[논문]Zn와 Ni로 오염된 토양의 산을 이용한 전처리 및 산순환 동전기 정화의 타당성 연구

박성우; 조정민; 류병곤; 김경조; 백기태; 양중석

Zn와 Ni로 오염된 토양의 산을 이용한 전처리 및 산순환 동전기 정화의 타당성 연구
Feasibility Study on Acid-enhanced Electrokintic Remediation of Zn and Ni-contaminated Soil 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.13 no.6, 2008년, pp.17 - 22

박성우 (금오공과대학교 환경공학과) , 조정민 (금오공과대학교 환경공학과) , 류병곤 (금오공과대학교 환경공학과) , 김경조 (금오공과대학교 환경공학과) , 백기태 (금오공과대학교 환경공학과) , 양중석 (한국과학기술연구원 강릉분원)

초록
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산순환 동전기적 정화기술의 아연과 니켈로 오염된 토양의 정화 타당성을 조사하였다. 1M HCl을 활용한 토양세척에서 아연과 니켈의 제거율은 각각 24%와 9%였으며, 산세척은 이 토양을 정화하기에 적합하지 않았다. 일반적인 동전기 정화 방법으로 28일 동안 운전한 결과, 아연과 니켈의 제거율은 산세척보다도 낮았다. 강산으로 음극을 순환시켜주어 토양 전체의 pH를 산성으로 조절한 실험에서 아연과 니켈의 제거는 비약적으로 증가하였다. 또한 강산으로 전처리한 토양에서는 그 제거율이 보다 많이 증가하였다. 이러한 실험결과를 근거로 볼 때 산순환 동전기 정화는 아연과 니켈로 오염된 토양을 정화하는데 매우 효과적인 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The feasibility of acid-enhanced electrokinetic remediation on zinc and nickel-contaminated soil was investigated in the laboratory. Simple extraction efficiency using 1M HCl was 24% for Zn and 9% for Ni, as a result, the acid washing is not effective to remove Zn and Ni from the soil. The effiencey of normal electrokinetic treatment during 28 days was less than simple soil washing. Catholyte circulation with a strong acid enhanced dramatically the removal of Zn and Ni and pretreatment of soil with acid increased more the removal. Based on the result, acid-enhanced electrokinetic remediation is effective to remove Zn and Ni from the contaminated soil.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 금오공과대학교의 연구비 지원에 의해 이루어졌으며 이에 감사한다.
본 연구에서는 산순환과 산을 이용한 전처리가 전기역학적 처리에서 아연과 니켈의 제거율을 향상시킬 수 있는 사실을 확인하였다. 그러나 일반적인 전기역학적 정화에 서 보다 높은 전압경사를 적용하였기 때문에, 현장적용의 측면에서 타당성을 연구를 위해서는 전력소모량을 포함한 비용-효과 분석이 뒤따라야 할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 아연과 니켈로 오염된 토양을 정화하기 위하여 동전기 정화기술의 타당성을 조사하였다. 아연과 니켈의 제거율을 증가시키기 위하여 질산을 이용한 토양 pH 조절의 타당성을 연구하였으며, 질산을 이용한 전처리 효과도 조사하였다.

제안 방법

실험에 사용된 반응기는 토양이 들어 있는 부분(4 cm × 4 cm × 20 cm), 음극조(4 cm × 4 cm × 4 cm)그리고 양극조(4 cm × 4 cm × 4 cm)로 구성되어 있으며, 순환을 위해서는 peristaltic pump(Cole-Parmer, USA)를 사용하여 2 ml/min의 속도로 1 liter의 전해질 용액을 지속적으로 공급하여 주었다.
실험에 사용된 반응기는 토양이 들어 있는 부분(4 cm × 4 cm × 20 cm), 음극조(4 cm × 4 cm × 4 cm)그리고 양극조(4 cm × 4 cm × 4 cm)로 구성되어 있으며, 순환을 위해서는 peristaltic pump(Cole-Parmer, USA)를 사용하여 2 ml/min의 속도로 1 liter의 전해질 용액을 지속적으로 공급하여 주었다. 실험완료 후에는 토양을 5 등분하여 각각의 시료에서 중금속 농도와 pH를 측정하였다. 전기역학 적 실험을 7일, 14일, 28일 동안 각각 수행하여 전기역학적 정화방법을 적용할 때 우려기준 이내로 처리하기 위해 필요한 시간을 예측하였다.
아연과 니켈의 제거율을 증가시키기 위하여 질산을 이용한 토양 pH 조절의 타당성을 연구하였으며, 질산을 이용한 전처리 효과도 조사하였다.
이상의 결과를 종합하여 전기역학적 정화를 적용할 경우 처리기간을 예측하기 위하여 산으로 순환한 경우를 가정하여 처리기간별 제거율을 2차식 형태로 만들어서정화 기간을 예측하였다. 정밀조사 결과 Zn의 최고 오염 농도는 972 mg/kg이었으며, Ni의 최고 오염농도는 63.
실험완료 후에는 토양을 5 등분하여 각각의 시료에서 중금속 농도와 pH를 측정하였다. 전기역학 적 실험을 7일, 14일, 28일 동안 각각 수행하여 전기역학적 정화방법을 적용할 때 우려기준 이내로 처리하기 위해 필요한 시간을 예측하였다.
전기역학적 정화 실험은 풍건토양 800 g을 200 ml의 증류수와 혼합하여 반응기에 넣고 동전기 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 반응기는 토양이 들어 있는 부분(4 cm × 4 cm × 20 cm), 음극조(4 cm × 4 cm × 4 cm)그리고 양극조(4 cm × 4 cm × 4 cm)로 구성되어 있으며, 순환을 위해서는 peristaltic pump(Cole-Parmer, USA)를 사용하여 2 ml/min의 속도로 1 liter의 전해질 용액을 지속적으로 공급하여 주었다.
토양세척실험은 풍건토양 20 g을 세척액 60 ml OverHead Shaker에서 20, 100 rpm에서 시간별로 시료를 채취하여 아연과 니켈의 농도를 토양오염공정시험방법으로 측 정하였다.
토양의 입경은 토양의 정화효율에 영향을 미친다. 풍건토양의 입경을 체분석을 통하여 조사하였다. 대부분은 모래이며, 약 18.

대상 데이터

강산인 1M의 HCl을 사용하여 토양세척 실험을 수행하였다. 그 결과를 Fig.
본 연구에 사용된 시료는 부산 00지역에서 채취한 것으로 풍건하여 2 mm 체로 쳐서 2 mm 이하의 토양만 사용하였다. 이 토양을 토양오염공정시험방법으로 분석한 아연과 니켈의 평균농도는 각각 352 mg/kg과 19.

성능/효과

2. 일반적인 전기역학적 정화로 28 일간 3 V/cm의 전압경사를 적용할 경우 Zn은 18.3%, Ni은 1.4% 제거되었다. 따라서 일방적인 전기역학적 정화로도 처리가 어려울 것으로 사료된다.
3. 음극을 강산으로 순환하여 처리할 경우 28일간 3 V/ cm의 전압경사를 적용하여 Zn는 69.1%, Ni은 32.9% 제거되었다.
4. 정밀조사 결과 최대 오염 농도인 Zn 972 mg/kg, Ni 63.6 mg/kg을 기준으로 할때 우려기준 이내로 처리하기 위해 약 32일의 기간이 소요될 것으로 추정된다. 그러나, 이러한 기간의 예측은 실험실 규모의 연구결과에 기초하고 있기 때문에 보다 정확한 예측을 위해서는 추가적인 실험이 필요한 것으로 사료된다.
3에 나타내었다. 교반 시간이 증가하면서 토양세척효율도 증가하여 6시간 동안 교반한 결과 Ni은 9.2%, Zn는 24.1% 정도 처리된 것으로 나타났다. 일반적으로 사질토는 토양세척 효율이 높은 것으로 알려져 있다.
산으로 순환하면서 처리 기간을 7일, 14일, 28일로 증가시킨 결과 니켈의 제거율은 0.1%, 26.0%, 32.9%로 증가하였다. 또한 산처리하여 2주간 실험한 결과에서도 59.
낮은 토양의 pH는 전기삼투의 방향을 바꾸어 아연과 니켈의 음극으로의 이동을 저해할 수도 있다. 양극과 음극을 모두 순환시스템으로 적용하여 전기삼투량을 정확하게 측정할 수는 없었으나, 본 연구 결과에 의하면 아연과 니켈의 주된 제거 기작은 전기이동인 것으로 판단된다.
전기역학적 처리 적용기간은 7일, 14일, 28일로 증가시킨 결과 각각 21.5%, 58.9%, 69.1%의 아연이 제거되었다(Table 2). 처리 기간이 7일에서 14일로 2배 증가하면 처리율에서는 3배가 더 처리되지만 14일에서 28일로 처리기간을 2배 증가시켜도 처리효율은 약 10% 포인트만 증가하기 때문에 약 14일 정도면 충분히 50% 이상의 아연을 제거할 수 있을 것으로 사료된다.
1 mg/kg이었다. 정밀조사 결과 Zn의 최고 오염 농도는 972 mg/kg이었으며, Ni의 최고 오염농도는 63.6 mg/kg이었다. 또한 토양의 평균 pH는 5.
1 mg/kg이었다. 정밀조사 결과 Zn의 최고 오염 농도는 972 mg/kg이었으며, Ni의 최고 오염농도는 63.6 mg/kg이었다. 또한 토양의 평균 pH는 5.
1%의 아연이 제거되었다(Table 2). 처리 기간이 7일에서 14일로 2배 증가하면 처리율에서는 3배가 더 처리되지만 14일에서 28일로 처리기간을 2배 증가시켜도 처리효율은 약 10% 포인트만 증가하기 때문에 약 14일 정도면 충분히 50% 이상의 아연을 제거할 수 있을 것으로 사료된다.

후속연구

본 연구에서는 산순환과 산을 이용한 전처리가 전기역학적 처리에서 아연과 니켈의 제거율을 향상시킬 수 있는 사실을 확인하였다. 그러나 일반적인 전기역학적 정화에 서 보다 높은 전압경사를 적용하였기 때문에, 현장적용의 측면에서 타당성을 연구를 위해서는 전력소모량을 포함한 비용-효과 분석이 뒤따라야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
7). 그러나, 실험실에서 단순한 제거율을 가지고 정확한 정화기간을 예측하기에는 무리가 있기 때문에 실제적용을 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
6 mg/kg을 기준으로 할때 우려기준 이내로 처리하기 위해 약 32일의 기간이 소요될 것으로 추정된다. 그러나, 이러한 기간의 예측은 실험실 규모의 연구결과에 기초하고 있기 때문에 보다 정확한 예측을 위해서는 추가적인 실험이 필요한 것으로 사료된다.
4%의 니켈이 제거되었다(Table 2). 산처리를 통해 제거율 향상을 도모할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대표적인 중금속 오염 토양을 정화하기 위한 기술은?	중금속 오염 토양을 정화하기 위한 기술은 여러 가지가 있으나 고형화/안정화, 토양세척, 동전기정화 기술이 대표적이라고 할 수 있다. 고형화/안정화 방법은 미국의 슈퍼 펀드 부지의 중금속 오염 토양 정화에 가장 많이 사용되었고 국내에서도 광미 처리에 적용되고 있다.
	고형화/안정화 방법으로 처리하더라도 현행법을 만족하지 못할 가능성이 높은 이유는?	고형화/안정화 방법은 미국의 슈퍼 펀드 부지의 중금속 오염 토양 정화에 가장 많이 사용되었고 국내에서도 광미 처리에 적용되고 있다. 그러나 토양오염공정시험방법에 의하면 아연과 니켈은 왕수 추출에 의한 전함량 분석을 하도록 규정하고 있다. 따라서 고형화/안정화 방법은 처리하더라도 현행법을 만족하지 못할 가능성이 높다.
	고형화/안정화 방법은 어디에 적용되고 있는가?	중금속 오염 토양을 정화하기 위한 기술은 여러 가지가 있으나 고형화/안정화, 토양세척, 동전기정화 기술이 대표적이라고 할 수 있다. 고형화/안정화 방법은 미국의 슈퍼 펀드 부지의 중금속 오염 토양 정화에 가장 많이 사용되었고 국내에서도 광미 처리에 적용되고 있다. 그러나 토양오염공정시험방법에 의하면 아연과 니켈은 왕수 추출에 의한 전함량 분석을 하도록 규정하고 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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