[논문]인천 해안 저장공동 유출수 및 주변 지하수의 수질특성

조윤주; 이진용; 최미정; 조병욱

인천 해안 저장공동 유출수 및 주변 지하수의 수질특성
Characteristics of Seepage Water and Groundwater in Incheon Coastal LPG Storage Cavern 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.20 no.1 = no.63, 2010년, pp.1 - 12

조윤주 (강원대학교 지질학과) , 이진용 (강원대학교 지질학과) , 최미정 ((주)지오그린21) , 조병욱 ((주)E1)

초록
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본 연구에서는 인천 해안 LPG공동의 수리화학적 안정성을 평가하기 위해 공동 유출수 및 주변 지하수에 대한 수리지구화학적 및 미생물학적 특성을 평가하였다. 수질특성을 파악하기 위하여 2007년 2월, 5월, 8월, 10월에 걸쳐 시료채취 및 수질분석을 실시하였다. 프로판공동 지하수의 경우 pH는 8.1~12.4의 높은 값을 보였으며 이는 공동건설 및 관측정설치에 사용된 시멘트 그라우팅 물질의 용해영향으로 사료된다. 전기전도도는 시료채취 시기별로 큰 차이를 보였으며, 음의 산화환원전위는 유출수 및 지하수가 환원환경에 있음을 지시하였다. 수질분석결과 유출수 및 지하수의 수질유형은 모두 Na-Cl type으로 나타났으며 이는 해수의 영향으로 판단된다. 호기성세균, 혐기성세균, 점액질세균, 황산환원세균 모두 500 CFU/mL 미만으로 낮은 값을 보였으며 급격한 미생물 성장은 관찰되지 않았다. 현재로선 공동 운영에 지장을 주는 특이적 수리화학적 현상이 발견되지는 않았으나 지속적인 모니터링이 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study was to examine the hydrogeochemical and microbiological characteristics for stable maintenance of coastal LPG storage cavern. Cavern seepage water and groundwater in the vicinity of the LPG storage cavern were sampled and analyzed (February, May, August and October 2007). Groundwater samples of propane cavern showed high pHs of 8.1~12.4 due to dissolution of cement grouting materials that had been applied during the well and cavern construction. The EC values showed distinctive seasonal variation. The negative ORP indicated reduced condition. The seepage and surrounding groundwater are classified as Na-Cl type, which represents seawater effects. All of aerobic bacteria, anaerobic bacteria, slime forming bacteria and sulfate reducing bacteria were less than 500 CFU/mL, which indicated that there was no abrupt increase of bacteria in the cavern. Therefore there exist no hydrochemical symptoms to indicate unstable conditions of the cavern operation. However, regular and continuous monitoring is essentially required.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 지하저장공동의 안정적인 운영에 있어 유출수, 주변 지하수에 대해 수리화학적 및 미생물학적 분석을 수행 하는 등 지속적인 모니터링이 요구된다. 본 연구에서는 인천 해안에 위치하고 있는 액화석유가스(LPG) 저장 공동 내부 및 주변 지하수 및 공동 유출수의 시료를 채취하여 수질조성 및 미생물 분석을 수행하고 이를 통해 저장 공동의 수화학적 특성을 평가하였다.
상기에서 우리는 인천 해안에 위치하고 있는 액화석유가스(LPG) 저장 공동 내부 및 주변 지하수 그리고 유출수의 수화학적 특성에 대하여 살펴보았다. 저장공동 주변 유출수의 pH는 중성 내지 약알칼리성 범위의 값을 보이며 프로판 공동 부근 지하수는 강알칼리성을 나타낸다.

제안 방법

수소이온농도 (pH), 전기전도도(EC), 산화환원전위(ORP), 용존산소량 (DO) 및 온도는 대기 접촉에 민감한 항목으로 시료채취 즉시 현장에서 휴대용 측정기(Horriba D-54, D-55)를 이용하여 직접 측정하였다. 또한 용존상태의 Fe²⁺와 Mn²⁺는 시료를 운반하는 과정에서 쉽게 산화되어 정확한 분석이 어렵기 때문에 UV-Spectrophotometer (DR-2010)를 이용하여 현장에서 측정하였다.
유출수의 경우 버킷(bucket)을 이용하여 직접 시료를 채취하였으며 지하수의 경우 채취하기 전에 EC 및 수온이 안정화될 때까지 충분히 퍼징(purging)한 후 대표성을 지닐 수 있는 지하수를 채취하였다. 수소이온농도 (pH), 전기전도도(EC), 산화환원전위(ORP), 용존산소량 (DO) 및 온도는 대기 접촉에 민감한 항목으로 시료채취 즉시 현장에서 휴대용 측정기(Horriba D-54, D-55)를 이용하여 직접 측정하였다. 또한 용존상태의 Fe²⁺와 Mn²⁺는 시료를 운반하는 과정에서 쉽게 산화되어 정확한 분석이 어렵기 때문에 UV-Spectrophotometer (DR-2010)를 이용하여 현장에서 측정하였다.
양이온, 음이온, 알칼리도 분석을 위한 시료는 0.45 µm 멤브레인 필터(membrane filter)를 이용하여 여과한 후 채취하였으며 이중 양이온의 경우 무기물의 침전 및 미생물 성장을 방지하기 위하여 농축질산을 이용하여 pH 2 이하로 적정한 후 시료를 보관하였다.
일본을 제외한 외국의 COD 수질기준은 산화력이 강한 COD_Cr법을 사용하고 있다. 연구지역의 유출수에 대하여 2007년 4월 17일과 18일에 걸쳐 시료채취와 함께 현장수질측정 및 BOD₅, COD, 총 유기물함량(TOC)을 분석하였으며 각각의 결과는 표 4에 정리하였다. BOD₅및 COD_Mn은 모두 배출허용기준 미만으로 나타났으며 COD_Cr법으로 분석한 결과 COD_Mn법에 비하여 수십 배 높은 값을 보였다.
연구지역의 지하저장공동으로 유입되는 유출수에 대하여 BOD, COD 및 SS를 분석하였다. BOD는 생물화학적 산소요구량으로 유기물이 미생물에 의하여 호기성 상태에서 분해하여 안정화시키는데 요구되는 산소량을 말하며 유기물의 오염도를 나타내는 인자로 사용된다.
1), 계절 변화에 따라 수질의 특성을 파악하기 위해 2007년 2월, 5월, 8월, 10월에 걸쳐 총 4회 수행하였다. 유출수의 경우 버킷(bucket)을 이용하여 직접 시료를 채취하였으며 지하수의 경우 채취하기 전에 EC 및 수온이 안정화될 때까지 충분히 퍼징(purging)한 후 대표성을 지닐 수 있는 지하수를 채취하였다. 수소이온농도 (pH), 전기전도도(EC), 산화환원전위(ORP), 용존산소량 (DO) 및 온도는 대기 접촉에 민감한 항목으로 시료채취 즉시 현장에서 휴대용 측정기(Horriba D-54, D-55)를 이용하여 직접 측정하였다.
인천 지하저장공동의 유출수 및 지하수에 대한 현장 수질측정 결과는 Table 1에 정리하였으며 각각 수행한 현장수질 측정 결과를 프로판공동 유출수(C3-S), 부탄공동 유출수(C4-S), 프로판공동 부근 지하수(C3-S), 부탄공동 부근 지하수(C4-G), Construction shaft (C/S), Stripper Outlet (S/O)으로 구분하여 비교하였다(Fig. 2). 수소이온 농도(pH)는 유출수의 경우 6.
주요 양이온(Ca, Mg, Na, K), 음이온(Cl, HCO₃, CO₃, SO₄), 알칼리도(alkalinity), 총용존고형물(TDS) 및 경도 (hardness) 분석을 위한 시료는 각각 분석항목과 분석기기에 알맞은 채취방법을 사용했다. 양이온, 음이온, 알칼리도 분석을 위한 시료는 0.
프로판공동 지하수 B15는 전체적인 용존 이온의 농도가 낮을 뿐만 아니라 계절적인 변화역시 거의 없다. 지하수 및 유출수의 주 양이온(Ca, Mg, Na, K) 및 음이온(Cl, HCO₃, CO₃, SO₄) 분석 결과를 파이퍼도(Piper diagram)에 도시하여 물 시료의 화학적 특성을 관찰할 수 있었다. 파이퍼도 분석 결과 4차례의 수질분석에서 유출수와 지하수 모두 Na-Cl type의 수질유형이 지배적으로 나타났으며 (Fig.
45 µm 멤브레인 필터(membrane filter)를 이용하여 여과한 후 채취하였으며 이중 양이온의 경우 무기물의 침전 및 미생물 성장을 방지하기 위하여 농축질산을 이용하여 pH 2 이하로 적정한 후 시료를 보관하였다. 총유기탄소(TOC), 총용존고형량(TDS), 부유물질(SS), 화학적산소요구량(COD_Mn), 생물학적산소요구량(BOD), 총세균, 호기성세균, 혐기성세균, 점액질세균 및 황산환원세균 등을 위한 시료는 채취한 즉시 각각의 분석원소에 맞는 시료병에 담아 보관하였고, 이중 TOC의경우 농축인산을 이용하여 pH 2 이하로 적정한 후 시료를 보관하였다. 산처리를 한 분석시료를 제외한 모든 시료는 최대한 공기와의 접촉을 피하기 위해 빈 공간(head space)없이 시료가 넘칠 정도로 가득 담았으며, 모든 시료는 4 ℃ 냉장 보관하여 분석실로 송부하였다.
호기성세균은 지하수와 C/S의 시료에 대하여 분석을 수행하였다. 연구지역 지하수에서 나타나는 호기성세균의 수는 2월, 5월, 8월에 50 CFU/mL 미만으로 나타나다가 10월에 최대 165 CFU/mL까지 증가하였다(Fig.

대상 데이터

시료는 부탄공동(B5, B12)과 프로판공동(B15, B16, B8-1) 부근의 지하수 관측정 및 부탄 Stripper 이전의 유출수(C4 Stripper Inlet, C4 S/I), 프로판 Stripper 이전의 유출수(C3 Stripper Inlet, C3 S/I), Stripper 직후의 유출수(S/O), 방류되기 전 유출수(Seepage말단), 오수처리시설 말단, Construction Shaft (C/S) 등 총 11개소에서 채수하였으며(Fig. 1), 계절 변화에 따라 수질의 특성을 파악하기 위해 2007년 2월, 5월, 8월, 10월에 걸쳐 총 4회 수행하였다. 유출수의 경우 버킷(bucket)을 이용하여 직접 시료를 채취하였으며 지하수의 경우 채취하기 전에 EC 및 수온이 안정화될 때까지 충분히 퍼징(purging)한 후 대표성을 지닐 수 있는 지하수를 채취하였다.
연구지역 및 연구방법

연구대상 저장공동은 인천 해안가에서 바다쪽으로 약 8 km 이격해 있는 LPG 저장공동(프로판 및 부탄)으로 평균 해수 수심은 10 m 정도이며 해저로부터 100~150 m 아래에 위치하고 있다. 저장공동 주변의 지질은 상부로부터 실트질의 점토층, 풍화암반층과 일부 단열을 보이는 화강암 혹은 화강편마암 암반으로 구성되어 있다(이진용 외, 2008).

성능/효과

연구지역의 유출수에 대하여 2007년 4월 17일과 18일에 걸쳐 시료채취와 함께 현장수질측정 및 BOD₅, COD, 총 유기물함량(TOC)을 분석하였으며 각각의 결과는 표 4에 정리하였다. BOD₅및 COD_Mn은 모두 배출허용기준 미만으로 나타났으며 COD_Cr법으로 분석한 결과 COD_Mn법에 비하여 수십 배 높은 값을 보였다.
BOD의 경우에는 2월(C4 S/I)과 8월(B12)에 일부 관정에서 배출허용기준(BOD 120 mg/L)을 초과하였을 뿐 나머지 지점에서는 기준치 미만으로 나타났고, 5월과 10월에는 모든 지하수 및 유출수가 배출허용기준 미만으로 나타났다. BOD의 계절적 변화는 C3 S/I, S/O, Seepage말단의 경우 5월에 약간 증가하였다가 다시 감소하는 경향을 보였으며 C4 S/I의 경우 5월과 8월에 감소하였다가 10월에 다시 증가하는 경향을 보였다(Fig. 9(a)).
용존산소(DO)는 프로판공동 유출수 및 지하수가 부탄공동 유출수 및 지하수보다 높은 값을 지시하였다. 계절에 따른 특별한 경향성은 보이지 않았으며 Stripper를 통과하여 나오는 S/O의 DO는 6.7~9.9 mg/L의 범위로 높은 값을 보였다(Fig. 3(c)).
3(f)). 관측정 B12에서 16.8~20.7mg/L의 범위로 가장 높은 값을 보였으며 프로판공동 지하수 (B15, B16)에서는 0.0~1.9 mg/L의 범위로 매우 낮은 농도를 나타내었다.
지하수 및 유출수의 BOD, COD, SS의 분석결과는 Table 3에 정리하였다. 분석결과 COD 및 SS는 유출수의 경우 4차례 모두 배출허용기준(COD 130 mg/L, SS 120 mg/L) 미만으로 나타났다. BOD의 경우에는 2월(C4 S/I)과 8월(B12)에 일부 관정에서 배출허용기준(BOD 120 mg/L)을 초과하였을 뿐 나머지 지점에서는 기준치 미만으로 나타났고, 5월과 10월에는 모든 지하수 및 유출수가 배출허용기준 미만으로 나타났다.
한편 C/S의 경우 2월에 276 CFU/mL로 나타났던 호기성세균의 수가 10월에는 불검출로 나타났으며 지하수의 경우와 다르게 감소하는 경향을 보여주었다. 산소가 존재하지 않는 환경에서 용존산소 이외의 전자수용체와 유기물질을 이용하여 증식하는 혐기성세균의 수는 지하수와 C/S 모두 50 CFU/mL 미만으로 낮게 나타났다(Fig. 7(b)).
7 mg/L의 범위로 나타났다. 시료채취 지점별 주요 용존 이온의 농도변화를 살펴보면 계절적인 약간의 변동을 보일 뿐 급격한 변화는 나타나지 않았다(Fig. 4).
호기성세균은 지하수와 C/S의 시료에 대하여 분석을 수행하였다. 연구지역 지하수에서 나타나는 호기성세균의 수는 2월, 5월, 8월에 50 CFU/mL 미만으로 나타나다가 10월에 최대 165 CFU/mL까지 증가하였다(Fig. 7(a)).
저장공동은 지역적인 특성상 해수의 영향으로 인하여 유출수 및 지하수의 수질유형은 모두 Na-Cl type이 지배적으로 타나났으며 계절적인 변화는 적었다. 지하수 및 유출수에서 급격한 미생물 증식은 관찰되지 않았으며 호기성세균, 혐기성세균, 점액질세균, 황산환원세균 모두 500 CFU/mL 미만으로 낮게 나타났다.
저장공동은 지역적인 특성상 해수의 영향으로 인하여 유출수 및 지하수의 수질유형은 모두 Na-Cl type이 지배적으로 타나났으며 계절적인 변화는 적었다. 지하수 및 유출수에서 급격한 미생물 증식은 관찰되지 않았으며 호기성세균, 혐기성세균, 점액질세균, 황산환원세균 모두 500 CFU/mL 미만으로 낮게 나타났다. 따라서 연구지역의 지하저장공동은 수리지구화학적 및 미생물학적으로 안정된 양상을 보이나 일부 관정에서 과다한 용존철 등에 문제발생 가능성이 있으므로 주기적인 모니터링을 지속적으로 수행해야 한다.
지하수 및 유출수의 주 양이온(Ca, Mg, Na, K) 및 음이온(Cl, HCO₃, CO₃, SO₄) 분석 결과를 파이퍼도(Piper diagram)에 도시하여 물 시료의 화학적 특성을 관찰할 수 있었다. 파이퍼도 분석 결과 4차례의 수질분석에서 유출수와 지하수 모두 Na-Cl type의 수질유형이 지배적으로 나타났으며 (Fig. 5), 이는 해수에 의한 영향이라고 판단된다.
7(b)). 프로판 공동 지하수인 B15 및 B16에서는 약간 증가하는 경향이 나타났으나 그 변화가 미미하며 부탄공동 지하수 B5 및 B12는 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. C/S의 경우 4차례 분석결과 모두 지하수에 비하여 높은 값으로 나타났고, 부탄공동 지하수와 마찬가지로 점차 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지하 저장시설이란?	1960년대부터 유럽에서 건설하기 시작한 지하 저장시설은 일반적으로 알려진 바와 같이 지하수 원리에 의해 지하 공동에 저장유를 저장하는 방식으로 공동주변 지하수압에 의해 저장유를 안전하게 보관하며 누출되지 않도록 저장하는 것이다(전한석, 2000; 최원규, 2005). 지하에 건설되는 지하원유비축시설은 원유가 물보다 가볍고 서로 혼합되지 않는다는 특성을 이용하여 공동주변 지하수압이 공동의 저장압력보다 높게 유지하도록 하여 저장물이 저유공동 주변의 암반이나 생태계로 유출되는 것을 방지한다(정찬호, 2004; 강재기 외, 2003).
	지하원유비축시설은 어떻게 저장물이 저유공동 주변의 암반이나 생태계로 유출되는 것을 방지하는가?	1960년대부터 유럽에서 건설하기 시작한 지하 저장시설은 일반적으로 알려진 바와 같이 지하수 원리에 의해 지하 공동에 저장유를 저장하는 방식으로 공동주변 지하수압에 의해 저장유를 안전하게 보관하며 누출되지 않도록 저장하는 것이다(전한석, 2000; 최원규, 2005). 지하에 건설되는 지하원유비축시설은 원유가 물보다 가볍고 서로 혼합되지 않는다는 특성을 이용하여 공동주변 지하수압이 공동의 저장압력보다 높게 유지하도록 하여 저장물이 저유공동 주변의 암반이나 생태계로 유출되는 것을 방지한다(정찬호, 2004; 강재기 외, 2003). 이러한 지하저장공동은 대용량의 유류나 액화가스를 저장하는데 있어 주변 경관을 해치지 않으며, 화재나 전쟁 및 지진 등의 재해로부터 안전하게 보호하는데 가장 경제적이며 효과적인 시스템이다(김동규 외, 1999; Lee and Cho, 2008).
	수장막 시스템이 도입 시, 지하저장공동내의 침전물이 발생하는 이유는?	그러나 양이온과 음이온간의 반응 침전, 수산화물 침전, 탄산염이나 가용성 광물과의 반응을 통한 2차 광물로의 침전 및 부유물질의 침전 등과 같은 물리·화학적 원인과, 지하수내에 생존하는 박테리아에 의한 미생물학적 원인은 수장막 시스템의 운영을 저해하는 요인으로 나타난다(한일영 외, 2001; 이진수 외, 2005). 또한 점액질세균의 번식은 점액질이 생성되어 막힘을 유발시키거나 기계류에 부착하여 부식을 촉진시키고 지하저장 공동 내의 침전물을 생성시키는 주된 원인이 될 수 있는 것으로 보고되었다(Ko et al., 2002; 이진수 외, 2005).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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