NAPL-물 계면에서 Langmuir형 흡착특성을 보이는 계면추적자(CPC)의 다공성 균질매질내 유동특성

Transport behavior of a surfactant tracer(CPC) with Langmuir type adsorption isotherm on NAPL-water interface in a homogeneous porous medium

피흡착체에 대하여 곡선형 흡착등온곡선을 가지는 흡착체가 토양내 수용액상에서 이동할 때 직선형 흡착등온곡선을 가지는 흡착체와 다른 유동특성을 보인다는 사실은 널리 알려져 있다. 그러나 실험적으로 이와 같은 특성이 정밀하게 연구된 바는 그리 많지 않으며 특히 NAPLS(Non-Aqueous Phase Liquids)로서 오염된 지역의 NAPLs의 양과 미시적인 분포를 알아내기 위하여 사용되는 수리지질학적 추적자 기법에 대하여는 거의 실험된 바가 없다. 본 연구는 NAPL과 수용액간의 비계면적을 측정하기 위하여 사용되는 양이온계 계면활성제 (계면추적자), cetylpyridinium chloride (CPC)가 미세한 유리구슬로 충진된 스테인레스 컬럼내부를 통과하며 보이는 파과특성을 분석하였다. 유리구슬의 평균직경은 110$\mu\textrm{m}$였으며, 구슬의 표면은 n-decane의 얇은 막으로서 도포되어 있다. CPC는 유동하며 n-decane과 수용액의 계면에 흡착하게 되며, 실험결과 전형적인 Langmuir type의 흡착 특성을 보이는 것으로 나타났다. 앞부분과 뒷부분의 파과곡선은 각기 현저히 다른 양상을 보이며 이는 흡착등온곡선의 비직선적인 성격때문인 것으로 풀이된다. 또한 CPC의 지체상수는 CPC의 농도와 밀접한 함수관계가 있는 것으로 풀이된다. 또한 CPC의 지체상수는 CPC의 농도와 밀접한 함수관계가 있는 것으로 밝혀졌다. 컬럼에 투입되는 CPC가 pulse input일 때의 지체상수는 pulse input의 파과곡선상 나타나는 최대농도를 input농도로서 사용한 step input시의 지체상수와 일치하였다. 이 결과는 수리지질학적 특성치를 알아내기 위하여 최근 들어 활발히 개발되고 있는 추적자 기법을 적용하는데 있어서 일반적으로 통용되는 가정을 실험적으로 증명하였다는 데 그 의의가 있다.

It has been known that nonlinear characteristics of sorption affect the transport behavior of water soluble pollutants in soils. However detailed experimental studies have not been performed to verify the effect of non-linearity of adsorption isotherm on transport of chemicals in porous media. In this research, the distortion of breakthrough curves of a cationic surfactant (cetylpyridinium chloride, CPC) in a engineered stainless steel column packed with glass beads were investigated. Glass beads with about 110 $\mu\textrm{m}$diameter coated with a thin n-decane film were used as the media providing the sorption surface for CPC. The CPC adsorption isotherm on the surface of n-decane from aqueous solution was a typical Langmuir type. The breakthrough curve of CPC using step Input showed a late breakthrough on the front side and early breakthrough on the back side accordance to the shape of the isotherm. The retardation factor of CPC was found to be a strong function of the input concentration, which also a manifestation of the non-linearity of the isotherm. The retardation factors for the CPC with step input agreed with those of pulse input that the maximum concentrations are controlled to be the same as the step input concentrations. This results support the validity of the unproven field practices of using hydrogeotracers with non-linear adsorption isotherms to determine the hydrogeological parameters, e.g., NAPL saturation, air-water or NAPL-water interfacial areas.