열화학적 산화를 통한 수용액상 석유계 총탄화수소(TPH)의 분해

Abstract

급격한 산업화에 따라 다양한 화학제품의 원료로 활용되는 유류 사용량이 증가하였으며, 사용 과정에서 유류 유출 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 특히, 지하 저장 탱크 및 송유관의 부식·파열에 따라 석유계 총 탄화수소(TPH: Total Petroleum Hydrocarbons)와 같은 다량의 유류가 토양 및 지하수, 해양환경 등으로 유입되어 환경 문제를 야기하고 있다.

본 연구에서는 TPH 대표 물질로 방향족 화합물질인 페놀을 선정하였으며, 유류오염물질 정화기술의 단점을 보완하기 위해 열과 과황산염을 동시에 주입하는 열화학적 산화를 통해 수용액상 페놀의 분해 효율을 평가하였다. 액상 시스템에서 초기 페놀 농도, 과황산염 주입량, 반응온도가 열화학적 분해반응에 미치는 영향을 규명하고, 최적화 조건을 도출하기 위해 통계적 실험설계 및 반응표면 방법론을 활용하였다.

액상 시스템에서 온도 70℃ 조건으로 12시간 동안 반응한 결과 페놀 분해 효율은 1% 수준으로, 단순히 열만 공급할 경우 페놀 분해가 제한적인 것을 확인하였다. 반면 동일한 조건에서 과황산염 2.5 g/L와 5 g/L를 추가적으로 주입한 결과 페놀 분해 효율은 각각 87%, 97%로 향상되는 것을 확인되었다. 페놀 농도, 과황산염 주입량, 반응온도 세 가지 요인별 조합에 따른 페놀 분해 효율을 평가한 결과 초기 페놀 농도는 페놀 분해에 미치는 영향이 미미한 반면, 과황산염 주입량과 온도는 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 열 공급을 위한 에너지 소모량 등 경제성을 고려할 경우 수용액상 페놀을 100% 분해하기 위한 최적 과황산염 주입 농도와 온도 조건은 초기 페놀농도 100 mg/L를 기준으로 각각 3.018 g/L와 73.924℃인 것으로 나타났다.

본 연구에서 도출된 결과를 바탕으로 향후 TPH 분해 현장 적용 실효성을 검토하고 최적화 조건을 도출하여 열화화학적 산화 공법의 환경·경제성을 제고할 수 있을 것으로 기대된다.