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대수층 폭기공정에서 토양입경 및 지하수 깊이에 따른 표면장력과 함수율의 상관관계
Surface Tension-Water Saturation Relationship as the Function of Soil Particle Size and Aquifer Depth During Groundwater Air Sparging 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.14 no.6, 2009년, pp.65 - 70  

김헌기 (한림대학교 환경생명공학과, 한림대학교 에너지환경 연구소) ,  권한준 (한림대학교 환경생명공학과, 한림대학교 에너지환경 연구소)

초록
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대수층으로부터 휘발성 유기오염물질을 제거하기 위하여 air sparging을 실시하는 과정에서, 지하수의 표면장력을 인위적으로 감소시킴으로써 지하 대수층의 물 포화율을 낮추어 오염물질제거효율을 높일 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 대수층의 구성 토양의 입경의 차이나 대수층의 두께의 차이가 이와 같은, 개량된 air sparging의 물 포화율 변화에 미치는 영향은 연구된 바 없다. 본 연구는 실험실 규모의 물리적인 model을 사용하여 air sparging공정 실시과정에서 서로 다른 토양입경과 깊이를 갖는 대수층 조건에서 표면장력과 물 포화율의 상관관계를 규명하였다. 표면 장력을 감소하기 위한 계면활성제로 sodium dodecylbenzene sulfonate를 사용하였고, 토양은 입경이 서로 다른 두 가지 모래를 사용하여 비교 실험을 수행하였다. 모래의 air-entry pressure는 각각 $15.0\;cmH_2O$, $36.3\;cmH_2O$로 측정되었다. 입경에 상관없이 표면장력과 물 포화율의 관계는 서로 비슷한 형태를 보였고, 표면장력이 감소함에 따라 물 포화율이 감소하다 일정 표면장력 이후에 물 포화율이 증가하는 형태로 나타났다. 본 연구에서는 표면장력이 42 dyne/cm일 때 두 가지 모래의 물 포화율이 48%로 최소치에 도달하였다. 대수층의 깊이는 41 cm, 81 cm, 160 cm의 세 가지 조건에서 실험하였으며, 본 실험조건에 해당하는 깊이 영역에서는 표면장력과 물 포화율의 상관관계가 대수층 깊이에 따른 특이한 상이점을 나타내지 않았다. 또한 2차원 모델을 이용한 실험에서 표면장력의 변화에 따른 폭기영역의 변화는 1차원 컬럼을 이용하여 측정된 물 포화율의 변화와 유사하였다. 본 연구결과는 SEAS(surfactant-enhanced air sparging)기술의 실제 적용에 있어서 다양한 현장조건에 따른 공정조건의 선정에 도움이 될 수 있을 것으로 전망된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Reduction of groundwater surface tension prior to air sparging (SEAS, surfactant-enhanced air sparging) was known to increase air saturation in the aquifer under influence, possibly enhancing the removal rates of volatile contaminants. Although SEAS was known to be efficient for increasing air satur...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1차원 컬럼을 이용한 폭기 실험은 지하수 폭기공정 과정에서 폭기 영역(또는 영향권)내부의 물 포화율 변화를 관찰하는 데 그 목적이 있었다면, 2차원 상자실험은 표면장력의 변화에 따른 폭기영역의 크기변화를 관찰하는 데 목적이 있다고 할 수 있다. 본 연구에서는 계면활성제가 도입되지 않은 조건을 포함하여 모두 다섯 번의 실험을 각각 서로 다른 표면장력(즉 서로 다른 계면활성제 농도)에서 실시하였다.
  • 그러나 SEAS 기술에 대한 기존의 실험적 연구는 대부분 한 가지 종류의 토양(주로 모래)을 이용함으로써 대수층의 깊이에 변화가 있거나 토양의 종류(예: 입경)가 달라지는 경우에 대한 연구는 아직 이루어 진 바 없다. 따라서 본 연구의 목적은 다양한 수리지질학적 현장조건에 대한 SEAS의 효율을 검증하기 위하여, 첫째, SEAS 실행에 따른 폭기영역 내의 물(공기) 포화율과 표면장력과의 상관관계의 대수층의 깊이에 따른 변화를 평가하고, 둘째, air-entry pressure가 서로 다른(즉 입경이 다른)토양에 대하여 물(공기) 포화율과 표면장력간의 상관관계를 규명하며, 셋째, 2차원 상자모델 실험을 통하여 표면장력 변화와 폭기 영향권의 크기 변화의 상관성을 규명하는 것이다.
  • 본 연구는 매우 제한된 조건, 즉 두 종류의 모래를 대상으로 단일한 폭기유량(10.0 mL/min)조건에서 실시한 실험이므로 실제 토양에 대하여 다양한 조건에서 동일한 결과(동일한 최저 물 포화율, 최저물 포화율을 나타내는 최적 표면장력)를 기대하기 어려울 수 있다. 그러나 본 연구결과를 통하여, 오염현장에서 SEAS 기법을 실시할 때 현장의 대수층 매질에 대한 최적 표면장력이 존재할 가능성이 매우 높으며 본 연구에서 제시된 최적 표면장력, 즉 물 포화율이 최저가 되는 표면장력을 현장의 최적 표면장력을 탐색하는 출발점으로 이용할 수 있을 것이다.
  • 본 연구에서는 SEAS 기술이 기존의 지하수 폭기법(air sparging)에 대하여 갖는 높은 효율성이 토양의 종류 및 대수층의 깊이에 따라 나타내는 변화를 측정하였다. 서로 다른 입경을 갖는 모래를 대상으로 폭기영향권 내의 물 포화율을 표면장력의 함수로서 측정한 결과, 표면장력-물 포화율의 상관관계는 토양입경의 크기에 관계없이 유사한 상관관계를 갖는 것으로 관찰되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지하수 폭기법은 무엇을 위한 복원기술로 개발되었는가? 토양 및 지하수 복원기술의 일종인 지하수 폭기법(groundwater air sparging)은 지하수에 용해된 휘발성 유기오염물질(volatile organic compound, VOCs)과 대수층에 존재하는 불용성 유기물질의 덩어리(nonaqueous phase liquid, NAPLs)를 제거하기 위한 복원기술로 개발되었다(Marley et al., 1992; Johnson et al.
지하수 폭기법은 무엇인가? 토양 및 지하수 복원기술의 일종인 지하수 폭기법(groundwater air sparging)은 지하수에 용해된 휘발성 유기오염물질(volatile organic compound, VOCs)과 대수층에 존재하는 불용성 유기물질의 덩어리(nonaqueous phase liquid, NAPLs)를 제거하기 위한 복원기술로 개발되었다(Marley et al., 1992; Johnson et al.
전통적인 양수처리법(pump and treat)의 단점을 보완하기 위한 지하수 폭기법의 이점은 무엇인가? 전통적인 양수처리법(pump and treat)의 단점을 보완하기 위하여 개발된 여러 가지 새로운 기술의 하나인 이 기술은 여러 군데의 현장적용을 통하여 오염물질 제거효과가 검증되었다. 지하수 폭기법은 실험장치가 간단하고, 운영비가 적게 들고, 공기만을 사용하므로 2차 오염의 발생 가능성이 낮고, 생산되는 폐수가 적으며, 폭기 영역 내 산소를 공급함으로서 토양 미생물에 의한 생물학적 분해를 도모할 수 있는 등의 여러 이점을 갖고 있다(Unger et al., 1995; Braida and Ong, 1998).
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참고문헌 (16)

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  2. Braida, W.J. and Ong, S.K., 1998, Air sparging: Air-water mass transfer coefficients, Water Resour. Res., 34, 3245-3253 

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  4. Burns, S.E. and Zhang, M., 2001, Effect of system parameters on the physical characteristics of bubbles produced through air sparging. Envron. Sci. Technol., 35, 204-208 

  5. Faisal Anwar, A.H.M., Bettahar, M., and Matsubayashi, U., 2000, A method for determining air-water interfacial area in variably saturated porous media. J. Contam. Hydrol., 43, 129-146 

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  13. Rabiduar, A.J., Blayden, J.M., and Ganguly, C., 1999, Field performance of air-sparging system for removing TCE from groundwater, Environ. Sci. Technol., 33, 157-162 

  14. Reddy, K.R. and Adams, J.A., 1998, System effect on benzene removal from saturated soils and groundwaterusing air sparging, J. Environ. Engrg., 124, 288-299 

  15. Reddy, K.R., Kosgi, S., and Zhou, J., 1995, A review of in-situ air sparging for the remediation of VOC-contaminated saturated soils and groundwater, Haz. Waste and Haz. Mat., 12, 97-118 

  16. Unger, A.J.A., Sudicky, E.A., and Forsyth, P.A., 1995, Mechanisms controlling vacuum extraction coupled with air sparging for remediation of heterogeneous formation contaminated by dense nonaquesous phase liquids, Water Resour. Res., 31, 1913-1925 

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