한국지하수토양환경학회 춘계학술발표회 2013년 4월 11일-12일 한화리조트 제주
디젤 오염 토양 복원 시 산화-초음파 복합 공정의 효율 평가
Remediation of Diesel-contaminated Soils Using a Combination fo Chemical Oxidation and Ultrasound Cavitation
임찬수․고석오
*경희대학교 토목공학과
*
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1. 서론
석유계 탄화수소 (petroleum hydrocarbons)에 의한 토양 및 지하수의 오염은 전 세계적인 당면 과제다. 특히 디젤은 운송, 기계 세척 등 산업 분야에서 널리 이용되고 있어, 토양 및 지하수 오염 에 대한 잠재적 위험성이 매우 크다. 또한, 디젤은 소수성이 매우 강하며 휘발성이 낮고 토양에 대 한 흡착력이 강해, 정화가 매우 어려운 것으로 알려져 있다 (Yen et al., 2011).
토양 세척은 디젤유 정화의 한 가지 방법으로서, 물리적 선별과 화학적 추출 공정으로 나뉜다. 이 두 공정은, 물리적 선별에 비해 화학적 추출 시 많은 시간이 소요되어 효율적인 연속식 공정의 구 현이 어렵다. 또한, 미세토 처리 효율이 매우 낮으며, 강알칼리 또는 강산의 시약 사용으로 비용이 높고, 화학적 추출 후 발생한 폐수를 처리해야 한다.
본 연구는 이러한 토양 세척법의 단점을 보완하기 위하여, 물리/화학적 추출과 산화제에 의한 오 염물 분해를 동시에 적용한 산화-초음파 (Ultrasound cavitation, UC) 공정의 효율을 평가하였다.
2. 재료 및 방법
오염물질은 디젤의 약 75 %를 구성하고 있는 alkane 화합물 중 n-tetradecane (C-14)과 n-hexadecane (C-16)을, 그리고 방향족 탄화수소의 거동을 확인하기 위해 phenanthrene (PHE)을 선정하였다. 토양은 동해 인근에서 채취한 모래질 토양 중, #30 (600 ㎛) 이하의 토양을 사용하였 으며, 600 ℃에서 30 분 강열 후, C-14 5,000 mg/kg, C-16 5,000 mg/kg, 그리고 PHE 1,000 mg/kg으로 인공오염시켜 사용하였다.
산화제는 과산화수소 (HP), 과황산나트륨 (PS), 과망간산칼륨 (PM), Oxone (PMS)를 사용하였고, 촉매로 Fe(Ⅱ)를 주입하였다. 이들 중 HP와 PS를 UC와 함께 적용하여, UC의 영향을 검토하였다.
UC 적용 조건은 주파수는 25 kHz, 강도는 1.25 W/mL이었다. 오염물 농도는 메탄올과 디클로로메 탄을 이용하여 시료에서 추출한 후, FID가 장착된 Gas Chromatography (Varian 3800, Varian)를 이용하여 분석하였다. 모든 실험은 triplicate로 수행하였다.
3. 결과 및 고찰
Fig. 1에 산화제 별 산화 실험 결과를 나타내었다. 5 시간 반응 후 HP, PS, PM, PMS의 오염물 제거율은 각각 59, 24, 37, 40 %로, 제거율과 반응 속도 면에서 HP가 가장 우수하였다.
산화+UC 공정에는 HP와 PS을 이용하였다. PS의 경우 유기물 산화 효율은 낮은 것으로 나타났 으나, UC 적용 시 55 ℃의 열 촉매를 가하는 것과 비슷한 효과가 있으므로(Price and Clifton, 1996), 본 연구에 사용하였다. Fig. 2에 HP 및 PS과 UC를 동시에 적용한 실험 결과를 나타내었 다. 60 분 후 HP+UC, PS+UC은 각각 41, 38 %의 제거율은 나타내어, 산화제만 적용하였을 때에 비해 각각 36.7 %와 111.1 %의 효율 향상을 나타내었다. 이러한 효율 향상은 UC에 의한 오염물 탈착, 라디칼 생성 촉진, 공동화에 의한 국지적 고온/고압 발생 등에 의한 것으로 생각된다. 특히, PS의 경우 2배가 넘는 효율 향상을 나타내어, UC가 PS의 라디칼 형성에도 긍정적인 영향을 끼치 는 것으로 보인다.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 100 200 300 400
C /C 0
Time (min)
HP+Fe(Ⅱ) PS+Fe(Ⅱ) PM+Fe(Ⅱ) PMS+Fe(Ⅱ)0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 30 60 90
C /C 0
Time (min)
HP+Fe(Ⅱ) HP+Fe(Ⅱ)+US PS+Fe(Ⅱ) PS+Fe(Ⅱ)+US<Fig. 1 산화제 별 산화반응에 의한 중휘발성 유류물질 제거, HP 3 %; Fe(Ⅱ) 500 mg/L, PS, PM, PMS 5 %; Fe(Ⅱ) 800 mg/L; UC 주파수: 25 kHz, 강도: 1.25 W/mL>
4. 결론
1) HP, PS, PM, PMS를 사용한 산화에 의한 오염물 제거 시 과산화수소가 가장 우수한 산화제 로 나타났다.
2) HP 및 PS를 UC와 함께 적용하는 경우 HP는 약 36.7 %, PS는 111.1 %의 효율 향상이 나타 났으며, 특히 PS의 경우 UC에 의한 효율 향상이 큰 것으로 나타났다.
사사
본 연구는 환경부 "토양지하수오염방지기술개발사업 (The GAIA Project, (2012000550003)) 복합오염녹색연구단 과제"로 지원받았습니다.
참고문헌
