인도네시아 국영석유 회사의 정유시설인 PT.Pertamina Refinery Unit V(RU V)는 인도네시아 동부 깔리만탄 주 (Kalimantan) 발리파판(Balikpapan) 시에 위치하고 있다. RU V 부지에는 석유계왁스 생산 공정에서 배출되는 폐기물인 Acid sludge를 매립하던 폐기물 매립지가 존재한다. 매립 부지의 면적은 약 2 ha 이며 1950년부터 1980년대 후반까지 약 30년간 acid sludge를 아무런 처리 없이 매립하였다. Acid sludge의 주성분은 왁스 생산 공정에서 왁스의 불순물을 제거하기 위해 사용된 황산(SO₄), 및 ...
인도네시아 국영석유 회사의 정유시설인 PT.Pertamina Refinery Unit V(RU V)는 인도네시아 동부 깔리만탄 주 (Kalimantan) 발리파판(Balikpapan) 시에 위치하고 있다. RU V 부지에는 석유계왁스 생산 공정에서 배출되는 폐기물인 Acid sludge를 매립하던 폐기물 매립지가 존재한다. 매립 부지의 면적은 약 2 ha 이며 1950년부터 1980년대 후반까지 약 30년간 acid sludge를 아무런 처리 없이 매립하였다. Acid sludge의 주성분은 왁스 생산 공정에서 왁스의 불순물을 제거하기 위해 사용된 황산(SO₄), 및 점토가 주 성분이며 여기에 왁스오일 성분인 석유계 탄화수수가 혼합된 것이다. 1987년 정유시설 Balikpapan Ⅱ를 증축 하면서 이 지역을 복토 후 플레어(flare) 부지로 활용하게 되었다. 하지만 신축시설 완공 직후부터 폐기물 매립부지 및 주변지역에 검은색의 고체 폐기물이 유독가스와 함께 지표면으로 분출되기 시작하였으며, 이러한 분출 작용으로 인해 인근의 공장건물 바닥과 도로, 하수로 등이 파괴되고, 지표수가 산성으로 변하는 등 많은 환경적 피해를 가져왔다. 1990년 대 초부터 Acid sludge 특성 규명과 분출의 원인 밝히기 위해 여러 차례 부지 조사가 시행되었으며, acid sludge를 안정화하고 오염토양을 정화하기위한 기술을 조사하고 pilot 규모의 시험을 시행하였다. 2009년 유해성 폐기물로 오염된 부지의 복원 및 그 절차에 관한 법이 제정 되면서 인도네시아 환경부에 의해 본부지의 복원 계획서가 공식적으로 승인되었다. 지중에 매립된 Acid sludge의 활발한 활동은 일부 안정화 되었지만, 여전히 새로운 분출은 일어나고 있다. 지금까지 시도된 복원 기술은 오염물질을 근본적으로 제거하지 않고 처리하는 In-situ 지중 정화 기술이었고, 오염원인을 근본적으로 제거하지 못하여 큰 효과를 얻지 못하고 있는 상황이다. 이에 따라 부지 소유주인 PT. Pertamina와 인도네시아 환경부는 폐기물 매립부지의 적극적인 복원을 위해 폐기물과 오염된 토양을 굴착하여 처리하는 Ex-situ 기술을 적용하기로 결정하였다. 본 연구의 목적은 정유 폐기물인 Acid sludge 매립 부지를 관련법에 따라 합법적이고, 효율적으로 복원할 수 있는 최적의 정화공법 선정을 위해 기존의 자료를 수집 검토하고, 토양 및 폐기물에 대한 특성을 분석을 실시 검토 한 후 이를 바탕으로 선정된 후보 기술들에 대해 기술 적용성 실험을 실시하여 효율적이고 경제적인 최적의 부지 복원기술을 제시하는 것이다. Acid sludge가 집중적으로 매립된 면적은 7,953.68m²이며, 지표 하 2~5 m 구간에 집중적으로 매립되어 있고, 상부는 다른 지역에서 이송된 점토질 토양으로 1~2m 두께로 복토되어 있다. 복원의 대상은 매립된 acid sludge의 굴착 처리와 이에 혼합된 토양 및 사면 및 바닥면에 분포하는 오염토양의 처리이다. 연구직역의 수리지질학적 자료 검토 결과 폐기물 매립구간은 4기 미고결 충적층에 발달된 습지 및 늪지대로서 원지반 토성은 세립질 모래 또는 실트질 모래로 구성되어 있었다. 해당지층의 수리 전도도는 10⁻³ ~ 10⁻⁵ cm/sec, 로서 매립 폐기물 층이 하나의 대수층을 형성하고 있다. 지하수의 흐름은 남서, 북서, 또는 북동 방향으로 형성되어있다. 지하수의 수질 분석 결과 해수의 침입영향은 없으며, 지표수의 오염은 지하수대 ᄁᆞ지 도달 하지 않은 것으로 나타났다. 기술 적용성 시험을 위해 최근 지하 3.8m 까지 굴착된 A7 plot에서 오염토양 및 Acid sludge 시료를 채취 하였다. 토양의 오염농도 분석을 위해 TPH와 중금속 농도를 분석 하였다. TPH는 3가지 방법으로 분석을 시행하였으며, 인도네시아 기준 분석법인 Sm5520 F(Hydrocarbon, 중량법)에 의한 결과는 2~4%, GC/FID 분석 결과 유류 성분은 전형적인 paraffin wax의 peak특성을 보이며 C₁₆이상의 Heavy Hydrocarbon 계열로 분석 되었다. TLC/FID 분석 결과 aliphatics 72.57% Aromatics 24.17%, Resin 2.7%, Asphaltene 0.56%로 나타나, 석유계 왁스성분으로 유래된 오염물질임을 잘 나타내고 있다. n-alkane 계열이 주성분이긴 하지만 고상의 오일 성분으로 생물학적 이용율이 낮아 생물학적 정화는 어려울 것으로 판단되었다. 중금속 농도는 주변 배경농도와 유사 하였고, 토양PH는 약 7로 중성을 나타났다. Acid sludge는 50mm이상의 큰 덩어리부터 세립의 분말 형태로 토양에 혼재 되어있으며, 덩어리를 분쇄하여 분석한 결과 TPH 약 7%(중량법, SGT-HEM)를 나타내었고, 원소 분석 및 발열량 분석 결과 저위발열량이 4,830~5,406 Kccal/kg으로 분석되어 매립된 양이 충분하다면, 고체 연료로서의 재활용 가능성이 있을 것으로 판단되었다. 복원공법 선정과정은 적극적 정화를 위해 Ex-situ 공법위주로 검토되었고, 오염 특성 및 토양특성을 고려하고, 법저긍로 허용된 복원기간을 고려하여, 열적 처리 공법과 토양 세척 공법이 후보 기술로 선정 되었으며, 두 기술에 대해 적용성 시험을 실시하였다. 토양 세척 공법 적용성 시험결과 비중선별에 의해 Acid sludge의 일부가 제거되기는 하였지만, 정화목표를 만족하는 결과를 얻지는 못하였다. 열탈착공법의 적용성 시험을 실시한 결과, TGA-DSC 분석결과 토양 내 오염물질의 연소에 의한 무게감은 5.8~6.9%이며, DSC 250℃ 부근에서 발열반응이 시작되어, 400℃에서 정점을 이루고 반응이 종료되었다. 따라서 400℃이상의 열처리 시 토양의 오염물질은 완전 제거 될 것으로 판단되었다. 회화로 가열실험결과, 350℃~400℃ 온도에서 20분간 처리 시 TPH는 99% 이상 감소되었다. 따라서, 오염부지복원의 시간적 제약성과, 정화효율적 측면에서, 열탈착공법이 가장 적합한 공법으로 검토 되었다. 오염부지 복원을 위한 열탈착 공법의 현장 적용을 위한 기본적인 공정은 육안으로 구분이 가능한 Acid sludge 층과 토양층의 최대한 분리 굴착하고, 토양에 혼재된 Acid sludge 덩어리는 25 mm 스크린을 통해 분리한 후 Acid sludge는 위해성 폐기물 매립지로 이송하여 매립처분하거나, 고체 연료로 재활용하며, 선별된 오염토양은 열탈착 처리 후 처리토는 부지에 재 매립하는 것이다. 오염토양의 정화를 위한 열탈착 장비는 로터리 킬른 타입의 반응로를 이용하여 토양으로부터 유류 오염 성분을 탈착 또는 일부 연소 시키고, 오염토양으로부터 발생된 배출 가스는 원심력 집진기-열산화기-열교환기-여과 집진기의 공정을 통해 오염물질을 완전 산화하여 대기로 배출하는 것이다. 인도네시아에는 아직 오염토양을 처리하는 전문기술을 가진 업체가 없는 상황이며, 미국계 석유회사에 의해 미생물에 의한 유류성분을 분해 처리하는 생물학적 공법만이 시도되었다. 본 연구는 통해 생물학적 처리가 어려운 고농도 중질유 성분의 유류 오염토양 복원에 효율적인 공법 선정을 위한 절차와 선정 기술의 현장 적용성 평가를 위한 다양한 실험 방법을 제시 하였으며, 원유 생산국가인 인도네시아 현지에 적합한 정화기술 개발에 유용한 자료가 될 것으로 생각된다.
인도네시아 국영석유 회사의 정유시설인 PT.Pertamina Refinery Unit V(RU V)는 인도네시아 동부 깔리만탄 주 (Kalimantan) 발리파판(Balikpapan) 시에 위치하고 있다. RU V 부지에는 석유계왁스 생산 공정에서 배출되는 폐기물인 Acid sludge를 매립하던 폐기물 매립지가 존재한다. 매립 부지의 면적은 약 2 ha 이며 1950년부터 1980년대 후반까지 약 30년간 acid sludge를 아무런 처리 없이 매립하였다. Acid sludge의 주성분은 왁스 생산 공정에서 왁스의 불순물을 제거하기 위해 사용된 황산(SO₄), 및 점토가 주 성분이며 여기에 왁스오일 성분인 석유계 탄화수수가 혼합된 것이다. 1987년 정유시설 Balikpapan Ⅱ를 증축 하면서 이 지역을 복토 후 플레어(flare) 부지로 활용하게 되었다. 하지만 신축시설 완공 직후부터 폐기물 매립부지 및 주변지역에 검은색의 고체 폐기물이 유독가스와 함께 지표면으로 분출되기 시작하였으며, 이러한 분출 작용으로 인해 인근의 공장건물 바닥과 도로, 하수로 등이 파괴되고, 지표수가 산성으로 변하는 등 많은 환경적 피해를 가져왔다. 1990년 대 초부터 Acid sludge 특성 규명과 분출의 원인 밝히기 위해 여러 차례 부지 조사가 시행되었으며, acid sludge를 안정화하고 오염토양을 정화하기위한 기술을 조사하고 pilot 규모의 시험을 시행하였다. 2009년 유해성 폐기물로 오염된 부지의 복원 및 그 절차에 관한 법이 제정 되면서 인도네시아 환경부에 의해 본부지의 복원 계획서가 공식적으로 승인되었다. 지중에 매립된 Acid sludge의 활발한 활동은 일부 안정화 되었지만, 여전히 새로운 분출은 일어나고 있다. 지금까지 시도된 복원 기술은 오염물질을 근본적으로 제거하지 않고 처리하는 In-situ 지중 정화 기술이었고, 오염원인을 근본적으로 제거하지 못하여 큰 효과를 얻지 못하고 있는 상황이다. 이에 따라 부지 소유주인 PT. Pertamina와 인도네시아 환경부는 폐기물 매립부지의 적극적인 복원을 위해 폐기물과 오염된 토양을 굴착하여 처리하는 Ex-situ 기술을 적용하기로 결정하였다. 본 연구의 목적은 정유 폐기물인 Acid sludge 매립 부지를 관련법에 따라 합법적이고, 효율적으로 복원할 수 있는 최적의 정화공법 선정을 위해 기존의 자료를 수집 검토하고, 토양 및 폐기물에 대한 특성을 분석을 실시 검토 한 후 이를 바탕으로 선정된 후보 기술들에 대해 기술 적용성 실험을 실시하여 효율적이고 경제적인 최적의 부지 복원기술을 제시하는 것이다. Acid sludge가 집중적으로 매립된 면적은 7,953.68m²이며, 지표 하 2~5 m 구간에 집중적으로 매립되어 있고, 상부는 다른 지역에서 이송된 점토질 토양으로 1~2m 두께로 복토되어 있다. 복원의 대상은 매립된 acid sludge의 굴착 처리와 이에 혼합된 토양 및 사면 및 바닥면에 분포하는 오염토양의 처리이다. 연구직역의 수리지질학적 자료 검토 결과 폐기물 매립구간은 4기 미고결 충적층에 발달된 습지 및 늪지대로서 원지반 토성은 세립질 모래 또는 실트질 모래로 구성되어 있었다. 해당지층의 수리 전도도는 10⁻³ ~ 10⁻⁵ cm/sec, 로서 매립 폐기물 층이 하나의 대수층을 형성하고 있다. 지하수의 흐름은 남서, 북서, 또는 북동 방향으로 형성되어있다. 지하수의 수질 분석 결과 해수의 침입영향은 없으며, 지표수의 오염은 지하수대 ᄁᆞ지 도달 하지 않은 것으로 나타났다. 기술 적용성 시험을 위해 최근 지하 3.8m 까지 굴착된 A7 plot에서 오염토양 및 Acid sludge 시료를 채취 하였다. 토양의 오염농도 분석을 위해 TPH와 중금속 농도를 분석 하였다. TPH는 3가지 방법으로 분석을 시행하였으며, 인도네시아 기준 분석법인 Sm5520 F(Hydrocarbon, 중량법)에 의한 결과는 2~4%, GC/FID 분석 결과 유류 성분은 전형적인 paraffin wax의 peak특성을 보이며 C₁₆이상의 Heavy Hydrocarbon 계열로 분석 되었다. TLC/FID 분석 결과 aliphatics 72.57% Aromatics 24.17%, Resin 2.7%, Asphaltene 0.56%로 나타나, 석유계 왁스성분으로 유래된 오염물질임을 잘 나타내고 있다. n-alkane 계열이 주성분이긴 하지만 고상의 오일 성분으로 생물학적 이용율이 낮아 생물학적 정화는 어려울 것으로 판단되었다. 중금속 농도는 주변 배경농도와 유사 하였고, 토양PH는 약 7로 중성을 나타났다. Acid sludge는 50mm이상의 큰 덩어리부터 세립의 분말 형태로 토양에 혼재 되어있으며, 덩어리를 분쇄하여 분석한 결과 TPH 약 7%(중량법, SGT-HEM)를 나타내었고, 원소 분석 및 발열량 분석 결과 저위발열량이 4,830~5,406 Kccal/kg으로 분석되어 매립된 양이 충분하다면, 고체 연료로서의 재활용 가능성이 있을 것으로 판단되었다. 복원공법 선정과정은 적극적 정화를 위해 Ex-situ 공법위주로 검토되었고, 오염 특성 및 토양특성을 고려하고, 법저긍로 허용된 복원기간을 고려하여, 열적 처리 공법과 토양 세척 공법이 후보 기술로 선정 되었으며, 두 기술에 대해 적용성 시험을 실시하였다. 토양 세척 공법 적용성 시험결과 비중선별에 의해 Acid sludge의 일부가 제거되기는 하였지만, 정화목표를 만족하는 결과를 얻지는 못하였다. 열탈착공법의 적용성 시험을 실시한 결과, TGA-DSC 분석결과 토양 내 오염물질의 연소에 의한 무게감은 5.8~6.9%이며, DSC 250℃ 부근에서 발열반응이 시작되어, 400℃에서 정점을 이루고 반응이 종료되었다. 따라서 400℃이상의 열처리 시 토양의 오염물질은 완전 제거 될 것으로 판단되었다. 회화로 가열실험결과, 350℃~400℃ 온도에서 20분간 처리 시 TPH는 99% 이상 감소되었다. 따라서, 오염부지복원의 시간적 제약성과, 정화효율적 측면에서, 열탈착공법이 가장 적합한 공법으로 검토 되었다. 오염부지 복원을 위한 열탈착 공법의 현장 적용을 위한 기본적인 공정은 육안으로 구분이 가능한 Acid sludge 층과 토양층의 최대한 분리 굴착하고, 토양에 혼재된 Acid sludge 덩어리는 25 mm 스크린을 통해 분리한 후 Acid sludge는 위해성 폐기물 매립지로 이송하여 매립처분하거나, 고체 연료로 재활용하며, 선별된 오염토양은 열탈착 처리 후 처리토는 부지에 재 매립하는 것이다. 오염토양의 정화를 위한 열탈착 장비는 로터리 킬른 타입의 반응로를 이용하여 토양으로부터 유류 오염 성분을 탈착 또는 일부 연소 시키고, 오염토양으로부터 발생된 배출 가스는 원심력 집진기-열산화기-열교환기-여과 집진기의 공정을 통해 오염물질을 완전 산화하여 대기로 배출하는 것이다. 인도네시아에는 아직 오염토양을 처리하는 전문기술을 가진 업체가 없는 상황이며, 미국계 석유회사에 의해 미생물에 의한 유류성분을 분해 처리하는 생물학적 공법만이 시도되었다. 본 연구는 통해 생물학적 처리가 어려운 고농도 중질유 성분의 유류 오염토양 복원에 효율적인 공법 선정을 위한 절차와 선정 기술의 현장 적용성 평가를 위한 다양한 실험 방법을 제시 하였으며, 원유 생산국가인 인도네시아 현지에 적합한 정화기술 개발에 유용한 자료가 될 것으로 생각된다.
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