중금속으로 오염된 해양퇴적토의 전기동력학적 정화

Abstract

퇴적토는 미사 및 점토와 같은 미세토의 함량이 높으며, 유기물질이 많으며, 완충능이 크기 때문에 퇴적토로부터 중금속을 제거하는 것은 매우 어렵다. 본 연구에서는, 중금속으로 오염된 퇴적토에서 중금속을 제거하기 위해 2 V/cm의 일정한 전압경사를 적용한 실험실 규모의 전기동력학적 (EK) 정화공법을 사용하였다. 실험을 위해 적용한 음극 전해질로는 0.1 M의 ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), citric acid (CA), <TEX>$HNO_3$</TEX>, HCl, 그리고 수돗물을 사용하였으며, 양극 전해질로는 수돗물을 사용하여 순환시켜 주었다. 음극 전해질로 CA를 사용한 실험군에서 Ni, Cu, Zn, Pb는 각각 초기와 비교하여 92.4, 96.1, 97.1, 88.1%의 중금속 제거효율을 보였다. 높은 전압경사를 적용하게 되면, 음극 전해질내에 citrate 및 EDTA가 퇴적토로 이동이 용이하게 되며, 그로 인해 중금속-킬레이트 화합물을 형성하여 중금속의 추출률을 높일 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로, 높은 전압경사를 적용한 EK 실험에서 음극 전해질로 EDTA 혹은 CA를 사용하면 퇴적토로부터 중금속을 효과적으로 추출할 수 있다고 판단된다. Sediment contains a high fraction of organic matter, high buffering capacity, and a large portion of fine grained particles such as silt and clay, which are major barriers to remove heavy metals from sediments. In this study, a lab-scale electrokinetic (EK) technique was applied to remove heavy metals effectively from marine sediment at a constant voltage gradient of 2 V/cm. A concentration of 0.1 M of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), citric acid (CA), <TEX>$HNO_3$</TEX>, and HCl were circulated in the cathode, and tap water was circulated in the anode. CA extracted 92.4% of Ni, 96.1% of Cu, 97.1% of Zn, and 88.1% of Pb from marine sediment. A higher voltage gradient enhanced the transport of citrate and EDTA into the sediment and, therefore, increased metal extraction from the marine sediment through a complexation reaction between metals and the chelates. Based on these results, the electrokinetic process using a high voltage gradient with EDTA and CA might be useful to extract heavy metals from marine sediment.