2014 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2014A454 유류오염토양의열탈착을위한마이크로웨이브적용성평가 Applicability Evaluation of Microwave system for Thermal Desorption of Oil Contaminated Soil Remediation Technology 고태훈 *, 이동근 *, 이재영 *, 박기천 **, 박두희 *** Taehoon Koh *, Donggeun Lee *,Jaeyoung Lee *, Gichun Park **, Duhee Park *** Abstract In this paper, the applicability evaluation of using microwave thermal desorption technology was investigated to treat the oil-contaminated soil. Oil contaminated soil remediation test was performed to produce a thermal desorption system consisting of microwave generator, microwave absorber and a test container. Heating temperature(350, 550 ) was controlled by microwave thermal desorption system. then, the result of the remediation property of diesel contaminated soil(tph 8,420mg/kg) was found to increase approximately 20% (76 98%) of removal efficiency according to the heating temperature. From the lab test, it is found that this technology has a potential to complete the remediation process of the oilcontaminated soil. Keywords: oil-contaminated soil, microwave, thermal desorption, microwave absorber 초록본논문은유류오염토양의마이크로웨이브를활용한열탈착시스템의적용성평가를목적으로한다. 마이크로웨이브제너레이터와마이크로웨이브반응발열체및토양컨테이너로이루어진열탈착시스템을제작하여유류오염토양정화시험을수행하였다. 열탈착시스템의발열온도 (350, 550 ) 를조절하면서유류 ( 경유 ) 오염토양 (TPH 8,420mg/kg) 의정화특성을분석한결과, 발열온도변화에따라정화율이약 20% (76 98%) 증가되는것으로나타나마이크로웨이브열탈착시스템을활용한유류오염토양의정화가가능하였다. 주요어 : 마이크로웨이브반응발열체, 열탈착시스템, 유류오염토양 1. 서론 열탈착 (Thermal Desorption) 을이용한토양정화방법은휘발유, 경유등의휘발성 (Volati le) 유기오염물질로오염된토양을신속하게복원할수있는확실한방법중의하나이다 [1]. 하지만열탈착공법은다른오염토양정화공법과비교하여에너지소비가높아경제 교신저자 : 한국철도기술연구원 (thkoh@krri.re.kr) * 한국철도기술연구원 ** 비엠에스이앤씨 *** 한양대학교공과대학건설환경공학과
적으로처리비용이높은단점이있다. 최근마이크로웨이브를이용한토양정화방법은열탈착공법의에너지효율을향상시킬수있는방법중의하나로주목받고있다 [2, 3]. 본연구에서는기존의마이크로웨이브직접조사방법이아닌간접조사방법으로마이크로웨이브열탈착시스템의적용성평가를실시하였다. 마이크로웨이브는원하는대상물체를선택적으로가열할수있는특징을가진다. 이와같은특성을이용하여마이크로웨이브열탈착시스템중발열이필요한반응발열체에마이크로웨이브를조사하여선택적발열을하였다 [4]. 본논문에서는마이크로웨이브열탈착시스템의발열온도변화에따른정화시간, TPH 제거및정화율을비교분석하였고마이크로웨이브가유류오염토양열탈착시스템의열원으로서적용가능성을평가하였다. 2. 본론 2.1 실험방법 2.1.1 실험재료실험에사용한유류오염토양시료 (Fig. 1) 는전라도에위치한 OO군부대부근에서채취하였다. 실험대상시료는지표토양을제거한후 2-3m 심도에서채취하였으며자연건조후표준체 (#10체 (2mm)) 를이용하여토양이외불순물을제거하였다. 실험대상시료의입도분포는 Fig. 2와같으며자연건조전시료의함수비는 30.2%, TPH 농도는 8,420mg/kg을나타냈다. Fig. 1 Oil-contaminated soil tested in this study Fig. 2 Grain size cumulative distribution curve
2.1.2 실험과정본연구에서는마이크로웨이브제너레이터와마이크로웨이브반응발열체및토양컨테이너로이루어진열탈착시스템 (Fig. 3) 을제작하여유류오염토양정화시험을실시하였다 [5]. 시스템에적용된마이크로웨이브제너레이터의용량은 1.1kW이며, 1.4kg의토양시료를토양컨테이너에투입시키고 3-5rpm속도로회전을가하였다. 열탈착시스템의발열온도는 350, 550 로설정하였으며, 발열온도의측정은 Testo사 ( 독일 ) 의 177-T4 모델 Type-K를이용하였다 [6, 7, 8]. 정화시간은 15, 30, 60분으로설정하여실험을진행하였다. Fig. 3 Experimental Setup 2.1.3 실험분석 TPH 농도및정화율을평가하기위해마이크로웨이브열탈착시스템으로정화시킨토양시료를토양오염공정시험기준 KS IISO 16703에따라분석하였다 [9]. 정화후토양속에남아있는오염물질을추출하여오염정도에따라토양시료 10g을비커에넣고무수황산나트륨과디클로로메탄 50mL를투입하였다. 또한, 초음파추출기를이용하여얻어진추출물을여과지에여과한다음, 회전증발농축기로 2mL가될때까지농축한후실리카겔 0.3g을넣고기체크로마토그래프에주입하여크로마토그램을측정하였다. 2.2 실험결과및고찰 2.2.1 실험결과초기 TPH 8,420mg/kg인토양시료를대상으로, 마이크로웨이브열탈착시스템내부토양컨테이너에서측정된발열온도는 350 와 550 로측정되었으며, 설정된정화시간동안토양을정화한결과는 Fig. 4, 5와같다. 발열온도 350 에서 15분, 30분, 60분정화시 TPH농도 3,511~2,022mg/kg, 정화율 58~76% 로토양오염우려기준 (3지역) 2,000mg/kg을초과하였지만, 발열온도 550 에서는 TPH 농도 312~137mg/kg, 정화율 96~98% 로토양오염우려기준 (1, 2, 3지역 ) 을충족시키는결과를보였다.
본연구에서는마이크로웨이브열탈착시스템의발열온도와정화시간에따른유류오염토양의 TPH 제거및정화율변화를확인하였으며, 향후기준을만족하면서상용화가가능한수준의시스템효율의개선을진행할계획이다. Fig. 4 TPH of the tested soil treated by microwave temperature desorption Fig. 5 Removal Efficiency of the tested soil treated by microwave temperature desorption 3. 결론본연구에서는유류오염토양정화를위해마이크로웨이브열탈착시스템의적용성평가를수행하였다. 발열온도 (350, 550 ) 변화에따라약 20%(76% 98%) 의정화율향상을보였는데, 향후기준을만족시키면서상용화가가능한수준의시스템효율의개선연구를수행할계획이다.
참고문헌 [1] Kawala, Z., and Aramanczuk, T. (1998) Microwave-enhanced thermal decontamination of soil. Environmental Science & Technology, 32(17), pp. 2602-2607. [2] Jeong, S. J., and Choi, H. J. (2013) Removal of Semi-volatile Soil Organic Contaminants with Microwave and Additives, Korean society of soil and groundwater environment, 18(1), pp. 67~77. [3] Jones. D. A, Lelyveld T. P, Mavrofidis. S. D, Kingman., S. W., and Miles. N. J (2002) Microwave heating applications in environmental engineering-a review. Resources, Conservation and Recycling, 34(2), pp. 75-90. [4] Holzwarth, A., Lou, J., Hatton, T.A., and Laibinis, P.E.(1998) Enhanced microwave heating of nonpolar solvents by dispersed magnetic nanoparticles, Industrial and Engineering Chemistry Research, 37, pp. 2701-2706. [5] Koh, T. (2013) Fast Concrete Curing Technology for Railway Construction, Special Session, KRRI International Seminar. [6] Abramovitch, R.A., Huang, B.Z., Abramovitch, D.A., and Song, J.(1999) In situ decomposition of PAHs in soil and desorption of organic solvents using microwave energy, Chemosphere, 39, pp.81-87. [7] Liu, X., Quan, X., Bo, L., Chen, S., and Zhao, Y.(2004) Simultaneous pentachlorophenol decomposition and granular activated carbon regeneration assisted by microwave irradiation, Carbon, 42, pp. 415-422. [8] Liu, X. and Yu, G.(2006) Combined effect of microwave and activated carbon on the remediation of polychlorinated biphenyl contaminated soil, Chemosphere, 63, pp. 228-235. [9] Korean Standards Association (2005) KS IISO 16703 Soil Quality-Determination of Content of Hydrocarbon in the Range C10 to C40 by Gas Chromatography. ( 한국철도학회정기학술대회 Full Paper 작성일 : 2014.09.26)