[논문]나선형패들이 장착된 토양전기분해장치를 이용한 중금속 오염토양 정화에 관한 연구

이준희; 최영익; 정진희

doi:10.5322/jesi.2017.26.6.797

Abstract ▼ AI-Helper

This study aimed to remove organic matter and heavy metals that could affect the recycling of soils contaminated by heavy metals, by means of electrolysis, carried out simultaneously with the leaching of the soil. To ensure better experimental equipment, a soil electrolysis apparatus, equipped with ...

This study aimed to remove organic matter and heavy metals that could affect the recycling of soils contaminated by heavy metals, by means of electrolysis, carried out simultaneously with the leaching of the soil. To ensure better experimental equipment, a soil electrolysis apparatus, equipped with spiral paddles, was used to agitate the heavy-metal-contaminated soil effectively. The heavy-metal-contaminated soil was electrolyzed by varying the voltage to 5 V(Condition 1), 15 V(Condition 2), and 20 V(Condition 3), under the optimal operating conditions of the electrolysis apparatus, as determined through previous studies. The results showed that the pH of the electrolyte solution and the heavy-metal-contaminated soil, after electrolysis, tended to decrease with an increase in voltage. The highest removal efficiencies of TOC and $COD_{Cr}$ were 18.8% and 29.1%, 38.8% and 4.2%, and 33.3% and 50.0%, under conditions 1, 2 and 3, respectively. Heavy metals such as Cd and As were not detected in this experiment. The removal efficiencies of Cu, Pb and Cr were 4.7%, 8.3% and 2.1%, respectively, under Condition 1, while they were 42.9%, 15.2% and 22.1%, respectively, under Condition 2, and 4.7%, 23.0%, and 24.9%, respectively, under Condition 3. These results suggest that varying the voltage with the soil electrolysis apparatus for removing contaminants for the recycling of heavy-metal-contaminated soil allows the selective removal of contaminants. Therefore, the results of this study can be valuable as basic data for future studies on soil remediation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 연구에서는 선행연구에 의해 나선형패들 토양전기분해장치의 최적운전조건으로 중금속 오염토양 재활용을 위해 전기분해공정을 통하여 오염물질을 처리하고, 그에 따라 향후 중금속 오염토양 등의 오염물질 제거를 위한 연구개발의 기초자료로서 사용하는데 그 목적이 있다.

제안 방법

3% NaOH 전해질용액을 오염토양과 3 : 1의 부피 비로 첨가하고, 전극의 간격을 20 mm 및 전기분해 시간은 20 min으로 운전하였을 때, 가장 높은 효율을 나타내었다. 이에 따라 본 연구는 토양전기분해 장치의 전압을 5 V(condition 1), 15 V(condition 2) 및 20 V(condition 3)로 변화시켜주면서 나선형패들의 교반속도는 130 rpm으로 운전하면서 전기분해 시켜주었다. 그리고 전기분해 반응이 끝난 중금속 오염토양은 반응조 상단에서 시료를 채취한 후, 24 시간 건조한 뒤, 폐기물공정시험방법에 따라 용출하여 오염물질을 제거 효율을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 시료는 B시에 G동 일원에서 채취한 중금속 오염토양으로 105 ± 5ºC에서 24시간 건조한 후, 파쇄 및 분쇄하여 100 mesh로 체 분리하여 균일한 입도 조건으로 실험에 사용하였다. 연구에 사용된 중금속 오염토양의 특성은 Table 1에 나타내었으며, pH는 7로 나타났다.

성능/효과

중금속 오염토양의 전기분해 전·후의 유기물 제거 능력을 평가하기 위해 TOC 및 COD_Cr을 비교·분석한 결과 전압을 올려줄수록 제거율 역시 높아지는 것으로 나타났다. 이는 전기분해에 의해 생성된 산화제인 유리잔류염소 및 HOCl에 의한 영향으로 유기물 및일부 중금속 등의 무기물의 산화에 의한 영향으로 판단된다.
중금속 오염토양의 전기분해 전·후의 전해질용액및 중금속 오염토양의 pH를 비교·분석한 결과 전압이 놓아질수록 pH가 낮아지는 것으로 나타났으며, 이는 전기분해 과정에서 산화전극 및 환원전극에서 발생시 키는 H⁺_(aq) 및 H_2(g) 과 산화제인 HOCl 생성에 의한 영향으로 판단된다.
중금속 오염토양의 전기분해 전·후의 중금속 제거 능력을 평가하기 위해 Cd, Cu, As, Pb 및 Cr를 비교· 분석한 결과 Cd와 As는 전기분해 전·후 모두 불검출 되었으며, 나머지 항목은 전압이 가장 낮은 5 V에서는 미세한 제거만 보였다. 나머지 전압에서 역시 최대 50% 미만의 제거율을 보였으며, 향후 더 높은 전압에 서의 연구가 필요할 것으로 판단된다.

후속연구

중금속 오염토양의 전기분해 전·후의 중금속 제거 능력을 평가하기 위해 Cd, Cu, As, Pb 및 Cr를 비교· 분석한 결과 Cd와 As는 전기분해 전·후 모두 불검출 되었으며, 나머지 항목은 전압이 가장 낮은 5 V에서는 미세한 제거만 보였다. 나머지 전압에서 역시 최대 50% 미만의 제거율을 보였으며, 향후 더 높은 전압에 서의 연구가 필요할 것으로 판단된다.
위 항목들의 분석 및 결론으로 중금속 오염토양의 재활용을 위해 나선형패들을 이용한 토양전기분해장 치를 이용한 오염물질 제거 시, 제거하고자 하는 오염 물질에 따른 선택적 전압변화를 통해 토양오염정화의 향후 연구에 기초자료로서 가치가 있다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토양의 중금속오염이 발생하는 오염원에는 무엇이 있는가?	토양의 중금속오염은 공단지역, 도로, 철도 및 폐광산 등의 오염원에서 발생된다. 또한 인구밀도가 높은 국내의 경우 오염원이 주거지역과 밀접하여 중금속토양에 노출될 가능성이 매우 높다(Hur and Jeong, 2011).
	중금속에 오염된 토양을 정화하는 방법에는 무엇이 있는가?	중금속에 오염된 토양을 정화하기 위한 방법에는 토양증기추출법, 고정화/안정화법, 토양세척법 및 공기분사법 등 많은 정화기법이 개발되었지만, ex-situ 정화공법의 경우 오염된 지반을 굴착하여 정화하므로 경제성이 떨어지고, 도심지나 산업현장에 적합하지 않다. 또한 in-situ 중 토양세척법 등은 투수계수가 낮은 토양에서 정화비용의 효율이 떨어지는 것으로 평가되고 있다(Seo et al.
	As, Pb, Cu 및 Cd 등의 중금속이 미치는 악영향은 무엇인가?	이 중 As, Pb, Cu 및 Cd 등은 지각에 미량 포함되어 있는 원소지만 토양에서 쉽게 발견되지는 않으며, 지각의 평균농도 역시 인체에 영향을 미치지 않을 만큼 낮다. 하지만 산업 활동 등의 오염원에 의해서 이들 미량 중금속들은 비교적 높은 농도로 토양을 오염시키고 있으며 그 농도는 인간 및 생태계에 악영향을 미칠 수 있을 만큼 높다(Jeon et al., 2010).

참고문헌 (7)

Bu, C. S., Lee, Y. D., 2001, Removal of organic and ammonia from aquaculture wastewater by electrolysis, Journal of Environmental Science International, 10(1), 77-79.
Hur, J. H., Jeong, S. W., 2011, Effect of water -thoroughly-rinsing in the artificially metal-contaminated soil preparation on final soil metal concentrations, Korea Society of Environmental Engineers, 33(9), 670-676.

원문보기 상세보기
Jeon, J. W., Bae, B. H., Kim, Y. H., 2010, Applicability test of various stabilizers for heavy metals contaminated soil from smelter area, Korean Geotechnical Society, 11(11), 63-75.
Raymond Chang, Kennet A. Goldsby, 2016, Eleventh edition chemistry, Science plus, 791.
Seo, S. J., Na, S. J., Kim, J. H., Park, J. Y., 2014, The remediation characteristic of soil contaminated with heavy metal and Total Petroleum Hydrocarbon (TPH) by enhanced electrokinetic with fenton oxidation and soil flushing method, Korean Society of Civil Engineers, 34(3), 885-893.

원문보기 상세보기
Song, H. C., Song, D. S., Cho, D. W., Park, S. W., Choi, S. H., Jeon, B. H., Lee, J. H., Park, J. H., 2009, Stabilization of heavy metals using Ca-citrate-phosphate solution: Effect of soil microorganisms, Korea Society of Environmental Engineers, 31(4), 241-248.
Yang, H. K., 2015, Development of sewage sludge solubilization apparatus and process by using electrolysis, Seoul National University of Science and Technology.

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