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Field 규모 연속 토양세척공정을 이용한 비소 오염토양 정화 효율 평가
최상일,김강홍,한상근,Choi Sang Il,Kim Kang Hong,Han Sang-Keun 한국지하수토양환경학회 2005 지하수토양환경 Vol.10 No.6
고농도 비소 오염토양에 대한 fold규모 연속 토양세척공정의 적용 가능성을 평가하기 위해 경상남도 D광산 광미 혼합토양에 대하여 적용하였다. 초기 비소오염 농도는 $321\pm32 mg/kg$ dry soil 이었으며 pilot규모 실험에서 도출된 기본 운전조건을 적용한 결과, 세척된 토양의 잔류 비소농도는 2.03 mg/kg dry soil로서 $99\%$의 높은 제거효율을 나타내었다. 경제성 및 효율성을 개선하기 위하여 세척제의 농도, cut-off size, 진탕비를 조절하며 운전한 결과, 토양세척 공정 운전시 원활한 운전관리와 처리단가 등을 고려한 최적의 운전조건은 1) 각 단계의 세척제 농도 0.2M HCl-1.0M HCl-1.0M NaOH, 2) cut-off size 0.15mm(sieve $\sharp$100), 3) 진탕비 1:3으로 처리한 결과 세척된 토양의 잔류 비소농도는 2.03mg/kg이었으며 세척유출수 처리에서는 형성된 Hoc의 과포화로 인한 침전방해가 발생하지 않는 pH 6이 (33 ppb) 최적의 처리조건으로 판단되었다. 최종 배출된 청정자갈 및 토양, 티ter cake에 대하여 TCLP법을 적용한 용출실험 결과, 각각 1.04, ND, 0.07 mg/L 모두 용출비소 농도기준(5 mg/L)을 만족하며, 탈수슬러지의 함수율$(48\%)$도 폐기물관리법의 슬러지 수분함량 기준$(85\%)$을 만족하여 매립처리가 가능함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구의 field 규모 연속 토양세척공정은 고농도 비소 오염부지의 정화를 위한 기술로 적용 가능함을 확인할 수 있었다. This study was carried out to evaluate the feasibility of field-scale sequential soil washing process for remediation on Kyongsangnamdo D mine soils which was heavily contaminated by arsonic. Arsenic concentration of untreated soils was $321\pm32mg/kg$. By applying the basic operating condition which was proposed from several pilot-scale experiments, arsenic concentration of treated soils was reduced 2.04 mg/kg ($99\%$ removal efficiency). We optimized the basic operating condition (mainly on washing solution concentration, cut-off size, and mixing ratio) to improve efficiently and economically the field-scale sequential soil washing process. The resulting optimized conditions were that solution concentration is 0.2M HCl, 1.0M HCl, 1.0M NaOH, that the cut-off size is 0.15mm (seive $\sharp$100), and that the mixing ratio is 1 3. Also, the optimized pH value for soil washing effluent treatment was 6 (33 ppb), in which the precipitation disruption caused by supersaturation of the floe did not occur. Results of TCLP tests showed that arsenic concentration from the washed gravels was 1.043 mg/L, that from soils ND (not detected), and that from filter cakes 0.066 mg/L. Also, the water content as a percentage of dewatered sludges was low $(48\%)$ and so the dewatered sludges can be disposed by landfilling. Through these results, we can concluded that tile field-scale sequential soil washing process developed in this study is adopted for remediation of arsenic-contaminated soils.
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고압공기분사를 이용한 유류오염토양 세척기법의 적용성 연구
최상일,김강홍,Choi, Sang-Il,Kim, Kang-Hong 한국지하수토양환경학회 2006 지하수토양환경 Vol.11 No.6
유류오염토양에 대한 고압공기분사를 이용한 세척기법의 적용성 연구를 위하여 저유소 주변의 실제 디젤오염토양을 사용하였으며 초기 오염농도는 $2,828{\pm}206\;mg/kg$으로 토양환경보전법상 가지역 우려기준 농도를 5배 이상 초과하였다. 세척공정의 기본 운전인자들에 대한 조건별 효율성 평가 및 최적조건 도출실험을 수행한 결과 효율적인 세척을 위하여 impeller는 편심 및 기울어진 중심에 위치하는 것이 가장 유리하였으며 교반속도는 높은 전단력(shear force)이 발생하는 고속교반조건(300 rpm)에서 세척효율이 가장 우수하였다. 교반시간은 10분이 효율성 및 경제성이 우수한 조건으로 판단되었으며 1차 반응속도식에서 도출된 교반속도별 속도상수들간 증가율 감소를 확인하여, 저속 교반조건(30, 60 rpm)에서도 추가적인 물리적 탈착력이 더해진다면 고속교반조건에서와 같은 제거효율을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 고압공기 분사에 따른 세척효율은 소수성(hydrophobic)의 토양표면 유류물질이 수중의 공기방울 표면에 강하게 부착(attracting)되어 제거됨을 확인하였고 공기압이 높아질수록 반응기내 공기유량이 증가되면서 오염물질의 부착율이 향상되었다. Impeller에 의한 교반과 고압공기 분사 혼합공정에서는 60 rpm, $2\;kg/cm^2$ 조건이 가장 효율적으로 판단되었다. 따라서 고압공기분사를 통한 토양세척기법은 유류오염토양 정화에 효율적 적용이 가능할 것으로 사료된다. Soil washing techniques coupled with high pressure air jet were applied for diesel-contaminated soils sampled by an underground oil reservoir of which the initial total petroleum hydrocarbon (TPH) ($2,828{\pm}206\;mg/kg$) exceeded 5 times of current standard level (500 mg/kg) regulated by the Soil-Environment Conservation Law. Through several tests, we found that the position of impeller has a critical impact for washing efficiencies. The highest washing efficiency was obtained at an oblique angle (30 degree) for the impeller and optimized mixing speed (300 rpm) that could have high shearing forces. Considered economical and feasible aspects, the optimum mixing time was 10 min. Rate constants of TPH removal derived from the first-order equation were not linearly increased as mixing speed increased, indicating that mechanical mixing has some limits to enhance the washing efficiencies. Application of high-pressure air jet in washing process increased the washing efficiency. This increase might be caused by the fact that the surface of micro-air bubbles strongly attached hydrophobic matters of soil particles. As the pressure of air jet increased, the separation efficiencies of TPH-contaminated soil particles increased. In the combined process of high-pressure air jet and mixing by impeller, the optimum mixing speed and air flow-rate were determined to be 60 rpm and $2\;kg/cm^2$, respectively. Consequently, the washing technique coupled with high-pressure air jet could be considered as a feasible application for remediating petroleum-contaminated soils.
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