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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 토양세척방법 중 하나인 초음파세척을 이용하여 오염토양 내 총 석유계 탄화수소류(TPHs)의 제거 및 중금속 추출특성을 평가하는데 그 목적이 있다.
- 본 연구에서는 초음파세척을 이용하여 오염 토양 내 TPHs 및 중금속 제거특성을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- H)체 (2 mm)를 이용하여 체거름 하였다. 건조된 토양은 디젤을 사용하여 혼합한 후 초기농도 2,000-2, 500 mg TPHs/kg soil인 디젤오염토양을 제조하였으며, 또한 조제과정에서 중금속 오염토양에 일정하고 균일하게 디젤을 오염시키기 위해 메탄올 (C氏OH)을 주입한 후 용매만을 휘발하여 오염시킨 후 2주 경과된 토양을 사용하였다. 각 단계별 오염 토양의 제조과정을 정리하여 Fig.
- 초음파 음향밀도의 경우 크면 클수록 오염물질의 분해속도가 높아진다는 기존의 연구결과『顺를 토대로 초음파 장치에서 연속적으로 운전이 가능한 가장 높은 값을 적용하여 실험을 행하였다. 또한 제조된 오염토양과 물(증류수)의 혼합비율을 1 : 1 (3kg : 3L)로 하여 초음파 조사를 하였으며, 세부적인 운전조건을 Table 2에 나타내었다.
- 또한 초기온도 50℃, 최종온도는 325笆이었으며, 승온율은 10 ℃/min이었다. 주입부와 검출부 온도는 각각 280℃ 와 300℃ 이 였으며, 운반 가스는 질소를 사용하여 유량을 2 mL/min으로하여 분석하였다,
- , Kors)의 주파수는 15 kHz와 20 kHz의 2가지를 사용하였으며, 초음파장치의 소요전력은 연속운전이 가능한 최대출력 440W와 음향밀도 30 W凡로 고정하여 운전하였다. 초음파 음향밀도의 경우 크면 클수록 오염물질의 분해속도가 높아진다는 기존의 연구결과『顺를 토대로 초음파 장치에서 연속적으로 운전이 가능한 가장 높은 값을 적용하여 실험을 행하였다. 또한 제조된 오염토양과 물(증류수)의 혼합비율을 1 : 1 (3kg : 3L)로 하여 초음파 조사를 하였으며, 세부적인 운전조건을 Table 2에 나타내었다.
대상 데이터
- Table 3과 같다. GC/MS는 안지름 0.32 mm, 필름 두께 0.25 ym, 모세관의 길이 30 이의 것으로 HP-5 칼럼을 사용하였다. 또한 초기온도 50℃, 최종온도는 325笆이었으며, 승온율은 10 ℃/min이었다.
- 본 연구에 사용된 오염토양은 B시 K군의 인근 광산에서 표층 0~15 cm에서 채취한 중금속 오염 토양을 사용하였으며, 사용된 오염토양의 중금속 농도를 분석하여 Table 1에 나타내었다. 채취된 토양은 24시간 동안 풍건한 후 시료를 균등화하기 위해 토양에 함유된 큰 입자와 기타 이물질을 제거하고 No.
- 본 연구에 사용된 초음파 세척장치를 Fig. 2에 나타내었다. 초음파 장치(E.
- 2에 나타내었다. 초음파 장치(E. Co., Kors)의 주파수는 15 kHz와 20 kHz의 2가지를 사용하였으며, 초음파장치의 소요전력은 연속운전이 가능한 최대출력 440W와 음향밀도 30 W凡로 고정하여 운전하였다. 초음파 음향밀도의 경우 크면 클수록 오염물질의 분해속도가 높아진다는 기존의 연구결과『顺를 토대로 초음파 장치에서 연속적으로 운전이 가능한 가장 높은 값을 적용하여 실험을 행하였다.
이론/모형
- 오염토양에 대한 TPHs와 중금속의 추출 및 분석은 토양오염공정시험방법에 준하여 실시하였으며 , TPHs 분석을 위한 가스크로마토그래피(GC)의 조건은 Table 3과 같다. GC/MS는 안지름 0.
성능/효과
- 3) 초음파 주파수(15, 20 kHz)에 따른 분해속도(k) 와 결정계수(E) 값은 각각 “IO" L/mg-min (0.9553) 과 7xl0'6 L/mg-min (0.9430)을 나타내 어 초음파 주파수가 낮을수록 TPHs의 분해반응속도가 증가함을 알 수 있었는데, 이는 주파수가 낮을수록 단위 부피당 전달되는 에너지가 커져 공동화현상에서 발생되는 기포에도 많은 에너지가 투입되어 분해반응이 빠르게 일어나기 때문인 것으로 판단된다.
- 1) 초음파 주파수(15, 20 kHz)에 따른 TPHs 농도변화(제거효율)는 초기 2, 124.4 mg TPHs/kg soil에서 조사 시간 60분경과 후 각각 884.7 mg TPHs/kg soil (58.4%)와 1, 089.4 mg TPHs/kg soil (48.7%)을 나타내었다.
- 2) 초음파 처리전 수온은 주파수 15, 20 kHz에서 각각 36.2C와 35.5℃ 이였으며, 조사시간 60분경과 후 각각 37.5℃35.7℃까지 점차적으로 증가하는 경향을 보였으며, 특히 초음파 주파수 15 kHz에서 온도변화가 뚜렷하게 나타났다. 또한 초음파 처리 전 pH는 주파수 15, 20 kHz에서 각각 3.
- 4) 초음파 주파수(15, 20 kHz)에 따른 오염토양 내 초기 Ni과 Zn의 농도는 각각 평균 4.313 ㎎/㎏과 70.960 ㎎/㎏이 였으며, 조사시간 60분경과 후 Ni의 경우 각각 4.009 mgkg과 4.094 ㎎/㎏, Zn의 경우 각각 58.973 ㎎/㎏과 60.453 ㎎/㎏의 농도를 나타내어, 초음파세척으로 인한 오염토양 내 중금속이 일부 제거됨을 확인할 수 있었다.
- 7℃까지 점차적으로 증가하는 경향을 보였으며, 특히 초음파 주파수 15 kHz에서 온도변화가 뚜렷하게 나타났다. 또한 초음파 처리 전 pH는 주파수 15, 20 kHz에서 각각 3.7과 3.5이 였으며, 초음파 조사시간 60분경과 후 pH는 각각 3.7 과 3.6으로 나타나 조사시간에 따른 pH 변화는 미미한 것으로 나타났다.
- 7℃까지 점차적으로 증가하는 경향을 보였으며, 특히 초음파 주파수 15 kHz에서 온도변화가 뚜렷하게 나타났다. 또한 초음파 처리 전 pH는 주파수 15, 20 kHz에서 각각 3.7과 3.5이였으며, 초음파 조사시간 60분경과 후 pH는 각각 3.7 과 3.6으로 나타나 조사시간에 따른 pH 변화는 미미한 것으로 조사되었다. 임과 김은 TCE로 오염된 토양의 초음파 처리시 조사시간이 경과함에 따라 pH가 거의 변하지 않는다고 보고하였으며, 이는 본연구의 연구결과와 일치하였다.
- 5에 나타내었다* 또한, Table 4에 음향 밀도에 따른 분해속도상수(k)와 결정계수(R2) 값을 계산하여 제시하였으며, 이때의 초음파 주파수(15, 20 kHz)에서의 반응속도식은 각각 dC/dt= -(, <10-*2와 dc/dt=-(7xl0w)c2로 2차 반응에 유사한 것으로 나타났다. 실험결과 초음파 주파수가 낮을수록 TPHs의 분해속도가 증가함을 알 수 있었는데, 이는 주파수가 낮을수록 단위부피당 전달되는 에너지가 커져 공동화현상에서 발생되는 기포에도 많은 에너지가 투입되어 분해반응이 빠르게 일어나기 때문인 것으로 판단된다. 이러한 결과는 이전의 여러연구자들8T3)이 보고한 실험결과와 일치하였디.
- 4에 나타내었다. 오염 토양의 초기 TPHs 농도는 2, 124.4 mg TPHs/kg soil이 였으며, 초음파 조사시간 60분경과 후 TPHs 농도(제거효율) 는 초음파 주파수 15, 20 kHz에서 각각 884.7 mg TPHs/kg soil (58.4%)와 1, 089.4 mg TPHs/kg soil (48.7%)을 나타내어, 초음파 주파수가 낮을수록 제거효율은 증가하는 것을 알 수 있었다. 오염 토양의 초음파 세척시 일어나는 반응은 크게 열분해와 라디칼에 의한 반응으로 나눌 수 있으며, 열분해는 공동화 기포 안으로 휘발되어 들어온 오염물이 기포 내의 높은 온도와 압력에 의해서 직접 분해되며, 라디칼 반응은 기포가 파괴되면서 기포주변의 액상에 생성된 H와 0H 라디칼에 의해 반웅이 일어난다.
- 있다. 첫째, 공동화현상(cavitation)에 의해 발생된 공동화 기포들이 깨지면서 생기는 높은 열과 압력으로 인해 피흡착물질(디젤, 중금속 등)과 흡착물질(토양) 사이의 결합력을 약하게 하여 피흡착물질의 탈착 효과를 증진시키는 것이며, 둘째 공동화현상으로 인해 발생하는 높은 속도의 microjets와 높은 압력의 충격파로 인해 긴 고리를 가지고 있는 방향족 탄화수소들의 경우 고리들이 깨지면서 보다 쉽게 탈착되는 것이다. 셋째, 초음파로 인해 발생하는 토양 공극 사이와 고-액 계면에서 작용하는 미세한 와류 (acoustic vortex micestreaming)를 일으켜 탈착이 쉽게 일어나게 하기도 한다4가.
- 453 ㎎/㎏ 의 농도를 나타내었다. 초음파 주파수에 따른 중금속 용출은 그다지 큰 차이를 보이지 않았으나, 초음파로 인한 오염토양 내 중금속 용출이 일부 일어남을 알 수 있었다. Perez-Cid 등'*>)은 초음파처리를 토양이나 슬러리와 같은 고체시료 중의 중금속 함량을 분석하기 위한 추출방법으로 적용한 결과 초음파 추출방법은 산추출을 대체할 수 있는 방법이라고 보고하였다.
- 3에 나타내 었다. 초음파 처리 전 수온은 주파수 15, 20 kHz에서 각각 36.2℃ 와 35.5笆 이 였으며, 조사시간 60분 경과 후 각각 37.5℃와 35.7℃까지 점차적으로 증가하는 경향을 보였으며, 특히 초음파 주파수 15 kHz에서 온도변화가 뚜렷하게 나타났다. 또한 초음파 처리 전 pH는 주파수 15, 20 kHz에서 각각 3.
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