오염된 퇴적토 처리를 위한 과황산 산화공정 타당성 평가 = Feasiblity study of perdioxysulfate oxidation process for contaminated sediments

국문 초록 (Abstract)

용존 2가철을 이용한 과황산 활성화를 통해 생성된 황산 라디칼을 이용한 오염물질 처리는 높은 안정성과 신속한 처리가 가능하며 비선택적 반응 특성으로 인하여 많은 유기물질을 산화시킬 수 있는 장점으로 인하여 크게 이용되어왔다. 용존 2가철의 경우 높은 pH에서 용존 상태를 유지하기 어려워 과황산 활성화에 어려움이 따른다. 이를 해결하기 위해 킬레이트를 이용하여 2가철을 용존 상태로 유지시켜 황산 라디칼 생성에 이용가능하게 만들어 오염물질을 제거할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 액상 내 페놀을 과황산과 2가철을 이용해 제거 효율을 평가하고, 2가철과 킬레이트의 최적 비율을 선정하여, 실제 퇴적토를 적용시켜 과황산 산화공정의 타당성을 평가하고자 하였다.
오염물질로 페놀을 선정하였으며, 실제 퇴적토는 포항 형산강의 퇴적토를 사용하였다. 각 실험은 액상 내 100 mg/L (1.06 mM)의 페놀을 기준으로 과황산/2가철 최적 비율을 결정하고 유기,무기 킬레이트인 구연산과 싸이오황산염을 이용하여 최적 킬레이트 및 비율을 산정하여 실제 퇴적토 조건에서 해당 킬레이트 및 비율을 이용하여 반응조를 구성하여 수행하였다.
과황산/2가철을 이용한 페놀 처리 효율을 평가한 결과, 2가철의 농도가 과황산의 농도를 초과였을 경우 제거 효율이 크게 떨어졌고, 1:1에서 가장 높은 제거 효율을 보였으나 2:1과 동일하게 오염 물질을 거의 제거하기 어려운 것을 확인하였고, 경제성과 잔류 과황산의 농도를 고려하여 2:1 비율로 산정하였다. 과황산/2가철 최적 비율을 기준으로 구연산과 티오황산염에서 4시간 후 최종 제거 효율을 비교하여 최적 킬레이트로 구연산을 선정하고, 구연산를 이용하여 2가철/구연산 비율을 4:1-1:4의 범위 내에서 액상 내 페놀 제거 실험을 수행한 결과, 1:1과 2:1 에서 2시간이내에 99% 제거를 확인하였다. 이전의 실험 결과를 바탕으로 2가철/구연산 최적 비율을 이용하여 고액비 1/5의 슬러리에서 페놀 제거 실험을 수행한 결과, 구연산을 사용하지 않는 경우 1시간이내 페놀이 99% 제거되는 것을 확인하였으나, 구연산을 사용한 조건에서 4시간 이내 페놀이 99% 제거를 확인하여 액상보다 제거 효율이 떨어지는 것으로 확인되었다. 이는 액상의 경우 킬레이트와 2가철의 결합으로 과황산과 반응하는 용존 2가철의 상태로 유지되어 황산 라디칼 생성에 용이할 것으로 판단되지만, 토양 슬러리의 경우 킬레이트가 토양 내 존재하는 유기물과 결합하면서 킬레이트와 2가철의 결합을 방해하여 용존 2가철 상태를 유지하기가 어렵고, 과황산의 비선택적 반응 특성으로 인해 결합된 토양 유기물과 반응하여 페놀과의 반응성이 떨어지는 것으로 추정된다. 따라서 퇴적토 내 존재하는 유기오염물질을 처리하기 위해 과황산과 2가철을 적합한 비율로 주입하여 오염물질을 빠르게 산화시켜 제거할 수 있을 것이라고 기대된다.