펄스동전기를 이용한 오염토양의 중금속 처리 특성 연구 = A Study on Characteristics of Heavy Metals in Contaminated Soil Using Pulse Powered Electrokinetic

국문 초록 (Abstract)

기존의 물리화학적 처리 기술을 이용하여 중금속 오염 토양을 처리하는 기술로는 in-situ soil flushing과 ex-situ soil washing이 알려져 있으나 투수성이 낮은 토양에서는 투입하는 세척제의 흐름이 원활하지 못하고 비교적 세공이 큰 지점으로 흐름이 형성되는 편류현상이 발생하여 처리 효율이 감소되는 주요 문제점이 발생하고 있다.
최근 이에 대한 해결 방법으로 동전기(electrokinetic)를 이용한 기술이 개발되고 있으나 적용상의 어려움이 있어 기술적 보완이 필요하다. 주요 원인은 장기간 운전 시 토양의 저항 증가와 전극의 부식으로 인하여 전력소비가 증가하고 안정적인 운전이 어려워지는 문제점을 들 수 있다.
이에 중금속으로 오염된 토양을 효율적이고 경제적으로 처리하기 위하여 펄스파워가 인가된 동전기 시스템을 이용한 토양의 중금속 처리 효율을 검 토 하였다.
직류전원이 인가된 일반 동전기는 장기간 운전 시 토양 셀에서 나타나는 저항 증가에 따른 전류량 감소 및 투입전력 감소 현상이 있으나, 펄스 동전기는 일정한 저항을 유지하여 전력 감소 현상 없이 안정적 운전 가능함을 확인하였다.
본 연구를 바탕으로 투수성이 낮은 오염토양의 in-situ/ex-situ 처리에 타 기술대비 경쟁력이 높다고 판단된다. 주요 적용분야는 중금속 오염토양 처리 분야 (광산 폐기물 및 주변 농경지, 산업단지, 군부대, 하상침적토, 슬러지) 이며 유류 오염토양 분야 (철도차량기지, 민군 차량정비창, 석유/전자 산업단지) 에도 적용이 가능하다고 예상한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The technology using of conventional physical & chemical methode for remediation of contaminated soil by heavy-metals has been well known as in-situ soil flushing and ex-situ soil washing.
However, It can make some problem that above technologies are applied to the soil having low water permeability, which can be brought on undesirous solution flow in soil area and decreasing treatment efficiency, finally.
Recently, in order to solve these problems the technology of electrokinetic treatment is being developed but there are still several difficulties of field application left over for successful commercialization.
The major causes of difficulties are the increase of electric resistance inner soil for a long term operation continuously and electrode corrosion as a resulted from low life time of anode, which can bring on the rise of power consumption and the difficulty of stable operation.
Pulse-powered electrokinetic system has been developed as new methode to treat contaminated soil by heavy-metals in consideration of high performance and economic efficiency.
Pulse powered EK system has been identified that stale operation maintained without reduction of electrical power, keeping constant electrical resistance during a long time operation, while DC powered EK system indicated that the reduction of current amount and electrical power occurred as electrical resistance increased in the same period. As the result of comparing Lab. test with Pilot plant test by using the same soil samples, their removal efficiency of heavy-metals in soil and consumed electric energy per unit removal amounts proved to be similar with each other about 90% level.
This study can be applied from contaminated soil by heavy-metals (ex : tailing area, industrial area, military area, waste sludge) to contaminated soil by waste oil (ex : a railroad car area, vehicle maintenance area, petroleum or electronics industrial area).

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 및 방법 3
• 제2장 이론적 고찰 4
• 2.1 펄스 동전기 기술의 원리 4
• 2.1.1 동전기 기술의 개발 배경 4
• 2.1.2 동전기 기술의 기초 개념 및 적용 원리 6
• 2.1.3 일반 동전기 기술의 문제점 10
• 2.1.4 펄스 동전기 기술의 원리 10
• 2.2 국외 오염토양 처리 기술 및 연구 동향 12
• 2.3 국내 오염토양 처리 기술 및 연구 동향 13
• 제3장 연구 내용 및 방법 17
• 3.1 펄스 동전기 적용을 위한 중금속 오염 토양의 특성 조사 17
• 3.1.1 동전기 기술 적용을 위한 중금속 오염 토양의 특성 조사 17
• 3.2 펄스 동전기 기술 적용을 위한 펄스 파워의 설계 및 제작 20
• 3.2.1 고전압 저주파 펄스전원의 적용 20
• 3.3 중금속 오염 토양 처리를 위한 펄스 동전기의 적용성 평가 22
• 3.3.1 실험실 규모의 동전기 오염토양 처리 장치 제작 22
• 3.3.2 실험 방법 및 분석 방법 25
• 3.3.3 중금속 오염 토양의 시료 채취 및 보관 26
• 3.3.4 중금속 오염 토양의 특성 평가 29
• 제4장 연구 결과 및 고찰 38
• 4.1 처리 대상 오염 토양의 세척 실험 38
• 4.1.1 세척제 종류에 따른 중금속 최대 처리 효율 38
• 4.1.2 세척액 농도에 따른 중금속 최대 처리 효율 39
• 4.1.3 Hybrid Solution을 이용한 오염토양의 세척 효율 41
• 4.1.4 세척제에 따른 펄스동전기 적용 실험 43
• 4.2 펄스 전원 방식과 직류 전원 방식의 비교 실험 55
• 4.2.1 직류 전원에서의 동전기 실험 55
• 4.2.2 펄스 전원에서의 동전기 실험 55
• 4.2.3 펄스전원방식과 직류전원방식의 동전기 적용성 비교 평가 57
• 4.3 토양 pH 변화에 의한 펄스 동전기 적용성 평가 66
• 4.4 유기물질에 의한 펄스 동전기 적용성 평가 74
• 4.4.1 현장 오염 토양에 대한 페놀의 흡착 특성 74
• 4.4.2 페놀에 의한 펄스동전기 방해 현상 실험 78
• 4.5 토양 내 이온 이동에 따른 펄스 동전기 효율 특성 평가 85
• 4.5.1 일반 동전기 적용 실험 85
• 4.5.2 펄스 동전기 적용 실험 94
• 4.5.3 일반 동전기와 펄스 동전기 특성 비교 98
• 제5장 결 론 100
• 참고문헌 102