연구성과물검색
유형별/분류별 연구성과물 검색
HOME ICON HOME > Search by Achievements Type > Reports View

Reports Detailed Information

https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10007027&local_id=10019672
2가철로 개질된 시멘트 및 제강슬래그를 이용한 염소계 에틸렌의 환원성 탈염소화
Reports NRF is supported by Research Projects( 2가철로 개질된 시멘트 및 제강슬래그를 이용한 염소계 에틸렌의 환원성 탈염소화 | 2004 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 강완협(한양대학교) ) 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)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00033
Year(selected) 2004 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2007년 10월 30일
Year type 결과보고
Year(final report) 2007년
Research Summary
  • Korean
  • 분해성 고형화/안정화 (DS/S) 공정은 전통적인 시멘트를 기반으로 한 고형화/안정화 (S/S) 기술을 개량하여 오염물질의 물리화학적 제거능을 증가시킨 신개념 기술이다. 분해성 고형화/안정화 공정은 시멘트를 바인더로 사용하고, 2가철을 환원제로 사용하여 중금속과 염소계 유기오염물질을 동시에 처리할 수 있다. 본 연구에서는 2가철로 개질된 시멘트 및 제강슬래그 (Cement/steel slag/Fe(II) system)를 이용한 분해성 고형화/안정화 공정을 적용하여 염소계 에틸렌의 환원성 탈염소화의 성능을 평가하고자 하였다.
    첫째, 회분식 슬러리 반응조를 사용한 시멘트/Fe(II) 시스템에서 염소계 에틸렌 (PCE, TCE, 1,1-DCE, VC)의 반응성을 고찰하였다. 염소계 에틸렌의 제거 동력학은 유사 1차 반응 속도로서 시스템 내에서 제안된 공정이 이용될 수 있도록 빠른 속도로 제거되는 반응성을 나타내었다. 염소계 에틸렌은 대부분이 시스템 내에서 자연 환경에서 쉽게 정화 가능한 비염소계 유기화합물로 전환되었다.
    둘째, 새로운 반응매질인 슬래그를 사용한 슬래그/Fe(II) 시스템 내에서 TCE의 제거 동력학을 고찰하여, 슬래그의 환원성 탈염소화 반응매질로의 적용 가능성을 평가하였다. 그 결과, 제강슬래그와 2가철이 결합된 시스템 (Steel slag/Fe(II) system)이 염소계 유기오염물질을 효과적으로 처리할 수 있는 것으로 나타났다. 제강슬래그/Fe(II) 시스템은 특성 실험 결과, 시멘트/Fe(II) 시스템보다 분해능이 높고, 영가철에 상응하는 속도로 TCE를 제거할 수 있는 분해능을 보였다.
    마지막으로 바인더로서 시멘트와 제강슬래그를 혼합하여 사용한 2가철로 개질된 시멘트 및 제강슬래그 (Cement/steel slag/Fe(II) system)를 이용하여 TCE가 함유된 유해 액상폐기물의 분해성 고형화/안정화 공정의 성능을 평가하였다. 그 결과, 최적 2가철 주입량은 주입량 대비 반응속도 상수로서 결정되었다. 최적 시스템 내에서 액상폐기물에 함유되어 있는 고농도 11,600 ppm TCE는 40일 이내에 완전히 제거되었다. 이와 같은 결과를 볼 때, 시멘트와 제강슬래그를 중금속 고정화 바인더로 사용하고, 2가철을 유기오염물질 환원제로 사용한 시멘트/제강슬래그/Fe(II) 시스템은 TCE가 함유된 액상폐기물의 처리에 있어 매우 효과적인 것으로 판단된다.
  • English
  • Degradative solidification/stabilization (DS/S) is a new technology which enhances removal mechanisms of contaminants over the physicochemical immobilization mechanisms provided by conventional cement-based solidification/stabilization (S/S). DS/S can be applied to remove chlorinated hydrocarbons when ferrous iron (Fe(II)) is used as a reductant with binders such as cement and to immobilize heavy metals simultaneously. In this paper, a DS/S system using cement and steel slag amended with Fe(II) (Cement/steel slag/Fe(II)) was investigated to asses its effectiveness in dechlorinating chlorinated ethylenes.
    First, Reactivities of chlorinated ethylenes (tetrachloroethylene (PCE), trichloroethylene (TCE), 1,1-dichloroethylene (1,1-DCE), vinyl chloride (VC)) in cement/Fe(II) systems were characterized using batch slurry reactors. Reduction kinetics of the chlorinated ethylenes were sufficiently fast to be utilized for the proposed treatment scheme, and were described by a pseudo-first-order rate law. The chlorinated ethylenes were mostly converted to non-chlorinated compounds that could easily be attenuated in the environment.
    Second, kinetics of TCE degradation were conducted to assess the feasibility of using slag as a new reactive material for dechlorination reactions and to investigate dechlorination chemistry of the systems containing the slag and Fe(II). A combination of the steel converter slag and Fe(II) showed a potential to be developed as a reactive material to treat chlorinated organics. Further, kinetic studies with the steel converter slag/Fe(II) systems show that dechlorination capacity of the slag/Fe(II) system is comparable to that of zero-valent iron and is generally higher than cement/Fe(II) systems.
    Finally, a DS/S system using multiple binder system, cement and steel slag amended with Fe(II) (Cement/steel slag/Fe(II)) was investigated to assess its effectiveness in degrading TCE contained in hazardous liquid wastes. As a result, an optimum dose of Fe(II) was determined based on ratio of rate constants to Fe(II) doses. The optimized system could completely remove TCE in a liquid waste containing 11,600 ppm TCE within 40 d after the DS/S treatment. These results show that the cement/steel slag/Fe(II) system is effective in treating liquid wastes containing TCE by using cement/slag as an immobilizing agent and Fe(II) as a reductant.
Research result report
  • Abstract
  • 분해성 고형화/안정화 (DS/S) 공정은 전통적인 시멘트를 기반으로 한 고형화/안정화 (S/S) 기술을 개량하여 오염물질의 물리화학적 제거능을 증가시킨 신개념 기술이다. 분해성 고형화/안정화 공정은 시멘트를 바인더로 사용하고, 2가철을 환원제로 사용하여 중금속과 염소계 유기오염물질을 동시에 처리할 수 있다. 본 연구에서는 2가철로 개질된 시멘트 및 제강슬래그 (Cement/steel slag/Fe(II) system)를 이용한 분해성 고형화/안정화 공정을 적용하여 염소계 에틸렌의 환원성 탈염소화의 성능을 평가하고자 하였다.
    첫째, 회분식 슬러리 반응조를 사용한 시멘트/Fe(II) 시스템에서 염소계 에틸렌 (PCE, TCE, 1,1-DCE, VC)의 반응성을 고찰하였다. 염소계 에틸렌의 제거 동력학은 유사 1차 반응 속도로서 시스템 내에서 제안된 공정이 이용될 수 있도록 빠른 속도로 제거되는 반응성을 나타내었다. 염소계 에틸렌은 대부분이 시스템 내에서 자연 환경에서 쉽게 정화 가능한 비염소계 유기화합물로 전환되었다.
    둘째, 새로운 반응매질인 슬래그를 사용한 슬래그/Fe(II) 시스템 내에서 TCE의 제거 동력학을 고찰하여, 슬래그의 환원성 탈염소화 반응매질로의 적용 가능성을 평가하였다. 그 결과, 제강슬래그와 2가철이 결합된 시스템 (Steel slag/Fe(II) system)이 염소계 유기오염물질을 효과적으로 처리할 수 있는 것으로 나타났다. 제강슬래그/Fe(II) 시스템은 특성 실험 결과, 시멘트/Fe(II) 시스템보다 분해능이 높고, 영가철에 상응하는 속도로 TCE를 제거할 수 있는 분해능을 보였다.
    마지막으로 바인더로서 시멘트와 제강슬래그를 혼합하여 사용한 2가철로 개질된 시멘트 및 제강슬래그 (Cement/steel slag/Fe(II) system)를 이용하여 TCE가 함유된 유해 액상폐기물의 분해성 고형화/안정화 공정의 성능을 평가하였다. 그 결과, 최적 2가철 주입량은 주입량 대비 반응속도 상수로서 결정되었다. 최적 시스템 내에서 액상폐기물에 함유되어 있는 고농도 11,600 ppm TCE는 40일 이내에 완전히 제거되었다. 이와 같은 결과를 볼 때, 시멘트와 제강슬래그를 중금속 고정화 바인더로 사용하고, 2가철을 유기오염물질 환원제로 사용한 시멘트/제강슬래그/Fe(II) 시스템은 TCE가 함유된 액상폐기물의 처리에 있어 매우 효과적인 것으로 판단된다.
  • Research result and Utilization method
  • 시멘트/Fe(II) 시스템은 염소계 에틸렌을 영가철에 상응하는 1차 반응속도로서 주요 염소계 에틸렌 화합물인 TCE 뿐만 아니라 TCE 보다 독성이 강하고 난분해성 물질인 VC 및 DCE에 대해서도 TCE > 1,1-DCE > PCE > VC 순으로 효과적으로 분해시키고 있다. TCE 분해 부산물 분석결과, 주요 부산물로서 비염소계 화합물인 acetylene이 검출되어 reductive β-elimination의 반응 경로에서 분해시키는 것으로 나타났다. 염소계 에틸렌의 분해시 최적 pH는 12~13.5 부근이며, 이 부근에서 염소계 에틸렌을 분해시키는데 필요한 시스템 내의 유효성분인 Fe(II)이 포함된 mineral 및 Fe(II)-Fe(III) (hydr)oxides 성분을 효과적으로 생성시키는 것으로 보인다. Fe(III) 첨가에 의해 시스템의 반응성도 향상되어 Fe(III) 첨가는 Fe(II)-Fe(III) (hydr)oxides 성분의 생성을 촉진시키는 것으로 나타났다.
    저가의 새로운 반응매질을 개발하고자 제강슬래그, 고로슬래그, Fe(II)의 조합으로 이루어진 선별실험 결과, Fe(II)로 개질된 제강슬래그(제강슬래그/Fe(II))가 TCE를 효과적으로 분해시키고 있어 염소계 유기화합물의 반응매질로 선별되었다. 다양한 형태의 Fe(II) 개질에 의한 제강슬래그의 TCE의 제거 동력학 고찰시 제강슬래그/Fe(II) 시스템은 시멘트/Fe(II) 시스템보다도 반응성이 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 또한 시멘트/Fe(II) 시스템이 pH 12~13.5 부근에서만 반응성이 뛰어난 것과는 달리 제강슬래그/Fe(II) 시스템은 알칼리성 영역뿐만 아니라 중성 pH 부근에서도 효과적인 분해능을 보이는 것으로 나타났다. TCE 분해 부산물 분석결과, 부산물로서 염소계 화합물은 검출되지 않고 acetylene, ethylene, ethane 등 비염소계 화합물로서 94% 이상이 회수되어 염소계 유기화합물은 제강슬래그/Fe(II) 시스템 내에서 환원성 무해화된다고 판단된다.
    시멘트/Fe(II) 시스템 또는 제강슬래그/Fe(II) 시스템의 반응성 향상을 위하여 시멘트와 제강슬래그 및 Fe(II)을 혼합한 반응매질의 성능을 평가한 결과, 시멘트/슬래그/Fe(II) 시스템은 시멘트/Fe(II)과 제강슬래그/Fe(II)과 같은 단일 바인더 시스템에서 보다 TCE의 제거에 있어 더 효과적인 것으로 나타났다. 시멘트/슬래그/Fe(II) 시스템의 Fe(II) 주입 농도에 따른 특성 실험결과, TCE 농도대비 약 1당량의 Fe(II)을 주입하여 고농도 TCE 11600 ppm을 30일 이내에 95% 이상 분해시킬 수 있었다. 시멘트와 제강슬래그 비를 1:9에서 9:1로 5가지 비율로서 달리하여 시스템의 성능을 비교한 결과, 5가지 비율 모두 반응상수(k) 값이 0.6~1.0 day-1의 범위로 나타나 큰 차이를 보이지 않았으며, 반응 시작 후 5일 이내에 90% 이상의 농도 감소를 보였다. 이러한 결과는 염소계 에틸렌의 처리시 산업부산물인 제강슬래그가 시멘트 바인더를 대체하여 고효율 저비용의 DS/S 공정을 실현가능한 물질로 사용 가능함을 보여 주는 것이다. 시멘트/슬래그/Fe(II) 매질의 고화체 강도 분석 결과, 제강슬래그를 시멘트 대체재로서 약 70%까지 대체하여도 TCE 분해시 반응성이 우수하였을 뿐만 아니라 일축압축강도 면에서도 미국 EPA의 권고기준강도인 50 psi (3.515 kgf/cm2)이상으로 나타나 TCE를 효과적으로 처리할 수 있음을 확인하였다. 이와 같은 결과를 볼 때, 2가철로 개질된 시멘트 및 제강슬래그는 토양/지하수 내에 오염되어 있는 염소계 에틸렌의 환원성 탈염소화시 기존의 영가철을 대신할 수 있는 투수반응벽체(Permeable Reactive Barriers, PRBs)의 경제적인 반응매질로서 적용성의 잠재적 능력을 띄고 있으며, 액상폐기물 성상으로 배출되는 중금속을 포함한 염소계 유기화합물 처리시에도 효과적으로 분해성 고형화/안정화(Degradative Solidification/Stabilization, DS/S) 공정을 수반할 수 있다고 판단된다.
    본 연구 과제를 통해 개발되는 ferrous cement계 신소재는 복합 오염 토양/지하수의 복원, 액상지정폐기물의 처리, 소각비산재의 처리, 염소계 NAPL(Non-Aqueous Phase Liquids) 오염지역의 정화 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 전망되어 국가경제에 미치는 파급효과가 클 것으로 전망된다. 국내 토양․지하수 오염복원시장에서 염소계유기용제 및 중금속 처리분야는 선진국의 예를 볼 때 적어도 시장의 약 10% 정도는 점유하리라 예측되며, 선진국에서 많이 쓰이는 생물학적 정화기법이나 영가철에 비해서 경제적인 ferrous cement계 소재를 이용한 복원기법이 지속적으로 개발되면 수입기술에 대해 경쟁력을 가질 수 있게 될 것이다.
  • Index terms
  • 분해성 고형화/안정화, 환원성 탈염소화, 염소계 에틸렌, 2가철, 시멘트, 제강슬래그
  • List of digital content of this reports
데이터를 로딩중 입니다.
  • This document, it is necessary to display the original author and you do not have permission
    to use copyrighted material for-profit
  • In addition , it does not allow the change or secondary writings of work
데이터 이용 만족도
자료이용후 의견
입력