가축사체 매몰지로부터 유출되는 침출수는 환경적으로 치명적인 영향을 주는 고농도 오염폐수의 일종이다. 본 연구에서는 효율적인 가축사체 매몰지의 특성을 파악하기 위하여 전기비저항 탐사와 함께 시추조사를 실시하였다. 또한, 가축사체 매몰지에서 샘플링한 침출수의 화학적 분석을 실시하였다. 매몰지 내부에서 5측선의 쌍극자 전기비저항 탐사와 3지점의 시추조사를 실시하였으며, 매몰지 주변의 11지점에서 시추조사를 수행하였다. 전기 비저항 탐사에 의하여 수집된 자료를 이용하여 2차원 역산 모델링을 수행하여 매몰지의 특성(크기, 심도, 형태 등)을 평가하였다. 침출수 분석결과, pH는 7.4에서 6.7로 감소하였고, Eh는 -358 mV에서 -48 mV로 변화하였다. 또한, 가축사체 부패에 의하여 용존 이온이 증가하였다. 전기비저항 탐사 자료의 해석결과, 지표에서 심도 8 m 이내에서 최소 $0.64{\Omega}m$의 낮은 비저항값을 가지는 영역이 나타났다. 이 지역의 기반암 위치와 가축사체의 매립 깊이를 고려할 때, 매립지 내부에서는 침출수에 의한 기반암의 오염은 진행되지 않은 것으로 나타났다. 전기비저항 탐사의 결과는 시추조사의 결과와 잘 일치 하였으며, 이는 전기비저항 탐사가 가축매몰지의 특성을 효과적으로 묘사한다는 것을 보여주었다. 본 연구에 의하면, 전기비저항 탐사가 가축사체 매몰지의 현황을 조사하는데 적합한 기술로 판단된다.
가축사체 매몰지로부터 유출되는 침출수는 환경적으로 치명적인 영향을 주는 고농도 오염폐수의 일종이다. 본 연구에서는 효율적인 가축사체 매몰지의 특성을 파악하기 위하여 전기비저항 탐사와 함께 시추조사를 실시하였다. 또한, 가축사체 매몰지에서 샘플링한 침출수의 화학적 분석을 실시하였다. 매몰지 내부에서 5측선의 쌍극자 전기비저항 탐사와 3지점의 시추조사를 실시하였으며, 매몰지 주변의 11지점에서 시추조사를 수행하였다. 전기 비저항 탐사에 의하여 수집된 자료를 이용하여 2차원 역산 모델링을 수행하여 매몰지의 특성(크기, 심도, 형태 등)을 평가하였다. 침출수 분석결과, pH는 7.4에서 6.7로 감소하였고, Eh는 -358 mV에서 -48 mV로 변화하였다. 또한, 가축사체 부패에 의하여 용존 이온이 증가하였다. 전기비저항 탐사 자료의 해석결과, 지표에서 심도 8 m 이내에서 최소 $0.64{\Omega}m$의 낮은 비저항값을 가지는 영역이 나타났다. 이 지역의 기반암 위치와 가축사체의 매립 깊이를 고려할 때, 매립지 내부에서는 침출수에 의한 기반암의 오염은 진행되지 않은 것으로 나타났다. 전기비저항 탐사의 결과는 시추조사의 결과와 잘 일치 하였으며, 이는 전기비저항 탐사가 가축매몰지의 특성을 효과적으로 묘사한다는 것을 보여주었다. 본 연구에 의하면, 전기비저항 탐사가 가축사체 매몰지의 현황을 조사하는데 적합한 기술로 판단된다.
In this study, an electrical resistivity survey and a drilling investigation were conducted at an animal carcass disposal site. Chemical analysis of leachate collected from the site was also performed (sampling times: May 2011 and June 2012). Five lines of dipole-dipole electrical resistivity survey...
In this study, an electrical resistivity survey and a drilling investigation were conducted at an animal carcass disposal site. Chemical analysis of leachate collected from the site was also performed (sampling times: May 2011 and June 2012). Five lines of dipole-dipole electrical resistivity surveys were carried out, along with drilling investigations at 3 points within the disposal areas and 11 points near the disposal site. Two-dimensional inverse modeling of the collected resistivity data was performed to evaluate the properties (size, depth, and form) of the disposal site. Leachate analysis showed that pH of leachate decreased from 7.4 to 6.7, while Eh changed from -358 mV to -48 mV over time. In addition, dissolved ions increased due to the progression of carcass decomposition. Results of the electrical resistivity survey indicated that low resistivity zones (minimum value, $0.64{\Omega}m$) existed at a depth of 8 m from the surface. Considering the bedrock location and carcass disposal depth, there was no evidence of bedrock contamination by leachate. The results of the electrical resistivity survey are consistent with those of the drilling investigation, which indicates that electrical resistivity effectively depicted the properties of the disposal site. This study demonstrates that electrical resistivity survey is a suitable technique for investigation of animal carcass disposal sites.
In this study, an electrical resistivity survey and a drilling investigation were conducted at an animal carcass disposal site. Chemical analysis of leachate collected from the site was also performed (sampling times: May 2011 and June 2012). Five lines of dipole-dipole electrical resistivity surveys were carried out, along with drilling investigations at 3 points within the disposal areas and 11 points near the disposal site. Two-dimensional inverse modeling of the collected resistivity data was performed to evaluate the properties (size, depth, and form) of the disposal site. Leachate analysis showed that pH of leachate decreased from 7.4 to 6.7, while Eh changed from -358 mV to -48 mV over time. In addition, dissolved ions increased due to the progression of carcass decomposition. Results of the electrical resistivity survey indicated that low resistivity zones (minimum value, $0.64{\Omega}m$) existed at a depth of 8 m from the surface. Considering the bedrock location and carcass disposal depth, there was no evidence of bedrock contamination by leachate. The results of the electrical resistivity survey are consistent with those of the drilling investigation, which indicates that electrical resistivity effectively depicted the properties of the disposal site. This study demonstrates that electrical resistivity survey is a suitable technique for investigation of animal carcass disposal sites.
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문제 정의
그러므로 본 연구에서는 가축 전염병으로 조성된 가축 매몰지의 효과적인 복원을 위한 매몰지 현황(규모 및 침출수 누출여부 등) 조사에 있어 전기비저항 탐사법의 적용 가능성을 알아보는 것이다. 또한, 탐사결과에 대한 신뢰도를 높이기 위하여 매몰지 내 침출수에 대하여 매몰시간에 따른 성상의 변화와 매몰지 내외 각에서 시추 조사를 병행하였다.
본 연구지역의 가축 매몰지내 매몰기간에 따른 침출수의 물리화학적 특성을 파악하고, 전기비저항 탐사의 가능성을 알아보았다(Table 1). 매몰시간이 경과함에 따라 pH는 7.
제안 방법
가축 매몰지의 부지특성(매몰지 규모 및 침출수 존재 형태 등)을 파악하기 위하여 전기비저항 탐사를 수행하였으며, 매몰지 내외곽에 시추조사를 병행으로 실시하였다. 침출수에 대한 분석 결과, 매몰시간이 경과함에 따라 침출수의 pH는 감소하였고, 산화환원전위는 혐기성 환원 환경으로 변하였다.
인근하천과의 이격거리(separation distance)는 30 m 이상 확보되었으며, 임야절개 후 평탄화 작업이 수행되었고, 침출수 유출을 방지하기 위하여 매몰지 바닥에 차수막 시트 설치한 후 이설되었다. 가축 사체를 매몰한 후 주변 토양으로 약 2m를 복토한 후, 강우 등에 의한 상부로부터의 지표수 유입을 방지하기 위하여 차수막을 설치하였다(Fig. 1(a)).
양이온 주성분 원소인 Na+ , K+ , Ca2+, Mg2+에 대한 화학분석은 유도결합플라즈마(inductively coupled plasma)를 이용하였고, PO4-P, SO42-, Cl- , NO3-N과 같은 음이온 분석은 이온크로마토그래피(ion chromatography)를 이용하였다. 그리고 총유기탄소(total organic carbon) 함량은 총유기탄소 분석기(TOC analyzer)를 이용하여 측정하였다.
대상 가축 매몰지내 침출수의 물리·화학적 특성을 파악하기 위하여, 매몰지에 설치되어 있는 관측공에서 매몰 초기인 2011년 5월과 이설 후인 2012년 6월에 총 2회에 걸쳐, 지하수 채수에 사용되는 베일러(bailer) 를 이용하여 침출수를 채취하였다.
그러므로 본 연구에서는 가축 전염병으로 조성된 가축 매몰지의 효과적인 복원을 위한 매몰지 현황(규모 및 침출수 누출여부 등) 조사에 있어 전기비저항 탐사법의 적용 가능성을 알아보는 것이다. 또한, 탐사결과에 대한 신뢰도를 높이기 위하여 매몰지 내 침출수에 대하여 매몰시간에 따른 성상의 변화와 매몰지 내외 각에서 시추 조사를 병행하였다.
전기비저항 탐사는 그 전극 배열방법에 따라 웨너 배열, 슐럼버저 배열, 쌍극자 배열 그리고 단극자 배열 탐사 방법으로 구분된다. 본 연구에서는 쌍극자 배열을 사용하였다. 쌍극자 배열은 웨너 배열이나 슐럼버저 배열과는 달리 신속하게 2차원적 수직-수평탐사를 수행할 수 있어서, 비교적 광역적으로 지하 2차원 구조, 특히 전기 전도성 구조를 파악할 수 있는 장점이 있다.
시추공의 심도는 지표하 약 10 m이며, 구경은 NX(76 mm) 규격이다. 시추공내 지하수위는 확인 되지 않았으며, 시추를 통하여 얻어진 시추코어를 이용 하여 매몰지 내외각의 수직적 지질특성을 파악하였다.
그리고 침출수 시료는 화학분석을 위해 4℃ 이하로 냉장 보관 하였다. 양이온 주성분 원소인 Na+ , K+ , Ca2+, Mg2+에 대한 화학분석은 유도결합플라즈마(inductively coupled plasma)를 이용하였고, PO4-P, SO42-, Cl- , NO3-N과 같은 음이온 분석은 이온크로마토그래피(ion chromatography)를 이용하였다. 그리고 총유기탄소(total organic carbon) 함량은 총유기탄소 분석기(TOC analyzer)를 이용하여 측정하였다.
연구대상 가축 매몰지의 현황을 파악하기 위해서 실시한 전기비저항 탐사는, 매몰지를 중심으로 총 측선 길이는 60 m이며, 수평 및 수직 해상력을 고려하여 탐사 심도(설계 매립지 심도)의 2배인 약 15 m 심도에 맞추어 쌍극자 간격은 3m이고, 전극 전개수는 7로 하여 총 5개 측선(측선 간격 5 m)을 탐사하였다 (Fig. 1(b)).
채취된 침출수는 현장에서 0.45µm 기공 크기를 가지고 있는 필터를 이용 하여 부유물질을 제거한 후, 수소이온농도(pH, TOA HM-14P), 산화환원전위(Eh, TOA HM-12P), 전기전도도(EC, TOA CM-14P), 용존산소(DO, YSI 95), 그리고 총고용물질(TDS, HACH COS50)을 측정하였다.
1(b)). 취득된 현장자료에 대하여 주변 환경을 고려한 노이즈 제거와 지형보정을 실시하였다. 역산은 범용해석 프로그램인 DIPRO (Ver 4.
탐사결과에 대한 신뢰도를 높이기 위하여, 매몰지내 3공과 매몰지 주변의 11공에 대하여 시추조사를 실시하였다(Fig. 1). 시추공의 심도는 지표하 약 10 m이며, 구경은 NX(76 mm) 규격이다.
대상 데이터
1(a)). 매몰지에 매몰된 가축의 두수는 총 6,079두이며, 축종은 소 571두, 돼지 5,508두 이었다. 복토에 사용된 토양을 실내에서 레이저 입도분석기(laser particle size analyzer)를 이용하여 분석한 결과, 평균입경은 123.
매몰지 크기는 2010년 11월 환경부가 고지한 “가축 매몰지 환경관리지침”을 기반으로 조성되었다. 매몰지의 크기는 상부길이와 폭은 각각 40 m, 15 m이고, 하부길이와 폭은 각각 30 m, 7 m이며, 깊이는 7m이다(Fig 1). 인근하천과의 이격거리(separation distance)는 30 m 이상 확보되었으며, 임야절개 후 평탄화 작업이 수행되었고, 침출수 유출을 방지하기 위하여 매몰지 바닥에 차수막 시트 설치한 후 이설되었다.
연구대상 가축 매몰지는 2011년 1월 17일 구제역으로 인하여 폐사된 가축을 대상으로 조성되었으며, 매몰지 외부로의 침출수 유출이 의심됨에 따라 같은 해 6월 20일부터 6월 22일까지 인근 지역(기존 매몰지로부터 직선거리 약 100 m 이내)으로 이설된 매몰지이다. 매몰지 크기는 2010년 11월 환경부가 고지한 “가축 매몰지 환경관리지침”을 기반으로 조성되었다.
데이터처리
취득된 현장자료에 대하여 주변 환경을 고려한 노이즈 제거와 지형보정을 실시하였다. 역산은 범용해석 프로그램인 DIPRO (Ver 4.0)를 이용하였으며, 현장에서 측정된 외견 비저항치(apparent resistivity)를 이용하여 야외자료가단면도(FDP : Field Data Pseudosection), 이론자료 가단면도(TDP : Theoretical Data Pseudosection)를 작성하여 역산해석을 시행하였다.
성능/효과
2 mg/L으로 상승함을 알 수 있었다. 가축사체 부패에 따른 총유기탄소(TOC)의 농도 또한 2,360 mg/L에서 23,572.2 mg/L로 약 10배 증가한 것으로 나타났다.
침출수에 대한 분석 결과, 매몰시간이 경과함에 따라 침출수의 pH는 감소하였고, 산화환원전위는 혐기성 환원 환경으로 변하였다. 또한 가축사체의 부패와 생석회 등의 영향으로 높은 전기전도도의 특성을 띄고 있어 전기 비저항탐사의 가능성을 간접적으로 보여 주였다. 전기비저항 탐사 결과, 침출수로 판단되어 지는 저비저항대의 감지가 가능하였으며, 매몰지의 위치 및 규모를 간접적으로 파악할 수 있었다.
8 m의 두께로 암편이 섞인 실트질 모래로 구성되어 있었고, 모암의 조직은 잔존 하나 완전히 풍화된 토층으로 담갈색의 색조를 띄고 있었다. 매몰지가 조성된 지역의 지질구조를 시추조사 결과를 기반으로 3차원으로 도시한 결과(Fig. 2b), 상부에서 하부 쪽으로 풍화잔류토와 풍화암이 경사를 이루고 있었으며, 기반암이 오른쪽에 존재하고 있음을 알 수 있었다. 매몰지내 시추조사를 실시한 결과, 심도 약 3m 까지 토양은 마사토 재질의 복토층 임을 확인하였으며, 복토층은 모세관현상에 의한 토양수에 의한 습도가 증가하여 부분적으로 색이 차이가 난 것으로 사료된다(Fig.
2b), 상부에서 하부 쪽으로 풍화잔류토와 풍화암이 경사를 이루고 있었으며, 기반암이 오른쪽에 존재하고 있음을 알 수 있었다. 매몰지내 시추조사를 실시한 결과, 심도 약 3m 까지 토양은 마사토 재질의 복토층 임을 확인하였으며, 복토층은 모세관현상에 의한 토양수에 의한 습도가 증가하여 부분적으로 색이 차이가 난 것으로 사료된다(Fig. 3a). 심도 4~6 m 구간의 토양에는 일부 미분해된 사체가 관찰되었으며, 완전한 사체층은 아니고 재이설로 인하여 토양과 혼재되는 양상이었다(Fig.
복토에 사용된 토양을 실내에서 레이저 입도분석기(laser particle size analyzer)를 이용하여 분석한 결과, 평균입경은 123.34 µm로 나타났다.
전기비저항 탐사 결과, 침출수로 판단되어 지는 저비저항대의 감지가 가능하였으며, 매몰지의 위치 및 규모를 간접적으로 파악할 수 있었다. 본 연구를 통해, 가축 매몰지의 효율적인 관리 및 복원을 위한 부지특성조사에 전기비저항 탐사의 적용이 효율적임을 알 수 있었다.
52 Ωm의 비저항치가 추정되어 약 2~10 Ωm 탐사결과치의 범위내의 값을 나타내고 있었다. 본 연구에서 탐지된 저비저항대는 오염도가 매우 높은 지하수임을 보여주는 것으로 침출수나 염수에 의하여 오염된 지하수는 오염되지 않은 지하수에 비하여 비저항치를 보이게 되는 기존의 선행연구결과와 일치하였다(Zhody et al., 1974). 일반적으로 해수의 비저항치가 평균 0.
Ritter and Chirnside (1990, 1995)는 여섯 지역에 죽은 가금류를 매몰한 후, 매몰시간 경과에 따른 주변 지하수 수질의 변화를 연구한 결과, 여섯 개의 매몰 지역중 세 개 지역의 주변 지하수에서 질소에 의한 오염이 박테리아 오염보다 더 심각하게 나타난 것으로 보고하였다. 본 연구에서도 이와 유사하게 T-N의 농도가 매몰 초기에 2,358 mg/L의 매우 높을 값을 보였으며, 매몰시간이 지남에 따라 6,322.2 mg/L으로 상승함을 알 수 있었다. 가축사체 부패에 따른 총유기탄소(TOC)의 농도 또한 2,360 mg/L에서 23,572.
전기 비저항과 밀접한 관계가 있는 전기전도도(EC)는 0.6 mS/m에서 1.9 mS/m으로 증가하였고, 총고용물질 (TDS)은 6.5 mg/L에서 1280 mg/L으로 증가하였다. Park and Ko (2011)은 가축매몰지 침출수에 대하여 전기전도도를 측정한 결과, 약 6.
또한 가축사체의 부패와 생석회 등의 영향으로 높은 전기전도도의 특성을 띄고 있어 전기 비저항탐사의 가능성을 간접적으로 보여 주였다. 전기비저항 탐사 결과, 침출수로 판단되어 지는 저비저항대의 감지가 가능하였으며, 매몰지의 위치 및 규모를 간접적으로 파악할 수 있었다. 본 연구를 통해, 가축 매몰지의 효율적인 관리 및 복원을 위한 부지특성조사에 전기비저항 탐사의 적용이 효율적임을 알 수 있었다.
전기비저항 탐사 결과를 유한차분법(FDM : Finite Difference Method)을 이용하여 역산한 결과, 매몰지 중앙에 설치한 3번 측선 기준으로 침출수로 판단되어지는 저비저항대(1,47 Ωm~735 Ωm)이 탐지되었다(Fig. 4). 전기비저항은 전기전도도와 역수의 관계로 비추어 보았을때, 침출수의 전기전도도(1.
가축 매몰지의 부지특성(매몰지 규모 및 침출수 존재 형태 등)을 파악하기 위하여 전기비저항 탐사를 수행하였으며, 매몰지 내외곽에 시추조사를 병행으로 실시하였다. 침출수에 대한 분석 결과, 매몰시간이 경과함에 따라 침출수의 pH는 감소하였고, 산화환원전위는 혐기성 환원 환경으로 변하였다. 또한 가축사체의 부패와 생석회 등의 영향으로 높은 전기전도도의 특성을 띄고 있어 전기 비저항탐사의 가능성을 간접적으로 보여 주였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전기비저항 탐사이란?
전기비저항 탐사는 일반적으로 지층 및 암석, 광물 등이 서로 다른 전기적인 특성을 가지고 있으므로 이러한 전기적 특성 등을 이용하여 전류가 흐르는 통로나 암석, 광물의 전기전도도의 차이에 따라서 전위차를 측정함으로써 지하에 대한 정보를 획득할 수 있는 탐사법이다.
물리탐사 법의 장점은?
매몰지와 침출수로 인해 오염된 주변 지역을 파악하는데 있어서, 지구물리학적 이론을 응용한 기술로써 국내외에서 불량매립지에 효과적으로 적용되는 물리탐사법(geophysical survey)이 요구되어진다. 특히, 전기비저항 탐사(electrical resistivity survey)를 포함한 물리탐사 법은 주변 환경에 변화를 주지 않기 때문에, 비파괴적이고 환경 친화적인 장점이 있다. 최근 들어 부각되고 있는 환경공학적인 문제의 해결이나 지하공간 활용을 위한 기초 물리탐사를 위하여 그 응용성이 크게 증대되고 있다(Lowry and Shive, 1990).
매몰시간이 경과함에 따라 pH가 감소한 이유는?
7로 약간 감소하였고, 산화환원전위 (Eh)는 –358 mV에서 –48 mV로 환원환경에서 산성환경으로 변화하였다. 이는 가축 매몰 시 산성화 방지를 목적으로 생석회(CaO)를 넣었음에도 불구하고, 가축사체의 분해과정에서 매몰지 내부조건이 거의 혐기성 상태 (평균 DO=0.85 mg/L)로 유지됨으로써, 유기산 생성균이나 자체 효소에 의해 유기산이 생성되었기 때문으로 판단되어진다.
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