비가역적 흡착을 반영한 바이오차의 다환방향족탄화수소 흡‧탈착 속도모델 제안

Abstract

불투수면적의 증가로 인해 다량의 비점오염원이 자연계로 유입되면서 이를 저감하기 위해 LID 시설이 대안으로 사용되고 있다. 현재 국내에서는 LID 시설의 성능기준과 측정방법이 마련되지 않은 한계점이 존재하여, 그 대책으로 침투시설 내 오염물질의 이동을 예측하는 방안이 필요하다. 본 논문에서는 다양한 흡‧탈착 현상이 발생할 수 있는 침투시설 내 오염물질의 이동을 해석하기 위해 새로운 흡‧탈착 속도 모델을 제안하였다. 제안한 속도 모델은 흡착제의 표면이 가역적 표면과 비가역적 표면으로 이루어져 있고 가역적 표면의 탈착속도는 흡착 속도와 같으며 반복적인 흡‧탈착을 거쳐도 그 값이 변하지 않다고 가정하였다. 신규 흡착 시 흡착실험 일주일 후 1차 흡착평형에 도달하였다고 고려하고 탈착실험을 진행하여 탈착 모델에 적용한 뒤 흡착 모델 필수 인자인 표면율과 흡착평형상수를 도출하였다. 모델 필수 인자 중 하나인 흡착 평형 상수는 본 실험이 저농도에서 진행되므로 선형관계로 가정하고 흡착 속도 실험 시 관찰하였던 흡착평형상태에서(ANOVA<0.05) 계산하였다. 침투시설에서 발생할 수 있는 흡‧탈착 현상으로는 두 가지로 한정하고 회분식 실험을 진행하였다. 그 가정은 다음과 같다:(i)신규흡착 후 상대적 고농도로 재 흡착 후 탈착. (ii)장기간 흡착 후 탈착. 재 흡착 후 진행한 탈착 실험의 모델 적용 결과 신규 흡착 시에 비교하여 가역적 표면율의 증가하지만 흡착평형상수의 경우 그 값이 감소하는 경향을 보였으며 재 흡착 속도 상수도 감소하는 것을 확인하였다. 이는 탈착실험과 연관해서 해석하였을 시, 대상물질이 바이오차에 흡착될 때 다중 흡착 현상이 발생하고 이로 인해 흡착제가 입자를 끌어당기는 인력이 입자들로 인해 간섭받아 흡착력에 약해지는 것으로 추정된다. 흡착기간 변화에 따른 탈착실험의 경우 단기간에는 naphthalene의 비가역적 표면율이 작았지만 장기간에는 두 물질 다 가역적, 비가역적 표면율이 감소하면서 phenanthrene의 표면율이 naphthalene보다 적어지는 현상이 관찰되었다. 이 원인으로는 단기간에는 경쟁흡착으로 인하여 phenanthrene이 안정적으로 흡착제와 결합하지 못하다가 시간이 거듭될수록 흡착제 내부까지 스며들어 탈착 시 밖으로 빠져나오지 못하는 경우인 것으로 판단된다.