바이오매스 및 개질방법에 따른 바이오차의 중금속 제거효율 및 수계 영향 = Heavy metal removal efficiency of biochar and its effect on water system depending on biomass and modification method

국문 초록 (Abstract)

바이오차(Biochar, BC)는 유기성 폐자원의 열분해를 통해 생성되는 고탄소, 다공성 물질로 토양 및 수계 내에 존재하는 중금속, 유기 오염물질의 제거 효율이 높은 것으로 평가되고 있다. 최근에는, BC의 오염물질 제거 효율을 제고하고자 다양한 바이오매스 및 개질방법을 선택적으로 적용하고 있으며, 개질방법에는 대표적으로 산, 알카리용액 등을 활용한 화학적 방법과 BC 표면에 망간, 철 등을 도포하는 방법 등이 있다. 하지만, 최근까지의 많은 연구에도 불구하고, BC 특성에 따라 어떤 개질방법이 중금속 등의 제거효율 향상에 효율적이며, 바이오매스 및 개질방법에 따라 환경에 미치는 영향이 어떻게 달라지는지에 대한 비교평가가 부족하였다. 따라서, 본 연구에서는 왕겨 및 목재로부터 생성된 바이오차에 대한 다양한 개질방법을 통한 중금속 제거효율 변화를 제시하고, 각 바이오차로부터 용출되는 유기오염물질의 발생량 및 소독부산물 생성능(DBPFP)을 비교평가하여 BC 특성 및 제거물질에 따른 적정 개질방법을 제시하고자 하였다. 실험에는 왕겨바이오차(RBC)와 목재바이오차(WBC)를 사용하였으며 총 5가지 개질방법(산, 염기, 과산화수소, 망간, 철 개질)에 따라 BC를 개질하였다. 각 BC의 중금속 제거효율은 Cd, Cu, Pb, Zn를 대상으로 조사하였으며 수중에서의 DOC 발생량과 DBP 생성능을 평가하였다. 우선, 개질된 BC의 물리화학적 특성의 확인하기 위하여 BET, SEM 등의 분석을 실시하였으며, 개질 전 RBC의 표면적은 WBC에 비해 50배 큰 것으로 나타났다. RBC의 경우 alkaline 처리를 하였을 때, 25.7㎡ㆍg^-1에서 89.1 ㎡ㆍg^-1로 가장 크게 증가하였다. WBC의 경우 Mn으로 개질하였을 때, 0.3에서 9.3 ㎡ㆍg^-1로 가장 큰 증가를 보였다. RBC에서는 중금속의 농도가 저농도일수록 높은 흡착률을 보였으며, Mn 개질 후 Pb 50ppm을 흡착하였을 때, 99%의 제거율을 보였다. WBC의 경우, Mn 개질이 5가지 개질 방법 중 가장 중금속 제거효율이 높았으며, alkaline 처리도 Cd과 Cu, Pb 20ppm을 80% 이상 제거하는 것으로 나타났다. WBC는 개질 후 THMs의 생성능이 감소하였으나, RBC에서는 산 활성화 후 HAAs 생성능이 더욱 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 각 BC에 대한 중금속 제거효율과 수계 영향에 대한 비교평가를 통해 중금속 제거에 효율적인 바이오매스 및 개질방법에 대한 기초자료를 제시하였다.