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문제 정의
- 본 연구의 목적은 오염 부지 특성상 오염 토양 굴착이 어렵고 오염 지하수 정화를 위한 대규모 트렌치나 집수시설을 설치하기가 어려운 지역을 복원하기위해 현장원위치 방법을 적용하는 경우, 유류로 오염된 토양 및 지하수를 동시에 정화할 수 있는 복원 공법의 효율을 실내 실험을 통하여 검증하는 것이며, 특히 과산화수소를 이용한 화학적 산화법과 공기분사법을 연계하여 오염 토양 및 지하수를 동시에 정화하는 복원 방법의 정화 효율을 규명하고자 하였다. 과산화수소를 이용한 유류 오염 토양 복원 공정의 장점은 상온에서도 유기화학물질을 산화시킬 수 있고, 복원 속도가 무척 빠르다는 것이며, 첨가한 산화제에 의한 2차 오염이 거의 없다는 것이다(최진호, 1997; EPA, 1998).
- 오염 부지의 토양 내 존재하는 유류에 의하여 주변 지하수가 오염되어 있는 경우, 현장원위치법을 적용하여 토양의 유류는 물론 오염 지하수까지 동시에 처리하는 것이 적절하다고 판단되었으며, 실제로 부산철도역 오염 부지의 일부는 토양과 지하수의 TPH 농도가 모두 높은 것으로 나타났다. 따라서, 오염된 지하수를 공기분사법으로 제거하는 공정의 정화 효율을 규명하기 위하여 디젤로 오염된 오염지하수를 공기분사법으로 정화하는 회분식 및 박스 실험을 실시하였다. 분사하는 공기 주입량을 달리하여 오염 지하 수로부터 분사 시간에 따라 제거되는 디젤량을 측정하는 회분식 실험을 실시하였으며, 인공 Ottawa sand 층에서 디젤로 오염된 지하수를 공기분사법에 의해 정화하는 박스 실험을 실시하였다.
제안 방법
- 과산화수소를 이용한 현장원위치 화학적 산화법과 공기 분사법을 이용하여 디젤로 오염된 토양 및 지하수를 정화 하는 복원 공정의 유류 제거 효율을 규명하기 위하여 회 분식, 칼럼 및 박스 실험을 실시하였다. 본 실험에 사용된 디젤 오염 토양 및 지하수를 채취한 오염 부지는 부산철도역 남측 유류 저장 탱크가 위치하였던 부지에서 약 2 m2면적을 2 m 정도 깊이까지 채굴하여 디젤로 오염되어 있는 토양을 깊이 약 0.
- 초기 오염 토양의 TPH 농도가 2,401 mg/kg와 9,551 mg/kg인 두 종류의 토양을 각각 500 mL 플라스크에 30 g씩 담은 다음, 탈이온수와 50% (w.t.) 과산화수소 용액 (Yakuri Pure Chemicals Co. 회사 제품)을 이용하여 제조한 0%, 1%, 5%, 10%, 20%, 50% 과산화수소 용액을 농도별로 30 mL씩 주입하여 과산화수소에 의한 유기물 분해 산화반응을 유도하였다. 과산화수소 용액 첨가 후, 화학반응에 의해 발생된 기포를 제거하면서 2시간 정치시킨 후, 플라스크 내 수용액과 토양을 분리하였다.
- 과산화수소 용액 첨가 후, 화학반응에 의해 발생된 기포를 제거하면서 2시간 정치시킨 후, 플라스크 내 수용액과 토양을 분리하였다. 분리된 토양을 속실렛용 여과필터(Thimble filter)를 사용하여 토양 수분을 제거한 후, 디클로로메탄(dichloromethane) 10 mL로 토양 내 유류성분을 용매 추출하였다. 추출한 디클로로메탄 용매를 자연 건조 시킨 뒤 남은 유류를 디 클로로메탄 2 mL 용액으로 다시 희석하여 GC/FID로 분석함으로써 토양 내 남아있는 TPH 양을 측정하였다.
- 분리된 토양을 속실렛용 여과필터(Thimble filter)를 사용하여 토양 수분을 제거한 후, 디클로로메탄(dichloromethane) 10 mL로 토양 내 유류성분을 용매 추출하였다. 추출한 디클로로메탄 용매를 자연 건조 시킨 뒤 남은 유류를 디 클로로메탄 2 mL 용액으로 다시 희석하여 GC/FID로 분석함으로써 토양 내 남아있는 TPH 양을 측정하였다.
- 과산화수소 20% 용액을 이용하여, TPH 농도가 다른 2 종류의 디젤 오염 토양(2,401 mg/kg와 9,551 mg/kg)을 대상으로 토양 세정 칼럼 실험을 실시하였다. 직경 5 cm, 길이 15 cm 크기의 유리 칼럼(Kimbel Kontes 회사 제품) 상하부에 각각 약 2.
- 5 cm 높이로 조립사(직경 4-5 mm: 주문진 표준사)를 충전한 후, 칼럼 중앙에 10 cm 높이로 디젤 오염 토양을 충진하였다. 칼럼 하부로부터 5 mL/min의 속도로 2 공극체적(오염 토양 칼럼의 공극체적은 약 60 mL) 정도를 탈이온수로 세정한 후, 과산화수소 20% 용액을 이용하여 세정하였으며, 과산화수소 용액 세정 후 다시 탈이온수로 2 공극체적 만큼 세정을 실시하였다. 일정 시간 간격으로 칼럼 상부에서 유출수를 채수하였으며, 채수한 시료 20 mL와 핵산(n-hexane) 20 mL 를 혼합하여 채수 시료 내에 존재하는 TPH를 핵산으로 추출한 후, 추출한 핵산을 20 mL 용기에 옮겨 담았다.
- 칼럼 하부로부터 5 mL/min의 속도로 2 공극체적(오염 토양 칼럼의 공극체적은 약 60 mL) 정도를 탈이온수로 세정한 후, 과산화수소 20% 용액을 이용하여 세정하였으며, 과산화수소 용액 세정 후 다시 탈이온수로 2 공극체적 만큼 세정을 실시하였다. 일정 시간 간격으로 칼럼 상부에서 유출수를 채수하였으며, 채수한 시료 20 mL와 핵산(n-hexane) 20 mL 를 혼합하여 채수 시료 내에 존재하는 TPH를 핵산으로 추출한 후, 추출한 핵산을 20 mL 용기에 옮겨 담았다. 20 mL 용기를 자연 건조 시킨 후, 용기 내 잔류한 유류를 디클로로메탄 2 mL에 녹인 다음 GC/FID로 분석하여 채수액의 TPH 농도를 측정하였다.
- 일정 시간 간격으로 칼럼 상부에서 유출수를 채수하였으며, 채수한 시료 20 mL와 핵산(n-hexane) 20 mL 를 혼합하여 채수 시료 내에 존재하는 TPH를 핵산으로 추출한 후, 추출한 핵산을 20 mL 용기에 옮겨 담았다. 20 mL 용기를 자연 건조 시킨 후, 용기 내 잔류한 유류를 디클로로메탄 2 mL에 녹인 다음 GC/FID로 분석하여 채수액의 TPH 농도를 측정하였다. Fig.
- 따라서, 오염된 지하수를 공기분사법으로 제거하는 공정의 정화 효율을 규명하기 위하여 디젤로 오염된 오염지하수를 공기분사법으로 정화하는 회분식 및 박스 실험을 실시하였다. 분사하는 공기 주입량을 달리하여 오염 지하 수로부터 분사 시간에 따라 제거되는 디젤량을 측정하는 회분식 실험을 실시하였으며, 인공 Ottawa sand 층에서 디젤로 오염된 지하수를 공기분사법에 의해 정화하는 박스 실험을 실시하였다. 마지막으로 디젤 자유상이 존재하는 실제 오염 토양을 이용하여 박스 실험을 반복 실시하였다.
- 분사하는 공기 주입량을 달리하여 오염 지하 수로부터 분사 시간에 따라 제거되는 디젤량을 측정하는 회분식 실험을 실시하였으며, 인공 Ottawa sand 층에서 디젤로 오염된 지하수를 공기분사법에 의해 정화하는 박스 실험을 실시하였다. 마지막으로 디젤 자유상이 존재하는 실제 오염 토양을 이용하여 박스 실험을 반복 실시하였다.
- 먼저 인위적으로 디젤로 오염시킨 인공지하수를 대상으로 공기 주입 속도를 달리하여 공기분사법을 실시하여, 분사 시간에 따라 오염 지하수의 디젤 농도를 측정하는 회분식 실험을 실시하였다. 탈이온수 1,500 mL에 디젤 200 mL를 첨가한 플라스크를 밀봉하여 20분간 자석 교반하여 24시간 정치시킨 후, 수용액상을 디젤 오염 인공 지하수로 사용하였으며, 인공 지하수의 TPH 농도는 820 mg/L 이었다.
- 탈이온수 1,500 mL에 디젤 200 mL를 첨가한 플라스크를 밀봉하여 20분간 자석 교반하여 24시간 정치시킨 후, 수용액상을 디젤 오염 인공 지하수로 사용하였으며, 인공 지하수의 TPH 농도는 820 mg/L 이었다. 인공 오염 지하수를 공기분사장치가 설치된 500 mL 플라스크 3개에 각각 350 mL씩 채운 후, 제로에어 탱크-공기유량계-분사기순으로 연결된 공기분사 장치를 플라스크에 연결하여 공기분사량을 10 mL/min, 50 mL/ min, 500 mL/min으로 각각 달리하면서 24시간 동안 공기분사를 실시하였다. 공기분사를 실시한 후, 5분, 10분, 30분, 1시간, 2시간, 12시간, 24시간 간격으로 플라스크로부터 2 mL 용액을 채취하여 디클로로메탄으로 1 : 1 용매 추출한 후, GC/FID로 분석하여 시간에 따른 수용액 내 TPH 농도를 분석하였다.
- 인공 오염 지하수를 공기분사장치가 설치된 500 mL 플라스크 3개에 각각 350 mL씩 채운 후, 제로에어 탱크-공기유량계-분사기순으로 연결된 공기분사 장치를 플라스크에 연결하여 공기분사량을 10 mL/min, 50 mL/ min, 500 mL/min으로 각각 달리하면서 24시간 동안 공기분사를 실시하였다. 공기분사를 실시한 후, 5분, 10분, 30분, 1시간, 2시간, 12시간, 24시간 간격으로 플라스크로부터 2 mL 용액을 채취하여 디클로로메탄으로 1 : 1 용매 추출한 후, GC/FID로 분석하여 시간에 따른 수용액 내 TPH 농도를 분석하였다.
- 면적 100 cm2(10 cm × 10 cm), 높이 20 cm되는 아크릴 박스 내부에 실리콘 튜브와 연결된 공기분사기를 설치한 직경 1 cm PVC 파이프를 설치한 후, 중립질 Ottawa sand(US Silica Co. 제품: 직경 0.250-0.125 mm)를 이용하여 박스 높이 15 cm까지 충진하였다. PVC 파이프를 통하여 회분식 실험에 사용하였던 인공 오염 지하수(TPH 농도 820 mg/L)를 박스 높이 15 cm까지 천천히 주입하여 포화시켰으며 공기탱크-공기유량계-분사기순으로 연결된 공기분사기를 이용하여 박스 내 공기분사법을 실시하였다(Fig.
- 125 mm)를 이용하여 박스 높이 15 cm까지 충진하였다. PVC 파이프를 통하여 회분식 실험에 사용하였던 인공 오염 지하수(TPH 농도 820 mg/L)를 박스 높이 15 cm까지 천천히 주입하여 포화시켰으며 공기탱크-공기유량계-분사기순으로 연결된 공기분사기를 이용하여 박스 내 공기분사법을 실시하였다(Fig. 2a). 공기주입량을 각각 500 mL/min, 250 mL/min으로 각기 달리 공기를 분사한 후 10분, 30분, 1시간, 2시간, 12시간, 24시간, 72시간 간격으로 주입정에 주사기를 이용하여 지하수를 2 mL씩 채취한 뒤, 채취 시료를 디클로로메탄으로 1 : 1 용매 추출하여 GC/FID로 디젤 농도를 분석하였다.
- 2a). 공기주입량을 각각 500 mL/min, 250 mL/min으로 각기 달리 공기를 분사한 후 10분, 30분, 1시간, 2시간, 12시간, 24시간, 72시간 간격으로 주입정에 주사기를 이용하여 지하수를 2 mL씩 채취한 뒤, 채취 시료를 디클로로메탄으로 1 : 1 용매 추출하여 GC/FID로 디젤 농도를 분석하였다.
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3. 실제 오염 토양 및 지하수를 이용한 공기분사법의 디젤 오염 지하수 정화 박스 실험
실제 오염 토양과 공존하는 오염 지하수에 대하여 공기 분사법의 디젤 정화 효율을 규명하는 박스 실험을 실시하였다
. Ottawa sand를 이용한 박스 실험에서 사용하였던 박스를 이용하였으며, 박스 하부 5 cm 높이까지 조립사로 충전시키고 실제 오염 토양(TPH 농도 9,551 mg/kg) 을 10 cm 높이로 충진한 후, 오염 토양 상부에 2 cm 높이로 다시 조립사로 충진하였다. - 실제 오염 토양과 공존하는 오염 지하수에 대하여 공기 분사법의 디젤 정화 효율을 규명하는 박스 실험을 실시하였다. Ottawa sand를 이용한 박스 실험에서 사용하였던 박스를 이용하였으며, 박스 하부 5 cm 높이까지 조립사로 충전시키고 실제 오염 토양(TPH 농도 9,551 mg/kg) 을 10 cm 높이로 충진한 후, 오염 토양 상부에 2 cm 높이로 다시 조립사로 충진하였다. 직경이 1 cm인 PVC 파이프를 이용하여 박스 내 주입정을 설치하였고 주입정 내부에 공기분사장치를 설치하였다(Fig.
- 2b). 주입정을 통하여 준비된 실제 디젤 오염 지하수(평균 TPH 농도 187 mg/L)를 천천히 주입하여 높이 15 cm까지 포화시켰으며 공기탱크-공기유량계-스파저튜브를 연결하여 박스 내 공기분사법을 적용하였다. 공기주입량을 500 mL/min으로 24시간 분사하였으며, 10분, 30분, 1시간, 2시간, 4시간, 8시간, 12시간, 24시간 간격으로 주사기를 이용하여 지하수 2 mL를 채취한 뒤, 채취 시료를 디클로로메탄으로1 : 1 용매 추출하여 GC/FID로 TPH 농도를 분석하였다.
- 주입정을 통하여 준비된 실제 디젤 오염 지하수(평균 TPH 농도 187 mg/L)를 천천히 주입하여 높이 15 cm까지 포화시켰으며 공기탱크-공기유량계-스파저튜브를 연결하여 박스 내 공기분사법을 적용하였다. 공기주입량을 500 mL/min으로 24시간 분사하였으며, 10분, 30분, 1시간, 2시간, 4시간, 8시간, 12시간, 24시간 간격으로 주사기를 이용하여 지하수 2 mL를 채취한 뒤, 채취 시료를 디클로로메탄으로1 : 1 용매 추출하여 GC/FID로 TPH 농도를 분석하였다.
- 과산화수소 용액을 이용한 현장원위치 토양세정법을 적용하여 토양 내 존재하는 자유상 디젤 및 공극 내 잔류하는 디젤을 먼저 제거한 후, 오염 지하수를 공기분사법을 이용하여 정화하는 현장원위치 동시 정화 박스 실험을 실시하였다.
- 가로 65 cm, 세로 20 cm, 높이 35 cm인 직사각형 유리 박스를 이용하여 박스 하부에서부터 15 cm 두께를 조립사로 충진하였으며, 조립사층 위에 10 cm 높이로 현장 오염 토양(TPH 농도 9,551 mg/kg)을 충진한 후, 오염 토양층 위에 2 cm 두께로 조립사를 다시 충진하였다. 박스에 5개의 강철스테인레스 튜브를 지하수면 위까지 설치하여 과산화수소 주입정(직경 0.
- 가로 65 cm, 세로 20 cm, 높이 35 cm인 직사각형 유리 박스를 이용하여 박스 하부에서부터 15 cm 두께를 조립사로 충진하였으며, 조립사층 위에 10 cm 높이로 현장 오염 토양(TPH 농도 9,551 mg/kg)을 충진한 후, 오염 토양층 위에 2 cm 두께로 조립사를 다시 충진하였다. 박스에 5개의 강철스테인레스 튜브를 지하수면 위까지 설치하여 과산화수소 주입정(직경 0.5 cm)으로 사용하였고, 공기분사장치를 넣은 3개의 강철스테인레스 튜브(직경 1 cm)는 공기분사용으로 이용하여 지하수면 아래로 설치하였다(Fig. 3). 박스 내 지하수면을 만들기 위해 오염 현장에서 채수한 오염 지하수(TPH 농도 187 mg/L)로 천천히 포화시킨 후, 박스 측면 하부에 설치된 배수구를 통해 오염 토양층 경계로부터 5 cm 깊이에 지하수면이 유지되도록 지하수를 박스로부터 배출시켰다.
- 3). 박스 내 지하수면을 만들기 위해 오염 현장에서 채수한 오염 지하수(TPH 농도 187 mg/L)로 천천히 포화시킨 후, 박스 측면 하부에 설치된 배수구를 통해 오염 토양층 경계로부터 5 cm 깊이에 지하수면이 유지되도록 지하수를 박스로부터 배출시켰다. 20% 과산화수소 용액을 약 4 mL/min 속도로 주입하였고, 박스 측면 하부의 배출구를 이용하여 배출수를 채수하였다.
- 박스 내 지하수면을 만들기 위해 오염 현장에서 채수한 오염 지하수(TPH 농도 187 mg/L)로 천천히 포화시킨 후, 박스 측면 하부에 설치된 배수구를 통해 오염 토양층 경계로부터 5 cm 깊이에 지하수면이 유지되도록 지하수를 박스로부터 배출시켰다. 20% 과산화수소 용액을 약 4 mL/min 속도로 주입하였고, 박스 측면 하부의 배출구를 이용하여 배출수를 채수하였다. 채수된 배출액은 디클로로메탄으로 용매 추출하여 GC/FID로 분석함으로써 배출수의 TPH농도를 측정하였다.
- 20% 과산화수소 용액을 약 4 mL/min 속도로 주입하였고, 박스 측면 하부의 배출구를 이용하여 배출수를 채수하였다. 채수된 배출액은 디클로로메탄으로 용매 추출하여 GC/FID로 분석함으로써 배출수의 TPH농도를 측정하였다. 과산화수소 용액 주입이 끝난 후 3개의 공기주입 튜브를 이용하여 각각 100 mL/min(총 300 mL/min)으로 공기분사를 실시하였으며, 스테인레스 바늘이 부착된 유리주사기를 이용하여 시간별로 박스 내 지하수를 채취하여, 디클로로메탄으로 용매 추출하여 GC/FID로 분석함으로써 지하수의 TPH 농도 변화를 측정하였다.
- 채수된 배출액은 디클로로메탄으로 용매 추출하여 GC/FID로 분석함으로써 배출수의 TPH농도를 측정하였다. 과산화수소 용액 주입이 끝난 후 3개의 공기주입 튜브를 이용하여 각각 100 mL/min(총 300 mL/min)으로 공기분사를 실시하였으며, 스테인레스 바늘이 부착된 유리주사기를 이용하여 시간별로 박스 내 지하수를 채취하여, 디클로로메탄으로 용매 추출하여 GC/FID로 분석함으로써 지하수의 TPH 농도 변화를 측정하였다.
- 현장 오염 토양을 대상으로 과산화수소를 이용한 화학적 산화법과 공기분사법을 함께 적용하는 박스 실험을 하였다. 20% 과산화수소용액을 4 mL/min 속도로 주입하여 세정실험을 실시하였으며, 총 공기분사량은 300 mL/min 이였다.
- TPH 농도가 서로 다른 두 종류의 오염 토양을 대상으로, 과산화수소 용액을 이용한 디젤 분해 회분식 실험을실시하였으며, 실험 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 첨가된 용액의 과산화수소 농도가 증가함에 따라, 두 토양 모두에서 디젤 제거효율은 증가하는 것으로 나타났다.
- 10에 나타내었다. 현장에서 채수한 오염된 지하수(TPH 농도 187 mg/L)를 이용하여 지하수 수위를 설정하였다. 초기 TPH 농도가 9,551 mg/kg인 현장 토양을 20% 과산화수소 용액으로 세정을 실시한 결과, 주입 시간이 경과할수록 박스 상부에 다량의 기포와 스컴이 발생하면서 산화반응이 진행되었다.
대상 데이터
- 과산화수소를 이용한 현장원위치 화학적 산화법과 공기 분사법을 이용하여 디젤로 오염된 토양 및 지하수를 정화 하는 복원 공정의 유류 제거 효율을 규명하기 위하여 회 분식, 칼럼 및 박스 실험을 실시하였다. 본 실험에 사용된 디젤 오염 토양 및 지하수를 채취한 오염 부지는 부산철도역 남측 유류 저장 탱크가 위치하였던 부지에서 약 2 m2면적을 2 m 정도 깊이까지 채굴하여 디젤로 오염되어 있는 토양을 깊이 약 0.5 m와 1.0 m에서 각각 채취하였으며, 지하수는 지표면하 2.0 m 깊이에서 채수하여 본 실험에 이용하였다. Gas Chromatography(GC/FID: Agillent 6890)를 이용하여 토양공정시험법에 의해 오염 토양 및 지하수의 TPH 농도를 분석한 결과, 주오염원은 디젤이었 으며, 토양의 TPH 농도는 각각 2,401 mg/kg(A 토양)와 9,551 mg/kg(B 토양)이고, 지하수의 TPH 농도는 187 mg/L이었다.
- 과산화수소 20% 용액을 이용하여, TPH 농도가 다른 2 종류의 디젤 오염 토양(2,401 mg/kg와 9,551 mg/kg)을 대상으로 토양 세정 칼럼 실험을 실시하였다. 직경 5 cm, 길이 15 cm 크기의 유리 칼럼(Kimbel Kontes 회사 제품) 상하부에 각각 약 2.5 cm 높이로 조립사(직경 4-5 mm: 주문진 표준사)를 충전한 후, 칼럼 중앙에 10 cm 높이로 디젤 오염 토양을 충진하였다. 칼럼 하부로부터 5 mL/min의 속도로 2 공극체적(오염 토양 칼럼의 공극체적은 약 60 mL) 정도를 탈이온수로 세정한 후, 과산화수소 20% 용액을 이용하여 세정하였으며, 과산화수소 용액 세정 후 다시 탈이온수로 2 공극체적 만큼 세정을 실시하였다.
- 먼저 인위적으로 디젤로 오염시킨 인공지하수를 대상으로 공기 주입 속도를 달리하여 공기분사법을 실시하여, 분사 시간에 따라 오염 지하수의 디젤 농도를 측정하는 회분식 실험을 실시하였다. 탈이온수 1,500 mL에 디젤 200 mL를 첨가한 플라스크를 밀봉하여 20분간 자석 교반하여 24시간 정치시킨 후, 수용액상을 디젤 오염 인공 지하수로 사용하였으며, 인공 지하수의 TPH 농도는 820 mg/L 이었다. 인공 오염 지하수를 공기분사장치가 설치된 500 mL 플라스크 3개에 각각 350 mL씩 채운 후, 제로에어 탱크-공기유량계-분사기순으로 연결된 공기분사 장치를 플라스크에 연결하여 공기분사량을 10 mL/min, 50 mL/ min, 500 mL/min으로 각각 달리하면서 24시간 동안 공기분사를 실시하였다.
- Ottawa sand를 이용한 박스 실험에서 사용하였던 박스를 이용하였으며, 박스 하부 5 cm 높이까지 조립사로 충전시키고 실제 오염 토양(TPH 농도 9,551 mg/kg) 을 10 cm 높이로 충진한 후, 오염 토양 상부에 2 cm 높이로 다시 조립사로 충진하였다. 직경이 1 cm인 PVC 파이프를 이용하여 박스 내 주입정을 설치하였고 주입정 내부에 공기분사장치를 설치하였다(Fig. 2b). 주입정을 통하여 준비된 실제 디젤 오염 지하수(평균 TPH 농도 187 mg/L)를 천천히 주입하여 높이 15 cm까지 포화시켰으며 공기탱크-공기유량계-스파저튜브를 연결하여 박스 내 공기분사법을 적용하였다.
이론/모형
- 과산화수소 용액 주입이 끝난 후에는 오염 지하수 복원을 위한 공기분사법을 박스에 적용하였다. 공기분사 시간이 증가함에 따라 토양 매체 내 존재하는 지하수의 디젤 농도는 감소하였으며, 총 120시간 동안 2,160 L의 공기를 이용하여 공기분사를 실시한 결과 약 5 mg/L까지 TPH가 제거되었다.
성능/효과
- 0 m 깊이에서 채수하여 본 실험에 이용하였다. Gas Chromatography(GC/FID: Agillent 6890)를 이용하여 토양공정시험법에 의해 오염 토양 및 지하수의 TPH 농도를 분석한 결과, 주오염원은 디젤이었 으며, 토양의 TPH 농도는 각각 2,401 mg/kg(A 토양)와 9,551 mg/kg(B 토양)이고, 지하수의 TPH 농도는 187 mg/L이었다.
- 오염 부지의 토양 내 존재하는 유류에 의하여 주변 지하수가 오염되어 있는 경우, 현장원위치법을 적용하여 토양의 유류는 물론 오염 지하수까지 동시에 처리하는 것이 적절하다고 판단되었으며, 실제로 부산철도역 오염 부지의 일부는 토양과 지하수의 TPH 농도가 모두 높은 것으로 나타났다. 따라서, 오염된 지하수를 공기분사법으로 제거하는 공정의 정화 효율을 규명하기 위하여 디젤로 오염된 오염지하수를 공기분사법으로 정화하는 회분식 및 박스 실험을 실시하였다.
- TPH 농도가 서로 다른 두 토양의 경우, 입자의 크기와 유기물 함량차이 등에 의한 토양 불균질성에 의해 과산화수소 용액에 의한 제거효율은 다르게 나타났으나, 과산화수소 50% 용액에 의해 각각 초기 농도의 18%와 15%까지 감소함으로써, 두 토양 모두에 대하여 과산화수소를 이용한 화학적 산화법의 디젤 분해효과가 매우 높은 것으로 나타났다. 과산화수소에 의한 오염 토양의 디젤 분해과정에서 다량의 기포와 스컴물질이 발생하였으며, 스컴물질은 과산화수소의 산화반응에 의해 형성된 디젤 분해 산물, 토양 내 점토 성분, 가스, 탈이온수의 혼합물로 판단되었다.
- 과산화수소 용액을 주입한 후 시간이 경과하면서 산화반응으로부터 생성된 기포와 스컴물질들이 칼럼 상부로 이동 되면서, 유출액의 TPH 농도가 높아지는 현상을 나타내었 는데, A 토양의 경우 유출수의 최대 TPH 농도는 약 110 mg/L 정도를 나타내었고, 약 12 공극체적 세정 이후에는 1 mg/L 이하로 낮아져 총 150 mg의 TPH가 제거되었으며, 이것은 오염 토양에 존재하는 초기 TPH 양(약 192 mg)의 78%가 제거됨을 의미한다. 과산화수소 용액 세정 후 증류수로 세정하는 경우 배출수의 TPH 농도는 0.5 mg/L을 나타내어 폐수처리기준농도보다 훨씬 낮은 것으로 나타나 과산화수소 용액에 의한 토양세정법이 오염 토양 정화에 효과가 있을 것으로 판단되었다.
- 실험 결과 공기분사 시간에 따른 지하수 내 디젤 농도 감소 경향은 Ottawa sand를 이용한 인공 토양 박스 실험 결과와는 다른 양상을 나타내었다. 오염 토양 매질 내 존재하는 오염 지하수를 공기 분사시켜도 지하수의 디젤 농도는 분명한 감소 경향을 나타내지 않으며, 24시간의 공기분사 후에도 100-200 mg/L의 높은 TPH 농도를 유지하였다. 이러한 결과는 공기분사에 의해 디젤 오염 지하수가 정화됨에도 불구하고 오염된 토양 내에 존재하는 자유상 디젤이 지속적으로 지하수를 오염시킴으로써 지하수 정화 효과를 나타내지 못하기 때문이며, 따라서 고농도의 디젤로 오염되어 있는 토양 매체의 경우 토양 공극 내에 존재하는 자유상의 오염물을 먼저 제거하지 않는 경우 공기분사법만으로 오염 토양과 지하수를 정화하는 것은 불가능할 것으로 판단되었다.
- 오염 토양 매질 내 존재하는 오염 지하수를 공기 분사시켜도 지하수의 디젤 농도는 분명한 감소 경향을 나타내지 않으며, 24시간의 공기분사 후에도 100-200 mg/L의 높은 TPH 농도를 유지하였다. 이러한 결과는 공기분사에 의해 디젤 오염 지하수가 정화됨에도 불구하고 오염된 토양 내에 존재하는 자유상 디젤이 지속적으로 지하수를 오염시킴으로써 지하수 정화 효과를 나타내지 못하기 때문이며, 따라서 고농도의 디젤로 오염되어 있는 토양 매체의 경우 토양 공극 내에 존재하는 자유상의 오염물을 먼저 제거하지 않는 경우 공기분사법만으로 오염 토양과 지하수를 정화하는 것은 불가능할 것으로 판단되었다. 먼저 토양 내 자유상 디젤을 먼저 제거한 후 오염된 지하수를 공기분사법으로 제거하는 공정의 적용이 오염 토양과 지하수를 효과적으로 정화 할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 이러한 결과는 공기분사에 의해 디젤 오염 지하수가 정화됨에도 불구하고 오염된 토양 내에 존재하는 자유상 디젤이 지속적으로 지하수를 오염시킴으로써 지하수 정화 효과를 나타내지 못하기 때문이며, 따라서 고농도의 디젤로 오염되어 있는 토양 매체의 경우 토양 공극 내에 존재하는 자유상의 오염물을 먼저 제거하지 않는 경우 공기분사법만으로 오염 토양과 지하수를 정화하는 것은 불가능할 것으로 판단되었다. 먼저 토양 내 자유상 디젤을 먼저 제거한 후 오염된 지하수를 공기분사법으로 제거하는 공정의 적용이 오염 토양과 지하수를 효과적으로 정화 할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 현장에서 채수한 오염된 지하수(TPH 농도 187 mg/L)를 이용하여 지하수 수위를 설정하였다. 초기 TPH 농도가 9,551 mg/kg인 현장 토양을 20% 과산화수소 용액으로 세정을 실시한 결과, 주입 시간이 경과할수록 박스 상부에 다량의 기포와 스컴이 발생하면서 산화반응이 진행되었다. 박스로부터의 유출수 TPH 농도는 최고 약 3,219 mg/L까지 상승하였으나, 약 23 L(약 95시간)의 과산화수소 용액 세정 이후에는 약 20 mg/L 이하로 감소하였다.
- 과산화수소 용액 주입이 끝난 후에는 오염 지하수 복원을 위한 공기분사법을 박스에 적용하였다. 공기분사 시간이 증가함에 따라 토양 매체 내 존재하는 지하수의 디젤 농도는 감소하였으며, 총 120시간 동안 2,160 L의 공기를 이용하여 공기분사를 실시한 결과 약 5 mg/L까지 TPH가 제거되었다. 박스 실험이 끝난 후 토양을 채취하여 TPH 농도를 분석한 결과 390 mg/kg을 나타내어, 토양오염우려기준인 2,000 mg/kg보다 낮았으며, 지하수의 TPH 농도도 폐수배출기준인 5 mg/L보다 낮게 나타나, 과산화수소를 이용한 화학적 산화법과 공기분사법을 연계하여 적용한 복원 공정에 의해 고농도의 디젤로 오염된 오염 토양 및 지하수를 동시에 효과적으로 복원할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 공기분사 시간이 증가함에 따라 토양 매체 내 존재하는 지하수의 디젤 농도는 감소하였으며, 총 120시간 동안 2,160 L의 공기를 이용하여 공기분사를 실시한 결과 약 5 mg/L까지 TPH가 제거되었다. 박스 실험이 끝난 후 토양을 채취하여 TPH 농도를 분석한 결과 390 mg/kg을 나타내어, 토양오염우려기준인 2,000 mg/kg보다 낮았으며, 지하수의 TPH 농도도 폐수배출기준인 5 mg/L보다 낮게 나타나, 과산화수소를 이용한 화학적 산화법과 공기분사법을 연계하여 적용한 복원 공정에 의해 고농도의 디젤로 오염된 오염 토양 및 지하수를 동시에 효과적으로 복원할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 1. 과산화수소 용액을 이용하여 디젤 오염 토양을 복원 하는 회분식 및 칼럼 실험 결과, 20% 과산화수소 용액을 이용한 토양세정에 의해 TPH 농도가 2,401 mg/kg과 9,551 mg/kg인 고농도의 디젤로 오염된 토양을 효과적으로 복원할 수 있었다.
- 2. 공기분사량을 250 mL/min과 500 mL/min으로 설정한 공기분사법을 적용하여 고농도의 디젤 오염 지하수(TPH 농도 820 mg/L)를 효과적으로 제거할 수 있었다. 다만, 토양 내 다량의 디젤 자유상이 존재하는 오염 토양을 먼저 복원하지 않은 상태에서 공기분사법을 적용한 경우 오염 지하수의 TPH 농도는 크게 감소하지 않는 것으로 나타나, 공기분사법으로 오염 지하수를 정화하는 경우에는 먼저 토양 내 존재하는 디젤 자유상을 제거하여야만 정화 효율이 높을 것으로 판단되었다.
- 공기분사량을 250 mL/min과 500 mL/min으로 설정한 공기분사법을 적용하여 고농도의 디젤 오염 지하수(TPH 농도 820 mg/L)를 효과적으로 제거할 수 있었다. 다만, 토양 내 다량의 디젤 자유상이 존재하는 오염 토양을 먼저 복원하지 않은 상태에서 공기분사법을 적용한 경우 오염 지하수의 TPH 농도는 크게 감소하지 않는 것으로 나타나, 공기분사법으로 오염 지하수를 정화하는 경우에는 먼저 토양 내 존재하는 디젤 자유상을 제거하여야만 정화 효율이 높을 것으로 판단되었다.
- 3. 과산화수소를 이용한 화학적 산화법과 공기분사법을 연계한 복원 공정으로 디젤로 오염된 토양과 지하수를 동시에 정화하는 박스 실험을 실시한 결과, 고농도의 디젤로 오염된 토양과 지하수의 경우에도 복합 공정의 디젤 제거 효율은 매우 높은 것으로 나타났으며, 오염 토양과 지하수를 동시에 처리할 수 있는 것으로 나타나 향후 고농도의 디젤로 오염된 오염부지 복원에 효과적으로 이용할 수 있음을 실내 실험을 통하여 검증하였다.
- 4에 나타내었다. 첨가된 용액의 과산화수소 농도가 증가함에 따라, 두 토양 모두에서 디젤 제거효율은 증가하는 것으로 나타났다. TPH 농도가 서로 다른 두 토양의 경우, 입자의 크기와 유기물 함량차이 등에 의한 토양 불균질성에 의해 과산화수소 용액에 의한 제거효율은 다르게 나타났으나, 과산화수소 50% 용액에 의해 각각 초기 농도의 18%와 15%까지 감소함으로써, 두 토양 모두에 대하여 과산화수소를 이용한 화학적 산화법의 디젤 분해효과가 매우 높은 것으로 나타났다.
- 첨가된 용액의 과산화수소 농도가 증가함에 따라, 두 토양 모두에서 디젤 제거효율은 증가하는 것으로 나타났다. TPH 농도가 서로 다른 두 토양의 경우, 입자의 크기와 유기물 함량차이 등에 의한 토양 불균질성에 의해 과산화수소 용액에 의한 제거효율은 다르게 나타났으나, 과산화수소 50% 용액에 의해 각각 초기 농도의 18%와 15%까지 감소함으로써, 두 토양 모두에 대하여 과산화수소를 이용한 화학적 산화법의 디젤 분해효과가 매우 높은 것으로 나타났다. 과산화수소에 의한 오염 토양의 디젤 분해과정에서 다량의 기포와 스컴물질이 발생하였으며, 스컴물질은 과산화수소의 산화반응에 의해 형성된 디젤 분해 산물, 토양 내 점토 성분, 가스, 탈이온수의 혼합물로 판단되었다.
- 오염 토양 B를 이용한 칼럼의 경우 20% 과산화수소 용액을 주입한 후, 시간이 경과함에 따라 칼럼 상부에 다량의 기포가 발생하였으며, 유출수의 TPH 농도는 증가하여 최고 500 mg/L를 나타내었으나 약 18 공극체적 세정 이후에는 10 mg/L 이하로 감소하였다. 과산화수소 용액의 토양 세정에 이해 제거된 TPH 양은 약 412 mg으로 오염 토양 내 존재하던 TPH양 (약 572 mg)의 약 72%가 토양 세정에 의해 제거된 것으로 판단되었으며, 과산화수소의 산화 반응에 의해 완전 분해되어 무기 가스상(CO2과 H2O)으로 제거된 양까지 고려한다면, TPH 농도가 매우 높은 오염토양에 대해서도 과산화수소 용액의 토양세정법은 디젤 제거 효과가 높은 것으로 나타났다.
- 공기분사 1시간 이후에는 초기 농도의 5%까지 감소하여 매우 높은 제거율을 나타내었으나, 소량의 디젤성분이 지하수에 남아있는 것으로 나타났으며, 이러한 원인은 디젤성분 중에서 휘발성이 적은 물질들이 지하수내에 지속적으로 남아있기 때문으로 판단되었다. 그러나, 공기분사 시간을 24시간 이상 실시한 경우 지하수의 디젤농도는 적용한 공기유입량에 관계없이 모두 폐수배출기준인 5 mL/L 이하로 낮아져, 공기분사 시간을 연장하는 경우 낮은 공기 유입량으로도 고농도의 디젤로 오염된 지하수 정화도 가능할 것으로 나타났다. 공기분사법을 현장에 적용 하는 경우, 현장 오염부지 특성과 경제성을 고려하여 공기유입량과 공기분사 시간을 적절히 조정한다면 높은 제거 효율을 얻을 수 있을 것으로 판단되었다.
- 그러나, 공기분사 시간을 24시간 이상 실시한 경우 지하수의 디젤농도는 적용한 공기유입량에 관계없이 모두 폐수배출기준인 5 mL/L 이하로 낮아져, 공기분사 시간을 연장하는 경우 낮은 공기 유입량으로도 고농도의 디젤로 오염된 지하수 정화도 가능할 것으로 나타났다. 공기분사법을 현장에 적용 하는 경우, 현장 오염부지 특성과 경제성을 고려하여 공기유입량과 공기분사 시간을 적절히 조정한다면 높은 제거 효율을 얻을 수 있을 것으로 판단되었다.
- 공기분사 시간이 증가함에 따라 Ottawa sand 매질 내 존재하는 지하수의 디젤 농도는 감소하였으나, 감소하는 경향이 토양 매체가 없는 지하수만을 대상으로 실시한 실험 결과보다 완만하여 1시간 분사한 후에도 지하수의 디젤 농도는 높게 유지되는 것으로 나타났다(Fig. 7). 약 24시간 공기분사 후 지하수의 TPH 농도는 10 mg/L 이하로 낮아졌으며, 72시간 후에는 폐수배출기준인 5 mg/L 이하로 낮아졌다.
후속연구
- 4. 본 연구는 실험실 규모의 실내 실험들로 이루어져 있어서, 현장에서 본 연계 공정을 적용하는 경우 주입정 및 추출정의 배치 및 운전 방법 등의 세부 공정 설계는 현장 오염 부지 특성을 고려한 파일럿 규모 이상의 현장 실증 실험을 통하여 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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