본 연구에서는 철도 아연유래 토염토양을 정화하기 위해 토양세척과 토양세정의 타당성은 연구하였다. 무기산인 HCI및 $H_3PO_4$와 유기산인 citric acid및 ethylene diamine tetraacetic acid(EDTA)을 이용하여 토양세척을 수행하였다. 일반적으로 중금속 오염토양에 대하여 세척효율이 우수하다고 알려진 DETA는 본 오염 토양의 세척에는 효과적이지 않았다. 무기산 중에는 HCI이 34%의 아연 제거율로 가장 우수한 효과를 보였으며, 0.1 M HCI이상을 사용하는 것은 효과적이지 않았다. 또한 연속세척을 통하여 아연의 제거율을 향상시킬수 있었다. 칼럽실험에서 아연의 평균제거율은 27% 이였으며, 토양 내 아연 잔류농도는 기준치 이하인 662mg/kg까지 감소하였다.이와 같은 실험 결과를 바탕으로 HCI을 이용한 토양 세척 및 토양 세정을 이용하여 철도유래 아연 모염토양 정화가 충분히 가능한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 철도 아연유래 토염토양을 정화하기 위해 토양세척과 토양세정의 타당성은 연구하였다. 무기산인 HCI및 $H_3PO_4$와 유기산인 citric acid및 ethylene diamine tetraacetic acid(EDTA)을 이용하여 토양세척을 수행하였다. 일반적으로 중금속 오염토양에 대하여 세척효율이 우수하다고 알려진 DETA는 본 오염 토양의 세척에는 효과적이지 않았다. 무기산 중에는 HCI이 34%의 아연 제거율로 가장 우수한 효과를 보였으며, 0.1 M HCI이상을 사용하는 것은 효과적이지 않았다. 또한 연속세척을 통하여 아연의 제거율을 향상시킬수 있었다. 칼럽실험에서 아연의 평균제거율은 27% 이였으며, 토양 내 아연 잔류농도는 기준치 이하인 662mg/kg까지 감소하였다.이와 같은 실험 결과를 바탕으로 HCI을 이용한 토양 세척 및 토양 세정을 이용하여 철도유래 아연 모염토양 정화가 충분히 가능한 것으로 판단된다.
In this study, the feasibility of soil washing and soil flushing was investigated to treat Zn-contaminated railroad soil. Various organic acids including ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA) and citric acid as well as inorganic acids such as hydrochloric acid (HCl) and phosphoric acid were teste...
In this study, the feasibility of soil washing and soil flushing was investigated to treat Zn-contaminated railroad soil. Various organic acids including ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA) and citric acid as well as inorganic acids such as hydrochloric acid (HCl) and phosphoric acid were tested to evaluate washing efficiency. Generally, inorganic acid showed higher removal efficiency compared to organic acids. Particularly, EDTA, well known as the most effective washing agent for removal of heavy metals from soil, was not efficient to remove zinc in this study. Among washing agents tested in this study, HCl was the most effective. However, it is not effective to use HCl solution over 0.1 M concentration. Sequential process using HCl was effective to enhance the removal efficiency of zinc. In column test, the removal efficiency of Zn was 27%. Accordingly, it is feasible to treat Zn-contaminated railroad soil using soil washing or flushing with HCI.
In this study, the feasibility of soil washing and soil flushing was investigated to treat Zn-contaminated railroad soil. Various organic acids including ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA) and citric acid as well as inorganic acids such as hydrochloric acid (HCl) and phosphoric acid were tested to evaluate washing efficiency. Generally, inorganic acid showed higher removal efficiency compared to organic acids. Particularly, EDTA, well known as the most effective washing agent for removal of heavy metals from soil, was not efficient to remove zinc in this study. Among washing agents tested in this study, HCl was the most effective. However, it is not effective to use HCl solution over 0.1 M concentration. Sequential process using HCl was effective to enhance the removal efficiency of zinc. In column test, the removal efficiency of Zn was 27%. Accordingly, it is feasible to treat Zn-contaminated railroad soil using soil washing or flushing with HCI.
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문제 정의
본 연구를 통하여 아연으로 오염된 철도토양의 정화 타당성을 알아보았다. 세척실험에서 무기산인 HC1 이 약 34%의 제거율로 가장 좋은 효과를 나타내었으며, 10분 이내에 추출될 수 있는 대부분의 아연이 제거되었다.
본 연구에서는 아연으로 오염된 철도토양의 정화 방법으로 토양세척법을 선정하였다. 세척제로 유기산과 무기산의 처리효율을 비교해 보고, 선정된 세척제에 대한 최적조건과 연속세척 시 처리 효과를 조사하였다. 또한 컬럼실험을 통하여 원위치처리 가능성을 평가하였다.
제안 방법
위해 컬럼실험을 진행하였다. 0.1 M H(가을 사용하여 Bed volume에 따른 아연 제거율을 살펴보았다. 컬럼의 Bed volumee 83.
5 M까지 증가시키며 10분 동안 세척을하였다. B토양을 이용해 연속세척에 의한 아연의 제거율을 평가하기 위하여 0.1 M HC1 을 사용하여 10분 동안 세척한 뒤 원심분리기로 고액분리 후 처음과 동일한 조건으로 4회 연속 세척하였다. 세척실험에서의 토양 내 잔류 아연농도 분석은 세척 후 3000rpm이에서 10분간 원심분리하여 고액분리 후 상등액을 취하여 원자흡광광도계를 이용하였다.
세척제로 유기산과 무기산의 처리효율을 비교해 보고, 선정된 세척제에 대한 최적조건과 연속세척 시 처리 효과를 조사하였다. 또한 컬럼실험을 통하여 원위치처리 가능성을 평가하였다.
5 M, EDTA와 citric acifc 10 mg 농도로 150rpm, 2(TC에서 60분 동안 세척하였다. 세척 시간에 따른 아연의 제거율을 알아보기 위한 실험에서는 0.1 M HCt을 이용하여 10분, 20분, 30분, 60분, 120분, 240분 동안 각각의 시간에 따른 제거율을 비교하였다. HC1 의 농도에 따른 세척효과를 살펴보기 위하여 HC1 의 농도를 0.
1 M HC1 을 사용하여 10분 동안 세척한 뒤 원심분리기로 고액분리 후 처음과 동일한 조건으로 4회 연속 세척하였다. 세척실험에서의 토양 내 잔류 아연농도 분석은 세척 후 3000rpm이에서 10분간 원심분리하여 고액분리 후 상등액을 취하여 원자흡광광도계를 이용하였다. 토양세척 실험에서는 토양 20 g과 세척액 100 mL를 혼합하여 토양 : 세척액 = 1 : 5의 비율을 유지하였다.
채취된 토양을 상온에서 72시간 이상 풍건하고 2 mm 체로 체걸음하여 2 mm보다 작은 입경의 토양만 연구에 사용하였다. 실험 수행 전에 토양의 물리 , 화학적 기초특성을 분석하였다. 양이온교환능력 (Cation Exchange Capacity)은 EPA method 9081로 전처리하여 AAS를 이용하여 Na의 농도를 측정하였다.
철도유래 아연 오염토양의 원위치처리 가능성을 알아보기 위해 컬럼실험을 진행하였다. 0.
7mL/min으로 상향류로 공급하였다. 컬럼실험 종료 후 각각의 컬럼 내 토양을 3등분 하여 아래부분부터 1, 2, 3으로 명명하였다. 토양을 상온에서 24시간 이상 풍건 후 토양오염공정시험방법에 따라 전처리 후 원자흡광광도계로 토양 내 잔류 아연농도를 분석하였다.
컬럼실험 종료 후 각각의 컬럼 내 토양을 3등분 하여 아래부분부터 1, 2, 3으로 명명하였다. 토양을 상온에서 24시간 이상 풍건 후 토양오염공정시험방법에 따라 전처리 후 원자흡광광도계로 토양 내 잔류 아연농도를 분석하였다. 실험은 모두 2회 또는 3회 반복으로 진행되었으며, 결과는 평균값을 사용하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 오염토양(A, B)은 00철도역에서 채취하였다. 채취된 토양을 상온에서 72시간 이상 풍건하고 2 mm 체로 체걸음하여 2 mm보다 작은 입경의 토양만 연구에 사용하였다.
세척제의 종류에 따른 Zn의 제거율을 알아보기 위해서 유기산인 citric acid (Junsei, Japan)와 가장 널리 세척제로 사용되는 ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA) (Junsei, Japan)(Labanowski et al., 2008), 무기산인 HCI (Junsei, Japan)과 H3PO4 (Junsei, Japan)를 선정하였다. HCI과H3PO4는 0.
채취된 토양을 상온에서 72시간 이상 풍건하고 2 mm 체로 체걸음하여 2 mm보다 작은 입경의 토양만 연구에 사용하였다. 실험 수행 전에 토양의 물리 , 화학적 기초특성을 분석하였다.
1 M H(가을 사용하여 Bed volume에 따른 아연 제거율을 살펴보았다. 컬럼의 Bed volumee 83.5 cm, 이고, 컬럼은 유리로 제작하였으며 길이 30 cm, 직경 2.5 cm이다. 세정액은 channeling 현상을 방지하기 위하여 정량 펌프(Cole-parmer, USA)를 이용하여 유속 1.
데이터처리
토양을 상온에서 24시간 이상 풍건 후 토양오염공정시험방법에 따라 전처리 후 원자흡광광도계로 토양 내 잔류 아연농도를 분석하였다. 실험은 모두 2회 또는 3회 반복으로 진행되었으며, 결과는 평균값을 사용하였다.
이론/모형
있다. 본 연구에서는 아연으로 오염된 철도토양의 정화 방법으로 토양세척법을 선정하였다. 세척제로 유기산과 무기산의 처리효율을 비교해 보고, 선정된 세척제에 대한 최적조건과 연속세척 시 처리 효과를 조사하였다.
실험 수행 전에 토양의 물리 , 화학적 기초특성을 분석하였다. 양이온교환능력 (Cation Exchange Capacity)은 EPA method 9081로 전처리하여 AAS를 이용하여 Na의 농도를 측정하였다. 유기물 함량(Orgamic Contens)은 ASTM D 2974-00을 이용하여 측정하였고, 토성분석은 ASTM D 422-63을 이용하였다.
양이온교환능력 (Cation Exchange Capacity)은 EPA method 9081로 전처리하여 AAS를 이용하여 Na의 농도를 측정하였다. 유기물 함량(Orgamic Contens)은 ASTM D 2974-00을 이용하여 측정하였고, 토성분석은 ASTM D 422-63을 이용하였다. pH는 토양오염공정시험법에 따라 토양 10 g과 증류수 50mL를 혼합하여 1시간 진탕시킨 후 여과하여 pH를 측정하였다.
토양 중 중금속함량은 토양오염공정시험방법에 따라 전처리 후 원자흡광광도계(AAS, Shimadzu 6300, Japan)를 이용하여 각각 중금속의 평균농도를 구하였다.
성능/효과
1에 나타냈다. 0.1 M HC1을 이용하여 접촉 시간에 따른 제거율을 알아본 결과, 10분 이내에 추출될 수 있는 대부분의 아연이 추출되어 10분 이후의 아연의 제거율은 거의 변화가 없었다. 이와 같은 경향은 백기태 외(2007)의 염산을 사용한 납오염 토양의 토양세척에서도 보고된다.
최상일(2008)의 연구에서는 HCI과 EDTA가 같은 농도일 경우, EDTA의 세척 능이 우수한 것으로 보고되었다. 그러나 본 연구에 사용된 철도 유래 아연오염 토양에서는 EDTA가 아연의 제거에 효과적이지 않았다. 이와 같은 결과는 다른 연구자들의 연구결과에서도 보고되었다(Moutsatsou et al.
(2003)은 pH 4~6의 범위에서 EDTA와 형성하는 metal-EDTA의 안정화도는 Fe3+-EDTA > Cu2+-EDTA > Pb2+-EDTA > Zn2+-EDTA > Mn2+-EDTA > Ca2+-EDTA > Mge-EDTA 순이라고 보고하였다. 따라서 본 연구에 사용된 철도토양의 특성상(선로의 마모 등) 토양 중 Fe의 함량이 매우 높은 것과, 아연보다 안정화 도가 큰 구리, 납의 방해작용, EDTA에 의해 추출될 수 있는 Zn의 비율이 낮은 것으로 인해 EDTA에 의한 Zn의 제거율이 낮은 것으로 사료된다. 또한 ED1A는 HC1 에 비하여 분자량이 약 8배 크기 때문에 HC1과 같은 농도의 세척액을 만들 경우, 다량의 EDTA가 필요하다.
알아보았다. 세척실험에서 무기산인 HC1 이 약 34%의 제거율로 가장 좋은 효과를 나타내었으며, 10분 이내에 추출될 수 있는 대부분의 아연이 제거되었다. HC1 의 농도에 따른 실험결과, 0.
실험결과, 유기산보다는 무기산의 제거율이 높게 나타났으며, 무기산 중에서 HC1 이 가장 효과적이었다. 그러나 일반적으로 citric acid와 EDTA는 중금속에 대한 세척 능이 우수한 것으로 보고되고 있으며 (Peters, 1999; Wu et al.
Table 1에 나타냈다. 양이온교환능력은 A, B토양 각각 10.7, 12.3 meq/100 g으로 나타났고 유기물함량은 두 토양 모두 5% 내외로 일반토양의 유기물함량범위를 나타냈다. 토성측정결과 A토양esand 76.
연속세척 실험 결과 1회 세척 시 11%의 아연 제거율을 보였으며, 세척횟수의 증가에 따라 제거율이 증가하여 , 5회 세척 시 22%의 제거율을 나타내었다(Fig. 3). 1회 세척 시 토양 내 아연의 잔류농도가 800 ㎎/㎏ 이하로 제거되었으며, 연속세척 후에는 토양 내 아연의 잔류농도는 706 ㎎/㎏이었다.
3 meq/100 g으로 나타났고 유기물함량은 두 토양 모두 5% 내외로 일반토양의 유기물함량범위를 나타냈다. 토성측정결과 A토양esand 76.2%, silt 23.8%, clay 0%, B토양은 sand 76.4%, silt 22.6%, clay 1.0%로 fine fraction 비율이 매우 적어 토양 세척공정 적용이 타당할 것으로 사료된다. A토양의 경우 아연과 구리의 함량이 높았으나, 나”지역 토양오염우려기준을 초과하지 않았다.
후속연구
또한 ED1A는 HC1 에 비하여 분자량이 약 8배 크기 때문에 HC1과 같은 농도의 세척액을 만들 경우, 다량의 EDTA가 필요하다. 따라서 향후 현장 적용 및 경제성 측면을 고려할 경우, HC1 의 사용이 효과적이라고 판단된다.
참고문헌 (22)
고일원, 이철효, 이광표, 김경웅, 2004, 토양세척에 의한 비소 및 중금속 오염토양의 복원, 지하수토양환경, 9(4), 52-61
Giergiczny, Z. and Krol, A., 2008, Immobilization of heavy metals (Pb, Cu, Cr, Zn, Cd, Mn) in the mineral additions containing concrete composites, J. Hazard Mater., 160, 247-255
Labanowski, J., Monna, F., Bermond, A., Cambier, P., Femandez, C., Lamy, I., and Oort, F.v., 2008, Kinetic extractions to assess mobilization of Zn, Pb, Cu, and Cd in ametal-contaminated soil: EDTA vs. citrate, Enviorn. Pollut., 152, 693-701
Malviya, R. and Chaudhary, R., 2004, Study of treatment effectiveness of solidification/stabilization process for waste bearing heavy metals, J. Mater. Cyc., 6, 147-153
Moutsatsou, A., Gregou, M., Matsas, D., and Protonotarios, D., 2006, Washing as a remediation technology applicable in soils heavily polluted by mining-metallurgical activities, Chemosphere, 63, 1632-1640
Wu, L.H., Lao, T.M. , Christie, P., and Wong, M.H., 2003, Effects of EDTA and low molecular weight organic acid on soil solution properties of a heavy metal polluted soil, Chemosphere, 50, 819-822
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