본 연구에서는 철도 윤활유 유래 오염토양을 정화하기 위해 토양세척방법, 화학적 산화법, 초음파 추출법의 타당성을 연구하였다. 세척제로는 tergitol이 사용되었으며, 세척실험은 보조용매인 iso-propyl alcohol을 사용하여 진행되었다. Tergitol이 디젤오염토양의 세척에는 효과적인 것으로 알려져 있으나, 윤활유 오염토양의 세척에는 효과적이지 못했다. iso-propyl alcohol을 보조용매로 사용한 경우 계면활성제의 토양 흡착을 증가시켜 오히려 세척효율이 감소하였다. 화학적 산화방법은 윤활유의 약 30% 정도만 제거할 수 있었다. 화학적 산화처리후 계면활성제에 의한 토양세척을 통해 약 16-17%의 추가적인 윤활유의 세척효과를 얻을 수 있었다. 초음파는 토양세척의 효과를 증가시키는 것으로 나타났다. 따라서 TPH 오염 철도 토양의 오염원에 따라 다른 방법을 적용하야 한다.
본 연구에서는 철도 윤활유 유래 오염토양을 정화하기 위해 토양세척방법, 화학적 산화법, 초음파 추출법의 타당성을 연구하였다. 세척제로는 tergitol이 사용되었으며, 세척실험은 보조용매인 iso-propyl alcohol을 사용하여 진행되었다. Tergitol이 디젤오염토양의 세척에는 효과적인 것으로 알려져 있으나, 윤활유 오염토양의 세척에는 효과적이지 못했다. iso-propyl alcohol을 보조용매로 사용한 경우 계면활성제의 토양 흡착을 증가시켜 오히려 세척효율이 감소하였다. 화학적 산화방법은 윤활유의 약 30% 정도만 제거할 수 있었다. 화학적 산화처리후 계면활성제에 의한 토양세척을 통해 약 16-17%의 추가적인 윤활유의 세척효과를 얻을 수 있었다. 초음파는 토양세척의 효과를 증가시키는 것으로 나타났다. 따라서 TPH 오염 철도 토양의 오염원에 따라 다른 방법을 적용하야 한다.
In this study, the feasibility of soil washing, chemical oxidation and sonication was investigated to treat lubricantcontaminated railroad soil. Tergitol, a non-ionic surfactant, was used as a washing agent with or without iso-propyl acohol as a cosolvent. However, it was not effective to remove lub...
In this study, the feasibility of soil washing, chemical oxidation and sonication was investigated to treat lubricantcontaminated railroad soil. Tergitol, a non-ionic surfactant, was used as a washing agent with or without iso-propyl acohol as a cosolvent. However, it was not effective to remove lubricant from soil even though tergitol was the most effective washing agent for diesel-contaminated soil. The cosolvent reduced the overall washing efficiency. Chemical oxidation removed 30% of lubricant from contaminated soil. Soil washing after chemical oxidation extracted additionally 16-17% of lubricant. Sonication enhanced-soil washing showed enhanced overall efficiency of soil washing. Lubricant-contaminated soil should be remediated by the other technology used for diesel-contaminated soil.
In this study, the feasibility of soil washing, chemical oxidation and sonication was investigated to treat lubricantcontaminated railroad soil. Tergitol, a non-ionic surfactant, was used as a washing agent with or without iso-propyl acohol as a cosolvent. However, it was not effective to remove lubricant from soil even though tergitol was the most effective washing agent for diesel-contaminated soil. The cosolvent reduced the overall washing efficiency. Chemical oxidation removed 30% of lubricant from contaminated soil. Soil washing after chemical oxidation extracted additionally 16-17% of lubricant. Sonication enhanced-soil washing showed enhanced overall efficiency of soil washing. Lubricant-contaminated soil should be remediated by the other technology used for diesel-contaminated soil.
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문제 정의
본 연구를 통하여 윤활유로 오염된 철도 토양의 처리를 위한 토양세척기술, 화학적 산화기술, 초음파 처리기술 기술의 타당성을 조사하였다. 토양세척기술은 철도산업에서 사용되는 윤활유의 종류에 따라 상이한 결과를 나타내었다.
제안 방법
과산화수소를 이용하여 산화처리된 오염토양은 10 g을 분취하여 50 mL의 세척액을 사용하여 6시간 동안 세척실험을 진행하였다. 세척제로는 terigtol-15-s-7 및 IPA을 보조용매(cosolvent)로 사용하였으며, 1회 세척한 후 동일한 방법으로 분석하였다.
5 wt%였으며, 보조용매로 isopropyl alcohol(IPA, Junsei, Japan) 10 vol%를 사용하였다. 교반 후 5B 거름종이(Advantec, Japan)로 거른 후 처리된 토양에서 dichloromethane과 초음파 추출기를 사용하여 유류를 추출하여 정제와 농축과정을 거쳐 GC/ FID(CP3900, Varian, USA)로 분석하였다.
5 vol%를 사용하여 오염토양 20 g과 과산화수소수용액 100 mL을 250 mL 삼각플라스크에서 30분 동안 교반시켰다. 교반 후 5B 거름종이로 거른 후 처리된 토양에서 dichloromethane을 용매로 사용하여 초음파 추출기로 유류를 추출하였다. 정제와 농축 과정을 거쳐 GC/FID(CP3900, Varian, USA)로 분석하였다.
본 연구에서는 실제 철도부지에서 윤활유 오염 토양을 사용하여 토양세척법과 화학적 산화법, 그리고 이들 두 가지 방법을 병행한 2단계 처리 방법과 최근 연구되는 초음파를 이용한 세척법을 적용하여 각각의 윤활유 유래 철도 오염토양에 대한 정화 타당성을 실험실 규모에서 평가하였다.
과산화수소를 이용하여 산화처리된 오염토양은 10 g을 분취하여 50 mL의 세척액을 사용하여 6시간 동안 세척실험을 진행하였다. 세척제로는 terigtol-15-s-7 및 IPA을 보조용매(cosolvent)로 사용하였으며, 1회 세척한 후 동일한 방법으로 분석하였다.
5 wt%였으며, 보조용매로 isopropyl alcohol(IPA, Junsei, Japan) 10 vol%를 사용하였다. 교반 후 5B 거름종이(Advantec, Japan)로 거른 후 처리된 토양에서 dichloromethane과 초음파 추출기를 사용하여 유류를 추출하여 정제와 농축과정을 거쳐 GC/ FID(CP3900, Varian, USA)로 분석하였다.
초음파를 이용한 처리는 토양오염공정시험방법에서 TPH 추출에 사용되는 probe 형태의 초음파 장치(VC750, Sonics & Materials Inc., USA)를 이용하여 3분 동안 750W의 에너지를 공급하여 세척제로 tergitol-15-s-7 및 IPA를 보조용매로 하여 처리한 후 잔류하고 있는 TPH를 분석하였다.
본 연구에 사용된 오염토양은 OO철도역 2곳(A, B)에서 채취하였다. 토양의 분석은 토양오염공정시험방법에 제시된 온도조건(Injector: 280℃; 컬럼온도: 45℃(2분),310℃(25분), 10℃/min으로 승온; 검출기 온도: 320℃)을 따라 기체크로마토그래프(Varian CP3900, Varian, USA) 를 이용하여 분석하였으며, 실험에 사용된 토양의 TPH 초기 오염도는 각각 5,494 mg/kg (A)와 3,740 mg/kg (B)이었다. A 토양은 토양환경보전법의 대책기준을 초과하였으며, B토양은 우려기준을 초과하는 오염농도였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 오염토양은 OO철도역 2곳(A, B)에서 채취하였다. 토양의 분석은 토양오염공정시험방법에 제시된 온도조건(Injector: 280℃; 컬럼온도: 45℃(2분),310℃(25분), 10℃/min으로 승온; 검출기 온도: 320℃)을 따라 기체크로마토그래프(Varian CP3900, Varian, USA) 를 이용하여 분석하였으며, 실험에 사용된 토양의 TPH 초기 오염도는 각각 5,494 mg/kg (A)와 3,740 mg/kg (B)이었다.
A 토양은 점토질 비율이 높아 입자의 크기가 매우 작았으며, B 토양은 입자가 A보다는 굵은 실트질 토양이었다. 실험을 위해 오염토양은 상온에서 72시간 풍건 후, 2 mm 체로 체걸음하여 2 mm보다 작은 토양만 실험에 사용하였다. Fig.
토양세척 실험을 위해서 디젤 오염토양의 정화에 효과 적으로 알려진 비이온계면활성제인 tergitol 15-s-7(Aldrich, USA)를 사용하였다. 오염토양 20 g과 계면활성제 수용액 100 mL을 250 mL 삼각플라스크에 혼합하여 20℃에서 150 rpm의 속도로 6시간 동안 교반시켜 주었다.
데이터처리
, USA)를 이용하여 3분 동안 750W의 에너지를 공급하여 세척제로 tergitol-15-s-7 및 IPA를 보조용매로 하여 처리한 후 잔류하고 있는 TPH를 분석하였다. 모든 실험은 2회 이상 반복하였으며, 본문에는 평균값만 표시하였다.
성능/효과
즉 IPA는 tergitol의 토양흡착을 증가시켰다. A 토양과는 다르게 B 토양의 경우에는 계면활성제만으로도 72.6%의 윤활유가 제거되었으며, IPA를 사용한 경우에는 계면활성제만 사용한 경우에 비하여 제거율이 다소 낮아 52.6%의 제거율을 보였다. 이러한 A와 B의 차이는 윤활유 종류에 의한 차이로 사료된다.
초음파를 이용한 세척결과를 Table 2에 정리하였다. tergitoal 0.5 wt%를 이용한 초음파 추출과 tergitoal 0.5 wt%와 함께 IPA 10% 용액을 보조용매로 사용한추출은 IPA가 사용된 경우 다소 낮은 제거율을 보였다. IPA가 사용된 경우 계면활성제의 흡착증가가 제거율을 오히려 낮춘 것으로 사료된다.
과산화수소에 의한 산화 처리 후 토양세척을 실시한 결과를 Table 3에 정리하였다. 과산화수소로 산화 후 계면활성제로 세척한 경우 A와 B 각각 44.3%와 50.8%의 제거율을 보였으나, IPA를 보조용매로 사용하여 세척한 경우에는 13.2%와 46.2%로 제거율이 오히려 감소하였다. 결과적으로 IPA를 계면활성제와 함께 사용하면 윤활유의 제거를 오히려 저해한다.
2는 A 토양과 B 토양에 대한 과산화수소에 의한 산화처리 결과를 나타낸다. 과산화수소에 의한 산화처리 결과, A와 B 각각 28.4%와 33.4%의 윤활유가 산화되었다. GC Peak를 살펴보면 탄소사슬이 상대적으로 적은 부분에서 산화가 이루어졌음을 확인할 수 있다.
이는 미량이긴 하나 세척에 사용된 계면활성제가 토양에 흡착되어 있는 윤활유에 분배되어 나타나는 현상으로 보여진다. 또한 보조용매로 IPA가 사용되더라도 세척효과는 없으며, IPA가 사용된 경우에는 오히려 계면활성제만 사용된 경우에 비하여 TPH 잔류 농도가 초기농도보다 더 많이 증가하는 경향을 보였다. 즉 IPA는 tergitol의 토양흡착을 증가시켰다.
초음파 추출의 경우에도 윤활유의 종류에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 화학적 산화와 토양 세척을 병행한 처리에서는 화학적 산화 단독적용 보다는 토양세척에 의해 15-17%의 추가적인 제거가 가능한 것으로 나타났다. 보조용매를 사용되는 IPA는 계면활성제의 흡착을 증가시켜 오히려 전체적인 처리효율의 감소시켰다.
후속연구
보조용매를 사용되는 IPA는 계면활성제의 흡착을 증가시켜 오히려 전체적인 처리효율의 감소시켰다. 따라서 윤활유 오염토양의 효과적인 정화를 위해서는 기존의 디젤 오염토양 정화에 사용되었던 기술의 일반적인 적용보다는 오염부지의 특성을 고려한 정화 기술의 설계가 필요할 것으로 생각된다.
따라서 윤활유 오염 양에 대한 정화공정 설계 시 충분히 타당성 검토 결과가 바탕이 되어야 한다. 또한 디젤 오염토양과 분명히 구별되는 차이를 인식하여 설계에 반영해야 적절한 처리가 이루어질 수 있다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
생물학적 정화방법의 대안으로 화학적 산화법과 토양세척법이 쓰이는데, 이들의 장점과 단점은?
, 2001; 우승한·박종문, 2003; 안치규 등, 2006). 이들 방법은 생물학적 정화에 비해 정화비용이 많이 드는 단점이 있으나, 생물학적 정화방법보다 정화에 소용되는 시간이 비교적 짧기 때문에 오염농도가 높은 오염부지의 정화에 활발히 적용되고 있다. 최근에는 분석분야에서 추출을 위해 사용되던 초음파 기술을 오염물질의 탈착능 향상을 목적으로 활용되고 있다(Fend et al.
디젤의 특징은?
석유계 오염은 디젤유를 연료로 사용하기 때문에 디젤유의 보관 및 운송 등에서 누유에 의해 발생하는 오염과 엔진 및 선로분기기 등의 유지보수 시 사용하는 윤활유에 의한 오염으로 구분할 수 있다(백기태 등, 2007b). 일반적으로 디젤은 생물학적인 분해가 가능하며, 철도 오염토양뿐만 아니라 군부대 오염토양의 정화에서도 많은 사례가 있기 때문에 현장 상황이 양호하다면 비교적 손쉽게 처리할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 윤활유의 경우 연료유에 비해 오염 사례가 많지 않아 연구자체도 적을 뿐 아니라 윤활유에 의해 야기된 오염토양을 정화한 사례도 많지 않다.
철도와 관련된 토양 오염은 어떻게 구분되는가?
철도와 관련된 토양 오염은 크게 중금속에 의한 오염과 석유계 오염으로 구분할 수 있다. 석유계 오염은 디젤유를 연료로 사용하기 때문에 디젤유의 보관 및 운송 등에서 누유에 의해 발생하는 오염과 엔진 및 선로분기기 등의 유지보수 시 사용하는 윤활유에 의한 오염으로 구분할 수 있다(백기태 등, 2007b).
참고문헌 (14)
김남호, 김인수, 최애정, 이민희, 2006, 과산화수소를 이용한 현장원위치 화학적 산화법과 공기분사법을 연계한 디젤 오염 토양/지하수 동시 정화 실내 실험 연구, 지하수토양환경, 11(6), 8-17
Feng, D., Lorenzen, L., Aldrich, C., and Mare, P.W., 2001, Ex situ diesel contaminated soil washing with mechanical methods, Mineral Engineering, 14, 1093-1100
Haus, F., German, J., and Junter, G.-A., 2001, Primary biodegrability of mineral base oils in relation to their chemical and physical characteristics, Chemosphere, 45, 983-990
Lee, S.-H., Lee, S., Kim D.-Y., and Kim, J.-G., 2007, Degradation characteristics of waste lubricants under different nutrient conditions, J. Hazard. Mater., 143, 65-72
Menendez-Vega, D., GAllego, J.L.R., Pelaez, A.I., de Cordoba, G.F., Moreno, J., Munoz, D., and Sanchez, J., 2007, Engineered in situ bioremedation of soil and groundwater polluted with weathered hydrocarbons, Europ. J. Soil. Biol., 43, 310-321
Philippopoulos, C.J. and Poulopoulos, S.G., 2003, Photoassisted oxidation of an oily wastewater using hydrogen peroxide, J. Hazard. Mater., B98, 201-210
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