• KSBB Journal
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• 제22권3호
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• pp.134-138
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• 2007

미생물이 환원된 전극을 전자공여체로 이용하고, 염소화페놀을 전자수용체로 이용하는 새로운 혐기성 호흡의 생물전기화학공정을 통해 2,6-DCP을 탈염소시킬 수 있는지를 조사하였다. 이를 위해 전류의 유무에 따른 농도변이와 전극 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 전류가 흐르는 경우에만 염소화페놀이 완전히 제거됨을 보였으며, 전극표면에 생물막이 형성된 것을 통해서 전극이 전자공여체 역할을 함으로서 탈염소시킬 수 있음을 증명하였다. 또한, 본 연구의 생물전기화학공정을 통해서 고농도의 염소화페놀 적용도 가능한지를 조사하고 Monod식을 이용하여 최대 탈염소화 속도를 산정하였는데 본 실험의 최대초기농도인 $457mg/{\ell}$까지 분해가 가능하였으며, 최대탈염소화 속도는 $5.95mg/{\ell}$-h($cm^2$ (electrode surface area))이었다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2002년도 추계학술발표회
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• pp.117-121
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• 2002

A numerical model that describes the reductive dechlorination of tetrachloroethene(PCE) to ethene via cis-dichloroethene(CDCE) was developed. The model included two separated dehalogenator groups : one for PCE transformation to cDCE via TCE and the other for cDCE dehalogenation to ethene via VC, competitive inhibition between different chloroethene electron accepters, and competition for H$_2$ between dechlorination and methanogens. Model simulations suggest first, that PCE dechlorinators are better competitive with methanogens than cDCE dechlorinators. Second, not only the initial relative population size of dehalogenators and H$_2$-utilizing methanogens but also electron donor delivery strategies used greatly affects the degree of dehalogenation. As a result, all of factors in the above must be considered in order to achieve economical and successful bioremediation of contaminated soil and groundwater with chlorinated solvents.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제13권1호
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• pp.92-100
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• 2008

본 연구는 시멘트 구성성분 중 CaO, $Fe_2O_3$, $Al_2O_3$를 중심으로 하여 시멘트/Fe(II) 시스템에서 TCE의 환원성 탈염소화에 관여하는 유효반응성분을 규명하기 위하여 수행되었다. $Al_2O_3$를 함유하는 것으로 밝혀진 hematite($Fe_2O_3$)를 포함하는 hematite/CaO/Fe(II) 시스템에서 시멘트/Fe(II) 시스템과 유사한 TCE 분해능이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Hematite/CaO/$Al_2O_3$/Fe(II) 시스템에서 $Al_2O_3$의 첨가량의 영향을 알아보는 실험을 수행한 결과 $Al_2O_3$:CaO의 비율이 1:10을 유지한 시스템에서 최고의 분해능(k = 0.895 $day^{-1}$)을 보이는 것으로 보아 1 : 10이 최적의 반응비율인 것을 알 수 있었다. SEM 분석 결과 시멘트/Fe(II) 시스템에서 나타났던 막대결정을 hematite/CaO/$Al_2O_3$/Fe(II) 시스템에서도 관찰할 수 있었다. 이러한 막대결정을 TCE 분해의 유효성분으로 추정하고 막대나 침상 결정으로 알려진 goethite와 ettringite를 유효성분 후보군으로 판단하였다. EDS element map을 살펴본 결과, 막대 결정은 Ca를 주성분으로 하고 있었기 때문에 Fe 성분을 다량 함유하고 있는 goethite를 배제하였다. 추가적으로 시멘트 수화반응 중 ettringite가 생성되는 과정을 재연한 실험 결과, ettringite가 생성되는 반응 중 혹은 생성 후에도 TCE 분해능이 발현되지 않았다. 이러한 결과를 바탕으로 하여 시멘트/Fe(II) 시스템의 유효반응성분은 CaO와 $Al_2O_3$를 주성분으로 하는 막대모양의 결정일 것으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제11권6호
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• pp.35-42
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• 2006

본 연구는 시멘트/Fe(II) 시스템에서 TCE의 환원성 탈염소화에 관여하는 유효반응성분을 규명하기 위하여 수행되었다. 먼저 시멘트 자체에 존재하거나 혹은 그 수화물에 존재하는 성분을 다량 함유하고 있는 hematite(${\alpha}-Fe_2O_3$), lepidocrocite(${\gamma}$-FeOOH), akaganeite(${\beta}$-FeOOH), ettringite($Ca_6Al_2(SO_4)_3(OH)_{12}$)를 대상으로 TCE 분해실험을 수행하여 이러한 물질이 시멘트/Fe(II) 시스템에서 탈염소반응에 관여할 수 있는지 고찰한 결과, hematite가 잠재적 유효반응성분으로 선정되었다. 각 시스템의 반응속도상수를 비교해 본 결과 200 mM Fe(II)에 hematite와 CaO를 1 : 4(몰비)로 주입한 시스템($k\;=\;0.637\;day^{-1}$)이 기존의 cement와 Fe(II)을 이용한 경우($k\;=\;0.645\;day^{-1}$)와 가장 비슷한 동력학적 분해경향을 보인다는 것을 알 수 있었다. 처음에 pH 조절이 주목적으로 주입되었던 CaO 역시 분해반응에서 중요한 역할을 담당하는 것으로 나타났는데, CaO 첨가량이 증가할수록 hematite/CaO/Fe(II) 시스템의 분해능은 증가하다가 CaO 양이 일정 수준에 다다르면 증가세가 둔화되는 경향을 보여 주었다. SEM(Scanning Electron Microscopy) 분석을 통해서는 hematite/CaO/Fe(II) 시스템 내에서 분해능이 커질수록 육각형 판상의 결정이 새롭게 형성된다는 것을 확인 할 수 있었으며 이 결정은 portlandite, green rust($SO_4$), Friedel's salt 등일 가능성이 높은 것으로 판단되었다. 그리고 동일 시료의 XRD(X-Ray Diffraction) 분석을 통해서는 hematite, magnetite/maghemite, green rust($SO_4$)의 존재를 확인할 수 있었다. SEM 및 XRD 분석에서 공통적으로 나타나는 green rust($SO_4$)가 유효반응성분일 가능성이 높다고 판단되었다.

• 자원환경지질
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• 제34권3호
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• pp.307-313
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• 2001

$Fe^0$ 등의 0가 금속을 포함하는 반응재들은 오염운이 반응벽을 통과하는 동안 염소계 용매들을 분해시킨다. Fe$^{0}$ 를 이용한 투수성 반응벽은 특히 trichloroethene(TCE)이 주된 오염원인 경우 처리비용이 적다는 장점이 있는 반면, 반응속도가 느리고, 반응벽의 운영기간이 제한된다는 단점이 있다. 본 연구는 기존의 Fe$^{0}$ 를 이용한 반응벽에 직류전원을 걸어주는 향상된 처리기술 개발은 예비연구이다. $Fe^0$ 반응컬럼을 이용한 bench-scale의 실험을 통해 $Fe^0$ 반응재와 직류전원의 조합은 TCE의 탈염소화를 촉진하는 것으로 나타났다. 탈염소화의 반응기작은 철의 산화와 부가적인 전자의 공급원인 외부전원에 의한 환원에 기인한다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권2호
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• pp.123-129
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• 2005

철을 이용한 반응벽체 (permeable reactive barrier, PRBs) 기술은 유기 화합물로 오염된 지하수를 환원적 반응에 의해 정화시키는 공법이다. 벽체의 매질로 주로 사용되는 영가 철은 반응이 진행됨에 따라 점차 2가 및 3가 철로 산화되어 제거능이 점차 저감된다. 자연계에 존재하거나 동정된 철 환원 박테리아는 산화된 Fe(III)를 Fe(II)로 환원시키는 능력을 가지고 있으며 이와 같이 환원된 Fe(II)는 반응 표면적을 넓히고 다시 할로겐 유기 화합물을 환원적으로 제거할 수 있도록 한다. 본 연구는 철 환원 박테리아로 순수균인 Shewanella algae BrY에 의한 산화철의 환원 경향을 aqueous phase와 solid phase로 나누어 관찰하고 환원된 철이 TCE 제거에 미치는 영향을 iron(II,III) oxide와 iron(III) oxide를 대상으로 하여 파악하는 것을 목표로 하였다. 박테리아는 배지 내에 존재하는 Fe(III)를 우선적으로 사용하여 Fe(II)로 환원시켰으며 선택성은 떨어지지만 입자상의 산화철 표면에 존재하는 Fe(III)도 환원시켰다. 또한 동량의 산화철이 존재할 때 iron(II,III) oxide에 비해 박테리아가 전자수용체로 사용할 수 있는 Fe(III)가 풍부한 iron(III) oxide의 환원이 더 잘 일어남을 알 수 있었고, 환원된 Fe(II)는 박테리아 또는 다른 철 산화물과 침전을 형성하였으며 TCE와의 반응속도 및 제거 능력을 향상시키는 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제35권3호
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• pp.229-239
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• 2002

본 연구는 직류전원(DC)과 zero valent iron(ZVI)을 이용한 실험실 규모의 투수성 반응벽의 모사를 통하여 야외규모의 반응벽 설치시 반응벽과 전원의 설치 위치에 따른 trichloroethylene(TCE)의 처리시 효율성과 반응벽 사용가능 수명을 알아보고자 하였다. 실험결과 12개의 컬럼 type 중 ZVI와 DC를 동시에 사용하는 경우, ZVI만을 사용하는 경우의다. TCE의 환원적 탈염소화는 촉진되었다. 설치된 ZVI충진물질의 양을 고려할 경우, 하류에 ZVI를 설치하고, 전극배열은 상류에 양극을, 하류에 음극을 배열하는 것이 가장 적은 실비로 높은 처리 효율을 나타냄이 밝혀졌다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.131-134
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• 2005

Anaerobic reductive dechlorination of tetrachloroethylene(PCE) to ethylene was investigated by performing laboratory experiments using semi-continuous flow two-in-series soil columns. The columns were packed with soils obtained from TCE-contaminated site in Korea. Site ground water containing lactate(as electron donor and/or carbon source) and PCE was pumped into the soil columns. During the first operation with a period of 50 days, injected mass ratio of lactate and PCE was 620:1 and incomplete reductive dechlorination of PCE to cis-DCE was observed in the columns. However, complete dechlorination of PCE to ethylene was observed when the mass ratio increased to 5,050:1 in the second operation, suggesting that the electron donor might be limited during the first operation period. During the degradation of cis-DCE to ethylene, the concentration of hydrogen was $22{\sim}29mM$. These positive results indicate that the TCE-contaminated groundwater investigated in this study could be remediated through biological anaerobic reductive dechlorination processes.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제9권2호
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• pp.11-19
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• 2004

염소계 및 니트로계 유기 화합물은 발암물질 또는 돌연 변이성 유발물질로 인체에 매우 유독한 물질로 알려 져있다. 특히 사염화탄소,헥사클로로에탄 또는 니트로계 방향족 화합물은 자연계에서 분해되는 반감기는 수십 년이 걸린다. 이 연구에서는 염소계 유기화합물의 환원적 분해반응으로 무독화하는 것을 목적으로 한다. Fe$^{0}$ , FeS와 FeS$_2$를 반응 매개물로 이용해서 $CCl_4$, $C_2$Cl$_{6}$, $C_2$HCl$_{5}$ , $C_2$Cl$_{4}$와 $C_2$HCl$_3$의 환원적 분해반응에서 다음과 같은 결과를 얻었다. $CCl_4$ 는 FeS을 반응 매개물로 혐기성 조건에서 CHCl$_3$와 CH$_2$Cl$_2$로 환원적 분해반응을 하였다. $CCl_4$에서 CHCl$_3$으로 환원반응은 매우 빠르게 일어나는 반면 CHCl$_3$에서 CH$_2$Cl$_2$로 분해되는 반응속도는 매우 느리게 일어났다. $C_2$Cl$_{6}$는 $CCl_4$와 달리 복잡한 반응 경로로 환원적 분해 반응을 하였으며, 수소첨가 반응, 탈염소제거반응과 탈수소탈염소화반응으로 $C_2$HCl$_{5}$ , $C_2$Cl$_4$, $C_2$HCl$_3$와 cis-1,2-C$_2$H$_2$Cl$_2$의 환원 생성물로 분해되었다. 반응 초기에 소량의 $C_2$HCl$_{5}$ 생성물이 확인되었으며, 대부분 $C_2$HCl$_4$으로 환원반응 하였다. 특히 $C_2$HCl$_3$에서 환원반응 생성물로 cis-1,2C$_2$HCl$_2$만이 생성물로 나타났고, trans-1,2-C$_2$H$_2$Cl$_2$ 또는 1,1-C$_2$H$_2$Cl$_2$은 생성물로 나타나지 않았다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제13권6호
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• pp.93-102
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• 2008

본 연구는 대기중에서 안정한 나노크기 영가철을 제조한 후 그 특성을 평가하기 위해 수행되었다. XRD, XPS 분석을 통해 인위적으로 4, 8, 12 mL/min 유량의 공기 접촉을 통해 형성된 shell의 두께는 5 nm로 모두 유사한 것으로 확인되었고, shell의 성분은 magnetite(${Fe_3}{O_4}$), maghemite(${\gamma}-{Fe_2}{O_3}$)가 주성분임을 확인할 수 있었다. 4, 8, 12 mL/min의 접촉 공기 유량에 따른 shell의 명확한 성분 및 두께 변화는 확인할 수 없었다. 반면 대기 중에서 공기와 급속으로 접촉시킨 나노크기 영가철의 경우는 TEM 분석 결과 shell 층이 확인되지 않았다. 4, 8, 12 mL/min의 유량으로 공기 접촉된 나노크기 영가철의 TCE 분해능($k_{obs}$= 0.111, 0.102, and 0.086 $hr^{-1}$) 또한 큰 차이를 보이지 않았으며, fresh한 나노크기 영가철에 비해서는 약 80%의 분해효율을 나타내었다. Fresh한 나노크기 영가철 및 4 mL/min과 급속으로 공기 접촉시킨 나노크기 영가철을 물속에서 1일 동안 물과 접촉시킨 후 분해능을 평가한 실험에서는 공기 접촉 후 바로 분해 실험한 것 보다 분해능이 모두 향상되었다. 이는 물과의 반응을 통해 shell 층이 벗겨져 순수한 Fe(0)와 TCE의 접촉이 빨라져서 일어난 결과로 판단되어진다. 또한 각각 1주일과 2달간 대기 중에서 방치한 후 분해 실험한 결과 공기 접촉 후 바로 분해 실험한 결과와 비교해서 분해능이 90%와 50%로 감소하였다. 따라서 본 연구결과 일정 유량으로 공기 접촉 시킨 나노크기 영가철은 대기 중 산소에 안정하기 때문에 실제 현장 적용에 유리할 것으로 판단된다.