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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10006678&local_id=10013285
TCE로 오염된 지하수의 과망간산칼륨(KMnO4)을 이용한 정화기법의 적용성 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( TCE로 오염된 지하수의 과망간산칼륨(KMnO4)을 이용한 정화기법의 적용성 연구 | 2005 Year | 우남칠(연세대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
사업별 신청요강보기
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number C00044
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2006년 12월 26일
Year type 결과보고
Year(final report) 2006년
Research Summary
  • Korean
  • KMnO4를 이용한 산화기작을 통해 TCE로 오염된 지하수를 정화하는 기술의 핵심은 산화반응의 부산물로 생성되는 망간산화물의 침전을 제어하여 오염물질과 KMnO4와의 반응이 지속적으로 유지되도록 하는 것으로, 현재까지 이 기술이 현장에 적용되는데 한계로 제시되어온 부분이다. 이러한 한계점을 극복하는 방안으로 미국 OSU 연구팀에서 반 수동성 (semi-passive), 장기처리(long-term treatment) 개념의 현장 화학적 산화기법(In-Situ Chemical Oxidation)을 제안하였으며, 이 기술의 현장적용성 확보를 위한 기반연구로서의 실내실험을 수행하였다. 이 연구는 선행연구자인 미국 오하이오 주립대학교(Ohio State University)의 Frank Schwartz 교수와 국제협력 관계를 통해 수행되었다.
    이 연구에서는 다음의 질문에 답하고자 하였다:
    ① TCE와 MnO4의 반응농도를 실제적인 지하수 오염도를 고려하여 낮추었을 때에도 이전 연구(Yan and Schwartz, 1999)에서 보이는 MnO4 에 의한 TCE 산화제거 효율이 산출되는가
    ② 저농도의 MnO4 용액을 이용한 TCE 제거반응에서 MnO2 침전물의 발생이 문제가 되는가 그렇다면...
    ③ MnO2를 불포화상태로 유지하기 위해 어떠한 첨가제가 적용가능한가
    ④ 자연적 지하수 환경에서 MnO4에 의한 TCE 산화효율성을 저하시키는 자연유기물(Natural Organic Matters: NOM)의 영향은 얼마나 되는가

    연구결과는 다음과 같다:
    (1) MnO4를 이용해 오염된 지하수에서 TCE를 산화제거하는 정화기법에서는, 주입하는 MnO4의 농도가 증가할수록 동일 시간에 제거되는 TCE의 양도 증가한다.
    (2) TCE 농도가 저농도인 경우에도, TCE : MnO4 의 반응 몰농도의 비가 1 : 2 를 유지하도록 MnO4를 주입한다면, 적어도 반응 후 6시간 이후에는 TCE의 제거율이 90% 이상을 나타내어, 현장에서 적용가능한 오염물질 제거효율을 보인다.
    (3) 저농도의 TCE와 MnO4의 반응에서는 MnO2의 침전물이 거의 생성되지 않을 수도 있다. 이러한 원인으로 MnO4-와 TCE 반응에서 생성되는 MnO4의 중간생성물이 용존상태의 환식복합체(cyclic complex)로서 hypomanganate ester 등으로 존재하는 것으로 나타난다.
    (4) NOM의 존재는 용액 중의 MnO4의 소모량을 증가시키고, 이는 결과적으로 TCE의 제거효율을 감소시킨다. 따라서 지하수환경의 다양성과 지질매체의 성인적 다양성을 고려할 때, 보다 다양한 NOM 표준물질을 사용한 실험연구가 필요하다.
  • English
  • Laboratory experiments were carried to guarantee the applicability of In Situ Chemical Oxidation(ISCO) of TCE contaminated groundwater using potassium permanganate.
    Results show that the amount of TCE removed is proportionally increased with the initial concentration of MnO4. Even in low level of TCE, its removal rate becomes greater than 90% at least after six hours of reaction, as far as the mole concentration ratio of TCE to MnO4 maintains 1 : 2. In addition, in reactions of TCE and MnO4 in low concentrations, most MnO4 remains in solution, probably in the form of MnO4 cyclic complex, such as hypopermanganate ester. Therefore, the results indicate the ISCO process shows the TCE removal rate applicable in practice.
    Natural Organic Matters(NOM) in the groundwater also consume MnO4 injected into the groundwater, and subsequently reduce the TCE removal rate by the ISCO.
Research result report
  • Abstract
  • KMnO4를 이용해 현장 화학적 산화기법(ISCO)으로 오염된 지하수 중의 TCE 정화기술의 적용성을 확보하기 위한 기반연구로서의 실내실험을 수행하였다.
    연구결과, 오염된 지하수에서 TCE를 산화제거하는 정화기법에서는, 주입하는 MnO4의 농도가 증가할수록 동일 시간에 제거되는 TCE의 양도 증가한다. 또한, 저농도의 TCE와 MnO4의 반응에서는 MnO2의 침전물이 거의 생성되지 않을 수도 있다. 침전되지 않은 MnO4의 중간생성물은 용존상태의 환식복합체로 hypomanganate ester 등으로 존재하는 것으로 나타난다. TCE 농도가 저농도인 경우에도, TCE : MnO4의 반응 몰농도의 비가 1 : 2 를 유지하도록 MnO4를 주입한다면, 적어도 반응 후 6시간 이후에는 TCE의 제거율이 90% 이상을 나타내어, 현장에서 적용가능한 오염물질 제거효율을 보인다.
    IHSS의 표준물질인 2S101F (Suwanee River Humic acid Standard II)를 이용한 지질매체 내의 자연유기물(NOM)의 영향분석 결과, NOM의 존재는 MnO4의 소모량을 증가시키고, 결과적으로 TCE의 제거효율을 감소시킨다.
  • Research result and Utilization method
  • 이 연구에서는 반 수동성, 장기처리 개념의 현장 화학적 산화기법(In-Situ Chemical Oxidation)의 적용성을 확보하기 위한 실내실험을 수행하였다. 따라서 이 연구의 결과는 다음과 같이 활용될 수 있다:
    (1) 오염된 지하수 중에 존재하는 용존 TCE 함량을 정확히 평가한 후, TCE와 MnO4 반응 몰 비에 적합한 MnO4 양을 주입한다면, MnO2의 침전을 최소화하면서도 수중의 TCE를 제거할 수 있음을 보여주는 실험적 근거를 확보했다.
    (2) 지하수에 용존된 10 mg/L 정도의 TCE에 대해서는, TCE : MnO4의 몰 비가 1 : 2 를 유지하도록 MnO4를 주입한다면, 적어도 반응 후 6시간 이후에는 TCE의 제거율이 90% 이상을 나타내어, 현장에서 적용가능한 오염물질 제거효율을 보인다. 지하수의 일반적인 유동 속도와 오염물질과 MnO4 반응물질 (slow- release permanganate: SRP)의 특성을 고려할 때, 이 정도의 반응속도라면 오염된 현장에서 SRP를 TCE 정화매체로 사용하기에 충분한 타당성이 있음을 보여준다고 판단된다.
    (3) 지하수 중에 TCE와 자연유기물(NOM)이 동시에 존재하는 경우에는, MnO4의 산화반응이 TCE와 먼저 발생하지만 반응이 지속되면서 NOM 역시 MnO4를 소모시켜서 장기적으로는 TCE 제거효율을 낮추는 역할을 하게 된다. 따라서 현장산화기법의 적용 시에는 TCE로 오염된 부지 지하수 중의 자연유기물의 함량을 정확히 평가한 후, NOM과 TCE를 모두 산화시킬 수 있는 적정량의 MnO4를 제공해야 한다.
  • Index terms
  • 현장산화기법(ISCO), KMnO4, TCE, 제거효율, 자연유기물(NOM)
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