를 1%로 고정하고 디젤오염 토양칼럼에 계면활성제를 13 pore volume까지 연속주입한 세정실험에서는 POE12, SDS, SFT85 등을 단독으로 사용한 경우 보다 POE12와 SDS 계면활성제를 혼합한 경우의 세정효율이 더 우수하였다[Fig.
- 디젤오염토양을 대상으로 실시한 회분식 반응결과 계면활성제를 1% 농도로 사용하였을 때 세정 효율이 가장 높았다(자료 미제시). 또한 계면활성제의 농도를 1%로 고정하고 디젤오염 토양칼럼에 계면활성제를 13 pore volume까지 연속주입한 세정실험에서는 POE12, SDS, SFT85 등을 단독으로 사용한 경우 보다 POE12와 SDS 계면활성제를 혼합한 경우의 세정효율이 더 우수하였다[Fig. 3]. 증류수를 사용한 경우에는 4%의 가장 낮은 세정효율을 나타내었고, POE12 한 가지로 세정한 경우에는 약 60%의 세정효율을 나타내었다.
- 그러나 일반적으로 널리 이용되고 있는 황산알루미늄만을 사용하여 응집침전 시킨 경우는 2-methylnaphtalene와 1,5-dimethylnaphthalene에 대하여 각각 33%와 23%가 응집 제거되었다. 또한 토양에 대한 세정효율과 마찬가지로 2-methylnaphthalene에 대한 응집효율이 1,5-dimethylnaphthalene보다 다소 높게 나타났다.
- 염 등(1997)4)은 PAHs에 대한 용출효율을 분석한 결과 분자량이 커질수록 세척효율이 저하하였다고 하였다. 본 실험에서 디젤오염토양을 세정한 경우에 생물학적 처리나 토양증기추출과 같은 물리적 처리로 제거가 잘 되지 않는 PAHs 성분 중 나프탈렌 화합물을 쉽게 세정할 수 있었다. 이에 대한 연구가 추가적으로 더 진행된다면 생물학적 또는 물리적 처리와 토양세정기술을 연계하는 처리에 대한 방향이 제시될 수 있을 것으로 판단된다.
- 3]. 증류수를 사용한 경우에는 4%의 가장 낮은 세정효율을 나타내었고, POE12 한 가지로 세정한 경우에는 약 60%의 세정효율을 나타내었다. 그러나 계면활성제를 혼합하여 사용한 경우에는 비이온계면활성제인 POE12에 음이온계면활성제인 SDS를 혼합하였을 때 POE12 한 가지를 사용한 경우보다 약 10%의 세정효율이 증가하였으나 그 외에는 오히려 감소하거나 비슷하였다.
- 3 참조]. 증류수만으로 세정한 경우에는 물용해도가 높았던 2-methylnaphtalene이 물용해도가 상대적으로 낮았던 1,5-dimethylnaphtalene 보다 높은 세정효율을 나타내었으며, 각각의 세정효율은 약 48%와 11%이었다[Fig. 4]. 이는 앞서 언급하였듯이 동일한 계면활성제 사용시 2-methylnaphtalene의 세정 효율이 1,5-dimethylnaphtalene보다 높았던 것은 물용해도 차이에 의하여 더 많이 증류수에 녹아 나왔기 때문이다.
- 여기에서 1 pore volume은 토양 공극이 차지하는 1 부피를 의미하며, 본 실험에 사용된 토양의 공극률은 36%이었다[Table 1 참조]. 혼합계면활성제를 연속적으로 첨가하면서 농도를 분석한 결과 첨가횟수를 5 pore volume까지 증가시켰을 때 2-methylnaphtalene의 제거율은 지수적으로 1,5-dimethylnaphtalene의 제거율은 다소 선형적으로 증가하였다. 7 pore volume 이상에서는 혼합계면활성제의 첨가에 따른 제거율의 증가가 매우 미미함을 볼 수 있었다.
후속연구
- 본 실험에서 디젤오염토양을 세정한 경우에 생물학적 처리나 토양증기추출과 같은 물리적 처리로 제거가 잘 되지 않는 PAHs 성분 중 나프탈렌 화합물을 쉽게 세정할 수 있었다. 이에 대한 연구가 추가적으로 더 진행된다면 생물학적 또는 물리적 처리와 토양세정기술을 연계하는 처리에 대한 방향이 제시될 수 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.