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대규모 유류오염부지에 적용된 토양경작법의 정화효율 평가
Evaluation of the Large Scale Petroleum-Contaminated Site for the Remediation of Landfarming 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.14 no.4, 2009년, pp.15 - 22  

주원하 (환경관리공단 토양지하수사업처) ,  최상일 (광운대학교 환경공학과) ,  김종민 (광운대학교 환경공학과) ,  김보경 (광운대학교 환경공학과) ,  김성규 (광운대학교 환경공학과) ,  박상헌 (광운대학교 환경공학과)

초록
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대규모 유류오염 정화부지에 대해 수분 및 영양분 공급장치, 송풍장치, 바닥 차수 및 집수 장치등의 공학적 토양경작 시설을 적용하여 복원효율을 평가하였다. 복원초기 미생물의 생분해활성도 증가를 위해 영양제인 질소(N), 인(P) 등 주요영향인자들을 부지 환경에 맞도록 보정하여 주기적인 틸링 작업을 수행한 결과, 오염토양의 농도가 가장 높은 1,893 mg/kg일 때의 정화효율이 82%로 토양오염우려 "가" 지역 기준 500 mg/kg 이하인 348 mg/kg으로 감소하였다. 가장 원활하게 활동할 수 있는 온도 범위는 $28.9{\sim}35.6^{\circ}C$로 측정되었다. 또한 초기 농도가 서로 다른 오염토양의 TPH 농도가 법적기준 농도인 500 mg/kg 이하를 만족하는 38일 경과 후의 미생물 균수, 수분함량, 오염토양의 농도가 큰 변화 없이 일정하게 감소하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The remediation efficiency for a large scale petroleum-contaminated site was evaluated by using the Engineered Land-farming system which was consists of the following parameters; moisture & nutrient injector data, blower system, HDPE sheet and sump system. To enhance the degradation ability in the e...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 토양경작장의 하부바닥 면은 경작과정에서 침출수의 유출에 의한 2차오염 방지를 위하여 고밀도폴리에틸렌 재질의 차수용 바닥 및 집수정 등을 설치하였으며, 동절기 운영을 위한 철골구조(래티트러스트) 형태의 비닐하우스 내부에 온도조절을 위한 난방설비를 설치하여 오염토양을 보다 효과적으로 복원이 가능도록 하였다. VOCs(휘발성유기화합물) 배가스 처리시스템은 배기시스템과 배가스 처리설비를 설치하였으며 , 배가스 처리설비는 운전효율이 높고, 시스템 운전이 비교적 용이하며 간헐적 운전(intermittent operation)에도 시스템의 처리효율 저하가 거의 없는 활성탄흡착탑을 적용하여 민원발생을 최소화 하였다. 이러한 토양경작 시설의 사양은 다음과 같다.
  • 복원기간중 오염토양의 오염저감율 산정을 위한 TPH(석유계총탄화수소), VOCs의 시료 채취 및 측정방법은 다음과 같다. VOCs의 측정은 경작 동 마다 매일 1회 실시하였으며, 측정방법으로는 휴대용 VOCs 측정장비를 이용하였다. TPH의 경우 Ibatch당경작동 마다 5회(반입오염토 1회, 운영과정중 4회)의 시료를 채취하였다.
  • 먼저 토양내 질소(N), 인(P), 미생물 균체수의 경우 경작동 마다 1 batch당 반입 오염 토양을 고르게 펴고 경작동을 30 m 간격으로 4등분 한 후, 각 구역에서 1개의 시료를 채취하여 복합시료를 만든 후 1개 시료를 조제하여 분석하였으며, 모니터링 횟수는Ibatch당 경작동 마다(16, 17, 14batch) 1회의 시료를측정하였다. 경작시설 내부 및 토양 온도는 경작동 마다 매일 1회씩 측정하여 기록하였다.
  • 설치하였다. 경작장 내부로 반입된 오염토양은 평탄화 작업 후 틸링 작업시 작업이 불가능한 크기의 전석을 체바가지가 달린 굴삭기로 선별하고 처리토양 되메움 시 같이 되메움 처리 하였다. 오염토양 복원기간 동안 토착미생물 및 유류분해 균주가 양분, 산소, 수분의 접촉성을 높여주기 위하여 틸링 작업을 일주에 2~3회 실시하였으며, 오염저감율에 영향을 미치는 주요 운전인자들을 아래와 같이 정하여 최적 성장조건을 유지할 수 있도록 설정하였다 (Table 1).
  • 국내토양오염공정시험 법에 따라 Orion사의 pH meter 420A를 이용하여 풍건시킨 분석용 토양시료 50g을 500mL 비이커에 취하고 증류수 250mL를 넣어 Jarfester을 이용하여 1시간동안 교반시킨 후 pH 표준액으로 잘 맞춘 다음 깨끗하게 씻어 말린 유리전극을 넣고 60초 이내 상징액을 측정하였다.
  • 농축기 또는 회전증발농축기로 2mL가 될 때까지 농축한다. 농축된 추출액에 실리카겔 0.3 g을 넣고, 약 5 분간 진탕하고 정치시킨 후 상등액을 2mL 바이알에 옮겨 검액으로 사용하였으며, 검액에 대한 정량은 가스크로마토그래프(GC-FID)를 이용하여 정량하였다.
  • 다음에 수욕상에서 수분을 거의 날려 보내고 105~llOT의건조기 안에서 4시간 건조시킨 다음 데시케이터 안에 넣어방냉하고 항량으로 하여 무게(W3)를 측정하였다.
  • 방법은 다음과 같다. 먼저 토양내 질소(N), 인(P), 미생물 균체수의 경우 경작동 마다 1 batch당 반입 오염 토양을 고르게 펴고 경작동을 30 m 간격으로 4등분 한 후, 각 구역에서 1개의 시료를 채취하여 복합시료를 만든 후 1개 시료를 조제하여 분석하였으며, 모니터링 횟수는Ibatch당 경작동 마다(16, 17, 14batch) 1회의 시료를측정하였다. 경작시설 내부 및 토양 온도는 경작동 마다 매일 1회씩 측정하여 기록하였다.
  • 하여 535일간 토양경작을 운영하였다. 반입된 오염 토양의 계절별 정화효율 평가를 위해 전체 정화기간 중 4분기별(12개월) 경작장 내의 토양온도, 토양 pH, 수분함량, VOCs 그리고 초기 오염토양의 질소, 인을 3개 시설에서 분석하였으며, 분석된 분기별 평균값은 다음과 같다(Table 2). 토양 pH는 3개동에서 계절에 상관없이 6.
  • 복원기간 중 미생물제제 원액의 균체수가 1 X 107CFU/ mL 이상인 균체를 운전초기에 1회 이상 공급함으로써 유류분해 미생물을 적정 수준 이상의 균체수(CFU, colony forming unit)를 유지시켰다. 이때 미생물에 의한 유류분해 효율을 높여주기 위해 토양의 pH를 6~8, 토양경작 장의 온도를 10~45℃로 그리고 반입된 토양의 수분을 주기적으로 분석하여 침출수가 발생하지 않는 범위 내에서 최적의 수분공급이 이루어지도록 하였다.
  • 본 실험에서는 분석용 토양 1 g에 질산 5 mL를 넣어 낮은 온도 (110℃, 10 min)로 토양내의 유기물을 분해한 후, 과염소산 10mL를 넣어 높은 온도(22VC, 7hr) 에서구성 광물 중 무기물(&중금속)을 분해하였고 규소 성분의 광물 입자만 남도록 하였다. 여기서 증류수를 넣어 여과 후 발색시약을 첨가하여 U.
  • 본 연구에서는 다양한 오염농도 분포를 갖는 대규모 유류오 염부지 현장에서 토양경작공법을 적용하여 유류오염토양의 정화효율을 평가하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 본 적용사례에서는 대규모 유류오염 정화부지에 대해 수분 및 영양분 공급장치, 송풍장치, 바닥 차수 및 집수장치 등의 공학적 토양경작 시설을 적용하여 지속적이고 효과적인 계절별 모니터링을 통해 오염토양의 분기별 처리효율을 살펴보았다..
  • 오염토양 경작시 1 batch 운전일수 및 오염토의 적치심도 는 높은 경제성을 확보하기 위하여 1 batch당 운전 기간은 30일 정도, 경작단(Soil stack height)의 높이는 70~ 110 cm 범위, 토양경작장의 운영동수는 3개동으로 설치하여 각각의 경작시설의 경작토량은 980~1, 300 m3가 반입되도록 설치하였다. 경작장 내부로 반입된 오염토양은 평탄화 작업 후 틸링 작업시 작업이 불가능한 크기의 전석을 체바가지가 달린 굴삭기로 선별하고 처리토양 되메움 시 같이 되메움 처리 하였다.
  • 경작장 내부로 반입된 오염토양은 평탄화 작업 후 틸링 작업시 작업이 불가능한 크기의 전석을 체바가지가 달린 굴삭기로 선별하고 처리토양 되메움 시 같이 되메움 처리 하였다. 오염토양 복원기간 동안 토착미생물 및 유류분해 균주가 양분, 산소, 수분의 접촉성을 높여주기 위하여 틸링 작업을 일주에 2~3회 실시하였으며, 오염저감율에 영향을 미치는 주요 운전인자들을 아래와 같이 정하여 최적 성장조건을 유지할 수 있도록 설정하였다 (Table 1).
  • 오염토양을 복원하여 오염물질을 완전히 제거하는 것은 불가능하므로 복원기간동안 지속적으로 정화효율을 모니터링 하여 분석결과에 따라 복원방법을 수정하며 오염물질의 저감효율을 분석하였다. 복원기간중 오염토양의 오염저감율 산정을 위한 TPH(석유계총탄화수소), VOCs의 시료 채취 및 측정방법은 다음과 같다.
  • 오염토양의 오염저감율 산정을 위한 VOCs의 측정을 위해 일정량의 오염토양을 채취하여 밀봉이 가능한 비닐백에 담아 휴대용 PlD(MiniRae2000: PGM-7600, RAE Systems, Inc)를 이용하여 VOCs를 즉정하였다.
  • TPH의 경우 Ibatch당경작동 마다 5회(반입오염토 1회, 운영과정중 4회)의 시료를 채취하였다. 운영과정중 시료채취는 1회 채취시 4지점을 채취하였으며, 경작동을 30m 간격으로 4등분한 후, 각 구역에서 1개의 시료를 채취하되, 1개시료 채취시 총 5개 지점의 시료를 채취하여 복합시료를 만든후 1개 시료를 조제하여 분석하였다. 채취된 시료의 정화효율 평가를 위한 TPH는 "토양오염공정시험방법”(환경부, 2006)에 준하여 분석하였다.
  • 56, 080 n?의 오염토를 경작장 별로 16, 17, 14 batch로 하여 535일간 토양경작을 운영하였다. 반입된 오염 토양의 계절별 정화효율 평가를 위해 전체 정화기간 중 4분기별(12개월) 경작장 내의 토양온도, 토양 pH, 수분함량, VOCs 그리고 초기 오염토양의 질소, 인을 3개 시설에서 분석하였으며, 분석된 분기별 평균값은 다음과 같다(Table 2).
  • unit)를 유지시켰다. 이때 미생물에 의한 유류분해 효율을 높여주기 위해 토양의 pH를 6~8, 토양경작 장의 온도를 10~45℃로 그리고 반입된 토양의 수분을 주기적으로 분석하여 침출수가 발생하지 않는 범위 내에서 최적의 수분공급이 이루어지도록 하였다.
  • 약 15, 230m2(56, 074m3)의 오염토양을 신속히 굴착및 이송 . 적치하여 주변지역으로의 오염물질 추가 확산을 사전에 예방할 수 있도록 하였다. 토양경작장의 하부바닥 면은 경작과정에서 침출수의 유출에 의한 2차오염 방지를 위하여 고밀도폴리에틸렌 재질의 차수용 바닥 및 집수정 등을 설치하였으며, 동절기 운영을 위한 철골구조(래티트러스트) 형태의 비닐하우스 내부에 온도조절을 위한 난방설비를 설치하여 오염토양을 보다 효과적으로 복원이 가능도록 하였다.
  • 적치하여 주변지역으로의 오염물질 추가 확산을 사전에 예방할 수 있도록 하였다. 토양경작장의 하부바닥 면은 경작과정에서 침출수의 유출에 의한 2차오염 방지를 위하여 고밀도폴리에틸렌 재질의 차수용 바닥 및 집수정 등을 설치하였으며, 동절기 운영을 위한 철골구조(래티트러스트) 형태의 비닐하우스 내부에 온도조절을 위한 난방설비를 설치하여 오염토양을 보다 효과적으로 복원이 가능도록 하였다. VOCs(휘발성유기화합물) 배가스 처리시스템은 배기시스템과 배가스 처리설비를 설치하였으며 , 배가스 처리설비는 운전효율이 높고, 시스템 운전이 비교적 용이하며 간헐적 운전(intermittent operation)에도 시스템의 처리효율 저하가 거의 없는 활성탄흡착탑을 적용하여 민원발생을 최소화 하였다.
  • 토양중의 미생물 균체수내의 측정은 phosphate buffer로 토양을 단계적으로 희석한 후 탄소원으로 경유와 윤활유1 : 1 혼합액을 섞은 MM(mineral medium)에 접종하여 2VC에서 20일간 배양후 측정하였으며, MM(mineralmedium)의 조성은 배지 lliter 당 NEMgQ g), MgSO4 -7H2O(0.2g), K2HPO4(1 g), CaCl2(0.02g), FeCl(0.05 g)이다.

대상 데이터

  • VOCs의 측정은 경작 동 마다 매일 1회 실시하였으며, 측정방법으로는 휴대용 VOCs 측정장비를 이용하였다. TPH의 경우 Ibatch당경작동 마다 5회(반입오염토 1회, 운영과정중 4회)의 시료를 채취하였다. 운영과정중 시료채취는 1회 채취시 4지점을 채취하였으며, 경작동을 30m 간격으로 4등분한 후, 각 구역에서 1개의 시료를 채취하되, 1개시료 채취시 총 5개 지점의 시료를 채취하여 복합시료를 만든후 1개 시료를 조제하여 분석하였다.
  • 본 연구가 진행된 대상지역은 W시에 소재한 대규모 오염부지로서 오염원은 경질유 일부에 의해 오염되었으며, 토양경작(Landfarming)공법으로 복원작업을 수행하기 위하여 약 15, 230m2(56, 074m3)의 오염토양을 신속히 굴착및 이송 . 적치하여 주변지역으로의 오염물질 추가 확산을 사전에 예방할 수 있도록 하였다.

이론/모형

  • 습토에 2N KC1 을 가하여 NH4+, NO「를 추출하고 NHJ를 phenol과 sodium hypochlorite(NaClO)의 존재하에 sodium nitoprusside를 촉매로 청색을 형성하는 반응에 기초한 Indophenol-blue 방법에 따라 정량하였고, NO3-은 NO3가" brucine과 농황산 존재하에서 작용하여 황색 물질을 생성하는 Brucine 법에 기초하여 정량하였다.
  • 운영과정중 시료채취는 1회 채취시 4지점을 채취하였으며, 경작동을 30m 간격으로 4등분한 후, 각 구역에서 1개의 시료를 채취하되, 1개시료 채취시 총 5개 지점의 시료를 채취하여 복합시료를 만든후 1개 시료를 조제하여 분석하였다. 채취된 시료의 정화효율 평가를 위한 TPH는 "토양오염공정시험방법”(환경부, 2006)에 준하여 분석하였다.
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참고문헌 (15)

  1. 고성환, 김용현, 송현주, 심두섭, 정홍배, 구본삼, 최도원, 2007, 한국실정에 적합한 생물학적 처리(토양경작)방법및 적용사례, 한국환경농학회 추계워크샵, p.71-85 

  2. 국방부, 1999, 군 오염토양 효율적 복원을 위한 최적방안 연구 

  3. 김국진, 고일원, 이광표, 이철효, 2003, 유류 오염 토양의 생물학적 토양복원 설계를 위한 사전조사 및 이를 이용한 현장복원, 한국지하수토양환경학회 추계학술발표회, p. 322-325 

  4. 서용식, 최상일, 장민, 2008, 현장규모의 유류오염토양 세척공법에 다단연속탈착 및 교반탈착기법을 이용한 세척공정 성능 향상에 관한 연구, 한국지하수토양환경학회지, 13(5), 81-87 

  5. 이상환, 김을영, 최호진, 2007, 중질유 오염토양의 생물학적 처리에 있어 amendments의 효과, 한국지하수토양환경학회, 12(5), 54-63 

  6. 전권호, 한완수, 정현석, 서창일, 박정구, 2005, 토양경작법(Landfarming)을 이용한 유류오염토양의 복원효율 평가, 한국지하수토양환경학회 춘계학술박표회, p. 219-222 

  7. 차재욱, 염규진, 박영준, 김선미, 최기창, 이문현, 박광진, 김정철, 2004, 한국지하수토양환경학회 춘계학술발표대회, p.39-42 

  8. 환경부, 2002, 토양복원 기술 및 사례집 

  9. 환경부, 2007, 특정오염관리대상시설 설치신고 및 검사결과 현황 

  10. 환경부, 2007, 오염토양 정화방법 가이드라인 

  11. 환경부, 2007, 토양오염공정시험방법 

  12. 환경부, 2008, 토양환경보전법 

  13. EPA, 2004, How to Evaluate Alternative Cleanup Technologies for Underground Storage Tank Site; A Guide for Corrective Action Plan Reviewers, EPA, 510-R-04-002 

  14. Huesemann, M.H., 1994, Guidelines for land-treation petroleum hydrocarbon contaminated soils, J Soil Contam., 3, 299-318 

  15. Jorgensen, K.S., Paustinein, J, and Suortti, A.M., 2000, Bioremediation of petroleum hydrocarbon contaminated soil by composting in biopile, Environmental Pollution, 107, 245-254 

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