국내 TCE에 의해 오염된 산업 공단내의 지하수 정화 방법으로 양수 및 처리(pump and treatment) 공법이 제안되었다. TCE 농도 0.6 mg/L 오염 지하수를 30년 동안 이 공법에 의해 처리하여 0.005 mg/L 이하 농도로 방류할 경우 그 과정에서 발생하는 환경 비용과 환경 편익을 전과정평가에 의해 산출하였으며 그에 따른 환경 영향 및 환경 효과를 분석하였다. 방류 지하수의 총량은 $2.96{\times}10^7m^3$이며 제거된 TCE의 총량은 최대 17.6 kg이었다. 환경 비용은 에너지의 소비, 자원의 소비, 대기, 수질 및 고형 폐기물 형태의 오염 물질의 배출량 등으로 산출되었으며 환경 편익은 정화된 지하수의 사용으로 얻어졌다. 환경 비용에 따른 환경 영향은 30년 동안 구동하는 pump에 의한 전력 사용, 발전을 위해 소모되는 석유, 석탄 등의 원자재의 소모, 방출되는 지구 온난화 및 산성 가스, 부영양화, 폐기물의 발생을 포함하며 토양/지하수 정화 공정 전과정평가 모델의 사용으로 정량화하고 전세계 일인당 소모 또는 배출하는 표준량으로 나누어 표준화하여 비교한 결과 산성비 원인 오염물 배출이 가장 심각하였다.
국내 TCE에 의해 오염된 산업 공단내의 지하수 정화 방법으로 양수 및 처리(pump and treatment) 공법이 제안되었다. TCE 농도 0.6 mg/L 오염 지하수를 30년 동안 이 공법에 의해 처리하여 0.005 mg/L 이하 농도로 방류할 경우 그 과정에서 발생하는 환경 비용과 환경 편익을 전과정평가에 의해 산출하였으며 그에 따른 환경 영향 및 환경 효과를 분석하였다. 방류 지하수의 총량은 $2.96{\times}10^7m^3$이며 제거된 TCE의 총량은 최대 17.6 kg이었다. 환경 비용은 에너지의 소비, 자원의 소비, 대기, 수질 및 고형 폐기물 형태의 오염 물질의 배출량 등으로 산출되었으며 환경 편익은 정화된 지하수의 사용으로 얻어졌다. 환경 비용에 따른 환경 영향은 30년 동안 구동하는 pump에 의한 전력 사용, 발전을 위해 소모되는 석유, 석탄 등의 원자재의 소모, 방출되는 지구 온난화 및 산성 가스, 부영양화, 폐기물의 발생을 포함하며 토양/지하수 정화 공정 전과정평가 모델의 사용으로 정량화하고 전세계 일인당 소모 또는 배출하는 표준량으로 나누어 표준화하여 비교한 결과 산성비 원인 오염물 배출이 가장 심각하였다.
Environmental impact by proposed pump and treatment remediation of groundwater contaminated with TCE over 0.6 mg/L down to 0.005 mg/L was assessed for 30 years operation in an industrial park. Total amount of groundwater treated was $2.96{\times}10^7m^3$ and the amount of TCE removed was ...
Environmental impact by proposed pump and treatment remediation of groundwater contaminated with TCE over 0.6 mg/L down to 0.005 mg/L was assessed for 30 years operation in an industrial park. Total amount of groundwater treated was $2.96{\times}10^7m^3$ and the amount of TCE removed was 17.6 kg at most. The life cycle assessment was used to estimate the environmental cost and environmental benefit and their effects on the environment could be analyzed. Most of the environmental cost was accrued from electricity generation for 30 years pump operation, which includes energy consumption, resources consumption such as coal, crude oil, emission of global warming gas and acid gas into air, waste water production, and waste generation. Environmental impact could be quantified with a Life Cycle Assessment (LCA) model for soil and groundwater remediation and normalized based upon consumption and emission quantities per capita in the world. Among the normalized values, acidification material release was the most significant.
Environmental impact by proposed pump and treatment remediation of groundwater contaminated with TCE over 0.6 mg/L down to 0.005 mg/L was assessed for 30 years operation in an industrial park. Total amount of groundwater treated was $2.96{\times}10^7m^3$ and the amount of TCE removed was 17.6 kg at most. The life cycle assessment was used to estimate the environmental cost and environmental benefit and their effects on the environment could be analyzed. Most of the environmental cost was accrued from electricity generation for 30 years pump operation, which includes energy consumption, resources consumption such as coal, crude oil, emission of global warming gas and acid gas into air, waste water production, and waste generation. Environmental impact could be quantified with a Life Cycle Assessment (LCA) model for soil and groundwater remediation and normalized based upon consumption and emission quantities per capita in the world. Among the normalized values, acidification material release was the most significant.
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문제 정의
본 연구는 2009년도 가톨릭대학교 교비연구비의 지원으로 이루어졌으며 이에 감사를 드리는 바이다.
본 연구는 종래의 전과정평가 같이 제품이나 공정의 상호 비교가 아니라 하나의 제안된 공정, 즉 기술적, 경제적 제한에 의해 다른 선택의 여지가 없는 공정에 대해 환경에 미치는 영향과 효과를 분석하였다. 환경에 미치는 영향 및 효과를 분석함으로써 공정의 개선 방향을 제안하고자 하였다.
7~9) 토양 및 지하수 정화에서의 전과정평가 적용은 정화 공법의 선택 과정1,10~12) 또는 정화 후1,6) 적용하는데 초점을 맞추고 있다. 본 연구에서는 기술적, 경제적 타당성 조사에 의해 이미 결정된 오염 지하수 정화 공법에 대해 환경 비용 및 편익 분석을 실시하고, 환경 비용 발생이 제일 많은 부분을 제시하고 대안을 찾고자 하였다.
는 영향과 효과를 분석하였다. 환경에 미치는 영향 및 효과를 분석함으로써 공정의 개선 방향을 제안하고자 하였다.
가설 설정
보통 25~30년을 정화 공정의 전과정평가의 시간적 규모로 적용하나10,13) 50년을 적용하는 경우도 있다.14) 정화 종료 후의 장기적 관찰을 포함할 경우 시간 규모는 더 길어 질 수 있다. 이번 분석에는 오염 지하수의 정화 방법으로 양수 및 처리 공법을 적용할 경우에 한해 30년 동안의 정화 작업을 가정하고 전과정평가를 적용하였다.
공단의 경계에 해당하는 지하수 흐름의 하단에 위치한 하천으로의 오염 지하수의 유입을 방지하기 위해 지하수 흐름을 가로지르는 방향으로 오염 지하수 차단용 양수정을 설치하는 것을 가정하였다.
제안 방법
국내의 한 산업 단지 내에서 염소유기용제 trichloroethylene (TCE)에 의해 오염된 지하수에 대해 제안된 적극적정화 공법인 양수 및 처리(pump and treatment) 공법에 전과정평가를 도입하여 정화 공정 전반에 포함된 환경 비용과 환경 편익을 산출하고 환경 영향과 효과에 대해 분석하였다. 이 현장에서 양수 및 처리 공정을 추천한 이유는 오염 범위가 넓고 이미 지표수로의 오염물의 유출이 확정적으로 드러나고 있어 우선적으로 오염물의 지표수로의 유입을 차단하는 한 방편으로 양수 및 처리 공법을 추천하였다.
본 연구에서는 지하수의 정화보다는 오염 지하수의 확산을 막는 차단에 중점을 두어 일일 양수 용량 338 m3/day의 양수정을 지하수 흐름 방향에 직각 방향으로 일렬 8개 설치 하여 오염 확산을 차단하는 것을 설계하였다. 최대 포획 구간의 계산을 Grubb19)의 계산식에 의해 산출하였다.
다. 이 현장에서 양수 및 처리 공정을 추천한 이유는 오염 범위가 넓고 이미 지표수로의 오염물의 유출이 확정적으로 드러나고 있어 우선적으로 오염물의 지표수로의 유입을 차단하는 한 방편으로 양수 및 처리 공법을 추천하였다. 다른 이유는 오염원으로 지적된 1차 오염원인 외에 2차 오염원과 군소의 오염원들이 발견되어 책임 소재를 놓고 장기간의 공방이 예상되는 현 시점에서 일단 오염 지하수의 지표수 유입을 차단하는데 주목적을 두고 있었다(Fig.
14) 정화 종료 후의 장기적 관찰을 포함할 경우 시간 규모는 더 길어 질 수 있다. 이번 분석에는 오염 지하수의 정화 방법으로 양수 및 처리 공법을 적용할 경우에 한해 30년 동안의 정화 작업을 가정하고 전과정평가를 적용하였다.
지구 온난화(CO2 equivalent), 산성비(SO2 equivalent), 광화학적 오존 생성(C2H4 equivalent) 그리고 부영양화(NO3 equivalent)의 4가지 효과를 산출하였다. 지구온난화 효과는 배출되는 CO2, CH4, N2O 등은 CO2, 산성비의 원인이 되는 SO2, HCl 등은 SO2, 광화학적 오존 생성, 부영양화 오염물의 총량은 각각 C2H4, NO3 값으로 환산하였다(Table 5).
지구온난화 효과는 배출되는 CO2, CH4, N2O 등은 CO2, 산성비의 원인이 되는 SO2, HCl 등은 SO2, 광화학적 오존 생성, 부영양화 오염물의 총량은 각각 C2H4, NO3 값으로 환산하였다(Table 5). 환경 효과의 표준화(normalization)는 원자재의 경우 전세계 생산량을 인구로 나눈 값을 기준으로 하고(Table 6), 오염에 의한 환경 효과는 전세계 인구당 배출하는 오염량에 의한 환경 효과를 기준으로 하여 산출하였다(Table 7). 에너지 소비의 경우 2000년도 기준으로 지구상 전체 인류에 의해 소비되는 일인 일년 소비치의 404배이었으며 지구 온난화 가스는 1인이 190년 동안 배출하는 양에 해당 되었다.
대상 데이터
를 사용하였다. 국내 자료가 없을 경우 국제적으로 통용되는 자료 또는 EU 자료1,21)를 이용하였다.
본 연구에 사용된 전과정평가 모델은 유럽연합 LIFE Project의 일환으로 EU, 덴마크 국립 철도, 덴마크 주립 철도 관리국, 덴마크 환경청이 주관하고 ScanRail Consult1)가 개발한 토양 및 지하수 정화를 위한 전과정평가 모델을 이용하였으며, 계산에 필요한 life cycle inventory (LCI) 자료는 가능한 국내 자료20)를 사용하였다. 국내 자료가 없을 경우 국제적으로 통용되는 자료 또는 EU 자료1,21)를 이용하였다.
이론/모형
하여 오염 확산을 차단하는 것을 설계하였다. 최대 포획 구간의 계산을 Grubb19)의 계산식에 의해 산출하였다.
성능/효과
전과정평가에서 많은 경우 정량적인 분석을 하고 있으나 정량적 분석의 비용과 자료의 정밀도의 문제가 있을 시 정성적 분석만 할 경우도 있다.1,10) 토양/지하수 정화 과정 전반에 대한 전과정평가 기법은 네덜란드, 독일, 미국, 캐나다, 덴마크 등에서 개발되었다.7~9) 토양 및 지하수 정화에서의 전과정평가 적용은 정화 공법의 선택 과정1,10~12) 또는 정화 후1,6) 적용하는데 초점을 맞추고 있다.
1). Funnel and gate, permeable reactive barrier 등의 수동적 차단 공법도 고려하였으나 지하수층 하단의 암반 차단면까지 깊이가 깊어(15~20 m) (Fig. 2) 차단벽을 설치하기 위해 일반적인 굴삭기를 사용할 수 없고 대구경 천공기 등을 이용해 차단벽 또는 반응벽체 등을 설치하는 경우 경제적으로 타당성이 없다고 판단하였다. 그 외 생물적 정화 또는 화학적 환원 공법을 사용하기 위해서는 현장에서 또는 현장 시료를 이용한 실험실에서의 추가적인 타당성 실험(feasibility test)이 요구되고 있는 실정이었다.
전체 에너지의 소비량은 4.15×107 MJ인데 이 가운데 양수 펌프를 작동하고 동파방지를 위한 파이프의 전열 난방, 밤에 작업실의 전등용으로 사용된 전기 에너지가 3.09×107 MJ로 전체 에너지 소비량의 75.4%를 차지하였다(Table 3).
5 kw in-well pump)를 설치한다. 지하수 대수층의 투수 계수가 큰 관계로 평균 수위 12 m를 유지하며 예상되는 침강 수위는 0.4~1.0 m로 양수정 내의 지하수위의 침강은 심각하지 않으며 홍수기나 갈수기에도 큰 문제가 없으리라 판단되었다.
지하수 정화의 목적이 용해된 TCE 성분을 추출하여 음용수 기준(5 μg/L)을 만족하는 지하수를 방류하는데 있으므로 본 공정을 통해 얻어 지는 환경 편익으로 하루 2,700 m3, 30년 전기간 2.96×107 m3의 정화된 지하수를 얻을 수 있다.
후속연구
이런 이유에서 오염 지하수 정화에 따른 인체 및 생태계 위해도 감소는 별도로 산출하지 않았으며, 정화된 지하수의 생산과 지표수로의 유출로 환경 편익을 집산하였다. 앞으로 예상할 수 있는 천층지하수의 유입에 의한 심층지하수의 오염과 거기에 따른 공업 용수로서의 가치, 지표수로의 유출에 따른 생태계에 미치는 위해도 평가 등은 추가로 연구해야 할 사항이다.
장치 설계는 제안서에 포함된 자료를 바탕으로 구성한 것이며 현장의 자세한 조건, 즉 건물의 배치, 지장물의 위치, 지하의 지질구조 등이 본 연구에서 분석한 양수 및 처리 시설의 설계에 적절히 반영되지 못한 부분이 많이 있으리라 판단된다. 이에 따른 설계의 부정확성도 존재하리라 판단한다.
구된다. 전력 소비가 적은 투수성 반응 벽체나 미생물 정화 공법의 채택이 가능하나 기술적으로 현장 적용성에 대한 선행 연구가 필요하다. 재생 가능한 에너지 즉 태양광발전, 풍력 발전 시설을 현장에 설치하거나 smart grid로의 연결을 고려할 수 있다.
생태계 위해도 감소에 따른 환경 편익은 산출하지 않았다. 특히 지하수 및 지표수 생태계에 미치는 환경 영향과 효과는 심도있는 추가 연구가 진행되어야 한다.
제공하지 못하는 경우가 많으리라고 판단된다. 환경 비용과 편익 항목들의 절대적, 상대적 중요도에 대한 적절한 심층 연구가 이루어져야 할 부분이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
원자재의고갈과 환경의 악화로 이어지게 되는 요인은?
인간의 모든 활동은 주변 환경에 여러 가지 영향을 미친다. 이러한 활동은 원자재와 에너지의 소비를 증진시키고 소비에 의한 부산물은 주변 환경으로 배출되어 원자재의고갈과 환경의 악화로 이어진다. 오염된 환경의 정화 활동도 예외가 아니다.
환경 정화 작업의 목적은 무엇인가?
오염된 환경의 정화 활동도 예외가 아니다. 환경 정화 작업의 목적은 오염을 줄이고 환경 편익, 즉 정화된 토지, 건축물, 기간 시설과 깨끗한 지하수 및 지표수 등을 얻는 것이나 정화 활동 과정에서 들어가는 원자재의 소비, 대기 오염 물질, 폐수, 고체 폐기물의 방출과 같은 환경 비용과 부정적인 환경 영향을 유발하기는 경우가 많다.1) 이런 환경 비용과 편익의 수지 계산은 공간적, 시간적 규모의 상이성 때문에 간단하지 않으며 많은 사람들이 이런 환경 비용을 무시하거나 과소평가한다.
오염 물질 방출의 방지 또는 최소화를 위해 고려하는것은?
또한 정화 과정 중에 발생하는 에너지 및 원자재의 소비를 최소화하고 오염 물질 방출의 방지 또는 최소화를 추구한다. 중기계 사용에서 발생하는 대기 오염과 환경 교란, 생태계에 미치는 영향 등을 최소화한다. 그와 동시에 토양의 유실, 부지 밖 수질에 미치는 악영향을 최소화하며 건설과 해체시의 폐기물의 생성을 줄이고 현장 기기 사용시 재생 가능한 탄소 중립적인 에너지의 사용을 고려한다. 전체적으로 에너지의 소비를 줄이면서 효율을 증대하는 공정이나 장비의 선택을 고려한다.
참고문헌 (21)
ScanRail Consultant, "Environmental/Economic Evaluation and Optimising of Contaminated Site Remediation, Method to Involve Environmental Assessment," EU LIFE Project No. 96ENV/DK/0016(2000).
Overmeyer, P., Gaffne, K. and Goldblum, D., "Green Cleanup Standards," National Brownfield Association, the Big Deal Conference-Phoenix Information Session, Phoenix, AZ(2009).
US EPA, "Green Remediation: Incorporating Sustainable Environmental Practices into Remediation of Contaminated Sites," Technology Primer, EPA 542-R-08-002, US EPA, OSWER, Washington, DC(2008).
Goldblum, D., "Carbon Calculus," ASTSWMO Mid-year Conference, Mobile, AL(2008).
USAF, "Sustainable Remediation Tool, User Guide," US Air Force, AFCEE, Tyndall Air Force Base, FL(2009).
Ribbenhed, M., Wolf-Watz, C., Almemark, M., Palm, A. and Sternbeck, J., "Livscykelanlysav marksaneringstekniker for fororenad jord och sediment," 108 Stockholm, IVI Svenska Miljoinstitutet AB(2002).
Suer, P., Nilsson-Paledal, S. and Norrman, J., "LCA for Site Remediation: A Literature Review," Soil and Sediment Contamination, 13(4), 415-425(2004).
Shakweer, A. F. and Nathanail, P. C., "LCA Methodology for Remediation Strategy Slection," ConSol 2003 8th International FZK/TNO Conference on Contaminated Soil, Gent, Belgium, pp. 12-16(2003).
Volkwein, S., Hurtig, H. W. and Klopffer, W., "Life Cycle Assessment of Contaminated Site Remediation," International J. Life Cycle Assessment, 4, 263-274(1999).
Diamond, M. L., Page, C. A., Campbell, M., McKenna, S. and Lall, R., "Life-cycle Framework for Assessment of Site Remediation Options: Method and Generic Survey," Environ. Toxicol. Chem., 18(4), 788-800(1999).
Vignes, R., "Limited Life cycle Analysis: A Tool for the Environmental Decision-making Toolbox," Strategic Environ. Manage., 1, 297-332(1999).
Drunnen, M. A. van, E. Beinet, M.H. Nijboer, A. Haselhoff, M. in't. Veld, A.R. Schutte, "De RMK-metodiek voor het beoordelen van bodemsaneringvarianten-Een method gebaseerd op Risicoreductie, Milieuverdienste en Kosten," RMK fas 3. Internetversie(2000).
Bender, A., Volkwein, S., Bettermann, G., Hurtig, H. W., Klopffer, W. and Kohler, W., "Life Cycle Assessment Method for Remedial Action Techniques: Methodology and Application," Contaminated Soil '98, 6th International FZK/ TNO Conference, 1, pp. 367-376, Edinburgh, UK(1998).
U.S. EPA, "Guidance on Remedial Actions for Contaminated Ground Water at Superfund Sites," EPA/540/G-99/003, OSWER Directive 9283.1-2, U.S. EPA, Washington, DC (1998).
Zheng, C., Bennett, G. D. and Andrews, C. B., "Reply to discussion of analysis of ground-water remedial alternatives at a Superfund site," Ground Water, 30(3), 440-442(1992).
U.S. EPA, "Evaluation of Ground-Water Extraction Remedies," U.S. EPA, Office of Emergency and Remedial Response, Washington, DC(1992).
NRC, "Alternatives for Ground Water Cleanup," National Research Council, National Academy Press, Washington, DC (1994).
Grubb, S., "Analytical Model for Estimation of Steady- State Capture Zones of Pumping Wells in Confined and Unconfined Aquifers," Ground Water, 31(1), 27-32(1993).
국가 LCI 종합정보망, 2010, http://www.kncpc.re.kr/lci/lcidb/ db_data_layout.asp?cate_id1&field_value&Act_id1&db_flagM.
Frees, N. and Pedersen, M. A., "Udvikling af miljovenlige industriprodukter (UMIP), Enhedsproces database," Instituttet for Produktudvikling, Danmarks Tekniske Universitet(1996).
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