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문제 정의
- 본 연구에서는 납으로 오염된 사격장 부지를 토양세척 기술을 이용하여 처리하고자 한다. 실제 오염 토양을 대상으로 토양세척기술을 적용하기 위한 운전인자를 도출하고 최적 처리 조건을 제시하였다.
- 본 연구에서는 납으로 오염된 사격장 부지를 토양세척 기술을 이용하여 처리하고자 한다. 실제 오염 토양을 대상으로 토양세척기술을 적용하기 위한 운전인자를 도출하고 최적 처리 조건을 제시하였다.
제안 방법
- 토양 입자 크기가 작아질수록 토양과 중금속이 강하게 결합하여 세척이 어렵다고 알려져 있다. 본 연구에서는 토양을 입경별로 분리하여 각 입경별로 세척 효율을 비교하였다. 이전 연구결과에 따라 세척액의 농도는 0.
- 세척 후 토양은 3000 rpm에서 5분간 원심분리하여 토양과 세척액을 분리하였으며 세척액의 농도를 분석하여 세척 효율을 비교하였다. 토양 중 납의 농도는 토양오염 공정시험방법을 따랐으며 세척액에서의 납 농도는 원자흡광광도계(Atomic Absorption Spectroscopy, AAS, F6701, Shimaz, Japan)를 이용하여 분석하였다.
- 세척에 필요한 산 용액의 농도를 결정하기 위해 염산의 농도를 0.01 M, 0.05 M, 0.1 M, 0.2 M로 증가시키며 토양세척 실험을 진행하였다. 염산의 농도가 증가함에 따라 용출되는 중금속의 농도도 증가하였다(Fig.
- 토양세척실험은 고액비 1 : 3 (10 g 토양, 세척액 30 ml)으로 하여 삼각플라스크에서 수행하였다. 염산의 농도 및 접촉시간에 따른 추출효율을 각각 비교하였다. 일반적으로 입경이 작을수록 추출효율이 낮아지기 때문에 입경에 따른 산세척 효과를 비교하였다.
- 오염지역 5지점을 택하고 각각의 지역에서 토양시료를 채취하여 오염토양의 입자 크기를 분석하였다. 분석결과를 Table 1에 나타내었다.
- 오염토양의 토양세척에서 교반시간을 결정하기 위해 교반시간을 변화시키면서 세척 효과를 조사하였다. 교반시간을 5, 10, 20, 60, 120 분까지 증가시키면서 세척 효과를 비교한 결과를 Fig.
- 온도는 10℃로 고정하고 교반시간을 20분으로 증가시켜 전체적인 납의 세척효과 변화를 조사하였다(Fig. 4). 교반시간을 0.
- 본 연구에서는 토양을 입경별로 분리하여 각 입경별로 세척 효율을 비교하였다. 이전 연구결과에 따라 세척액의 농도는 0.2 M, 교반온도를 10℃에서 교반시간은 10분, 20분 그리고 20에서 교반시간 20분으로 하여 세척실험을 진행하였다.
- 염산의 농도 및 접촉시간에 따른 추출효율을 각각 비교하였다. 일반적으로 입경이 작을수록 추출효율이 낮아지기 때문에 입경에 따른 산세척 효과를 비교하였다. 특별한 언급이 없는 한 모든 실험은 현장조건을 고려하여 10℃에서 3회 반복하여 진행되었다.
- 4에 입경에 따른 세척효율을 나타내었다. 입경은 4.0 mm 이상, 2.0 mm-4.0 mm, 0.075 mm-2.0 mm, 0.075 mm 이하 4 종류의 입경에 대한 세척 효율을 비교하였다. 일반적으로 알려진 것과는 다르게 입경분포 10에서는0.
- 0 mm 이하인 풍건토양을 사용하였다. 토양세척실험은 고액비 1 : 3 (10 g 토양, 세척액 30 ml)으로 하여 삼각플라스크에서 수행하였다. 염산의 농도 및 접촉시간에 따른 추출효율을 각각 비교하였다.
대상 데이터
- 3%이었다. 따라서 본 연구에 사용된 토양은 함수율이 높지 않은 산성토양으로 사료된다. 납의 오염 농도는 > 4.
- 5%였다. 본 연구에 사용된 토양은 사격장의 납탄에 의해 오염되어 있어, 납과 토양의 결합이 강하지 않아 1차 세척에서 효율이 높은 것으로 사료된다. 2차 세척을 하였을 때, 납 농도가 우려기준인 400 mg/kg 이하가 될 수 있는 농도는 0.
- 본 연구에 사용한 토양은 A시에 위치한 곳으로 사격장 부지로 활용되어서 과거 20년간 납탄이 토양 중에 축적되었다. 사격장 부지는 납탄의 부식에 의해 오염이 되며, 오염 깊이가 깊지 않은 것이 특징이다.
- 사격장 부지는 납탄의 부식에 의해 오염이 되며, 오염 깊이가 깊지 않은 것이 특징이다. 오염면적은 17,000 m2이며 평균오염 깊이는 0.3 m이다. 이 지역의 5곳에서 각각 채취한 오염토양을 혼합하여 실험에 사용하였다.
- 3 m이다. 이 지역의 5곳에서 각각 채취한 오염토양을 혼합하여 실험에 사용하였다.
- 특별한 언급이 없는 한 모든 토양세척 실험에는 입경이 4.0 mm 이하인 풍건토양을 사용하였다. 토양세척실험은 고액비 1 : 3 (10 g 토양, 세척액 30 ml)으로 하여 삼각플라스크에서 수행하였다.
이론/모형
- 각각의 모델식을 실험값에 적용시킨 결과가 아래 Table 3에 정리하였다. 본 연구에 사용된 납 오염토양에서 납의 추출은 two constant kinetic model과 식으로 그 추출특성을 잘 설명할 수 있다. 이 결과는 황 등의 납제련소의 오염토양에 대한 HCl 추출을 모델식에 적용한 결과에 의하면 Pb은 two-reaction model로 잘 예측되었으며, Pb를 제외한 Cd, Cu, Zn는 모두 two constant model과 더 일치하는 경향을 보였다(황선숙 외, 2004).
- 세척 후 토양은 3000 rpm에서 5분간 원심분리하여 토양과 세척액을 분리하였으며 세척액의 농도를 분석하여 세척 효율을 비교하였다. 토양 중 납의 농도는 토양오염 공정시험방법을 따랐으며 세척액에서의 납 농도는 원자흡광광도계(Atomic Absorption Spectroscopy, AAS, F6701, Shimaz, Japan)를 이용하여 분석하였다. 토양 중의 총 납 함량은 왕수 추출법을 이용하여 측정하였다.
- 토양 중 납의 농도는 토양오염 공정시험방법을 따랐으며 세척액에서의 납 농도는 원자흡광광도계(Atomic Absorption Spectroscopy, AAS, F6701, Shimaz, Japan)를 이용하여 분석하였다. 토양 중의 총 납 함량은 왕수 추출법을 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- 1. 납탄으로 오염된 토양에서 토양의 입경이 작을수록 납 함량은 급격히 증가하였으며, 대부분의 납은 0.075 mm 이상의 미세토양에 흡착되어 있었다.
- 0%였다. 1차 추출이 완료된 토양시료를 다시 동일한 조건에서 2차 추출에 이용한 결과 1차 추출과 비슷한 경향을 보였으나 추출 효율은 급격히 감소하였다. 2차 추출 효율은 각각의 염산 농도에서 21.
- 2. 세척액으로 염산이 사용할 경우, 최소 0.2 M 이상의 농도가 사용되어야만 90% 이상의 세척효율을 얻을 수 있다.
- 5%였다. 2차 추출까지 시행한 결과 각각의 염산 농도에서 납 제거율은 26.9%, 75.3%, 81.1%, 96.5%였다. 본 연구에 사용된 토양은 사격장의 납탄에 의해 오염되어 있어, 납과 토양의 결합이 강하지 않아 1차 세척에서 효율이 높은 것으로 사료된다.
- 2회 반복하여 추출한 후 토양에 잔류하는 납 농도를 분석한 결과를 Table 4에 정리하였다. 2회 연속 추출을 진행한다면, 실험에 사용된 3가지 조건 모두 400 mg/kg 이하로 나타났다. 이는 앞서 추출액을 분석하여 계산된 제거율보다는 낮은 수치이다.
- 3. 본 연구에서 사용된 납탄에 의해 오염된 토양은 초기 5분 이내에 대부분의 납이 세척되며, 이러한 납의 탈착 특성은 two-constant kinetic model에 의하여 잘 설명된다.
- 1). 교반시간을 10분으로 고정하여 실험을 진행한 결과 0.05 M 까지는 추출 효율의 증가가 극명하나 0.05 M 이상에서는 추출효율 증가율이 둔화되었다. 1차 추출에서 각각의 염산농도에서 납의 제거율은 14.
- 교반온도를 20℃로 하여 동일한 조건에서 토양세척을 수행한 결과 모든 세척결과가 90% 이상으로 나타났다. 이 결과는 온도가 증가할수록 중금속의 탈착이 증가하는 것을 의미한다.
- 납의 오염 농도는 > 4.0 mm의 토양에서는 164.9 mg/kg, 2.0 mm-4.0 mm 토양은 860 mg/kg, 0.075 mm-2.0 mm의 토양에서는 2866.2 mg/kg, < 0.075 mm의 토양에서는 4443.2 mg/kg으로 오염되어 있는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 최적의 세척액 농도는 0.2 M HCl로 나타났다. 그러나 이 농도는 토양오염공정시험방법에서 토양 중 납을 추출하기 위한 0.
- 분석결과를 Table 1에 나타내었다. 오염토양의 입자 크기 분포를 보면 습윤 토양에서는 0.075 mm 이하의 미세 토양이 평균 0.6%로 굉장히 적으나, 풍건 토양에서는 미세 토양의 비율이 7.2%로 증가하였다. 이는 건조를 통해 입자의 분쇄가 용이해 지기 때문으로 사료된다.
- 2%만 증가하였다. 이 실험 결과에 따라 교반시간을 10분-20분으로 하는 것이 세척 효율을 고려할 때 적절할 것으로 사료된다.
- 이상의 결과를 종합해 보면, 납 오염 토양의 세척에는 온도가 낮은 겨울철 보다는 온도가 높은 여름철에 세척을 수행하는 것이 보다 높은 제거율을 얻을 수 있으며, 본 연구에 사용된 토양의 경우 추출시간 20분 이내에서 1회 세척만으로도 평균 90% 이상의 제거율을 얻을 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 겨울철에 토양세척공정이 운전된다면 전체적인 세척효율의 감소가 약 20%정도 있으므로 실제 토양세척시에는 이를 고려해야 할 것으로 판단된다.
- 토양 내에 포함되어 있는 납을 왕수추출에 의하여 분석한 결과 6368.5 mg/kg으로 나타났다. 이는 공정시험방법으로 분석한 납 농도의 1.
- 이는 건조를 통해 입자의 분쇄가 용이해 지기 때문으로 사료된다. 토양의 pH는 3.77-4.72의 분포를 보였으며, 평균 pH는 4.21로 나타났다. 또한 함수율도 5.
후속연구
- 4. 겨울철에 본 납 오염 토양을 세척법으로 처리한다면 0.2M 이상의 HCl로 최소 20분의 접촉시간으로 2회 이상 추출하여야 90% 이상의 제거효율을 얻을 수 있을 것으로 예측된다.
- 이는 앞서 추출액을 분석하여 계산된 제거율보다는 낮은 수치이다. 따라서 강산으로 토양을 세척하는 경우 단순한 추출액 분석이 아닌 잔류 중금속 농도를 측정하여야 정확한 자료를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
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