계면활성제를 이용한 토양세척기술

1.PAH란?

이런한 세정기술을 이용하여

땅속에 있는오염물질중 특히 물에 잘 녹지않은 소수성오염물질들은 일단 땅속으로 방출되면

토양에 남아 미생물이나 화학적 반응에 의해 분해되지않고 오랜 기간에 걸쳐 주변지하의 오

염원으로 작용하는데 대표적인 소수성 유기물질그룹중 하나가 PAH 이다

이물질은 석유나 석탄을 공정하는 공장지역 또는 기타 유류보관소, 원목 저장소주변에서 높

은 농도로 발견되고있고 비록 물에 잘녹지않지만 낮은 농도에서도 독성이 강하며 그중 많은

물질이 발암물질로 알려져있어 미국등 선진국에서도 주요오염물로 분류하고 있다

2,계면활성제란?

먼저 계면활성제가무엇인지알아보면

세제의 주원료인 계면활성제분자는 친수기(물을 좋아하는 기)와 소수기(=친유기 ,물을 싫어

하는 기)를 모두 가지고 있습니다. 계면활성제가 물에 용해되면 친수기는 물과 잘 화합하는

반면, 친유기는 물을 피해서 용액의 표면이나 용기와의 계면으로 몰려가서, 친수기는 수용액

내부로, 친유기는 용액밖으로 향하게 됩니다.

계면활성제의 농도가 더욱 높아지면 물과 화합하지 못하는 친유기들은 자기들끼리 결합하여

하나의 집합체를 형성하게 되는데 이것을 micelle이라고 합니다.

micelle을 형성하기전까지의 계면활성제는 일반적인 용액의 특성(표면장력,세정성 등)을 그

대로 가지게 되나 micelle형성후에는 농도에 따라 어떤성질이 증가하는 등의 용액의 특성을

잃어버리게 됩니다.(이때 이런 한계의 농도를 임계미셀농도라고합니다)

즉, 임계미셀농도 전까지에는 농도가 증가될수록 세정성이나 그밖의 특성이 부합되나. 임계

미셀농도 후에는 농도가 증가되어도 그런 특성을 갖질 못하죠...즉, 농도가 증가할수록 세정

성이 증가한다는 특성을 잃어버리죠..

참고로 많은 양의 세제를 가하면 세제는 친유기들이 자기들끼리 결합체를 형성하는 가능성

이 많아져서 오물을 제거하는데 좋지않답니다..

3.계면활성제를 사용해야하는 이유?

이런 PAH를 제거하기위해서는 다른 방법 즉,위에서말한는 방법등 진공추출이나 토양세척이

나 화학적생물학적인방법으로는 어렵고

소수성오염물질을 물 속에 효과적으로 용해시키는 방법의 하나로 계면활성제가 사용

계면활성제는 소수성과 친수성을 가진 각각의 기가 한 분자내에 결합되어 있는 분자구조를

가지고 있으며 이로 인해 수용액 중에서 micelle이라고 하는 개별 분자의 집합체를 행성한

다. 이 미셀 의 중심부분은 각 분자의 소수성 그룹으로만 형성되어 여타 소수성물질들이 쉽

게 용해될 수 있다. 결국 수중 용해도가 낮은 물질이라도 소수성을 띠는 미셀의 핵에 녹아

들어감으로써 전체적인 수중 용해도가 비약적으로 증가하게 된다.

계면활성제는 이처럼 소수성 오염물지의 용해도를 증가시킴으로써 수증으로의 물질 전달을

원할히 하여 토양세척의 효울을 증가시킬 수 있다.

4. 실험에의한 방법

먼저 PHA를 주성분으로 하는 coal tar는 석탄을 이용해 연료용 가스를 제조하는 과정에서

발생하는 부산물로 실험할때는 50년 이상된 것으로 추정되는 coal tar 오염 토양과 계면활

성제를 이용하여 PHA의 용출속도에 미치는 영향을 평가하고 실험결과를 토대로 토양세척

에 있어서 계면 활성제의 역할에 대해 알아보았다

그결과 계면활성제가 cola tar 로 오염된 토양으로부터 50%에서 90%까지의 세척효율을 보

였다.

같은 기간동안 순수한 물로 세척했을 때 세척율은 1%미만이었다

하지만 이런한 결과들은 실험실에서 인위적으로 오염시킨 토양을 이용한 것이 대부분이고

그것도 각각한가지 물질들에 대한 것이었다

토양중 coal tar 잔류물과 같은 복합적 오염물질이나 장기간에 걸쳐 오염된 토양에 대한 연

구는 거의 없는실정이다

또한 인위적으로 단기간 오염시킨 토양으로 수십년간 오염물에 노출되어온 실지 현장의 오

염토양을 대표할 수없다는 점이다. 오랜기간의 오염과정과 풍화과정을 거친 현장토양으로부

터의 오염물의 탈착 또는 용출은 인위적으로 오염시킨 토양으로부터의 그것보다 휠씬 더 천

천히 일어나기 때문이다

5.앞으로의 전망

현재, 토양세척기법은 유럽에서는 일반적으로 사용되고 있지만 미국에서는 제한적으로 사용

되어 왔다. 1986에서 1989년 사이에 이 기술은 여덟 개의 Superfund sites에서 적용된 오염

물질 제거 방법 중 하나이었다.

토양세척기법은 통상적으로 생물학적 복원기술 소각, 고형화/안정화와 같은 기술과 복합적

으로 사용된다. 적용되는 기술에 따라 다르지만, 토양세척제나 미세토양에 대해서는 후처리

가 필요하다. 오염된 미세입자를 분리하고 난 후 정화된 어느정도 이상의 토양은 현장에 다

시 되돌려진다. 예로, 토양세척을 이용하여 18,200□(약 20,000ton)의 오염토양 부지를 세척

하기 위해 석달 미만의 기간이 소요된 경우가 있다.

6.그밖의 토양 오염 처리 방법

오염 토양 정화 기술

오염 물질 : 중 금속, 기름관련 제품, PAH및 PCB 계통

처 리 : In ?situ, ex-situ ===e 경제적 요인 고려

정화 기술

생화학적 처리 방법

: 미생물을 이용 유해물질 분해 CO2 와 물로 전환

장점: 토양 생물학적으로 유리 단 점: 처리 시간이 길다.

2) 화학적 처리법 ( Chemical treatment )

:화학약품을 토양에 주입-->오염물질을 안정화.(중성화,시안화합물,환원)

장 점: 오염토양 현지에 적용 가능.

단 점: 토양의 생물학적 조성에 영향.(문제)

3) 열 적 처리 방법( thermal Treatment )

: 600℃ 이하 열처리 -a 휘발물질 제거 ( rotary kiln )

단 점: 에너지 소모 크다. 처리된 토양 생물학적 죽음초래.

4) 진공 처리법 ( Vacuum Extraction )

: 오염토양에 진공처리-a 오염물질 휘발 제거.

연료나 기름으로 오염된 지역에 적용.

5) 유리 질화 (Vitrification )

: 높은 온도( 1600 ℃) 처리 a 토양의 유리 질화

에너지 소비 크다. a 다른 방법으로 처리불가능 할 경우 적용

6) 토양 서척 ( Soil Washing )

: 세척 용액이용 토양입자에 결합되어 있는 오염물을 액상으로 변화시

켜 분리처리

장점: - in ?situ , ex-situ 처리 모두 가능

-여러 형태의 오염물 제거 가능 - 비용 저렴

7) 동 전기 정화 기술( Electrokinetic Extraction )

: 토양및 지하수 내에 전류 공급-a 전기삼투, 이온이동.이동추출 처리

6. 계면활성제의 분류

계면활성제를 분류하는 방법에는 여러가지가 있으나 그 중 이온의 형태와 친수기 유형별로

분류하는 방법이 가장 널리 쓰이고 있다.

(1) 이온 형태별 분류

계면활성제의 분류를 이온성에 이하여 할 경우 계면활성제가 물에 녹아서 전리하면 이온성

이고 전리하지 아니하면 비이온성이다.

.음이온 계면활성제

계면활성제가 물에 녹아서 전리할 때 소수기에 붙어있는 부분이 (-)전하를 띄면 음이온 계

면활성제라고 한다.

.양이온 계면활성제

계면활성제가 물에 녹아서 전리할 때 소수기에 붙어 있는 부분이 (+)전하를 띄면 양이온 계

면활성제라고 한다.

.양성 계면활성제

계면활성제가 물에 녹아서 전리할 때 소수기에 붙어 있는 부분이 양이온과 음이온 모두 있

을때 양성 계면활성제라고 한다.

.비이온성 계면활성제

계면활성제가 물에 녹아서 이온으로 전리하지 않을때, 비이온성 계면활성제라고 한다.