철도의 토양오염은 크게 총석유계탄화수소(total petroleum hydrocarbon, TPH)에 의한 오염과 중금속류에 의한 오염으로 구분할 수 있다. 이중 TPH 오염은 디젤과 윤활유에 의해서 발생한다. 본 연구에서는 철도 윤활유 유래 오염토양을 정화하기 위해 토양세척방법, 화학적 산화법, 초음파 추출법의 타당성을 연구하였다. 디젤 유래 오염 토양의 토양세척에 많이 사용되는 비이온성 계면활성제는 윤활유 유래 오염 토양의 정화에는 효과적이지 않았다. 다양한 종류의 알코올과 계면활성제를 함께 사용한 경우, 계면활성제만 사용한 경우보다 효과적이었다. 따라서 TPH 오염 철도 토양의 TPH의 오염원에 따라 다른 방법을 적용하는 것이 정화효율을 높일 수 있다.
철도의 토양오염은 크게 총석유계탄화수소(total petroleum hydrocarbon, TPH)에 의한 오염과 중금속류에 의한 오염으로 구분할 수 있다. 이중 TPH 오염은 디젤과 윤활유에 의해서 발생한다. 본 연구에서는 철도 윤활유 유래 오염토양을 정화하기 위해 토양세척방법, 화학적 산화법, 초음파 추출법의 타당성을 연구하였다. 디젤 유래 오염 토양의 토양세척에 많이 사용되는 비이온성 계면활성제는 윤활유 유래 오염 토양의 정화에는 효과적이지 않았다. 다양한 종류의 알코올과 계면활성제를 함께 사용한 경우, 계면활성제만 사용한 경우보다 효과적이었다. 따라서 TPH 오염 철도 토양의 TPH의 오염원에 따라 다른 방법을 적용하는 것이 정화효율을 높일 수 있다.
Railway-contaminated soil is categorized by total petroleum hydrocarbon(TPH)-related contamination and heavy-metal contamination. The sources of TPH are diesel and lubricant. In this study, the feasibility of soil washing, chemical oxidation and ultra-sonication were investigated to treat lubricant-...
Railway-contaminated soil is categorized by total petroleum hydrocarbon(TPH)-related contamination and heavy-metal contamination. The sources of TPH are diesel and lubricant. In this study, the feasibility of soil washing, chemical oxidation and ultra-sonication were investigated to treat lubricant-contaminated railway soil. tergitol, a non-ionic surfactant, was investigated as a washing agent. However, it is not effective to remove lubricant from soil even though tergitol is most effective washing agent for diesel-contaminated soil. Addition of alcohols with surfactant enhanced slightly washing efficiency of the lubricant-contaminated soil. To remediate railway-contaminated soil, source of pollution should be considered.
Railway-contaminated soil is categorized by total petroleum hydrocarbon(TPH)-related contamination and heavy-metal contamination. The sources of TPH are diesel and lubricant. In this study, the feasibility of soil washing, chemical oxidation and ultra-sonication were investigated to treat lubricant-contaminated railway soil. tergitol, a non-ionic surfactant, was investigated as a washing agent. However, it is not effective to remove lubricant from soil even though tergitol is most effective washing agent for diesel-contaminated soil. Addition of alcohols with surfactant enhanced slightly washing efficiency of the lubricant-contaminated soil. To remediate railway-contaminated soil, source of pollution should be considered.
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문제 정의
본 연구를 통하여 윤활유로 오염된 철도 토양의 처리를 위한 토양세척기술, 화학적 산화기술/ 조음퍄 처리기술 기술의 타당성을 조사하였다. 토양세척기술은 철도산업에서 사용되는 윤활유의 종류에 상이한 결과를 보였다.
본 연구에서는 실제 철도부지에서 윤활유 오염 토양을 사용하여 토양세척방법과 화학적 산화 방법, 그리고 이들 두 가지 방법을 병행한 2단계 처리 방법과 최근 연구되는 초음파를 이용한 추출을 사용하여 윤활유 유래 철도 오염토양의 정화 타당성을 평가하고자 한다.
제안 방법
과산화수소를 이용하여 산화처리된 오염토양은 10 g을 분취하여 50 ml의 세척액을 사용하여 6 시간 동안 세척실험을 진행하였다. 세척제로는 terigtol-15-s-7 및 iso-propyl alcohol(Junseiz Japan)을 보조용매(cosolvent)로 사용하였으며, 1회 세척한 후 동일한 방법으로 분석하였다.
계면활성제는 5 wt%를 사용하였으며, 보조용매는 iso-propyl alcoholQunsei, Japan) 10 vol%를 사용하였다. 교반 후 5B 거름종이 (Advantec, Japan)로 거른 후 처리된 토양에서 dichloromethane과 초음파 추출기를 사용하여 TPH를 추출하여 농축과정을 거쳐 GC/FID(CP3900z Varian, USA)로 분석하였다.
5 vol%를 사용하여 오염토양 20 g 과 과산화수소 수용액 100 ml을 250 ml 삼각플라스크에서 30분 동안 교반시켰다. 교반 후 5B 거름종이로 거른 후 처리된 토양에서 dichloromethane을 용매로 사용하여 초음파 추출기로 TPH를 추출하였다. 농축과정을 거쳐 GC/FID(CP3900, Varian, USA)로 분석하였다.
교반 후 5B 거름종이로 거른 후 처리된 토양에서 dichloromethane을 용매로 사용하여 초음파 추출기로 TPH를 추출하였다. 농축과정을 거쳐 GC/FID(CP3900, Varian, USA)로 분석하였다.
동안 세척실험을 진행하였다. 세척제로는 terigtol-15-s-7 및 iso-propyl alcohol(Junseiz Japan)을 보조용매(cosolvent)로 사용하였으며, 1회 세척한 후 동일한 방법으로 분석하였다.
초음파를 이용한 처리는 3분 동안 초음파를 이용하여 세척제를 첨가하여 처리한 후 잔류하고 있는 TPH를 분석하였다. 모든 실험은 2회 이상 반복하였으며, 표시된 값은 평균값을 표시하였다 .
대상 데이터
본 연구에 사용된 오염토양은 OO철도역 2곳(A, B)에서 채취하였다. TPH 초기 오염도는 각각 5494 ㎎/㎏ (A)와 3740 ㎎/㎏ (B)였다.
A지역은 토양환경보전법의 대책기준을 초과하였으며, B지역은 우려기준을 초과하였다. 실험을 위해 오염 토양은 상온에서 풍건후, 2 mm 체로 체 걸음 하여 2 mm보다 작은 토양만 사용하였다. Fig.
토양세 척 실험을 위해서는 디젤오염토양의 정화에 효과적으로 알려진 비이온계면활성 제인 tergitol(Aldrich, USA)를 사용하였다. 계면활성제의 농도를 증가시키며 오염토양 20 g과 계면활성제 수용액 100 ml을 250 ml 삼각플라스크에 혼합하여 시간동안 20℃에서 150 rpm의 속도로 6시간 동안 교반시켜 주었다.
성능/효과
이러한 경향은 앞의 실험에서도 동일하게 나타났다. 결과적으로 IPA를 사용하면 윤활유의 제거율은 오히려 감소한다. 산화처리 효율을 고려하면 A의 경우 산화처리에서 28.
과산화수소로 산화 후 계면활성제로 세척한 경우 A와 B 각각 44.3%와 50.8%의 제거율을 보였으나, IPA 를 보조용매로 사용하여 세척한 경우에는 13.2%와 46.2%로 제거율이 감소하였다. 이러한 경향은 앞의 실험에서도 동일하게 나타났다.
토양세척기술은 철도산업에서 사용되는 윤활유의 종류에 상이한 결과를 보였다. 디젤오염 토양의 정화에서 효과적으로 알려진 화학적 산화 기술은 약 30% 정도의 제거율만 보였다. 산화 기술은 윤활유의 종류에 상대적으로 덜 영향을 받는 것으로 판단된다.
이는 미량이긴 하나 세척에 사용된 계면활성제가 토양에 흡착되어 나타나는 현상으로 보여진다. 또한 보조 용매로 IPA가 사용되더라도 세척효과는 없으며, IPA가 사용된 경우에는 오히려 계면활성제만 사용돤 경우에 비하여 농도가 더 많이 증가하는 경향을 보였다. A와는 다르게 B의 경우에는 계면활성제만으로도 72.
화학적 산화와 토양세척을 병행한 처리에서는 화학적 산화 단독적용 보다는 토양세척에 의해 15 - 17%의 추가적인 제거가 가능한 것으로 나타났다. 보조용매를 사용되는 IPA는 계면활성제의 흡착을 증가 시켜 오히려 전체적인 처리효율의 감소를 가져오는 것으로 확인되었다. 따라서 윤활유 오염 토양의 효과적인 정화를 위해서는 기존의 디젤 오염 토양 정화에 사용되었던 기술의 일반적인 적용보다는 오염부지의 특성을 고려한 정화 기술의 설계가 필요하다고 하겠다.
초음파 추출의 경우에도 윤활유의 종류에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 화학적 산화와 토양세척을 병행한 처리에서는 화학적 산화 단독적용 보다는 토양세척에 의해 15 - 17%의 추가적인 제거가 가능한 것으로 나타났다. 보조용매를 사용되는 IPA는 계면활성제의 흡착을 증가 시켜 오히려 전체적인 처리효율의 감소를 가져오는 것으로 확인되었다.
후속연구
따라서 윤활유 오염 토양에 대한 정화공정 설계 시 충분히 타당성 검토 결과가 바탕이 되어야 한다. 또한 디젤오염토양과 분명히 구별되는 차이를 인식하여 설계에 반영되어야 적절한 처리가 이루어질 수 있다고 판단된다.
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