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현장 미생물을 이용한 생물학적 복합토양정화공정에 관한 연구
차민환(Cha Minwhan),이한욱(Lee Hanuk),박재우(Park Jaewoo) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.5
본 연구는 생물학적 지상처리 토양정화공정을 기본으로 생물반응기, 롤형 접촉산화장치(rolled pipe type of contact oxidation system, RPS), 화학처리장치의 처리과정을 통해 유류, 중금속, 영양염류로 오염된 토양 및 지하수를 동시에 정화ㆍ복원할 수 있는 생물학적 복합토양정화공정을 개발·검증하고자 실시하였다. 실험을 통해 현장 토양 중에 있는 토양정화효율이 우수한 5종의 미생물을 분리ㆍ선발하였고, 토양으로부터 유류를 효과적으로 분리하기 위한 계면활성제로는 Anion과 Nonion계 복합제가 가장 우수한 것으로 확인되었는데, 오염된 토양에 계면활성제를 처리한 후 선발된 미생물을 혼합해 적용하는 것이 가장 효율적인 것으로 나타났다. 토양정화조를 이용해 석유계총탄화수소(Total Petroleum hydrocarbon, TPH)로 오염된 토양을 처리한 결과, 5,000㎎/L 내외의 저농도 오염시 28일간 90.0%, 10,000㎎/L 이상의 고농도 오염시 81일간 90.7%의 처리효율을 나타냈으며, 토양정화조에서 배출된 침출수를 생물반응기로 1차 처리하고 롤형 접촉산화장치로 2차 처리한 결과, BOD 90.6%, CODMn 73.0%, SS 91.9%, T-N 73.8%, T-P 65.7%의 평균 처리효율을 얻을 수 있었다. 이후 응집제를 통한 화학처리장치를 적용하여 중금속을 99.0% 이상 제거하였다. The research is intended to develop and verify a biological complex soil treatment process to treat and restore soil and groundwater which is contaminated with oil, heavy metals, and nutrients through experiments with the series of treatment process such as bioreactor, rolled pipe type of contact oxidation system(RPS), and chemical processing system. 5 microbial strains were separated and selected through experiment, whose soil purification efficiency was excellent, and it was noted that anion- and nonion-series of complex agent was most excellent as a surfactant for effectively separating oils from soils. Method to mix and apply selected microbes after treating the surfactant in the contaminated soil was most effective. The removal efficiencies of total petroleum hydrocarbon (TPH)-contaminated soil about 5,000㎎/L and above 10,000㎎/L were approximatly 90.0% for 28 days and 90.7% for 81 days by soil remediation system and the average removal efficiencies of BOD, CODMn, SS, T-N, and T-P in leachate were 90.6, 73.0, 91.9, 73.8, 65.7% by the bioreactor and RPS. The removal efficiency was above 99.0% by chemical processing system into cohesive agents.
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반응표면분석법을 이용한 석탄회에서의 Cd 흡착특성에 관한 연구
안상우(An Sangwoo),최재영(Choi Jaeyoung),차민환(Cha Minwhan),박재우(Park Jaewoo) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.1
본 연구는 석탄회의 카드뮴에 대한 흡착특성을 조사하기 위하여 회분식 실험과 반응표면분석을 실시하였다. Langmuir model과 Chapman-Richards model로 산정된 석탄회의 카드뮴의 최대 제거량은 12.95㎎/g와 12.99㎎/g로 조사되었다. 또한 초기 pH 4에서 9까지의 카드뮴의 제거특성은 초기 pH에 따라 서로 다른 양상을 나타내었으며, pH가 증가 할수록 카드뮴의 제거량은 흡착과 침전에 의한 영향으로 증가하는 것으로 나타났다. 또한, pH에서 카드뮴의 제거량의 감소에 대한 결과는 H?이온의 증가에 따른 카드뮴이온과의 경쟁적 반응에 의한 것으로 사료된다. 반응표면분석법 중 Box-Behnken법을 이용하여 초기 카드뮴 농도(X₁), 초기 pH(X₂), 그리고 초기 석탄회의 주입량(X₃)을 독립변수로 선정하였으며, 종속변수인 석탄회의 카드뮴의 흡착특성을 수학적 모델로 도출하였다. 경험적 모델인 반응표면분석법을 이용하여 실험적 요인과 반응변수에 대한 관계를 도출하도록 반응모델식을 개발하였다. 통계학적 분석결과, 1차 선형효과(주효과)에서 초기 카드뮴 농도, 초기 pH, 초기 석탄회의 주입량과, 2차 비선형 효과(교호작용, 상호효과)에 대하여 유의한 것으로 조사되었다. 도출된 반응모델은 수정 결정계수가 0.928으로 1에 근사한 값을 갖는 것으로 나타났으며, 도출된 반응모델은 카드뮴 제거율에 매우 근접하게 결과를 도출할 수 있었다. 또한, 통계학적 분석결과 카드뮴 제거에 미치는 영향은 초기 pH> 초기 카드뮴 농도> 초기 석탄회의 주입량 순으로 나타났다. The batch experiments and response surface methodology (RSM) have been applied to the investigation of the cadmium (Cd) adsorption by coal fly ash (CFA). CFA having maximum Cd removal mass of 8.51 ㎎/g were calculated from Langmuir model. Cd removal reaction with different initial pH ranged from 4 to 9. When the initial pH was higher, Cd was removed more by adsorption and precipitation. These results suggest that the lower pH cause an increase of H? ion concentration which competed with Cd ions for exchange sites in CFA. Also, The Cd adsorption was mathematically described as a function of parameters initial Cd concentration (X₁), initial pH (X₂), and initial CFA mass (X₃) being modeled by use of the Box-Behnken methods. Empirical models were developed to describe relationship between the experimental variables and response. Statistical analysis indicates that tree factors (X₁, X₂, and X₃) on the linear term (main effects), and tree factors (X₁X₂, X₁X₃, and X₂X₃) on the non-linear term (Interaction effect; cross-product) had significant effects, respectively. In this case, the value of the adjusted determination coefficient (adjusted R²=0.9280) was closed to 1, showing a high significance of the model. Statistical results showed the order of Cd removal at experimental factors to be initial initial pH > initial Cd concentration > initial CFA mass.
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