물리화학적 특성이 개선된 과산화수소에 의한 유류오염물질(TPH,BTEX)제거에 관한 적용성 연구

Abstract

본 연구는 유류 오염토양의 대표적인 오염물질인 점성이 강하며 이동성이 적고 대체적으로 용해도가 낮은 물질들인 Total petroleum hydrocarbons(TPH)와 가솔린 첨가제로써 지하수에 오염되어 있는 휘발성이 강한 대표적 물질들인 Benzene, Toluene, Ehylbenzene and Xylene(BTEX)를 처리하기 위해 다양한 복원기술들이 적용될 수 있는데, 이러한 복원기술들 중 화학적 처리를 기반으로 하는 고도산화공정 (advanced oxidation processes; AOPs)을 사용하였다. 본 연구에서 사용된 과산화수소는 기존의 과산화수소보다 토양 내에 주입되었을 경우, 과산화수소 자체의 안정성을 향상시켜 토양 내에서 반응 지속성을 높이고, 반응 시 거품의 발생량을 최소화하며, 또한 토양에 대한 흡수성/퍼짐성을 증대시킨 물리화학적특성이 개선된 과산화수소의 성능평가를 수행하였다. 물리화학적특성이 개선된 과산화수소의 성능평가 실험은 총 2단계로 나누어 수행되었으며, 1단계는 batch test를 이용한 개발 제재의 성능 평가, 2단계는 현장에서와 유사한 환경에서 개발 제재의 성능을 평가할 수 있는 column test를 수행하였다. 물리화학적특성이 개선된 과산화수소 중에서 EH-2를 제외하고는 48시간 이내에 모두 분해되어 없어지는 결과가 나타났고, EH-2는 반응 72시간동안 오랜 잔존량을 나타냈으며, TPH분해 효율이 56%로 가장 높은 효율을 보였다. column test는 각 pore volume 마다 분해 효율을 비교하였다. EH-2는 13 pore에서 72%의 분해효율을 보여, EH-2가 TPH로 오염된 토양을 복원하는 분해효율 측면에서는 우수하다고 판단된다. 토양에서 성능이 우수한 물리화학적특성이 개선된 과산화수소를 이용해서 지하수에 오염된 BTEX의 분해 실험을 진행하였다. 단일오염원으로 BTEX의 분해효율은 평균 50%정도로 상대적으로 높았으며, 최종 pH(3.7-4.5)가 감소하였고, 낮아지는 pH문제의 해결을 위해 modified Fenton reaction을 적용하였다. 환경 친화적인 유/무기 착체 (organic-, inorganic chelating agent)를 선정하고, Fe(II)과의 착체 비에 따른 분해능력을 평가하였다. 무기착체 (pyrophosphate)를 활용한 modified Fenton reaction을 적용한 경우, Fe(II)과 무기착체의 몰비가 증가할수록 BTEX의 분해효율이 증가하였고, 유기착체 (citric acid)를 활용한 경우, Fe(II)과 유기착체의 몰비가 감소할수록 BTEX 분해효율이 증가하였다. 따라서, 최적 화학적 유류분해제재는 BTEX에 대한 높은 분해효율을 보이는 유기착체(citric acid)를 선정하여 낮아지는 pH문제를 보완하기 위하여 modified Fenton reaction을 이용하여 추가 실험을 진행하였다. 선정된 농도비율을 통해 Fe(II)과 유기착체, 과산화수소의 농도를 각각 5mM, 5mM, 500mM, 즉 각각의 농도비가 1:1:100일 때 modified Fenton reaction을 적용하여 실험 시 가장 우수한 Benzene의 분해효율과 과산화수소 잔존농도를 나타냈다. 이를 통하여 오염된 토양을 복원하기 위해 개발된 EH-2는 토양의 TPH 뿐 만 아니라 지하수에 오염된 BTEX의 분해 능력도 뛰어났으며, 환경 친화적인 citric acid를 첨가하여 중성 pH에서도 우수한 분해효율을 보였으며 In-situ remediation의 적용가능성을 입증 하였다.