초록 ▼

(1) 고온공기 주입/추출에 의한 토양내 유류 오염물의 제거기작 연구
디젤과 같이 저휘발성 유류로 오염된 토양을 대상으로 효율적인 공기주입 및 추출 공정 개발을 위해 디젤유의 개별성분들의 온도와 유량에 따른 제거효율을 평가, 수분함량에 따른 영향 평가, 토양내 유기물에 의한 영향 평가, 토양성상에 따른 제거효율 평가를 실시한다.
(2) 고/중온의 토양환경에서의 유류성분의 생물학적 처리기작 연구
온도, 유류오염농도, 수분함량, 영양염류함량 및 토착/식종 미생물 수에 따른 토양 혹은 지하수의 유류오염 제거효율을 평가하여

(1) 고온공기 주입/추출에 의한 토양내 유류 오염물의 제거기작 연구
디젤과 같이 저휘발성 유류로 오염된 토양을 대상으로 효율적인 공기주입 및 추출 공정 개발을 위해 디젤유의 개별성분들의 온도와 유량에 따른 제거효율을 평가, 수분함량에 따른 영향 평가, 토양내 유기물에 의한 영향 평가, 토양성상에 따른 제거효율 평가를 실시한다.
(2) 고/중온의 토양환경에서의 유류성분의 생물학적 처리기작 연구
온도, 유류오염농도, 수분함량, 영양염류함량 및 토착/식종 미생물 수에 따른 토양 혹은 지하수의 유류오염 제거효율을 평가하여, 기존의 토양증기추출 방법 및 생물복원기술의 단점을 크게 개선할 수 있는 고온공기를 이용한 유류오염 토양 및 지하수의 통합 복원기술에 Bioventing 혹은 Air Sparging 기술을 적용한다.
(3) 모형토조를 구성하여 파일럿 플랜트 설계 및 운영특성 조사
온도를 변화시키며 고온공기를 주입함으로써 토양내에서의 온도변화 및 분포를 분석하고 공기를 추출할 경우와 , 주입할 경우에 대하여 각각 압력의 시간적, 공간적 변화를 평가한다. 또한, 이때의 유류오염물질의 거동 및 제거특성을 조사한다.
(4) 실제 유류오염 현장에 고온공기 주입/추출 공정 운영
실제 오염현장에서의 공정 설계 및 운전 인자를 도출하고, 실오염토양에서의 유류오염성분 제거기작을 규명함은 물론 영향인자를 도출한다.
(5) 2차 실규모 고온공기 주입/추출 공정 운영
다양한 유류오염현장에서의 공정 적용을 위하여 1차 현장 연구에서 도출된 개선ㆍ보완된 설계 및 운전인자를 토대로 공정을 운영함으로써 안정성 및 효율성을 제고하는 동시에 공정의 적용범위를 확대한다. 최종적으로 공인검사를 수행하여 공정의 효율성을 인증한다.

Abstract ▼

(1) Research on the removal mechanism of petroleum contaminants in soil by hot air injection/ extraction
The effect assessments of temperature, air flow rate, water content, organic matter in soil and physical characteristics of soil on the removal of each constituent in diesel(one of low volatil

(1) Research on the removal mechanism of petroleum contaminants in soil by hot air injection/ extraction
The effect assessments of temperature, air flow rate, water content, organic matter in soil and physical characteristics of soil on the removal of each constituent in diesel(one of low volatile petroleum)-contaminated soil were carried out to develop a effective air injection/extraction process.
(2) Research on the biological treatment mechanism of petroleum contaminants in high and intermediate soil temperature
The effect assessments of temperature, petroleum concentration, water content in soil, nutrient content and the count of indigenous and augmented microorganisms on the removal of contaminants from soil and groundwater were conducted, and bioventing or air sparging developed through these assessments was applied to an integrated remediation technology using hot air.
(3) Investigation of the characteristics of pilot plant design and operation through a lysimeter test
Temperature changes and distribution in soil by air injection under the various air temperatures were analyzed, and the pressure changes in soil as applied time and space were investigated in case of air injection/extraction. In addition, the behavior and removal characteristics of petroleum contaminants were investigated.
(4) Hot air injection/extraction process operation in petroleum-contaminated site (I)
The factors of process design and operation in a contaminated site and the effect factors on the contaminants removal through the investigation of removal mechanism in naturally contaminated soil were derived.
(5) Hot air injection/extraction process operation in petroleum-contaminated site (II)
For the various application of process to the contaminated sites, another operation of process was conducted on a base of the improved and complemented design and operation factors derived through the 1st application, and the stability and the effectiveness of process were enhanced. In addition, the application range of process was enlarged. Finally, the effectiveness of process was certified through the authorized examination.

목차 Contents

• 표지 ...3
• 제출문 ...4
• 요약문 ...5
• SUMMARY ...9
• CONTENTS ...14
• 목차 ...16
• 표 차례 ...25
• 그림 차례 ...28
• 제1장 서론 ...40
• 제1절 연구개발 목적 및 필요성 ...40
• 제2절 연구개발 범위 및 내용 ...42
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...46
• 제1절 관련기술의 현황 ...46
• 제2절 국외의 관련기술 ...49
• 제3절 국내의 관련기술 ...53
• 제4절 개발 공정 개요 ...57
• 1. 일반적 토양증기추출공법 ...57
• 2. 고온공기를 이용한 토양증기추출공법 ...59
• 가. 복원기간의 단축 및 저휘발성 오염물의 제거율 향상 ...59
• 나. 저투수성 토양에 존재하는 유류의 효과적 제거 ...62
• 다. 온도 증가에 의한 유류의 미생물학적 분해도 증가 ...62
• 제3장 연구개발내용 및 결과 ...69
• 제1절 고온공기 주입/추출에 의한 토양내 유류 오염물의 제거기작 ...69
• 1. 연구배경 ...69
• 2. 이론적 배경 ...71
• 가. 토양내 오염물의 형태 ...71
• 나. 오염 토양의 기체 이동현상 ...72
• (1) 오염 토양의 특성 및 적용 오염 물질의 종류 ...72
• (2) 오염 토양의 기체 이동 현상 ...74
• 다. 고온에 의한 유류 오염물 제거 기작 ...77
• (1) 부피변화 ...77
• (2) 점도변화 ...77
• (3) 용해도 변화 ...78
• (4) 증기압 변화 ...78
• (5) 흡착 변화 ...78
• (6) 확산 변화 ...79
• 라. 저휘발성 유류 성분의 구성 및 특성 : 디젤유 ...81
• (1) 디젤유의 물리적 특성 ...81
• (2) 화학적 조성 ...84
• (3) 디젤 오염도 측정방법 ...86
• (가) 무게법 ...87
• (나) 적외선 흡광도법 ...87
• (다) GC 분석법 ...87
• 3. 재료 및 방법 ...88
• 가. 컬럼 실험 방법 (기초 실험) ...88
• (1) 컬럼 장치 ...88
• (2) 실험 방법 및 분석 ...90
• 나. 시료의 물리적 특성 (실내 실험) ...91
• 다. 실내 실험 장치 구조 ...93
• 라. 실험 순서 및 분석 방법 ...95
• 4. 결과 분석 ...98
• 가. 온도에 따른 유류 오염물의 토양내 제거 특성 (기초 실험) ...98
• 나. 온도에 의한 휘발효율 평가 ...99
• (1) 오염물의 가스상의 농도 ...99
• (2) 온도에 의한 토양내 오염물질 휘발효율 평가 ...107
• 다. 온도와 유량에 따른 제거효율 평가 ...110
• (1) 공기주입에 의한 오염물의 유출 농도의 시간별 변화 ...110
• (2) 온도와 유량의 변화에 따른 제거 효율 변화 ...113
• 라. 수분의 함유량에 따른 제거 효율 변화 ...121
• 마. 온도와 유량의 변화에 따른 가스상 mass transfer의 변화 ...125
• (1) 오염물과 증기상사이의 물질전달(interphase mass transfer) ...127
• (2) NAPL-Vapor Phase Mass Transfer ...129
• (3) Lumped Mass Transfer coefficient ...133
• 제2절 고/중온의 토양환경에서의 유류성분의 생물학적 처리 ...142
• 1. 연구 배경 ...142
• 2. 이론적 배경 ...145
• 가. 국내.외 연구동향 ...145
• 나. Bioventing ...146
• (1) 개요 ...146
• (2) 바이오벤팅 공정 적용시 고려사항 ...148
• (가) 대상물질 ...148
• (나) 적용 지역 ...148
• (다) 처리정도 ...148
• (라) 토양 가스 ...149
• (마) 토양의 공기투과성(permeability of soil) ...149
• (바) 생물학적 분해성 ...149
• (사) 휘발성 ...149
• (아) 토양수분함량 ...150
• (자) 지층구조나 성층 ...150
• 다. Air Sparging 공정 ...151
• (1) Air sparging의 지배적인 현상 ...152
• (2) In-situ air stripping ...153
• (3) Direct volatilization ...154
• (4) Biodegradation ...154
• (5) Air sparging의 적용성 ...155
• 3. 재료 및 방법 ...156
• 가. 토양 시료 채취 및 분석 ...156
• (1) 바이오벤팅 적용을 위한 실험 ...156
• (가) pH ...159
• (나) 수분함량 ...159
• (다) 비중 ...159
• (라) CEC(Cation exchange capacity) ...159
• (마) Moisture field capacity ...159
• (바) 토양유기물함량 ...160
• (사) 영양소 ...160
• (아) 중금속 ...160
• (2) Air sparging 적용 실험 ...161
• 나. 실험장치 및 운전조건 ...162
• (1) Microcosm ...162
• (가) Microcosm 제작 및 운전 조건 ...162
• (나) 온도 충격에 따른 미생물의 활성 및 재생 ...165
• (다) 미생물 실험방법 ...166
• (2) Air sparaging 위한 실험장치 및 운전조건 ...170
• (가) 실험장치 ...170
• (나) 운전조건 ...173
• 다. 분석방법 ...175
• (1) GC의 분석방법 ...176
• (2) 미생물의 실험방법 ...185
• (3) Air sparging을 위한 분석방법 ...186
• 라. 결과 및 고찰 ...189
• (1) Microcosm Test 결과 ...189
• (가) 디젤 농도가 생분해에 미치는 영향 ...190
• (나) 수분함량이 생분해에 미치는 영향 ...202
• (다) 산소농도가 디젤 생분해에 미치는 영향 ...213
• (라) 온도변화에 따른 디젤 생분해에 미치는 영향 ...223
• (2) 고온 공기 주입후 Bioventing 적용가능성 연구 ...240
• (가) 현장 토양 및 지하수 ...240
• (나) 현장 토양 내 미생물의 특성 ...243
• (다) Bio-venting에 의한 디젤분해 ...244
• (라) 현장의 고온공기(hot air)주입/추출공정 적용 결과 ...257
• (마) 토착미생물의 농화배양 및 미생물의 분리 ...261
• (바) 디젤로 오염된 지역(J site)의 미생물의 분포 및 특성 ...271
• (3) Air sparging에 따른 실험결과(칼럼 test 결과) ...274
• (가) 공기주입에 따른 디젤 제거 특성 ...274
• (나) 고온공기 주입에 따른 디젤 제거 특성 ...279
• (4) 연속식 칼럼을 이용한 air sparging 비교 실험 ...284
• (가) Nutrient 공급에 따른 분해 ...284
• (나) Air 공급에 따른 분해 ...286
• (5) Pilot-scale air sparging 비교 실험 ...289
• (가) 최적 공기주입량 산정 실험 ...289
• (6) 공기주입량과 공기주입방식에 따른 디젤 생분해 실험 ...297
• (가) 1000ml/min (15min on, 15min off) ...297
• (나) 2000ml/min (15min on, 15min off), 3000ml/min (15min on, 15min off) ...301
• (7) Soil TPH analysis ...313
• (8) Microcosm colony counting ...316
• 제3절 토양 모형 반응조 실험 ...319
• 1. 토양오염 모형반응조 제작 ...319
• 가. 토양 특성 ...319
• 2. 장치별 사양 및 특성 ...320
• 가. 모형조탱크(TK-101) ...320
• (1) 압력 센서의 배치 ...326
• 나. STEAM GENERATOR & HEATER (TK-102) ...330
• 다. Heat chamber (TK-103) ...332
• 라. WATER SEPARATOR AND VACUUM PUMP(TK104) ...334
• 마. COMPRESSOR(COM-101) ...338
• 바. 주입정과 추출정 설치 ...339
• 사. 온도센서 배치 ...341
• 아. 모니터링과 계장 ...344
• 3. 모형토조 실험 결과 ...345
• 가. 압력 분포 ...346
• (1) 공기 추출시 압력 분포 ...346
• (2) 공기 주입시 압력분포 ...357
• (3) 고온공기 주입시 온도분포 ...363
• 나. 오염물 제거 실험 ...370
• (1) 오염물 선정 ...370
• (2) 실험 방법 ...371
• (3) 오염물의 위치 ...373
• (4) 시료채취 및 분석 ...373
• (5) 분석 결과 및 고찰 ...375
• 마. 기타 주변 인자 ...386
• 제4절 1차 현장적용실험 (pilot plant) ...388
• 1. 현장 조사 ...388
• 가. 부지 일반 현황 ...388
• 나. 지질 및 수리지질 자료 검토 ...390
• 다. 물리화학적 부지특성 조사 ...396
• 라. 오염특성조사 ...399
• 마. 현장 조사에 대한 종합적 결과 ...405
• (1) 수리지질조사 측면 ...405
• (2) 물리화학적 특성 조사 측면 ...406
• (3) 오염특성조사 측면 ...408
• 바. 현장 조사를 통한 파이럿 플랜트 설치 위치 결정 ...408
• 2. 파일럿 플랜트 실시 설계 및 시공 ...409
• 가. 세부 상세 설계 및 해당 장치 설명 ...411
• (1) 데이터 수집을 위한 각종 센서 및 인디케이터 ...411
• (2) 평면 상세 설계 및 장치 설명 ...415
• (3) 각 관정의 상세 설계 및 장치 설명 ...420
• (4) 고온공기 주입 및 추출장비의 설계 및 장치 설명 ...429
• 나. 파일롯 플랜트 시공 과정 ...436
• 3. 운전방법 및 세부실험방법 ...446
• 가. 데이터해석을 위한 각 관정의 좌표결정 ...446
• 나. 시스템 운전 일지 ...448
• 다. 분석을 위한 세부 실험 방법 ...449
• (1) 압력측정 ...449
• (2) 농도분석 ...449
• (가) 추출정 ...449
• (나) 관측정 ...450
• (다) 지하수 ...451
• (라) 토양 ...451
• (3) 산소 및 이산화탄소의 측정 ...451
• (4) 토양 시료의 채취 ...452
• 4. 1차 현장 적용 실험 결과 ...454
• 가. 영향반경 및 공기투과계수 산정 ...454
• 나. 고온공기 주입시 토양의 온도 변화 ...463
• (1) 토양내 온도 분포 ...463
• (2) 위치별 토양의 온도 ...465
• 다. 토양내 유류의 회수 ...473
• (1) 추출정에서의 유류 회수 ...473
• (2) 전체운전 전후의 토양의 오염도 및 특성의 변화 ...476
• (3) 관측정에서의 오염도 ...480
• (4) 지하수의 오염도 ...481
• 라. 미생물의 간접적 활성도 평가 ...481
• (1) 고온공기주입시 토양내 산소와 이산화탄소의 분포 ...481
• (2) ISR 실험 결과 ...484
• (3) Oxygen Utilization Rate(OUR) ...492
• (4) Biodegradation rate 계산 ...493
• (가) biodegardation rate 의 온도 의존성 ...493
• (나) 탄화수소 산화에 대한 Stoichiometric 계산 ...494
• (3) Biodegradation rate 계산결과 ...495
• (4) 공정운영 및 복원기간 예측 ...497
• (5) 토양가열후의 미생물 활성 증가 방안 및 대책 ...498
• 제5절 2차 현장적용실험 (pilot plant) ...500
• 1. 개요 ...500
• 2. 오염 현장 특성 ...500
• 가. 지형.지물적 특성 ...500
• 나. 수리지질학적 특성 ...502
• 다. 오염 특성 ...502
• (1) 오염토양조사방법 및 분석 ...502
• (2) 부지오염특성 ...505
• 3. 복원공정 설계 및 시공 ...506
• 가. 복원기본개념 ...506
• 나. 추출장치의 사양 ...508
• 다. 복원공정설계 및 시공 ...508
• 4. 공정 운영 및 결과 분석 ...518
• 가. 파일롯 플랜트 운전 ...518
• 나. 토양의 온도 상승 및 미생물 활성에 따른 토양가스상 오염도의 변화 ...519
• 다. 공정 운전에 따른 토양파일내 TPH 농도의 변화 ...526
• 라. 가열공정후의 미생물 수 변화 ...532
• 마. 토양오염분석 공인기관 의뢰 최종토양오염도 조사 ...533
• 제6절 운영 비용 분석 ...534
• 제7절 결론 ...536
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ...542
• 제1절 연구개발 목표 달성도 ...542
• 제2절 대외기여도 ...547
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...549
• 1. 기술이전 및 연구결과 활용계획 ...549
• 가. 당해연도 활용계획 ...549
• 나. 활용방법 ...549
• 다. 차년도이후 활용계획 ...550
• 2. 기대효과 ...550
• 가. 사업화계획 ...550
• 나. 무역수지 개선효과 ...550
• 다. 기술료 수입예상 ...551
• 3. 사업화에 관한 의견 ...551
• 제6장 참고문헌 ...552