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문제 정의
- MNA기법적용을 위한 부지특성조사는 오염물질의 자연 저감이 사람의 건강과 환경보호를 위해 충분한 비율로 일어나고 있는지를 결정하기 위한 데이터를 수집하고, 오염물질의 운명 및 거동모델을 통해 오염대의 앞으로의 확대 및 농도를 예측하기 위한 충분한 지역특성자료를 제공하는데 있다.
- 따라서 본고에서는 MNA기법적용을 위한 일환으로 해당 지역에 대한 토양의 지질학적 특성 조사와, 98년도의 해당 지역에 대한 오염도 조사결과를 토대로 지하수의 흐름 방향을 중심으로 불투수층까지 토양깊이 별 오염도 조사 및 관측정을 통한 오염물질 및 영향인자의 지화학적 모니터링 결과를 제시하고자 한다.
- 본 연구는 자연저감기법적용을 위해 오염물질의 자연 저감이 사람의 건강과 환경보호를 위해 충분한 비율로 일어나고 있는지를 결정하기 위한 데이터를 수집하고, 향후 오염물질의 운명을 예측하기 위한 충분한 지역 특성 자료를 제공을 위한 부지특성조사결과이다.
- 본 연구에서는 연구대상부지에 대한 특성조사를 통해 오염물질을 분해할 수 있는 토착미생물의 존재와 오염물질의 생물학적 감소를 증명하는 지화학적 인자들의 분포 특성을 확인하여 자연저감의 가능성을 판단하고자 하였다.
- 본 연구에서는 오염물질과 반응산물 그리고 수리 화학적 조건의 변화를 장기관측하기 위해 1998년 11월 연구대상 부지 내 41개 지점에서 토양 시료를 깊이별로 채취하였고 같은 장소에 지하수 관측정을 각각 설치하였다. 또한 1999년 5월에 추가로 23개의 장기관측정을 설치하였으며 관측정의 위치는 Fig.
- 현장추적자 실험은 본 연구에서 지하수의 유동 속도와 유동 방향을 파악하기 위하여 실시하였다.
제안 방법
- NCI&M-은 IC(DX-120, DIONEX)로 분석하였으며, TEX는 P&T를 이용 GC/FID로 분석하였고 알카리도 (Alkalinity)rr electrometric titration방법으로 즉정하였다.
- 또한 이온 분석용(NO「SO}/시료는 0.45 )im 시린지용 필터로 여과하여 60 ml HDPE(High Density Polyethylene)병에 각각 넣고 원자흡광광도계용 진한 염산을 일정량씩 넣어 보존하였다. 알칼리도 분석용 시료는 별도로 125 ml의 HDPE 병에 시료를 채수하였고, 이들 시료는 분석시까지 4。(2에서 냉장보관 하였다.
- 미생물의 동정은 미생물의 계수를 위해 사용한 평판에서 독립된 집락을 평판배지에 백금이로 잘 도말하여 순수배양된 균주를 API NE20 동정용 Kit를 사용하여 동정하였다. 이때 우점하는 종을 파악하기 위해 집락의 모양 등을 세심하게 관찰한 후 동일한 종으로 판단된 3개의 집락을 API NE20 Kit를 이용 동정한 후 모두 동일한 미생물 종으로 밝혀진 것만 우점하는 종으로 결정하였다.
- 본 실험을 위하여 조사대상부지에 Fig. 2와 같이 관측정을 설치하고 자연구배방식을 이용하여 TM1 관정에서 추적자를 주입하고 T-2, 3, 4, 5의 각 관정에 도달하는 추적자의 농도변화를 관찰하였다. 추적자로는 현장의 배 경치가 염소(C「)에 비해 현저히 낮고, 보존성 추적자인 Br~ (KBr)를 이용하였다.
- 시료채취는 Geoprobe와 무한궤도 시료채취장비 (stem auger)를 이용하여 토양 core를 풍화된 모암이 나올 때까지 일정 간격으로 연속 굴착하였다. 채취된 토양 core는 토양의 물리화학적 및 형태학적 특성조사와 유류의 오염분포조사에 사용하였다.
- 실제 지하수의 정확한 화학적 특성을 얻기 위해 폴리에틸렌 (PE; polyethylene) 호스로 연결된 저속의 수중 펌프를 관정에 투입하여 관정 부피의 3배에 해당하는 지하수를 먼저 양수하여 버린 다음 시료를 채취하였다. 한편 채수된 시료가 대기와 반응하여 화학적 특성이 변하는 것을 막기 위해 폴리에틸렌 호스를 밀폐된 플로우셀(closed flow-through cell)에 직접 연결시켰다.
- 0014로 증가한다. 연구대상부지의 대수층의 수리전도도는 추적자 시험, 순간수위변화시험, 양수시험, 그리고 토양 입도분석자료를 이용하여 추정하였다吐
- 온도, pH, 전기전도도(electric conductivity), 산화환원전위 (redox potential) 및 용존산소(dissolved oxygen)는 현장에서 Orion model250A 및 YSI DO meter를 이용하여 측정하였고, 철(II)도 분광광도계(DR2010, HACH)를 이용하여 현장에서 측정하였다.
- 이때 우점하는 종을 파악하기 위해 집락의 모양 등을 세심하게 관찰한 후 동일한 종으로 판단된 3개의 집락을 API NE20 Kit를 이용 동정한 후 모두 동일한 미생물 종으로 밝혀진 것만 우점하는 종으로 결정하였다.
- 추적자의 농도변화는 브롬선택성 전극으로 측정하였고 전기 전도도도 동시에 측정하였다. 일부의 지하수시료를 채취하여 이온크로마토그래피 (IC)로 분석, 농도보정에 이용하였다.
- 시료의 주입은 저속정 량펌프를 이용하였고 주입 완료 시까지 총 12분 28초가 소요가 되었다. 주입후에는 약 1시간 간격으로 관측정에서 추적자 농도변화를 관찰하였다. 추적자의 농도변화는 브롬선택성 전극으로 측정하였고 전기 전도도도 동시에 측정하였다.
- 추적자로는 현장의 배 경치가 염소(C「)에 비해 현저히 낮고, 보존성 추적자인 Br~ (KBr)를 이용하였다. 추적자를 주입하기전 각 관정에서 수위, 온도, EC, Br 등을 측정하였다. 수위는 평균 수두구배 (hydraulic gradient)를 계산하는데 사용되었다.
- 주입후에는 약 1시간 간격으로 관측정에서 추적자 농도변화를 관찰하였다. 추적자의 농도변화는 브롬선택성 전극으로 측정하였고 전기 전도도도 동시에 측정하였다. 일부의 지하수시료를 채취하여 이온크로마토그래피 (IC)로 분석, 농도보정에 이용하였다.
- 토양미생물의 분석은 미생물의 분포계수측정을 위해 증류수 2 ml에 토양 1 g을 넣고 잘 섞어 5분 동안 방치 후상층액 1 ml를 십진희석법에 의해 희석하여, MSB 배지에 500μ1씩 각각 3개의 평판에 도말하고 톨루엔 증발 통에 넣어 30℃에서 72시간 동안 배양한 후 확인할 수 있는 집락을 계수하였다.
- 5는 1999년 5월에 채취된 토양시료 분석을 통해얻은 조사지역의 토양내 TEX 오염분포도이다. 토양중 TEX의 분포는 약 600 m에 걸쳐 연구대상부지 전 지역에 상당히 넓게 분포하고, 오염의 분포 성상을 보아 2곳 이상의 오염원이 있을 것으로 추정되나 본 연구에서는 오염농도가 가장 높은 곳을 추정 주오염원(이하 추정오염원)으로 선정하여 연구를 진행하였다. 오염토양의 두께는 1.
- 톨루엔 증발통은 직경 10 cm, 높이 15 cm의 원통으로 대장균군 최적확계수법에서 사용하는 다람관에 톨루엔 200 를 넣고 탈지면으로 막아 천천히 증발되도록 하고 뚜껑을 막았다. 집락의 계수는 그 수가 30~300의 범위에 드는 것을 골라 산술평균을 내어 계산하였다.
대상 데이터
- 또한 1999년 5월에 추가로 23개의 장기관측정을 설치하였으며 관측정의 위치는 Fig. I과 같다.
- 연구대상부지 의 주오염물질은 Toluene, Ethylbenzene, Xylene(이하 TEX)이며 , 오염토양층은 1.5 m내외로 깊이별 토양 중 TEX의 농도는 추정오염원으로부터 70 m 떨어진 곳의 깊이 2.4~4.8 m에서 가장 높았다. 지하수중 TEX의 농도는 추정오염원의 주변지역에서 가장 높았으며, 조사대상 부지의 중앙지 역과 남서쪽지 역에서도 높게 나타났으며, 이러한 지하수중 TEX의 농도분포는 토양중의 TEX의 농도분포와 상당히 일치하는 경향을 보이고 있다.
- 있다. 연구대상부지는 '94년 10월 모일간지에 'OO시 화학공장 주변 1만여평 죽음의 땅”이라는 언론보도후 환경부 지시에 의거 국립환경연구원이 대상지역에 대한 오염범위의 재확인 및 오염원인을 규명하고자 토양정밀조사를 수행하였던 지역이다. 한편 연구대상지역의 면적은 화학공장부지 23, 494와 의류제조 공장부지 95, 867 m 합하여 119, 361 nf 이다.
- 연구대상부지는 서울로부터 45 km떨어진 경기도에 위치한 공장부지로, 주변지역은 남동쪽에는 해발 205 이의 오봉산이 도로를 경계로 인접하고 있고, 서북쪽으로는 공장부지를 끼고 소하천이 흐르고 있으며 하천을 경계로 약 300 m 우측으로 수원-서울간의 1번 국도가 지나고 있다. 연구대상부지는 '94년 10월 모일간지에 'OO시 화학공장 주변 1만여평 죽음의 땅”이라는 언론보도후 환경부 지시에 의거 국립환경연구원이 대상지역에 대한 오염범위의 재확인 및 오염원인을 규명하고자 토양정밀조사를 수행하였던 지역이다.
- 연구대상부지는 주로 선캄브리아기의 변성암의 일종인 편마암으로 형성되어 있으며, 토양은 하천에 축적된 비교적 투수성이 높은 매질로 구성된 충적토를 모재로 형성되었다. 지하수위는 지표로부터 평균 3.
- 연구대상부지의 토양은 약간 풍화된 선캄브리아기의 변성암의 일종인 편마암위에 퇴적된 충적층을 모재로 하고 있으나 하천의 영향을 많이 받았으며, 1970년대에 공장부지로 개발되면서 그 충적층위에 1 내지 2 m 정도 두께의 복토한 특성을 갖고 있다(Fig. 3).
- 일정 간격으로 연속 굴착하였다. 채취된 토양 core는 토양의 물리화학적 및 형태학적 특성조사와 유류의 오염분포조사에 사용하였다. 특히 토양단면상에서 나타나는 토양의 형태적 특성은 문셀(Munsell)칼라차트를 이용하여 구분하였다.
- 수위는 평균 수두구배 (hydraulic gradient)를 계산하는데 사용되었다. 추적자는 201의 수돗물에 72 g의 KBr을 용해시켜 사용하였다. 시료의 주입은 저속정 량펌프를 이용하였고 주입 완료 시까지 총 12분 28초가 소요가 되었다.
- 2와 같이 관측정을 설치하고 자연구배방식을 이용하여 TM1 관정에서 추적자를 주입하고 T-2, 3, 4, 5의 각 관정에 도달하는 추적자의 농도변화를 관찰하였다. 추적자로는 현장의 배 경치가 염소(C「)에 비해 현저히 낮고, 보존성 추적자인 Br~ (KBr)를 이용하였다. 추적자를 주입하기전 각 관정에서 수위, 온도, EC, Br 등을 측정하였다.
데이터처리
- 집락의 계수는 그 수가 30~300의 범위에 드는 것을 골라 산술평균을 내어 계산하였다.
이론/모형
- 것이다. 본 연구에서는 Buscheck(1995)15, 등이 사용한 직선 회귀 식을 통해 현장부지 생분해 속도를 계산하였다. 현장부지에서의 계산된 전체 자연저감속도는 0.
- 추적자시험 분석에는 CATTI(Computer Aided Tracer Test Interpretation)프로그램을 이용하였다.
- 채취된 토양 core는 토양의 물리화학적 및 형태학적 특성조사와 유류의 오염분포조사에 사용하였다. 특히 토양단면상에서 나타나는 토양의 형태적 특성은 문셀(Munsell)칼라차트를 이용하여 구분하였다.
- 한편, 시료의 조제는 이 . 화학분석용 시료의 경우 토양 화학 분석법 71에 준하였고, TEX 및 토양미생물분석용 시료는 수분을 함유한 생토시료를 채취하여 돌이나 나뭇가지 등을 제거한 후 시료로 사용하였다.
- 토양의 이 . 화학성은 토양화학분석법7)및 토양조사방 법8에 준하여 분석하였으며, TEXflbluene, Ethylbenzene, Xylene)는 토양 약 5 g을 메틸알콜 10 ml로 추출한 후 토양오염공정시험 방법 아게 준하였다.
성능/효과
- 그리고 토양의 그람음성 세균을 동정하는데 이용되는 API NE2Q로 이들 서]균을 동정한 결과 상대적으로 TEX의 농도가 높은 초기 오염토양에서는 Pseudomonas fluorescence 가 우점하였고, 오염이 확산된 지역은 Burkholderia cepacia 가 우점하고 있는 것으로 나타났다. 그 외 Acinetobacter IwoffiS.
- 본 연구대상부지의 경우 용존산소의 결핍과 낮은 산화환원전위, 그리고 낮은 질산염 및 황산염 농도와 높은 2 가철 농도 등으로 미루어 혐기성상태에서 자연적인 오염물질의 분해가 이루어지고 있으며, 주도적인 분해과정으로는 황산염 환원과질산염환원 과정이 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 디음으로 철환원작용이 큰 작용을 하는 것으로 나타났으며, 생분해능(EAC)은 21.39 mg/1 이었다. 그리고 이러한 전자수용체의 이용 결과의 대부분은, 약 70%이상은 BTEX의 산화로부터 생긴 결과이며, 나머지 30%는 다른 유기물질의 산화에 의한 결과로 믿어진다'4).
- 연구대상부지 토양과 지하수에 대한 오염조사결과 주요한 오염물질은 Toluene, Ethylbenzene, Xylene(TEX)이었으며, 그밖에 등유와 경유가 지점에 따라 다소 혼재되어있는 것으로 나타났다.
- 연구대상부지에 서식하고 있는 톨루엔 분해 호기성세균의 주종은 Pseudomonas fluorescence, Burkholderia cepacia, Acinetobactor hv如로 확인되었다.
- 오염물질의 생물학적인 감소를 증명할 수 있는 지화 학적 인자들의 분포를 조사한 결과 Table 3에서 보는 바와 같이 최종전자수용체인 용존산소, 질산염, 황산염의 농도가 배경지역에 비해 크게 낮았으며, 2가철농도의 증가와 산화환원전위의 현저한 저하, pH 중성 등 연구부지의 지화 학적 인자의 분포특성으로 볼 때 TEX의 주요한 저감기작이 토착미생물에 의한 생분해에 기인하는 것£로 판단할 수 있다.
- LM13-1 지점에서 분리 동정되었다. 오염이 안된 곳이나 TEX의 농도가 낮은 지역에서는 API NE2 Q로는 동정할 수 없는 집락의 크기가 작은 그람 洪균이 우점하는 것으로 나타났다.
- 토양중 TEX의 분포는 약 600 m에 걸쳐 연구대상부지 전 지역에 상당히 넓게 분포하고, 오염의 분포 성상을 보아 2곳 이상의 오염원이 있을 것으로 추정되나 본 연구에서는 오염농도가 가장 높은 곳을 추정 주오염원(이하 추정오염원)으로 선정하여 연구를 진행하였다. 오염토양의 두께는 1.5 m 내외였으며, 오염 농도는 추정오염원으로부터 멀어질수록 그리고 지표로부터 깊어질수록 낮아지는 경향을 나타내었다.
- 우선 현장에서 채취한 토양시료를 오염정도 및 깊이별로 분류하여 호기성 톨루엔 분해세균을 계수 및 동정결과 Table 2에서와 같이 호기성 분해세균은 최고 6.0 X leCFU/g로 계수되어 현장연구부지에서 오염물질을 분해하는 토착미생물의 존재를 확인하였다.
- 지하수분석결과 전자수용체인 용존산소, 질산염, 황산염 등이 배경지역에 비해 오염지역에서 상당히 낮게 나타났다. 한편, 연구대상부지에서의 계산된 전체 자연저감속도는 0.
- 8 m에서 가장 높았다. 지하수중 TEX의 농도는 추정오염원의 주변지역에서 가장 높았으며, 조사대상 부지의 중앙지 역과 남서쪽지 역에서도 높게 나타났으며, 이러한 지하수중 TEX의 농도분포는 토양중의 TEX의 농도분포와 상당히 일치하는 경향을 보이고 있다.
- 지하수중 TEX의 농도는 추정오염원의 주변지역인 H5와 L29 및 S12에서 TEX농도가 837.3 mg/1, 924.2 mg/1,325.5 mg/1으로 가장 높았으며, 조사대상부지의 중앙지역과 남서쪽지역에서도 높게 나타났다. 이러한 지하수중 TEX의 농도분포는 토양중의 TEX의 농도분포와 상당히 일치하는 경향을 보이고 있어 토양^에 흡착된 TEX가 지하수 오염에 대한 2차 오염원으로 작용하고 있다는 것을 나타내주고 있다.
- 추적자 시험 및 실험실에서 구해진 지하수 수리계수 등을 이용하여 Darcy식에 따라 계산된 연구대상부지내 주요 대수층 지하수의 평균 유동속도는 0.03~3.6m/day이었다.
- 화학적 특성을 나타낸 것이다. 토양 pH는 5.08이고 TOC는 0.184%로서 우리나라 농경지(밭토양)의 평균 화학성8)인 pH 6.5, 유기물 함량 3.0%에 비해 다소 낮은 편이며, CEC도 3.04 cmol/kg으로 일반산림지역 토양의 10.7~16.3 c mol/kg에 비해 매우 낮은 편이며, 주 대수층의 토성은 사토(Sand) 로 공극률이 44.1%로 매우 투수성이 큰 토양이다. 한편 포장용수랑은 30%로써 토성과 유효수분과의 관계에서 볼 때 세사토의 28.
- 토양중 TEX 농도는 화학공장의 유기용제 저장탱크 주변인 H5지점에서 약 1, 202.0㎎/㎏으로 가장 높았으며, 다음으로 오염운의 중심부에 위치한 L30, L31 및 연구대상 부지 중앙부분인 L5, LM2 그리고 의류제조공장부지 내의 L26, LM17, L21 지점의 순으로 오염도가 높게 나타났다.
- 한편, 깊이별 토양중 TEX의 농도는 추정오염원으로부터 70 m 떨어진 곳의 깊이 2448 m에서 가장 높았으며 , 오염면적도 가장 넓게 나타났다. 이는 Fig.
- 본 연구에서는 Buscheck(1995)15, 등이 사용한 직선 회귀 식을 통해 현장부지 생분해 속도를 계산하였다. 현장부지에서의 계산된 전체 자연저감속도는 0.0017dayT이며, 1차 생분해 속도는 0.0008dayT로 전체 저감속도의 약 47%를 차지하고 있는 것으로 계산되었다. 1차 생분해속도에 근거한 연구대상부지에서 TEX의 반감기는 65.
후속연구
- 하지만 일반적으로 지하매질의 불균일성이 오염물질의 생분해 과정 동안에 오염물질의 거동에 큰 영향을 미치는 것으로 나타나 지하매질의 불균일성이 비록 작은 규모라 할지라도 무시할 수는 없을 것으로 판단되며, 지속적인 지하수의 모니터링을 통한 오염물질의 자연저감의 평가가 필요할 것으로 판단된다.
- 한편, 연구대상부지에서의 계산된 전체 자연저감속도는 0.0017dayT이며, 1차 생분해속도는 0.0008dayT로 계산되었으며, 자연저감의 보다 정확한 평가를 위해서는 지속적인 지하수모니터링과 오염물질의 거동을 예측하기 위한 모델링작업이 필요할 것으로 판단된다.
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