콤포스트-폐타이어로 구성된 다층여재를 통한 VOCs의 물질이동 및 제거

Abstract

A mathematical model was constructed to predict the mass transport and the removal of volatile organic compounds (VOCs) either in a single medium column or in a multi-layer media column packed with compost and scrap tire. Exper­imental results obtained from a lab-scale column were used to validate the model. The biodegradation rate constant in the compost was determined using a bottle test, and the mass transport parameters including dispersion coefficient and retar­dation factor were estimated by fitting mathematical model with experimental data from a single-medium column test. Among four VOCs used in this study as model compounds, benzene and ethylbenzene were biologically removed in the compost at the first order rate constants of 0.470 and 0.139 day니，respectively. However, the other two chlorinated com­pounds, trichloroethylene (TCE) and perchloroethylene (PCE), were not biologically degraded. The single-medium column test showed that the retardation factor (i.e., adsorption capacity) was an important parameter in model simulation. When using those model parameters determined in a single-medium column test, the model satisfactorily predicted the target VOC mass transport and removal through multi-layer column composed of scrap tire and compost. This implies that the model developed herein can be applied to predict the performance of biofilter packed with different multi-layer media. 본 연구에서는 혼합재(콤포스트와 폐타이어 분말) 바이오필터의 성능을 예측하기 위한 기초연구로서，수학적 모형을 정립하고 실험실 규모의 혼합재 칼럼을 운전하여 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds; VOCs)의 물질 이동 및 제거를 예측하였다. 이를 위해 (1) 생분해도 실험을 통해 대상 VOCs의 생물학적 반응속도상수를 구하고; (2) 단일층으로 구성된 여재에서의 칼럼 실험을 통해 대상 VOCs의 물질 이동 매개변수인 분산계수와 지연인자를 구하였으며 ; (3) 앞에서 구한 매개변수들을 이용하여 콤포스트와 폐타이어 분말을 다층으로 구성한 여재에서 대상 VOCs의 물질이동 및 제거를 예측하여, 본 연구에서 사용한 수학적모형의 타당성을 검증하였다. 대상 VOCs에 대한 콤포스트에서의 생분해도 실험에서, benzene과 ethylbenzene은 생분해가 되었지만 trichloroethylene(TCE)와 perchloroethylene(PCE)는 생분해되지 않았다. Benzene과 ethylbenzene의 분해반응 속도식은 1차 반웅 속도식에 대해 기^장 높은 상관관계를 나타내었으며，각 VOC에 대한 1차 반응속도상수는 benzene 0.470 day-1 과 ethylbenzene 0.139 day-1 이었다. 폐타이어 (또는 콤포스트) 단일 증으로 구성된 칼럼 실험에서 대상 VOCs의 물질 이동 매개변수인 분산계수와 지연인자를 실험치와 수치해를 이용하여 구하였다. 전산모의 결과 지연인자，즉 매질의 홉착능력이 각 VOC 물질이동에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 콤포스트와 폐타이어를 다충으로 구성한 칼럼에서 대상 VOCs의 물질 이동 및 제거는 생분해도 실험 및 단일충을 대상으로 한 칼럼실험에서 구한 모형상수를 사용하여 충분히 예측할 수 있었다. 본 연구에서 추정한 모형상수와 수학적 모형은 다른 여재로 이루어진 multi-layer 바이오필터의 성능을 예측하기 위한 기초적인 도구로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.