침출수 내 오염물질의 효과적인 제거를 위한 반응성 차수재에 관한 연구

Abstract

The swell volume, hydraulic conductivity, and contaminant removal efficiency of a novel reactive barrier were experimented in this research. The reactive barrier is composed of bentonite and zero valent iron (ZVI), and this can be applied to conventional geosynthetic clay liners and compacted clay liners for landfill leachate. Free swell test, hydraulic conductivity test, and contaminant (TCE, Cr(Ⅵ), nitrate) removal efficiency test in batch reactors were performed for different ZVI content. According to the free swell test result, ZVI content had minor effect on swell volume of bentonite-ZVI mixtures and the swell volume per unit of weight of bentonite increased with increasing ZVI content. The specimens for hydraulic conductivity tests were compacted (ASTM D698, 'A' compaction) with 90% Ottawa sand and 10% bentonite-ZVI mixtures. As the ZVI content increased, the hydraulic conductivity decreased since oxidized iron filled pores. The reduction rates and removal efficiencies of TCE, Cr(Ⅵ) and nitrate increase at pH 7 buffered solution. As ZVI content increase, TCE, Cr(Ⅵ) and nitrate removal efficiencies increase. As the result of analysis with Raman spectrophotometer, Fe-oxides peak observed. Fe-oxides are strong adsorbers of contaminants and magnetite is beneficial to the long-term performance of the iron metal. When ZVI content was 30%, the hydraulic conductivity was the lowest and the removal efficiencies were highest in this research.

;본 연구에서는 침출수 차수재에 zero valent iron (ZVI)를 포함 시켰을 경우, ZVI 함량과 pH에 따른 TCE, 6가 크롬, 질산성질소의 회분식 제거 실험 및 자유 팽윤시험과 투수계수 시험을 통해서 반응성 차수재의 적용 가능성에 대해서 알아보고자 하였다. ZVI 의 함량을 중량비로 벤토나이트의 0, 3, 6, 10, 13, 16, 20, 30, 100 w/w% 로 맞춘 9가지의 샘플을 pH 7의 완충 용액을 사용했을 경우와 완충 용액을 사용하지 않을 경우 두 가지로 나누어서 실험하였다. Kinetic test 결과, pH 7 의 완충 용액을 사용하였을 때가 사용하였지 않았을 때보다 TCE의 경우 330시간에서 300시간으로, 6가 크롬의 경우 20시간에서 4시간으로, 질산성질소는 140시간에서 5시간으로 제거 속도가 빨라졌다. 모든 오염물질의 경우 ZVI 함량이 증가할수록 제거 효율이 높아졌으며, pH 7의 완충 용액을 사용하였을 경우 제거 효율도 더 높아지는 것을 볼 수 있었다. 반응 후 철과 벤토나이트의 표면을 라만 분광기를 이용하여 분석한 결과 여러 가지 철 산화물이 확인되었다. 이러한 철산화물은 좋은 흡착제의 역할을 할 수 있으며, 이 중 magnetite 는 장기간 동안 오염물질의 제거 성능을 유지시켜 줄 수 있다. 자유 팽윤 시험 결과, 벤토나이트의 질량에 따른 팽윤도는 철함량이 증가할수록 증가하는 것을 알 수 있었는데, 이는 벤토나이트가 하부로 침전 될 때 벤토나이트의 사이로 철이 들어가서 벤토나이트가 물에 접촉 할 기회가 늘어나기 때문인 것으로 사료된다. 또한, 투수계수 시험 결과, 영가 철 함량이 증가할수록 철산화물이 간극을 채워서 투수계수가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 특히, 철 함량이 30% 일 때, 오염물질의 제거 효율이 가장 좋고, 투수계수는 낮아서 차수재로 최적 조건임을 알수 있었다.