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문제 정의
- 본 DSB Systeme 오염부지 내에 유류 및'유기오염물로 오염된 지중에 지하수가 존재하여 지하수에 용해되어있는 오염물을 직접 처리함과 동시에 토양 내 흡착된 오염원을 제거하기 위해 부지 내 지중.으로 직접 산소를 공급하여 지하수 중의 유기오염물을 미생물에 의해 생물학적으로 분해하는 담체형 생물학적 처리공법이다.
제안 방법
- 현장조건에 따라 선정하였다. 그리고 토양시료채취는 Geoprobe 540U(US, Geoprobe System Inc.)를이용하여 직관식 방법으로 약 0.3-5.0 m 깊이까지 채취하였으며, 이때 채취한 시료는 수분여부, 토양4 지질구성 및 오염취기 등의 항목을 구별하여 현장에서 측정한 후Soil Boring log 및 Field log sheet에 작성하였으며 저온상태로 보관하여 실험실로 운반하였다.
- 하였다. 또한 위치에 따라 추출정의 개폐밸브를조절함으로서 고농도의 지점을 집중적으로 관리하였다. PAD-Bioreactoi는 유류분해 미생물을 훈양하여 정화부지로 공급하기 위해 지하 토양층으로부터 오염된 지하수를 회수하여 지하수 내 존재하는 수용성 유류물질을 탄소원으로 하여 영양염류(N, P)와 함께 PAD-Bioreactor내에서 훈양한 후 주입정을 통하여 주입함으로써 오염원을 분해하도록 유도하였다.
- 유지하도록 구성된다. 또한, 호기성 미생물의 활성 유지를 위한 산소를 하단수평배관을 통해 공급시켜주었다.
- 본 부지 내 오염토양의 복원 정화작업이 진행됨에 따라 오염원의 저감되는 현황을 파악하기 위하여 토양 시료 채취작업은 총 6회, 지하수 채취 작업은 총 4회 수행하였다. 시료채취 작업은 각각의 구역에 대해 일정한 면적을 구획하여 대표적인 시료를 채취하여 분석함으로써 정화효율을 평가하였다.
- 본 부지 내 오염토양의 지질특성 및 오염원의 종류, 농도 오염분포도의 확산 형상 등의 오염현황을 파악하기 위하여 오염 부지를 4구역 (A, B, C, D 구역)으로 나누어 토양오염도 조사를 수행하였다(Fig. 1).
- 분석항목으로는 토양시료의 경우 BTEX와 TPH 항목을 분석하였으며, 지하수 시료는 BTEX, TPH, TCE, PCE, CODcr, 중금속 오염물질(6가 크롬, 비소, 납, 카드뮴, 수은) 등 농업용수 기준에 대하여 분석하였다.
- 브로워로 배출되는 휘발성 가스는 입상활성탄으로 충진된 흡착탑을 통과하여 처리된 후 배출되도록 하였으며 감압 추출 정의 장시간 가동에 다른 Biopile의 토양 내 오염원 분포도의 평형을 고려하여 가동시간을 주기적으로 반복하여 작동하도록 함으로써 휘발성 가스의 회수를 최대화하도록 하였다. 또한 위치에 따라 추출정의 개폐밸브를조절함으로서 고농도의 지점을 집중적으로 관리하였다.
- 수행하였다. 시료채취 작업은 각각의 구역에 대해 일정한 면적을 구획하여 대표적인 시료를 채취하여 분석함으로써 정화효율을 평가하였다.
- 특히 적용부지의 토양 공극이 클 경우, 공기주입시 지하수가 순환됨으로써 주입이 효과적이며 대기로 방출되는 휘발성 오염물에 의한 2차 오염이 유발되지 않도록 처리할 수 있는 특징을 갖고 있다. 오염토양 및 지하수의 동시 처리를 위해 가장 효율적이며 적극적인 방법으로서 현장의 오염토양을 굴착한 후 공기주입 및 가스추출을 위한 2단 배관의 정화처리 시스템을 설치하고 오염토양을 다시 복토하는 작업을 수행하도록 한다. 우선 하단배관에서는 Air Injection을 함으로써 지하수 내에 용존되어 있는 오염원과 토양 내 흡착되어있는 휘발성 오염원을 Air Sparging시키며, 상단에서는 SVE기법을 병행함으로써 그 처리 효율을 극대화 시킨다.
- 지중에 설치된 Welle 각 지점마다 독립적으로 제어되도록 설계되었으며 작업이 필요한 지점을 선정하여 반복적으로 순회하면서 가동하며 감압추출 장비는 가동 시간과 정지 시간을 24시간을 기준으로 최적화(30분 가동/30분 정지) 하여 주기적으로 순환시키면서 가동하였다.
- 지하수가 존재하고 있는 지역인 부지 약 3.0~3.5m 부근까지 토양을 굴착하여 지중에 공기주입정 (Air injection well)을 하단부분인 지하수 수면에 잠기도록 설치하였으며, 지중 약 1.0~ 1.5m 지역인 상단에는 공기주입정(Air injection well)과 엇각으로 추출정 (Extraction well)을 수평으로 설치하였다. 설치되는 가압유공관은 약 4 m의 간격으로 하며 추출유공관의 간격도 각각 4 m 정도로 하였다(Fig.
- 채취한 시료의 분석은 토양오염 공정시험법에 따라BTEX(Benzene, Toluene, Ethylbebzene, Xylene)와 석유계총탄화수소 (TPH, Total Petroleum Hydrocarbon) 항목을 측정하였으며 토양특성 평가에 있어 기본이 되는 입도분석 (Soil gradation & Particle size distribution) 및 토양 pH> 추가적으로 분석하였다.
- 토양오염도 조사를 위한 시료채취지점은 현장에서 오염이 확인되는 지점에 대해 5mX5m 정도의 구획을 설정하였으며 순차적으로 평가하면서 오염구 배가 구분되도록 일정 간격을 현장조건에 따라 선정하였다. 그리고 토양시료채취는 Geoprobe 540U(US, Geoprobe System Inc.
대상 데이터
- 본 부지 내 A구역과 C구역은 4개의 지점에서 시료를 채취하였으며 B구역과 C구역은 6개 지점에서 시료를 채취하였다. 채취지점은 초기 토양오염도 조사 수행 시 확인된 지점을 중심으로 선정하였으며, 이때 채취깊이는 약 2.
- 본 부지는 0O군에 위치하는 시멘트 공장 내 부지를 통과하는 송유관의 파열로 인한 유류가 유출되어 인근 공장부지 및 과수원, 농경지 일대의 토양 및 지하수가 오염된 부지이다. 오염원은 누출지점을 중심으로 인접한 철로 변을 경유하여 하천과 도로부지방향으로 지하수와 함께지속적으로 거동되고 있는 것으로 평가되었다.
- 채취지점은 초기 토양오염도 조사 수행 시 확인된 지점을 중심으로 선정하였으며, 이때 채취깊이는 약 2.0-3.0 m 사이의 단일 토양층에서 채취하였다. 또한 확인이 필요한 지점에 대해서는 추가적으로 시료를 채취하여 분석하여 구역별 평균값으로 나타내었다.
데이터처리
- 0 m 사이의 단일 토양층에서 채취하였다. 또한 확인이 필요한 지점에 대해서는 추가적으로 시료를 채취하여 분석하여 구역별 평균값으로 나타내었다.
성능/효과
- 1. 본 정화공정은 기존 생물학적 공법들과는 달리 높은 농도로 오염되어 있는 부지를 약 6개월의 단기간에 효과적으로 처리한 사례로서 광범위하게 오염된 부지를 단기간에 효과적으로 처리할 수 있었다.
- 2. 정화장치를 지상이 아닌 지중에 설치함으로써 오염 토양을 처리하기 위한 별도의 부지가 확보되지 않은 경우에도 처리가능하며 부지 내 토양뿐만 아니라 지하수도 동시에 처리할 수 있다.
- 3. Silt층이나 Clay층과 같이 미세토양으로 이루어진 부지에서 가장 문제시 되는 공기주입의 효과 면에서 수직 배관이 아닌 수평배관을 상부와 하부에 2단으로 설치하여 적용함으로써 산소의 전달효율을 높이며 장비 설치에 앞서 수행되는 토양 굴착 시 뒤집기 작업으로 인한 혼합효과의 특징이 있다.
- B구역과 C구역은 오염정도가 상당히 높았던 부지였으나 DSB공법을 적용한지 약 30여일 만에 50% 이상 오염원이 저감되었으며 165일 후에는 토양오염 확인기준이 하로 저감되어 정화작업을 정상적으로 완료할 수 있었다. 그리고 W역은 초기오염농도 최대값이 BTEX 139 ㎎/㎏, TPH 4, 615 ㎎/㎏으로 정화작업이 진행됨에 따라 오염원이 저감되는 현황을 나타내었으며 약 143일이 경과한 후에는 정화작업이 완료되었다(Fig.
- 저감되어 정화작업을 정상적으로 완료할 수 있었다. 그리고 W역은 초기오염농도 최대값이 BTEX 139 ㎎/㎏, TPH 4, 615 ㎎/㎏으로 정화작업이 진행됨에 따라 오염원이 저감되는 현황을 나타내었으며 약 143일이 경과한 후에는 정화작업이 완료되었다(Fig. 6 & Fig. 7).
- 또한, 보다 정확한 지질특성을 평가하기 위하여 오염이확산된 토양의 깊이에 따른 흙의 입도분석(KSF 2302)을수행한 결과 Sand층으로서 투수성과 공기투과성이 비교적 양호하여 지하수 회수 시 지하수의 빠른 이동과 공기주입 토양층 내 공기의 전달이 효과적인 것으로 평가되었다 (Table 1).
- 3과 같이 지중 오염원은 지하수 흐름에 따라 오염발생지점에서부터 광범위한 오염범위를 나타내고 있으며 토양층에 공극이나 표면에 흡착되어 잔류하는 것으로 사료된다. 또한, 지하수위의 변동으로 영향 받는 지역인 약 2.0~3.0m 지점 부근에 대부분의 오염원이 존재하는 것으로 보아 유동성 오염원이 지하수의 흐름에 따라 부지내로 유입하여 토질에 의해 확산된 것으로 조사되었다.
- 우선 하단배관에서는 Air Injection을 함으로써 지하수 내에 용존되어 있는 오염원과 토양 내 흡착되어있는 휘발성 오염원을 Air Sparging시키며, 상단에서는 SVE기법을 병행함으로써 그 처리 효율을 극대화 시킨다. 본 기법은 전체부지를 대상으로 오염토를 우선적으로Excavation하여 줌으로써 토양의 Air Permeability 크게향상시켜주며, 배관 Line이 기존 제시된 Vertical Type이 아닌 Horizontal Type을 채택함으로서 그 정화효율이 최대한으로 향상되고 지하수가 있는 하단부 유공배관에 공기를 가압하여 주입할 시에는 지하수의 수직적인 유체 거동에 변화를 주어 산소가 효율적으로 전달 되도록 하는 효과가 있다. 특히, 현장적용부지의 토양구성의 특성에 따라 토성이 GraveF임으로 Air Sparging 시에는 지하수가 Circulation됨으로 지하수 처리에 가장 효과적이며, 감압을 통한 Extractione- 함으로써 오염지하수에서 발생되는 오염된 Gas를 배출시켜 처리함과 동시에 토양 내 흡착되어있는 오염원의 Gas Pressure를 낮춤으로 휘발성 오염원을 제거해 낼 수 있다.
- 본 부지는 시료채취 작업 당시 깊이 약 2.0~2.7 m 부근에서 지하수가 발견되었으며, 우천시에 지하수위가 1.5 m까지 상승하고 건기 시에는 지하 3.0 m 이하로 하강하여 지하수위 변동 폭만큼의 지층이 오염되어 있는 것으로 확인되었다. 특히 건기 시의 지하수위는 깊이 약 3.
- 본 오염부지 내 DSB 공법을 약 185일 정도 적용한 후 수행한 1차 정화평가결과 타 구역에 비해 오염도가 높지 않았던 A구역은 오염이 현저히 낮아진 것을 확인할 수 있었으며, 2차 및 4차 정화평가에서 각각 한 지점씩 일부 높은 농도의 오염원이 검출되는 Hot spot이 나타났으나 전체적으로 오염이 확연히 저감되었다.
- 본 오염부지의 토양오염도 조사 시 현장에서 토양지질을 육안으로 확인한 결과 상층부(약 0.0~ 1.2 m)는 Silty - Sand층으로 구성되어 있으며, 중층부(약 1.2~3.5 m)는 Sand와 Gravel, 그리고 하층부(약 3.5 m 이하)는 Clayey- Sand와 Sand층으로 분포되어 있는 것으로 조사되었다(Fig. 2).
- 부지 내 오염된 지하수 정화저감현황을 구역별로 살펴보면 정화초기 오염정도가 가장 높았던 A구역과 C 구역 모두 정화작업 수행 후 약 100여일 만에 오염원이 기준치 이하로 검출되었으며 , 오염지하수 정화작업을 확인하기 위하여 토양관련 전문기관으로부터 지하수 수질을 분석한 결과, 지하수법상의 농업용수에 대한 지하수 수질의 정화기준에 적합한 것으로 나타났다(Fig. 8).
- 851과 27, 970 ㎎/㎏이었다. 부지 내 오염확산 현황을 평가하기 위하여 분석된 자료를 토대로 2Dsimulation(Surfer 8.0) 및 3D simulation program(VisualGroundwater 2.2.1)을 사용하여 오염량 산출 및 오염원의 이동 경로를 예측한 결과, TPH 농도 1,000 ㎎/㎏ 이상으로 오염된 토양의 최대총량은 7, 201 n?이었으며 깊이 약 0.3-3.
- 부지이다. 오염원은 누출지점을 중심으로 인접한 철로 변을 경유하여 하천과 도로부지방향으로 지하수와 함께지속적으로 거동되고 있는 것으로 평가되었다.
- 토양 내 오염원은 휘발유와 경유가 혼재되어 있는 것으로 확인되었으며, 검출된 최대 BTEX와 TPH 농도는 각각 851과 27, 970 ㎎/㎏이었다. 부지 내 오염확산 현황을 평가하기 위하여 분석된 자료를 토대로 2Dsimulation(Surfer 8.
후속연구
- 4. 또한 Graved층과 같이 토양 공극이 큰 적용부지의 경우에는 공기주입시 지하수가 순환됨으로써 감압을 통한 추출이 효과적이며 동시에 휘발성 오염물을 부수적으로 처리하여 대기방출에 의한 2차 오염이 유발되지 않아 토양의 특성상 발생하는 제한요인이 다른 기술에 비해 적어 오염 토양을 정화하는데 널리 사용될 것으로 평가된다.
- 본 정화대상 부지 내 현장에서 발견된 지하수 상층에서 유동성 오일층은 확인되지 않았으며 깊이 약 3.0 m 정도까지 오염원이 확산되어 있으므로 Bioslurping이나 BioPile과 같은 토양 자체에 흡착된 오염원을 제거하는 공법보다 정화부지 내에 오염된 지하수를 직접 처리함과 동시에 토양에 흡착된 오염원을 제거하기에 효과적인 Deepsite BioPile 공법을 적용해야 할 것으로 평가되었다.
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