[논문]토양 특성에 따른 Trichloroethylene (TCE:) 흡착능 비교

정현정; 이민희

토양 특성에 따른 Trichloroethylene (TCE:) 흡착능 비교 원문보기

정현정 (부경대학교 환경지질과학과) , 이민희 (부경대학교 환경지질과학과)

토양의 물리/화학적 특성에 따른 토양의 유기오염물 흡착능 변화를 규명하기 위하여, 토양 내 clay 함량 및 유기물 함량변화, 수용액 내 TCE 농도변화에 따른 TCE 의 토양내 흡착량 변화를 측정하였다. 수용액의 pH와 실내온도는 일정하게 유지시켰으며 clay는 표면적이 다른 Ca-montmorillonite, Na-montmorillonite, kaolin을 이용하였고, 유기물질로는 활성탄을 사용하였다. 일정한 토양성분과 실제토양에 대해 수용액 내 TCE의 농도를 변화시켜 농도변화에 따른 흡착량 변화를 측정하였다. 실험결과 유기물과 점토함량의 증가에 따라 흡착량은 모두 증가하였으나 활성탄에 의한 TCE 흡착량이 점토에 비해 매우 높았으므로 유기물에 의한 TCE 흡착영향이 점토에 의한 흡착 영향보다 큰 것으로 나타났다. TCE 농도변화에 따른 흡착결과는 실제토양과 모사토양에서 모두 농도가 증가함에 따라 흡착 증가율이 증가하다가 감소하는 Langmuir isotherm 형태를 보여 주었다.

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문제 정의

그러나 국내의 연구현황은 무기오염물, 특히 중금속의 토양홉착은 비교적 많은 연구가 되어있으나 유기오염물에 대한 흡착연구는 매우 기초적인 단계에 있는 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 토양 내 성분변화에 따른 유기오염물의 흡착 특성의 변화를 정량화 하여 우리나라 실제토양의 유기오염물에 대한 홉착량을 규명하여, 흡착기작을 유기오염물 정화에 효율적으로 이용하려는데 있다.

제안 방법

Ottawa sand 와 clay minerals 로 얻은 실험적인 Kd 값을 국내 실제 토양의 Kd 값과 비교하였다. 국내 토양은 풍화 기반암의 특성과 토양 생성 특성에 따라 약 10여 가지로 분류하고 각 토양에 대한 물리/화학적 특성과 이들에 따른 TCE 흡착특성을 실험하였다.
분리한 상층액을 purge and trap 장치로 기상화 시킨 후 GC (Gas Chromatograph : μ-ECD) 로 검출한다. TCE 농도별 흡착실험도 토양성분만 고정시킨 후 동일하게 실험하였다. 흡착량은 초기 오염물 농도와 분석 후 농도의 차를 이용하여 흡착분배계수 (Kd) 로 나타내었다.
국내 토양은 풍화 기반암의 특성과 토양 생성 특성에 따라 약 10여 가지로 분류하고 각 토양에 대한 물리/화학적 특성과 이들에 따른 TCE 흡착특성을 실험하였다. 이중 오염 군부대 토양, 기반암이 변성암인 지리산 지역의 논,밭 토양에 대한 TCE 흡착결과를 도출하였다.
이 결과는 토양 내 소량의 유기물 함량에도 TCE 흡착이 큰 영향을 받으며 따라서 유기오염물의 토양 내 흡착은 점토 보다는 함유된 유기물에 의해 좌우된다는 것을 알 수 있었다. 수용액 내 TCE 농도변화에 따른 흡착량의 변화는 수용액의 농도를 10 - 500 ppb 으로 다양화하여, 20 % (wt) Ca-montmorillonite 와 80 % Ottawa sand 가 포함된 토양을 이용하여 실험하였다. Fig.
실험은 batch test 이며 결과의 신뢰성을 위해 각 sample 은 3개씩 2회 이상의 반복실험을 하였다. Deionized water 에 TCE 수용액을 만들고 sand 와 clay는 80°C oven에서 6시간 건조하였다.
유류로 오염된 군부대 토양은 oven에서 250°C에서 48시간 건조시켜 잔류해 있던 유류를 모두 제거하고 실험하였다. Ottawa sand를 이용한 흡착결과에서는 TCE 농도가 200 ppb 이후에 흡착량의 증가율이 감소하였으나 실제 오염 토양에서는 500ppb 이후에 홉착량이 감소함으로써 흡착량의 선형적인 증가가 휠씬 더 유지되는 것으로 나타났다.
국내 토양은 풍화 기반암의 특성과 토양 생성 특성에 따라 약 10여 가지로 분류하고 각 토양에 대한 물리/화학적 특성과 이들에 따른 TCE 흡착특성을 실험하였다. 이중 오염 군부대 토양, 기반암이 변성암인 지리산 지역의 논,밭 토양에 대한 TCE 흡착결과를 도출하였다.

대상 데이터

3mm 입경의 Ottawa sand 와 US Clay Minerals Society에서 구입한 Ca-montmorillonite, Na-montrnorillonite, kaolin 을 혼합하여 사용하였다. 유기물 흡착제는 광운 C&S 사에서 구입한 표면적이 1100m²/g 이상인 활성탄을, 유기오염물질로는 TCE를 사용하였다.
흡착제로 사용된 토양은 US Silica 사에서 구입한 0.3mm 입경의 Ottawa sand 와 US Clay Minerals Society에서 구입한 Ca-montmorillonite, Na-montrnorillonite, kaolin 을 혼합하여 사용하였다. 유기물 흡착제는 광운 C&S 사에서 구입한 표면적이 1100m²/g 이상인 활성탄을, 유기오염물질로는 TCE를 사용하였다.

성능/효과

에 나타나 있다. 3 %의 활성탄 함유 토양에서 Kd 값이 4500 L/Kg을 초과하여 수용액상의 TCE 대부분을 흡착하는 것으로 나타났다. 이 결과는 토양 내 소량의 유기물 함량에도 TCE 흡착이 큰 영향을 받으며 따라서 유기오염물의 토양 내 흡착은 점토 보다는 함유된 유기물에 의해 좌우된다는 것을 알 수 있었다.
Fig. 3. 은 TCE 200 ppb 이하 농도에서는 흡착량이 농도에 비례하는 liner isotherm을 보이나 200ppb 이상에서는 홉착량의 증가율이 감소하는 Langmuir isotherm 형태를 나타낸다.
실험하였다. Ottawa sand를 이용한 흡착결과에서는 TCE 농도가 200 ppb 이후에 흡착량의 증가율이 감소하였으나 실제 오염 토양에서는 500ppb 이후에 홉착량이 감소함으로써 흡착량의 선형적인 증가가 휠씬 더 유지되는 것으로 나타났다. 이는 실제토양의 유기오염물에 대한 흡착능력이 휠씬 더 큰 것으로 사료된다.
TCE 흡착에 활성탄 및 점토의 함량별 실험결과는 함량이 증가할수록 흡착량이 증가하였음을, 점토보다는 유기물함량이 TCE 흡착에 더 큰 영향이 있음을 알 수 있었다. 모사토양과 실제토양의 TCE에 대한 흡착결과는 TCE 농도가 500 ppb 일 때 오염된 군부대 토양 Kd=1.
점토보다는 유기물함량이 TCE 흡착에 더 큰 영향이 있음을 알 수 있었다. 모사토양과 실제토양의 TCE에 대한 흡착결과는 TCE 농도가 500 ppb 일 때 오염된 군부대 토양 Kd=1.6 이며, 논,밭토양 Kd=1 로써 20 % Ca-montmorillonite 가 함유된 실내토양 Kd=0.6 에 비해 흡착능이 컸다. 이에 실제토양에 오염물이 유입될 경우 그 흡착의 영향은 실내실험의 Kd 값보다 더 크게 나타날 것으로 사료된다.
3 %의 활성탄 함유 토양에서 Kd 값이 4500 L/Kg을 초과하여 수용액상의 TCE 대부분을 흡착하는 것으로 나타났다. 이 결과는 토양 내 소량의 유기물 함량에도 TCE 흡착이 큰 영향을 받으며 따라서 유기오염물의 토양 내 흡착은 점토 보다는 함유된 유기물에 의해 좌우된다는 것을 알 수 있었다. 수용액 내 TCE 농도변화에 따른 흡착량의 변화는 수용액의 농도를 10 - 500 ppb 으로 다양화하여, 20 % (wt) Ca-montmorillonite 와 80 % Ottawa sand 가 포함된 토양을 이용하여 실험하였다.
1-3 은 수용액 TCE 100 ppb 농도에 대한 토양 내 점토량 증가에 따른 TCE 흡착량 변화를 Kd 로 나타내었다. 점토 함량이 증가함에 따라 점토의 성분에 관계없이 흡착이 증가하였으나 절대 흡착량은 Ca-montmorillonite, Na-montmorillonite 의 Kd 가 약 0.9 L/Kg 으로 0.22 L/Kg 인 kaolin (20 % wt 기준) 보다 휠씬 높게 나타났다. 이 결과는 Table 1.

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