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토양세척 공정의 환경영향 분석 - 이산화탄소 배출량 및 에너지 사용량을 중심으로
Environmental Impact of Soil Washing Process Based on the CO2 Emissions and Energy Consumption 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.52 no.1, 2014년, pp.119 - 125  

김도형 (육군3사관학교 건설환경학과) ,  황보람 (전북대학교 환경공학과) ,  허남국 (육군3사관학교 건설환경학과) ,  정상조 (육군사관학교 건설환경학과) ,  백기태 (전북대학교 환경공학과)

초록
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석유계탄화수소로 오염된 토양을 정화하기 위한 토양세척공정을 부지 내 및 부지 밖 처리로 구분하여 공정 중 발생하는 환경적인 영향을 녹색 및 지속 가능한 정화 평가모델을 사용하여 평가하였다. 각 단계 별 환경부하의 상대적인 기여도를 평가하기 위해 전체 토양세척공정을 부지조성(1단계), 굴착(2단계), 물리적 선별 및 세척(3단계), 폐수처리(4단계)의 주요한 4단계로 구분하였다. 부지 내 처리 시에는 1단계에서 $CO_2$ 배출량과 에너지사용량의 상대적인 기여도가 각각 87.1%와 80.4%였고, 부지 밖 처리시에는 2단계에서 $CO_2$ 배출량과 에너지사용량의 상대적인 기여도가 각각 82.7%와 80.5%였다. 결론적으로 토양세척공정에서 부지 내 처리의 경우 1단계에서의 세척장치 제작을 위한 철, 스테인리스스틸 등 소비성 재료의 사용이, 부지 밖 처리의 경우 2단계에서의 굴착된 오염토의 운송을 위한 연료의 소비가 환경부하에 영향을 끼치는 가장 중요한 요소이다. 본 연구의 결과는 토양세척 공정의 적용 시 녹색 및 지속 가능한 정화의 달성을 위한 유용한 정보가 될 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study evaluated the environmental impacts of a soil washing (SW) process, especially, we compared the on-site and off-site remediation of TPH-contaminated soil using green and sustainable remediation (GSR) tool. To assess relative contribution of each stage on environmental footprints in the en...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 토양세척 공정에서 발생하는 환경부하를 산정하기 위해 녹색 및 지속가능한 정화 평가모델을 사용하였다. 평가모델은 오염부지정화 분야에 적합하게 개발된 모델로서 본 연구에서는 토양세척 공정의 전체 공정을 Stage I~IV의 4단계로 구분하고 부지 내 처리와 부지 밖 처리공정에서 각각의 정화행위에서 소요되는 자원, 물질, 에너지량의 입력에 의해 발생되는 환경부하의 정확한 산정을 위해 토양세척 공정의 환경성을 평가하는 선행연구에서 사용되었던 SiteWiseTM ver.

가설 설정

  • 부지 밖 처리의 경우 오염토 굴착 후 기존에 세척장치가 설치된 반입정화처리장으로 이송하여 처리하므로 1단계 부지기반조성 단계에서의 사용되는 물질 및 에너지의 양은 세척장치의 수명을 고려하여 실제 운영기간 동안만 감가되어 사용되는 것으로 적용하였다. 2단계 오염토 굴착단계에서는 오염토의 굴착, 청토 복토, 굴착된 오염토의 선적 및 운반, 정화토의 처리 등으로 구분하여 부지 내 및 부지 밖 처리에 각각 달리 적용하였고, 부지 내 처리에서는 오염토의 굴착후 따로 운반하지 않고 세척장치에 투입하는 것으로 하였고, 부지 밖 처리의 경우 굴착 후 반입처리장으로 이송하여 세척장치에 투입하는것으로가정하였다. 3단계 선별 및 세척단계는 부지 내 및 부지 외 처리에서 동일하다고 가정하였고 토양세척 시스템 운영(operation)에 필요한 전기소비량 및 화학약품의 사용량은 표준화 방안에 제시된 바가 없어 실제 현장에서 사용하고 있는 세척장치를 기반으로 적용하였다.
  • 2단계 오염토 굴착단계에서는 오염토의 굴착, 청토 복토, 굴착된 오염토의 선적 및 운반, 정화토의 처리 등으로 구분하여 부지 내 및 부지 밖 처리에 각각 달리 적용하였고, 부지 내 처리에서는 오염토의 굴착후 따로 운반하지 않고 세척장치에 투입하는 것으로 하였고, 부지 밖 처리의 경우 굴착 후 반입처리장으로 이송하여 세척장치에 투입하는것으로가정하였다. 3단계 선별 및 세척단계는 부지 내 및 부지 외 처리에서 동일하다고 가정하였고 토양세척 시스템 운영(operation)에 필요한 전기소비량 및 화학약품의 사용량은 표준화 방안에 제시된 바가 없어 실제 현장에서 사용하고 있는 세척장치를 기반으로 적용하였다. 4단계 폐수처리 공정에서는 부지 내 및 부지 밖 처리 시 동일하게 35 ㎥의 물을 세척수로 사용하고 발생하는 세척폐수는 처리 후 공정운영 중에는 재활용하고 최종적으로 폐수처리장에 방류하는 것으로 가정하였다.
  • 3단계 선별 및 세척단계는 부지 내 및 부지 외 처리에서 동일하다고 가정하였고 토양세척 시스템 운영(operation)에 필요한 전기소비량 및 화학약품의 사용량은 표준화 방안에 제시된 바가 없어 실제 현장에서 사용하고 있는 세척장치를 기반으로 적용하였다. 4단계 폐수처리 공정에서는 부지 내 및 부지 밖 처리 시 동일하게 35 ㎥의 물을 세척수로 사용하고 발생하는 세척폐수는 처리 후 공정운영 중에는 재활용하고 최종적으로 폐수처리장에 방류하는 것으로 가정하였다. 그 외 콘크리트, 철, 전기 등의 정화공정에 사용된 주요한 물질, 자원 및 에너지는 국가 LCI 데이터베이스의 정보를 기본적으로 사용하여 실제 사용량을 입력하였고, 디젤 사용량은 실제 사용한 디젤 사용량에 대한 정보가 표준화 방안에 언급이 없어 SiteWiseTMver.
  • 본 연구에서는 오염부지 내에서 처리하는 부지 내(on-site) 처리의 경우 정화공정의 흐름은 Stage I, Stage II, Stage III, Stage IV 순으로 차례대로 진행되는데, 먼저 세척장치의 설치 및 부대시설을 설치하기 위한 정화시설을 조성하고, 오염토양을 굴착한 다음 굴착된 오염토양을 세척장치에 투입하여 물리적 선별 및 세척을 거치고 공정에서 발생한 세척폐수는 폐수처리하고 정화토양은 복토하는 과정으로 진행된다. 부지 내 처리의 경우 모든 정화공정이 오염부지 반경 5 km 이내에서 수행되는 것으로 가정하였다. 반면에 부지 외(off-site) 처리의 경우 정화공정의 흐름은 이미 반입 정화장이 설치되어 있는 시설을 활용하기 때문에 Stage II, 오염토 운반, Stage III, Stage IV 순으로 진행되는데, 먼저 오염토양을 굴착하고 오염부지 내 시설을 계속 이용할 수 있도록 굴착부지를 청토로 복토하고 굴착된 토양을 처리장으로 운반하기 위해 트럭에 선적하고 기존에 설치되어 있는 반입정화처리장으로 이송한 후 세척장치에 투입하여 물리적 선별 및 세척을 거치고 공정에서 발생한 세척폐수는 폐수처리하고 정화된 토양을 처리하는 과정으로 진행된다.
  • 오염토의 양은 원 지반 물량을 기준으로 5,000 ㎥이고, 토양의 흐트러짐 계수를 고려한 굴착 후 오염토의 양은 약 6,250 ㎥으로 하였다. 전체 정화기간은 오염토양을 목표농도까지 정화하는 데 소요되는 시간으로 3개월로 하였고, 오염부지는 TPH가 10,000 mg/kg로 균질하게 오염되었고 오염토의 토성은 토양세척 공정이 적용되기 적합한 실트질 모래인 것으로 가정하였다. 토양세척장치의 실제처리용량은 설계용량의 80% 수준으로 12 ㎥/hr이고, 일 기준 84 ㎥/day의 오염토를 처리하는 것으로 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내에서 유류오염 토양의 정화를 위해 사용되는 방법은? 더욱이 최근에는 장항제련소, 용산역 부지 등 대규모 오염부지가 발견되면서 토양오염이 사회적/환경적으로 중요한 문제가 되고 있다[1]. 이러한 오염부지는 크게 유류 오염토양과 중금속 오염토양으로 분리할 수 있는데, 국내에서는 주로 유류오염 토양의 정화를 위해서는 토양증기추출(Soil vapor extraction)과 토양경작(Land farming), 중금속 오염토양 정화를 위해서는 토양세척(Soil washing, SW)이 적용되고 있다[2].
각 단계 별 환경부하의 상대적인 기여도를 평가하기 위해 전체 토양세척공정을 어떻게 구분하였는가? 총 석유계탄화수소로 오염된 토양을 정화하기 위한 토양세척공정을 부지 내 및 부지 밖 처리로 구분하여 공정 중 발생하는 환경적인 영향을 녹색 및 지속 가능한 정화 평가모델을 사용하여 평가하였다. 각 단계 별 환경부하의 상대적인 기여도를 평가하기 위해 전체 토양세척공정을 부지조성(1단계), 굴착(2단계), 물리적 선별 및 세척(3단계), 폐수처리(4단계)의 주요한 4단계로 구분하였다. 부지 내 처리 시에는 1단계에서 $CO_2$ 배출량과 에너지사용량의 상대적인 기여도가 각각 87.
오염토양의 정화를 위한 기술의 선정 시 기술적, 환경적, 경제적인 요소가 고려되어야 하는 이유는? 토양정화기술의 적용으로 인해 오염된 토양을 깨끗하게 정화하는 환경적인 편익(Environmental benefit)이 있는 반면에, 정화기술의 적용시 사용하는 에너지, 자원, 재료의 소비로 인해 CO2 및 대기오염 물질, 폐수 등이 배출되는 환경부하(Environmental footprints)가 있다[3]. 예를 들어, 토양세척법의 경우 오염된 토양을 굴착하여 산, 염기, 킬 레이트제 등의 적절한 세척제를 사용하여 토양으로부터 오염물질의 추출해 내는 기술로서[4], 세척제 및 세척용수의 사용으로 인해 발생하는 세척폐수가 환경에 부정적인 영향을 주는 환경부하가 된다. 따라서, 오염토양의 정화를 위한 기술의 선정 시 기술적, 환경적, 경제적인 요소가 고려되어야 하지만[5], 국내의 경우 정화기술의 적용 시 발생할 수 있는 환경에 미치는 영향에 대한 고려 없이 토양환경보전법에 명시된 법적 기준 충족 여부와 정화비용만을 단순하게 고려하여 정화기술을 선정하고 대상부지에 적용하고 있다.
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참고문헌 (23)

  1. Chatterjee, S., Chatterjee, T. and Woo, S. H., "Effect of Coagulant Addition on the Sedimentation of a Surfactant-containing Washing Solution Used for Phenanthrene-contaminated Soil", Korean J. Chem. Eng., 28(12), 2293-2299(2011). 

  2. Ministry of Environment, "Guideline for Contaminated Soil Remediation Methods," (2009). 

  3. ScanRail Consult, "Environmental/economic evaluation and optimising of contaminated sites remediation-method to involve environmental assessment," EU LIFE Project no. 96 ENV/DK/4090016 (2000). 

  4. Yang, J. W. and Lee, Y. J., "Status of Soil Remediation and Technology Development in Korea," Korean Chem. Eng. Res. (HWAHAK KONGHAK), 45(4), 311-318(2007). 

  5. Lemming, G., "Environmental Assessment of Contaminated Site Remediation in a Life Cycle Perspective," PhD thesis, Technical University of Denmark(2010). 

  6. Forum USSR, "Sustainable Remediation White Paper-inte-Grating Sustainable Principles," Practices, and Metrics Into Remediation Projects, Rem. J., 19, 5-114(2009). 

  7. USEPA, "Green Remediation: Incorporating Sustainable Environmental Practices into Remediation of Contaminated Site," EPA 542/423R/08/002(2008). 

  8. USEPA, "Incorporating Sustainable Practices into Site Remediation," EPA 542/F/08/002(2008). 

  9. USEPA, "Superfund Green Remediation Strategy, Office of Solid Waste and Emergency Response," (2010). 

  10. Page, C. A., Diamond, M. L., Campbell, M. and McKenna, S., "Life-cycle Framework for Assessment of Site Remediation Options: Case Study," Environ. Toxicol. Chem., 18, 801-810(1999). 

  11. Volkwein, S., Hurtig, H. W. and Klopffer, W., "Life Cycle Assessment of Contaminated Sites Remediation," Int. J. Life Cycle Assess., 4, 263-274(1999). 

  12. Toffoletto, L., Deschenes, L. and Samson, R., "LCA of ex-situ Bioremediation of Diesel-contaminated Soil," Int. J. Life Cycle Assess., 10, 406-416(2005). 

  13. Cadotte, M., Deschenes, L. and Samson, R. R., "Selection of a Remediation Scenario for a Diesel-contaminated Site Using LCA," Int. J. Life Cycle Assess., 12, 239-251(2007). 

  14. Harbottle, M. J., Al-Tabbaa, A. and Evans, C. W., "A Comparison of the Technical Sustainability of in situ Stabilisation/solidIfication with Disposal to Landfill," J. Hazard. Mater., 141, 430-440(2007). 

  15. Hu, X., Zhu, J. and Ding, Q., "Environmental Life-cycle Comparisons of Two Polychlorinated Biphenyl Remediation Technologies: Incineration and Base Catalyzed Decomposition," J. Hazard. Mater., 191, 258-268(2011). 

  16. Suer, P. and Andersson, Y., "Biofuel or Excavation?-life Cycle Assessment (LCA) of Soil Remediation Options," Biomass Bioenerg., 35, 969-981(2011). 

  17. Jeong, S. W. and Suh, S. W., "Assessment of Environmental Impacts and $CO_2$ Emissions from Soil Remediation Technologies using Life Cycle Assessment - Case Studies on SVE and Biopile Systems," J. Korean Soc. Environ. Eng., 33(4), 267-274(2011). 

  18. Cho, J. S., "Life Cycle Assessment on Pump and Treatment Remediation of Contaminated Groundwater," J. Korean Soc. Environ. Eng., 33(6), 405-412(2011). 

  19. Kim, D. H., Hwang, B. R., Moon, D. H., Kim, Y. S. and Baek, K., "Environmental Assessment on a Soil Washing Process of a Pb-contaminated Shooting Range Site: a Case Study," Environ. Sci. Pollut. Res., in press (2013) http://dx.doi.org/10.1007/s11356-013-1599-8. 

  20. Ministry of Environment, "Standardization Report for Soil Remedial Industry," (2010). 

  21. Ministry of Environment, "Korea LCI DB"(2013). 

  22. Ministry of Environment, "Environmental Statics Portal"(2010). 

  23. International Energy Agency, "Key world energy statistics," (2012). 

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