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문제 정의
- Pilot pkint에 의해 제조된 복원제의 성분이 인체에 위해를 가할 수 있는 해로운 물질을 함유하고 있는지 판단하고, 만약 해로운 성분이 존재한다면 폐기물관리법에 의해 지정폐기물에 포함되는지를 판단하기 위하여 제조된 복원제의 성분 분석을 실시하였다 또한 본 성분 분석은 유기성 슬러지를 재활용하기 위한 필수 조건이 된다. 분석항목은 납, 구리 등과 같은 중금속, TCE, PCE와 같은 유기 할로겐 화합물 및 기름 성분 등 11개 물질이다.
- 따라서, 본 연구에서는 생물학적 유류오염토양 복원제의 현장 적응성을 평가하기 위하여, 수처리 공정에 대표적으로 이용되고 있는 표준활성슬러지에서 발생되는 유기성 슬러지와 개량이탄 (modified peat moss, MPM)을 사용하여 pilot plant에서 유류오염토양 복 원제를 생산하고, 토양경작법 (landfhrming)을 이용하여 생산된 복원제의 현장 적용성을 평가하였다. 연구를 효과적으로 수행하기 위해 생물학적 토양 복원제의 활성화를 정량적으로 분석하였으며, 현장 적용성 실험에 따른 생물학적 및 유류화합물을 분석하여 현장 실증실험의 유효성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 표준활성슬러지에서 발생되는 유기성 슬러지와 개량이탄 (modified peat moss, MPM)을 사용하여 pilot plant에서 유류오염토양 복 원제를 생산하고, 토양경작법(landthrmiiig)을 이용하여 생산된 복원제의 현장 적용성을 평가하였다. 제조된 유류오염토양 복원제는 원료인 유기성 슬러지에서 보다 많은 미생물을 함유하고 있었으며, 지정폐기물 11개 항목에 전혀 문제가 없어 상업적으로 이용할 수 있을 것으로 판단되었다.
제안 방법
- 즉 유기성슬러지의 다양한 배출원 중 석유화학업체에서 배출하는 유기성 슬러지를 원료로 이용할 경우 미생물이 유류에 적응할 수 있는 기간을 단축할 수 있으며, 이로써 오염 토양의 정화 기간을 단축할 수 있는 이점이 있을 것으로 판단된다. Fig. 8에 본 연구에서 제조한 복 원제와 현재 시중에서 판매 중인 유류분해 미생물제제의 TPH 처리효율을 비교하였으며, 또한 유류오염토양 처리기술 중 하나인 화학 적산 화법 적용시 TPH 저감 정도를 복 원제를 주입하는 토양경작법과 비교한 것을 나타내었다.
- 5% (W/W)로 실시하였고, 2~3번에 나누어 주입하였다. 공기주입 및 뒤집기(tilling)는 하루에 1회씩 행하였으며, 주기적으로 TPH를 측정하여 저감효율을 측정하였다.
- 더 낮아진다고 하였다. 따라서 본 연구에서는 유기성슬러지에 대한 MPM 함량을 5%부터 높이면서 복원제 제조 가능성을 검토하였으나, 10%까지는 교반공정에서 뭉침 현상이 너무 심해 screw conveyer로 이송이 불가능하게 되었으므로, pilot plant의 원활한 운전을 위하여 MPM의 함량을 20%로 유지하면서 실험을 수행하였다 Pilot plant를 이용하여 실험한 과정과 제조된 복 원제를 Fig. 4에 나타내었다
- Screw conveyer를 이용하여 시료가 이송되게 하였으며, 최종 제품인 복원제가 혼합기에서 자유낙하 하도록 하였다. 또한 교반 속도와 screw conveyer의 속도 조절이 가능하도록 속도조절기 (speed control box)를 설치하였다.
- 전체적으로 5가지 형태로 구분하여 TPH 분해능 실험을 진행하였다. 복원제 주입 여부에 따른 TPH 처리효율을 파악하고, 휘발이나 타 영향에 의한 자연 감소 정도를 파악하기 위하여 처리제를 주입하지 않은 대조군 (blank)을 type A로 두었다. 본 연구에서 개발된 복원제의 주입 형태에 따른 효율을 비교하기 위하여 고상형태를 그대로 사용하거나 (type B), 약 1 : 1 의 비율로 물을 섞어 액상 형태로 주입 (type C) 하였다.
- 복원제 주입 여부에 따른 TPH 처리효율을 파악하고, 휘발이나 타 영향에 의한 자연 감소 정도를 파악하기 위하여 처리제를 주입하지 않은 대조군 (blank)을 type A로 두었다. 본 연구에서 개발된 복원제의 주입 형태에 따른 효율을 비교하기 위하여 고상형태를 그대로 사용하거나 (type B), 약 1 : 1 의 비율로 물을 섞어 액상 형태로 주입 (type C) 하였다. Type D는 상업적으로 시판되는 액상의 미생물제제를 주입하여 TPH의 변화를 관찰한 것이며, 切pe E는 과산화수소를 사용하여 화학적 처리를 적용한 경우이다.
- 이때 오염물질의 생분해 (biodegradable) 를 최적화하기 위해 수부 영양분 등을 적절히 혼합하기도 한다. 본 연구에서 제조된 복원제의 현장 적용성 평가를 위해 현장의 조건과 유사하게 경작지를 조성하고 실제 유류 오염토를 대상으로 복원제의 복원 능을 시험하였다. Fig.
- 수질오염공정시험기준 [11] 에 따랐다. 분해제의 성능을 시험하기 위해 TPH의 농도를 gas chromatography (GC-FID)로 분석하였다.
- 000 ㎎/㎏ 이었다. 시료를 현장에서 채취하여 협잡물과 호박돌을 제거하기 위해 진동체 분리기와와 screen를 이용하여 2차례의 선별작업을 하였다.
- 평가하였다. 연구를 효과적으로 수행하기 위해 생물학적 토양 복원제의 활성화를 정량적으로 분석하였으며, 현장 적용성 실험에 따른 생물학적 및 유류화합물을 분석하여 현장 실증실험의 유효성을 평가하였다.
- 원료로 사용된 유기성 슬러지와 pilot plant를 이용하여 생산된 토양 복원제의 미생물 서식 상태를 확인하기 위하여 현미경 분석을 실시하였다 (Fig. 5, 6), Fig. 5에서 유기성 슬러지의 현미경 사진을 살펴보면, 巻성슬러지 플럭이조금씩 관찰되며 선형과 원형 형태의 미생물이 조금씩 관찰되었다. Fig.
- 유기성 슬러지와 MPM을 pilot mixer에 주입하여 유류오염토양 복원제를 생산할 때, 김 등 [10] 이 실험실에서 수행한 실험결과에 따라, MPM과 유기성 슬러지의 혼합비율을 5-25% (w/w)가 되도록 조절하면서 실험을 수행하였다.
- Table 1에 요약하였다. 전체적으로 5가지 형태로 구분하여 TPH 분해능 실험을 진행하였다. 복원제 주입 여부에 따른 TPH 처리효율을 파악하고, 휘발이나 타 영향에 의한 자연 감소 정도를 파악하기 위하여 처리제를 주입하지 않은 대조군 (blank)을 type A로 두었다.
- 제조된 유류오염토양 복 원제를 유류오염토양의 대표적인 정화기술인 토양경작법 (landfarming)에 접목하여 유류오염토양의 복원 정도를 파악하였다. 토양경작법은 오염 토양을 굴착하여 지표면에 깔아 놓고 정기적으로 뒤집어줌으로써 공기를 공급하여 미생물에 호기성 생분해 조건을 제공함으로서 토양에 잔류 되어 있는 유기성 오염물질을 제거하는 생물학적 정화기술이다.
- 혼합기의 본체 중앙에 수직형 모터와 그 아래에 stirrer 형태의 십자형 날개를 상부에서 6 cm, 14 cm, 30 cm 만큼 떨어진 위치에 차례대로 설치하여 유기성 슬러지와 MPM 을 주입 후 골고루 혼합이 가능하도록 설계하였다. Screw conveyer를 이용하여 시료가 이송되게 하였으며, 최종 제품인 복원제가 혼합기에서 자유낙하 하도록 하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 유류오염토양 복 원제를 제조하기 위하여 사용된 유기성 슬러지는 울산미포 국가산업단지에 소재한 A 화학공장의 폐수처리공정에서 발생된 유기성 슬러지를사용하였다.
- 본 연구에서 제조한 복원제의 현장 적용성 실험에 사용한 오염토양은 울산 석유화학 공단 내 소재하고 있는 G 회사에서 발생한 오염토와 유류로 오염된 S 주유소에서 발생한 오염 토양으로, TPH의 초기오염농도가 각각 약 15, 000, 7, 000 ㎎/㎏ 이었다. 시료를 현장에서 채취하여 협잡물과 호박돌을 제거하기 위해 진동체 분리기와와 screen를 이용하여 2차례의 선별작업을 하였다.
- 개량한 것을 지칭한다. 본 연구에서는 유기성 슬러지의 함수율을 저감시키고 혼합성 및 취급 성을 개선하기 위한 팽화제로서 상업적으로 시판되고 있는 MPM을 구입하여 사용하였다.
- 재활용하기 위한 필수 조건이 된다. 분석항목은 납, 구리 등과 같은 중금속, TCE, PCE와 같은 유기 할로겐 화합물 및 기름 성분 등 11개 물질이다. Table 2의 분석 결과를 보면 Cr", As, 기름 성분이 검출되었으나 법적 기준치에 훨씬 못 미치는 미량이 검출되었으며, 나머지 8개 항목은 모두 불검출이 되었으므로 유기 성 슬러 지를 이용하여 복원 제를 제조하더라도 독성문제는 발생하지 않을 것으로 판단된다.
이론/모형
- 현장 시료의 채취와 보관 및 시료의 고정, 생산된 유류오염토양 분해제의 지정폐기물 유무 등을 확인하기 위한 분석은 수질오염공정시험기준 [11] 에 따랐다. 분해제의 성능을 시험하기 위해 TPH의 농도를 gas chromatography (GC-FID)로 분석하였다.
성능/효과
- 분석항목은 납, 구리 등과 같은 중금속, TCE, PCE와 같은 유기 할로겐 화합물 및 기름 성분 등 11개 물질이다. Table 2의 분석 결과를 보면 Cr", As, 기름 성분이 검출되었으나 법적 기준치에 훨씬 못 미치는 미량이 검출되었으며, 나머지 8개 항목은 모두 불검출이 되었으므로 유기 성 슬러 지를 이용하여 복원 제를 제조하더라도 독성문제는 발생하지 않을 것으로 판단된다.
- 7%로 나타났으며, 10일이 경과하였을 때는 두 종류 모두 법적 기준치인 2,000 ㎎/㎏ 이내로 감소하였다. 과산화수소를 이용하는 화학적산화법을 적용하였을 때 (type E)에도 시간이 경과함에 따라 TPH가 지속적으로 감소하였으며, 법적 기준치 이하로 감소하는데 14일 이상의 시간이 소요되었다. 토양경작법을 적용하였을 때보다는 TPH의 처리효율이 약간 낮게 나타남을 알 수 있었다.
- 또한 제조된 복원 제를 이용하여 TPH의 분해능을 검토한 결과 4일 후에 약 50% 가 제거되어 유류의 분해속도가 상당히 빠른 것을 알 수 있었으며, 시판되는 미생물제제와 비교하여도 TPH의 초기분해능은 훨씬 좋은 것을 알 수 있었다 이는 석유화학 공장에서 발생되는 유기성 슬러지에 존재하는 미생물은 유류에 이미 순화되어 있기 때문으로 사료된다. 따라서 본 연구에서 제조된 오염 토양 복 원제는 폐기물의 재활용 측면과 빠른 분해능올 가진 유류오염토양 복원 제로 상업적 가치가 충분한 것으로 판단된다.
- 제조된 유류오염토양 복원제는 원료인 유기성 슬러지에서 보다 많은 미생물을 함유하고 있었으며, 지정폐기물 11개 항목에 전혀 문제가 없어 상업적으로 이용할 수 있을 것으로 판단되었다. 또한 제조된 복원 제를 이용하여 TPH의 분해능을 검토한 결과 4일 후에 약 50% 가 제거되어 유류의 분해속도가 상당히 빠른 것을 알 수 있었으며, 시판되는 미생물제제와 비교하여도 TPH의 초기분해능은 훨씬 좋은 것을 알 수 있었다 이는 석유화학 공장에서 발생되는 유기성 슬러지에 존재하는 미생물은 유류에 이미 순화되어 있기 때문으로 사료된다. 따라서 본 연구에서 제조된 오염 토양 복 원제는 폐기물의 재활용 측면과 빠른 분해능올 가진 유류오염토양 복원 제로 상업적 가치가 충분한 것으로 판단된다.
- 8에서 보면, 본 연구에서 pilot plant를 이용하여 제조한 복 원제와 현재 상업적으로 시판중인 유류분해 미생물제제와 TPH 처리효율을 비교한 결과, 유사한 처리효율을 나타내었다. 복원제 주입 후 7일이 경과하였을때 type C는 3, 240.06 ㎎/㎏, type D는 4, 607.06 ㎎/㎏으로 TPH 제거율은 각각 53.4%, 33.7%로 나타났으며, 10일이 경과하였을 때는 두 종류 모두 법적 기준치인 2,000 ㎎/㎏ 이내로 감소하였다. 과산화수소를 이용하는 화학적산화법을 적용하였을 때 (type E)에도 시간이 경과함에 따라 TPH가 지속적으로 감소하였으며, 법적 기준치 이하로 감소하는데 14일 이상의 시간이 소요되었다.
- 7은 G 업체의 오염 토양을 대상으로 시간에 따른 TPH 농도 변화를 나타낸 것이다. 본 연구에서 제조한 복 원제를 주입하지 않고 오직 오염토만을 주기적으로 뒤집기 한 경우 (type A), 28일이 경과하였음에도 불구하고 TPH 농도가 거의 감소되지 않았다. 이는 휘발에 의한 저감 및 오염토 내 미생물에 의한 저감도 거의 이루어지지 않았다는 것을 나타낸다.
- 평가하였다. 제조된 유류오염토양 복원제는 원료인 유기성 슬러지에서 보다 많은 미생물을 함유하고 있었으며, 지정폐기물 11개 항목에 전혀 문제가 없어 상업적으로 이용할 수 있을 것으로 판단되었다. 또한 제조된 복원 제를 이용하여 TPH의 분해능을 검토한 결과 4일 후에 약 50% 가 제거되어 유류의 분해속도가 상당히 빠른 것을 알 수 있었으며, 시판되는 미생물제제와 비교하여도 TPH의 초기분해능은 훨씬 좋은 것을 알 수 있었다 이는 석유화학 공장에서 발생되는 유기성 슬러지에 존재하는 미생물은 유류에 이미 순화되어 있기 때문으로 사료된다.
- 그러나 복 원제를 주입한 type B 의 경우 시간이 경과함에 따라 TPH가 저감되었으며, 토양환경보전법 “나지역” 토양오염 우려 기준 (2,000 ㎎/㎏) 이내로 감소하는데 28일 소요되었다. 초기 TPH 오염농도가 약 15,000 ㎎/㎏로 미생물 활성에 있어 독성으로 영향을 미칠 수 있는 농도임에도 불구하고 4일이 경과하였을 때 약 7, 000 ㎎/㎏으■로 50%, 9일 후 65%, 28일 후 87% 정도의 제거율을 보였다 본 연구에서 제조한 복원제의 주 원료로 사용한 유기성 슬러지가 석유화학업체의 폐수처리 슬러지임을 감안할 때, 유기성 슬러지 내 미생물이 유류에 대한 내성을 지니고 있었던 것으로 추정할 수 있다. 즉 유기성슬러지의 다양한 배출원 중 석유화학업체에서 배출하는 유기성 슬러지를 원료로 이용할 경우 미생물이 유류에 적응할 수 있는 기간을 단축할 수 있으며, 이로써 오염 토양의 정화 기간을 단축할 수 있는 이점이 있을 것으로 판단된다.
- 과산화수소를 이용하는 화학적산화법을 적용하였을 때 (type E)에도 시간이 경과함에 따라 TPH가 지속적으로 감소하였으며, 법적 기준치 이하로 감소하는데 14일 이상의 시간이 소요되었다. 토양경작법을 적용하였을 때보다는 TPH의 처리효율이 약간 낮게 나타남을 알 수 있었다. 본 실험을 통하여, 석유화학공장에서 발생된 폐기물인 유기성 슬러지를 이용하여 유류오염토양 복 원제를 제조하였을 때, 제조한 복 원제는 상업적으로 시판되는 유류분해 미생물제제와 비교하여 유류 분해능이 전혀 뒤지지 않으며 오히려 유류에 대한 적응 시간이 적어 오염 토양 정화에 소요되는 시간을 단축시켜 비용을 절감할 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
- 토양경작법을 적용하였을 때보다는 TPH의 처리효율이 약간 낮게 나타남을 알 수 있었다. 본 실험을 통하여, 석유화학공장에서 발생된 폐기물인 유기성 슬러지를 이용하여 유류오염토양 복 원제를 제조하였을 때, 제조한 복 원제는 상업적으로 시판되는 유류분해 미생물제제와 비교하여 유류 분해능이 전혀 뒤지지 않으며 오히려 유류에 대한 적응 시간이 적어 오염 토양 정화에 소요되는 시간을 단축시켜 비용을 절감할 수 있을 것으로 사료된다.
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