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유류오염 토양의 복원과정에서 발생되는 휘발성 유기화합물의 제거를 위한 바이오필터의 적용

Application of Biofilter for the Removal of VOCs Produced in the Remediation of Oil-Contaminated Soil

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.10 no.1, 2005년, pp.35 - 42  

이은영 (수원대학교 환경공학과) ,  최우진 (수원대학교 환경공학과) ,  최진규 (수원대학교 환경공학과)

초록
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유류로 오염된 토양의 생물학적 복원에서 휘발성 유기화합물(VOCs)을 제거하기 위한 biofilter의 적용 가능성에 대하여 알아보았다 대표 오염물질로 diesel을 선정한 후 총 86일 동안 ceramic과 polymer,이 두 종류의 담체를 사용하여 SV(공간속도)와 유량, 입구농도 등을 조사하여 최적의 운전조건을 찾고자하였다. 운전초기 30일간 SV를 $153\;h^{-1}$ 고정하여 입구농도를 증가시키며 ceramic 및 polymer biofilter의 제거효율 변화에 대하여 알아보았다. Ceramic 및 polymer 담체에서는 총 VOCs의 입구농도가 10 ppmv 이하일 때 각각 평균 $67\%$$15\%$의 제거효율을 보였으나, 입구농도를 30 ppmv까지 증가시켰을 때 ceramic 담체는 제거 효율이 $60\%$까지 저하되었고, polymer 담체의 경우 $80\%$의 제거효율을 보였다. 또한, Diesel VOCs의 입구농도와 공간 속도의 증가에 따른 총 VOCs의 제거효율에 미치는 영향을 알아보았다. 공간속도가 $153\;h^{-1}$에서 $204\;h^{-1}$$306\;h^{-1}$로 증가함에 따라 총 VOCs의 제거 효율은 점차적으로 감소하여 polymer 담체의 경우 평균 제거효율이 $82\%$에서 $80\%,\;77\%$로 약 $5\%$ 감소함을 관찰하였다. Polymer 담체에서는 공간속도의 증가에도 불구하고 benzene과 toluene모두 약 $81\~86\%$의 영역에서 일정한 제거효율을 보이는 것으로 나타났다. 반면, ceramic 담체에서 benzene의 경우 공간속도 $153\;h^{-1}$에서 평균 $87\%$의 제거효율을 보였고, 공간속도가 $204\;h^{-1}$에서 $306\;h^{-1}$로 증가함에 따라 $79\%$에서 $74\%$로 약 $5\%$가 감소하였다. Toluene의 제거효율은 공간속도의 증가에 따라 $80\%$에서 $76\%$$4\%$ 감소하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This research was investigated the applicability of the biofiltration technology for the removal of volatile organic carbons (VOCs) produced from the bioremediation of oil contaminated soil. Diesel was used as surrogate for oil and, two types of biofilter systems made of ceramic and polymer media we...

주제어

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문제 정의

  • Diesel VOCs에 함유된 대표적인 VOC인 benzene과 toluene의 제거효율을 살펴보았다. Polymer 담체에서는 공간속도의 증가에도 불구하고 benzene과 toluene 모두 약 81~86%의 영역에서 일정한 제거효율을 보이는 것으로 나타났다(Fig.
  • 유류에 의한 토양오염은 지하유류저장조(underground storage tanks)에서나 운송과정 및 사용과정에서 유류가 누출되어 발생된다(이민효, 2003). 그 중 diesel은 200~300 여종의 탄화수소로 이루어진 복잡한 물질이며, semi volatile물질을 많이 포함하고 있기 때문에 토양 잔류성이 높아 지속적으로 토양 • 지하수오염을 유발하고 있다 (Boopathy, 2004) 현재까지는 diesel VOCs 처리에 bifiltration 공법이 적용된 예가 없었기 때문에 본 연구에서는 토양오염 복원과정 중 발생되는 diesel VOCsS 제거하는데 biofilter의 적용 가능성을 알아보았다.
  • 이러한 많은 종류의 탄화수소계 물질 을 모두 정량화하기란 현실적으로 쉽지 않은 일이다. 따라서 본 연구에서는 benzene과 toluene을 이용하여 diesel 에서 발생하는 총 VOCs의 양을 측정하였다. 즉, benzene과 toluene을 먼저 정량한 후 response factor를 이용하여 많은 종류의 TPH(Total Petroleum Hydrocarbons)를 총량으로 정량화 하였다(Edward et al.
  • 본 연구에서 사용한 담체는 무기성의 ceramic과 유기성의 polymer 담체로서 첫 번째로 이 두 담체의 제거효율을 비교하였고, 두 번째로 두 담체를 이용하여 column내 SV(공간속도)를 조절하여 체류시간에 따른 제거효율의 변화를 관찰하였으며, diesel VOCs의 입구농도를 조절하叫 VOCs 농도에 따른 미생물의 분해 능력을 비교하였다. 또한 VOCs의 대표적 물질인 benzene과 toluene을 diesel VOCs 중 개별 정량하여 제거효율 변화를 관찰하였고, benzene • toluene의 제거효율과 diesel VOCs의 제거효율과의 관계를 설명하고자 하였다.
  • 또한, 현장에서 발생될 수 있는 조업정지와 같은 상황을 주어 biofilter가 얼마나 빨리 적응될 수 있는지 알아 보았다. 약 8일간 diesel VOCs는 공급하지 않은 채 air만 공급한 후 다시 VOCs를 공급하여 조업 전후의 VOCs 제거 효율을 비교하여 보았다.
  • 지금까지 연구된 VOCs 제거기술은 BTEX오+ gasoline과 같이 비교적 생물학적분해가 용이하며 휘발성이 높은 물질에 적용된 경우가 대부분이었다(이민희 등, 2004; Chungsying et al., 2002; Wan et al., 2003; Wan etal., In Press) 그러나 본 연구에서는 비교적 휘발성이 낮고, 난분해성을 물질을 포함하고 있는 diesel에 대해서 biofiltratiorr을 적용하고자 하였다.
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참고문헌 (12)

  1. 이민효, 토양.지하수 오염, 동화기술 (2003) 

  2. 이민회, 강현민, 이병헌, 빈정인, 배출가스의 후처리 공정을 포함한 토양증기추출법을 이용한 가솔린 오염 토양복원, 한국지하수토양환경학회지, 9(2), 28-40 (2004) 

  3. Boopathy, R., 2004, Anaerobic biodegradation of no. 2 diesel fuel in soil: a soil column study, Bioresource Technol., 94, 143-151 

  4. Chungsying, L., Lin, M.-R., and Chenghaw, Chu., 2002, Effects of pH, moisture, and flow pattern on trickle bed air biofilter performance for BTEX removal, Adv. Environ. Res., 6, 99-106 

  5. Chou, M.-S., and Cheng, W.-H., 1997, Screening of biofiltering Material for VOC treatment, J. Air & Waste Manage. Assoc., 47, 674-68 

  6. Edward, J., Calabrese, P., and Kostecki, T., 1991, Hydrocarbon Contaminated Soils (volume I), Lewis Publishers, p. 273-290 

  7. Joseph, S.D., Mard, A.D., and Todd, S.W., 1997, Biofiltration for Air Pollution Control, Lewis Publishers, p. 6-7 

  8. Lee, E.Y, Jun, Y.S., Cho, K.S., and Ryu, H.W., 2002, Degradation characteristics of toluene, benzene, ethylbenzene, and xylene by Stenotrophomonas maltophilia T3-c, J. Air & Waste Manage. Assoc., 52, 400-406 

  9. Lee, E.Y., Cho, K.S., Han, H.D., and Ryu, H.W., 2002, Hydrogen sulfide effects on ammonia removal by a biofilter seeded with earthworm casts, J. Environ. Qual., 31, 1782-1788 

  10. Leson, G., and Winer, A.M., 1991, Biofiltration: An innovative air pollution control technology for VOC emissions, J. Air & Waste Manage, Assoc., 41(80), 1045-1054 

  11. Wan, N.K., Park, J.S., and VanderGheynst, J.S., 2003, Biofiltration of gasoline vapor by compost media, Environ. pollut., 121(2), 181-187 

  12. Wan, N.K., Park, J.S., and VanderGheynst, J.S., Effect of gas velocity and influent concentration on biofiltration of gasoline off-gas from soil vapor extraction, Chemospehere, In Press 

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