This research was carried out to evaluate the effects of humic acid on contaminated kaoline with cadmium when electrokinetic remediation. Electrokinetic remediation test was performed depending on humic acid concentrations(0.005, 0.01, 0.05, 0.083, 0.1, 0.5, 5.0mg/g) in contaminated kaoline with cadmium and time(4, 8, 12days). In the absence of humic acid, Cd at the anode showed the highest concentration while Cd concentrations were lower as the concentration of humic acid increased. The removal of Cd to the anode reservoir was increased with increasing humic acid concentration by electroosmosis or ion migration.
본 연구는 유류 화합물 중 대표적인 소수성 유기 오염물인 phenanthrene으로 오염된 세립질 지반을 실내에서 인위적으로 조성하여 Electrokinetic 정화 처리를 실시하였고, 또한 향상기법으로 계면활성제를 적용하여 정화효율과 거동을 분석하였다. 비향상된 EK 정화 처리에서는 phenanthrene의 이동은 거의 발생하지 않았고, 계면활성제를 이용한 향상기법에서는 양극(+) 근처의 phenanthrene이 음극(-)쪽으로 이동하여 누적되었다. 또한, 계면활성제의 농도가 높을수록 이동 현상이 크게 나타났으며, 시간을 증가할수록 누적된 phenenthrene이 음극(-)저수조로 전기삼투 흐름에 의해 제거되는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 높은 농도의 염류가 집적된 시설재배지 토양의 제염을 위해 전기동력학적(EK) 기술을 적용한 파일럿 규모($2{\times}3{\times}0.2m^3$, $W{\times}L{\times}D$)의 실증시험을 실시하였다. 실험 전 토양의 전기전도도(EC)는 약 9 dS/m였으며, 토양내 주요 염류는 $Ca^{2+}$, $Cl^-$, $SO_4^{2-}$ 이온이었다. 2주간의 EK 처리 후 토양의 EC는 실험 전에 비해서 52% 감소하였으며, 이 중 대부분은 초기 1주일 이내에 제거되었다(47%). 이는 주로 $Na^+$와 $Cl^-$의 제거에 의한 것으로 보이며, 주요 염류 이자 토양에 대해 높은 흡착능을 가지는 $Ca^{2+}$와 $SO_4^{2-}$이온은 상대적으로 제거율이 낮았다. EK 실험이 진행되는 동안 토양의 온도는 전류의 세기에 따라 증가하여 최대 $50^{\circ}C$까지 증가하였다. 따라서 작물이 재배 중인 토양의 원위치 EK 적용을 위해서는 토양의 온도 상승을 제한하기 위해 전류를 조절할 필요가 있다. 결론적으로 EK 기술을 이용하여 경작 중이거나 휴경 중인 시설재배지 토양의 원위치 염류 제거가 가능할 것으로 판단되며 효율적인 탈염을 위해서는 적절한 운전 전략이 요구된다.
Removal of phenanthrene by electrokinetic (EK) method combined with Fenton-like process was studied in a model system. Sand and phenanthrene were selected as a model soil and a representative PAH. Sand was contaminated at the concentration of 500 mg phenanthrene/kg dry sand. Bentonite and kaolinite were inserted into the space between reservoir and contaminated soil. When hydrogen peroxide supplied to a soil system from the anode reservoir was transported through the soil by EK process, the Fenton-like reaction was occurred by naturally existing iron minerals in soil. When hydrogen peroxide was supplied into the system, it showed higher removal efficiency than when just water was used. Maximum removal efficiency of phenanthrene was 81.2 % for 7 days.
중금속과 총 석유 탄화수소(TPH)로 동시 오염된 복합오염 토양을 정화하기 위해 펜톤 산화와 토양 세정법에 활용되고 있는 $H_2O_2$와 sodium dodecyl surfate (SDS)를 활용하여 강화된 동전기를 연구하였다. 또한, 토양 고유의 특성 차이 및 전극액 농도에 따른 정화 효율의 영향을 확인하기 위해 토양과 농도를 달리하여 실험하였다. 인공적으로 오염시킨 토양에서 10% $H_2O_2$와 20mM SDS를 활용한 실험에서 중금속 정화 효율이 가장 높게 나타났으며, 반면에 같은 농도의 용산 토양 실험에서 토양 고유의 높은 산 완충능력으로 중금속 정화 효율이 떨어졌다. 20% $H_2O_2$와 20mM SDS으로 전극액 농도를 높인 실험을 통해 높은 전류는 토양의 pH에 영향을 주었으며, 이로 인해 중금속 정화에 영향을 미쳤다. TPH의 정화 효율의 경우 용산토양의 높은 산 완충능력과 유기물 함량으로 인해 인공적으로 오염시킨 토양에 비해 산화 효율이 저하되었다. 게다가 40mM의 sodium dodecyl surfate (SDS)의 농도가 주입될 경우, SDS의 scavenger 영향 때문에 TPH 정화에 악영향을 주었다. 토양 고유의 구성성분 및 전극액 농도가 동전기-펜톤 공정의 전기화학적 현상 및 전기삼투유량, 오염물질 정화에 매우 큰 영향을 주는 인자로 판명되었다.
Surfactant-enhanced electrokinetic remediation is an emerging technology that can effectively remove hydrocarbons from low-permeability soils. In this study, the electrokinetic remediation using APG(alkyl polyglucoside) was conducted for the removal of phenanthrene from kaolinite. APG, which was an environmentally compatible and non-toxic surfactant, was used at concentrations of 5, 15, and 30g/1 to enhance the solubility of phenanthrene. Also an electrolyte solution was used for considering a relation between electrical potential gradient and removal efficiency of phenanthrene. When the electrolyte solution was used, it represented low electrical potential gradient, but the removal efficiency was lower than that of no electrolyte system. Removal efficiency of phenanthrene in EK process using surfactant solution depended on concentration of surfactant. Because surfactant increased the solubility and the mobility of phenanthrene, when surfactant concentration was high, high removal efficiency was observed.
The actively soil pollution by the toxic heavy-metals like the arsenic, cadmium, lead due to the industrialization and economic activity. The uses the electrokinetic remediation of contaminated soil has many researches against the fine soil having a small size in the on going. However, it is the actual condition which the research result that is not effective due to the low surface charge of the particle and high permeability shows in the electrokinetic remediation in comparison with the fine soil in the case of the sandy soil in which the particle size is large. In this research, the electrokinetic remediation and ultrasonic wave fetch strategy is compound applied against the sandy soil polluted by the arsenic, cadmium, and lead removal efficiency of the sandy soil through the comparison with the existing electrokinetic remediation tries to be evaluated. First of all, desorption of contaminants in soil by ultrasonic extraction in the Pre-Test conducted to see desorption effective 5~15%. After that, By conducted Batch-Test results frequency output century 200 Khz, reaction time 30 min, contaminated soil used in experiment was 500 g. Removal efficiency of arsenic, cadmium, lead are 25.55%, 8.01%, 34.90%. But, As, Cd, Pb remediation efficiency less than 1% in EK1(control group).
본 연구에서는 phenanthrene 오염토양 정회를 위한 동전기-펜턴 공정을 2차원 토양 정화장치에서 실시하여, 중력 및 전기삼투흐름과 관련된 phenanthrene의 제거 특성을 조사하고자 하였다. 100 V의 정전압 조건 하에서 전류는 초기 1,000에서 290 mA까지 감소하였는데, 이는 토양 내 이온들이 전기삼투 및 전기이동에 의해 유출수를 따라 밖으로 배출되어 토양의 저항이 증가하였기 때문이다. 28일의 처리기간 동안 두 개의 음극 전극조로부터 배출되어 음극 탱크에 축적된 총 전기삼투유량은 10,280 mL였으며, 전기삼투유속의 감소는 발생하지 않았다. 실험 종료 후 토양내 의 phenanthrene 잔류량은 양극 부분은 매우 낮았으며 음극으로 갈수록 증가하였다. 이것은 과산화수소를 포함한 전해질 용액이 전기삼투에 의하여 양극에서 음극으로 공급되었기 때문이다. 또한 오염물의 농도는 바닥 부분에서 낮게 나타났으며 토양의 윗부분으로 갈수록 증가하는 경향을 보였다. 이것은 공극의 크기가 큰 토양은 토양업자 표면과 유체간에 모세관 인력이 작으므로 중력에 의한 물의 흐름이 존재하였기 때문이다. 실험 종료 후 토양 내의 대부분의 지점에서 잔류 오염물은 초기 농도의 20% 이하의 값을 나타냈으며, 동전기펜턴 공정에 의한 평균 phenanthrene 제거율은 81.4%였다. 원위치 오염토양 정화기술인 동전기펜턴 공정을 이용함으로써 다른 토양 정화기술의 한계점을 극복하고 효과적으로 오염토양을 정화할 수 있을 것으로 기대된다.
Surfactant-enhanced electrokinetic (EK) process was investigated to remove polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from low-permeable soils. Phenanthrene and kaolinite were selected as a representative PAH and a model soil, respectively. A nonionic surfactant Tergitol 15-S-12 was applied to improve the solubility of phenanthrene and sodium chloride was used as an electrolyte at the various concentrations from 0.001 to 0.1M. The addition of electrolyte affected both the removal efficiency and operation cost. When electrolyte was introduced, the electrical potential gradient became low and thus power consumption was reduced. However, as electrolyte concentration increased, the electroosmotic flow also decreased, so the removal efficiency of contaminant decreased. Therefore, the removal efficiency and power consumption should be considered simultaneously to determine the iptimum surfactant concentration, so a relatively lower concentration of electrolyte than certain value is desired.
This study explored the feasibility of applying Electrokinetic-Fenton process(EK-Fenton process) to remediation of contaminant sorbed on the soil possessed low-permeability. The addition of 0.01 N H$_2$SO$_4$ in the anode reservoir for the $H_2O$$_2$stabilization improved the stabilization of $H_2O$$_2$and the treatment effect of phenanthrene across the entire soil specimen. The use of $H_2O$$_2$and dilute acid as anode purging solution is a promising method treating of HOCs in low-permeability subsurface environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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