KR100750596B1 - Soil purification method using microwave radiation and microbe and purification system - Google Patents

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박정훈
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전남대학교산학협력단
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Abstract

A system for remediating contaminated soil in an economical and efficient manner, which can be applied when remediating the soil by digging soil contaminated with petroleum-based organic contaminants at high concentration, and a method for remediating the contaminated soil by using the system are provided. A system for remediating contaminated soil comprises: a remediator(10) having a reactor(1) into which contaminated soil is injected, and a microwave generator(2) for heating the reactor; a discharge pump(30) for discharging vapor generated in the reactor; a gas-liquid separator(20) for cooling the vapor discharged from the reactor to separate liquid and gas from the vapor; a gas treating unit(40) for treating the gas separated in the gas-liquid separator; a liquid storage tank(50) for storing the liquid separated in the gas-liquid separator; a microorganism culture medium(60) for injecting a microorganism culture media into the reactor; and a water tank(70) for supplying water into the reactor. The reactor further has a porous distributor(4) formed in an upper portion thereof, and a porous filter(3) formed in a lower portion thereof.

Description

극초단파와 미생물 처리를 통한 오염 토양 정화방법 및 오염토양 정화시스템{Soil Purification Method using Microwave Radiation and Microbe and Purification System}Soil Purification Method using Microwave Radiation and Microbe and Purification System

도 1은 본 발명의 오염토양 정화시스템의 개략적인 구성도이다. 1 is a schematic diagram of a contaminated soil purification system of the present invention.

<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명><Description of the code used in the main part of the drawing>

1: 반응기 2: 극초단파 발생기 3: 다공성여과기 4: 다공성분배기 1: reactor 2: microwave generator 3: porous filter 4: porous distributor

10: 정화기 20: 기액분리장치 30: 배출펌프 40: 기체처리장치 10: purifier 20: gas-liquid separator 30: discharge pump 40: gas treatment device

50: 액체저장조 60: 미생물배양기 70: 물탱크 80:펌프50: liquid reservoir 60: microbial incubator 70: water tank 80: pump

본 발명은 극초단파와 미생물을 이용하여 오염 토양을 획기적으로 정화하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for significantly purifying contaminated soil using microwaves and microorganisms.

인간 활동으로 인해 다양한 화합물들 즉 농약류, 화약류 및 석유계 화합물들로 토양이 오염되어 왔으며, 오염된 토양을 정화하는 기술 또한 선진국을 중심으로 다양하게 개발되어져 왔다. 물리화학적 처리 방법으로 토양세척, 소각, 고형화 및 안정화, 유리화, 토양 증기 추출(SVE), 열탈착 등이 있고, 생물학적 처리방법으로 바이오벤팅(bioventing), 바이오파일(biopile), 경작(landfarming), 원위치 및 부지외 생물학적 정화(in-situ and ex-situ bioremediation), 식물정화(phytoremediation)등이 있고, 복합적인 처리방법으로 이들 각각의 방법을 병합하여 처리하는 방법들도 개발되어 있다. 개발되어 있는 처리방법들 중 오염 화합물의 특성 과 오염정도, 지형, 정화하고자하는 토양들의 특성을 고려하여 경제적이고 효율적인 방법을 선택하여 토양정화에 이용된다. 현재까지 다양한 토양정화 방법이 개발되어 있음에도 불구하고 토양 정화비용이 너무 높기 때문에 경제적이고 효율적인 토양 정화 기술 개발이 여전히 요구되고 있다. Human activities have contaminated the soil with various compounds such as pesticides, gunpowder and petroleum compounds, and techniques for purifying the contaminated soil have been developed in various developed countries. Physicochemical treatments include soil washing, incineration, solidification and stabilization, vitrification, soil vapor extraction (SVE), and thermal desorption, and biological treatments include bioventing, bioopile, landfarming, and in situ. And in-situ and ex-situ bioremediation, phytoremediation, and the like, and methods of combining and treating each of these methods with a complex treatment method have been developed. Among the treatment methods developed, economical and efficient methods are selected and used for soil purification, taking into account the characteristics of pollutants, the degree of pollution, the topography, and the characteristics of the soils to be cleaned. Although various soil purification methods have been developed so far, the cost of soil purification is so high that there is still a need to develop economic and efficient soil purification techniques.

국내의 경우 1995년 토양환경 보전법이 제정되면서 오염된 토양의 정화에 관심을 기울어 왔고, 정화기술 개발에도 미비하게나마 투자를 해왔으나 아직까지 도입기 상태라 할 수 있다. 현재 국내 토양 정화에 이용되는 대부분의 기술들은 아쉽게도 국내 개발의 기술이 아니라 외국에서 개발된 기술들을 그대로 도입하여 이용하고 있는 실정이다. 즉 선진국에서 연구 투자되어 개발된 기술을 수입하여 사용하고 있는 것이다. 국내 큰 토양 정화사업의 하나로 부산 문흥 유류오염지역의 정화를 예로 들 수 있는데, 여기에 사용된 열탈착 기술은 캐나다에서 수입하여 이용하였다. 국내 토양정화 환경 기술의 취약함을 보여 주는 예라고 할 수 있겠다. In Korea, the 1995 Enactment of the Soil Environment Conservation Act enacted an interest in the purification of polluted soils, and while investing in the development of purification technology, it was still in the early stage of introduction. Currently, most of the technologies used for domestic soil purification are unfortunately not the technologies of domestic development but the fact that they are used by adopting technologies developed in foreign countries. In other words, the technology developed by research and investment in developed countries is imported and used. One of the major soil purification projects in Korea is the purification of the Munheung Oil Pollution Area in Busan. The thermal desorption technology used here was imported from Canada. This is an example showing the weakness of domestic soil purification environmental technology.

열 탈착(thermal desorption) 공법은 토양을 굴착하여 열 건조기에서 토양을 고온 (100 ~ 550℃)으로 가열하여 휘발성 및 준휘발성 유기오염물을 탈착시켜 토양을 정화하는 방법이다. 휘발성 및 준휘발성 유기오염물에 대한 정화효율은 오염물 질의 최종 농도를 5㎎/㎏ 이하로 처리가능 하여 다른 정화기술에 비해 높으나, 비휘발성 유기오염물의 제거에 한계가 있다. 또한 가열로 인한 에너지 소요 비용이 높으므로 효율적인 가열 방법 개발이 요구된다. Thermal desorption is a method of excavating soil and heating the soil to a high temperature (100 ~ 550 ℃) in a heat dryer to desorb volatile and semivolatile organic contaminants to purify the soil. Purification efficiency for volatile and semi-volatile organic pollutants is higher than other purification techniques because the final concentration of pollutants can be treated to 5 mg / kg or less, but there is a limit to the removal of non-volatile organic pollutants. In addition, the high energy cost of heating requires the development of efficient heating methods.

토양 증기 추출법은 오염된 불포화 토양층에 진공 펌프를 이용하여 대기압 이하로 진공상태를 만들어 토양으로부터 휘발성, 준휘발성 오염물질을 휘발시켜 탈착을 유도하고 탈착된 유기오염물을 제거하는 기술이다. 이 기술 적용 시 준휘발성 오염물들은 탈착이 어려우며, 토양 정화 공정운영 시간을 길게 하며, 유지 관리비를 높게 하는 요소이다. 이런 단점을 보완하기 위하여 공기를 주입하여 휘발을 가속시키는 시스템이 추가되기도 하며, 스팀이나 더운 공기를 주입하여 토양을 가열하여 증발과 휘발을 가속시키는 시스템이 추가되기도 한다. 스팀이나 더운 공기를 주입하는 방법은 간접적인 토양 가열방법으로 주변으로의 열손실로 인해 에너지 효율이 낮고, 이로 인해 에너지 소요 비용이 높으므로 좀더 효율적인 가열 방법이 요구된다. 또한 이들 공기 주입이나 가열시스템들이 추가되더라도 비 휘발성 및 비 탈착성 오염물들을 제거하기는 쉽지가 않다. Soil vapor extraction method is a technique that induces desorption and removes desorbed organic contaminants by volatilizing volatile and semi-volatile contaminants from the soil by using a vacuum pump to the contaminated unsaturated soil layer. Semi-volatile contaminants are difficult to desorb, lengthen the soil cleanup process and increase maintenance costs. In order to compensate for this disadvantage, a system for accelerating volatilization by adding air is added, and a system for accelerating evaporation and volatilization by heating the soil by injecting steam or hot air is added. Injecting steam or hot air is an indirect soil heating method, which is low in energy efficiency due to heat loss to the surroundings, and thus requires a more efficient heating method because of high energy consumption costs. In addition, the addition of these air injection or heating systems is not easy to remove non-volatile and non-desorbable contaminants.

바이오벤팅(Bioventing)은 불포화 토양층에 공기를 불어 넣어 호기성 미생물의 활성을 증가시켜 토양내의 유기 오염물을 생분해시켜 제거하는 시스템이다. 바이오벤팅은 주로 저농도로 넓은 지역이 오염되어 있는 경우에 적용되며, 고농도에는 적용하기가 어려운 공법이다. 바이오벤팅을 포함한 대부분의 생물학적 처리방법은 고농도에 적용할 경우 오염물의 휘발로 악취를 유발할 수 있고, 또한 오염물의 독성으로 인하여 미생물에 의한 분해가 어렵다. Bioventing is a system that increases the activity of aerobic microorganisms by blowing air into unsaturated soil layers to biodegrade and remove organic contaminants in the soil. Bioventing is mainly applied to large areas with low concentrations and is difficult to apply at high concentrations. Most biological treatment methods, including bioventing, can cause odors due to volatilization of contaminants when applied at high concentrations, and are difficult to degrade by microorganisms due to the toxicity of the contaminants.

본 발명은 오염된 토양의 정화 시스템 및 방법에 있어서 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로, 석유계 유기오염물들(가솔린, 경유, 벙커시유, 엔진오일, 다환방향족화합물 등)이 고농도로 오염되어 있는 토양을 굴착해서 정화할 경우에 적용할 수 있는 경제적이고 효율적인 오염 토양 정화 장치와 이를 이용한 오염 토양 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was developed to overcome the limitations of the prior art in the purification system and method of contaminated soil, petroleum-based organic contaminants (gasoline, diesel, bunker oil, engine oil, polycyclic aromatic compounds, etc.) are contaminated at a high concentration It is an object of the present invention to provide an economical and efficient polluted soil purification apparatus and a method for treating polluted soil using the same in the case of digging and purifying existing soil.

본 발명에서 오염 토양 정화 시스템은 토양가열에 이용되는 극초단파 발생기와 토양 오염물의 탈착과 미생물 분해가 일어나는 반응기를 구비한 정화기, 증기추출에 이용되는 배출펌프 및 오염물을 분해할 수 있는 균을 배양하는 미생물 배양기로 구성된다. 오염 토양 정화 방법은 고농도로 오염되어 있는 토양을 초기에는 열탈착 과 증기추출 공정을 통하여 휘발성 및 준휘발성 오염물을 우선적으로 제거하고, 토양에 잔류한 휘발성, 준휘발성 및 비휘발성 오염물은 순차적으로 미생물액 주입공정을 적용하여 미생물 분해를 통하여 추가적으로 제거 한다. In the present invention, the contaminated soil purification system includes a microwave generator for soil heating, a purifier having a reactor for desorption and microbial decomposition of soil contaminants, a discharge pump used for steam extraction, and microorganisms for culturing bacteria that can decompose contaminants. It consists of an incubator. Contaminated soil purification method removes volatile and semi-volatile pollutants preferentially through the process of heat desorption and steam extraction, and the volatile, semi-volatile and non-volatile pollutants remaining in the soil are sequentially injected with microbial fluid. The process is further removed through microbial degradation.

상기한 과제를 달성하고자 본 발명은 극초단파를 이용하여 1차로 오염 토양의 휘발성, 준휘발성 물질들을 제거하여 오염물의 농도를 낮추고, 2차로 미생물배양액을 투입하여 정화함으로써, 종래 1차 처리하지 않아 토양의 오염물이 고농도일 때 투입하던 것에 비하여 미생물배양액의 투입량(또는 투입농도)이 감소되고, 미생 물에 의한 정화시간을 단축시킬 수 있으며, 극초단파를 이용하여 1차 처리 시 제거되지 않는 비휘발성 유기물들을 효율적으로 제거할 수 있어 월등히 뛰어난 정화 효과를 달성할 수 있음을 발견하게 되어 본 발명을 완성하였다.In order to achieve the above object, the present invention uses microwaves to remove volatile and semi-volatile substances in the soil first, to lower the concentration of contaminants, and to purify the soil by injecting microbial culture medium in the second, so that the conventional treatment of the soil is not performed. Compared with the high concentration of contaminants, the amount of microbial culture solution (or concentration) can be reduced, the purification time by microorganisms can be shortened, and microwaves can be used to efficiently remove nonvolatile organic materials that are not removed during the first treatment. The present invention was found to be able to be removed by the present invention, thereby achieving an excellent purification effect.

본 발명에서는 석유계 유기오염물(휘발성, 준휘발성 및 비휘발성)이 고농도로 오염된 토양을 가열과 추출을 동시 또는 순차적으로 실시함으로 인해 신속히 오염물을 제거 할 수 있으며, 가열과 추출에서도 쉽게 제거 되지 않는 오염물은 미생물 주입을 통하여 추가적으로 토양에 흡착되어 있는 오염물을 분해 제거 할 수 있다. In the present invention, petroleum-based organic contaminants (volatile, semi-volatile and non-volatile) can be quickly removed by heating or extracting soil contaminated with high concentration simultaneously or sequentially, and are not easily removed even by heating and extraction. Contaminants can additionally decompose and remove contaminants adsorbed on the soil through microbial injection.

먼저, 본 발명의 정화방법은 다음과 같다.First, the purification method of the present invention is as follows.

a) 반응기에 오염토양을 투입하는 단계;a) introducing contaminated soil into the reactor;

b) 극초단파 발생기에 의해 반응기 내부온도를 승온시키는 단계;b) raising the temperature inside the reactor by the microwave generator;

c) 상기 승온된 반응기 내부의 휘발성유기화합물 및 준휘발성유기화합물을 회수 분리하는 단계;c) recovering and separating the volatile organic compounds and the quasi-volatile organic compounds in the heated reactor;

d) 상기 휘발성유기화합물 및 준휘발성유기화합물이 제거된 반응기 내에 미생물배양액을 투입하여 정화하는 단계;d) purifying the microorganism culture solution in a reactor in which the volatile organic compound and the semi-volatile organic compound have been removed;

또한, 본 발명은 필요에 따라 상기 b) ~ d)단계를 1회 이상 반복할 수도 있다.In addition, the present invention may repeat the steps b) to d) one or more times as necessary.

본 발명에서는 토양 가열에 극초단파(2.45 GHz)를 이용한다. 기존 재래식 가열방식인 로터리 킬른이나 노 가열 또는 뜨거운 공기나 스팀 주입 방식에서는 가열매체를 통하여 토양에 열전달이 이루어져 열전달효율이 저조하다. 이에 비해 극초 단파를 이용할 경우 가열하고자 하는 토양(피사체)에 파를 직접 조사함으로 인해 토양을 단시간에 승온 할 수 있으며, 토양(피사체)만 선택적으로 조사함으로서 가열매체를 통하는 방식보다 열전달 효율이 우수한 장점이 있다. 또한 극초단파를 이용할 경우 가열 장치가 간편하며 조작이 용이하므로 초기 시설비용 및 유지 면에서도 경제적인 경쟁력이 있다.In the present invention, microwave (2.45 GHz) is used for soil heating. In conventional conventional kiln rotary kiln, furnace heating or hot air or steam injection method heat transfer to the soil through the heating medium is low heat transfer efficiency. On the other hand, when using ultrashort waves, the soil can be heated in a short time by directly irradiating the wave to the soil (subject) to be heated, and the heat transfer efficiency is superior to that through the heating medium by selectively irradiating only the soil (subject). There is this. In addition, the microwave is economically competitive in terms of initial facility cost and maintenance because the heating device is simple and easy to operate.

액상 미생물 주입 시 토양에 흡착되어 있는 오염물의 일부는 액상으로의 탈착이 일어나며, 액상에 용해된 오염물은 미생물에 의해 분해가 일어나게 된다. 미생물액에는 미생물이 분비하는 유기물들(바이오계면활성제, 미생물 대사물, 효소등)이 있으므로 흡착성 및 비탈착성 유기오염물의 용해도가 증가하게 되므로, 미생물액 주입 시 이들 오염물의 탈착이 증가하게 된다. 용해되지 않고 토양 유기물 또는 표면에 흡착되어있는 오염물은 미생물이 토양오염물 부위에 부착 될 경우 미생물 세포막(membrain)으로의 오염물분배가 일어나고, 다시 미생물 내로 오염물질전달이 일어남으로 인해 분해가 진행된다. 야생 미생물 즉 슈도모나스속 (Pseudomonas sp.), 아그로백테리아속 (Agrobacterium sp.), 크론트리디엄속 (Clostridium sp.), 슁고모나스속 (Sphingomonas sp.), 랄스토니아속 (Ralstonia sp.) 에 속하는 미생물들은 유기오염물에 대한 주화성과 이동성이 있다. 이들 미생물들은 주화성과 이동성으로 인해 용해되지 않고 흡착되어 있는 오염물 쪽으로 이동을 하게 되며, 근접한 거리 또는 직접적인 접촉을 통하여 오염물을 분해하게 된다. When injecting liquid microorganisms, some of the contaminants adsorbed in the soil are desorbed into the liquid phase, and the contaminants dissolved in the liquid phase are decomposed by the microorganisms. The microbial fluid contains organic substances (biosurfactants, microbial metabolites, enzymes, etc.) secreted by the microorganisms, so that the solubility of the adsorptive and non-desorbable organic contaminants increases, so the desorption of these contaminants increases when the microbial fluid is injected. Contaminants that are not dissolved and adsorbed on the soil organic matter or surface are contaminated by the microbial membrane when the microorganisms are attached to the soil contaminant, and then degraded due to contaminant transfer into the microorganism. Belonging to wild microorganisms such as Pseudomonas sp., Agrobacterium sp., Clostridium sp., Sphingomonas sp., And Ralstonia sp. Microbes have chemotaxis and mobility for organic contaminants. Because of their chemotaxis and mobility, these microorganisms do not dissolve but migrate toward the adsorbed contaminants and degrade the contaminants through close contact or direct contact.

분자량이 큰 비휘발성 오염물은 수용액에서 쉽게 용해가 되지 않을 뿐만 아 니라, 미생물에 의해 직접 분해 되기도 힘들다. 이들 오염물들은 미생물이 분비하는 효소(extracellular enzyme)에 의해 분해가 진행되며 부분적으로 분해된 오염물은 상대적으로 작은 분자량을 가지며, 쉽게 수용액에 용해가 되고, 용해된 물질은 미생물의 직접 분해에 의해 추가적으로 분해가 진행된다. 슈도모나스속 (Pseudomonas sp.), 아그로백테리아속 (Agrobacterium sp.), 크론트리디엄속 (Clostridium sp.), 랄스토니아속 (Ralstonia sp.), 티오바실러스속 (Thiobacillus sp.), 아시네토백터속 (Acinetobacter sp.), 마이코박테리엄속 (Mycobacterium sp.), 아쓰로백터속 (Arthrobacter sp.), 플래보박테리엄속 (Flavobacterium sp.), 아크로모백터속 (Achromobacter sp.), 슁고모나스속 (Sphingomonas sp.)등과 같은 미생물들이 유기오염물을 분해할 수 있는 효소를 분비한다. High molecular weight non-volatile contaminants are not only readily soluble in aqueous solutions, but also difficult to be directly degraded by microorganisms. These contaminants are decomposed by extracellular enzymes, and the partially decomposed contaminants have a relatively small molecular weight, are easily dissolved in aqueous solutions, and the dissolved substances are further decomposed by direct decomposition of the microorganisms. Proceeds. Pseudomonas sp., Agrobacterium sp., Clostridium sp., Ralstonia sp., Thiobacillus sp., Acinetobacker (Acinetobacter sp.), Mycobacterium sp., Arthrobacter sp., Flavoacterium sp., Achromobacter sp., Genus Gomonas Microorganisms such as Sphingomonas sp. Secrete enzymes that can degrade organic contaminants.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described based on an accompanying drawing.

본 발명의 오염토양 정화 시스템은 토양 가열시 극초단파를 이용하며, 증기추출 후 잔류 오염물 제거는 미생물을 이용한다.The contaminated soil purification system of the present invention uses microwaves during soil heating, and removes residual contaminants after steam extraction using microorganisms.

도 1에는 본 발명의 토양 정화 장치의 구성과 그에 의한 공정을 설명하기 위한 개략도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 오염토양 정화시스템은 오염토양을 넣는 반응기(1)와 상기 반응기(1)를 가열하기 위한 극초단파발생기(2)가 구비된 정화기(10);Figure 1 is a schematic diagram for explaining the configuration and the process by the soil purification apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the contaminated soil purification system of the present invention includes a purifier 10 equipped with a reactor 1 for placing contaminated soil and a microwave generator 2 for heating the reactor 1;

상기 반응기(1)에서 생성되는 증기를 배출시키기 위한 배출펌프(30);A discharge pump 30 for discharging steam generated in the reactor 1;

상기 반응기(1)로부터 배출되는 증기를 액체와 기체로 분리하는 기액분리장 치(20);A gas-liquid separator 20 for separating the vapor discharged from the reactor 1 into a liquid and a gas;

상기 기액분리장치(20)에서 분리된 기체를 처리하는 기체처리장치(40);A gas treatment device 40 for treating the gas separated from the gas-liquid separator 20;

상기 기액분리장치(20)에서 분리된 액체를 저장하는 액체저장조(50); A liquid reservoir (50) for storing the liquid separated from the gas-liquid separator (20);

상기 반응기(1)에 미생물배양액을 투입하기 위한 미생물배양기(60); 및A microbial incubator 60 for introducing a microbial culture liquid into the reactor 1; And

상기 반응기(1)에 물을 공급하기 위한 물탱크(70);A water tank 70 for supplying water to the reactor 1;

가 구비되는 오염토양 정화시스템이 개시된다.Disclosed is a contaminated soil purification system equipped with.

또한, 상기 반응기(1)의 상단 즉, 오염토양의 주입구 쪽에는 물 또는 미생물배양액 주입 시 고루 분사되도록 하는 다공성 분배기(4)를 더 구비할 수 있으며, 상기 반응기의 하단에는 반응기의 가열 시 발생하는 휘발성, 준휘발성 유기화합물을 배출하기 위한 다공성 여과기(3)를 더 구비할 수 있다.In addition, the top of the reactor (1), that is, the inlet of the contaminated soil may be further provided with a porous distributor (4) to be evenly sprayed when water or microbial culture liquid injection, the lower end of the reactor is generated A porous filter 3 for discharging volatile and semivolatile organic compounds may be further provided.

또한 본 발명은 필요에 따라 선택적으로 상기 반응기의 내부에 온도계, 압력계, 토양수분측정기 등을 추가로 더 구비할 수 있다.In addition, the present invention may be further provided with a thermometer, a pressure gauge, a soil moisture meter and the like optionally inside the reactor.

이하는 상기의 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the above apparatus will be described in more detail.

본 발명에서 상기 정화기(10)는 오염물을 제거하기 위해 토양을 넣을 수 있는 반응기(1)와 극초단파발생기(2)가 구비된다. In the present invention, the purifier 10 is provided with a reactor (1) and a microwave generator (2) that can put the soil to remove the contaminants.

본 발명에서 상기 극초단파 발생기(2)는 2.45 GHz의 주파수를 갖는 극초단파를 발생하게 된다. 이때 상기 극초단파의 파장은 약 1.2 cm 이다.  In the present invention, the microwave generator 2 generates microwaves having a frequency of 2.45 GHz. At this time, the microwave wavelength is about 1.2 cm.

본 발명에서 상기 반응기(1)는 토양의 오염물이 탈착 또는 분해가 일어나게 되며, 극초단파를 투과시킬 수 있는 재질들, 즉, 폴리프로필렌 (PP), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE)에서 선택되는 어느 하나 이상의 수지 또 는 고열처리유리(Pyrex)로 되는 것이 바람직하다. In the present invention, the reactor (1) is decontamination or decomposition of soil contaminants occur, it is selected from materials that can transmit microwave, that is, polypropylene (PP), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE) It is preferred to be at least one resin or high heat treated glass (Pyrex).

상기 반응기(1) 내부의 토양은 초기에 20% 이상의 수분을 가진 토양이 바람직하며, 극초단파로 80 ~ 150 ℃로 가열되는 것이 바람직하다. 가열온도는 극초단파 발생량, 토양의 종류, 토양 함수율에 따라 달라진다. 반응기(1)에 투입되는 토양의 함수율이 20% 미만인 경우 반응기(1)에 토양을 투입 전후에 임의적으로 수분을 보충하는 것이 바람직하다. 이때 상기 반응기(1)에 필요에 따라 토양수분측정기(미도시)를 더 구비하도록 하여 반응기 내의 토양의 수분함량을 측정하도록 하는 것이 바람직하며, 토양 내 수분이 20% 미만인 경우, 물탱크(70)로부터 물을 공급하여주는 것이 좋다.The soil inside the reactor 1 is preferably a soil having an initial moisture of 20% or more, and is preferably heated to 80 to 150 ° C. with microwaves. The heating temperature depends on the amount of microwave generation, the type of soil and the moisture content of the soil. When the moisture content of the soil introduced into the reactor 1 is less than 20%, it is preferable to replenish moisture arbitrarily before and after adding the soil to the reactor 1. At this time, it is preferable to further include a soil moisture meter (not shown) in the reactor (1) as needed to measure the moisture content of the soil in the reactor, when the water in the soil is less than 20%, the water tank 70 It is good to supply water from

토양 내 수분은 전자파 조사 시 높은 유전율로 인해 전자파 흡수 능력이 뛰어나 열을 많이 발생하므로 토양의 가열을 돕는 역할을 하며, 또한 용해성이 큰 오염물질의 용해를 증가시켜 유기오염물의 탈착 및 휘발을 돕는 역할을 한다. Moisture in the soil helps to heat the soil due to its excellent ability to absorb electromagnetic waves due to its high dielectric constant and generates heat, and also helps to desorb and volatilize organic pollutants by increasing the dissolution of highly soluble pollutants. Do it.

본 발명에서 상기 반응기(1)는 오염토양을 투입하는 주입구에는 물탱크(70) 또는 미생물배양기(60)로부터 주입되는 액체를 고루 살포할 수 있도록 다공성 분배기(4)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 다공성 분배기(4)는 물이나 공기는 투과하나 입자성 물질은 통과되지 않는 재질을 사용하는 것을 의미한다.In the present invention, the reactor (1) is preferably provided with a porous distributor (4) to evenly spray the liquid injected from the water tank (70) or microbial incubator 60 in the inlet for introducing contaminated soil. The porous distributor 4 means using a material that transmits water or air but does not pass particulate matter.

또한, 반응기(1) 내의 오염토양을 극초단파발생기(2)를 이용하여 가열할 때 발생하는 휘발성, 준휘발성 증기를 용이하게 배출하기 위하여 상기 다공성분배기(4)가 설치된 반대면 즉, 배출구에는 다공성여과기(3)를 구비한다. 상기 다공성여과기(3)는 토양이 아래로 빠져나오지 못하도록 물과 공기만 통과될 수 있는 재질 을 사용하며, 상기 다공성여과기(3)로부터 배출되는 증기는 배출펌프(30)에 의해 기액분리장치(20)로 이송되며, 기체와 액체로 분리되어 각각 기체처리장치(40)와 액체저장조(50)에서 처리 또는 저장된다. 이때 증기 추출 시 반응기(1)내 토양의 상부에 5 ~ 20 mmHg의 진공이 형성되는 것이 반응기내 공기의 흐름을 기액분리장치 쪽으로 이동시켜 주므로 바람직하다. 따라서 상기 압력 상태를 체크할 수 있도록 반응기 내에 압력계(미도시)를 더 구비하는 것이 좋다. 증기추출 후 토양 함수율은 10%이하로 되는 것이 바람직하다. 추출된 증기 또는 수분은 상기 기액분리장치(20)에서 기체와 액체로 분리된다. 기액분리장치(20)는 수냉식 또는 공냉식 장치인 것이 바람직하다. In addition, in order to easily discharge the volatile and semi-volatile vapor generated when heating the contaminated soil in the reactor (1) using the microwave generator (2), that is, the discharge port has a porous filter on the opposite side of the porous distributor (4). (3) is provided. The porous filter (3) uses a material that can pass only water and air so that the soil does not escape down, the vapor discharged from the porous filter (3) is a gas-liquid separator 20 by the discharge pump (30) And is separated into a gas and a liquid and processed or stored in the gas treatment device 40 and the liquid storage tank 50, respectively. At this time, it is preferable that a vacuum of 5 to 20 mmHg is formed at the top of the soil in the reactor 1 during steam extraction to move the air flow in the reactor toward the gas-liquid separator. Therefore, it is preferable to further include a pressure gauge (not shown) in the reactor to check the pressure state. The soil water content after steam extraction is preferably 10% or less. The extracted steam or water is separated into gas and liquid in the gas-liquid separator 20. The gas-liquid separator 20 is preferably a water-cooled or air-cooled device.

다음으로 극초단파발생기(2)에 의해 오염토양의 휘발성, 준휘발성 증기들을 배출시키고 난 후, 남아있는 비휘발성 오염물은 미생물에 의해 정화한다. 이때 사용되는 미생물배양액을 제공하기 위한 장치로, 상기 미생물배양기(60)가 구비된다. Next, after the volatile and semivolatile vapors of the contaminated soil are discharged by the microwave generator 2, the remaining nonvolatile contaminants are purified by the microorganisms. At this time, as a device for providing a microbial culture liquid used, the microbial culture device 60 is provided.

상기 미생물배양기(60)는 유기 오염물을 분해하는 미생물을 액상으로 배양하며, 이때 사용될 수 있는 미생물로는 슈도모나스속 (Pseudomonas sp.), 아그로백테리아속 (Agrobacterium sp.), 크론트리디엄속 (Clostridium sp.), 랄스토니아속 (Ralstonia sp.), 티오바실러스속 (Thiobacillus sp.), 아시네토백터속 (Acinetobacter sp.), 마이코박테리엄속 (Mycobacterium sp.), 아쓰로백터속 (Arthrobacter sp.), 플래보박테리엄속 (Flavobacterium sp.), 아크로모백터속 (Achromobacter sp.), 슁고모나스속 (Sphingomonas sp.)등을 배양한다. The microorganism incubator 60 cultures microorganisms that degrade organic contaminants in a liquid phase, and microorganisms that can be used at this time include Pseudomonas sp., Agrobacterium sp., And Crostridium genus. sp.), Ralstonia sp., Thiobacillus sp., Acinetobacter sp., Mycobacterium sp., Arthrobacter sp. ), Flavoacterium sp., Achromobacter sp., Sphingomonas sp.

미생물배양기(60)에서 미생물은 농도가 약 1 ml 당 108 미생물수 정도 되도 록 배양되는 것이 바람직하다. 미생물배양기(60)에서 배양된 미생물액은 펌프(80)를 통하여 반응기(1)에 주입된다. 이때 주입되는 미생물액의 양은 반응기(1)속의 토양 무게에 해당되는 양 만큼 주입하는 것이 바람직하다. 즉 토양대 주입되는 미생물액의 양은 무게비로 1:1 ~ 1:2의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 미생물액을 토양에 주입 후에는 24시간 이상의 숙성기간을 갖는 것이 바람직하다. 이때 주입된 미생물액은 중력에 의해 토양 아래로 침투하게 되고, 또한 모세관 현상에 의해 토양 기공내로 침투하게 된다. 미생물액이 토양 전체로 침투함에 따라 오염물을 분해하는 미생물도 같이 침투하게 된다. 침투된 미생물은 토양으로부터 탈착 용해되는 오염물을 분해하게 되며, 용해되지 않는 오염물은 부착하는 미생물 또는 미생물이 분비하는 효소에 의해 추가적으로 분해하게 된다. 야생형태(wild type)의 미생물들은 주화성과 이동성이 있다. 이들 미생물의 주화성 및 이동성으로 인해 미생물들은 오염물이 흡착된 지점으로의 이동이 있게 되어 효과적으로 오염물을 제거할 수 있다. 또한 미생물이 분비하는 효소에 의해서도 흡착된 오염물의 분해가 일어나게 된다. 오염물의 제거 후 미생물배양액은 반응기(1)하단의 밸브를 열어 기액분리장치(20)를 통해 액체저장조(50)로 유입되도록 한다.In the microorganism incubator 60, the microorganisms are preferably cultured to have a concentration of about 108 microorganisms per ml. The microbial fluid cultured in the microbial incubator 60 is injected into the reactor 1 through the pump 80. At this time, the amount of the microbial fluid to be injected is preferably injected by the amount corresponding to the weight of the soil in the reactor (1). That is, the amount of microbial fluid injected into the soil is preferably in the range of 1: 1 to 1: 2 by weight. After injecting the microbial fluid into the soil, it is desirable to have a aging period of 24 hours or more. At this time, the injected microbial fluid penetrates into the soil by gravity and also penetrates into the pores of the soil by capillary action. As microbial fluid penetrates the entire soil, microorganisms that break down contaminants also penetrate. The infiltrated microorganisms decompose and dissolve the contaminants that are desorbed from the soil, and the insoluble contaminants are additionally decomposed by the attached microorganisms or enzymes secreted by the microorganisms. Wild type microbes are chemotactic and mobile. The chemotaxis and mobility of these microorganisms allow the microbes to move to the point where the contaminants are adsorbed, effectively removing the contaminants. In addition, decomposition of adsorbed pollutants also occurs by enzymes secreted by microorganisms. After removal of contaminants, the microbial culture liquid is introduced into the liquid storage tank 50 through the gas-liquid separator 20 by opening a valve at the bottom of the reactor 1.

본 발명에서와 같이, 오염된 토양에 극초단파 조사, 증기 추출, 미생물 처리를 병용하게 되면 유기오염물의 제거 효율이 높아지게 되며, 특히 비휘발성 및 흡착성 오염물의 제거 효율이 높아지게 된다. As in the present invention, the combination of microwave irradiation, steam extraction, and microbial treatment in contaminated soils increases the removal efficiency of organic contaminants, and in particular, the removal efficiency of non-volatile and adsorptive contaminants.

이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 실시예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples for the specific description of the present invention, but the present invention is not limited to the following Examples.

[실험준비][Preparation for experiment]

오염되지 않은 토양을 채취하여 오염물로서 톨루엔(휘발성)83000ppm, 나프탈렌(준휘발성)11000ppm, 피난쓰렌(비휘발성)5600 ppm 으로 오염처리 하여 실험을 실시하였다. 토양의 유기탄소 함량을 측정한 결과 13%이었다.The uncontaminated soil was collected and contaminated with toluene (volatile) 83000ppm, naphthalene (semi-volatile) 11000ppm, and pinanesrene (non-volatile) 5600ppm. The organic carbon content of soil was 13%.

이를 이용하여 단순히 토양 증기 추출만한 경우(비교예1), 극초단파 가열(2.54 GHz를 조사)과 토양 증기 추출을 병행한 경우(비교예2), 미생물만 처리를 한 경우(비교예3), 극초단파 가열 및 토양증기추출에 미생물(슈도모나스속 Pseudomonas sp.) 처리를 한 경우(실시예)로 하여 그 결과를 보았다.If only soil vapor extraction was used (Comparative Example 1), microwave heating (irradiated at 2.54 GHz) and soil vapor extraction were performed in parallel (Comparative Example 2), only microorganisms were treated (Comparative Example 3), microwave When the microorganisms (Pseudomonas sp.) Treatment was applied to the heating and soil vapor extraction (Example), the results were seen.

[오염물의 측정방법][Measurement method for pollutants]

토양을 각 처리방법에 의해 처리 한 후 토양시료 10g를 20㎖ 유리 바이얼에 옮긴 뒤 메탄올 10ml을 주입하고, 2일 동안 분당 9회로 회전 혼합하여 메탄올로 추출하였다. 추출시료는 고성능액체크로마토그래프(HPLC)을 이용하여 추출된 오염물의 농도를 분석하였다. HPLC에 칼럼으로 Supelcosil LC-PAH 15cm x 4.6mm(5um)를, 감지기로는 UV/VIS 254nm를 이용하였다. After the soil was treated by each treatment method, 10g of soil samples were transferred to a 20ml glass vial, 10ml of methanol was injected, and the mixture was extracted with methanol by rotation mixing 9 times per minute for 2 days. The extracted samples were analyzed by using high performance liquid chromatography (HPLC). 15 cm x 4.6 mm (5 um) of Supelcosil LC-PAH was used as a column in HPLC, and UV / VIS 254 nm was used as a detector.

[비교예1]Comparative Example 1

준비된 오염토양 12g을 반응기에 넣고 배출펌프(30)를 이용하여 10분 동안 증기추출한 후 토양 10g을 샘플로 채취하여 위 오염물의 측정방법에 따라 토양 내 잔류된 오염물질을 추출하여 농도를 측정하고, 토양에 잔류된 오염물질의 농도를 계산한 결과는 하기 표 1에 나타내었다. Put 12g of the contaminated soil into the reactor and use the discharge pump 30 for 10 minutes After steam extraction, 10g of soil was taken as a sample, the concentration of the pollutants remaining in the soil was measured according to the method of measuring the above pollutants, and the concentrations of the pollutants remaining in the soil were shown in Table 1 below. .

[비교예2]Comparative Example 2

준비된 오염토양 12g을 반응기에 넣고 극초단파 발생기(2.54 GHz를 조사)를 작동하여 80℃로 1분간 가열한 직후 10분간 증기를 추출한 후, 토양 10g을 샘플로 채취하여 위 오염물의 측정방법에 따라 토양 내 잔류된 오염물질을 추출하여 농도를 측정하고, 토양에 잔류된 오염물질의 농도를 계산한 결과는 하기 표 1에 나타내었다. Put 12g of the contaminated soil into the reactor and operate the microwave generator (irradiated at 2.54 GHz), heat it at 80 ° C for 1 minute, extract the steam for 10 minutes, take 10g of the soil as a sample, Extracting the remaining pollutants to measure the concentration, the results of calculating the concentration of the pollutants remaining in the soil are shown in Table 1 below.

[비교예 3]Comparative Example 3

준비된 오염토양 12g을 반응기에 넣고 미생물배양액(슈도모나스속 Pseudomonas sp.)을 토양과 동일한 무게로 첨가한 후, 24시간동안 방치 한 후 미생물배양액을 제거하고 토양 10g을 샘플로 채취하여 위 오염물의 측정방법에 따라 토양 내 잔류된 오염물질을 추출하여 농도를 측정하고, 토양에 잔류된 오염물질의 농도를 계산한 결과는 하기 표 1에 나타내었다. Put 12g of the contaminated soil into the reactor, add microbial culture solution (Pseudomonas sp.) To the same weight as the soil, and leave it for 24 hours, remove the microbial culture solution and take 10g of soil as a sample to measure the above contaminants. By measuring the concentration by extracting the remaining contaminants in the soil, the results of calculating the concentration of the contaminants remaining in the soil are shown in Table 1 below.

[실시예]EXAMPLE

준비된 오염토양 12g을 반응기에 넣고 극초단파 발생기(2.54 GHz를 조사)를 작동하여 80℃로 1분간 가열한 직후 10분간 증기를 추출한 후 다시 반응기내에 미 생물배양액(슈도모나스속 Pseudomonas sp.)을 토양과 동일한 무게로 첨가한 후, 24시간동안 방치 한 후 미생물배양액을 제거하여 토양 10g을 샘플로 채취하여 위 오염물의 측정방법에 따라 토양 내 잔류된 오염물질을 추출하여 농도를 측정하고, 토양에 잔류된 오염물질의 농도를 계산한 결과는 하기 표 1에 나타내었다. 12 g of the contaminated soil was placed in a reactor, and the microwave generator (irradiated at 2.54 GHz) was heated at 80 ° C. for 1 minute, followed by steam extraction for 10 minutes, and then the microbial culture medium (Pseudomonas sp. After adding by weight, it is left for 24 hours, and then microbial culture solution is removed, 10g of soil is taken as a sample, and the concentration of contaminants remaining in the soil is measured according to the measurement method of the above contaminants. The results of calculating the concentration of the substance are shown in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

Figure 112006065691669-pat00001
Figure 112006065691669-pat00001

상기 표에서 보이는 바와 같이, 증기추출만 실시한 비교예 1의 경우 휘발성 화합물인 톨루엔 제거에 매우 효과적임을 알 수 있으며, 나프탈렌이나 피난쓰렌 제거에는 상대적으로 비효과적임을 알 수 있다. 극초단파 가열과 증기추출을 병행 실시한 비교예 2의 경우 톨루엔과 준휘발성 물질인 나프탈렌 제거에 매우 효과적임을 알 수 있으나, 피난쓰렌 제거에는 상대적으로 비효과적임을 확인할 수 있다. 즉, 가열 및 증기추출에 의해서는 흡착성이 강하고 비휘발성인 피난쓰렌을 토양으로부터 제거하기가 매우 어려움을 확인 할 수 있었다. 또한 미생물배양액만을 사용한 비교예 3의 경우에는 초기 고농도의 오염물질로 인해 미생물에 독성이 가해졌으며, 미생물의 활성이 억제되어 미생물에 의한 오염물의 분해가 매우 저조하였으며, 톨 루엔, 나프탈렌, 페난쓰렌의 제거가 미미하였다. As shown in the table, it can be seen that the comparative example 1 which carried out only steam extraction is very effective in removing toluene, which is a volatile compound, and is relatively ineffective in removing naphthalene or pinanthrene. In Comparative Example 2 in which microwave heating and steam extraction were performed in parallel, it can be seen that it is very effective for removing toluene and naphthalene, which is a semi-volatile substance, but it can be confirmed that it is relatively ineffective for removing evacuation. In other words, by heating and steam extraction it was very difficult to remove the highly adsorptive and nonvolatile evacuation styrene from the soil. In addition, in the case of Comparative Example 3 using only the microbial culture medium, toxicity was added to the microorganisms due to the initial high concentration of contaminants, and the degradation of contaminants by the microorganisms was very low due to the inhibition of microorganism activity. Removal was minimal.

본발명에 따른 실시예의 경우 극초단파 가열과 증기추출에 추가적으로 미생물 처리를 한 결과 톨루엔과 나프탈렌의 추가적인 제거와 더불어 흡착성이 강하고 비휘발성 물질인 피난쓰렌이 제거되어 각각의 방법을 사용한 것에 비하여 현저히 놀라운 제거효과를 나타내었다. In the embodiment according to the present invention, the microbial treatment in addition to microwave heating and steam extraction resulted in additional removal of toluene and naphthalene, as well as removal of the highly adsorptive and nonvolatile material, fenanthrene, which was remarkably surprising compared to the respective methods. Indicated.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 가열방식에 있어서 기존의 열 탈착방법과 달리 열매체를 통하여 토양을 가열하는 간접가열 방식이 아니라 극초단파를 토양에 직접 조사하는 토양 직접 가열 방식을 채택하여 피사체(토양)만 선택적으로 가열가능하고, 열전달 효율이 좋아 에너지를 절약할 수 있으며, 단시간에 토양의 온도를 높일 수 있고, 조작이 간편한 장점이 있다. As described above, in the present invention, unlike the conventional thermal desorption method, the present invention adopts the direct soil heating method for directly irradiating the microwaves directly to the soil, rather than the indirect heating method for heating the soil through the heating medium. Only selectively heatable, good heat transfer efficiency can save energy, increase the temperature of the soil in a short time, and has the advantages of easy operation.

또한 본 발명에서는 기존의 열 탈착 및 증기 추출 방법에서는 제거하기 어려웠거나, 제거하기에 오랜 시간이 걸렸던 잔류 및 비탈착성 오염물을 미생물액 주입으로 오염물의 용해를 유도하고, 용해된 오염물의 분해 및 흡착된 오염물의 미생물에 의한 직접분해 또는 효소에 의한 분해로 제거 할 수 있도록 하여 토양 오염물 제거율을 높이고, 토양 정화 시간을 단축 할 수 있게 한다. In addition, the present invention induces the dissolution of contaminants by injecting microbial fluid to the residual and non-desorbable contaminants that were difficult to remove in the conventional thermal desorption and steam extraction method, or took a long time to remove, decompose and adsorb the dissolved contaminants. It is possible to remove the pollutants directly by microorganisms or by enzymes, thereby increasing the soil pollutant removal rate and shortening the soil purification time.

또한 본 발명에서는 토양 정화 초기에 열 탈착과 토양 증기 추출 공정을 동시 또는 순차적으로 적용하여 휘발성 및 준휘발성 오염물들을 우선 제거하고, 순차적으로 미생물 분해 공정을 적용하여 잔류 휘발성및 준휘발성 오염물과 더불어 비 휘발성 및 비 탈착성 오염물을 미생물 분해에 의해 추가적으로 처리함으로 인해 기존의 열탈착과 토양증기 추출 장치와 방법에서 보다 더 낮은 농도로 오염물을 제거하는 효과가 있으므로, 석유계 유기오염물로 고농도로 오염되어 있는 오염 토양 정화에 적용가능하다. In the present invention, in the early stage of soil purification, thermal desorption and soil vapor extraction processes are applied simultaneously or sequentially to remove volatile and semivolatile contaminants, and sequentially, microbial decomposition processes are applied to residual and nonvolatile contaminants. And the non-desorbable contaminants are additionally treated by microbial decomposition to remove contaminants at lower concentrations than conventional thermal desorption and soil vapor extraction apparatuses and methods. Applicable to the purification.

Claims (8)

오염토양을 정화하는 오염토양 정화장치로서, As a contaminated soil purifier to clean contaminated soil, 오염토양을 넣는 반응기와 상기 반응기를 가열하기 위한 극초단파발생기가 구비된 정화기;A purifier equipped with a reactor for contaminating soil and a microwave generator for heating the reactor; 상기 반응기에서 생성되는 증기를 배출시키기 위한 배출펌프;A discharge pump for discharging steam generated in the reactor; 상기 반응기로부터 배출되는 증기를 냉각하여 액체와 기체로 분리하는 기액분리장치;Gas-liquid separator for cooling the steam discharged from the reactor to separate the liquid and gas; 상기 기액분리장치에서 분리된 기체를 처리하는 기체처리장치;A gas treatment device for treating the gas separated by the gas-liquid separator; 상기 기액분리장치에서 분리된 액체를 저장하는 액체저장조;A liquid storage tank for storing the liquid separated from the gas-liquid separator; 상기 반응기에 미생물배양액을 투입하기 위한 미생물배양기; 및A microbial incubator for injecting a microbial culture liquid into the reactor; And 상기 반응기에 물을 공급하기 위한 물탱크;A water tank for supplying water to the reactor; 가 구비되는 것을 특징으로 하는 오염토양 정화장치.Soil purification apparatus characterized in that it is provided. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응기는 물 또는 미생물배양액 주입 시 고루 분사되도록 하는 다공성 분배기 및 가열 시 발생하는 휘발성, 준휘발성 증기 또는 미생물배양액의 배출이 용이하도록 다공성 여과기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 오염토양 정화장치.The reactor further comprises a porous distributor for evenly spraying water or microbial culture liquid injection and a porous filter to facilitate the discharge of volatile, semi-volatile vapor or microbial culture liquid generated during heating. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응기는 폴리프로필렌 (PP), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE)에서 선택되는 어느 하나 이상의 수지 또는 고열처리유리(Pyrex)를 사용하는 것을 특징으로 하는 오염토양 정화장치.The reactor is a contaminated soil purification apparatus, characterized in that using at least one resin selected from polypropylene (PP), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE) or high heat treated glass (Pyrex). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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