• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제2권1호
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• pp.103-114
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• 2001

본 연구에서는 근래에 퇴적된 습지토양의 유기물질에 느린 흡착부분이 존재하는지 살펴보기 위해 흡착실험을 행하였다. 최근 퇴적된 민물 습지토양에서의 소수성 유기화합물 (chlorobenzene and phenanthrene)의 흡착 특성을 회분식 흡착법을 사용하여 결정하였다. 유기물질의 나이의 상대 척도로서 산소/탄소 원소비 등을 포함한 여러 방법으로서 평가하였다. 토양의 나이가 유기화합물의 습지토양에서의 흡착에 차이를 유발하는지에 대해 조사하기 위하여 습지 토양의 표층부(상층부 0-2cm, 5년 미만)과 하층부(below 10cm, 20년 이상)에 대한 느린 흡착 특성을 상대적으로 오래된 PPI(Petro Processors, Inc. Superfund site), BM(Bayou Manchac) 토양과 비교하였다. 느린 흡착모델 변수의 비선형성(KF와 N)의 증가로서 느린 흡착부분이 존재함을 알 수 있었다. 느린 흡착모델의 분석결과 상당한 크기의 느린 흡착부분이 존재하였으며 습지 토양의 경우 흡착된 chlorobenzene의 25.4-263%가 phenanthrene의 경우 흡착된 양의 1.4-1.9%(phenanthrene)가 각각 느린 흡착 부분에 해당하였으며, PPI 토양과 BM토양의 경우 흡착된 chlorobenzene의 40.0-55.93%와 흡착된 phenanthrene의 2.9-3.19%가 각각 느린 흡착 부분에 해당하였다. 느린 흡착 부분은 상층부 < 하층부 < PPI < BM 토양의 순으로 증가하였는데 이것은 토양 유기물질의 나이가 증가할수록 느린 흡착부분의 크기가 증가함을 나타낸다.

• 생태와환경
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• 제36권3호통권104호
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• pp.295-303
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• 2003

자연습지 토양에서 소수성 유기화합물(염화벤젠 및 페난쓰린)의 흡착동력학을 실험실규모의 회분식 반응기를 이용하여 조사하였다. 단일영역 물질전달모델 (one-site mass transfer model, OSMTM)과 두영역 1차속도모델 (two compartment first-order kinetic model, TCFOKM)을 사용하여 흡착속도를 분석하였다. OSMTM 분석결과 염화벤젠의 경우 10${\sim}$75시간 이내에, 페난쓰린의 경우 약 2시간 이내에 각각 겉보기 흡착평형에 도달하였다. 염화벤젠의 경우, 표면 토양에서의 흡착평형시간이 하부 토양보다 길게 나타났는데, 이는 토양 유기탄소의 물리화학적 특성의 차이에 기인한다. 그러나, 페난쓰린의 경우 각 토양간에 흡착평형시간의 차이는 없었다. 관련 모델매개변수의 수에서 기대되듯이 변수가 3개인 TCFOKM이 변수가 2개인 OSMTM보다 흡착속도를 더 잘 표현할 수 있었다. 실험결과에 대한 TCFOKM의 곡선맞춤으로부터 얻은 매개변수인 빠른 흡착영역의 분율($f_1$)과 빠른 흡착영역과 느린 흡착영역의 1차 흡착속도 상수($k_1$,및 $k_2$)를 얻을 수 있었다. TCFOKM 분석결과 빠른 흡착영역에서의 흡착속도 상수는 느린 흡착영역에서의 흡착속도 상수 보다 큰 것으로 나타났다. 빠른 흡착영역의 분율 ($f_1$)과 흡착속도상수 ($k_1$)는 $k_{ow}$ 값이 증가(페난쓰린>염화벤젠)함에 따라 증가하였다. 빠른 흡착영역과 느린 흡착영역에서의 1차 흡착 속도상수는 각각$10^{-0.1}\;-10^{+1}$과 $10^{-4}\;-10^{-2}$의 범위에서 변화하였다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2004년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.186-191
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• 2004

Sorption kinetics of 2-chlorophenol(2-ChP), 2,4-dichlorophenol(2,4-DChP) and 2,4,5-trichlorophenol (2,4,5-TChP), onto montmorillonite modified with hexadecyltrimethyl ammonium cations(HDTMA-mont) were investigated. One-site mass transfer model(OSMTM) and two compartment first-order kinetic model(TCFOKM) were used to analyze kinetics. As expected from the number of model parameters involved, the three-parameter TCFOKM was better than the two-parameter OSMTM in describing sorption and desorption kinetics of chlorophenols in HDTMA-mont. For all chlorophenols, the results of OSMTM analysis indicate that the predominant deprotonated speciation(at pH 9.15) exhibited higher mass transfer coefficient( $k_{s}$ ) than the protonated speciation(at pH 4.85). This is because the deprotonated speciation has stronger hydrophobic interaction than protonated speciation. Most sorption completes in three hours. The fraction of the fast sorption and the first-order sorption rate constants for the fast and slow compartments in TCFOKM were determined by fitting experimental data to the TCFOKM. The results of kinetics reveal that the fraction of the fast sorption( $f_1$) and the sorption rate constants in the fast compartments( $k_1$) were in the order 2,4,5-TChP > 2,4-DChP > 2-ChP, which agrees with the magnitude of the $K_{ow}$ . The first-order sorption rate constants in the fast compartment(10$^{0.8}$ - 10$^{1.22}$ h $r^{-1}$ ) were much larger than those in the slow compartment(10$^{-1}$.74/ - 10$^{-2}$.622/ h $r^{-1}$ ).> ).).

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2000년도 추계학술대회
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• pp.107-118
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• 2000

For the last several decades, the fate of organic pollutants has been extensively studied in natural environments with emphasis on sorption and desorption phenomena. Although the mechanisms involved are not clear yet there is a consensus about the existence of hysteresis in the sorption and desorption of organic pollutants. Furthermore, it is found that hysteresis is the outcome of slow nonequilibrium sorption of organic pollutants, which results in the formation of desorption-resistant fractions of the pollutants. Desorption-resistant fractions may increase as a function of the residence time of the pollutants in the environments. Field monitoring data show a slow but continuous decline of chemicals applied to soil, followed by little or no subsequent disappearance. One plausible explanation for such resistance to biodegradation, desorption, or extraction can be attributed the gradual movement of organic pollutants to less accessible remote sites inside the matrix with time. This phenomenon has been termed sequestration or aging. The fact that some pollutants are sequestered in soil with time may have a great impact on bioremediation and risk assessment, Some portion of the resistant pollutants may still be present in the environments after bioremediation. It requires vigorous means to completely remove the aged portion that may not be further bioavailable. However, precaution should be taken since aging is not always evident. Aging seems to be soil and chemical specific.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제16권6호
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• pp.79-94
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• 2011

Black carbon (BC), a kind of high surface area carbonaceous material (HSACM), was isolated from Andong lake sediment. Sorption and desorption kinetics of naphthalene (Naph) and phenanthrene (Phen) in organic carbon (OC) and BC in the Andong lake sediment were investigated. Several kinetic models such as one-site mass transfer model (OSMTM), two-compartment first-order kinetic model (TCFOKM), and a newly proposed modified two-compartment first-order kinetic model (MTCFOKM) were used to describe the sorption and desorption kinetics. The MTCFOKM was the best fitting model. The MTCFOKM for sorption kinetics showed that i) the sorbed amounts of PAHs onto BC were higher than those onto OC, consistent with BET surface area; ii) the equilibration time for sorption onto BC was longer than those onto OC due to smaller size of micropore ($11.67{\AA}$) of BC than OC ($38.18{\AA}$); iii) initial sorption velocity of BC was higher than OC; and iv) the slow sorption velocity in BC caused the later equilibrium time than OC even though the fast sorption velocity was early completed in both BC and OC. The MTCFOKM also described the desorption of PAHs from the OC and BC well. After desorption, the remaining fractions of PAHs in BC were higher than those in OC due to stronger PAHs-BC binding. The remaining fractions increased with aging for both BC and OC.

• 생태와환경
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• 제39권4호통권118호
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• pp.450-461
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• 2006

본 연구에서는 pH 5.5에서 연안퇴적물내 납과 카드뮴의 흡착 동력학을 실험실규모의 회분식 반응기를 이용하여 조사하였다. 4종류의 모델: 단일영역 물질전달모델 (one-site mass transfer model, OSMTM), 겉보기 1차속도모델 (pseudo-first-order kinetic model, PFOKM), 겉보기 2차속도모델 (pseudo-second-order kinetic model, PSOKM)과 두영역 1차속도모델 (two compartment first-order kinetic model, TCFOKM)을 사용하여 흡착속도를 분석하였다. 관련된 모델매개변수의 수에서 기대되듯이 변수가 3개인 TCFOKM이 변수가 2개인 OSMTM, PFOKM, PSOKM 보다 흡착속도를 더 잘 표현할 수 있었다. 납과 카드뮴의 대부분의 흡착은 초기 3시간 이내에 빠르게 완료되었으며, 이후 기간 동안은 느린 흡착이 이루어졌다. 모든 모델에서 겉보기 흡착평형농도($q_{e,s}$)는 퇴적물의 양이온 교환능 (CEC)과 표면적이 증가함에 따라 증가하는 것으로 예측되었으며, 이는 초기 중금속 투여 농도와 중금속 및 퇴적물의 형태와 무관하였다. OSMTM에서의 흡착속도 상수 ($k_s,\;hr^{-1}$)는 퇴적물의 CEC와 표면적이 증가함에 따라 증가하였다. PFOKM의 겉보기 1차흡착속도상수 ($k_{p1,s},\;hr^{-1}$)는 퇴적물의 특성과 관련이 없었다. PSOM 분석결과 겉보기 2차흡착속도상수 ($k_{p2,s},\;g\;mmol^{-1}\;hr^{-1}$)와 초기흡착속도 ($v_{o,s},\;mg\;g^{-1}\;hr^{-1}$)는 퇴적물의 특성과 연관되지 않았다. TCFOKM의 빠른 흡착영역의 분율($f_{1,s}$)은 수용액상의 초기농도와는 무관하게 퇴적물의 CEC와 표면적이 증가함에 따라 증가하였다. 빠른 부분에서의 흡착속도 상수 ($k_{1,s}=10^{0.1}-10^{1.0}\;hr^{-1}$)는 느린 부분에서의 흡착속도 상수 ($k_{2,s}=10^{-2}-10^{-4}\;hr^{-1}$)보다 훨씬 더 큰 것으로 나타났다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2000년도 추계학술대회
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• pp.171-176
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• 2000

Bioremediation of hazardous hydrophobic organic compounds, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), is a major environmental concern due to their toxic and carcinogenic properties. Due to their hydrophobicity, the hydrophobic organic compounds are mainly associated with the soil organic matter or nonaqueous-phase liquids. A major question concerns the relationships between biodegradation and sorption. This work develops and utilizes a non- steady state model for evaluating the interactions between sorption and biodegradation of phenanthrene, a 3-ring PAH compound, in soil-slurry systems. The model includes sorption/desorption of a target compound, its utilization by microorganisms as a primary substrate existing in the dissolved phase and/or the sorbed phase in biomass and soil, oxygen transfer, and oxygen utilization as an electron acceptor. Biodegradation tests with phenanthrene were conducted in liquid and soil-slurry systems. The soil-slurry tests were performed with very different mass transfer rate: fast mass transfer in a flask test at 150 rpm, and slow mass transfer in a roller-bottle test at 2 rpm. In the slurry tests, phenanthrene was degraded more rapidly than in liquid tests, but with a similar rate in both slurry systems. Modeling analyses with several hypotheses indicate that a model without biodegradation of compound sorbed to the soil was not able to account for the rapid degradation of phenanthrene, particularly in the roller bottle slurry test. Reduced mass-transfer resistance to bacteria attached to the soil is the most likely phenomenon accounting for rapid sorbed-phase biodegradation.

• 상하수도학회지
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• 제22권4호
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• pp.467-473
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• 2008

Natural organic matter (NOM) removal by physico-chemical adsorption and biological oxidation was investigated in five slow sand filters with different media depths. Non-purgeable dissolved organic carbon(NPDOC) and $UV_{254}$ absorbance were measured to evaluate the characteristics of NOM removal at different filter depths. Removal efficiency of NOM was in the range of 10-40% throughout the operation time. At start-up of the filters packed with clean sand media, NOM was probably removed by physico-chemical adsorption on the surface of sand through the overall layer of filter bed. However, when Schumutzdecke layer was built up after 30 days operation, the major portion of NPDOC was removed by biological oxidation and/or bio-sorption in lower depth above 50 mm. NOM removal rate in the upper 50 mm filter bed was $0.82hr^{-1}$. It was about 20 times of the rate($0.04hr^{-1}$) in the deeper filter bed. Small portion of NPDOC could be removed in the deeper filter bed by both bio-sorption and biodegradation. SEM analysis and VSS measurement clearly showed the growth of biofilm in the deeper filter bed below 500 mm, which possibly played an important role in the NOM removal by biological activity besides the physco-chemical adsorption mechanism

• 대한환경공학회지
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• 제30권9호
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• pp.907-912
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• 2008

본 연구는 지표수나 호소수 등에서 유기 및 무기오염물질의 저감을 위해 반응매질로서 사용되는 black shale 및 영가철의 수중의 무기인산염을 흡착제거하는 데 있어서의 정량적 특성을 알아보았다. 무기인산염의 회분식 흡착실험에는 갯벌에서 마련한 퇴적토, black shale, 영가철이 흡착제로 사용되었으며 인산염의 흡착에 미치는 영향을 공존 칼슘이온의 농도를 0, 1, 5 mM로 변화시켜 실험하였다. 칼슘이온의 공존과 함께 세 흡착제에 대한 인산염 농도감소를 빠른 흡착계수(k$_f$), 느린 흡착계수(k$_s$)과 침전계수(k$_p$)로 구성된 kinetic model을 이용하여 해석하였다. 등온흡착의 결과는 Langmuir와 Freundlich 모델을 적용하였으며 퇴적토, black shale, 영가철에 대한 Freundlich 모델의 K$_f$값은 각각 1.141, 7.721, 그리고 4.873였다. 공존하는 칼슘이온과의 침전가능성으로 인하여 kinetic model에서는 칼슘농도와 침전제거간의 상관관계가 있었으나 등온흡착식에서 인산염의 최대흡착량에는 칼슘농도가 영향을 미치지 않았다.

• 한국광물학회지
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• 제15권2호
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• pp.104-113
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• 2002

방해석 표면에 의한 C$d^{2+}$의 흡착연구를 하였다. 흡착실험에서 사용한 Cd의 농도는 $10^{-8}$ 로서 CdCO$_3$(s)의 침전농도 보다 낮은 농도를 유지하도록 조절하였다. NaClO$_4$를 전해질로 사용하여 이온농도를 달리 한 실험 결과 C$d^{2+}$의 흡착은 용액의 이온세기와는 무관한 것으로 나타났다. 이는 C$d^{2+}$의 방해석 표면 흡착이 특징적인 성질을 갖고 inner sphere surface complex를 형성한다는 것을 암시한다. 흡착반응은 초기의 매우 빠른 흡착시기와 후기의 지속적인 느린 흡착시기의 2단계로 구분되었다. 특히, 후기의 느린 흡착시기에는 약 145시간 경과 후 최대정상상태 (steady state maximum)에 도달하였다. 본 연구에서 사용한 C$d^{2+}$의 농도가 낮아 방해석 표면에 CdCO$_3$(s)의 침전 형성에 의한 반응은 고려되지 않았다. 방해석 표면으로부터 C$d^{2+}$의 탈착반응은 일정시간의 흡착 반응이 경과된 후 초기 흡착 실험 시와 같은 농도의 과포화 용액을 사용하여 C$d^{2+}$을 흡착한 방해석이 새로운 용액에 재 평형을 이루도록 반응을 유도하였다. 일반적으로 탈착실험에서는 새로운 과포화용액에 방해석을 넣자마자 매우 빠른 탈착반응을 보여준다. 그 이후는 2가지의 다른 경향성을 보여주며 새로운 평형에 도달하는 것으로 나타난다. 초기의 빠른 탈착반응 시기 뒤 느린 흡착반응이 지속적으로 일어나 일정 시간 경과 후 다시 평형을 이루거나, 느린 탈착반응이 계속적으로 지속되어 일정 시간 경과 후 새로운 평형을 이루는 2가지로 나타났다. 이러한 부분적으로 비가역적인 흡착 반응과 탈착반응은 실제 자연계에서 C$d^{2+}$의 유동성을 결정짓는 매우 중요한 인자로 작용할 것으로 생각된다. 흡착 반응 및 탈착반응의 평형상수 값은 이들 반응이 서로 동일한 기작에 의하여 조절됨을 보여주었다.