청화대학 | 오존의 미세 나노기 포의 지하수 제자리 복원 기술 연구

청화대학 | 오존의 미세 나노기 포의 지하수 제자리 복원 기술 연구

지하수는 중요한 물 공급 수원으로서, 날로 심각한 유기 오염 문제에 직면하고 있다.록색지속가능한 원위치복구기술을 개발하는것이 급선무인데 오존마이크로나노기포기술은 오염된 지하수의 원위치복구분야에서 거대한 응용잠재력을 보여주고있다.


지하수의 유기 오염원은 범위가 넓고 주로 공업 오염원, 농업 오염원과 생활 오염원을 포함한다.기업의 공업오수배출, 석유화학업계의 생산활동, 주유소 지하탱크의 누수 등 산업활동, 경작지의 농약 및 화학비료의 대량 사용, 오수를 이용한 관개 등 농업행위, 도시 생활오수의 외부 침투, 쓰레기 매립장의 여과액 등 생활활동 등이 모두 지하수를 심각하게 오염시킨다.


통상적인 복원의 기술적 분석
오염된 지하수를 복구하는 기술은 위치 외 복구와 원위치 복구로 나뉜다.외 복원은 오염된 지하수를 뽑아내고 오염된 토양을 파내 처리하는 것이고, 원위치 복원은 가능한 한 환경 교란을 최소화하면서 그 자리에서 오염을 처리하는 것이다.이에 비해 원위치복원은 비용이 적게 들고 주변 환경에 미치는 영향이 적어 많은 관심을 받고 있다.현재 널리 응용되고 있는 유기 오염 지하수 원위치 복원 기술은 모니터링 조건하에서의 자연 감쇠, 생물 복원 강화, 지하수 에어레이션 결합 토양 가스 추출 및 원위치 화학 산화 등을 포함한다.


자연 감쇠 방법은 물리적, 생물학적, 화학적 과정을 통해 유기 오염 물질의 함량과 독성을 감소시키는 것으로, 주로 대류 분산, 흡수, 생물 분해, 화학 전환 등을 포함한다.이 방법은 유기 오염 필드의 복원 과정에 주로 미생물의 유기 분해 작용에 의존하며, 휘발성, 반휘발성 석유 탄화수소, 할로겐 대 유기 화합물의 제거가 좋은 효과가 있으며, 오염 정도가 비교적 낮은 필드의 복원에 자주 응용된다.그러나, 자연 감쇠 방법은 환경 조건에 따라 오염 물질의 분해 효과, 종종 용해 산소 농도, 온도, ph 및 기타 요인의 영향, 상대적으로 긴 시간의 복구 소요와 심각한 오염 장소 복구 효과가 좋지 않으므로 적용 범위가 제한적입니다.생물복원을 강화하는것은 자연감퇴법을 가일층 발전시킨것으로서 장소환경을 개선하거나 인공적으로 육성하여 특정생물을 투하하는 방식으로 오염된 지하수를 복원시킨다.그러나 효율적인, 지속적인 용해성 산소 처리 기술이 부족하여 고오염 물질 또는 고염도 환경에서는 처리 효과가 제한되고 있다.

오존 및 마이크로 나노 거품 기술
오존은 비교적 강한 산화성을 갖고 있는데, 그 산화환원 전위는 + 2.1v로 흔히 쓰는 과산화수소, 과망간산염 등에 비해 더욱 강한 산화성을 나타낸다.오존은 화학반응, 자외선복사 및 코로나 고압방전 등의 방식으로 생성할 수 있으며, 그중 코로나 고압방전법은 오존생산량이 많고 에너지 소모가 적어 공업에 더욱 적합하다.오존산화법은 처리효과가 뚜렷하고 2차오염이 적은 특점으로 식수 소독과 오염제거 분야에서 갈수록 많은 관심을 받고 있다.오존이 오염물에 대한 산화경로에는 주로 직접적산화와 간접적산화가 포함되는데 일부 오염물을 직접 산화분해할수도 있고 히드록실기자유기를 생성하여 대부분 유기오염물을 산화분해할수도 있다.그러나 오존의 용해효률이 낮고 용해상태의 오존의 자분해속도가 비교적 빨라 오염된 지하수를 복구하는 과정에서의 실제적응용을 제한하고있다.


나노 버블은 입자가 10nm에서 100m 사이인 기포를 말하는데, 마이크로 버블과 나노 버블이 포함된다.마이크로나노기포는 크기가 밀리메터급기포보다 훨씬 작고 표면적과 내압보다 크며 기체의 물질전달효률이 뚜렷이 제고되고 부상속도가 상대적으로 작으며 수체에서 머무는 시간이 더욱 길다.최근년간 기체액체2 상류체의 혼합전단방법으로 나노기포를 생성하는 기술이 빠른 발전을 가져와 더욱 작은 립자의 나노기포를 생성함으로써 기체의 물질전달효률을 높일수 있게 되였다.물 속에 나노버블이 오래 존재하는 것은 느린 상승 속도, 표면 전하의 존재, 덩어리 형태의 존재와 관련이 있다.기포표면의 계면전하는 기포사이의 집중을 억제하여 기포가 물체내에서 존재하는 수명을 연장시킬수 있으며 떨기덩어리형태로 존재할 경우 기포의 용해속도가 늦어져 장기간 존재할수 있다.


오존 마이크로나노거품 기술의 우세
오존마이크로나노기포기술은 오존의 강산화성과 마이크로나노기포의 우량한 특성을 결합시킴으로써 유기오염장소 및 지하수의 원상복구에서의 오존의 응용에 새로운 방향을 제공하였다.마이크로 오존 기포는 밀리미터 오존 기포에 비해 더 빠른 오존 용해 속도, 더 긴 오존 보존 시간, 더 높은 오존 이용 효율을 가지고 있으며, 히드록실기 자유기의 생성을 더욱 촉진하여 오염 물질에 대한 오존의 처리 효과를 크게 향상시킬 수 있다.오존미세나노기포는 오존의 물질전달효률을 대폭 제고시켜 유기오염물의 제거효률을 거의 2배로 높인다.오존마이크로나노기포는 오염장소를 복구는 면에서 량호한 응용효과를 보여주고있는바 장소내에서 지하수를 따라 광범위하게 이동하여 오염물의 농도를 효과적으로 낮출수 있다.


물리모형실험의 결과에 따르면 오존나노기포는 물질전달효률이 높고 이동범위가 크며 복구효과가 좋다.미세나노기포는 오존의 용해효률을 3배 제고시키고 용해된 오존의 반감기를 14배 연장시킬뿐만아니라 물체내에 용해된 산소를 효과적으로 제공한다.오존나노기포는 오염물에 대한 분해능력이 강하고 제거효률이 높으며 과산화수소와 결합하면 오염제거효률을 대폭 높일수 있다.마이크로나노기포는 지하수를 따라 토양체내에서 큰 범위에서 이동하며 뚜렷한 수력 분산 및 흡착 특성을 보여 오염된 지하수에 대해 매우 높은 복구효률을 보인다.현장 실험 결과 또한 오존 나노 기포를 기반으로 한 지하수 원위치 복원 기술은 환경 친화적이고, 신속하며, 고효율의 현저한 장점을 가지고 있음을 증명하였으며, 6일 복구 후 현장 내 지하 물속 트리클로로에틸렌 제거율은 99%를 넘었다.