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Remediation of aquifer contaminated with dense non-aqueous phase liquids (DNAPLs) using emulsion = 에멀전을 이용한 비수용성 고밀도 오염원으로 오염된 대수층의 정화
서명 / 저자 Remediation of aquifer contaminated with dense non-aqueous phase liquids (DNAPLs) using emulsion = 에멀전을 이용한 비수용성 고밀도 오염원으로 오염된 대수층의 정화 / Tae-Soon Kwon.
저자명 Kwon, Tae-Soon ; 권태순
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2006].
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Recently, contamination of aquifer by chlorinated solvents has gained increased interest. The most effective in-situ remediation technology, surfactant-enhanced aquifer remediation (SEAR), caused the secondary contamination of pristine aquifer by free dense phase and sorption of surfactants. For successful remediation, more studies on SEAR or other alternatives are necessary. This dissertation focused on the removal characteristics of chlorinated solvents such as trichloroethylene (TCE), perchloroethylene (PCE) and 1,2-dichlorobenzene (DCB) by emulsion as an alternative method to SEAR. Mechanical homogenization was conducted for emulsification and the effects of parameters on the properties of emulsion were observed. More than 99 % of emulsion particles were distributed between 1 and 10 μm in diameter. In the solubilization of chlorinated solvents, 2 % (v/v) silicone emulsion could solubilize 90.7 % of 10,000 ppm TCE, 97.3 % of 4,000 ppm PCE and 99.7 % of 7,800 ppm DCB. With use of non-ionic surfactants below their critical micelle concentration (CMC), the surfactant of large hydrophile-lipophile balance (HLB) number dispersed oil sufficiently. However, the enhanced emulsion properties by addition of surfactants did not lead to the increase in the solubilization efficiency because of increased hydrophilicity of emulsion surface. Flushing with 2 % (v/v) silicone emulsion was employed to study the feasibility for contaminant removal. The aqueous solubility and organic carbon partition coefficient of contaminant were the important factors influencing emulsion performance. The use of surfactant, Brij 35, accelerated the initial solubilization of TCE, however enhancements in other removal performance were not observed. In flushing with real soils, the inhibition on TCE solubilization depended on the organic, silt and clay content. As organic, silt and clay content increased, the initial lag phase in dissolution of TCE increased. In three dimensional flushing, the downward migration of emulsion containing dense TCE was not observed. For economic feasibility, air stripping was conducted to reuse waste emulsion. More than 95 % of TCE, PCE and DCB were well removed from emulsion within 100 min. TCE, having high aqueous solubility, Henry’s constant, vapor pressure and low solubility on PDMS, was most well treated by air stripping.

최근 국내외적으로 대수층 오염의 심각성이 크게 부각되고 있다. 대표적인 오염물로 석유계 유기화합물을 들 수 있으며 이들 중 특히 염소게 유기용제는 낮은 용해도 및 높은 밀도로 인해 오염 발생시에 처리하기 어려운 관계로 많은 연구가 진척되어 왔다. 염소게 유기용제로 오염된 대수층을 복원하는 대표적인 방법인 계면활성제를 이용한 복원 (surfactant-enhanced aquifer remediation)의 경우 기존의 “pump and treat”에 비해 빠른 속도로 효율적으로 염소게 유기용제를 제거할 수 있다. 그러나 물보다 무거운 오염물의 특성으로 인해 복원 공정 중에 물보다 무거운 이동상의 발생과 이의 하부침강으로 인해 오염이 확산되는 문제점이 있다. 또한 계면활성제의 지중 흡착으로 계면활성제의 회수율이 낮아져 공정 경제성이 낮아졌으며, 여기에 계면활성제 흡착에 의한 2차 오염을 줄이기 위해 생분해성 계면활성제를 사용함으로 경제성이 더욱 낮아지는 문제점을 보이고 있다. 이를 해결하기 위한 연구가 시급히 요구되나 원위치 대수층 복원에서 계면활성제를 대체할 수 있는 대안은 불투명한 상황이다. 이에 본 연구에서는 생적합한 실리콘 오일 에멀전을 이용한 공정을 연구 개발하고자 하였다. 실리콘 오일의 소수성을 이용하여 염소계 유기용제의 효과적인 처리가 가능할 뿐 아니라 물보다 가벼운 밀도로 인해 에멀전으로 만들 경우 그 부력으로 오염물의 하부 이동을 최소화할 수 있을 것으로 판단된다. 여기에 생적합한 실리콘 오일을 사용하여 토양에의 흡착 발생 시 2차 오염을 방지할 수 있을 것으로 사료된다. 이를 위해 먼저 고속 교반기를 이용하여 에멀전을 형성하고 그 입자 특성을 살펴보았다. 그 결과 교반속도가 에멀전의 입자특성에 영향을 끼치는 핵심인자임을 확인할 수 있었으며 분산된 입자들의 99% 이상이 1과 10 μm 사이에 분포하였다. 그러나 실제 분산되어 존재하는 오일량의 분석에서 초기 주입 오일의 10-20% 가량만이 분산되어 존재하는 것으로 나타나 이를 보완하기 위하여 계면활성제를 CMC (critical micelle concentration) 이하의 농도로 주입하였으며 그 결과 분산되어 존재하는 오일의 양을 2-3배 이상 증가시키는 것이 가능하였다. 비이온성 계면활성제 간의 비교에서는 HLB (hydrophile-lipophile balance)가 높을수록 에멀전 표면을 보다 친수적으로 만들어 안정화 효과가 뛰어난 것으로 나타났으나 Brij 56 (12.9)과 Brij 35 (16.9)는 큰 차이를 보이지 않았다. 에멀전을 이용한 염소계 유기용제의 용해에서는 TCE (trichloroethylene), PCE (perchloroethylene), DCB (1,2-dichlorobenzene) 모두 효과적으로 용해되었으며, 2 % (v/v) 실리콘 에멀전에 10,000 ppm TCE의 90.7 %, 4,000 ppm PCE의 97.3 % 그리고 7,800 ppm DCB의 99.7 % 가 용해되었다. 앞서 계면활성제의 사용으로 에멀전의 분산도 및 안정성이 향상되었으나 오염물의 처리에서는 용해도 증가가 나타나지 않았다 이는 계면활성제로 인해 증가된 에멀전 표면의 친수성으로 인해 소수적인 오염물과 에멀전 간의 접촉이 저해되었기 때문으로 사료된다. 마지막으로 오염된 대수층에의 적용성을 확보를 위한 실험을 수행하였다. 1D 컬럼을 이용한 TCE, PCE 및 DCB의 제거 실험에서 단시간에 효과적으로 오염물질을 처리할 수 있었으며, 오염된 토양의 flushing에서 오염물의 물에의 용해도와 유기물에의 흡착정도가 처리효율에 큰 영향을 끼침을 확인할 수 있었다. 실제 토양을 이용한 1D 컬럼 실험에서는 유기물 및 미세한 토양성분(silt, clay)의 함량에 따라 에멀전과 오염물 사이의 물질전달이 영향 받는 것으로 나타났으며 3D flushing 실험을 통해 오염물을 함유한 에멀전이 토양 내에서 하부로의 침강 없이 이동함을 알 수 있었다. 그리고 공정경제성을 위한 에멀전의 재사용에서 air stripping을 통해 염소계 유기오염물이 단시간에 효과적으로 폐용액으로부터 제거됨이 관찰되었다.

서지기타정보

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청구기호 {DCBE 06015
형태사항 x, 78 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 권태순
지도교수의 영문표기 : Ji-Won Yang
지도교수의 한글표기 : 양지원
수록잡지명 : "The solubilization charateristics of DNAPLs by oil-based emulsion". Separation science and technology, 40(1-3), 685-698(2005)
수록잡지명 : "Silicone emulsion-enhanced recovery of chlorinated solvents: Batch and column studies". Journal of hazardous materials, In press, (2006)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 Includes references
주제 DNAPL
aquifer
remediation
emulsion
에멀전
대수층
복원
비수용성 고밀도 오염원
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