KR101867729B1

KR101867729B1 - 토양 및 지하수 정화용 조성물 및 이를 이용한 정화처리 방법

Info

Publication number: KR101867729B1
Application number: KR1020160176118A
Authority: KR
Inventors: 김지훈; 최상교
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-14

Abstract

본 발명은 토양 및 지하수 정화용 조성물 및 이를 이용한 정화처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과산화수소, 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나 및 알코올을 포함하는 오염 정화용 조성물, 및 이러한 오염 정화용 조성물을 유류 오염 지역에 주입하는 단계를 포함하는 정화처리 방법에 관한 것이다.

Description

토양 및 지하수 정화용 조성물 및 이를 이용한 정화처리 방법{Composition for treating soil and groundwater and treatment method using the same}

본 발명은 토양 및 지하수 정화용 조성물 및 이를 이용한 정화처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 오염 물질에 의해 오염된 토양 및 지하수를 과산화수소의 산화반응을 이용하여 원위치에서 정화하기 위한 안정화 과산화수소 조성물 및 이를 이용한 주입 방법에 관한 것이다.

현재 우리나라는 주유소, 저유조, 송유관 등의 주변 지역에서 BTEX, 디젤, 가솔린 등과 같은 유류 오염 물질에 의한 오염 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 유류 오염 물질을 처리하기 위한 대규모 토양 오염 정화 사업이 진행되면서 기술력과 경험이 축적되고 있다. 이러한 유류 오염 토양은 생물학적 처리, 물리적 처리, 화학적 처리 등의 여러 처리 방법을 통해 처리 가능하지만, 오염 현장 상황 및 오염물의 특성에 따라 처리 방법을 선택하고 있다.

한국 특허 출원제2000-0028782(2000.05.26)호에서는 제강분진을 반응촉매로 재활용한 고농도 유기성 폐수의 처리방법 및 장치를 개시하고 있고, 생물학적 처리 공법은 미생물의 메타볼리즘(metabolism)을 이용한 처리 기술로서 비용이 저렴한 장점이 있으나 오랜 처리 기간이 요구되며, 고농도 오염 지역에 한계를 가지고 있다. 물리적 처리 기술은 오염물의 분자량 및 화학적 구조에 의해 영향을 크게 받으며, 토양 증기 추출 공법(soil vapor extraction, SVE) 등의 기술은 토양 증기 추출 방법으로는 휘발성 유기 화합물만 제거할 수 있다. 즉 가솔린 형태는 제거하기가 용이하나 디젤이나 분자량이 크고 휘발도가 낮은 형태는 제거하기가 어렵다. 더욱이 공기를 인위적으로 흘려서 제거하기 때문에 공기가 잘 흐르지 못하는 토양인 점토질의 경우에는 처리하는 것이 거의 불가능하다.

한편, 열 처리 방법은 고온 열 탈착법(high temperature thermal desorption), 소각법(incineration) 및 유리화법 (vitrification) 등이 있다. 고온 열 탈착법은 폐기물 내의 수분 및 유기 오염 물질을 휘발시키기 위해 315 내지 538로 가열한 후 가스 처리 시스템으로 이송하여 처리하는 방법이다. 소각법은 산소가 존재하는 상태에서 871 내지 1024의 고온으로 유해성 폐기물 내의 유기 오염 물질을 소각 분해하는 방법이다. 이와 같은, 열처리 방법은 처리 효율 면에서 매우 효과적이나, 고온을 유지하기 위해 에너지가 연속적으로 공급되어야 하며 그 에너지는 결국 비용의 상승을 필연적으로 수반하기 때문에 경제성을 확보되지 않는 단점이 있다. 또한 열 탈착은 토양 굴착이 선행되어야 하여 토양 처리에 비용이 소요되는 단점이 있다.

이러한 기술들은 보완할 수 있는 것이 화학적 지중 산화 방법이다. 화학적 산화는 대체적으로 처리 시간이 짧고 처리 효율도 높아 최근 각광받고 있다. 과산화수소, 과황산과 같은 산화제를 토양에 인위적으로 주입하여 오염물질을 물과 이산화탄소로 완전 산화시켜 제거하는 방식이다. 이러한 산화제로는 과산화수소(hydrogen peroxide)가 주로 사용되어 왔으며, 과산화수소가 분해되어 발생하는 수산 라디칼을 이용한 유기화합물 분해에 관해서는 많은 연구가 진행되고 있다.

과산화수소는 여러 가지 용도로 사용되는 산업적으로 매우 유용한 화합물이다. 주 용도로는 표백제, 살균제, 페수 처리용 펜톤산화 촉진제, 금속 표면 산세용액 첨가제 등 그 용도가 다양하다. 이러한 용도의 대부분은 과산화수소가 오염물과 접촉 분해되면서 산화력이 강한 수산 라디칼을 형성하는 것에 의해 작동한다. 하지만 수산라디칼은 다시 과산화수소를 공격하여 더 많은 라디칼을 발생시키는 자촉매 반응을 일으키며, 분해속도가 대단히 빠르다. 따라서 단시간에 다량의 라디칼을 형성하여 유기물이나 오염물을 공격하여 분해하는데, 이 때문에 토양에 주입할 경우 이 때문에 토양에 잔존하는 시간이 매우 짧다. 이와 같은 짧은 잔존시간에 의해 과산화수소의 영향 반경이 짧아지게 되고, 이 때문에 단위 토양당 소모되는 과산화수소가 많아 지거나, 지중처리를 위한 관정 수가 많아져 정화 비용이 상승하는 단점이 있다. 또한 과산화수소가 분해되어 발생한 산소에 의해 정화 작업 중 안전사고가 발생할 우려가 있으며, 또한 지중으로 과산화수소를 주입하는데 있어 어려움이 발생한다.

따라서, 과산화수소 수용액을 안정적으로 지중에 주입할 수 있으며, 토양 내에서의 지속 시간을 증가시켜 토양 정화에 있어서 과산화수소 소모량을 줄일 수 있는 정화 조성물 및 정화 방법이 개발되는 경우 관련 분야에서 널리 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 발명의 한 측면은 과산화수소가 안정적으로 주입될 수 있는 토양 및 지하수 정화용 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 이러한 토양 및 지하수 정화용 조성물을 이용한 정화처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 과산화수소; 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나; 및 알코올을 포함하는, 오염 정화용 조성물이 제공된다.

상기 페닐우레아는 오염 정화용 조성물 전체 중량을 기준으로 0.4 내지 4 중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 아세트아닐라이드는 오염 정화용 조성물 전체 중량을 기준으로 0.3 내지 3 중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 알코올은 메탄올, 에탄올 및 프로판올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.

상기 알코올은 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나와 동일한 함량으로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 오염 정화용 조성물은 물에 0.5 wt% 내지 10wt%의 함량으로 희석되는 것이 바람직하다.

상기 오염 정화 조성물은 유류 오염된 토양, 지하수 또는 이들의 혼합 오염을 처리하기 위한 것이 바람직하다.

상기 유류 오염은 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 경유, 등유, 가솔린, 벙커유, 윤활유 및 원유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유류에 의한 오염인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 상술한 본 발명의 오염 정화용 조성물을 유류 오염 지역에 주입하는 단계를 포함하는 정화처리 방법이 제공된다.

상기 오염 지역은 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 경유, 등유, 가솔린, 벙커유, 윤활유 및 원유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유류에 의해 오염된 토양, 지하수 또는 이들의 혼합인 것이 바람직하다.

상기 정화용 조성물을 오염 지역에 주입하는 단계는 1일 내지 일주일 간격으로 2회 이상 반복 수행되는 것이 바람직하다.

상기 정화용 조성물을 오염 지역에 주입하는 단계는 상기 정화용 조성물을 오염 지역에 주입하는 단계는 2회 이상 반복 수행 시 후속적으로 투입되는 정화용 조성물 내의 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나의 성분의 함량을 증가시켜 수행되는 것이 바람직하다.

상기 정화용 조성물을 오염 지역에 주입하는 단계는 1m³ 체적 당 10 kg 내지 200kg 의 양으로 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 정화용 조성물 및 정화 방법을 통해 과산화수소 수용액을 안정적으로 지중에 주입할 수 있으며, 토양 내에서의 지속 시간을 증가시켜 토양 정화에 있어서 과산화수소 소모량을 줄일 수 있다.

도 1은 과산화수소 반복 주입 실험 결과 그래프를 나타낸 것이다.
도 2는 정화 조성물을 주입하면서 인버터 값 변화를 측정한 결과 그래프를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 의하면, 과산화수소를 포함하며, 과산화수소의 성분이 안정화된 오염 정화 조성물이 제공된다.

보다 상세하게, 본 발명의 오염 정화 조성물은 과산화수소; 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나; 및 알코올을 포함하는 것이다.

본 발명에 의해 제공되는 오염 정화 조성물에 포함된 페닐우레아 및 아세트아닐라이드는 그 구조 내의 벤젠 고리가 과산화수소에 의하여 생성되는 하이드록실 라디칼에 의한 공격을 막아주는 역할을 수행하여 과산화수소의 안정성을 높이며, 알코올에 의해 안정화제가 수용액에 균질하게 용해될 수 있어, 토양 및 지하수 정화 작업의 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명의 오염 정화 조성물에 사용되는 n-페닐우레아 및 아세트아닐라이드는 각각 하기의 화학식 1 및 2와 같은 구조식을 갖는다.

[화학식 1]

[화학식 2]

본 발명의 오염 정화 조성물이 토양 및/또는 지하수 정화를 위해 주입되면 아래 반응식 1 및 2와 같이 자연적으로 존재하거나 인위적으로 함께 주입한 2가/3가 철이온과 과산화수소가 반응하여 강력한 산화제인 ㆍOH 또는 ㆍO₂H와 같은 산화 라디칼을 생성한다.

[반응식 1] Fe² ⁺ + H₂O₂ → Fe³ ⁺ + ㆍOH + OH^-

[반응식 2] Fe³ ⁺ + H₂O₂ → Fe² ⁺+ ㆍO₂H + H⁺

이러한 산화 라디칼은 반응식 3 및 4와 같이 유기분자의 C-H 결합, 염소계 화합물, 방향족 화합물 등을 분해할 수 있고 최종적으로 유기 오염 물질은 물과 이산화탄소로 분해될 수 있다.

[반응식 3] C_nH_m (유기오염물질) + ㆍOH → C_nH_m-1-OH

[반응식 4] C_nH_m _-1-OH + x(ㆍOH) → 이산화탄소 + 물

그러나, 과산화수소는 그 구조가 불안정하여 하기 반응식 5와 같이 토양 내의 다른 매체와 반응하거나 스스로 분해되어 산소를 발생한다.

[반응식 5] 2H₂O₂ → O₂ + 2H₂O

또한 ㆍOH 와 ㆍO₂H 는 과산화수소와 다시 반응하여 반응식 6 내지 반응식 8과 같이 과산화수소를 소모하게 된다.

[반응식 6] ㆍOH + H₂O₂ → ㆍO₂H + H₂O

[반응식 7] ㆍO₂H + ㆍO₂H → H₂O₂ + O₂

[반응식 8] ㆍO₂H + + H₂O₂ →ㆍOH + O₂ + H₂O

결국, 수산화 라디칼(ㆍOH) 및 과산화 라디칼 (ㆍO₂H)은 유기 오염 물질을 제거하기 위해 필수적이지만, 너무 과하게 존재할 경우 과산화수소와 격렬하게 반응하여 과산화수소 소모량을 급격하게 증가시키고, 결국엔 정화 작업의 안정성을 확보할 수 없게 된다.

이때, 본 발명의 오염 정화 조성물 중에 포함된 n-페닐우레아 및/또는 아세트아닐라이드는 그 구조 내에 포함된 벤젠 고리, C=0기, -NH 기 등이 라디칼과 반응하여 라디칼의 수를 조절해주는 라디칼 스캐빈져 역할을 수행하여 과산화수소의 반응성을 조절할 수 있게 된다.

과산화수소; 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나; 및 알코올을 포함하는 오염 정화용 조성물에 있어서, 상기 페닐우레아는 오염 정화용 조성물 전체 중량을 기준으로 0.4 내지 4 중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하며, 0.5 내지 2 중량%의 양으로 포함하는 것이 보다 바람직하다. 상기 페닐우레아가 0.4 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 과산화수소의 안정화 효과가 저하되는 문제가 있고, 4 중량%를 초과하는 경우에는 모두 용해되지 않고 잔류물이 발생하는 문제가 있으며, 또한 유기 오염 물질과 잔류하는 페닐우레아가 라디칼 반응에 상호 경쟁하여, 유기오염 물질 처리 효율이 저감되고, 과산화수소 주입량이 증가할 수 있다.

한편, 상기 아세트아닐라이드는 오염 정화용 조성물 전체 중량을 기준으로 0.3 내지 3 중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하며, 0.5 내지 2 중량%의 양으로 포함하는 것이 보다 바람직하다. 상기 아세트아닐라이드가 0.3 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 과산화수소의 안정화 효과가 저하되는 문제가 있고, 3 중량%를 초과하는 경우에는 모두 용해되지 않고 잔류물이 발생하는 문제가 있으며, 또한 유기 오염 물질과 잔류하는 아세트아닐라이드가 라디칼 반응에 상호 경쟁하여, 유기오염 물질 처리 효율이 저감되고, 과산화수소 주입량이 증가할 수 있다.

상기 알코올은 메탄올, 에탄올 및 프로판올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 바람직하게는 에탄올을 사용한다.

이때, 상기 알코올은 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나와 동일한 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. n-페닐우레아와 아세트아닐라이드의 상온에서 물에 대한 용해도는 각각 1.0%, 0.56% 수준으로, 알코올의 첨가를 통해 안정제의 용해도를 높혀 사용하여야 하는데, 상기 알코올이 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나의 함량 미만으로 포함되는 경우에는 안정제로 사용된 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)가 과산화수소에 균일하게 용해되지 못하여 잔류물이 발생할 수 있고, 안정화 효과가 불안정하게 되어 과산화수소를 지중주입 작업이 일정하게 유지될 수 없는 문제가 있으며, 반면, 초과하여 포함되는 경우에는 오염물의 용해도가 높아져 토양에서 탈착됨에 따라 지하수를 통해 확산될 가능성이 있다.

상기 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)는 각각 단독으로 사용될 수 있으나, 바람직하게는 동일한 중량비로 혼합하여 사용되는 것이다. 이와 같이 동일한 중량비로 혼합하여 사용되는 경우 가장 우수한 과산화수소 안정화 효과를 획득할 수 있다.

한편, 본 발명의 상기 오염 정화용 조성물은 물에 0.5 wt% 내지 10wt%의 함량으로희석되어 사용되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1 내지 5 wt%, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 wt%의 함량과 잔부의 물을 포함하도록 희석되어 사용되는 것이 바람직하다. 상기 오염 정화용 조성물이 물에 0.5 wt% 미만으로 포함되는 경우에는 토양 정화 효율이 저하되는 문제가 있고, 10 wt%를 초과하여 포함되는 경우에는 오염물 제거 과정에서 발생하는 산소에 의해 관정 내부의 압력이 증가하여 주입과정이 원활하지 않는 문제가 있다.

본 발명에 있어서, 상기 오염 정화 조성물은 유류 오염된 토양, 지하수 또는 이들의 혼합 오염을 처리하기 위한 것이 바람직하며, 예를 들어 상기 유류 오염은 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 경유, 등유, 가솔린, 벙커유, 윤활유 및 원유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유류에 의한 오염일 수 있다.

상기 오염 지역은 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 경유, 등유, 가솔린, 벙커유, 윤활유 및 원유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유류에 의해 오염된 토양, 지하수 또는 이들의 혼합일 수 있다.

상기 정화용 조성물을 오염 지역에 주입하는 단계는 1일 내지 일주일 간격으로 2회 이상 반복 수행될 수 있다.

이때, 상기 정화용 조성물을 오염 지역에 주입하는 단계는 2회 이상 반복 수행 시 후속적으로 투입되는 정화용 조성물 내의 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나의 성분의 함량을 증가시켜 수행되는 것이 바람직하다.

즉, 라디칼 스캐빈져는 토양/지하수 내에 존재하는 유기 오염물과 경쟁적으로 라디칼과 반응하게 되어, 유기 오염물의 농도가 높은 경우 라디칼 스캐빈져의 역할이 무의미해질 수 있고, 반면 라디칼 스캐빈져의 농도가 높은 경우에는 오염물질의 제거 성능이 저하될 수 있으므로, 본 발명의 정화용 조성물의 함량을 점차 증가시키면서 반복 주입하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 유기 오염물이 존재하는 토양 및 지하수 중 적어도 어느 한 곳에 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나의 성분이 0.3 내지 2 중량% 이내로 혼합된 오염 정화용 조성물을 주입하여 관정 반경 3 내지 4 m 이내의 유기 오염 물질을 산화하는 단계; 및 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나의 성분이 2 내지 3 중량%, 페닐우레아 및 아세트아닐라이드의 혼합물을 이용하는 경우 2 내지 7 중량%로 혼합된 오염 정화용 조성물을 주입하여 관정 반경 3 내지 7m 이내의 유기 오염 물질을 산화하는 단계를 포함하도록 하여 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드(acetanilide)의 사용량을 최소화하고 과산화수소 주입량을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 상기 정화용 조성물을 오염 지역에 주입하는 단계는 1m³ 체적 당 50 kg내지 200 kg 의 양으로 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 유기 오염 물질에 의해 오염된 토양을 과산화수소의 산화 반응을 이용하여 원위치에서 정화하기 위하여, 과산화수소를 안전하게 토양에 주입하고, 주입된 과산화수소의 토양 내 이동 거리를 향상시킬 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

1. 오염 정화용 조성물의 제조

본 실험에서 사용된 과산화수소(35%), n-페닐우레아, 에세트아닐라이드, 에탄올, 과망간산칼륨은 모두 Sigma-Aldrich사의 고순도의 분석용 등급의 시약을 사용하였다.

실시예 1

n-페닐우레아 1 wt%, 아세트아닐라이드 1 wt%, 에탄올 2 wt%, 과산화수소 32 wt% 및 잔부의 물(64 wt%)을 혼합하여 오염 정화용 조성물을 제조하였다.

실시예 2

페닐우레아 2 wt%, 에탄올 2 wt%, 과산화수소 32 wt% 및 잔부의 물을 혼합하여 오염 정화용 조성물을 제조하였다.

실시예 3

아세트아닐라이드 2 wt%, 에탄올 2 wt%, 과산화수소 32 wt wt% 및 잔부의 물을 혼합하여 오염 정화용 조성물을 제조하였다.

비교예 1

과산화수소 32wt% 수용액만을 오염 정화용 조성물로 이용하였다.

비교예 2

에탄올 2 wt%, 과산화수소 32 wt% 및 잔부의 물을 혼합하여 오염 정화용 조성물을 제조하였다.

2. 오염 정화용 조성물에 따른 과산화수소 분해 속도 확인 실험

본 실험에 사용된 토양은 일반적이고 균일한 환경을 모사하기 위해, 일반 토양을 자연 건조한 후 입도 별로 분류한 다음 63~90㎛ 크기의 토양을 50중량%, 500~1000㎛ 입자 사이즈의 모래질 토양 50%를 각각 혼합하여 사용하였다. 여기에 초기 오염농도가 5,000 mg/kg이 되도록 디젤을 첨가한 후 24시간 동안 교반하여 디젤이 균등하게 오염되도록 하였다. 이때, 디젤은 GS-칼텍스에서 구입하였다.

본 실험에서는 상기 1.에서 획득한 오염 정화용 조성물을 1 wt% 포함하도록 증류수와 혼합하여 희석하였다.

상기에서 인위적으로 제조된 오염 토양과 상기 1.에서 획득한 오염 각각의 정화용 조성물을 1:3의 부피비로 혼합한 후 실온에서 교반하면서 시간별 과산화수소 농도를 측정하여 이를 표 1에 분해 속도로 표현하였다.

측정된 과산화수소 농도를 이용하여 하기 반응 속도식에 의해 1차 반응상수(k)를 계산하였다.

[반응식 5] c = c_o e^-kt

과산화수소만을 이용한 비교예 1과 과산화수소와 에탄올을 혼합한 비교예 2의 경우 과산화수소의 분해 속도는 큰 차이를 보이지 않았으며, 이에 에탄올에 의한 과산화수소 안정화 효과는 크지 않음을 알 수 있었다.

반면, 과산화수소와 페닐우레아를 혼합한 실시예 2, 아세트아닐라이드를 혼합한 실시예 3, 그리고 페닐우레아 및 아세트아닐라이드를 함께 혼합한 실시예 1의 경우에는 과산화수소만을 혼합한 경우에 비하여 과산화수소의 분해 속도가 약 30% 가량 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 1과 같이 두 성분을 모두 혼합한 경우 분해 속도가 가장 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

안정제 함량별 과산화수소 분해 속도 측정 결과

정화용 조성물 종류	분해 속도(hr^-1)
비교예1	6.1.E-02
비교예2	6.0.E-02
실시예1	4.1.E-02
실시예2	4.3.E-02
실시예3	4.6.E-02

3. 정화용 조성물 반복 주입 실험

상기 2.에서 과산화수소 안정에 가장 우수한 효과를 보인 실시예 1의 정화용 조성물 및 비교예 1의 과산화수소를 이용하여 반복 주입 실험을 실시하였다.

본 실험에서는 상기 2.와 동일하게 비교예 1 및 실시예 1의 정화용 조성물을 1 wt% 포함하도록 증류수와 혼합하여 희석 조성물을 제조하여 사용하였다.

상기에서 획득한 희석 조성물을 1차로 주입하여 유기물을 제거한 후, 62 시간 이후 재주입하였다.

그 결과 도 1의 그래프에 나타난 바와 같이 실시예 1의 조성물을 사용한 경우, 1차 주입에서의 과산화수소 감소 반응 속도 상수 K 는 4.6 * 10^-2 hr^- ¹ 로 계산되었으나, 유기물이 제거된 2차 주입에서는 1.1 * 10^-2 hr^- ¹ 로 감소하여 과산화수소의 안정 효과가 증가하는 것을 확인하였다.

비교예 1과 같이 과산화수소만을 이용하는 경우, 1차 주입에서 K값은 6.1 * 10^-2 hr^-1, 2차 주입시 4.1 * 10^-2 hr^- ¹으로, 실시예 1의 조성물을 사용하는 경우에 ㅂ하여 유기물 감소에 의한 과산화수소 분해속도 감소 효과가 미미한 것을 확인할 수 있었다.

유기물로 오염된 토양 정화에 있어서, 관정에 근접한 부근에서 1차로 과산화수소를 이용하여 유기물을 제거한 후, 2차로 본 발명의 오염 정화 조성물을 주입할 경우 유기물 제거 구간의 과산화수소의 손실을 최소화하여 통과하게 함으로서, 전체적인 과산화수소 주입량을 줄일 수 있음을 확인할 수 있다.

4. 토양 주입성 확인 실험

본 발명에 의한 안정화 과산화수소 오염 정화 조성물과 비교에 1의 일반 과산화수소의 토양 주입성을 비교하기 위해, 12m 관정을 설치한 후, 펌프 및 인버터와 제어장치를 통해 유량 제어가 가능한 시스템을 구성하였다.

관정을 통해 지중으로 실시예 1의 오염 정화 조성물과 비교예 1의 일반 과산화수소 1% 희석 수용액을 인버터 제어를 통해 3 ton/hr 의 유속으로 일정하게 주입하면서, 인버터 값 변화를 측정하였다. 인버터 제어 값의 범위는 0(정지)~60(최대) Hz로 제어 값이 높을수록 동일 유량을 주입하는데 과산화수소에 의한 산소 발생으로 관정 내 압력이 증가함을 의미한다.

그 결과 도 2에 나타난 바와 같이 주입 초기 인버터 값은 비교예 1 및 실시예 1 모두 40Hz에서 시작하였으나, 비교예 1의 경우과산화수소가 지중으로 주입되면서 발생하는 산소에 의해 관정 내 압력이 증가하고, 이에 따라 주입하는 유량을 유지하기 위해 인버터 제어 값이 증가하다가, 두 시간 후 60Hz에 도달하여 펌프 최대 가동에도 유량이 유지되지 않았다. 하지만 실시예 1의 이용하여 안정화 과산화수소 희석액을 주입한 경우 과산화수소 분해 지연으로 산소 발생이 적어 두 시간 주입 후 인버터 값이 약 43Hz에서 안정화됨을 확인하였다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims

과산화수소, 페닐우레아 (n-phenylurea), 아세트아닐라이드 (acetanilide) 및 알코올을 포함하며,
상기 알코올은 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)의 총 함량과 동일한 함량으로 포함되는, 오염 정화용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 페닐우레아는 오염 정화용 조성물 전체 중량을 기준으로 0.4 내지 4 중량%의 양으로 포함되는, 오염 정화용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 아세트아닐라이드는 오염 정화용 조성물 전체 중량을 기준으로 0.3 내지 3 중량%의 양으로 포함되는, 오염 정화용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 알코올은 메탄올, 에탄올 및 프로판올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인, 오염 정화용 조성물.
삭제
제1항에 있어서, 상기 오염 정화용 조성물은 물에 0.5 wt% 내지 10wt%의 함량으로 희석되는, 오염 정화용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 오염 정화 조성물은 유류 오염된 토양, 지하수 또는 이들의 혼합 오염을 처리하기 위한, 오염 정화용 조성물.
제7항에 있어서, 상기 유류 오염은 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 경유, 등유 및 가솔린으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유류에 의한 오염인, 오염 정화용 조성물.
제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항의 오염 정화용 조성물을 유류 오염 지역에 주입하는 단계를 포함하는, 정화처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 오염 지역은 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 경유, 등유 및 가솔린으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유류에 의해 오염된 토양, 지하수 또는 이들의 혼합인, 정화처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 정화용 조성물을 오염 지역에 주입하는 단계는 1일 내지 일주일 간격으로 2회 이상 반복 수행되는, 정화처리 방법.
제11항에 있어서, 상기 정화용 조성물을 오염 지역에 주입하는 단계는 2회 이상 반복 수행 시 후속적으로 투입되는 정화용 조성물 내의 페닐우레아 (n-phenylurea) 및 아세트아닐라이드 (acetanilide)에서 선택된 최소 하나의 성분의 함량을 증가시켜 수행되는, 정화처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 정화용 조성물을 오염 지역에 주입하는 단계는 1m³ 체적 당 50kg 내지 200kg 의 양으로 수행되는, 정화처리 방법.