[표지] 1
제출문 2
요약문 3
목차 6
1. 연구개발과제의 개요 14
가. 연구개발의 개요 14
나. 연구개발 대상의 국내·외 현황 20
(1) 국내 기술 수준 및 시장 현황 20
(2) 국외 기술 수준 및 시장 현황 29
다. 기술개발의 차별성 32
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 35
가. 1차년도 35
나. 2차년도 38
다. 3차년도 41
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 43
가. 정성적 연구수행 결과 43
(1) Fe-Mn Oxide 연구동향 및 문헌조사 43
(2) Fe-Mn Oxide 나노물질의 합성 및 특성 평가 63
(3) 유기물 개질 전/후 Fe-Mn Oxide 나노물질의 중금속 흡착 평가 86
(4) 기존 지중주입 기술 및 system 사례 조사 99
(5) 현장 적용 가능성 평가 대상부지의 자료조사 121
(6) 유기물로 개질된 Fe-Mn oxide 나노입자의 토양매질 내 거동특성 평가 126
(7) 유기물로 개질된 Fe-Mn oxide 나노입자의 중금속 흡착평가(Column-Test) 136
(8) 실제 오염부지 적용 평가를 위한 나노입자 지중 주입기술 및 시스템 설계 163
(9) Pilot-Scale 중금속 안정화 주입장치 실험 166
(10) 나노입자의 환경부하 평가 173
2) 정량적 연구개발성과 192
3) 세부 정량적 연구개발성과 192
4. 목표 미달 시 원인분석 195
5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 196
6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 198
7. 참고문헌 199
[뒷표지] 203
표 1. 국내 지중 원위치 정화기술 지식재산권 현황 21
표 2. 지중 원위치 정화기술 연구사례 22
표 3. 국내 철/망간 산화물을 이용한 중금속 정화 주요 연구사례 24
표 4. 국내 철/망간 산화물을 이용한 오염물질 정화 관련 지식재산권 현황 25
표 5. 국내 나노입자의 독성 관련 연구사례 27
표 6. 국내 나노입자 관련 지식재산권 현황 28
표 7. 국외 지중 원위치 정화기술 연구현황 29
표 8. 국외 철/망간 산화물 관련 연구현황 30
표 9. 세계 환경시장 및 토양오염 정화시장 현황 및 전망 55
표 10. 국가별 토양 정화시장 규모 55
표 11. 유럽의 주요국 오염토양 현황 56
표 12. 국내 토양 정화시장 현황 및 전망 57
표 13. 국내기업 해외진출 주요 사례 58
표 14. 세계 나노기술 제품 시장규모(2013 ~ 2019) 59
표 15. 세계 나노소재 유형별 시장규모(2013 ~ 2019) 60
표 16. 세계 나노소재 성분별 시장규모(2013 ~ 2019) 61
표 17. 나노물질 합성방법 별 평가인자 특성 결과(sol-gel vs precipitation) 67
표 18. 중금속 흡착 확인 실험조건 86
표 19. 흡착등온식 모델 95
표 20. 중금속 간섭현상에 따른 중금속 흡착 효율 실험조건 98
표 21. 중금속 정화기술의 특성 및 기술 105
표 22. 원위치 지중교반 및 주입/추출정을 이용한 중금속 정화기술 개발 현황 106
표 23. 지중파쇄 원위치 정화기술 개발 현황 108
표 24. 주입방식의 특징 113
표 25. 공법에 따른 주입방식 115
표 26. 현장 적용성 평가 시험을 위한 예상 대상부지 후보군 현황 123
표 27. 현장 적용성 평가시험 대상부지 선정 조건 124
표 28. 주입기술 및 시스템 현장 적용성 평가 항목 및 방법 125
표 29. 중금속 물질간 간섭현상에 따른 중금속 흡착효율 실험조건 127
표 30. Batch equilibrium method를 이용한 토양분배계수 도출 및 다양한 물리·화학적 특성 분석 결과 133
표 31. 인공오염토양 이화학적 특성 분석 135
표 32. 토양 및 유출수의 중금속 Mass-Balance 160
표 33. 나노물질 주입장치의 세부장치 및 사양(안) 165
표 34. 유기물 개질 전/후 나노물질의 경구투여 독성 투입량 176
표 35. 유기물 개질 전/후 나노물질의 경피투여 독성 투입량 180
그림 1. 본 연구개발 기술의 컨셉 및 모식도 14
그림 2. 토양 내 비소(V)의 흡착형태 15
그림 3. 토양 내 중금속 거동형태의 일반적 특성 16
그림 4. 철 산화물의 흡착 및 변환과정 모식도... 17
그림 5. 전하 및 pH 특성에 따른 망간산화물 분포도... 18
그림 6. 흡착 메커니즘 (a) 이온교환 형태의 첫 번째 과정 변화... 19
그림 7. 흡착 표면에서의 금속과 토양이온간 복합구조 19
그림 8. Batch equilibrium method를 이용한 흡/탈착 시험 모식도[그림없음] 10
그림 9. Batch equilibrium method를 이용한 흡/탈착 시험 모식도 39
그림 9. Lab-scale colume 실험 컨셉 및 모식도 40
그림 10. 지중환경을 모사한 Pilot-scale 장치 모식도 42
그림 11. 국가별 나노소재 생산 [그림없음] 10
그림 12. 국가별 나노소재 생산(2010) 60
그림 13. 세계 나노소재 유형별 시장 점유율 비교(2013 vs 2019) 61
그림 14. sol-gel 법 모식도 64
그림 15. 열분해법 모식도 64
그림 16. 나노물질 합성 방법 과정(좌)과 나노물질 분말 형태(우) 67
그림 17. 나노물질 합성방법 별 능력치 산정 결과 68
그림 17. 유기물 농도별로 합성된 나노입자의 비소 및 크롬 제거효율 71
그림 18. 유기물 개질 전 나노물질의 XRD 분석 결과 74
그림 19. 유기물 개질 전 나노물질의 XRF 분석 결과 75
그림 20. 유기물 개질 전 나노물질의 BET 분석 결과 76
그림 21. 유기물 개질 전 나노물질의 TEM-EDS 분석 결과(0.25배) 77
그림 22. 유기물 개질 전 나노물질의 TEM-EDS 분석 결과(0.5배) 78
그림 23. 유기물 개질 전 나노물질의 TEM-EDS 분석 결과(1배) 78
그림 24. 유기물 개질 전 나노물질의 TEM-EDS 분석 결과(2배) 79
그림 25. 유기물 개질 전 나노물질의 TEM-EDS 분석 결과(5배) 79
그림 26. 유기물 개질 전 나노물질의 FT-IR 분석 결과 80
그림 27. 유기물 개질 후 나노물질의 XRD 분석 결과 81
그림 28. 유기물 개질 후 나노물질의 XRF 분석 결과 82
그림 29. 유기물 개질 후 나노물질 BET 분석 결과 83
그림 30. CMC로 개질된 나노물질의 TEM-EDS 분석 결과 84
그림 31. 전분으로 개질된 나노물질의 TEM-EDS 분석 결과 84
그림 32. 유기물 개질 후 나노물질의 FT-IR 분석 결과 85
그림 33. 유기물 개질 전/후 Case 별 나노물질의 중금속 흡착효율 87
그림 34. 유기물 개질 전/후 Case2 조건에서 나노물질의 중금속 흡착효율 87
그림 35. 유기물 개질 전/후 Case3 조건에서 나노물질의 중금속 흡착효율 88
그림 36. 유기물 개질 전/후 Case4 조건에서 나노물질의 중금속 흡착효율 88
그림 37. Fe 농도에 따른 중금속 농도 분석결과(1단계 회분식 실험) 90
그림 38. Fe 농도에 따른 중금속 흡착효율(1단계 회분식 실험) 91
그림 39. Mn 농도에 따른 중금속 농도 분석결과(2단계 회분식 실험) 92
그림 40. Mn 농도에 따른 중금속 흡착효율(2단계 회분식 실험) 92
그림 41. 오염수와 나노물질 비율 따른 중금속 농도 분석결과... 93
그림 42. 오염수와 나노물질 비율 따른 중금속 흡착효율... 94
그림 43. 비소 및 크롬을 대상으로 한 중금속 등온흡착곡선 96
그림 44. 원위치 지중교반 및 주입/추출정을 이용한 중금속 정화 공정흐름 107
그림 45. 원위치 지중교반 및 주입/추출정을 이용한 중금속 정화기술 모식도 107
그림 46. 공압파쇄와 SVE 공정 결합 모식도 109
그림 47. 화학적 산화제를 분사하여 균열을 형성하는... 109
그림 48. 토양의 기체전도도에 따른 공기파쇄의 역할(Schuring 등, 1995) 110
그림 49. 1 shot 주입방식 모식도 111
그림 50. 1.5 shot 주입방식 모식도 112
그림 51. 2 shot 주입방식 모식도 113
그림 52. L.W 공법 시공 모식도 116
그림 53. S.G.R 공법 시공 모식도 117
그림 54. M.S.G 공법 시공 모식도 118
그림 55. J.S.P 공법 시공 모식도 119
그림 56. 개황조사 및 정밀조사 업무절차도 122
그림 57. pH 조건별 중금속 흡착효율 126
그림 58. 중금속 별 흡착 반응성 평가(2개항목) 129
그림 59. 중금속 별 흡착 반응성 평가(3개항목) 129
그림 60. 중금속 별 흡착 반응성 평가(4개항목) 129
그림 61. 중금속 별 흡착 반응성 평가(5개항목) 130
그림 62. 중금속 별 흡착 반응성 평가(6개항목) 130
그림 63. Batch ezuilibrium method 실험 모식도 131
그림 64. pH 구간별 토양분배계수 및 등온흡착곡선(비소) 134
그림 65. pH 구간별 토양분배계수 및 등온흡착곡선(크롬) 134
그림 66. Fixed bed Column 설치 사진 136
그림 67. Fixed bed Column 도면 137
그림 68. 대조군(Col.1)의 pH 모니터링 결과 137
그림 69. 유기물 개질 전 나노물질을 이용한 컬럼(Col.2)의 pH... 138
그림 70. CMC 로 유기물 개질한 나노물질을 이용한 컬럼(Col.3)의... 138
그림 71. 각 컬럼별 out-flow에서 측정한 pH 모니터링 결과 139
그림 72. 대조군(Col.1)의 EC 모니터링 결과 140
그림 73. 유기물 개질 전 나노물질을 이용한 컬럼(Col.2)의 EC... 140
그림 74. CMC 로 유기물 개질한 나노물질을 이용한 컬럼(Col.3)의... 141
그림 75. 각 컬럼별 out-flow에서 측정한 EC 모니터링 결과 141
그림 76. 대조군(Col.1)의 ORP 모니터링 결과 142
그림 77. 유기물 개질 전 나노물질을 이용한 컬럼(Col.2)의 ORP... 143
그림 78. CMC 로 유기물 개질한 나노물질을 이용한 컬럼(Col.3)의... 143
그림 79. 각 컬럼별 out-flow에서 측정한 ORP 모니터링 결과 144
그림 80. 대조군(Col.1) 유출수 내 비소 용출량 145
그림 81. 유기물 개질 전 나노물질을 이용한 컬럼(Col.2)의... 145
그림 82. CMC 로 유기물 개질한 나노물질을 이용한 컬럼(Col.3)의... 146
그림 83. 각 컬럼별 유출수의 비소 용출량(컬럼별 평균값) 146
그림 84. 대조군(Col.1) 유출수 내 크롬 용출량 147
그림 85. 유기물 개질 전 나노물질을 이용한 컬럼(Col.2)의... 148
그림 86. CMC 로 유기물 개질한 나노물질을 이용한 컬럼(Col.3)의... 148
그림 87. 각 컬럼별 유출수의 크롬 용출량(컬럼별 평균값) 149
그림 88. 대조군(Col.1) 유출수 내 철/망간 용출량 150
그림 89. 유기물 개질 전 나노물질을 이용한 컬럼(Col.2)의... 150
그림 90. CMC 로 유기물 개질한 나노물질을 이용한 컬럼(Col.3)의... 151
그림 91. 각 컬럼별 유출수의 철/망간 용출량(컬럼별 평균값) 151
그림 92. 안정화 전/후에 대한 토양의 중금속 전함량 분석(비소) 152
그림 93. 안정화 전/후에 대한 토양의 중금속 전함량 분석(크롬) 153
그림 94. 안정화 전/후에 대한 토양의 폐기물 용출시험 분석결과(비소) 154
그림 95. 안정화 전/후 토양에 대한 폐기물 용출시험 분석결과(크롬) 154
그림 96. 안정화 전/후 토양에 대한 TCLP 분석 결과(비소) 155
그림 97. 안정화 전/후 토양에 대한 TCLP 분석 결과(크롬) 156
그림 98. 안정화 전/후 토양에 대한 SPLP 분석 결과(비소) 157
그림 99. 안정화 전/후 토양에 대한 SPLP 분석 결과(크롬) 157
그림 100. 안정화 전/후 토양에 대한 생물학적 접근도(SBRC)... 158
그림 101. 안정화 전/후 토양에 대한 SM&T 중금속 존재형태... 159
그림 102. 안정화 전/후 토양에 대한 SM&T 중금속 존재형태... 159
그림 103. 중장기적 안정성 평가를 위한 pH 모니터링 결과 161
그림 104. 중장기적 안정성 평가를 위한 EC 모니터링 결과 162
그림 105. 중장기적 안정성 평가를 위한 ORP 모니터링 결과 162
그림 106. 지중 주입장치 모식도 및 개념도 165
그림 107. Pilot-scale Lysimeter 실험 모식도 166
그림 108. lysimeter 샘플링 구분지점 167
그림 109. Pilot-Scale 주입 및 혼합장비 168
그림 110. 실험구 조성 현장사진 168
그림 111. 반응기간 별 비소의 농도변화(1 ~ 5 FL) 169
그림 112. 반응기간 별 비소의 농도변환(6 ~ 10 FL) 170
그림 113. 반응기간 별 크롬의 농도변환(1 ~ 5 FL) 170
그림 114. 반응기간 별 크롬의 농도변화(6 ~ 10 FL) 171
그림 115. 실험구별 시료채취지점 평균값을 이용한 비소의 안정화도 평가 171
그림 116. 실험구별 시료채취지점의 평균값을 이용한 크롬의 안정화도 평가 172