• 한국광물학회지
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• 제26권2호
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• pp.101-110
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• 2013

나노크기 매킨나와이트(nanocrystalline mackinawite, FeS)는 높은 비표면적을 지닌 반응성 높은 광물로, 오염된 지하수나 토양의 복원을 위해 널리 사용된다. 또한 매킨나와이트는 혐기성 부식반응에 대해 열역학적으로 안정하고, 황산염 환원미생물의 대사에 의해 재생된다는 장점이 있다. 하지만 매킨나와이트 나노입자는 지하수 흐름에 의해 멀리 확산되거나 입자집적이 일어나 대수층 공극을 막는다. 따라서 현장복원을 위한 투과반응벽(permeable reactive barrier)의 설치를 위해서 나노크기 매킨나와이트에 대한 변형이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 코팅법을 활용해 매킨나와이트 나노입자를 알루미나(alumina, $Al_2O_3$) 및 활성알루미나(activated alumina) 표면에 증착시켰다. 매킨나와이트의 코팅량은 pH에 따라 현저히 달랐으며, 두 종의 알루미나 모두 약 pH 6.9에서 최대 코팅이 관찰되었다. 이 pH에서 알루미나와 매킨나와이트는 반대의 표면전하(surface charge)를 띠어 두 광물 간 정전기적 인력이 발생하고, 이로 인해 효율적인 코팅이 일어났다. 이 pH에서 알루미나 및 활성 알루미나에 의한 코팅량은 각각 0.038 $mmol{\cdot}FeS/g$과 0.114 $mmol{\cdot}FeS/g$이었다. 혐기성 조건에서 코팅되지 않은 알루미나 및 활성 알루미나, 그리고 최적 pH에서 코팅된 알루미나 및 활성 알루미나를 사용해 아비산염(arsenite) 흡착실험을 수행했다. 코팅되지 않은 활성 알루미나는 코팅되지 않은 알루미나와 비교해 단위질량당 높은 아비산염의 제거를 보여주었으나, 매킨나와이트의 코팅에 의한 흡착량 증가를 보이지 않았다. 활성 알루미나는 높은 비표면적을 지니고 있어 반응성 높은 수산화작용기(hydroxyl functional group)가 다수 존재했고, 이로 인해 코팅된 매킨나와이트에 의한 아비산염의 제거가 중요하지 않았다. 반면 알루미나는 매킨나와이트 코팅에 의해 향상된 아비산염의 제거율을 보였는데, 이것은 알루미나에 존재한 수산화작용기가 아비산염과의 표면배위결합(surface complexation)에 소모되고, 코팅된 매킨나와이트에 의한 부가적인 흡착이 일어났기 때문이다. 코팅된 알루미나는 이전에 연구된 코팅된 실리카와 비교해보면 단위 비표면적당 매킨나와이트의 코팅량이 약 8배 높았으며, 더 높은 아비산염에 대한 흡착력을 보였다. 따라서 본 연구의 결과는 코팅된 알루미나는 투과반응벽의 설치에 적합한 물질이고, 특히 아비산염으로 오염된 지하수의 정화에 유용하게 적용될 수 있음을 지시하고 있다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2000년도 창립총회 및 춘계학술발표회
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• pp.52-55
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• 2000

The effects of environmental conditions, initial dissolved oxygen concentrations, pH, and the presence of electron carrier vitamin B$_{12}$ , on the reduction rate of TNT by Fe$^{0}$ was Quantitatively analyzed using a batch reactor. In all experiments, TNT reduction was best described with a first order reaction and the reduction rate decreased with the increase in the initial DO concentration. However, the specific reaction rate did not decrease linearly with the increase in the initial DO concentration. In the presence of HEPES buffer 0.2 and 2.0 mM(pH 5.7$\pm$0.2), the specific reaction rate increased more than 5.8 times, which showed reduction rate is rather significantly influenced by the pH of the solution. To test the possibility of reaction rate enhancement, well-known electron carrier(or mediator), vitamin B$_{12}$ has augmented besides Fe$^{0}$ . In the presence of 8.0 $\mu\textrm{g}$/L of vitamin B$_{12}$ , the specific reaction rate increased as much as 14.6 times. The results indicate that the addition of trace amount of vitamin B$_{12}$ can be a promising rate controlling option for the removal of organics using a Fe$^{0}$ filled permeable reactive barrier.

• 자원환경지질
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• 제37권1호
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• pp.99-106
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• 2004

환경오염저감 및 제어기술은 환경/방재 기술분야로 포스트 반도체 주력산업의 고도화분야에 해당되며, 그 중 오염토양 및 지하수 복원기술은 앞으로 많은 수요가 예상되는 핵심기술이라 할 것이다. 국내의 경우 폐금속광산이 다수 존재하며 이로 인한 중금속 및 비소오염문제가 심각해지고 있는 시점에서 이를 복원하기 위한 최신기술의 동향을 알아보는 것이 필요할 것이다. 현재 이 분야의 선진국인 미국 및 유럽각국에서의 기술개발은 2차적인 오염을 유발하지 않을 청정기술의 개발과 개발기술의 현장적용에 초점이 맞추어 지고 있는 추세이다. 여기에 최근에 개발되어진 신기술중에 이러한 장점으로 인해 주목받고 있는 기술인 전기동력학 기술, 투수성 반응벽체기술, 고형화/안정화기술, 박테리아를 이용한 생체흡착기술, 박테리아를 이용한 용출기술, 식물정화기술을 소개하고자 한다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제20권6호
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• pp.62-72
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• 2015

This study investigates the in-situ implementation of bio-regenerated iron mineral catalyst to remove explosive compounds in ground water at a military shooting range in operation. A bio-regenerated iron mineral catalyst was synthesized using lepidocrocite (iron-bearing soil mineral), iron-reducing bacteria Shewanella putrefaciens CN32, and electron mediator (riboflavin) in the culture medium. This catalyst was then injected periodically in the ground to build a redox active zone acting like permeable reactive barrier through injection wells constructed at a live fire military shooting range. Ground water and core soils were sampled periodically for analysis of explosive compounds, mainly RDX and its metabolites, along with toxicity analysis and REDOX potential measurement. Results suggested that a redox active zone was formed in the subsurface in which contaminated ground water flows through. Concentration of RDX as well as toxicity (% inhibition) of ground water decreased in the downstream compared to those in the upstream while concentration of RDX reduction products increased in the downstream.

• 상하수도학회지
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• 제21권6호
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• pp.679-687
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• 2007

Nanoscale zero valent ion (nZVI) technology is emerging as an innovative method to treat contaminated groundwater. The activity of nZVI is very high due to their high specific surface area, and supporting this material can help to preserve its chemical nature by inhibiting oxidation. In this study, nZVI particles were attached to granular ion-exchange resin through borohydride reduction of ferrous ions, and chemical reduction of nitrate by this material was investigated as a potential technology to remove nitrate from groundwater. The pore structure and physical characteristics were measured and the change by the adsorption of nZVI was discussed. Batch tests were conducted to characterize the activity of the supported nZVI and the results indicated that the degradation of nitrate appeared to be a pseudo first-order reaction with the observed reaction rate constant of $0.425h^{-1}$ without pH control. The reduction process continued but at a much lower rate with a rate constant of $0.044h^{-1}$, which is likely limited by mass transfer. To assess the effects of other ions commonly found in groundwater, the same experiments were conducted in simulated groundwater with the same level of nitrate. In simulated groundwater, the rate constant was $0.078h^{-1}$ and it also reduced to $0.0021h^{-1}$ in later phase. The major limitation in application of ZVI for nitrate reduction is ammonium production. By using a support material with ion exchange capacity, the problem of ammonium release can be solved. The ammonium was not detected in the batch test, even when other competitive ions such as calcium and potassium existed.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제15권6호
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• pp.17-28
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• 2010

As a preliminary survey to improve efficiency of well-based permeable reactive barrier system for groundwater remediation, this site-scale study was carried to identify the flowpaths and controlling factors of plume at a remediation site in Suwon City, Korea. A total of 22 monitoring wells were installed as a grid system in the $4m{\times}4m$ square area by 1-m interval. For the groundwater characterization, various tests were performed including water-level monitoring, water sampling & analysis, pumping and slug tests, and tracer tests. The aquifer appeared to be unconfined with hydraulic conductivities (K) ranging from $2.6{\times}10^{-4}cm/s$ to $9.5{\times}10^{-3}cm/s$. The average linear velocity of groundwater was estimated to be $2.94{\times}10^{-6}m/s$, and the longitudinal dispersivity of a conservative tracer to be $5.94{\times}10^{-7}m^2/s$. Groundwater plume moves preferentially through the high-K zones, and the relatively high ion concentrations along the low-K zones implying deterred groundwater flow. Consequently, the spatial variation of hydraulic conductivity caused by aquifer heterogeneity and anisotropy appears to be the most important factor to maximize the effect of plume treatment system for application of in-situ groundwater remediation techniques.

• 상하수도학회지
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• 제21권1호
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• pp.139-147
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• 2007

For environmental remediation of a contaminated groundwater plume, the use of zero-valent metal represents one of the latest innovative technologies. In this study, the effects of denitrification by zero-valent iron adsorbed in mesoporous silicas have been studied for groundwater contaminant degradation. The mesoporous silica was functionalized with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTS) ligands and the zero-valent iron precipitated in the mesopore of granular silica was made by $FeCl_2$ and $NaBH_4$. Hydrogen was exchanged with $Fe^{2+}$ ions in the granular silicas. And then the ions were reduced by sodium borohydride in the mesoporous silicas. The surface area of the silica determined via the BET method ranged from 858 to $1275m^2/g$. The reductive reaction of nitrate-nitrogen indicated that the degradation of nitrate-nitrogen appeared to be pseudo first-order with the observed reaction rate constant kobs ($0.1619h^{-1}$) and to be directly proportional to the specific surface area. Therefore, the mesoporous silica with nano zero-valent iron proposed as a novel treatment strategy for contaminated groundwater was successfully implemented herein for the removal of nitrate-nitrogen.

• 한국환경과학회지
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• 제31권1호
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• pp.77-85
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• 2022

Environmental contamination by organic compounds are not only restricted to water, but extends to soil and groundwater as well. However, highly oxidized compounds, such as halogenated organics and nitro-compounds, can be detoxified employing reducing methods. Permeable reactive barrier is one of the representative technologies where zero-valent metals (ZVMs) are employed for groundwater remediation. However, organics contaminates often contaminate the unsaturated zone above the groundwater. Despite the availability of technologies like soil vapor extraction and bioremediation, removing organic compounds from this zone represents several challenges. In this study, the reduction of nitrobenzene to aniline was achieved using zero-valent iron (ZVI) under unsaturated conditions. Results indicated that the water content was an important variable in this reaction. Under dry conditions (water content = 0.2%), the reduction reaction was inhibited; however, when the water content was between 10% and 25% (saturated condition), ZVI can reduce nitrobenzene. Palladized iron (Pd/Fe) can be used to reduce nitrobenzene when the water content is between 2.5% and 10%. The reaction was evaluated over a wide range of temperatures (10 - 40 ℃), and the results indicated that increasing the temperature resulted in increased reaction rates under unsaturated conditions.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.41-48
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• 2007

영가철은 trichloroethylene(TCE)과 같은 염소계 유기오염물질 제거에 탁월한 효과를 가지고 있어서, 반응벽체를 이용한 오염된 토양 및 지하수의 현장처리에 반응매질로 자주 사용되고 있다. 하지만 영가철의 빠른 반응성으로 인하여 반응벽체의 수명이 다하고, 탈염소화 과정 중 생성된 산화철이 영가철 표면에 침적 되어 반응표면적을 줄임으로써 반응성이 떨어지게 된다. 이러한 영가철 반응벽체의 단점을 보완하기 위한 방법이 연구되어 왔고, 그 중 철환원균을 이용한 연구가 본 연구에서 시도되었다. 실험에 사용한 Shewanella algae BrY는 철환원균의 일종으로서 Dissimilatory Iron Reducing Bacteria(DIRB)로 분류된다. 본 연구에서는 이전의 배치실험 연구결과를 바탕으로 칼럼실험을 통해 TCE의 농도를 30mg/L과 67.5mg/L의 두 가지로 비교하고, 유량을 8mL/hr, 16mL/hr의 두 가지로 비교하여 세 개의 칼럼 실험을 실시하여 영가철 반응벽체의 TCE의 제거 및 산화된 철의 철환원균을 이용한 환원과정을 칼럼실험을 통해 측정했다. 그 결과 철환원균에 의한 산화철의 환원은 오염물질의 농도가 높을 경우 처리량의 증가로 인하여 반응벽체의 수명을 단축시키는 원인이 되었고, 유량의 증가 역시 유입되는 오염물질의 증가로 인하여 수명의 단축을 가져왔다. 그러나 유량증가의 경우 유속의 증가를 가져와서 Shewanella algae BrY가 매질표면에 작용하여 산화철을 환원시킬 수 있는 시간을 감소시키고 착상되는 것을 방해하기 때문에 오염물질의 농도보다 큰 영향을 미치는 결과를 보여준다. 칼럼실험결과 Shewanella algae BrY에 의한 산화철의 환원은 TCE의 탈염소화 후 생성된 산화철의 침적에 의하여 발생되는 반응벽체의 수명감소를 줄일 수 있다는 결과를 얻었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제11권2호
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• pp.38-44
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• 2006

본 연구에서는 독립영양 황탈질반응을 이용한 질산성 질소 처리 반응 벽체의 탈질능과 미생물학적 안정성을 확인하기 위하여 황/석회석과 독립영양 황탈질 미생물을 이용한 칼럼 반응기를 상향식으로 500일간 운전하여 시간과 깊이에 따른 질산성 질소의 제거 효율을 분석하였으며, 반응기 내부의 미생물 군집 변화를 16S rDNA-cloning 염기서열 분석법 및 DGGE 기법으로 분석하였다. 실험 결과, 미생물의 대사 활동에 따라 칼럼 깊이 별로 질산성 질소 제거율 및 미생물 군집 분포의 큰 차이가 나타났다. 칼럼 반응기의 질산성 질소 제거율은 99%에 달하였으며, 특히 칼럼 아래쪽에서 질산성 질소 제거율이 매우 높게 나타났다. 시간에 따른 제거율은 칼럼 운전 100일 후부터 큰 차이를 나타내지 않았다. 초기 접종원에서는 독립영양 황탈질 미생물인 OTU DE-1, Thiobacillus denitrificans의 비율이 15%에 불과하였으며 반응기 운전 초기에는 접종원 및 100일 운전 후 반응기의 윗부분에서 종속영양 탈질 미생물인 OTU DE-2, Cenibacterium arsenioxidans와 DE-3, Geothrix fermentans가 78%와 90%로 높은 비율을 차지하여 종속영양탈질 미생물들이 우점종을 차지하였다. 그러나 OTU DE-1은 100일 후에 칼럼 아래쪽에서 94%의 비율을 차지하여 우점종이 되었으며, 500일 운전 후 분석한 결과 칼럼 전체에서 86%를 차지하여 독립영양 황탈질 미생물이 안정적으로 적응하였음을 알 수 있었다.