Simultaneous Removal of Cd & Cr(VI) by Fe-loaded Zeolite in Column System

Laboratory column experiment for simultaneous removal of Cd and Cr(VI) were conducted using newly developed material of Fe-loaded zeolite having both reduction ability and sorption capacity. The solution containing Cd and Cr(VI) was injected into the column and the breakthrough curves (BTCs) for the contaminants were observed at the effluent port. Cd breakthrough was not initialized until Cr(VI) breakthrough was completed. Therefore it could be concluded that overall efficiency of Fe-loaded zeolite should be determined by the reactivity for Cr(VI). The relative concentration of Cr(VI) BTC increased to the unit value while initial breakthrough was delayed and the propagation of breakthrough was slowed. In order to quantitatively describe the shape of Cr(VI) BTC, new parameters of ${\alpha}\;and\;{\beta}$ designated to be shape parameters, were defined and applied in contaminant transport concentration. These parameters were employed to represent the degree of initial breakthrough delay and the degree of breakthrough propagation, respectively. As initial contaminant concentration increased, ${\alpha}$ decreased, which indicated the delay of BTC's initiation. And as initial contaminant flow rate increased, ${\beta}$ decreased, which represented the faster propagation of the BTC. From these results, Fe-loaded zeolite was found to be an effective reactive material for PRBs against heavy metals having different ionic forms in groundwater. And it could be expected that as groundwater flows faster, the propagation of breakthrough would be faster and as contaminant concentration is higher, the initial point of breakthrough would appear earlier.

Fe-loaded zeolite를 이용한 칼럼 실험에서의 Cd & Cr(VI) 동시제거 반응성 평가

Cd과 Cr(VI)으로 동시에 오염된 지하수 정화에 반응벽체 공법을 적용하기 위하여 환원능과 흡착능을 동시에 가지는 새로운 반응 물질인 Fe-loaded zeolite의 반응성을 실내 주상실험을 통해 평가하였다. Cd과 Cr(VI)을 동시에 포함한 오염용액을 반응물질이 충진된 칼럼에 주입하고, 이 칼럼을 통과한 유출수에서의 Cd과 Cr(VI) 농도를 측정하여 파과곡선을 얻는 방법으로 본 주상실험을 수행하였다. 유출수의 농도 분석 결과 Cd의 파과는 Cr(VI)의 파과곡선이 완료되는 시점까지 전혀 관찰되지 않아, 반응물질의 전반적인 효율은 Cr(VI)에 대한 반응성에 의해 결정됨을 알 수 있었다. Cr(VI)의 파과곡선은 파과 시작점이 다소 지체되고 파과의 진행 속도도 느려지며 파괴곡선의 상대농도 값이 1까지 증가하는 양상을 나타내었다. 이러한 Cr(VI) 파과곡선의 양상을 정량적으로 묘사하기 위하여 형상계수라고 하는 새로운 계수 ${\alpha}$와 ${\beta}$를 정의하고, 이를 오염물질의 이동방정식에 적용함으로써 파과곡선의 지체 정도와 기울기 정도를 나타내었다. 초기 주입 용액의 농도가 증가할수록 ${\alpha}$값은 감소하였고, 이로부터 파과곡선의 시작 시점이 빨라 지는 것을 알 수 있었다. 또한 초기 주입 용액의 속도가 증가할수록 ${\beta}$ 값이 감소하였으며, 이로부터 파과곡선의 기울기가 점차 가팔라지는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 Fe-loaded zeolite를 반응벽체 내 반응물질로 적용할 경우, Fe-loaded zeolite는 지하수 상에 존재하는 서로 다른 이온 형태의 중금속인 Cd과 Cr(VI)을 효과적으로 동시에 제거할 수 있음을 획인하였으며 이때, Fe-loaded zeolite를 통한 Cr(VI)의 파과는 지하수 흐름이 빠를수록 파과의 진행이 더욱 급격히 나타날 것이며 오염농도가 높은 지하수일수록 파과의 시점이 빠르게 나타나 반응물질은 그 사용 한계 에 다다르게 될 것임을 예측할 수 있었다.