KR102012945B1

KR102012945B1 - 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터

Info

Publication number: KR102012945B1
Application number: KR1020170097571A
Authority: KR
Inventors: 홍용석; 박민오
Original assignee: 대구대학교 산학협력단
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2019-08-21
Also published as: KR20190013236A

Abstract

본 발명은 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터에 관한 것으로서, 원통형상으로 구성되며 내부가 중공으로 구성되어 있는 세라믹 튜브와, 세라믹 튜브 내부에 형성되며 휘발성 유기오염물질을 흡수하도록 형성된 흡착성 수지와, 세라믹 튜브 양 끝단을 각각 결합되어 세라믹 튜브 내부로 액체가 유입되지 않도록 방지하는 PTFE수지 캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터{The dosimeter for qualitatively absorbing organic contaminant on underground water}

본 발명은 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡착성 수지가 충전된 세라믹 튜브를 이용하여 휘발성 유기화합물을 흡수하여 지하수의 오염도를 측정할 수 있는 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터에 관한 것이다.

지하수 내의 유기오염물질은 휘발성 유기오염물질(Volatile organic compounds), 잔류성 유기오염물질(Persistent organic pollutants, POPs) 등으로 구분될 수 있다.

이러한 휘발성 유기오염물질은 화석연료의 불완전연소 또는 산업활동에 의하여 생성되어 환경 및 인체에 대한 주요 오염원이 되고 있다. 미량으로도 암을 유발시키거나 돌연변이, 기형발생 등을 일으킬 수 있는 물질로서, 몇몇의 주요 휘발성 유기오염물질은 독성 때문에 인체위해평가를 위한 특정오염물질 발암등급분류(IARC)에서 발암물질로 분류되고 있다.

휘발성 유기오염물질은 유기물 또는 입자성 물질에 대하여 높은 흡착도를 갖는다. 따라서 이들은 자연 상태에서 쉽게 분해되지 않고 지하수 중에 포함되어 있거나, 대기 중으로 휘발되어 입자상 물질에 흡착됨으로써, 동물이나 인체에 흡수되어 축척된다.

이러한 이유로, 최근 휘발성 유기오염물질로 인한 지하수의 오염정도는 물론, 지하수로부터 대기로 휘발되는 휘발성 유기오염물질의 휘발량을 측정하는 장치 및 방법에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다.

종래의 경우에는, 시료를 직접 채취하여 실험실로 운반한 후 그로부터 목적하는 오염성분을 통상의 유기용매 추출법 등을 이용하여 추출하고 추출물을 가스 또는 액체 크로마토그래피로 분석하였다. 또한, 지하수와 대기간의 휘발성 유기오염물질의 농도관계를 파악한 후, 앞서 얻은 지하수 중 휘발성 유기오염물질의 함량을 가지고 그의 휘발량을 예측하였으며, 이러한 방법은 휘발성유기오염물의 손실을 가져와 현장의 정확한 농도를 예측하지 못하는 단점이 있었다.

지하수 중의 잔류성 오염물질을 측정하는 장치 및 방법에 관한 기술로는 공개실용신안공보 제20-2000-0012726호를 참고할 수 있는데, 상기 문헌에 기재된 기술은 토양 중 휘발성 유무기오염물질 시료채취 장치에 관한 것으로서, 휘발성 유기 오염물질에 의해서 지하수 및 토양이 오염되었을 경우 그 오염정도를 정확히 파악하기 위하여 오염지역에서 오염물질을 채취하는 장치에 있어서, 도관의 일측에 스크린이 장착되고, 스크린이 지하토양으로 밖으로 휘발성 유기 오염물질을 채집하는 시료 채취구, 도관의 중간부분에 장착되어 도관의 내부에 부압을 형성시킴으로서 휘발성 유기 오염물질이 도관 내부로 유입되도록 하고 이를 흡인하는 시료채취펌프 및 시료채취펌프의 후단에 장착되는 도관의 타측에 중공형 케이스가 장착되고, 케이스의 내부에는 제오라이트 등의 흡착제를 구비한 테넥스관이 장착되어 휘발성 유기 오염물질을 포집하는 시료 포집구를 포함하는 토양 중 휘발성 유무기오염물질 시료채취 장치에 관한 것이다.

그러나 상기와 같은 종래기술의 경우 펌프를 샘플러에 연결하여 사용해야 하므로 시료를 채취하는 동안 펌프가 가동되고 있어야 하는 불편함이 있으며, 시료를 채취하여 실험실로 운반하는 동안 시료에서 생지화학반응이 일어나 농도가 변할 가능성이 있었다.

관련된 또 다른 기술문헌으로는 등록특허 제10-1410320호를 들 수 있는데, 상기 문헌에 기재된 장치는 일측이 개구되고 타측에 홀이 형성되어 있고, 서로 간에 일측과 타측이 접하도록 적층된, 둘 이상의 케이스, 최상부 케이스의 일측에 접하여 위치하는 커버, 상기 둘 이상의 케이스 및 상기 커버를 일체로 연결하는 연결부재, 최하부 케이스의 타측에 위치하고, 적층된 케이스를 토양에 고정시키는 고정부재 및 상기 둘 이상의 케이스 중 하나 이상의 케이스 내부에 위치하고, 토양으로부터 휘발되는 잔류성 유기오염물질을 흡착시키는 흡착재를 포함하는 구성을 특징으로 한다. 상기한 구성으로 인하여 토양에 직접 적용함으로써 토양으로부터 배출되는 잔류성 유기오염물질의 농도를 효과적으로 측정할 수 있다.

그러나 토양과 대기 간의 농도관계(휘발정도)는 환경에 따라 크게 달라질 수 있는 것이어서, 상기 문헌에 기재된 기술에 의하면, 토양으로부터 대기 중으로 휘발되는 휘발성 유기오염물질의 농도 수준을 정확하게 측정할 수 없다. 뿐만 아니라 지하수에 포함된 잔류성 오염물질의 경우 이를 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있다.

공개실용신안공보 제20-2000-0012726호 등록특허 제10-1410320호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 지하수에 장기간 접촉하여 지하수에 함유된 휘발성 유기화합물을 흡수하고, 각 휘발성 유기화합물의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 다른 목적은 지하수에 잔류하는 휘발성 유기화합물만 내부로 유입되도록 함으로써 흡착성 수지가 수분이나 기타 이물질에 오염되지 않도록 하는 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 이온강도나 온도에 따라 흡착성 수지가 휘발성 유기화합물을 흡수하는 성능이 선형적으로 증가되는 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터는 원통형상으로 구성되며 내부가 중공으로 구성되어 있고 표면의 기공을 통해 기체상의 휘발성 유기화합물(VOC)만 유입되도록 형성되는 세라믹 튜브와, 상기 세라믹 튜브 내부에 형성되며 휘발성 유기오염물질을 흡수하도록 형성된 흡착성 수지와, 상기 세라믹 튜브 양 끝단을 각각 결합되어 상기 세라믹 튜브의 양 끝단을 통해 액체가 유입되지 않도록 방지하는 PTFE수지 캡을 포함하며, 상기 도시미터가 설치된 장소의 온도, 이온강도, 용존유기물(DOM) 농도의 영향을 고려하여 휘발성 유기오염물질의 농축속도(DH)를 수학식 14를 통해 추정하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터는 상기 농축속도를 통해 상기 흡착성 수지에 농축된 휘발성 유기오염물의 질량으로부터 지하수에 있는 휘발성 유기오염물의 농도를 수학식 5를 이용하여 예측하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터의 상기 세라믹 튜브는 알루미나 재질로 형성되며, 표면을 연마 처리한 후 초음파 세척 및 400~600℃의 분위기에서 열처리하여 기공에 흡수된 수분과 유기불순물이 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터는 상기 세라믹 튜브를 수용할 수 있도록 중공축으로 형성되고 외주면에는 다수의 관통홈이 형성되어 있는 케이스와, 상기 케이스의 하부에 결합되며 원추형으로 형성되어 지면에 삽입될 때 저항력을 감소시키는 삽입장치와, 상기 케이스의 상부에 결합되며 T자 형상으로 이루어져 상기 케이스가 지면에 삽입된 후 회수할 때 힘을 가할 수 있도록 형성된 회수장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터에 의하면 지하수에 장기간 접촉하여 지하수에 함유된 휘발성 유기화합물을 흡수하고, 각 휘발성 유기화합물의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터에 의하면 지하수에 잔류하는 휘발성 유기화합물만 내부로 유입되도록 함으로써 흡착성 수지가 수분이나 기타 이물질에 오염되지 않도록 하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터에 의하면 이온강도나 온도에 따라 흡착성 수지가 휘발성 유기화합물을 흡수하는 성능이 선형적으로 증가되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터의 VOC 농도가 1000 ppb일 때 도시미터에 축적된 VOC의 질량(g)과 시간(hr)을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터의 VOC 농도가 100 ppb일 때 도시미터에 축적된 VOC의 질량(g)과 시간(hr)을 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터의 VOC 농도가 10 ppb일 때 도시미터에 축적된 VOC의 질량(g)과 시간(hr)을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터의 VOC 질량 축적률과 헨리상수(25℃에서 액상 VOC 농도가 (a)1000, (b)100, (c)10μg/L일 때)의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하는 도시미터의 세라믹 튜브를 확대하여 촬영한 SEM 이미지.
도 7은 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하는 도시미터의 25℃에서 얻은 각 VOC에 대해 계산 된 HDair와 측정 된 HDceramic 값의 상관 관계를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하는 도시미터를 이용하여 (a) 이온강도, (b) DOM 농도, (c) 25℃에서 이온강도와 DOM 농도가 0인 상태에서 얻어진 값을 표준화시킨 온도에서의 VOC 누적량에 대한 박스 플롯.
도 9는 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하는 도시미터의 (a) 이온강도(0.001-1.0M), (b) DOM(0.1-100mg/L), (c) 온도 변화(4-40℃)의 조건에서 각각의 VOC에 대해 설계된 HDceramic과 측정된 HDceramic 값을 비교한 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하는 도시미터를 (a) 1mg/L 및 10mg/L의 VOC로 오염 된 물에 2일 동안 배치 시켜 얻은 시간 통합 VOC 샘플링, (b) 12 시간, 24 시간 및 48 시간 동안 가솔린 오염 수에 배치 된 도시미터로부터의 VOC 샘플링을 나타낸 그래프.

이하 도면과 실시예를 바탕으로 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터를 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터는 원통형상으로 구성되며 내부가 중공으로 구성되어 있는 세라믹 튜브(100)와, 세라믹 튜브(100) 내부에 형성되며 휘발성 유기오염물질을 흡수하도록 형성된 흡착성 수지(300)와, 세라믹 튜브(100) 양 끝단을 각각 결합되어 세라믹 튜브(100) 내부로 액체가 유입되지 않도록 방지하는 PTFE수지 캡(200)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 세라믹 튜브(100)는 외주면에 다수의 기공이 형성되며, 액체는 투과되지 않고 기체상의 휘발성 유기화합물만 투입될 수 있는 것을 특징으로 한다.

세라믹 튜브(100)는 표면에 기공이 형성되어 있어 외주면을 통해 휘발성 유기화합물이 유입될 수 있게 되며 기공은 기체만 통과시키고 액체는 투과하지 못하도록 구성되어 있다.

세라믹 튜브(100) 내부에는 흡착성 수지(300)가 충전되어 있는데, 흡착성 수지(300)는 기체상의 휘발성 유기오염물질(VOC)을 효과적으로 흡착시킨다.

세라믹 튜브(100) 양 끝단은 PTFE수지 캡(200)에 의하여 밀봉되어 있다.

주지하다시피, 세라믹은 불활성의 물질로 고분자 멤브레인과는 달리 팽윤되지 않고 공극의 크기가 작고, 안정하여 휘발성 유기화합물, 생분해성 물질 등의 흡착을 위한 물질로 널리 사용된다.

세라믹 튜브(100)는 길이 약 3~8cm, 내경 1~2.5mm, 외경 3.5~5.5mm인 원통형상으로 제작되는 것이 바람직한데, 보다 바람직하게는 길이 4 cm, 내경 2mm, 외경 4mm인 것이 좋다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당업자라면 세라믹 튜브(100)의 길이, 내경 및 외경을 본 발명의 목적에서 크게 벗어나지 않는 범위에서 적절히 선택할 수 있음은 물론이다.

또한 세라믹 튜브(100)의 재질은 알루미나로 형성하는 것이 바람직하며, 표면을 연마처리 한 후 초음파 세척 및 400~600℃의 분위기에서 열처리하여 기공에 흡수된 수분과 유기불순물을 제거하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이 세라믹 튜브(100)내부는 흡착성 수지(300)로 충전되어 있다. 본 발명에서 사용된 흡착성 수지(300)는 VOC 및 PAHs 각각에 적합한 Dowex Optipore-L493 또는 Amberlite IRA-743을 이용하는 것이 바람직하다.

이때 세라믹 튜브(100) 양 끝단은 PTFE수지 캡(200)에 의하여 밀봉된다.

또한 세라믹 튜브(100)를 수용할 수 있도록 중공축으로 형성되고 외주면에는 다수의 관통홈이 형성되어 있는 케이스(400)와, 케이스(400)의 하부에 결합되며 원추형으로 형성되어 지면에 삽입될 때 저항력을 감소시키는 삽입장치(500)와, 케이스(400)의 상부에 결합되며 T자 형상으로 이루어져 케이스(400)가 지면에 삽입된 후 회수할 때 힘을 가할 수 있도록 형성된 회수장치(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

세라믹 튜브(100)가 지하수에 형성된 휘발성 유기화합물을 흡착하는 경우 지면에 삽입할 때 세라믹 튜브(100)가 파손될 수 있다.

이를 위해 세라믹 튜브(100)를 수용할 수 있도록 중공축으로 형성된 케이스(400)를 마련하고 케이스(400)의 외주면에는 다수의 관통홈을 형성시켜 휘발성 유기화합물이 관통홈을 따라 세라믹 튜브(100)가 존재하는 케이스(400) 내부로 유입되도록 한다.

케이스(400) 하부에 결합되는 삽입장치(500)는 원추형으로 형성되어 하단에 첨단부가 형성되어 있어 지면을 파고 들어갈 때 발생하는 관입저항력을 감소시키는 역할을 하고 케이스(400) 내부에 삽입되었을 때 세라믹 튜브(100)를 하단을 지지하게 된다.

회수장치(600)는 T자형으로 구성되어 있으며 케이스(400)가 지면에 완전히 박혔을 때 회수장치(600)가 지면과 평행하게 밀착되면서 관입저항력을 증가시켜 케이스(400)가 더 이상 지면 내부로 들어가지 않도록 한다.

또한 케이스(400)를 지면으로부터 꺼낼 때 회수장치(600)의 상단에 힘을 가하여 쉽게 뽑아낼 수 있고, 케이스(400) 내부에 회수장치(600)가 삽입되면 세라믹 튜브(100)의 상단을 지지함으로써 세라믹 튜브(100)를 고정시키게 된다.

세라믹 튜브(100)에서 VOC의 확산은 편재적으로 방사형이며 세라믹의 두께까 작을수록 VOC의 확산이 빨라지기 때문에 VOC의 확산은 준정상상태가 신속하게 이루어지게 된다.

정상상태에서 확산 방정식은 수학식 1과 같이 반경 r의 함수가 된다.

여기서, a 및 b는 각각 세라믹 튜브의 내경 및 외경이고, Cg는 세라믹의 기공 내의 VOC 기체상태의 농도이다.

기체상태의 VOC는 세라믹 튜브(100) 내부에 형성된 흡착성 수지(300)에 순간적으로 흡착되고, 세라믹 튜브(100)의 바깥 표면에 기체상태의 VOC 농도가 액체상의 VOC농도와 평형을 이루는 것으로 가정하면 수학식 2와 같은 경계조건을 유도할 수 있게 된다.

여기서 H는 무차원 헨리상수이고 Cw는 세라믹 튜브(100)의 바깥 표면에서 액체상태의 VOC 농도이다.

상기 관계식을 이용하면 수학식 1은 수학식 3으로 표현될 수 있게 된다.

따라서, 원통형의 세라믹 튜브(100)를 통해 확산되는 VOC의 질량은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

여기서 Mt는 일정 시간동안 흡착성 수지에 축적 된 VOC의 질량, L은 도시미터의 길이, t는 도시미터가 물 또는 지하수에 설치하여 VOC를 흡착한 시간, Dceramic은 세라믹 튜브(100)에서 VOC의 확산계수이다.

또한 흡착성 수지에 농축된 휘발성 유기오염물의 질량으로부터 지하수에 있는 휘발성 유기오염물의 농도를 하기 수학식 5를 이용하여 예측하는 것을 특징으로 한다.

도시미터를 흡착성 수지(300)의 축적된 질량으로부터 액체상태의 VOC 농도를 결정하는데 사용될 때, 수학식 4는 수학식 5와 같이 재배열될 수 있다.

즉, 흡착성 수지(300)가 수용된 세라믹 튜브(100)를 일정시간동안 지하수에 노출시킨 후 이를 회수하여, 농축속도를 측정한 후 흡착성 수지에 농축된 휘발성 유기오염물의 질량(Mt)으로부터 지하수에 녹아있는 휘발성 유기오염물의 농도를 상기 수학식 5을 통해 예측할 수 있게 된다.

따라서 오랜 시간동안 도시미터를 지하수에 노출시킬 필요가 없으므로 종래 기술에 비해 짧은 시간 동안 지하수에 함유된 휘발성 유기오염물의 농도를 예측할 수 있게 된다.

이하 시험예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

시험1 : 휘발성 유기오염물질용 도시미터의 준비

길이 4 cm, 내경 2mm, 외경 4mm인 세라믹 튜브를 비눗물로 세척한 후, 1M의 HCL 용액에 담근 후 550℃의 노에서 1시간 동안 가열하여 불순물을 제거하였으며, 세라믹 튜브를 알루미늄 호일로 감싸 사용할 때까지 보관한다.

흡착성 수지는 Dowex Optipore-L493 (Sigma-Aldrich USA)을 수용성 습식 상태로 사용하였고, 0.08g을 튜브 내부에 충전 하였으며, 세라믹 튜브의 양 끝단은 유기 화합물의 원치 않는 흡착을 방지하기 위해 테프론(PTFE) 캡으로 단단히 밀봉시켜 도 1과 같은 휘발성 유기오염물질용 도시미터를 제작한다.

테프론 캡은 세라믹 튜브의 양 끝단에 물이 들어오는 것을 막는 씰 역할을 하게 되며, 이로 인해 VOC가 세라믹 튜브 내부에 충전된 흡착성 수지에 흡수되는 유일한 방법은 미세한 기공을 가진 세라믹 튜브를 통한 확산이 된다.

시험2 : 휘발성 유기화합물의 흡착성능 평가

흡착성 수지로부터 흡착된 VOC를 추출하기 위해 0.08g의 흡착성 수지를 반응용제인 1mL의 DCM()에 침지시킨 후 약 24시간 동안 회전식 교반기로 교반하는 간단한 추출 절차를 가스크로마토그래피-질량분석법(GC-MS)에서 추출물을 분석하기 전에 수행하였다.

40 mL 앰버 유리 바이알에 VOC 농도가 10, 100 및 1000 μg/L인 탈이온수를 채웠다.

이때 메탄올 효과를 최소화하기 위해 VOC가 첨가 된 물의 총 메탄올 농도는 0.1 % 미만으로 하였다.

도시미터를 바이알 내부에 넣어 다양한 시간간격(4, 8, 12, 24, 36, 48 및 72시간)으로 꺼내는 동안에 VOC를 흡수하도록 남겨두었으며, 흡수하는 내내 바이알을 플랫폼 쉐이커를 통해 연속적으로 혼합시켰다.

이때 각 시간 간격마다 3개의 바이알을 형성시켰다.

흡착성 수지 및 오염 된 물을 액체-액체 추출(LLE)방법을 사용하여 3번 추출한 다음 가스크로마토그래피-질량분석법(GC-MS)에서 분석 하였다.

시험3 : 고체 세라믹 도시미터에 대한 이온 강도, DOM 및 온도의 영향

실험에서 고려 된 변수는 이온 강도 농도, 용존 유기물 (DOM)의 존재 및 온도 변화였다.

250 mL 앰버 유리 바이알에 240 mL의 탈 이온수를 채우고 지정된 변수에 따라 용액을 준비했다.

4.0M NaCl로부터 상이한 농도(0.001, 0.01, 0.1 및 1.0 mol/L)의 염화나트륨 용액을 준비하였으며, 그 후 적절한 양의 비축된 VOC 용액을 첨가시켜 1mg/L VOC 용액을 만들었다.

0.1, 1.0, 10 및 100 mg/L 농도의 DOM(용존유기물) 용액을 2 g/L의 비축된 DOM 용액으로부터 제조하고 1 일 동안 VOC 용액에서 평형을 유지시켰다.

온도 효과의 측정을 위해 실험은 다른 온도(4, 15, 25 및 40 ℃)에서 수행되었다.

도시미터를 세척하고 조립 한 후, 준비된 도시미터 2개를 측면으로 흔들면서 바이알에 넣었다.

도시미터는 흡착성 수지의 용매 추출법과 물의 액체-액체 추출법을 따라 1일 후에 꺼낸다.

다른 이온 강도에서 헨리의 상수를 결정하기 위해, 물에서 1 mg/L VOC로 채워진 40 mL 바이알을 다양한 염 농도(0.1, 0.3, 0.5, 0.7 및 1.0M NaCl)를 함유하도록 혼합한다.

바이알의 헤드스페이스(headspace)에서 휘발 된 VOC의 농도는 평형상태가 되도록 2시간 동안 방치한 후 GC-FID를 사용하여 분석하였다.

시험4 : 다양한 환경 조건에서 도시미터의 시험

VOC로 오염된 물에서 도시미터의 성능을 시험하기 위해, 2L 흡인기 병에 20mL의 가솔린을 포함하는 탈 이온수를 채웠다.

가솔린을 함유한 물을 테프론 교반기를 사용하여 부드럽게 혼합하면서 24 시간 동안 방치 하였다.

가솔린 아래의 물만 흡인기 병에서부터 250mL의 호박색 바이알로 천천히 분배되었었으며, 4 개의 도시미터를 분배된 물에 넣고 12 시간, 24 시간 및 48 시간에 회수 하였다.

오염된 물과 도시미터의 흡착성 수지를 DCM를 통해 추출한 후 GC-MS를 사용하여 분석하였고, 도시미터에 의해 측정된 VOC 농도와 액체-액체 추출물을 비교했다.

시간 통합 샘플링을 수행하기 위한 도시미터의 능력 또한 테스트되었다.

4 가지 도시미터를 각각의 VOC 1mg/L로 오염 된 물이 담긴 250mL 앰버 바이알에 1일 동안 담갔다.

그런 다음 도시미터를 10mg/L의 개별 VOC가 함유 된 다른 250mL 앰버 바이알로 옮기고, 2일 후에 추출 및 GC-MS 분석을 위해 도시미터를 꺼냈다.

각 앰버 바이알의 물을 액체-액체 추출법으로 추출하고 비교를 위해 GC-MS에서 분석 하였다.

시험 결과 1 : 세라믹 튜브에서의 VOC 확산

물의 VOC는 세라믹 튜브를 통해 확산되는 즉각적이고 무한한 VOC의 흡수로 반응하면서 흡착성 수지에 농축되게 된다.

도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 72시간 이내에 수행된 흡수 동역학 실험에 기반하여, VOC의 질량 축적은 시간의 경과에 따라 선형화된 것으로 나타났다.

각 선의 기울기는 세라믹 튜브의 확산 계수, 도시미터 치수(a, b, L), 액상 VOC 농도 및 무차원 헨리 상수의 함수이다.

헨리 상수(H)에 대한 기울기가 형성되면, 도 5에 표시된 바와 같이 선형 관계가 도출된다.

이 실험 결과는 헨리 상수가 선량계에서 축적된 질량과 상관관계가 있다는 수학식 4를 증명한다.

이 선형성은 10, 100, 1000μg/L의 광범위한 농도에서도 관찰되었으며, 10μg/L에서 더 많은 산란이 있었음에도 불구하고, 이러한 결과는 세라믹 튜브로 이루어진 도시미터가 매우 낮은 VOC 농도에서도 휘발성 화합물에 대한 확산 제어를 유지할 수 있음을 시사한다.

또한 일반적으로, 흡착성 수지의 질량 축적은 VOC의 헨리 상수가 증가함에 따라 증가했다.

이를 통해 더 높은 헨리상수를 갖는 휘발성 화합물은 고체 세라믹 튜브의 표면에 있는 가스 상태에서 더 많이 존재하는 경향이 있으며, 이는 세라믹의 내외에서 더 큰 농도 구배를 생성한다고 말할 수 있다.

이 농도 구배는 화합물을 도시미터로의 질량 유속을 향상시켜 질량 축적을 증가시킨다.

PCE가 가장 높은 헨리상수를 가지고 있으며 이것이 시간이 지날수록 가장 높은 축적 농도를 보인다는 것을 의미하는 한편, TCA가 가장 낮은 헨리상수를 갖고 있으며 가장 적게 축적된다는 것을 의미한다.

이 선형 의존성을 보여주는 결과는 고체로 된 세라믹 튜브를 가로 질러 휘발성 화합물이 확산되는 메커니즘을 밝혀준다.

세라믹 튜브는 물이 통과되는 것을 방지하기 때문에 기체상태의 휘발성 유기 오염 물질만 세라믹 튜브를 통과한 후 흡착성 수지에 흡수되어 헨리상수와 같은 구획 특성과 관련하여 흡수 메커니즘을 기상 확산과 연관시키게 된다.

표 1은 25℃일 때 세라믹 튜브(Dceramic), 공기(Dair), 물(Dw) 및 다공성 세라믹(De)에서 VOC의 평균 확산계수를 계산한 것이다.

여기서 Dceramic의 값은 3회 측정의 평균으로 그림 5의 기울기(수학식 4)로부터, Dair는 수학식 6으로부터, Dw는 수학식 7로부터, De는 수학식 8로부터 계산 및 추정될 수 있다.

이때 Dceramic을 구하기 위한 수학식 4의 미지수는 모두 알려진 값이며, 이중 농도의 경우 실험을 통해 정해진 상태이기 때문에 수학식 4를 이용하여 Dceramic 값을 구할 수 있게 된다.

여기서 T는 절대 온도 (K), Mair는 공기의 평균 몰 질량(28.97 g / mol), Mi는 화학 물질의 몰 질량(g / mol), p는 기상 압력(atm), Vair는 공기 중 기체의 평균 몰 부피 (20.1cm3/mol)이고, Vi는 화학 물질의 몰 부피(cm3/mol)이다.

여기서 η는 해당 온도에서의 용액 점도 (10-2g cm-1 s-1)이고, Vi는 화학 물의 몰 부피(in cm3/mol)이다.

여기서 Dw는 물에서의 확산 계수(L2 t-1에서)이고, ε은 세라믹 물질의 다공성이며, m은 아치의 지수 법칙이며, ε과 m의 값은 이전에 발표된 값을 이용할 수 있다.

도시미터에서 확산계수는 각 화합물에 대해 일정한 것으로 가정되며 세라믹 튜브의 기공 공간은 VOC의 확산을 제한하게 된다.

1/τ = Dair/Dceramic인 상대 확산 계수 또는 비틀림 τ는 고체 장벽(즉, 기공 공간 구조)이 있을 때 가스 분자가 이동하는 경로 길이와 영역의 영향을 정량화하게 된다.

도 6에 도시된 세라믹 튜브의 SEM 이미지는 세라믹 튜브에 불규칙한 거친 균열이 있지만 기본적으로 견고하고 다공성이 아님을 나타낸다.

이 이미지들은 도시미터를 통한 VOC 확산이 액체상의 접촉을 통해서가 아니라는 것을 확인할 수 있다.

또한 Dceramic 값은 Dair 값보다 최대 4 배 더 낮으며, 이는 화합물이 세라믹 매질의 고체 공간을 통해 얼마나 천천히 운반되는지를 보여준다.

다공성이고 수분이 포화된 세라믹 튜브로 이루어진 도시미터의 경우, 물에서의 확산계수 Dw는 수학식 8을 통해 물로 포화된 세라믹 튜브의 확산계수 De 유효확산율을 계산하는데 이용될 수 있게 된다.

계산된 물의 확산계수(Dw)는 공기 중의 확산계수(Dair)보다 4차수 낮았고, 결과적으로 물에서 다공성 세라믹의 확산계수(De)는 기공을 가진 세라믹 튜브의 확산계수(Dceramic) 보다 약 3배 낮았고 평균적으로 더 낮은 값이 된다.

기상 확산은 수분 확산보다 높은 이동도를 갖는 것으로 나타났으며, 기상에서 오염 물질의 운반은 구불구불 한 경로에서도 더 빠르게 된다.

이것은 공기 중의 확산성이 더 빠르므로 기체 오염 물질을 흡수하는 기공을 가진 세라믹 튜브가 액상으로 있는 확산 오염 물질을 흡수하는 다공성 세라믹보다 빠르다는 것을 명확하게 보여주는 것이다.

높은 확산 플럭스는 도시미터가 높은 흡수율을 가지도록 해주므로, 매우 짧은 오염 물질 농도조차도 짧은 시간 동안 모니터링 할 수 있게 된다.

또 다른 추가 이점은 도시미터의 세라믹 튜브에서의 기체 확산이 화합물의 헨리상수에 의해서만 결정되는 반면, 다공성 세라믹에서의 액체상 확산은 용액의 점도와 세라믹의 다공성에도 영향을 미치게 된다.

도시미터가 수학식 5를 사용하여 물속의 액상 VOC를 모니터링하기 위해 사용될 때, H 및 Dceramic은 VOC에 의존적인 파라미터로서, 흡착성 수지 내의 질량을 용액 내 VOC의 농도와 관련시키기 위해 알려질 필요가 있다.

도 7에 도시 된 바와 같이, 선형 방정식으로 표현되는 상관관계는 수학식 9로 표현될 수 있으며, 실험적으로 결정된 HDceramic 값을 계산 된 HDair 값과 비교하여 만들 수 있게 된다.

따라서 본 발명의 도시미터는 선형 방정식으로부터 HDceramic을 추정하여 다른 VOC로 확장 될 수 있다.

시험 결과 2 : 고체 세라믹 도시미터에 대한 이온 강도, DOM 및 온도의 영향

용액 내 VOC의 활성은 물의 이온 강도, 용존 유기 탄소 함량 및 물의 온도에 따라 크게 달라질 수 있다.

이 효과는 액상 VOC와 평형 상태의 기체상 VOC 농도를 변화시킴으로써 고체 세라믹 튜브의 질량 축적 속도를 방해 할 수 있게 되며, 이러한 결과는 도 8에 요약되어 있다.

이때 도 8의 박스 플롯은 (a) 이온강도, (b) DOM 농도, (c) 25℃에서 이온강도와 DOM 농도가 0인 상태에서 얻어진 값을 표준화시킨 온도에서의 동역학 실험으로부터 얻은 축적된 질량에 대한 11개의 VOC의 표준화된 질량을 나타낸다.

이때 각 박스 플롯에 기재된 값은 각 VOC의 질량을 3번 측정 한 후 나타낸 평균값을 사용하였다.

일반적으로, 흡착성 수지의 질량 축적은 이온 세기 및 온도가 증가함에 따라 증가하였으나, DOM의 농도의 변화에는 큰 영향을 받지 않은 것으로 나타났다.

도 9는 다양한 환경에서 HDceramic을 추정 할 수 있는 가능성을 나타낸 것이다.

도 9에 도시된 (a)그래프는 저염농도에서 정상 값으로부터 벗어난 값은 대개 더 큰 분자 크기 및 높은 소수성을 갖는 화합물임을 나타낸다.

극성의 액상에서 응집 에너지를 향상시키는 염의 구조 형성 효과로 인해 분자 크기가 크고 몰 부피가 큰 화합물은 염분이 없는 화합물보다 염분 추출 효과가 더 크게 나타난다.

0.1 M 이상의 염 농도에서 모든 화합물의 정상 값보다 유의하게 증가했으며, 흡착성 수지의 각 VOC의 상세한 질량 축적 변화를 표 2에 기재하였으며, 표 2는 이온 강도의 영향을 나타내는 질량 증가율을 나타낸다.

누적 된 질량 백분율은 탈 이온수의 용액에 비해 최대 160%까지 증가하며, 이 증가는 TMB 및 DCB와 같은 소수성 화합물의 경우 더 중요해진다.

흡착성 수지의 질량 축적 변화가 헨리 상수의 이온 강도에 대한 의존성으로부터 추정 될 수 있는지를 조사했으며, 각각의 화합물의 Setschenow계수 ks를 계산하기 위해 별도의 실험을 수행하였다.

이때 수학식 10을 사용하여 다양한 염 농도에서 헨리 상수의 값을 결정하였다.

여기서 Hc,s 및 Hc,d는 식염수 및 탈 이온수의 무차원 헨리상수이고, ks는 M-1의 Setschenow상수, μ는 M단위의 이온강도이다.

표 3은 Setchenow 상수 ks로부터 계산 된 헨리 상수에 대한 이온 강도의 영향을 나타낸 것이다.

표 3에서 볼 수 있듯이 Henry 상수는 0.1 내지 1M NaCl로부터 이온강도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하도록 계산된다.

적당한 염도를 지닌 염수시스템은 염농도가 5000mg/L(0.1M NaCl보다 큼)이상이며 헨리 상수의 변화에 영향을 받게 되므로 이온 강도를 고려되어야 하며, 특히 고체로 된 세라믹 튜브를 강어귀와 바닷물 근처의 수계에 적용할 때 중요하게 고려되어야 한다.

도 9의 (a)에 도시 된 바와 같이, HDceramic에 대한 이온 강도의 효과는 동역학 실험으로부터 얻은 설계된 HDceramic 값과 선형으로 상관관계가 있다고 결정된다.

설계된 HDceramic 값은 수학식 11을 이용하여 활동 계수를 고려한 동역학 실험에서 얻은 확산 계수를 기반으로 계산될 수 있다.

측정 및 설계된 값이 통계적으로 다르기 때문에, 모델화 된 방정식은 염 환경 시스템을 위한 HD의 추정에 사용될 수 있다.

용존 유기물은 물 및 지하수에서 VOC의 운송 및 운명에 영향을 미치는 또 다른 요소이며 관련 결과는 도 8과 9의 (b)에 도시되어 있다.

휴믹산과 펄빅산과 같은 고분자량 유기물은 물에 대한 상대 용해도를 향상시키는 동시에 유기 화합물에 흡착 할 수 있는 다양한 작용기로 구성된다.

결과적으로, 유기화합물은 DOM으로 분리되어 자유롭게 용해된 화합물 및 평형 기상 증기압을 낮출 수 있게 된다.

그러나 본 시험에서는 1일 동안 평형을 취한 후 DOM 농도가 증가함에 따라 VOC의 질량 축적에 추세가 없는 것으로 보인다.

본 시험에서 사용 된 VOC는 log Kow가 1.48에서 3.48 사이의 분할 계수를 가지며 DOM에 대한 VOC 분할은 약한 것으로 간주된다.

낮은 DOM 농도에서 최대의 특이 값과 상위 사분위의 특이값은 TCA 및 DCA와 같이 낮은 Kow 값을 갖는 화합물로서, 정상 값보다 높게 나타난다.

평형 분할 계수의 효과를 고려한 모델화된 수학식 12를 사용하여 계산된 HDceramic 값은 모든 DOM 농도에 대한 동역학으로부터 추정된 값과 미미한 차이가 있었다.

DOM은 HD 세라믹 값에 거의 영향을 미치지 않았으며, 측정된 HDceramic에 대해 플롯팅하였을 때 모델링 된 값은 측정 된 값과 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다.

온도는 분자의 분열과 확산에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 그 영향은 주로 운동 분자 충돌의 양이 더 많아지는 기상의 분자에 대해 더 분명해 지므로 휘발성 화합물을 연구할 때 특히 환경 시스템에서 온도의 영향이 고려되어야 한다.

도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 도시미터에 사용된 흡착성 수지의 VOC 축적은 25 ℃에서 얻은 값으로 표준화 한 4~40℃의 환경 온도 범위에 의해 긍정적인 영향을 받는 것으로 나타난다.

휘발성 유기화합물(VOC)의 질량 축적 증가는 낮은 온도에서 각 화합물에 대한 분포가 적고 직선성이 높은 것으로 나타난다.

온도의 증가는 분자의 운동 에너지를 증가시켜 VOC가 세라믹 튜브로의 이동을 촉진시키게 된다.

추정 된 HDceramic 값과 측정 된 HDceramic 값은 모두 도 9의 (c)와 같이 온도에 선형 적으로 의존하고 온도가 헨리의 상수에 영향을 미치는 주요 요인인 것으로 알려져 있으며, 이는 수학식 13을 통해 확인 할 수 있다.

Hcc,T는 온도에 의존하는 무차원 헨리상수, T는 켈빈온도, A와 B는 컴파일 된 실험 데이터를 기반으로 한 곡선맞춤 상수이다.

이때 Henry 상수의 편집은 상온에서 비염분 수용액에서 유기 화합물의 데이터이다.

실험적으로 측정 된 HD 값은 모델링 된 HDceramic 값과 높은 상관관계가 있으며 온도로 인해 HDceramic의 값은 필드 샘플링에서 고려해야 할 중요한 요소가 된다.

시험 결과 3 : 다양한 환경 조건에서 도시미터의 테스트

몇몇 선행 연구에서 세라믹 도시미터는 오랜 기간 동안 배치 될 수 있음을 보여 주었는데, 이는 세라믹 도시미터에 축적 된 농도가 평균 농도를 나타내는 것을 의미한다.

또한 이러한 실험은 도시미터를 1mg/L 및 10mg/L의 VOC 오염 수가 담긴 바이알에 2일 동안 넣었으며 그 결과를 도 10의 (a)에 도시하였다.

도시미터 추정치는 4.1에서 6.3mg/L 사이로 다양했고 화합물에 따라 다르지만 이론적 평균 5.5mg/L에 가까웠다.

도시미터 배치, DCM 추출 및 GC-MS 분석 중에 오류가 발생할 수 있지만, 도시미터는 이론값을 잘 재현하고 시간 통합 샘플링에 적합하였다.

복잡한 탄화수소로 오염 된 물에 대한 세라믹 도시미터의 적용 가능성 또한 검증되었다.

가솔린은 지방족 및 방향족 탄화수소의 복합 혼합물로 구성되며, 이 중 일부는 VOC, 즉 BZN, TOL, EBZ, PXY 및 TMB이다.

도 10의 (b)는 grab water sampling을 나타내는 LLE 방법을 사용하여 얻은 측정 농 대 세라믹 선량계의 축적된 농도의 상관관계를 보여준다.

낮은 농도에서 존재하는 화합물에 대한 값은 분산이 더 많지만, 샘플링된 화합물, 특히 저 분자량(벤젠 및 톨루엔)의 화합물은 용매 추출된 화합물과 높은 상관관계가 있다.

다른 탄화수소의 존재는 샘플러를 통한 VOC의 흡수를 방해하지 않는 것으로 나타나므로, 도시미터는 다른 용해된 탄화수소가 존재하는 실제 환경 조건에서 VOC를 샘플링하는 데 사용될 수 있다고 추론 할 수 있다.

시험 결과 4 : 환경의 영향

고체로 된 세라믹 튜브를 가지는 도시미터는 VOC에 적합한 샘플러이며 시간 모니터링 평균 농도를 얻기 위해 수질 모니터링에 사용할 수 있다.

VOC의 질량 축적은 HD(헨리상수 및 확산계수) 요소에 대한 모델링 방정식을 도출하여 추정 한 환경 변수의 영향을 받게 된다.

또한 도시미터가 설치된 장소의 온도, 이온강도, 용존유기물(DOM) 농도의 영향을 고려하여 휘발성 유기오염물질의 농축속도(DH)를 하기 수학식 14를 통해 추정하는 것을 특징으로 한다.

설계된 값은 실험 데이터와 양의 상관관계가 있었고, 따라서 온도, 이온강도 및 DOM 농도의 영향을 고려한 HD에 대한 전체 방정식은 수학식 14에 나타나 있다.

여기서 T는 절대온도, A와 B는 컴파일 된 실험 데이터를 기반으로 한 곡선맞춤 상수, Mair는 공기의 평균 몰 질량, Mi는 화학 물질의 몰 질량, p는 기상 압력, Vair는 공기 중 기체의 평균 몰 부피이고, Vi는 화학 물질의 몰 부피, τ는 1/τ=Dair/Dceramic인 상대확산계수 또는 비틀림, Kd는 DOC에 대한 VOC의 선형 분배 계수, CDOM은 자유롭게 용해 된 DOM의 농도, γ는 이온 존재 하에서 VOC 용액의 비 이상성 정도를 측정하는 활동 계수이다.

수학식 14를 이용하는 경우 중요한 환경변수의 영향을 고려한 헨리상수와 확산계수를 구할 수 있게 되므로 지하수에 설치된 세라믹 튜브에 축적되는 질량을 보다 정확하게 계산할 수 있게 된다.

시간 통합 된 VOC 농도를 계산하기 위해 설계된 HD는 특정 기간 동안 흡착성 수지에 누적 된 질량을 구체적으로 관련시킬 수 있다.

또한 액상뿐만 아니라 기체 환경에서도 세라믹 도시미터를 사용할 수 있으며, 세라믹 튜브는 물의 침투를 막아 VOC의 기상 확산만을 허용할 수 있게 된다.

따라서 본 발명의 도시미터를 통해 흡착되는 유기오염물질의 양은 이온강도와 온도에 따라 선형적으로 증가 된다는 것을 알 수 있으며, 이는 본 발명의 도시미터가 폐수처리장, 해수담수화설비, 폐기물 매립지 등 극한의 외부 환경조건에서도 충분히 사용 가능하다는 것을 의미한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터에 의하면 지하수에 장기간 접촉하여 지하수에 함유된 휘발성 유기화합물을 흡수하고, 각 휘발성 유기화합물의 농도를 정확하게 측정할 수 있으며, 지하수에 잔류하는 휘발성 유기화합물만 내부로 유입되도록 함으로써 흡착성 수지가 수분이나 기타 이물질에 오염되지 않도록 하고, 이온강도나 온도에 따라 흡착성 수지가 휘발성 유기화합물을 흡수하는 성능이 선형적으로 증가되는 효과가 있다.

100 : 세라믹 튜브
200 : PTFE수지 캡
300 : 흡착성 수지
400 : 케이스
500 : 삽입장치
600 : 회수장치

Claims

지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터에 있어서,
원통형상으로 구성되며 내부가 중공으로 구성되어 있고 표면의 기공을 통해 기체상의 휘발성 유기화합물(VOC)만 유입되도록 형성되는 세라믹 튜브와;
상기 세라믹 튜브 내부에 형성되며 휘발성 유기오염물질을 흡수하도록 형성된 흡착성 수지와;
상기 세라믹 튜브 양 끝단을 각각 결합되어 상기 세라믹 튜브의 양 끝단을 통해 액체가 유입되지 않도록 방지하는 PTFE수지 캡;을 포함하며,
상기 도시미터가 설치된 장소의 온도, 이온강도, 용존유기물(DOM) 농도의 영향을 고려하여 휘발성 유기오염물질의 농축속도(DH)를 하기 수학식 1을 통해 추정하고,
상기 흡착성 수지가 수용된 상기 세라믹 튜브를 일정 시간동안 지하수에 노출시킨 후 회수하여,
상기 농축속도를 이용하여 상기 흡착성 수지에 일정 시간동안 농축된 휘발성 유기오염물의 질량으로부터 지하수에 녹아있는 휘발성 유기오염물의 농도를 하기 수학식 2를 이용하여 예측하는 것을 특징으로 하는
지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터.

[수학식 1]

(T는 절대온도=k, A와 B는 컴파일 된 실험 데이터를 기반으로 한 곡선맞춤 상수=무차원, Mair는 공기의 평균 몰 질량=g/mol, Mi는 화학 물질의 몰 질량=g/mol, p는 기상 압력=atm, Vair는 공기 중 기체의 평균 몰 부피=cm3/mol, Vi는 화학 물질의 몰 부피=cm3/mol, τ는 1/τ=Dair/Dceramic인 상대확산계수=무차원, Kd는 DOC에 대한 VOC의 선형 분배 계수=Cvoc/Cdom=무차원, C_DOM은 자유롭게 용해 된 DOM의 농도=mol/L, γ는 이온 존재하에서 VOC 용액의 비 이상성 정도를 측정하는 활동 계수=무차원)

[수학식 2]

(Cw는 세라믹 튜브의 바깥 표면에서 액체상태의 VOC 농도=mol/L, Mt는 일정 시간동안 흡착성 수지에 축적 된 VOC의 질량=g, a 및 b는 각각 세라믹 튜브의 내경 및 외경=mm, H는 무차원 헨리상수=무차원, Dceramic은 세라믹 튜브에서 VOC의 확산계수=m²/s, L은 도시미터의 길이=mm, t는 도시미터가 물 또는 지하수에 설치하여 VOC를 흡착한 시간=s)
삭제
제 1항에 있어서,
상기 세라믹 튜브는 알루미나 재질로 형성되며, 표면을 연마 처리한 후 초음파 세척 및 400~600℃의 분위기에서 열처리하여 기공에 흡수된 수분과 유기불순물이 제거하는 것을 특징으로 하는
지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터.
제 1항에 있어서,
상기 세라믹 튜브를 수용할 수 있도록 중공축으로 형성되고 외주면에는 다수의 관통홈이 형성되어 있는 케이스와;
상기 케이스의 하부에 결합되며 원추형으로 형성되어 지면에 삽입될 때 저항력을 감소시키는 삽입장치와;
상기 케이스의 상부에 결합되며 T자 형상으로 이루어져 상기 케이스가 지면에 삽입된 후 회수할 때 힘을 가할 수 있도록 형성된 회수장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
지하수의 휘발성 유기화합물을 흡수하기 위한 도시미터.