Bacillus sp. B1 사균과 polysulfone 으로 이루어진 미생물 담체를 이용한 오염 지하수 정화를 위한 수학적 모형의 개발
- Alternative Title
- A Mathematical Model for Simulating Remediation of Groundwater Contaminated by Heavy Metals using Bio-Carriers with Dead Baccilus sp. B1 and polysulfone
- Abstract
- 미생물 담체를 이용하여 중금속, 유기물질 등으로 오염된 지하수를 정화하는 방법은 첨단 환경 기술로서 널리 연구되어지고 있다. 본 연구에서는 유류 및 중금속 오염 토양으로부터 분리된 토착 미생물인 Bacillus sp. B1 사균(dead biomass)과 유기중합체인 polysulfone을 혼합하여 미생물 담체를 제조하고, 이를 이용하여 지하수의 대표적인 중금속 오염원인 Pb와 Cu에 대한 흡착제거기작을 규명하기 위하여 회분식 실험을 실시하였다. 온도 및 오염 물질의 농도와 같은 다양한 제거 조건들에 대한 흡착등온 및 동력학 실험을 통하여 최적의 제거효율을 나타내는 Pb와 Cu의 흡착 제거조건들을 도출하였으며, 실험의 결과로부터 모델적용을 위한 흡착 매개변수를 도출하였다. 미생물 담체에 대한 Pb와 Cu의 흡착 평형 실험결과는 Langmuir 등온선으로 잘 모사되었으며, 흡착 반응속도를 도출하기 위하여 유사 2차 반응속도 모델(pseudo-second-order model)을 적용한 결과, 실험결과와 높은 상관성을 나타내었다. 또한 제조된 미생물 담체를 이용하여 단일성분계(Pb와 Cu)에서의 중금속에 대한 동력학적 매개변수를 바탕으로 1차원 advective-dispersive-reactive transport 모델을 개발하여 고정층 내 중금속의 거동 및 흡착기작 규명을 위한 수치 실험을 수행하였다. 개발된 수치모델에서는 미생물 담체의 내·외부에서의 흡착기작과 질량이동(mass transfer)을 고려하였으며 미생물 담체의 내·외부에 흡착된 중금속의 흡착농도는 회분식 실험을 통하여 도출된 최대흡착농도 이하라고 가정하였다. 모형적용을 통한 모의결과는 고정층 내에서 Pb와 Cu의 시·공간적인 분포를 적절히 모사하였다. 미생물 담체에 대한 중금속의 주요 흡착제거기작은 미생물 담체의 내·외부 표면의 흡착이며, 본 미생물 담체를 이용하여 중금속 오염 지하수를 효과적으로 제거할 수 있을 것으로 판단된다.
- Issued Date
- 2011
- Awarded Date
- 2011. 2
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교
- Alternative Author(s)
- Seo, Han Na
- Affiliation
- 부경대학교 일반대학원
- Department
- 대학원 에너지자원공학과
- Advisor
- 왕수균
- Table Of Contents
- 1. 서 론 1
2. 미생물 담체의 중금속 흡착 특성 3
2.1 미생물 담체의 제조 3
2.2 실험 장치 5
2.3 회분식 실험 5
2.3.1 반응 농도에 따른 흡착 실험 5
2.3.2 반응 시간에 따른 흡착 실험 6
2.3.3 반응 온도에 따른 흡착 실험 6
2.4 회분식 실험의 흡착 해석 6
2.4.1 Langmuir 등온식 7
2.4.2 유사 2차 반응속도 모델 8
2.4.3 열역학 모델 9
2.5 결과 및 고찰 10
2.5.1 미생물 담체의 특성 10
2.5.2 회분식 실험의 흡착 특성 평가 16
2.5.2.1 반응 농도에 따른 흡착 특성 16
2.5.2.2 반응 시간에 따른 흡착 특성 19
2.5.2.3 반응 온도에 따른 흡착 실험 19
3. 미생물 담체를 이용한 중금속 제거 수치 실험 26
3.1 수치 모형의 개발 26
3.1.1 고체상의 흡착 모델 26
3.1.2 지배방정식 29
3.1.3 미생물 담체에 대한 물질수지식 33
3.1.3.1 미생물 담체 표면에서의 외부물질전달식 33
3.1.3.2 입자내부에서의 물질수지식 34
3.1.4 제거효율 39
3.1.5 계산방법 40
3.2 미생물 담체로 충진된 고정층 내 중금속 제거 수치 실험 40
3.3 결과 및 토의 42
3.3.1 공정변수 변화에 따른 농도 분포의 민감도 분석 52
3.3.1.1 외부물질전달계수의 영향 54
3.3.1.2 표면확산도의 영향 54
3.3.1.3 최대흡착농도의 영향 57
4. 결 론 60
참고문헌 62
요 약 65
사 사 66
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