점오염원 형태의 유류누출 사건에 의한 실트질 토양층에서 BTEX와 TPH 성분의 오염도 연구 The Contamination Characteristics of BTEX and TPH Components in Silty Soils with the Oil Leakage Event from Point Source원문보기
본 논문에서는 점오염원 형태의 유류누출이 발생되었던 실트질 토양층에서 BTEX와 TPH 성분의 오염특성이 연구되었다. TPH 성분의 토양오염기준별 초과율은 BTEX 성분에 비해 $1.5{\sim}1.7$ 배정도 높았다. BTEX와 TPH 성분의 채취지점별 평균과 최대값은 B-zone>A-zone>C-zone의 순이며, 두 성분 모두 지표면하 $1{\sim}2m$구간에서 오염농도가 가장 높게 나타났다. 오염원에서 수리경사 하부 방향으로 120m와 80m 이내인 지역에서는 BTEX와 TPH 농도가 이격거리에 따라 증가하였으며, 120 m 이상 이격된 지역에서는 토양오염기순 이하인 것으로 나타났다. BTEX와 TPH 성분에 대한 지시크리깅의 제한값으로는 토양오염 확인기준, 우려기준 및 대책기준 값이 적용되었다. 지시변환된 자료의 베리오그램 분석에 의하면, BTEX와 TPH성분 모두 선형모델이 가장 적합한 것으로 나타났다. 선형모델을 적용한 BTEX와 TPH 성분의 확률도에서 토양오염 확인기준과 우려기준의 오염 범위는 유사하게 나타났으나, 대책기준의 오염 범위는 매우 축소되었다. 토양오염 확인기준, 우려기준 및 대책기준에 의해 작성된 확률도에서 BTEX와 TPH 성분의 최대 오염 확률은 BTEX성분이 26%, 26% 및 13%, TPH 성분은 44%, 38% 및 26%인 것으로 추정되었다.
본 논문에서는 점오염원 형태의 유류누출이 발생되었던 실트질 토양층에서 BTEX와 TPH 성분의 오염특성이 연구되었다. TPH 성분의 토양오염기준별 초과율은 BTEX 성분에 비해 $1.5{\sim}1.7$ 배정도 높았다. BTEX와 TPH 성분의 채취지점별 평균과 최대값은 B-zone>A-zone>C-zone의 순이며, 두 성분 모두 지표면하 $1{\sim}2m$구간에서 오염농도가 가장 높게 나타났다. 오염원에서 수리경사 하부 방향으로 120m와 80m 이내인 지역에서는 BTEX와 TPH 농도가 이격거리에 따라 증가하였으며, 120 m 이상 이격된 지역에서는 토양오염기순 이하인 것으로 나타났다. BTEX와 TPH 성분에 대한 지시크리깅의 제한값으로는 토양오염 확인기준, 우려기준 및 대책기준 값이 적용되었다. 지시변환된 자료의 베리오그램 분석에 의하면, BTEX와 TPH성분 모두 선형모델이 가장 적합한 것으로 나타났다. 선형모델을 적용한 BTEX와 TPH 성분의 확률도에서 토양오염 확인기준과 우려기준의 오염 범위는 유사하게 나타났으나, 대책기준의 오염 범위는 매우 축소되었다. 토양오염 확인기준, 우려기준 및 대책기준에 의해 작성된 확률도에서 BTEX와 TPH 성분의 최대 오염 확률은 BTEX성분이 26%, 26% 및 13%, TPH 성분은 44%, 38% 및 26%인 것으로 추정되었다.
The contamination characteristics of BTEX and TPH components in silty soils with the oil leakage event from point source were studied. The over ratios of three soil pollution standard for TPH component were $1.5{\sim}1.7$ times higher than that of BTEX component. The mean and maximum valu...
The contamination characteristics of BTEX and TPH components in silty soils with the oil leakage event from point source were studied. The over ratios of three soil pollution standard for TPH component were $1.5{\sim}1.7$ times higher than that of BTEX component. The mean and maximum values of BTEX and TPH components with sample points were B-zone > A-zone > C-zone, and the highest concentrations were measured at $1{\sim}2m$ depth below surface. BTEX and TPH components were increased with linear distance in zone within 120 m and 80 m from point source. For the zone more than 120 m, BTEX and TPH concentrations were under soil pollution standard. The cutoff values of indicator kriging using BTEX and TPH components were defined as confirmative limit, warn- ing limit and counterplan limit. The variograms of indicator-transformed data were selected linear model. The contamination ranges of BTEX and TPH components using confirmative limit and warning limit were estimated similar, but the contamination range of those using counterplan limit was much reduced. The maximum contamination probabilities were estimated by probability maps usinB confirmative limit, warning limit and counterplan limit. The maximum contamination probabilities with three soil pollution standard were estimated 26%, 26% and 13% for BTEX component, and 44%, 38% and 26% for TPH component.
The contamination characteristics of BTEX and TPH components in silty soils with the oil leakage event from point source were studied. The over ratios of three soil pollution standard for TPH component were $1.5{\sim}1.7$ times higher than that of BTEX component. The mean and maximum values of BTEX and TPH components with sample points were B-zone > A-zone > C-zone, and the highest concentrations were measured at $1{\sim}2m$ depth below surface. BTEX and TPH components were increased with linear distance in zone within 120 m and 80 m from point source. For the zone more than 120 m, BTEX and TPH concentrations were under soil pollution standard. The cutoff values of indicator kriging using BTEX and TPH components were defined as confirmative limit, warn- ing limit and counterplan limit. The variograms of indicator-transformed data were selected linear model. The contamination ranges of BTEX and TPH components using confirmative limit and warning limit were estimated similar, but the contamination range of those using counterplan limit was much reduced. The maximum contamination probabilities were estimated by probability maps usinB confirmative limit, warning limit and counterplan limit. The maximum contamination probabilities with three soil pollution standard were estimated 26%, 26% and 13% for BTEX component, and 44%, 38% and 26% for TPH component.
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제안 방법
BTEX와 TPH 성분의 농도가 토양오염 확인기준 이상인 채취지점들의 자료를 이용하여, 지하수 흐름 방향으로 오염원에서의 거리에 따른 농도변화가 분석되었다.(Fig.
본 연구에서는 점오염원에 의한 토양층 내 BTEX와 TPH 성분의 오염특성이 등급분포도(classed post map), 일반통계분석 및 오염원에서 이격거리에 따른 농도변화분석을 통해 규명되었으며, 또한 제한값으로 토양오염 확인기 준(confirmative limit), 우려기 준(warning limit) 및 대책기준(counterplan limit)을 적용한 지시크리깅의 확률도에서 BTEX와 TPH 성분의 오염 범위와 확률이 추정되었다.
본 연구에서는 점오염원에 의해 BTEX와 TPH 성분으로 오염된 실트질 토양층의 오염특성이 분석되었으며, 다음의 결과들이 도출되었다.
지하수위 변동특성과 주 흐름 방향을 파악하기 위해, 16개 지점에서 지표면하 5-6 m 심도까지 관측공을 착정하여 지하수위를 측정하였다(Fig. 3). 관측공은 A-zone 에 4개, B-zone에 8개, B-zone과 C-zone의 경계부에 3 개 및 C-zone에 3개 공이 위치하고 있다.
대상 데이터
시료채취는 오염가능 중심지역으로부터 오염이 나타나지 않는 외부지점으로 진행되었다.
연구지역에서 채취된 74개 지점의 토양시료는 실트층 상부, 실트층 및 실트층 하부로 구분하여 총 160점이 분석되었다. BTEX 및 TPH 성분의 농도를 토양오염확인기준, 우려기준 및 대책기준으로 분류하여 등급분포도를 작성하고, 채취지점 및 심도별 일반통계분석 및 오염원에서 이격거리에 따른 농도변화가 분석되었다.
연구지역의 지질은 대부분 선캠브리아기의 흑운모 편마암이며, 관입 화성암이 일부 지역에 존재하고 있다. 변성암을 관입한 화성암들은 쥬라기 대보화강암과 백악기 안산암 및 규장암의 암맥 등이며, 모든 암체는 제 4기 충적층에 의해 부정합으로 덮혀 있다.
2에 도시되어 있다. 연구지역의 지충은 매립층, 실트로 구성된 상부토양층, 의 잔자갈(pebble)을 함유한 실트로 구성된 중간토양층, 점토질 실트로 구성된 하부토양층, 풍화대층 및 풍화암층으로 구성되어 있다. 각 층별 두께는 표토층 0.
연구지역의 지형은 북서쪽이 높고 남동쪽이 낮으며, 주택지, 도로, 농지, 상가 및 소규모의 공장 등이 있다. 지방도로(397번 국도)의 서쪽 경계를 따라 유류 누출이 발생한 송유관이 매설되어 있다.
토양층 내 BTEX 및 TPH 성분의 함량을 측정하기 위해 Geoprobe를 이용하여 74개 지점의 토양시료가 채취되었다. 시료채취는 오염가능 중심지역으로부터 오염이 나타나지 않는 외부지점으로 진행되었다.
성능/효과
1. 연구지역 내 74개 지점에서 토양시료를 채취하여 BTEX 및 TPH 성분의 농도가 분석되었으며, BTEX와 TPH 성분의 토양오염 확인기준 초과율은 12.16%와 18.92%, 우려기준 초과율은 946%와 16.22%, 대책 기준 초과율은 5.41%와 8.11%로 나타났다. 본 연구지역의 토양층에서는 BTEX 성분에 비해 TPH 성분의 토양오염기준 초과율이 1.
2. 토양시료의 채취지역별 BTEX와 TPH 성분의 최대값과 평균값은 B-zone > A-zone > C-zone의 순으로 나타났으며, B-zone에서 오염농도가 가장 높은 것은 오염원이 차단된 상태에서 오염운이 지하수에 의해 하류부로 이송되었기 때문이다. 토양층의 채취심도별 BTEX와 TPH 성분의 최대농도는 지표면하 1~2 m 구간에서 각각 404.
3. 토양오염 확인기준 이상인 농도자료를 이용하여 오염원에서 수리경사 하부 방향으로 거리에 따른 농도변화를 분석한 결과, BTEX 성분은 오염원에서 120 m 정도, TPH 성분은 80m 정도 이내에서 거리에 따른 농도가 증가하는 분포를 나타내었다. 이러한 오염 분포는 오염원에서 오염물질의 누출이 멈춘 후에도, 과거에 누출되었던 오염물질이 지하수의 주 흐름 방향으로 이송되었기 때문이다.
4. 토양오염 확인기준을 적용한 BTEX 성분의 확률도에서는 A-zone과 B-zone에 오염운이 형성되어 있는 것으로 나타났다. 우려기준을 적용한 확률도에서는 오염범위가 확인기준 확률도에 비해 약간 축소되었으며, B- zone과 C-zone의 중간지역의 오염은 미미한 것으로 나타났다.
5. 토양오염 확인기준을 적용한 TPH 성분의 확률도에서는 A-zone의 중~하부 구간과 B-zone 전체에 걸쳐오염운이 형성되어 있는 것으로 나타났다. 제한 값으로 토양오염 우려기준을 적용한 경우에는 오염 범위가 확인기준 확률도에 비해 지하수 주 흐름 방향으로는 약간 축소되었으나, 횡 방향으로는 동일하게 나타났다.
6. 토양오염 확인기준, 우려기준 및 대책기준에 의해 작성된 확률도에서 BTEX와 TPH 성분의 최대 오염 확률은 13〜26% 및 26~44%의 범위로 추정되었다. 따라서 본 연구지역 내 토양층의 오염은 BTEX 성분에 비해 TPH 성분에 의한 오염이 더욱 심각한 것으로 나타났으며, 이는 BTEX 성분의 높은 휘발성과 TPH 성분의 고밀도에 의한 것이다.
5, 000 mg/kg이다. 74개 지점의 토양 시료 내 BTEX 및 TPH 성분의 토양오염 확인기준, 우려 기준 및 대책기준을 초과하는 BTEX 성분의 비율은 각각 12.16, 9.46 및 5.41%이며, TPH 성분의 초과비율은 각각 18.92, 16.22 및 8.11% 나타났다(Table 1). 본 연구지역에서는 BTEX 성분보다 TPH 성분의 오염 정도가 더욱 높은 것으로 나타났다.
BTEX 및 TPH 성분의 농도를 토양오염확인기준, 우려기준 및 대책기준으로 분류하여 등급분포도를 작성하고, 채취지점 및 심도별 일반통계분석 및 오염원에서 이격거리에 따른 농도변화가 분석되었다.
5, 6). BTEX 성분은 오염원에서의 이격거리가 120 m 정도, TPH 성분은 80 m 정도 이내에서 이격거리가 멀수록 농도가 증가하는 분포를 나타내었다. 이러한 오염 분포는 오염원에서 오염물질의 누출이 차단된 후에도, 과거에 누출되었던 오염물질이 지하수의 주 흐름 방향으로 이송되어 나타난 것이다.
BTEX 와 TPH 성분의 최대값은 B-zone >A- zone> C-zone의 순으로 나타났으며, 평균값도 동일한 순으로 나타났다. TPH 성분이 B-zone에서 가장 높은 것은 오염원이 차단된 상태에서 오염 운(contaminant plume)이 지하수에 의해 이송(transport)되었기 때문이다.
BTEX와 TPH 성분은 모든 심도에서 양^왜도를 나타내었으며, 지표면하 l~4m 구간이 4-5 m 구간에 비해 높은 것으로 나타났다. 첨도는 지표면하 l~4m 구간에서는 높게 나타났으나, 지표면하 4~5m 구간에서는 상대적으로 낮게 나타났다.
있다. BTEX와 TPH 성분의 최대농도는 지표면하 1~2 tn 구간에서 각각 404.08 mg/kg과 15, 776 mg/kg 으로 나타났다. 연구지역 내 지표면하 지하수위가 l~3m 정도에 형성되어 있으며, 따라서 BTEX와 TPH 성분의 농도가 불포화대와 포화대 구간의 경계부인 l~2m 구간에서 높게 나타나게 된 것이다.
토양오염 확인기준, 우려기준 및 대책기준에 의해 작성된 확률도에서 BTEX와 TPH 성분의 최대 오염 확률은 13〜26% 및 26~44%의 범위로 추정되었다. 따라서 본 연구지역 내 토양층의 오염은 BTEX 성분에 비해 TPH 성분에 의한 오염이 더욱 심각한 것으로 나타났으며, 이는 BTEX 성분의 높은 휘발성과 TPH 성분의 고밀도에 의한 것이다.
38% 및 26%로 추정되었다. 본 연구지역 내 토양층에서는 TPH 성분의 오염이 더욱 심각한 것으로 나타났다.
11% 나타났다(Table 1). 본 연구지역에서는 BTEX 성분보다 TPH 성분의 오염 정도가 더욱 높은 것으로 나타났다.
11%로 나타났다. 본 연구지역의 토양층에서는 BTEX 성분에 비해 TPH 성분의 토양오염기준 초과율이 1.5~1.7 배 정도 높게 나타났다.
연구지역 내 BTEX와 TPH 성분의 농도는 A-zone, B-zone 및 C-zone 모두 양성왜도(positive skewness)로서 평균보다 낮은 값들이 많은 것으로 나타났다. 첨도는 A-zone과 B-zone이 C-zone에 비해 높게 나타났다.
연구지역 내 지하수 주 흐름 방향으로의 확산은 BTEX 성분이 TPH 성분에 비해 더욱 먼 거리까지 이 송되었으며, 농도 저감(attenuation)도 크게 나타났다. 그 러나, 횡 방향으로의 확산은 TPH 성분이 더 우세하게 발생되었다.
3 참조). 연구지역 내에서 BTEX와 TPH 성분의 농도가 토양오염 확인기준 이상인 지점들은 대부분 오염원에서 120 m 이내에 존재하는 것으로 나타났다. 따라서, 오염원에서 지하수 주 흐름 방향으로 120 m 이상 이격된 지역에서의 오염물 확산은 미미한 것으로 판단된다.
TPH 성분이 B-zone에서 가장 높은 것은 오염원이 차단된 상태에서 오염 운(contaminant plume)이 지하수에 의해 이송(transport)되었기 때문이다. 오염운이 지하수에 의해 이송되는 과정에서 BTEX 성분의 농도감소가 TPH 성분에 비해 크게 나타났으며, 이는 BTEX 성분의 높은 휘발성에 의한 것이다.
토양오염 확인기준을 적용한 BTEX 성분의 확률도에서는 A-zone과 B-zone에 오염운이 형성되어 있는 것으로 나타났다. 우려기준을 적용한 확률도에서는 오염범위가 확인기준 확률도에 비해 약간 축소되었으며, B- zone과 C-zone의 중간지역의 오염은 미미한 것으로 나타났다. 대책기준 적용 시의 확률도에서는 오염 범위가 매우 축소되었다.
선형모델에서 자료들 간의 유효상관거리 (effective range)는 146 m 정 도인 것으로 추정되었다. 자료들에 대한 베리오그램 모 델의 적합도(good of fitness)를 의미하는 결정계수(R2)는 0.34-0.58 정도로서 약간 낮았으나, 선형모델이 다른 모델들(구상형, 가우시안, 지수형 모델 등)에 비해서는 가장 높았다.
제한 값으로 토양오염 우려기준을 적용한 경우에는 오염 범위가 확인기준 확률도에 비해 지하수 주 흐름 방향으로는 약간 축소되었으나, 횡 방향으로는 동일하게 나타났다. 제한 값으로 토양오염 대책기준을 적용한 경우의 오염 범위는 지하수 주 흐름 방향과 횡 방향 모두에서 축소되었다.
토양오염 확인기준을 적용한 TPH 성분의 확률도에서는 A-zone의 중~하부 구간과 B-zone 전체에 걸쳐오염운이 형성되어 있는 것으로 나타났다. 제한 값으로 토양오염 우려기준을 적용한 경우에는 오염 범위가 확인기준 확률도에 비해 지하수 주 흐름 방향으로는 약간 축소되었으나, 횡 방향으로는 동일하게 나타났다. 제한 값으로 토양오염 대책기준을 적용한 경우의 오염 범위는 지하수 주 흐름 방향과 횡 방향 모두에서 축소되었다.
이는 주 흐름 방향에 비해 횡 방향에서 TPH 성분의 확산이 상대적으로 느리게 진행되기 때문이다. 제한값으로 토양오염 대책 기준을 적용한 경우의 확률도에서는 지하수 주 흐름 방향에서의 오염 범위는 90m 이하로 축소되었으며, 횡 방향에서는 40 m 정도인 것으로 나타났다. B-zone의 상~ 중부 지역에서의 오염 확률이 가장 높은 것으로 나타났다(Fig.
오염운은 지하수의 주 흐름 방향으로 100 m, 횡 방향으로 50 m 정도의 폭으로 형성되었다. 제한값으로 토양오염 우려기준을 적용한 경우의 확률도에서는 오염 범위가 확인기준 확률도에 비해 지하수 주 흐름 방향으로는 약간 축소되었으나, 횡 방향으로는 동일하게 나타났다. 이는 주 흐름 방향에 비해 횡 방향에서 TPH 성분의 확산이 상대적으로 느리게 진행되기 때문이다.
이는 휘발성 유기오염물(volatile organic compound)?] BTEX 성분은 LNAPL(light non-aqueous phase liquid), TPH 성분은 DNAPL(dense non-aqueous phase liquid)이기 때문에 밀도(density) 차이에 의해 지 하수 주 흐름 방향과 횡 방향으로의 확산이 다르게 발 생한 것이다. 지하수 주 흐름 방향으로의 이송은 BTEX 성분이 빠르고 오염물질의 농도저감도 크게 일어났다.
조사기간 동안의 전체적인 지하수 흐름은 지형경사 방향인 남동쪽으로 형성되어 있었으며, 연구지역의 하류부에서는 동쪽방향으로 지하수 흐름이 발달되어 있었다. 지하수위 관측결과, 연구지역 내에서 지하수 유동에 의한 BTEX와 TPH 성분의 주 확산 방향은 남동쪽일 것으로 판단되었다.
7에 도시되어 있다. 토양 오염 확인기준과 우려기준 적용 시의 오염 범위는 유사 한 면적으로 나타났으며, 대책기준 적용 시에는 상대적 으로 축소되었다.
토양오염 우려기준을 적용한 경우의 확률도에서는 오염 범위가 확인기준 확률도에 비해 약간 축소되었으며, B-zone과 C-zone의 중간지역에서는 오염이 나타나지 않았다. 토양오염 대책기준을 적용한 경우의 확률도에서는 오염 범위가 매우 축소되었으며, A-zone과 B- zone의 경계부와 B-zone의 하부지점에서 오염 확률이 가장 높은 것으로 나타났다(Fig. 6(a)).
오염운은 지하수의 주 흐름 방향으 로 110 m, 횡 방향으로 40 m 정도의 폭으로 형성되었다. 토양오염 우려기준을 적용한 경우의 확률도에서는 오염 범위가 확인기준 확률도에 비해 약간 축소되었으며, B-zone과 C-zone의 중간지역에서는 오염이 나타나지 않았다. 토양오염 대책기준을 적용한 경우의 확률도에서는 오염 범위가 매우 축소되었으며, A-zone과 B- zone의 경계부와 B-zone의 하부지점에서 오염 확률이 가장 높은 것으로 나타났다(Fig.
토양오염 확인기준, 우려기준 및 대책기준을 적용하여 작성된 확률도를 분석한 결과, 최대 오염 확률은BTEX 성분이 26%, 26% 및 13%로, TPH 성분은 44%, 38% 및 26%로 추정되었다. 본 연구지역 내 토양층에서는 TPH 성분의 오염이 더욱 심각한 것으로 나타났다.
토양오염 확인기준을 적용한 BTEX 성분의 확률도에 서는 A-zone 및 B-zone에 오염운이 형성되어 있으며, A-zone 및 B-zone의 경계부에서 오염 확률이 가장 높 은 것으로 나타났다. 오염운은 지하수의 주 흐름 방향으 로 110 m, 횡 방향으로 40 m 정도의 폭으로 형성되었다.
토양오염 확인기준을 적용한 TPH 성분의 확률도에서는 A-zone의 중~하부 구간과 B-zone 전체에 걸쳐 오염 운이 형성되어 있는 것으로 나타났다. 오염운은 지하수의 주 흐름 방향으로 100 m, 횡 방향으로 50 m 정도의 폭으로 형성되었다.
토양시료의 채취지역별 BTEX와 TPH 성분의 최대값과 평균값은 B-zone > A-zone > C-zone의 순으로 나타났으며, B-zone에서 오염농도가 가장 높은 것은 오염원이 차단된 상태에서 오염운이 지하수에 의해 하류부로 이송되었기 때문이다. 토양층의 채취심도별 BTEX와 TPH 성분의 최대농도는 지표면하 1~2 m 구간에서 각각 404.08 mg/kg과 15, 776 mg/kg 으로 가장 높게 나타났다. BTEX 성분의 평균농도는 지표면하 4~5 m 구간에서 34.
후속연구
0m 이다. 연구지역 내 토양층은 매립층을 제외한 모든 지층에서 실트를 함유하고 있어, BTEX와 TPH 성분의 확산이 실트질 토양의 수리특성에 의해 크게 지배될 것으로 판단된다.
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