본 연구는 폐타이어와 콤포스트 바이오필터의 VOCs의 제거 예측을 위해 수행되었다. 이에 필요한 매개 변수의 도출을 위해 폐타이어와 콤포스트에 대해 각각 회분식 실험 및 주상 실험을 행하였으며, 도출된 매개변수와 수학적 모형을 이용한 전산모의를 통해 바이오필터에서의 VOC 제거를 예상해 보았다. 폐타이어, 콤포스트에 대한 대상 VOCs의 수착은 본 실험에서 선정된 농도 범위에서 Freundlich model로써 가장 잘 설명되었다. 또한, 대상 VOCs의 폐타이어에의 분배계수 값이 콤포스트에의 분배계수 값보다 10배정도 크게 나타나, 폐타이어의 대상 VOCs에 대한 흡착능이 콤포스트보다 10배정도 큰 것을 알 수 있었다. 콤포스트 내 미생물에 의한 VOCs 분해 kinetics는 1차 반응과 높은 상관관계를 보였으며, 1차 반응 상수는 benzene의 경우 0.0196 hr^-1, ethylben-zene의 경우 0.0058 hr^-1의 값을 나타내었다. 폐타이어-콤포스트 혼합재에서의 혼합비 산출 실험 결과, 실험에서 선정된 혼합비 중, benzene과 ethylbenzene의 경우 폐타이어:콤포스트=1:2에서 가장 높은 제거를 보였으며, TCE와 PCE는 콤포스트에 의한 생물학적 제거가 일어나지 않아 폐타이어가 많이 들어 있을수록 가장 높은 제거 효율을 보였다. 바이오필터는 생물학적 분해가 VOC의 주요 제거기작으로, 콤포스트의 비율에 의해 그 제거량이 결정된다. 따라서, 두 여재의 혼합비는 폐타이어:콤포스트=1:2보다 클 필요는 없으며, 유입농도가 낮고, 그 변화가 심하지 않을 때는 콤포스트의 비율을 보다 늘림으로써 높은 VOC의 제거율을 기대할 수 있다. 폐타이어, 콤포스트에서의 주상 실험결과, 대상 VOCs의 평형 농도에 이르는 순서는 분배계수의 차에 의한 지연인자의 대소에 따라 benzene, TCE, PCE, ethylbenzene으로 나타났으며, 콤포스트에서는 생물학적 분해에 의하여 benzene, TCE, ethylbenzene의 경우 평형농도가 유입농도보다 작게 나타났다. 그러나 PCE의 경우는 생물학적 제거가 일어나지 않아 평형농도는 유입농도와 같았다. 수학적 모형을 이용한 수치해석 결과 폐타이어 층, 콤포스트 층에서의 대상 VOCs의 물질이동 예측을 위한 매개 변수, 즉 수리동역학적 분산계수와 지연인자를 구할 수 있었다. 다만, 콤포스트 층에서 TCE의 경우는 멸균 콤포스트를 이용한 주상실험을 추가함으로써 콤포스트 층에서 TCE의 물질이동 매개변수를 도출할 수 있었다. 두 층 모두 회분식 실험을 통한 지연인자와 상당한 차이를 보여, 폐타이어 및 콤포스트 층에서의 대상 VOCs의 물질이동 예측을 위한 매개변수 값은 주상 실험을 통해 구해져야 한다. 폐타이어-콤포스트 혼합재를 이용한 주상 실험결과, 콤포스트 층보다 큰 지연효과를 보여 폐타이어의 바이오필터 내에서 완화제의 효과를 찾아볼 수 있었다. 실험에서 선정된 샌드위치와 완전혼합 형태의 두 컬럼에서 모든 대상 VOCs에 대해 지연효과는 비슷한 결과를 보였지만, 분배계수가 큰 ethylbenzene의 경우, 샌드위치형태에서 보다 낮은 평형 농도를 나타내었다. 한편, 콤포스트와 폐타이어 각각의 층에서 구한 매개변수 값을 이용하여 샌드위치 형태의 바이오필터에서의 대상 VOCs의 물질이동을 예측할 수 있었다. 주상 실험을 통한 매개변수와 수학적 모형을 이용한 전산모의 결과 매개변수 값의 오차는 지연인자에 더욱 큰 영향을 보임을 알 수 있었다. 샌드위치 형태로 바이오필터를 구성할 경우 layer 수가 늘어남에 따라 평형 농도는 높아졌지만, 지연효과는 증대되었다. 하지만, 지연효과의 증가율이 훨씬 큼에 따라 콤포스트의 비율을 높임으로써 layer 수가 많은 경우가 layer 수가 적은 경우보다 보다 높은 지연효과와 제거율을 동시에가질 수 있었다. 또한, 수학적 모형을 이용해 목표 제거율을 달성하기 위한 바이오필터의 길이를 구할 수 있으며, 예측된 실제 바이오필터에서의 VOCs의 물질이동 및 제거를 예측할 수 있었다. 따라서, 회분식 실험과 주상 실험을 바탕으로 현장에서 바이오필터의 성능을 예측할 수 있으며, 이는 보다 정확한 바이오필터 설계를 위한 기초 자료로서 이용될 수 있다.

주요어 : 바이오필터, 폐타이어, 콤포스트, 휘발성 유기화합물, 물질이동, 매개변수, 분배계수, 확산계수, kinetics, 수착