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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 기존 실험방법에 대한 비교분석을 실시하고, 현장에서 발생하는 순환골재 유출수의 pH의 영향을 조사하여 환경오염 유발인자로 보고 있는 pH의 기준에 대한 문제점을 검토하고자 한다.
- 유입수가 층을 통과하도록 모형을 설치하여, 순환골재에서 발생하는 pH 11 이상의 침출수가 토양층을 통과하면서 pH가 어느 정도 자연감소 되는지 확인해 보았다.
제안 방법
- 3). 2차 실험은 유출수의 유량이 차지하는 비율이 작아 하천에 미치는 영향이 작을 것이라는 가정하에 골재를 직접 하천에 침지시켜 골재를 통과한 유출수의 유량을 늘리도록 조작하여 실험을 진행하였다. 총 유량 794m3/day의 소하천에 골재 400kg을 넣어 유출수를 합류지점 유량의 약 40%를 차지하도록 하였다(Fig.
- 본 연구에서는 순환골재에 의한 pH의 순수 오염정도와 자연계에서의 실제오염 영향을 평가하기 위해 증류수(DW; Distilled Water)와 자연수(하천수)를 용매로 사용하여 비교실험을 진행하였으며, 순환골재가 현장에 재활용 되었을 때 토양에 의한 pH 완충능을 분석하기 위해 순환골재와 토양층의 비율에 따른 pH변화 분석을 실시하였다. 또한 환경에 미치는 영향을 알아보기 위하여 현장재현 모형시험을 통해 pH 영향을 평가하였다.
- 순환골재 용출수의 실험방법으로는 실험 결과값의 타당성을 비교하기 위하여 국내에서 통용되고 있는 토양 및 폐기물 공정시험 기준에 의한 방법, 국립환경과학원(안), 본 연구(안)의 4개방법으로 분석을 실시하였다(Table 1). 또한, 같은 실험방법을 적용하되 용매에 따른 차이를 알아보기 위하여 용매의 종류를 증류수와 자연수로 나누어 실험을 진행하였다. 자연수는(하천수)는 경북 구미시에 위치한 한천 상류 지점에서 채수하여 GF/C(유리섬유여과지) 로 여과 한 후 용매로 사용하였으며(pH 6.
- 본 연구에서는 순환골재에 의한 pH의 순수 오염정도와 자연계에서의 실제오염 영향을 평가하기 위해 증류수(DW; Distilled Water)와 자연수(하천수)를 용매로 사용하여 비교실험을 진행하였으며, 순환골재가 현장에 재활용 되었을 때 토양에 의한 pH 완충능을 분석하기 위해 순환골재와 토양층의 비율에 따른 pH변화 분석을 실시하였다. 또한 환경에 미치는 영향을 알아보기 위하여 현장재현 모형시험을 통해 pH 영향을 평가하였다.
- 2). 실험은 총 1, 2차로 나누어 진행하였으며, 1차 실험은 현장에 가로 50cm, 세로 50cm, 높이 50cm 모형 2기를 설치하여 골재량 총 250kg으로 하여 증류수와 하천수로 나누어 각각 오염된 침출수를 발생시켜 하천에 직접 흘려보내는 방법으로 실험을 진행하였다(Fig. 3). 2차 실험은 유출수의 유량이 차지하는 비율이 작아 하천에 미치는 영향이 작을 것이라는 가정하에 골재를 직접 하천에 침지시켜 골재를 통과한 유출수의 유량을 늘리도록 조작하여 실험을 진행하였다.
- 2차 실험은 유출수의 유량이 차지하는 비율이 작아 하천에 미치는 영향이 작을 것이라는 가정하에 골재를 직접 하천에 침지시켜 골재를 통과한 유출수의 유량을 늘리도록 조작하여 실험을 진행하였다. 총 유량 794m3/day의 소하천에 골재 400kg을 넣어 유출수를 합류지점 유량의 약 40%를 차지하도록 하였다(Fig. 3). 하천의 조사지점 별로 채수한 수질시료는 현장에서 휴대용 수질측정기를 이용하여 pH, 전기전도도를 측정하였다.
- 토양층을 하부에 위치시키고 골재를 상부에 위치시켜 골재를 통과한 유출수가 토양층을 통과하도록 하였고, 유출횟수는 1회에 1리터 씩 20회를 적용하였다. <토양:골재>층의 비율은 각각 1:1(골재 21cm, 토양 21cm), 1:2(토양 14cm, 골재 28cm), 1:3(토양 10cm, 골재 30cm), 1:4(토양 8cm, 골재 32cm), 1:7(토양 5cm, 골재 35cm) 비율로 조정하여 순환골재 유출수의 pH를 분석하였다(Fig. 1).
- 01×10-2cm/s인 마사토를 사용하였다(Ministry of Environment 2009). 토양층을 하부에 위치시키고 골재를 상부에 위치시켜 골재를 통과한 유출수가 토양층을 통과하도록 하였고, 유출횟수는 1회에 1리터 씩 20회를 적용하였다. <토양:골재>층의 비율은 각각 1:1(골재 21cm, 토양 21cm), 1:2(토양 14cm, 골재 28cm), 1:3(토양 10cm, 골재 30cm), 1:4(토양 8cm, 골재 32cm), 1:7(토양 5cm, 골재 35cm) 비율로 조정하여 순환골재 유출수의 pH를 분석하였다(Fig.
- 3). 하천의 조사지점 별로 채수한 수질시료는 현장에서 휴대용 수질측정기를 이용하여 pH, 전기전도도를 측정하였다.
- 현장과 유사한 조건의 모형을 재현하여 순환골재로부터 발생한 높은 pH가 실제 환경에 미치는 영향을 평가함으로써 순환골재의 환경적합성을 분석한 결과를 정리하면 다음과 같다.
대상 데이터
- 수질조사는 site 1∼5까지 총 5개 지점에서 실시하였다 (Fig. 2).
- 자연수는(하천수)는 경북 구미시에 위치한 한천 상류 지점에서 채수하여 GF/C(유리섬유여과지) 로 여과 한 후 용매로 사용하였으며(pH 6.5∼7.5), 증류수는 pH 5.8∼6.3 범위의 용매를 사용하였다.
- 층의 모형은 가로 25cm, 세로 50cm, 높이 43cm의 총 용적 53,750cm3로 제작하여 골재는 M사의 도로보조기층용으로 사용되고 있는 25mm이하의 골재를 사용하였으며, 토양은 투수계수 1.01×10-2cm/s인 마사토를 사용하였다(Ministry of Environment 2009).
- 환경영향 분석은 경북 구미시 장천면 한천 상류지점을 대상으로 소하천의 상류를 site 1로 하였고, 중류를 site 2, 하류를 site 3으로 하였으며, 합류되는 본류의 상류를 site 4, 합류부 하류를 site 5로 선정하였다. 수질조사는 site 1∼5까지 총 5개 지점에서 실시하였다 (Fig.
이론/모형
- 순환골재 용출수의 실험방법으로는 실험 결과값의 타당성을 비교하기 위하여 국내에서 통용되고 있는 토양 및 폐기물 공정시험 기준에 의한 방법, 국립환경과학원(안), 본 연구(안)의 4개방법으로 분석을 실시하였다(Table 1). 또한, 같은 실험방법을 적용하되 용매에 따른 차이를 알아보기 위하여 용매의 종류를 증류수와 자연수로 나누어 실험을 진행하였다.
성능/효과
- 1. 용매의 종류에 따른 pH농도를 비교한 결과, 증류수를 용매로 시험했을 때보다 자연수(하천수)를 용매로 했을 때 pH 0.47∼1.63로 낮게 나타났다.
- 1차 실험에서 유출수가 유입되기 전 site 1과 유출수의 유입이 있는 site 2를 비교한 결과 site 1과 site 2는 pH 7.4∼8.0(평균 pH 7.71), site 3은 pH 7.4∼8.1(평균 pH 7.81)로 나타났다.
- 2. 토양층과 골재층의 비율에 상관없이 유출수의 초기농도는 pH 6.4∼7.5정도로 비슷한 양상을 보였다.
- 2차 실험 측정결과, site 1∼3은 각각 평균 pH가 7.7로 pH의 변화가 거의 없었으며 1차 실험과 유사한 결과 값을 보였다.
- 3. 고농도의 순환골재 유출수를 발생시켜 하천에 직접 방류시켜 하천의 pH 변화를 분석한 결과, 고농도의 순환골재 유출수가 유입되기 전과 후의 하천 수질 변화가 작아 순환골재 유출수에서 발생한 오염물질들은 하천에 미치는 영향이 거의 없는 것으로 평가되었다.
- 4. 이상의 실험 결과를 토대로 하면 순환골재에 의한 pH의 순수오염정도는 자연계에서의 실제 오염농도와는 차이가 있음을 확인하였다. 따라서 순환골재의 고농도 pH를 가지는 용출수는 자연 수의 pH 완충능력에 의해 실제 환경에 미치는 영향이 크게 감소할 가능성이 높다고 판단된다.
- pH 9.8 기준은 2009년 「순환골재 사용용도 세분화·구체화 및 환경피해 예방 기준(안)마련 연구(환경부)」에 의해 처음 제시되었으며, 이 보고서에 따르면 외국의 수질기준인 pH 6.5∼10(영국), pH 5.5∼9.5(프랑스)와 어류의 생존범위인 pH 10이하를 문헌적 근거로 하였으며, 실험적으로 일반적인 순환골재의 pH 범위인 11∼12를 pH 9.5∼9.8 수준으로 낮출 경우 순환골재 용출수가 토양깊이 1m를 통과한후 용출수의 pH가 8.6 수준으로 저감됨을 확인하여 순환골재의 pH를 9.8 이하로 설정하였다.
- 증류수와 달리 자연수 중에는 이산화탄소의 용해에 의해 HCO3, CO32-이온이 존재하는데 이는 외부에서 염기성 물질이 들어와도 비교적 안정한 pH를 유지하도록 하는 완충능력이 있다. 따라서 자연수(하천수)는 완충능력(buffer capacity)에 의해 알칼리성 물질이 용출되더라도 pH 변화 폭이 작게 나타난 것으로 분석되었다.
- 7). 또한 site 3의 pH 농도는 순환골재를 통과한 유출수(site 2)의 영향보다는 순환골재 유출수가 합류하기 전인 site 1의 값과 유사한 경향을 보여 순환골재를 통과한 유출수의 영향은 거의 없는 것으로 평가되었다.
- 순환골재 모형에서 발생한 유출수의 pH는 증류수가 10.58∼10.80, 하천수가 9.03∼10.01 범위를 보였으며 전기전도도는 증류수가 290∼520㎲/cm, 하천수가 347∼358㎲/cm 범위를 보였다(Fig. 6).
- 시료를 파쇄하지 않고 사용하는 본 연구(안)과 국립환경과학원(안)의 시험방법으로 측정한 결과를 비교해 보면, 증류수는 pH 10.11∼11.57의 범위를 나타냈고, 자연수(하천수)는 pH 9.08∼10.89의 범위를 나타냈다.
- 입경이 작을수록 pH농도가 높게 나타났으며 용매의 종류에 따라 측정한 결과를 비교해 보면, 시료를 파쇄하여 사용하는 토양 및 폐기물 공정시험기준의 경우 증류수는 pH 11.45∼12.10의 범위를 나타냈고, 자연수(하천수)는 pH 9.85∼11.69의 범위를 나타냈다.
- 층 1:4이상부터는 유출수 10L이상부터 고농도의 pH가 발생했지만 층 1:3이하부터는 침출수 pH 평균 농도가 pH 6.40∼7.80의 수준을 유지하는 것으로 나타났다.
- 층의 비율에 따른 pH 감소 농도를 확인한 결과, 토양층과 골재층의 비율에 상관없이 유출수의 초기농도는 pH 6.4∼7.5정도로 비슷한 양상을 보였으나 층 비율이 1:4 이상부터는 pH가 점점 증가하여 유출량 10L 이상부터는 pH가 골재 용출수 pH 11.75와 비슷하거나 pH 12.0 이상의 값을 나타내었다.
- 따라서 순환골재의 고농도 pH를 가지는 용출수는 자연 수의 pH 완충능력에 의해 실제 환경에 미치는 영향이 크게 감소할 가능성이 높다고 판단된다. 특히 실제 현장에서 토양층의 확보가 이뤄진다면 토양의 자연정화 능력에 의해 환경에 미치는 영향은 더욱 작을 것으로 판단되었다.
- 평균적으로 용매를 자연수(하천수)로 했을 때 증류수보다 pH 0.47∼1.63정도 낮게 측정되었다(Table 2).
후속연구
- 건설교통부(2005)에 따르면, 국내 골재 부존량은 개발 가능량을 기준으로 할 때 55억m3 수준에 달하고 있는데, 이는 현재의 골재 수요량이 유지된다고 가정할 때, 약 30년 정도 공급이 가능한 물량이다. 따라서 특별한 골재수급 대책이 수립되지 않는 한, 향후 20년 이후로는 골재 자원의 고갈현상이 심화될 것으로 전망하고 있다.
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