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문제 정의
- 또한 전문가의 판단에 의한 경우가 매우 많기 때문에 일반 사용자가 접근하기에 어려운 현실이다. 따라서 본 연구에서는 오염토양의 최적 정화기술 선정에 있어서 보다 객관적이고 합리적이며 편의성을 고려한 성능평가모델을 개발하고자 한다.
- 또한 평가항목의 가중치는 토양정화 관련 전문가를 대상으로 AHP 설문조사를 통하여 산출하여 정량적 평가 체계를 구축하였다. 또한 개발된 성능평가모델을 이용한 사례연구를 통하여 성능평가모델의 적용 가능성을 검토하였다.
- 본 연구에서는 오염토양 정화처리에 있어서 최적의 정화처리공법을 선정하기 위한 성능평가모델을 구축하였다. 각 처리공법에 대한 평가항목 선정 및 평가기준은 기존에 제시되어 왔었던 항목을 기초로 하여 작성하였으며, 형평성 있는 평가를 위하여 본 연구에서는 18개의 처리공법에 대한 영향인자가 각기 다르고 그것을 형평성 있게 평가하기 위해서는 공통적인 영향인자를 고려하기 위해 오염 정화원의 이동성 및 오염물질의 처리용이성이라는 평가항목을 새롭게 선정하여 생물학적 처리기술에 11개, 물리·화학적 처리기술에 10개, 열적 처리기술에 9개의 세부평가항목평가에 적용하였다.
- 본 연구에서는 정화처리기술의 평가항목에 대한 가중치를 산정함에 있어서 AHP기법을 이용한 전문가 설문조사를 실시하였다. 토양정화관련 전문가 40명의 유효설문조사 결과를 토대로 평가항목의 가중치를 도출하였으며, 생물학적 처리방법, 물리·화학적 처리방법, 열적 처리 방법으로 구분하여 AHP기법을 이용하여 설문을 실시하였다.
- 본 연구에서는 토양오염 최적정화기술 선정을 위한 성 능평가모델로, I단계에서 도출한 적용가능 토양정화기술의 후보 리스트에 대해, II단계에서 각 후보기술에 대한 성능평가를 통하여 최적의 정화기술을 선정하는데 활용하고자 한다(Fig. 2).
- 오염물질의 처리효율은 대상부지내 전체 오염물질농도에 대한 제거된 오염물질농도의 비를 말하며 쉽게 말해 제거효율을 뜻한다. 어떠한 부지환경 하에서 동일 조건으로 평가할 때 해당 오염물질에 대한 처리기술별 제거효율이 다르므로 이에 대한 평가를 할 수 있도록 구성하였다. 이와 같은 평가지표를 Table 3에 나타내었다.
제안 방법
- II단계 평가항목의 대분류 항목은 부지특성, 토양특성, 오염물질특성, 적용성 및 신뢰성으로 분류하였다. 각각의 처리 기술 간 세부적인 영향인자는 다를 수 있으나 최대한 공통된 인자로 평가하고자 크게 생물학적 처리기술, 물리·화학적 처리기술, 열적 처리기술로 구분하고 그에 따른 세분류 항목으로 구분하여 각각의 처리공법별로 평가할 수 있게 하였다.
- 성능평가는 총 II단계로 구성되었다. I단계에서의 적용 가능 정화기술 선별 Matrix는『오염토양 정화방법 가이드라인(환경부, 2007)』의 내용에 근거하여 작성하였으며 대상 지역의 대수층 유무 여부(포화/불포화), 오염토양 굴착 정화기술의 후보리스트를 도출하고 이어서 II단계에서 후보기술별 성능평가를 실시하도록 구성하였다.
- Table 6에 정리된 입력값을 본 연구에서 개발한 성능평가모델에 적용한 결과 Tabe 8에서 보여주는 바와 같이 I 단계 선별 후보군으로써 토양경작법, 바이오파일법, 퇴비 화법, 토양세척법, 열탈착 및 소각법이 선정되었다. 이와같이 선정된 정화처리공법 후보군에 대한 개별 성능평가 결과는 토양경작법이 2.
- 구축하였다. 각 처리공법에 대한 평가항목 선정 및 평가기준은 기존에 제시되어 왔었던 항목을 기초로 하여 작성하였으며, 형평성 있는 평가를 위하여 본 연구에서는 18개의 처리공법에 대한 영향인자가 각기 다르고 그것을 형평성 있게 평가하기 위해서는 공통적인 영향인자를 고려하기 위해 오염 정화원의 이동성 및 오염물질의 처리용이성이라는 평가항목을 새롭게 선정하여 생물학적 처리기술에 11개, 물리·화학적 처리기술에 10개, 열적 처리기술에 9개의 세부평가항목평가에 적용하였다.
- 각각의 처리 기술 간 세부적인 영향인자는 다를 수 있으나 최대한 공통된 인자로 평가하고자 크게 생물학적 처리기술, 물리·화학적 처리기술, 열적 처리기술로 구분하고 그에 따른 세분류 항목으로 구분하여 각각의 처리공법별로 평가할 수 있게 하였다. 이와 같은 성능평가 항목 및 평가지표를 Table 2에 나타내었다.
- 06점으로 산출되었다 (Table 8). 대상사례의 정화사업 설계보고서에서는 토양경작법과 토양세척법이 선정되었으며, 본 성능평가모델에서는 토양세척법이 선정되었고 이는 I단계 선별과정에서 오염물질의 농도에 따른 후보기술 선별결과가 반영된 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 유류, 중금속, 난분해성물질로 구분하였다. 또한 유류의 경우 국내 대부분의 유류오염토양 현황에 의거하여 주로 오염되어 있는 TPH와 BTEX를 대상으로 하였으며 이 중 TPH의 경우 경질 TPH(등유 및 경유)와 중질 TPH(벙커C유 및 윤활유) 로구분하며 농도는 25,000㎎/㎏ 이상 및 미만으로 나누어 기준을 정하였다. 중금속의 경우 종류에 상관없이 최고 오염농도가 2, 500㎎/㎏ 이상 및 미만으로 나누어 기준하였고, 난분해성 물질은 휘발성 및 비휘발성 유기오염물질과 유기인 화합물(살충제)로 나누어 기준을 정하였다.
- 통해 보완하였다. 또한 평가항목의 가중치는 토양정화 관련 전문가를 대상으로 AHP 설문조사를 통하여 산출하여 정량적 평가 체계를 구축하였다. 또한 개발된 성능평가모델을 이용한 사례연구를 통하여 성능평가모델의 적용 가능성을 검토하였다.
- 증기압은 토양증기추출법의 오염물질 처리용이성 평가 시 사용된다. 물리·화학적 처리기술에서 또한 생물학적 처리기술에서와 마찬가지로 증기압은 헨리상수(KH)를 통해 알 수 있으므로 이를 평가지표로 이용하였다. 지용성을 처리 용이성의 평가지표로 하는 처리기술에는 용제추출법이해당되며 이러한 지용성을 평가할 수 있는 지표로써 Kow 를 사용하였다.
- 물리·화학적 처리기술의 경우 생물학적 처리기술과 달리 토양 특성의 종속영양미생물과 C/N/P ratio는 큰 영향을 미치지 않으므로 세분류항목에서 제외하여 물리·화학적 특성에 영향을 미치는 항목으로만 평가하도록 하였다. 물리·화학적 처리기술의 토양특성에 대한 세분류 항목은 오염 정화원의 이동성으로 구성되어 있으며 오염정화원의 이동성은 다시 정화기술별로 토양투수성(수리전도도), 토성(미세 토함 유량), 수분함량으로 구분되어 평가하도록 하였다.
- 물리·화학적 처리기술의 경우 생물학적 처리기술과 달리 토양 특성의 종속영양미생물과 C/N/P ratio는 큰 영향을 미치지 않으므로 세분류항목에서 제외하여 물리·화학적 특성에 영향을 미치는 항목으로만 평가하도록 하였다. 물리·화학적 처리기술의 토양특성에 대한 세분류 항목은 오염 정화원의 이동성으로 구성되어 있으며 오염정화원의 이동성은 다시 정화기술별로 토양투수성(수리전도도), 토성(미세 토함 유량), 수분함량으로 구분되어 평가하도록 하였다. 토양 투수성은 토양증기추출법, 화학적산화법 및 고형화/안정화 공법 선택시 오염정화원의 이동성 평가항목으로 사용되고, 토성은 토양세정법, 토양세척법 및 용제추출법에 적용된다.
- 본 연구에서 사용하는 세부평가항목에 대한 평가지표는 일반 사용자가 직접 측정하거나 파악하기에는 다소 어려움이 있으므로 이를 오염물질의 종류별로 나누어 등급 및평가기준에 적용하였다. 유류의 종류(유종)로 평가하는 화학적 구조 및 분자량 항목은 오염물질의 분해성에 초점을 두어 오염물질 중 휘발유 조성이 높으면 1등급, 등유 및 경유의 조성이 높으면 2등급, 벙커C유 및 윤활유의 조성이 높으면 3등급을 부여하도록 하였다.
- 포화 및 불포화 지역 구분과 굴착여부에 따른 구분이 되어 지고 나면, 오염지역의 오염물질 종류에 따라 처리가능한 공법을 구분 할 수 있다. 본 연구에서는 유류, 중금속, 난분해성물질로 구분하였다. 또한 유류의 경우 국내 대부분의 유류오염토양 현황에 의거하여 주로 오염되어 있는 TPH와 BTEX를 대상으로 하였으며 이 중 TPH의 경우 경질 TPH(등유 및 경유)와 중질 TPH(벙커C유 및 윤활유) 로구분하며 농도는 25,000㎎/㎏ 이상 및 미만으로 나누어 기준을 정하였다.
- 수행하였다. 사례평가에 사용된 정화사례는 OO지역 오염토양정화사업을 인용하였으며, 대상사업의 내용을 요약하면 다음과 같다.
- 생물학적 처리기술의 적용성(타당성)에 대한 세분류 항목으로는 유지보수의 용이성과 부산물처리의 용이 성으로 구분하였다. 유지보수의 용이성은 정화공법 운영시 발생하는 유지 및 보수에 있어서의 용이함을 평가하는 항목으로 경험적 자료 및 판단에 의한 정성적 평가를 할 수 있도록 구성하였다.
- 성능평가모델을 개발함에 있어서 오염원의 종류 및 농도, 부지특성 및 목표정화기준에 적합한 최적의 정화공법을 선정하기 위하여 기술별 성능평가지표를 선정하였다. 성능평가는 총 II단계로 구성되었다.
- 일정 수치기준으로 하여 평가하게 된다. 열적 처리기술에 있어서의 오염물질의 처리용이성에 대한 평가지표로는 증기압과 활성화에너지를 선정하였고, 저온 열 탈착법의 경우 증기압으로 평가하고 그 외 소각법, 유리 화법 및 열분해법의 경우 활성화에너지를 오염물질 처리 용이성의 평가지표로써 평가하였다. 이러한 활성화에너지는 직접적으로 구할수는 없으므로, 오염물질의 비등점(끓는점) 을 이용하여 평가하였다.
- 오염물질특성 중 농도에 대한 평가 기준은 우려기준과 대책기준에 근거하여 우려 기준~대책기준 사이의 농도는 1등급, 대책기준~대책기준의 두배 농도는 2등급, 대책기준 두배 농도 이상은 3등급으로 나누어 평가하도록 하였다. 오염물질 농도는 오염물질의 종류에 따라 농도기준이 다르므로 일정 수치를 결정하여 평가하기에는 어려움이 따르기 때문에 각각의 오염물질 마다의 기준을 적용하고자 위와 같은 방식의 평가방법을 적용하였다.
- 유류의 종류(유종)로 평가하는 화학적 구조 및 분자량 항목은 오염물질의 분해성에 초점을 두어 오염물질 중 휘발유 조성이 높으면 1등급, 등유 및 경유의 조성이 높으면 2등급, 벙커C유 및 윤활유의 조성이 높으면 3등급을 부여하도록 하였다. 오염물질 정화 의용 이성 항목은 처리공법에 따라 적용되는 평가지표는 다르며 평가의 편의성을 고려하여 증기압, 용해도, 지용성, 이온화 경향에 해당하는 평가지표를 대신하여 오염물질의 종류에 따라 평가할수록 있도록 설정하였다. 증기압의 경우 오염물질이 휘발유나 VOCs로 구성되어 있다면 1등급이 부여되고, 등유 및 경유로 구성되었을 경우 2등급, 벙커C 유나 윤활유로 구성되었을 경우 3등급이 부여된다.
- 미생물군 수의 경우 위에서 언급한 바와 같이 1000CFU/g- soil을 기준으로 그 이상과 미만, 그리고 없음으로 각각 1, 2, 3등급이 부여된다. 오염물질특성 중 농도에 대한 평가 기준은 우려기준과 대책기준에 근거하여 우려 기준~대책기준 사이의 농도는 1등급, 대책기준~대책기준의 두배 농도는 2등급, 대책기준 두배 농도 이상은 3등급으로 나누어 평가하도록 하였다. 오염물질 농도는 오염물질의 종류에 따라 농도기준이 다르므로 일정 수치를 결정하여 평가하기에는 어려움이 따르기 때문에 각각의 오염물질 마다의 기준을 적용하고자 위와 같은 방식의 평가방법을 적용하였다.
- 오염물질특성에 있어서의 세부평가 항목인 오염물질농도, 오염물질의 처리용이성은 생물학적 처리기술에서의 오염물질 특성과 동일하며, 화학적구조/분자량 항목을 추가선정 하였다. 화학적구조/분자량은 유종을 평가지표로 하여 평가하며 오염물질의 처리용이성은 물리·화학적 처리기술의 종류에 따라 용해도, 증기압, 지용성, 이온화 경향 등으로 구분된다.
- 적용하였다. 유류의 종류(유종)로 평가하는 화학적 구조 및 분자량 항목은 오염물질의 분해성에 초점을 두어 오염물질 중 휘발유 조성이 높으면 1등급, 등유 및 경유의 조성이 높으면 2등급, 벙커C유 및 윤활유의 조성이 높으면 3등급을 부여하도록 하였다. 오염물질 정화 의용 이성 항목은 처리공법에 따라 적용되는 평가지표는 다르며 평가의 편의성을 고려하여 증기압, 용해도, 지용성, 이온화 경향에 해당하는 평가지표를 대신하여 오염물질의 종류에 따라 평가할수록 있도록 설정하였다.
- 유지보수의 용이성은 정화공법 운영시 발생하는 유지 및 보수에 있어서의 용이함을 평가하는 항목으로 경험적 자료 및 판단에 의한 정성적 평가를 할 수 있도록 구성하였다. 부산물 처리의 용이성은 정화처리시 발생하는 2차 부산물 유무 및 처리에 대한 시설설치와 운영 여부로 정의되며, 2차 부산물이 많을수록, 2차 부산물 처리시설설치가 더 많이 필요할수록, 이러한 시설을 운영하는 시간 및 인력투입이 많을수록 낮은 평가(예를 들어, 3 등급)를 할 수 있는 정성평가로 구성하였다.
- 이러한 성능평가모델을 개발하기 위하여, I단계 및 II 단계의 성능평가항목 및 평가지표를 선정하고, 평가항목별 평가등급 기준을 설정하고 이를 토양정화관련 전문가 워크샵을 통해 보완하였다. 또한 평가항목의 가중치는 토양정화 관련 전문가를 대상으로 AHP 설문조사를 통하여 산출하여 정량적 평가 체계를 구축하였다.
- 열적 처리기술에 있어서의 오염물질의 처리용이성에 대한 평가지표로는 증기압과 활성화에너지를 선정하였고, 저온 열 탈착법의 경우 증기압으로 평가하고 그 외 소각법, 유리 화법 및 열분해법의 경우 활성화에너지를 오염물질 처리 용이성의 평가지표로써 평가하였다. 이러한 활성화에너지는 직접적으로 구할수는 없으므로, 오염물질의 비등점(끓는점) 을 이용하여 평가하였다.
- 또한 유류의 경우 국내 대부분의 유류오염토양 현황에 의거하여 주로 오염되어 있는 TPH와 BTEX를 대상으로 하였으며 이 중 TPH의 경우 경질 TPH(등유 및 경유)와 중질 TPH(벙커C유 및 윤활유) 로구분하며 농도는 25,000㎎/㎏ 이상 및 미만으로 나누어 기준을 정하였다. 중금속의 경우 종류에 상관없이 최고 오염농도가 2, 500㎎/㎏ 이상 및 미만으로 나누어 기준하였고, 난분해성 물질은 휘발성 및 비휘발성 유기오염물질과 유기인 화합물(살충제)로 나누어 기준을 정하였다. I단계 평가항목은 Table 1에 나타내었다.
- 토양 특성에 대한 세분류 항목으로는 오염정화원의 이동성이 있으며 열적 처리기술은 토양내의 수분함량에 따라 가장 크게 영향을 받게 되므로 평가지표로는 수분함량을 선정하였다.
- 본 연구에서는 정화처리기술의 평가항목에 대한 가중치를 산정함에 있어서 AHP기법을 이용한 전문가 설문조사를 실시하였다. 토양정화관련 전문가 40명의 유효설문조사 결과를 토대로 평가항목의 가중치를 도출하였으며, 생물학적 처리방법, 물리·화학적 처리방법, 열적 처리 방법으로 구분하여 AHP기법을 이용하여 설문을 실시하였다. 그 결과를 Table 5에 나타내었다.
대상 데이터
- 사례1의 경우, 대상사업의 설계상 제시된 공법은 토양경작법 및 토양세척법이며, 토양세척법의 경우 중금속 오염 토양을 정화하는 목적으로 선정되었으며, 유류오염토양에 대한 정화공법으로는 토양경작법이 선정되었다. 사례연구 결과, 본 연구에서 개발한 성능평가모델의 결과는 토양경작법을 성능면에서 우수한 정화기술로 평가하였다.
- 성능평가모델의 적용성을 판단하기 위하여 기존에 실시되었던 정화완료사업에 대상으로 사례평가를 수행하였다. 사례평가에 사용된 정화사례는 OO지역 오염토양정화사업을 인용하였으며, 대상사업의 내용을 요약하면 다음과 같다.
이론/모형
- 화학적구조/분자량은 유종을 평가지표로 하여 평가하며 오염물질의 처리용이성은 물리·화학적 처리기술의 종류에 따라 용해도, 증기압, 지용성, 이온화 경향 등으로 구분된다. 용해도는 토양세정법 및 토양세척법의 경우 사용되고 분배계수 Kd를 평가지표로 사용하였다. 증기압은 토양증기추출법의 오염물질 처리용이성 평가 시 사용된다.
- 오염물질의 처리용이성을 평가하는 지표 중 이온화경향은 동전기법 및 고형화/안정화법을 평가할 때 사용된다. 이온화경향은 표준산화환원전위(ORP)를 평가지표로써 사용하였다.
- 물리·화학적 처리기술에서 또한 생물학적 처리기술에서와 마찬가지로 증기압은 헨리상수(KH)를 통해 알 수 있으므로 이를 평가지표로 이용하였다. 지용성을 처리 용이성의 평가지표로 하는 처리기술에는 용제추출법이해당되며 이러한 지용성을 평가할 수 있는 지표로써 Kow 를 사용하였다. 오염물질의 처리용이성을 평가하는 지표 중 이온화경향은 동전기법 및 고형화/안정화법을 평가할 때 사용된다.
성능/효과
- 대상부지의 오염물질은 TPH로써 최고 오염농도는 TPH 10, 902㎎/㎏이며, 오염토양의 평균 수리전도도(K)는 1.23×10−3cm/sec로 나타났다. 또한 입도 분석 결과 미세토사는 평균 41%로 나타났다.
- 부지면적은 207, 644m2이며 오염토량은 총 97, 367m3으로 조사되었다. 대상부지의 오염물질은 TPH로써 최고 오염농도는 TPH 32, 713㎎/㎏이며, 오염토양의 평균 수리전도도(K)는 4.360×10−4cm/sec로 나타났다. 또한 입도 분석 결과 미세토사는 평균 19%로 나타났다.
- 360×10−4cm/sec로 나타났다. 또한 입도 분석 결과 미세토사는 평균 19%로 나타났다.
- 23×10−3cm/sec로 나타났다. 또한 입도 분석 결과 미세토사는 평균 41%로 나타났다.
- 사례연구 결과, 본 연구에서 개발한 성능평가모델의 결과는 토양경작법을 성능면에서 우수한 정화기술로 평가하였다.
- 선정되었다. 선정된 정화처리공법 후보군에 대한 II단계 개별 성능평가 결과는 퇴비화법 2.26, 토양세척법 2.35, 열탈착법 2.07, 소각법이 2.06점으로 산출되었다 (Table 8). 대상사례의 정화사업 설계보고서에서는 토양경작법과 토양세척법이 선정되었으며, 본 성능평가모델에서는 토양세척법이 선정되었고 이는 I단계 선별과정에서 오염물질의 농도에 따른 후보기술 선별결과가 반영된 것으로 판단된다.
- 설문을 통한 가중치 산정결과, 대분류 평가항목은 오염물질 특성과 토양특성이 높게 나타났으며, 그 다음으로 신뢰성이 우세하게 나타났다. 세분류 평가항목별로는 생물학적 처리에서는 오염물질 농도와 오염물질 처리 용이성이 높게 나타났으며, 물리·화학적 처리에서는 오염 정화원의 이동성, 오염물질 처리효율이 높게 나타났으며, 열적 처리에서는 오염정화원의 이동성, 오염물질 농도가 높게 나타났다.
- 우세하게 나타났다. 세분류 평가항목별로는 생물학적 처리에서는 오염물질 농도와 오염물질 처리 용이성이 높게 나타났으며, 물리·화학적 처리에서는 오염 정화원의 이동성, 오염물질 처리효율이 높게 나타났으며, 열적 처리에서는 오염정화원의 이동성, 오염물질 농도가 높게 나타났다. 한편, 해당 가중치가 없는 항목은 각 공법 특성상 제외된 세부평가항목이며 가중치 설문양식 자체에서 평가하지 않도록 한 값이다.
후속연구
- 하지만, 본 연구의 결과는 향후 토양정화사업의 선정과 관련된 성능평가모델의 기본모델을 제시하는 것으로 대상 정화사업의 특성에 따라 보완 활용이 가능하리라 기대된다. 또한 비용모델까지 포함한 가치기반의 최적 정화기술 선정모델까지 확장을 하게 되면 정화사업의 기획단계에서 최적기술의 선정에 보다 객관적이고 체계적인 정화기술 선정이 가능할 것으로 기대된다.
- 가령 유류오염토양을 정화 할 경우 유류로 인한 C(탄소)의 비율은 높아지나 상대적으로 N(질소)와 P(인)의 비율은 작아지게 되므로 미생물이 생장하기 최적의 비율인 100:10:1에 미치지 못 할 수가있으므로 이러한 경우 설계시에는 N과 P를 추가로 주입하는 부분이 들어가야 한다. 또한, 토양내 종속영양 미생물의 개체수가 초기 토양오염조사시 높게 나왔다 할지라도 C/N/P ratio가 맞지 않는다면 추후 유류오염토양을 정화할 수 있는 미생물의 개체수가 줄어들 가능성이 높다고 할 수 있다.
- 본 연구에서는 성능과 비용까지 고려한 가치(Value) 기반의 종합적인 최적정화기술 선정 모델까지는 포함하지 않고 성능평가모델 개발까지를 연구범위로 제한하기로 한다.
- 있었다. 하지만, 본 연구의 결과는 향후 토양정화사업의 선정과 관련된 성능평가모델의 기본모델을 제시하는 것으로 대상 정화사업의 특성에 따라 보완 활용이 가능하리라 기대된다. 또한 비용모델까지 포함한 가치기반의 최적 정화기술 선정모델까지 확장을 하게 되면 정화사업의 기획단계에서 최적기술의 선정에 보다 객관적이고 체계적인 정화기술 선정이 가능할 것으로 기대된다.
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