Chlorofluorocarbons(CFCs) 조사를 위한 지하수 시료 채취 방법 중 cold-welded copper tube method(구리관법)과 flame-sealed borosilicate glass ampule method(유리앰퓰법)의 두 방법을 비교하고 검토하였다. 구리관법에 의해 채취된 시료의 CFCs 농도는 중복시료간에 재현성이 불량한 반면, 유리앰퓰법은 상대표준오차가 5% 이내로 좋은 재현성을 보여주었다. 이것은 구리관법을 적용할 때, 관정의 출수구와 구리관의 연결의 밀봉성이 좋지 않았기 때문인 것으로 추정된다. 또한 구리관법에 의한 CFCs 농도는 전체적으로 유리앰퓰에 의한 값보다 높았으며 이러한 특징은 CFC-11이 CFC-12보다 더 두드러졌다. 구리관법의 경우에 플라스틱 관이나 관정에 설치된 출수구에 포함된 고무 패킹 등이 시료를 CFCs로 오염시켰을 것으로 평가된다. 유리앰퓰법을 적용했을 때에는 이러한 가능성을 제거하기 위해 stainless steel과 nylon 재질만을 이용하고, 시료채취장비를 관정의 주배수관에 직접 연결하였다. 인위적인 공급원에 의한 CFCs가 없을 것으로 예상되는 시료에서 유리앰퓰법에 의해 매우 낮은 수준의 CFCs농도가 측정됨으로써 이 시료채취과정의 유효성이 검증되었다.
대기와 물에서의 CFCs(CFC-12, CFC-11, CFC-113)를 분석할 수 있는 시스템을 자체 제작된 퍼지-트랩 추출 장치와 전자포획검출기가 설치된 가스 크로마토그래피를 이용하여 구축하였다. 대기와 물에 대한 시료 채취방법도 확립되었다. 분석 시스템은 실험적으로 최적화되어 최근 대기 시료는 2% 이내, 제주도의 지하수 시료 (CFC-12 농도가 $160{\sim}180pg/kg$)는 5% 이내의 삼중복시료에 대한 재현성을 보였고, 미국지질조사소(USGS)의 분석시스템과 교차 분석을 실시하였으며, 10% 오차 범위내에서 일치하였다. 한반도 중부 지역의 세 지점에 대해 19개월에 걸쳐 대기 중의 CFCs를 관측하여 이 지역에서 국지적인 CFCs 근원이 크지 않음을 확인하였다. 제주도의 한 농업용 공공 관정에서 2개월 간격으로 1년 동안 지하수의 CFCs를 관측한 결과 8월까지 지하수의 CFCs 농도가 감소하고 10월 이후에 다시 증가하는 계절적인 변동을 보여 주었다. 이것은 여름철 우기에 발생한 지하수 함양이 수 개월 지연되어 나타난 결과로 볼 수 있으며, 제주도 현무암 대수층의 높은 투수성을 지시한다.
This study provided sorption properties of chlorofluorocarbons (CFCs), and elucidated potential application of CFC sorption data in hydrogeochemistry. Prior sorption studies were reviewed for hydrophobic organic compounds similar to the CFCs, because there were only few CFC sorption studies. The CFCs are regarded as relatively conservative chemicals in groundwater environments based on their moderate hydrophobicity. However, thermally altered carbonaceous matter (TACM) can significantly increase sorption capacity and nonlinearity for hydrophobic organic compounds such as CFCs, compared to general soil organic matter. CFC sorption behavior are close to the sorption for reviewed organic chemicals. Therefore, the CFC sorption data can be used for determining hydrogeochemical properties and predicting transport of organic contaminants in TACM-containing aquifer environments.
Two sampling methods for chlorofluorocarbons(CFCs) in groundwater were compared and assessed with groundwater samples in Jeju Island. CFCs concentrations from copper tube method were widely variable among triplicates and higher than those from flame-sealed glass ampule method. For the copper tube method, this is aggravated by rubber packings in the faucet of discharge line of wells, which was removed for the glass ampule method. The poor reproducibility and apparent contamination of results by copper tube method is due to the improper sealing of copper tubes and materials in water discharge line. This suggests that it is more difficult to achieve complete isolation from the atmosphere in the copper tube method and that materials that could release CFCs should be avoided along the sampling flow lines. It seems that the flame-sealed glass ampule method is more relevant for groundwater sampling for CFCs though it requires more complicated equipments and procedures.
CFCs (Chlorofluorocarbons) and HCFCs (Hydrochlorofluorocarbons) that are chemically stable were proven to be a greenhouse gases that can destroy ozone layer. On the other hand, HFCs (Hydrofluorocarbons) was developed as an alternative refrigerant for them, but HFCs still have a relatively higher radiative forcing, resulting in a large Global Warming Potential (GWP) of 1,300. Current regulations prohibit production and use of these chemicals. In addition, obligatory removal of existing material is in progress. Methods for the decomposition of these material can be listed as thermal cracking, catalytic decomposition and plasma process. This study reports the development of low cost and high efficiency plasma scrubber. Stability of steam plasma generation and effect of plasma parameters such as frequency of power supply and reactor geometry have been investigated in the course of the development. Method for effective removal of by-product also has been investigated. In this study, elongated rotating arc was proven to be efficient in decomposition of HFCs above 99% and to be able to generate stable steam plasma with steam contents of about 20%.
SF$_{6}$ (Sulfur Hexafluoride) is a gaseous compound whose use is being greatly increased recently. The compound has a negligible background concentration from natural sources and is stable in most of groundwater environments. Therefore, SF$_{6}$ has potential for a dating tool for young groundwater. It has many advantages over chlorofluorocarbons (CFCs) for groundwater investigation that sampling procedure is much simpler than CFCs and its growth is continued up to at least near future in the atmosphere. However, solubility of SF$^{6}$ is so low that excess air causes large uncertainties in recharge date of groundwater. To compensate the limitation, $N_2$/Ar method can be employed to estimate excess air content. A groundwater study is currently carrying out in Jeju Island using SF$_{6}$ as an environmental tracer, Well waters and spring waters were sampled for SF$_{6}$ and $N_2$/Ar. To establish SF$_{6}$ input history in the study area, air sampling is being conducted in the area near the center of the island on a monthly and weekly basis. Based on the present data, the level of SF$_{6}$ concentration in the atmosphere of the Island is corresponding to the trend of the Northern Hemisphere.
Greenhouse gases (GHGs) such as carbon dioxide ($CO_2$), methane (CH$_4$), nitrous oxide ($N_2$O), chlorofluorocarbons (CFCs), sulphur hexafluoride (SF$_{6}$), together with water vapour ($H_2O$) and ozone play an important role in determining the earth's climate. The primary cause of the enhancement of GHGs is the global use of fossil fuels to generate heat, power, and electricity for a growing world population, as well as the changes in the land use, especially for agriculture. In addition, biomass buring and biofuel emissions play major roles in the GHG emissions in the Asian region because they produce large amounts of carbon monoxide (CO), nonmethane volatile organic compounds(NMVOC), black carbon(BC) and other gases. (omitted)d)
본 연구에서는 제주 서귀포지역에서 산출되는 온천수 2지점과 탄산수 2지점에 대한 화학성분, CFCs (Chlorofluorocarbons) 동위원소, ${\delta}^{18}O$, ${\delta}D$, ${\delta}^{13}C$ 동위원소, 영족기체(He, Ne) 동위원소 분석을 통하여 탄산온천수와 탄산수의 수리화학적 특성, 생성연령, 영족기체의 기원과 $CO_2$ 가스의 기원을 해석하였다. 연구지역의 탄산수의 pH는 6.21~6.84의 범위의 약산성과 매우 높은 전기전도도 값($1,928{\sim}4,720{\mu}S/cm$)의 특성을 보인다. 화학적 유형은 $Mg(Ca,Na)-HCO_3$ 내지는 $Na(Ca,Mg)-HCO_3$ 유형을 보인다. 환경추적자인 CFCs 농도를 이용하여 지하수 연령측정결과, 탄산수는 약 47.5~57.2년, 지하수는 약 30.3~49.5년으로 추정되었다. 탄산수의 ${\delta}^{13}C$값은 -1.77~-7.27‰의 범위를 보여 $CO_2$ 가스의 기원은 심부기원과 일부 심부-무기기원의 혼합 기원으로 도시되었지만, 영족기체 조성비($^3He/^4He$, $^4He/^{20}Ne$)에서 헬륨가스가 심부기원의 농도가 절대적으로 높은 값을 보여 화산활동과 관련한 심부 마그마 기원임을 보여준다.
CFCs(chlorofluorocarbons)에 의한 여러 지구 환경문제들이 발생되고 있는 가운데, 사용후 회수된 CFCs에 대하여 보다 안전한 파괴방법이 요구되고 있다. 이런 관점에서 CFC-113의 분해를 위한 보다 좋은 조건을 개발하고자 접촉 산화분해반응하에서 솔-젤법으로 만들어진 에어로젤 $TiO_2-SiO_2(ATS)$ 촉매에 대하여 본 연구를 행하였다. 솔-젤법으로 만들어진 ATS 촉매가 초기 활성에서 우수하였지만 반응시간이 경과함에 따라 침전법에 의해 제조된 촉매보다 급격한 활성저하를 나타내었다. 이런 비활성화의 원인은 SEM-EDX와 XRD의 분석으로부터 생성가스 $F_2$에 의한 촉매표면의 Si 원자에 대한 결합, 유출에 기인된 것으로 판단되었다. 그리고 ATS 촉매제조과정에서 prehydrolysis 방법으로 처리된 촉매가 촉매 표면의 산성도가 증가됨에 따라 촉매활성이 지속적으로 유지되고 촉매 피독에 의한 비활성화가 느리게 진행되는 것이 관찰되었다. 또한 ATS 촉매 반응에 있어서 Ti의 mol 비가 80%까지 증가함에 따라서도 산성도가 증가되어 본 반응에서 활성 유지와 비활성화 진행속도가 느리게 됨을 발견할 수 있었다. 한편, ATS 촉매에 대해 황산이온처리된 $ATS/SO_4{^{2-}}$ 촉매가 촉매의 활성유지와 비활성화 방지에 있어서 우수한 성질을 나타내었다. 그러므로 본 반응에 있어서 촉매 표면에 대한 황산이온의 처리가 촉매의 비활성화 방지에 기여할 수 있음을 알 수 있었다.
제주도의 관정 지하수에 대해 2개월 간격으로 1년 동안 수행한 주기 조사에서 주요 양이온, $SiO_2$ 등은 10% 이내의 변동폭을 보여 계절적인 수질 변화가 크지 않음을 지시하였지만, $NO_3$, 용존 산소 (DO) 등은 비교적 큰 변동을 보였다. DO 변동 수준은 산화-환원 환경이 변화하는 수준은 아니었다. $NO_3$는 동일한 계절적인 변동 경향을 보여주지는 않지만 상당수 관정에서 10% 이상(최대 35%)의 변동폭을 보였다. CFCs를 이용하여 결정한 지하수 연령은 15-25년 내외의 연령을 가지는 지하수 관정들에서 10월에 일시적으로 5년 정도 감소하는 경향을 보이는데, 이는 여름 철 강수에 의해 함양되는 지하수가 기저 지하수에 지연되어 도달하여 기저 지하수의 연령을 감소시키기 때문인 것으로 보인다. 기온과 비교하여 변동폭은 월등히 작지만 위상차가 없는 지하수 온도 변동 특성은 강수에서 유래되는 유입수에 의해 온도 변화가 거의 없는 기저 지하수가 함양되는 모형으로 설명될 수 있다. 지하수의 CFC 연령과 지하수 온도의 비교적 작은 연간 변동폭은 대수층 저류량 면에서 빠른 경로를 통해 유입되는 지하수 함양이 기저 지하수에서 차지하는 비중이 작음을 지시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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