초록 ▼

o 국내에 분포하는 6 종류의 천연화원제 (FeS, pyrite, green rust, magnetite, nontronite, KIST soil)을 선정하여 연구를 수행하였다.
o OCr(VI) reduction을 위한 kinetic 실험에서 magnetite는 Cr(VI)을 환원시킬 수 있는 것으로 조사 되었지만, nontronite와 KIST soil 자체는 환원능을 가지고 있지 않았다. Pyrite, FeS, green rust, magnetite를 이용한 탈염소반응 Kinetic 실험에서 4가지 미네랄 모두 성공적으로

o 국내에 분포하는 6 종류의 천연화원제 (FeS, pyrite, green rust, magnetite, nontronite, KIST soil)을 선정하여 연구를 수행하였다.
o OCr(VI) reduction을 위한 kinetic 실험에서 magnetite는 Cr(VI)을 환원시킬 수 있는 것으로 조사 되었지만, nontronite와 KIST soil 자체는 환원능을 가지고 있지 않았다. Pyrite, FeS, green rust, magnetite를 이용한 탈염소반응 Kinetic 실험에서 4가지 미네랄 모두 성공적으로 염소계 화합물을 제거할 수 있었다. 특히 FeS의 환원능이 다른 미네랄보다 큰 것으로 조사되었다.
o 토양 중에서 오염물질의 fate를 예측하기 위하여 2종류의 kinetic model (유사 1차 반응속도모델, Langmuir-Hinshelwood kinetic 모델)을 개발하여 실험결과에 적용하였다. 반응속도가 빠른 반응에는 유사 1차 반응속도 모델이, 느린 반응속도를 보이는 반응에는 Langmuir-Hinshelwood kinetic 모델이 적합하였다.
o 천연환원제의 반응성을 향상시키기 위한 연구가 수행되었다. Cr(VI) reduction에서는 첨가된 Fe(II)와 dithionite에 의해 magnetite, nontronite, KIST soil의 환원능이 향상되었다. 천연환원제에 첨가된 trace metal (Ni(II), Cu(II), Co(II), Fe(II))과 $HS^-$는 효율적으로 탈염소반응의 반응속도를 향상시켰다.
o 천연환원제와 반응성이 향상된 천연환원제를 실제 토양에 적용한 결과 토양 내에서도 염소계 화합물을 적절히 분해 할 수 있다는 것을 보여주었다. 컬럼 test를 통하여 토양환경에서 오염 물질의 거동을 조사하였으며, transport 모델을 개발하여 토양에서 오염물질의 거동을 모사하고 예측하였다.
o 산업폐수 중 유기염소계화합물을 제거하기 위한 ex-situ 방법의 적용가능성을 검토한 결과, SBR 내 FeS와 같은 천연환원제를 사용하여 오염된 지하수나 산업폐수 중 유기염소계화합물을 제거하는데 적용할 수 있을 것으로 보였다.

Abstract ▼

The reductive capacities of 6 different types of natural reductants (FeS, pyrite, magnetite, green rust, nontronite, and KIST soil) were evaluated in reducing toxic contaminants in soil and groundwater. The results from the kinetic experiments using magnetite, nontronite, KIST soil in the removal of

The reductive capacities of 6 different types of natural reductants (FeS, pyrite, magnetite, green rust, nontronite, and KIST soil) were evaluated in reducing toxic contaminants in soil and groundwater. The results from the kinetic experiments using magnetite, nontronite, KIST soil in the removal of Cr(VI) showed that the reduction by magnetite was significant while the reduction by nontronite and the KIST soil were negligible. Cr(VI) reduction by magnetite appeared to be faster with increasing amount of reductants, decreasing initial Cr(VI) concentration and solution pH. Chlorinated compounds were effectively removed by the reductive dechlorination by four minerals (pyrite, FeS, green rust, and magnetite) The degradation rate of carbon tetrachloride (CT) by FeS was 800 times faster compared to the degradation rate by magnetite. The dechlorination reaction rate was enhanced with the addition of reductant and at high pH conditions. Two kinetic models (1st order reaction rate model and Langmuir-Hinshelwood kinetic model) were used to estimate the fate of contaminants in soil. The first-order reaction rate model was suitable for faster reactions while the Langmuir-Hinshelwood kinetic model was suitable for slow reactions.
The enhancement of reactivity of natural reductant with the addition of Fe(II) and dithionite in Cr(VI) reduction were evaluated. The reductive capacity was enhanced up to 2.5 times when Fe(II) was added into magnetite and 1.5 times when dithionite was added. The results from X-ray photoelectron spectroscopic (XPS) studies showed that Fe(II) combined on the surface of magnetite could induce the enhancement of magnetite reduction capacity, resulting in faster reaction kinetics in Cr(VI) reduction. Trace metals (Ni(II), Cu(II), Co(II), Fe(II), and HS) were added into natural reductants to enhance the reactivity. The reaction rates of 1,1,1-TCA removal increased 4 times when 10 mM Co (II) was added into FeS and 2 times when 1 mM Ni(II) was added into magnetite. Two theoretical mechanisms were proposed to explain the enhancement of reactivity and the mechanisms were supported by the XPS and scanning electron microscopy (SEM) analysis. The enhanced reaction rate with the addition of trace metal into FeS was contributable to the formation of zero-valent form of trace metals which was acting as catalyst and Fe-trace metal sulfide. Adding $HS^-$ into FeS drastically enhanced the reactivity of FeS, and the reaction rate was increased 10 times by FeS when 20 mM $HS^-$ was added.

목차 Contents

• 제출문...1
• 보고서 초록...2
• 요약문...3
• SUMMARY...7
• CONTENTS...9
• 목차...11
• 제1장 연구개발과제의 개요...13
• 제1절 연구배경...13
• 1. 토양의 중요성 및 토양오염도 현황...13
• 2. 국내 지하수 오염 현황...15
• 제2절 연구의 목적 및 내용...17
• 제2장 국내외 기술 개발 현황...19
• 제1절 Formable Reactive Barriers(PRB)...20
• 제2절 Reduction Treatment...23
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 개발...30
• 제1절 이론적 토대...30
• 제2절 천연환원제의 발굴 및 특성 조사...32
• 1. 국내 부존 광물의 분포 및 천연환원제로의 발굴...32
• 2. 환원능을 가지고 있는 천연환원제...36
• 제3절 실험방법 및 분석방법...43
• 1. anaerobic chamber를 이용한 환원환경조성...43
• 2. 천연환원제 합성...43
• 3. 천연환원제에 의한 Cr(VI) 제거 - 실험방법 및 분석방법...48
• 4. 천연환원제에 의한 유기 염소계화합물 제거 - 실험방법 및 분석방법...49
• 5. 천연환원제 및 토양의 특성을 분석하기 위한 기기분석...53
• 제4절 천연 환원제에 의한 오염물질 분해 반응...53
• 1. Cr(VI)의 reduction kinetics...53
• 2. 천연 환원제에 의한 염소계 화합물 제거 반응...62
• 3. 천연환원제의 산화전환물질...86
• 4. 오염물질 거동을 예측하기 위한 kinetic model 개발...87
• 제5절 천연환원제의 반응성을 향상시키기 위한 처리기법 개발 및 분해 특성화...95
• 1. Cr(VI) reduction...95
• 2. 탈염소반응...102
• 제6절 토양환경에 천연 환원제 적용 가능성 평가...111
• 1. Soil환경에서 염소계 화합물을 제거하기 위한 batch test...111
• 2. Soil환경에서 염소계 화합물을 제거하기 위한 컬럼 테스트...116
• 제7절 천연환원제에 의한 고효율 난분해성 폐수처리 공정 개발...135
• 1. Sequencing batch reactor를 이용한 고효율 난분해성 폐수처리 공정...135
• 제8절 공개 세미나 개최...145
• 1. 공개 세미나 일정...145
• 2. 본 과제에 대한 질문 및 조언...146
• 제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도...147
• 제1절 연구 개발 목표 달성도...147
• 제2절 대외 기여도...148
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...150
• 제1절 연구결과 활용계획...150
• 제2절 기대효과...150
• 1. 환경기술적 효과...150
• 2. 사회, 경제적 효과...151
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...152
• 제7장 참고문헌...154