초록 ▼

다양한 토양·지하수 오염복원기술 가운데 원위치화학적산화법(In-situ Chemical Oxidation, ISCO)은 유기오염물질에 대하여 신속하고 광범위한 적용이 가능하다. 또한 비교적 간단하게 오염공정을 설계할 수 있어 기술적 활용도가 높다. ISCO는 일부 선진국을 젓심으로 다수의 연구 및 기술개발이 이루어 졌으며, 미국의 경우 superfund site를 통하여 많은 현장적용 사례를 찾을 수 있다. ISCO의 기술적 특성은 사용되는 산화제의 물리·화학적 특성에 기인한다. 주요 산화제로는 과망간산(MnO₄

다양한 토양·지하수 오염복원기술 가운데 원위치화학적산화법(In-situ Chemical Oxidation, ISCO)은 유기오염물질에 대하여 신속하고 광범위한 적용이 가능하다. 또한 비교적 간단하게 오염공정을 설계할 수 있어 기술적 활용도가 높다. ISCO는 일부 선진국을 젓심으로 다수의 연구 및 기술개발이 이루어 졌으며, 미국의 경우 superfund site를 통하여 많은 현장적용 사례를 찾을 수 있다. ISCO의 기술적 특성은 사용되는 산화제의 물리·화학적 특성에 기인한다. 주요 산화제로는 과망간산(MnO₄^-), 과산화수소(H₂O₂), 오존(O₃), 그리고 과황산(S₂O₈
^2-)등이 있으며, 각각
반응성, 안정성, 산화력 등 다양한 특성을 가지며, 이에 기술적 고려사항을 가진다. 과황산의 경우 최근에 현장적용 되기 시작한 산화제로서 과망간산과 비교하여 높은 산화력과 반응성을 가지며, 과산화수소에 비하여 토양 내 높은 안정성을 가지는 것으로 알려져 있다. 과황산 활성화 반응은 UV, 열, 염기, 전이금속, 초음파 등을 통하여 유도할 수 있으나, 토양 환경에서는 전이금속을 이용한 활성화 반응이 적용 가능한 활성화 방법이다. 그러나 전이금속과 과황산의 높은 반응성으로 인하여 황산라디컬이 오염물질에 도달하기 전에 과다 소모되는 문제점을 가진다. 이에 본 연구에서는 전이금속과 같이 환원력을 가지는 영가금속(Zero-valent Metals, ZVMs)을 이용하여 과황산 활성화 연구를 수행하였으며, 이를 통하여 환원적 활성화 경로에 대한 연구를 수행하였다.

본 연구에서는 활성화 매커니즘 평가를 위하여 환원특성에 따른 영가금속을 이용하였으며, 전이금속이 용출되지 않는 영가아연(ZVZ), 영가알루미늄(ZVAl)을 이용하여 연구를 수행하였으며, 또한 촉매로 활용 가능한 은 이온을 이용하여 과황산 활성화 연구를 수행하였다. 각 영가금속의 실험결과에서 영가철을 이용한 경우에만 효과적인 활성화 반응이 확인되었으며, 영가아연과 영가알루미늄의 경우 과황산 활성화에 기여하지 않는 것으로 확인되었다. 즉 영가금속에 의한 활성화 반응에 주요한 경로가 용출되는 전이금속에 의한 것으로 판단된다.

활성종에 의한 활성화 효율과 영가금속에 의한 환원력을 평가하기 위하여 다양한 모델물질(model compounds)에 대한 연구를 수행하였다. 과황산의 활성종인 황산라디칼(sulfate radical, SO₄^-·)에 대하여 높은 반응성을 가지는 아니졸 등 다양한 유기물을 모델물질로 하였다. 또한 영가금속에 의한 환원력을 평가하기 위하여 활성종에 매우 낮은 반응성을 가지는 나이트로벤젠을 이용하여 분해실험을 수행하였다. 연구결과를 요약하면 아니졸의 경우 과황산 주입농도가 높아질수록 분해속도가 상승하였으며, 나이트로벤젠의 경우 영가철 주입량이 많아짐에 따라 분해속도가 상승하였다. 또한 영가금속만 주입된 환원적 조건과 열을 이용하여 활성화하는 산화 조건과 비교 실험한 결과 아니졸의 경우 산화력에 의한 분해반응이 주요하며, 나이트로벤젠의 경우 환원력에 의한 분해가 주요한 반응임을 확인되었다. 이를 통하여 본 연구개발 목표와 같이 산화-환원 반응이 동시에 오염물질에 작용될 수 있음을 확인하였다.

다양한 난분해성 유기오염물질 가운데 산화처리 효율이 낮은 것으로 알려진 염소계 유기물질 등에 대한 적용성 실험을 수행한 결과 산화력만 작용하는 열적 활성화 방법과 비교하여 더욱 향상된 분해효율을 보여주는 것을 확인하였다. 이는 환원반응에 유리한 친전자성(electrophilic)인 물질에 대하여 개선된 반응을 가지는 결과로 1차적으로 영가철에 의하여 환원된 유기오염물질이 산화반응성이 더욱 높아지기 때문인 것으로 판단된다.

본 연구개발의 적용성을 평가하기 위하여 다양한 유기오염물질에 대하여 분해실험을 수행하였다. 대상 오염물질로는 TCE, Phenol계 유기오염물질 등이 있으며, 국내외 지하수 환경에서 주요 처리대상물질로 평가된다. TCE의 경우 산화에 의한 분해반응과 환원에 의한 분해반응 모두 가능한 오염물질이다. 실험은 열적 활성화와 영가금속을 이용한 활성화 방법을 비교하였으며, 모든 조건에서 쉽게 분해됨을 확인하였다. 페놀계 유기오염물질의 경우 페놀, 2-염화페놀, 2,4-이염화폐놀을 대상으로 분해실험을 수행하였다. 페놀류의 경우 황산라디컬에 의해 비교적 쉽게 분해되는 것으로 알려져 있으나 2시간 반응 동안 급격한 분해반응은 관찰되지 않았다. 그러나 영가금속을 주입하는 경우 각 대상물질별로 10~20%의 분해효율 상승 결과를 보여 주었다.

(출처:연구결과 요약문 p.4)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 8