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문제 정의
- 그러나 폐수처리와는 다소 다르게 토양에는 철성분이 존재하므로 과산화수소만 투입하더라도 일부 펜톤반응이 발생할 수도 있다. 본 실험은 식물성 식용유 첨가의 영향을 알아보기 전에 과산화수소 및 철이온의 투여농도를 결정하기 위한 사전 실험으로 수행되었다.
- 가 일부 진행되고 있지만 아직까지 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 PAHs 오염토양을 기존의 펜톤산화 반응으로 처리시 시중에서 시판되는 식물성 식용유뿐만 아니라 조리과정을 거친 폐식용유를 첨가함으로써 처리효율에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
- 본 연구에서는 PAHs 오염토양의 펜톤처리시 과산화수소와 철용액의 영향을 평가하고 이를 바탕으로 식물성 식용유와 폐식용유의 첨가가 처리효율에 미치는 영향을 알아보고자 하였으며 얻어진 결론은 다음과 같다.
제안 방법
- 콜타르를 약 10,000 mg/kg으로 오염시킨 토양을 분석한 결과 표준물질과 일치하는 초기 PAHs 성분의 합은 3,786 mg/kg이었다. PAHs 오염토양과 농도를 변화시킨 과산화수소를 1 : 1 (w:v)로 혼합하여 1시간 방치한 후 분석을 하였다. 과산화수소의 투여농도가 1%이었을 때에는 PAHs 농도가 3,369mg/kg이었으며, 3%이었을 때에는 3,079mg/kg으로 감소하였다.
- 과산화수소와 FeSO4(Ⅲ) 농도를 각각 3%와 2.5 mM로 고정하고 올리브유, 콩식용유, 그리고 폐식용유 농도를 1%와 5%로 하여 주입한 결과를[Fig. 7]에 나타내었다. 펜톤처리만을 실시한 부분은 점선으로 표시되었으며 22.
- 과산화수소와 철용액이 PAHs 펜톤처리에 미치는 영향의 실험결과를 바탕으로 Sigma Plot 프로그램으로 상관성을 추정하여 [Fig. 4]에 나타내었다. [Fig.
- 과산화수소의 농도를 3%로 결정하고 여기에 철이온을 투여하였을 때 추가적인 효율증가가 있는 지의 여부를 검토하여 보았다([Fig. 3] 참조). 철이온은 FeSO4(Ⅲ) 용액으로 투여하였으며, 농도는 2.
- 반응 후 토양시료는 수분을 제거하기 위해 일정량의 무수황산나트륨(Na2SO4)을 첨가한 후 용매(메틸렌클로라이드)를 첨가하여 250rpm에서 1시간 진탕하였다. 진탕 후 용매를 0.2㎛ PTFE 여지로 여과하고 여액을 감압휘발장치기(Eyela Co., Japan)로 농축하여 분석에 사용하였다. 시료는 FID(Flame Ionization Detector)가 장착된 가스크로마토그래피(Perkin Elemer, USA)를 사용하여 분석하였으며, 표준물질로는 16개의 PAH를 포함하고 있는 혼합표준물질(Accustandard Inc.
- 3] 참조). 철이온은 FeSO4(Ⅲ) 용액으로 투여하였으며, 농도는 2.5, 5.0, 10.0 17.5, 25.0, 그리고 30.0 mM로 하였다. FeSO4(Ⅲ) 용액 농도가 증가함에 따라서 총 PAHs 농도도 점차적으로 감소하여 17.
- 펜톤반응을 유발시키기 위해서 토양과 농도별 과산화수소 용액을 1 : 1 (w:v)로 혼합하여 반응시켰다. 반응 후 토양시료는 수분을 제거하기 위해 일정량의 무수황산나트륨(Na2SO4)을 첨가한 후 용매(메틸렌클로라이드)를 첨가하여 250rpm에서 1시간 진탕하였다.
- 펜톤처리만을 한 경우와 가장 효율이 우수하였던 1% 올리브유를 첨가하고 15분 경과 후 펜톤처리를 한 경우에 대하여 벤젠고리수 별로 PAHs 농도 ([Fig. 8] 참조) 및 제거효율([Fig. 9] 참조)을 살펴보았다. 두 그림에서 알 수 있듯이 올리브유를 첨가함으로써 벤젠고리수가 3~4개인 화합물의 제거율은 36.
- 콜타르는 C화공사에서 판매하는 것을 사용하였으며, 12개의 분석대상 물질을 가스크로마토그래피로 분석한 결과 질량비로 약 40%를 차지하였다. 풍건시킨 토양에 콜타르를 메틸렌클로라이드(methylene chloride)에 용해하여 고르게 살포한 후 혼합하여 약 10,000 mg/kg으로 오염시켜 인공 오염 시료를 제조하였다. 첨가제로 사용된 식물성오일은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 올리브유, 콩식용유와 폐식용유를 사용하였다.
대상 데이터
- 5]에 나타내었다. 벤젠고리수가 3~4개인 화합물로는 Phe(phenanthrene), Ant(anthracene), Fla(fluoranthene), Pyr(pyrene), BaA(benz (a)nathracene), 그리고 Chr(chrysene)을 선정하였으며, 5~6개인 화합물로는 BbF(benzo(b) fluoranthene), BkF(benzo(k)fluoranthene), BaP(benzo(a)pyrene), IcP(indeno(1,2,3-cd) pyrene), DaA(dibenz(a,h)anthracene), 그리고 BgP(benzo(g,h,i)perylene를 선정하였다. 벤젠고리수가 3~4개인 화합물에서는 chrysene과 benz(a)nathracene가 가장 높은 제거효율을 나타내었으며, 5~6개인 화합물에서는 benzo(k) fluoranthene만이 높은 제거효율을 나타내었다.
- 본 연구에서는 기존에 PAHs로 오염된 적이 없는 삼척시 S대학 내에서 지표 15cm 이내의 토양을 채취하여 풍건시키고 2 mm 체로 거른 후 통과한 것만을 사용하였다. 채취된 토양은 토성분석 결과 모래 48.
- , USA)을 사용하였다. 사용된 칼럼은 길이 25m, 내경 0.32mm, film thickness가 0.52㎛인 methyl silicone칼럼(HP-1)이었으며, 초기온도는 60℃, 최종온도는 325℃이었다. 승온률은 5℃/min으로 하였다.
- , Japan)로 농축하여 분석에 사용하였다. 시료는 FID(Flame Ionization Detector)가 장착된 가스크로마토그래피(Perkin Elemer, USA)를 사용하여 분석하였으며, 표준물질로는 16개의 PAH를 포함하고 있는 혼합표준물질(Accustandard Inc., USA)을 사용하였다. 사용된 칼럼은 길이 25m, 내경 0.
- 과산화수소 투여만으로도 농도가 이 정도 감소한 것은 토양 중에 존재하는 철성분 때문에 다소나마 펜톤반응이 일어난 것으로 판단된다. 실험에 사용된 토양은 철성분을 질량비로 0.85% 함유하고 있었다([Table 1] 참조). 최 등 (2004)9)은 디젤오염토양에 과산화수소를 투여하여 펜톤 유사반응으로 처리를 하였다.
- 첨가제로 사용된 식물성오일은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 올리브유, 콩식용유와 폐식용유를 사용하였다. 올리브유와 콩식용유는 시중에 시판되고 있는 C사의 제품을 구입하였으며, 폐식용유는 강원도 삼척시 소재 패스트푸드 업소인 G사로부터 튀김식품 제조 후 폐기되는 식용유를 공급받아 시료로 사용하였다.
- 풍건시킨 토양에 콜타르를 메틸렌클로라이드(methylene chloride)에 용해하여 고르게 살포한 후 혼합하여 약 10,000 mg/kg으로 오염시켜 인공 오염 시료를 제조하였다. 첨가제로 사용된 식물성오일은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 올리브유, 콩식용유와 폐식용유를 사용하였다. 올리브유와 콩식용유는 시중에 시판되고 있는 C사의 제품을 구입하였으며, 폐식용유는 강원도 삼척시 소재 패스트푸드 업소인 G사로부터 튀김식품 제조 후 폐기되는 식용유를 공급받아 시료로 사용하였다.
성능/효과
- 벤젠고리수가 3~4개인 화합물로는 Phe(phenanthrene), Ant(anthracene), Fla(fluoranthene), Pyr(pyrene), BaA(benz (a)nathracene), 그리고 Chr(chrysene)을 선정하였으며, 5~6개인 화합물로는 BbF(benzo(b) fluoranthene), BkF(benzo(k)fluoranthene), BaP(benzo(a)pyrene), IcP(indeno(1,2,3-cd) pyrene), DaA(dibenz(a,h)anthracene), 그리고 BgP(benzo(g,h,i)perylene를 선정하였다. 벤젠고리수가 3~4개인 화합물에서는 chrysene과 benz(a)nathracene가 가장 높은 제거효율을 나타내었으며, 5~6개인 화합물에서는 benzo(k) fluoranthene만이 높은 제거효율을 나타내었다. Nam 등(2001)12)은 펜톤산화 반응과 미생물 처리를 연계하여 PAHs를 처리하였으며, 벤젠고리수가 증가함에 따라 미생물 분해율이 감소하고 독성이 강한 benzo(a)pyrene를 제외하고 대부분 생물학적 처리가 가능하다고 하였다.
- 1. 철용액을 첨가하지 않고 과산화수소만을 첨가한 경우에도 펜톤반응이 진행되었으며, 이는 토양 중의 철성분 때문에 가능한 것으로 판단 된다. 과산화수소는 3%에서 최대 효율을 나타내었으며, 그 이상의 농도에서는 효율증진을 나타내지 못하였다.
- 2. 3%의 과산화수소만을 첨가한 경우에는 총 PAHs가 약 19% 제거되었는데 3% 과산화수소에 17.5 mM FeSO4(Ⅲ)를 첨가한 경우에는 25%가 제거되어 6% 정도의 효율증진을 나타내었다.
- 3. 과산화수소와 철용액이 PAHs 펜톤처리에 미치는 영향을 Sigma Plot 프로그램으로 상관 성을 추정한 결과 최적의 제거효율은 약 10%의 과산화수소와 약 22 mM FeSO4(Ⅲ)를 첨가할 때로 나타났다.
- 4. 올리브유를 펜톤반응과 동시 또는 전에 첨가한 경우 제거효율은 37~38%로써 펜톤처리만을 한 경우(22.3%)보다 약 15%정도 제거효율을 증가시킬 수 있었다.
- 5. 올리브유, 콩식용유, 그리고 폐식용유 농도를 1%와 5%로 하여 주입한 결과 대부분 35%이상의 처리효율을 나타내었으며, 오일의 종류와 농도에 따른 영향은 크지 않았다. 폐식용유를 사용하였을 때 고가의 올리브유를 사용한 경우와 큰 효율차이를 나타내지 않았으므로 폐식용유 사용시 추가비용이 거의 소요되지 않는 장점이 있을 것으로 판단된다.
- 6. 3% 과산화수소와 2.5 mM FeSO4에서 1%올리브유 첨가 후 15분이 지나서 펜톤반응을 실시한 경우 3~4개와 5~6개인 화합물의 제거율은 펜톤반응 만을 실시한 경우 보다 각각 13%와 17% 정도 증가하였다.
- 3%의 제거효율을 나타내었다. 그러나 여러 가지 오일을 첨가한 경우에는 대부분 35% 이상의 처리효율을 나타내었으며, 오일의 종류와 농도에 따른 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 Bogan 등(2003)7)은 PAHs 오염토양의 펜톤처리에서 1%와 5%의 옥수수유와 야자유를 주입한 결과 충분한 반응을 유발시키기 위해서는 5%의 주입이 필요하다고 하였다.
- 9] 참조)을 살펴보았다. 두 그림에서 알 수 있듯이 올리브유를 첨가함으로써 벤젠고리수가 3~4개인 화합물의 제거율은 36.9%로 펜톤처리만을 한 경우(23.5%) 보다 13% 정도 증가하였으며, 5~6개인 화합물의 제거율은 38.9%로 펜톤처리만을 한 경우(21.6%) 보다 17% 정도 증가하였다.
- 그러나 Bogan 등(2003)7)은 PAHs 오염토양의 펜톤처리에서 1%와 5%의 옥수수유와 야자유를 주입한 결과 충분한 반응을 유발시키기 위해서는 5%의 주입이 필요하다고 하였다. 본 실험에서 주목할 만한 것은 폐식용유를 사용하였을 때 고가의 올리브유를 사용한 경우와 큰 효율차이를 나타내지 않았으므로 폐식용유 사용시 비용이 거의 소요되지 않는 장점이 있을 것으로 판단된다.
- 그러나 펜톤반응을 먼저 일으키고 올리브유를 첨가한 경우에는 3,011 mg/kg으로 단순 펜톤처리만을 한 경우와 크게 다르지 않았다. 이로써 올리브유를 펜톤반응과 동시 또는 전에 첨가한 경우 제거효율은 37~38%로써 펜톤처리만을 한 경우(22.3%)보다 약 15%정도 제거효율을 증가시킬 수 있었다. 식물성 오일에서 생성되는 포화지방산인 potassium laurate에서 발견 되는 자유지방산(free fatty acid)은 계면활성제와 비슷한 역할을 하여 토양내 오염물질의 탈착을 도와주는 것으로 보고되고 있다7).
- 본 연구에서는 기존에 PAHs로 오염된 적이 없는 삼척시 S대학 내에서 지표 15cm 이내의 토양을 채취하여 풍건시키고 2 mm 체로 거른 후 통과한 것만을 사용하였다. 채취된 토양은 토성분석 결과 모래 48.8%, 미사 37.3%, 점토 13.9%인 양토 (loam)이었다([Table 1] 참조). 본 토양의 CEC 와 pH는 각각 3.
- 6이었다. 콜타르는 C화공사에서 판매하는 것을 사용하였으며, 12개의 분석대상 물질을 가스크로마토그래피로 분석한 결과 질량비로 약 40%를 차지하였다. 풍건시킨 토양에 콜타르를 메틸렌클로라이드(methylene chloride)에 용해하여 고르게 살포한 후 혼합하여 약 10,000 mg/kg으로 오염시켜 인공 오염 시료를 제조하였다.
- 과산화수소의 농도는 1, 3, 6, 10, 20, 30%로 하였다. 콜타르를 약 10,000 mg/kg으로 오염시킨 토양을 분석한 결과 표준물질과 일치하는 초기 PAHs 성분의 합은 3,786 mg/kg이었다. PAHs 오염토양과 농도를 변화시킨 과산화수소를 1 : 1 (w:v)로 혼합하여 1시간 방치한 후 분석을 하였다.
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