본 연구는 실제 유류오염토양을 in situ 토양세정법으로 정화시 기술 적용성을 평가하기 위한 회분식 기초연구로 적정 계면활성제의 종류와 농도를 결정하고자 하였다. 증류수만의 진탕효과로 인한 TPH 제거는 약 30%이었으며, 계면활성제 희석시 사용되는 용액으로는 증류수를 사용한 경우에 비하여 지하수(해수 혼합)의 유입으로 인하여 약 2~6%의 효율저하가 나타났다. 토양과 계면활성제 용액비는 회분식 실험에서 TPH 제거효율에 미치는 영향이 미미하였다. 단독 또는 혼합 계면활성제 농도를 0.1~4.0 wt%까지 변화시켜 세정한 결과 종류별로는 Tween-80, SWA-1503, SWA-1503+SDS에서 평 균 제거율이 80% 이상으로 대체적으로 높은 효율을 보였으며, 농도에 따른 차이는 크지 않아 0.1 wt% 농도를 최적 농도로 판단하였다.

방사성 토양을 복원하기 위해 원자력시설 주변 부지의 수리지질 특성을 분석하여 국내 방사성 토양 복원에 적합한 수직형 동전기세정장치를 개발하였다. 또한, 이 수직형 동전기세정장치를 이용한 실험을 통해 원자력시설 주변 방사성토양을 복원하기 위한 최적 세정제를 선정하고 단기간에 높은 제거효율을 확보할 수 있는 최적제염조건들을 도출하였다. 초산을 세정제로 사용하였을 때 토양으로부터 코발트와 세슘의 제거효율이 가장 높으므로 동전기제염을 위한 최적 세정제로 초산을 선정하였다. 동전기세정제염 시 세정제 주입량을 증가 시켰을 때 토양으로부터 코발트와 세슘의 제거효율은 평균 약 4.6% 제거효율이 증가했고 토양폐액 발생량도 동전기제염의 1.5배인 2.4 mL/g이었다. 동전기토양셀의 전압구배를 2배로 증가시켜 4 V/cm를 적용시켰을 때, 코발트와 세슘의 제거효율은 각각 98.9%와 96.7%로 평균 약 4.3% 제거효율이 증가했다. 그리고 세정제 농도를 0.01M로부터 0.05M로 증가시킨 후 제염실험 결과 코발트의 제거효율은 상승했지만 세슘의 제거효율은 감소하였다. 위 실험결과 개발한 수직형 동전기세정장치의 최적제염조건으로 제염시간은 20일 동안 초산 0.01M∼0.05M을 세정제로 사용하여 동전기토양셀의 전압구배는 4 V/cm를 가하고, 2.4 mL/g의 세정제를 주입하는 것이다.

투수성이 높은 토양에 대한 동전기세정 제염의 영향을 평가했다. 실험토양은 많은 모래를 함유하여 수리전도도가 높은 연구 원자로 주변부지로부터 채취했다. 세정용액의 방출속도는 제염시간 경과와 함께 감소했다. 시트릭산을 사용했을 때, 세정용액의 방출속도는 78.7 ml/day로 가장 빨랐다. 세정용액으로 초산을 사용하였을 때, 토양으로부터 코발트와 세슘의 제거효율은 가장 높은 값인 95.2%와 84.2%를 나타냈다. 동전기제염 시 발생된 토양 폐액부피는 토양세척제염시보다 1/20으로 감소했다. 반면에 동전기세정방법은 토양으로부터 코발트와 세슘 제거효율을 동전기방법 보다 각각 6%와 2%로 향상시켰다. 그러므로 동전기세정방법은 투수성이 높은 토양제염 시 좀 더 효과적이다.

Ethanol washing with distillation as a cleanup process of polycyclic aromatic hydrocarbon(PAH)-contaminated soil was investigated in this study. A multistage ethanol washing with distillation process was applied to three different types of soil, i.e., sandy soil, alluvial soil, and clay with the initial concentration of benzo(a)pyrene 10 mg/kg, benz(a)anthracene 250 mg/kg, and pyrene 100 mg/kg soil. Ethanol was selected as washing solvent because of its high PAH removal efficiency, low cost, and non-toxicity comparing to the other solvent such as isopropyl alcohol and sodium dodecyl sulfate. The satisfactory results (i.e. lower than benzo(a)pyrene 1 mg/kg, pyrene 10 mg/kg, benz(a)anthracene 25 mg/kg, which are the Canada or the Netherlands soil standard) for three types of soils were obtained by at most five-six times washing. It was suggested that organic content in soil decreased the removal efficiency by ethanol washing.

국내에서 지중토양 세정기법(in situ soil flushing)을 적용한 연구는 주로 중금속을 대상으로 실시되었으며, 소수성 유기화합물(HOCs, Hydrophobic Organic Compounds)에 적용된 사례는 대부분 bench 및 pilot 규모로 이루어져서 현장규모의 보다 많은 연구가 필요한 실정이다. 본 연구는 고농도 유류로 오염된 현장토양에 계면활성제를 이용한 in situ 토양세정기술 적용시 적정 계면활성제를 선정하고 세정된 유출수를 고분자 응집제로 응집처리하기 위한 기초연구로 실시되었다. 시료는 A지역 유류오염토양을 채취하였으며, 침강법에 의한 calgon test에서 sand, silt, clay 성분이 각각 98.04%, 1.96%, 0.00%의 사토(sand)로 나타나 토양세정에 유리한 토양으로 판명되었다. 계면활성제는 Tween-80(POE20), SWA-1503, SDS를 선정하여 단독 또는 혼합 사용하였다. 초기 오염토양의 TPH 농도는 9,368.5±412.9(4.4%)이었다. 토양 : 계면활성제 용액비를 1 : 3으로 하여 토양 50g에 계면활성제를 150 mL 혼합하고 2시간 동안 충분히 수평진탕을 실시한 후 TPH농도를 분석하였다. 계면활성제 농도를 0.1~4.0%까지 변화시켜 주입한 결과 Tween-80, SWA-1503, SWA-1503+SDS에서 평균 제거율이 80% 이상으로 대체적으로 높은 효율을 보였으며, 농도에 따른 차이는 크지 않았다. 회분식 실험시 토양에 대한 계면활성제 용액비가 TPH 제거에 미치는 영향을 알아보기 위하여 토양과 계면활성제 용액비를 1 : 1~5로 변화시켜 2시간 진탕한 결과 전반적으로 토양 : 계면활성제 용액비에 따른 제거효율 차이는 1 : 1의 경우를 제외하면 크지 않았고 1 : 2~3에서 다른 비율에 비하여 다소 높은 제거효율을 나타내었다. 반면에 증류수를 공시험으로 사용하여 회분식 진탕을 실시한 결과 약 30%가 제거되었다. 앞의 계면활성제 종류 및 용액비에 따른 효율 차이가 크지 않았는데 이는 회분식 실험의 경우 진탕에 의한 효과가 크게 작용했을 것으로 판단된다. 연구자들이 토양세정시 계면활성제의 효율을 검토할 때에 회분식 실험으로 효율을 평가하는 경우가 많았는데, 현장적용을 위한 설계인자 도출시 진탕효과에 의한 영향을 고려하는 것은 매우 중요하다고 판단된다. 따라서 회분식 이외에 현장특성을 반영한 컬럼식 실험도 병행되어야 한다. 세정 후 유출액에 대하여 Jar test를 실시하였다. Alum의 농도를 증가시키면서 탁도를 측정한 결과 초기 758.0 NTU였던 것이 150 mg/L의 농도에서 가장 낮은 33.0 NTU를 나타내었고, 농도가 더 높아지자 탁도가 다시 증가하였다. Alum+polymer(alum 농도의 1/1,000로 함)를 혼합하여 주입한 경우에도 초기 758.0 NTU였던 탁도가 150 mg/L에서 가장 낮은 20.2 NTU를 보였으며, 이후 농도가 증가함에 따라 탁도도 소폭 증가하였다. 결론적으로 alum만을 사용한 경우보다 alum+polymer 혼합액을 사용한 경우가 탁도제거에 효과적이었으며, 최적 농도는 두 경우 모두 alum만을 기준으로 했을 때 150 mg/L인 것으로 나타났다.