[논문]토양 세척법에 의한 유류오염 사질토양의 TPH 추출 효율 평가

이차돌; 유종찬; 양중석; 공준; 백기태

doi:10.7857/jsge.2013.18.7.018

토양 세척법에 의한 유류오염 사질토양의 TPH 추출 효율 평가
Extraction of Total Petroleum Hydracabons from Petroleum Oil-Contaminated Sandy Soil by Soil Washing 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.18 no.7, 2013년, pp.18 - 24

이차돌 (전북대학교 환경공학과) , 유종찬 (전북대학교 환경공학과) , 양중석 (한국과학기술연구원 강릉분원) , 공준 (코오롱워터앤에너지) , 백기태 (전북대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The influences of various operating parameters on physico-chemical techniques were evaluated to remediate petroleum-contaminated sandy soil including S/L ratio, kinetic, and effect of soil particle size. The simple extraction using tap water removed only 20.6% of total petroleum hydrocarbon (TPH), and addition of NaOH enhanced the removal of TPH to approximately 30%. To meet the regulation levels, a surfactant, sodium dodecyl sulfate, was added, and the removal of TPH increased to 4 times. Probably, the carbonate minerals affected chemical aging and soprtion of petroleum, which inhibited the extraction of TPH. The soil with smaller particle size contained more TPH, and the removal of TPH was obstructed with smaller particle size. However, NaOH addition increased the removal of TPH in the smaller particles. The physico-chemical properties of soil influenced greatly the removal of petroleum even in sandy soil.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 디젤로 오염된 모래에서 다양한 추출 조건의 TPH 제거 효율을 평가하였으며, 실험을 통하여 확인한 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 오염 후 오랜 시간이 경과하여 풍화가 상당부분 진행된 디젤로 오염된 모래에서 다양한 추출 조건에서의 TPH 제거 효율을 평가하였다. 특히 수돗물만을 사용한 물리적 교반의 효율성을 평가하였으며, 추출제로 NaOH와 계면활성제를 사용한 경우의 TPH 제거 효율을 비교/평가하였다.
세척시간이 세척효율에 미치는 영향을 평가하였다. 1 시간 이상 세척을 진행할 경우 동력 소모량이 증가하기 때문에 비경제적일 것으로 판단하여 범위는 5분, 10분, 30분, 60분으로 구분하고 세척제 종류에 따른 실험결과를 Fig.
001 g의 토양을 흐르는 물을 이용하여 단계별로 체걸음한 후, 105℃에서 무게의 변화가 없을 때까지 건조하여 건조중량의 무게차를 이용하여 계산하였다. 습식 입도선별은 선별 과정에서 TPH가 물에 씻겨 오염도의 차이가 발생할 수 있기 때문에, 본 연구에서는 입도별 토양 세척을 적용하기 위해 건식 입도선별을 통해 TPH 농도 분석을 수행하였다.

제안 방법

세척시간이 세척효율에 미치는 영향을 평가하였다. 1 시간 이상 세척을 진행할 경우 동력 소모량이 증가하기 때문에 비경제적일 것으로 판단하여 범위는 5분, 10분, 30분, 60분으로 구분하고 세척제 종류에 따른 실험결과를 Fig. 4에 나타내었으며, 세척 시간을 제외한 나머지 조건은 이전 실험과 동일하고 앞서 선정된 세척제 농도 0.05 M로 세척 실험을 진행하였다.
고액비에 따른 유류오염토양의 세척효율을 살펴보기 위하여, 앞서 수행한 실험을 통해 선정된 농도의 NaOH와 수돗물을 세척수로 사용하여 고액비를 각각 1 : 1, 1 : 2, 1 : 3, 1 : 4, 1 : 5로 증가시켜 진행하였으며, 세척시간은 10분으로 고정하였고, 이를 제외한 나머지 실험조건은 동일하게 수행하였다.
또한, Jang(1997)은 NaOH의 첨가는 세척효율을 증가시키나 높은 농도에서는 오히려 세척 효율을 감소시킨다고 보고하였다. 따라서, 본 연구에서는 0.05 M 이상의 농도부터 약품의 사용량 대비 세척효율의 변화가 크지 않았기 때문에 이후 고액비에 따른 실험은 0.05 M의 농도로 진행하였다.
따라서, 수돗물과 NaOH에 의한 세척만으로는 우려기준까지 TPH를 제거할 수 없었기 때문에 직접적인 세척효율의 증대를 위해 추가적으로 계면활성제에 대한 실험을 진행하였다. 유류오염 토양의 세척수에 주로 이용되는 계면활성제의 특성으로 토양 내 Ca과 점토 함량에 영향으로 흡착능이 결정되며, 이에 대해 Park and Lee(2011)의 연구에서는 계면활성제의 토양 흡착 특성에 대한 연구를 통해 음이온 계면활성제인 SDS의 경우 생계면활성제(Biosurfactant)나 비이온 계면활성제 보다 비교적 토양 흡착능이 낮다고 보고되었다.
또한, TPH의 농도가 가장 높게 분석 된 0.15 mm 이하의 입경을 가지는 토양에 대해서 이러한 결과를 가지는 것에 대해 초기 토양을 X-ray flourescence(XRF) spectroscopy(Brucker S1 Turbo, USA)로 분석하였으며, 분석치를 Table 2에 나타내었다. 일반적인 토양에서 Ca의 함량은 1.
2에 나타내었다. 또한, 선행실험에서 10 분 이상의 시간에서 교반이 이루어질 경우, TPH의 세척효율 결과가 비슷한 수치를 보일 수 있어 비교를 위해 세척시간을 10분으로 고정하였다.
분리된 토양 10 ± 0.1 g에 무수황산나트륨을 충분히 넣어 분말상태 까지 수분을 제거 한 뒤, 50 mL의 dichloromethane을 넣어 초음파 추출법으로 추출 후 20 mL 부피로 농축하였다.
001 g을 분취하여, 삼각플라스크에 넣어 항온수평진탕기(SI-900R, JEIO TECH, Korea)를 이용하여 20°C에서 150 rpm으로 교반해주었다. 세척제의 농도 및 고액비, 시간에 따른 TPH의 추출 효율 및 입경별 세척 효과를 비교하였다.
토양 입자의 크기가 작아질수록 TPH의 오염 농도가 높아, 본 연구에서는 입경별로 분리 한 토양의 세척 효율을 비교하였다. 세척제의 농도, 고액비 및 세척 시간 실험의 결과를 바탕으로 수돗물과 NaOH 농도 0.05 M의 세척제로 고액비 1:3에서 30분간 실험을 진행하였으며, 5가지로 구분한 입경별 세척 효율을 Fig. 5에 나타내었다.
이 중 2 µL를 Gas Chromatography(CP-3900GC/FID, Varian, USA)로 분석하였다.
이는 일반적인 토양표면이 음전하를 띄며, 음이온성 계면활성제의 친수성 부분도 음전하를 띄기 때문에 정전기적 반발력이 토양으로의 흡착을 저해하기 때문이다. 이에, 본 연구에서는 계면활성제가 표면장력을 낮추어 오염물질의 탈착을 증가시키나, 토양에 잔류할 경우 2차 오염을 유발할 수 있는 점을 고려하여, 토양에 흡착이 적고 세척효율이 우수하다고 알려진 음이 온성 계면활성제인 SDS를 NaOH와 같은 농도인 0.05 M로 첨가한 실험을 진행하였다.
토양 입자의 크기가 작아질수록 TPH의 오염 농도가 높아, 본 연구에서는 입경별로 분리 한 토양의 세척 효율을 비교하였다. 세척제의 농도, 고액비 및 세척 시간 실험의 결과를 바탕으로 수돗물과 NaOH 농도 0.
본 연구에서는 오염 후 오랜 시간이 경과하여 풍화가 상당부분 진행된 디젤로 오염된 모래에서 다양한 추출 조건에서의 TPH 제거 효율을 평가하였다. 특히 수돗물만을 사용한 물리적 교반의 효율성을 평가하였으며, 추출제로 NaOH와 계면활성제를 사용한 경우의 TPH 제거 효율을 비교/평가하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 디젤오염 토양시료는 바닷가에 위치한 A 부지에서 채취하였으며, 장기간의 유류저장시설 운영 증 누유로 인해 풍화가 상당부분 진행된 토양이었다. 채취한 토양은 실험에 사용하기에 앞서 상온에서 수 일간 풍건 후 2 mm 이하로 체거름하여 사용하였다.
토양에 흡착된 유류를 세척하기 위한 세척제로는 수돗물 및 NaOH(Sodium hydroxide, OCI, Korea)와 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate, Sigma Aldrich, USA)를 사용하였다. 토양은 2 mm 이하의 입경을 가지는 토양을 대상으로 원추사분법으로 고르게 섞어준 다음 25 ± 0.

데이터처리

이러한 분석방법은 토양오염공정시험기준에 따른 분석조건과 비교 했을 때, 동일한 결과를 얻을 수 있으며, 분석시간 단축의 이점이 있었다. 모든 실험은 2회 이상 반복 수행하여 평균값으로 표시하였다.

이론/모형

세척이 완료된 이후 5B 여과지를 사용하여 진공여과를 통해 처리토와 세척수를 분리하고 토양오염공정시험기준에 준하여 분석하였다. 분리된 토양 10 ± 0.
토양의 입자 크기 분포는 습식 체분리 시험법(KS F2302)에 준하여 500 ± 0.001 g의 토양을 흐르는 물을 이용하여 단계별로 체걸음한 후, 105℃에서 무게의 변화가 없을 때까지 건조하여 건조중량의 무게차를 이용하여 계산하였다.

성능/효과

고액비 1 : 5 이상의 경우에도 마찬가지로 토양오염 우려기준까지 TPH 농도를 저감할 수 없었으며, 세척수가 과다하게 사용되기 때문에 경제적이지 않을 것으로 사료된다. 0.05 M NaOH를 세척제로 사용한 실험에서는 모든 고액 비에서 수돗물보다 많은 양의 TPH를 제거하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 고액비 1 : 3이 가장 효과적이라고 판단하였다.
1. 실험에 사용한 사질토의 경우 해안가 토양으로 육상 토양에 비해 Ca의 함량이 높아, 흡착된 석유계탄화수소를 물리적 교반만으로는 제거하는데 한계가 있었다. Ca이 풍화된 유류와 강력한 결합을 하고 있는 것으로 판단되었다.
2. NaOH의 적용은 비누화 반응을 통해 풍화된 유류의 제거효율을 증가시켰으나, 제거 효율의 한계를 보였다. 입경이 작은 토양에서 TPH의 농도는 높았으며, NaOH의 적용은 0.
3. 음이온성 계면활성제인 SDS를 사용 하였을 때, NaOH의 적용보다 3배 이상의 풍화된 유류를 제거할 수 있었다. 그러나 두 가지 세척제를 혼합하여 사용하여도 상승효과는 없는 것으로 나타났다.
NaOH에 의해 세척수 내 알칼리 농도가 증가할수록 TPH의 제거율 또한 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 토양 내 풍화된 디젤에 존재하는 다양한 페놀(-OH)기와 카르복실(-COOH)기를 가진 유기 분자들이 알칼리와 반응하여 비누화(Saponification)가 일어나며, 반응 후 생성된 물질이 물과 오염물질간의 계면장력을 감소시키는 계면활성제 역할을 하기 때문이라 사료된다(Park et al.
대상 토양의 초기 TPH 오염도는 6회 측정결과 평균 6618.7 ± 544.7 mg/kg으로 토양환경보전법의 3지역 대책기준을 초과하는 농도로 나타났다.
세척 후 30분 경과 시 SDS 단독, NaOH와 SDS의 동시적용에서 제거효율은 각각 61.0%, 및 63.3%로 SDS를 첨가할 경우 수돗물을 사용할 때와 비교하여 약 3배 정도의 세척 효율 증가를 볼 수 있었다. 이는 SDS에 의해 토양의 표면에 흡착되었던 TPH가 세척수와 표면장력을 낮추는 작용으로 세척효율이 증가한 것이라 사료된다.
실험 전·후의 수돗물과 0.05 M NaOH에 의한 입경별 토양 내 TPH 제거율을 살펴보면, 입경의 크기가 큰 토양보다 입경이 작아질수록 수돗물에 비해 NaOH에 의한 제거효율이 높아졌다.
NaOH의 적용은 비누화 반응을 통해 풍화된 유류의 제거효율을 증가시켰으나, 제거 효율의 한계를 보였다. 입경이 작은 토양에서 TPH의 농도는 높았으며, NaOH의 적용은 0.212 mm 이하의 입경에서 보다 효과적이었다.
7 mg/kg으로 토양환경보전법의 3지역 대책기준을 초과하는 농도로 나타났다. 입자 크기 분포에 따라 토성은 모래가 99.5%, 미사가 0.4%, 점토가 0.1%의 사질토였으며, 입경별 오염도에서 크기가 작아질수록 TPH 농도가 증가하는 경향을 보였다. 이러한 특징을 나타내는 것은 토양표면이 주로 오염되었으며 넓은 표면적을 가지는 작은 입경의 모래에 많은 양은 유류가 물리적으로 결합하고 있음을 의미한다.

후속연구

이로써, 본 연구를 통해 사질토 내 존재하는 탄산칼슘에 디젤이 흡착되었을 때, 토양보다 강한 결합력을 가지기 때문에 물리적인 처리만으로는 제거가 어려운 것으로 판단되며, 입경별 분포에서 오염 정도의 차이가 있기 때문에, TPH 농도가 높은 미세토를 제거한다면 전제척인 TPH 제거율의 향상이 있을 것이며, 토양입경에 따른 세척과정으로 약품 사용량의 차이를 두면 처리비용의 감소를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	물리화학적 정화방법의 장점은 무엇이 있는가?	, 2002). 이러한 물리화학적 정화방법은 운영 시 정화비용이 증가하는 단점이 있으나, 생물학적 처리방법에 비해 적용범위가 넓고, 단기간에 보다 높은 제거율을 얻을 수 있는 이점으로 인해 널리 사용되는 추세이다. 그러나 화학적 산화에 의한 정화에서는 산화반응으로 인해 가스 및 열이 발생하여 토양 온도가 상승하고, 산화제 자체가 불안정하여 오염물질과 접촉하기 전에 분해되는 경우도 많다(Huling and Pivetz, 2006).
	토양경작법의 단점은 무엇인가?	, 2011). 하지만 생물학적 처리의 경우 호기성 생분해 공정의 특성상 장기간의 처리기간 소요 및 부지와 기후의 영향을 받으며, 높은 유류오염농도에서는 법적 기준치 이내로 정화가 어려운 단점이 있다. 이러한 생물학적 정화의 대안으로 물리화학적 정화방법에 대한 연구가 진행되고 있는데, 대표적으로 산화제를 이용하여 오염물질을 물과 이산화탄소로 산화시켜 처리하는 화학적 산화법(Chemical oxidation)과 세척제가 포함된 수용액과 토양을 접촉시켜 오염물질을 탈착하는 토양 세척법(Soil washing)등의 정화방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다(Baek et al.
	물리화학적 정화방법의 종류는 무엇이 있는가?	하지만 생물학적 처리의 경우 호기성 생분해 공정의 특성상 장기간의 처리기간 소요 및 부지와 기후의 영향을 받으며, 높은 유류오염농도에서는 법적 기준치 이내로 정화가 어려운 단점이 있다. 이러한 생물학적 정화의 대안으로 물리화학적 정화방법에 대한 연구가 진행되고 있는데, 대표적으로 산화제를 이용하여 오염물질을 물과 이산화탄소로 산화시켜 처리하는 화학적 산화법(Chemical oxidation)과 세척제가 포함된 수용액과 토양을 접촉시켜 오염물질을 탈착하는 토양 세척법(Soil washing)등의 정화방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다(Baek et al., 2007; Feng et al.

참고문헌 (19)

Arbatan, T., Fang, X., and Shen, W., 2011, Superhydrophobic and oleophilic calcium carbonate powder as a selective oil sorbent with potential use in oil spill clean-ups, Chem. Eng. J., 166(2), 787-791.

상세보기
Baek, K., Kim, D.-H., Seo, C.-I., Yang, J.-S., and Lee, J.-Y., 2007, Remediation of Pb-Contaminated Soil by Soil Washing using Hdrochloric Acid, J. Soil & Groundwater Env., 12(3), 17-22.
Deutsch, W.J., 1997, Groundwater Geochemistry: Fundamentals and Applications to Contamination. CRC press, Boca Raton, Florida, p. 22.
Feng, D., Lorenzen, L., Aldrich, C., and Mar, P.W., 2001, Ex situ diesel contaminated soil washing with mechanical methods, Mineral Eng., 14, 1093-1100.

상세보기
Hernandez-Espriu A., Sanchez-Leon E., Martnez-Santos P., and Torres L.G., 2013, Remediation of a diesel-contaminated soil from a pipeline accidental spill: enhanced biodegradation and soil washing processes using natural gums and surfactants, J. Soils Sediments, 13, 152-165.

상세보기
Huling, S.G. and Pivetz, B.E., 2006, In-Situ Chemical Oxidation, EPA, 600/R-06/072, 1-20.
Jang, M., 1997, A Study on the Characteristics of Washing Agents for Cleanup of Contaminated Soil, Nowon-gu, Seoul, Master theses, Kwangwoon University.
Khalladi, R., Benhabiles, O., Bentahar, F., and Moulai-Mostefa, N., 2009, Surfactant remediation of diesel fuel polluted soil, J. Hazard. Mater., 164(2-3), 1179-1184.

상세보기
Kim, J.-M., Chung, C.-K., and Lee, C.-Y., 2011, A Study on Remediation using Microbial Activator from Oil-Contaminated Soil, J. of KORRA, 19(2), 41-48.
Lee, M.-H., Chung, S.-Y., Kang, D.-H., Choi, S.-I., and Kim, M.-C., 2002, Surfactant Enhanced In-Situ Soil Flushing Pilot Test for the Soil and Groundwater Remediation in an Oil Contaminated Site, J. Soil & Groundwater Env., 7(4), 77-86.
Ministry of Environment, 2009, A master plan on soil conservation, 11-1480000-001048-01, 18-32.
Moon, H.-J., Lim, Y.-K., Kim, Y.-K., Joo, C.-S., Bang, K.-Y., Chung, W.-J., and Lee, S.-W., 2002, A Study on Remediation of Diesel-Contaminated Soil by Biosurfactant-Enhanced Soil Washing, J. Soil & Groundwater Env., 7(2), 13-22.
Park, J.-W. and Kim, H.-J., 2012, A Legal Analysis of Disputes concerning Liability for Cleaning up Contaminated Land, Korea Legislation Research Institute, 19-20.
Park, S.-W., Cho, J.-M., Lee, J.-Y., Park, J.-K., and Baek, K., 2011, Feasibility study on soil flushing for railway soil contaminated with lubricant oil and zinc, J. Soil & Groundwater Env., 16(4), 31-37.
Park, S.-W., Lee, J.-Y., Kim, K.-J., Yang, J.-S., and Baek, K., 2010, Alkaline Enhanced-Separation of Waste Lubricant Oils from Railway Contaminated Soil, Sep. Sci. Technol., 45(12-13), 1988-1993.

상세보기
Park, S.-W., Shin, M.-C., Jeon, C.-S., Baek, K., and Lee, J.-Y., 2008, Feasibility Study on Remediation for Railroad-contaminated Soil with Waste-lubricant, J. Soil & Groundwater Env., 13(2), 30-35.
Park, S.-Y. and Lee, C.-Y., 2011, Adsorption Characteristics of Surfactants on Soil, J. of Korean Geoenviron. Soc., 12(10), 23-28.
Son, Y., Nam, S., Ashokkumar, M., and Khim, J., 2012, Comparison of energy consumptions between ultrasonic, mechanical, and combined soil washing processes, Ultrason. Sonochem.,19(3), 395-398.

상세보기
Vreysen, S. and Maes, A., 2005, Remediation of Diesel Contaminated, Sandy-Loam Soil Using Low Concentrated Surfactant Solutions, J. Soils Sediments, 5(4), 240-244.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증