The objective of this study was to investigate the characteristics of nitrate removal by conducting the column test in order to see the performance of surfactant modified zeolite (SMZ) as a permeable reactive barrier material. The prediction of nitrate removal was tested using the one-dimensional advective-dispersive model fitted to the experimental breakthrough curve. A methodology for scaling up to in-situ permeable reactive barrier was also proposed. The breakthrough of nitrate in the column packed with SMZ was well predicted using linear equilibrium adsorption model. The breakthrough time and half-life obtained by breakthrough experiment with variation of flowrates were decreased with the increase of flowrates. When 10㎥/day of groundwater containing the 50 mg/l of nitrate is to be treated to satisfy the potable water quality criteria (10 mg/l) by SMZ reactive barrier, 300 tons of SMZ and about 6 years of breakthrough time will be required, suggesting that 165 million wons are needed as barrier material expenses in each 6 years besides the initial design and construction expenses and the minimal monitoring and maintenance expenses.

본 연구의 목적은 반응벽체 매질로서 제올라이트의 표면특성을 계면활성제로 변화시켜 제조한 SMZ로 충진된 컬럼 시험을 수행함으로써 질산성 질소의 제거특성을 조사하는 것이다. SMZ컬럼 실험에서 얻어진 파과곡선의 해석결과를 이용하여 일차원 이류확산모델을 통해 예측되는 반응벽체의 질산성 질소(N $O_3$$^{-}$-N)제거효과와 실제 소규모 반응벽체 설계의 기본 인자 도출을 통한 설계방법론을 제시하였다 SMZ충진 컬럼 내 질산성 질소의 파과에 대한 예측이 선형 평형 흡착 이동모델을 이용하여 수행될 수 있음을 알 수 있었다. 유량을 변화시키면서 수행한 파과실험을 통해 얻은 파과시간과 반감기( $t_{\frac{1}{2}}$)는 유량의 크기에 반비례함을 알 수 있었다. 질산성 질소농도가 50mg/L인 지하수를 10 $m^3$/day의 처리용량으로 음용수 수질기준인 10mg/L로 감소시키고자 할 경우, 300 ton의 SMZ를 사용하여 약 6년 간 (5.8년)매질의 교체 없이 SMZ 반응벽체를 사용할 수 있을 것으로 예측되었으며, 초기 건설비용과 조사비용 등을 제외하고는 6년에 한 번씩 교체를 위한 매질비용으로 약 1억 6천 5백만 원과 주기적으로 간단한 유지관리와 모니터링 비용이 소요될 것으로 예측되었다.

Keywords: SMZ;Surfactant-modified zeolite;Permeable reactive barriers;Nitrate;Column reactors;Advection-dispersion model;

Keywords: 투수성 반응벽체;질산성 질소;컬럼반응조;이류확산모델;