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문제 정의
- 본 연구에서는 유류오염 지역인 유류보급 군부대 일대의 지하수에 대한 수질인자별 농도변화, 추적자 시험, 지하수유형분석 등 수리지질학적 특성을 통하여 오염부지에서 나타나는 자연저감의 효과를 파악하고자 하였으며, 이 결과를 토대로 최종적으로 거리별 자연저감율 및 발현된 생분해능(Expressed Biodegradation Capacity, EBC) 등을 평가하고자 하였다. 연구 결과는 아래와 같다.
- 본 연구에서는 유류오염 지역인 유류보급 군부대 일대의 지하수에 대한 정기적인 수질 측정 및 분석, 추적자시험, 오염 특성분석 등 수리지질학적 특성을 통하여 오염부지에서 나타나는 자연저감의 효과를 파악하는데 있으며, 이 결과를 토대로 최종적으로 자연저감율과 발현된 생분해능(Expressed Biodegradation Capacity, EBC)을 평가하고자 한다.
- 조사기간내 총 4차 걸친 상류오염지역(탱크지역)에 위치한 관측정내 자유상 유류두께 및 지하수위의 평균치 이용하여 지하수 흐름과 자유상 유류분포의 상관성을 평가하고자 하였다. 화살표는 지하수의 등수위선을 바탕으로 작성한 지하수 흐름방향 벡터이다(Figure 5).
제안 방법
- 2008년 5월부터 2009년 7월까지 총 4회에 걸쳐 32개소의 지하수 관측정을 활용하여(Figure 2), 지하수 시료에 대해 현장 수질측정 및 실내 수질분석을 실시하였다.
- Br- 용액은 주입정에 60 L을 넣었으며 주입 시간은 약 30분 정도가 소요되었고, 주입한 뒤 약 1시간 간격으로 관측정에서 지하수를 채취하여 Br- 이온농도와 전기전도도(EC)의 변화를 측정하였다.
- 본 연구기간 중 총 4차에 걸쳐 벤젠, 톨루엔, 에틸 벤젠, 자일렌에 대하여 최대/최소 수치, 중앙 및 분위 수(25%, 75%) 수치를 비교할 수 있도록 box plot을 도시하였다(Figure 9). 전체 평균 벤젠의 농도는 0.
- 본 연구에서는 총 4차에 걸친 수질 측정/분석 결과치를 바탕으로 BTEX를 대상으로 생분해능평가(EBC)를 산정하였고(Table 3, 4), 오염되지 않은 최적의 배경 지하수 수질을 확보하기 위해 연구부지 반경 2 km 이내의 비오염지역의 6개의 관정을 확보하여 평균 수질농도를 인용하였다.
- 상류부의 대량탱크지역부터 하류부의 폐기물 수집소까지 Figure 4의 지하수 수두구배를 고려하여 선정된 관측정(Figure 10)을 이용하여 오염원으로부터 거리가 멀어짐에 따른 자연저감율을 평가하였다.
- 시료채취는 일회용 베일러를 이용하였으며 전기 전도도가 안정화된 대표성을 가진 지하수를 채취하기 위해 최소 3번 이상의 퍼징을 하였고, 지하수위 측정은 Solinst사의 수동 수위측정기를 사용하였다. 현장 전자수용체 측정항목은 용존산소(Dissolved Oxygen, DO), Fe2+농도로서 대부분의 현장측정항목은 대기 접촉에 민감할 뿐만 아니라 시료 운반 과정에서 쉽게 수치가 변할 수 있으므로 채취 즉시 측정기기로 분석을 실시하였다.
- 실내 수질분석에 대한 시료채취는 2008년 5월과 2009년 7월까지 총 4차(1차: ’08년5월, 2차: ’08년12월, 3차: ’09년2월, 4차: ’09년7월)에 걸쳐 실시하였으며, 연구지역의 유류오염물질(BTEX)과 주요 양/ 음이온에 대한 농도분석을 실시하였다.
- 양이온 항목은 분석을 위한 시료는 채취 후 0.45 μm membrane filter에 여과하였으며 30 mL HDPE 시료 병에 먼저 15 mL 정도 담은 뒤 염산을 3~4 방울 넣고 뚜껑을 닫아 가볍게 흔들어 생성된 가스를 빼낸뒤 다시 지하수 시료를 채워 넣었다.
- 연구지역 내 지하수의 산화/환원환경 상태를 평가하고자 총 4차에 걸쳐 전자수용체(DO, NO3- , Fe2+ , SO42-)에 대하여 분석하였으며, 이중 DO, Fe2+는 현장 측정치를 이용하였다. 총 4차에 걸친 전자수용체 분석항목의 최대/최소 수치, 중앙 및 분위수(25%, 75%) 수치를 비교할 수 있도록 box plot을 도시하였다(Figure 8).
- 현장 전자수용체 측정항목은 용존산소(Dissolved Oxygen, DO), Fe2+농도로서 대부분의 현장측정항목은 대기 접촉에 민감할 뿐만 아니라 시료 운반 과정에서 쉽게 수치가 변할 수 있으므로 채취 즉시 측정기기로 분석을 실시하였다. 용존상태의 Fe2+는 UV-Spectrophotometer(DR-2010)를 이용하여 현장에서 직접 측정하였으며, 분석 가능한 농도 범위(0~3 mg/L) 이상의 농도일 경우 증류수에 일정량 희석하여 측정하였다.
- 주입정(INW)에서 추적자 물질을 주입 후 MW-1에서 추적자 물질의 브롬 이온농도 및 전기전도도 (Electric Conductivity)를 측정하였다. 추적자 물질로 Kanto사의 순도 99.
- 는 현장 측정치를 이용하였다. 총 4차에 걸친 전자수용체 분석항목의 최대/최소 수치, 중앙 및 분위수(25%, 75%) 수치를 비교할 수 있도록 box plot을 도시하였다(Figure 8).
- 시료채취는 일회용 베일러를 이용하였으며 전기 전도도가 안정화된 대표성을 가진 지하수를 채취하기 위해 최소 3번 이상의 퍼징을 하였고, 지하수위 측정은 Solinst사의 수동 수위측정기를 사용하였다. 현장 전자수용체 측정항목은 용존산소(Dissolved Oxygen, DO), Fe2+농도로서 대부분의 현장측정항목은 대기 접촉에 민감할 뿐만 아니라 시료 운반 과정에서 쉽게 수치가 변할 수 있으므로 채취 즉시 측정기기로 분석을 실시하였다. 용존상태의 Fe2+는 UV-Spectrophotometer(DR-2010)를 이용하여 현장에서 직접 측정하였으며, 분석 가능한 농도 범위(0~3 mg/L) 이상의 농도일 경우 증류수에 일정량 희석하여 측정하였다.
대상 데이터
- Br- 이온의 농도는 오리온사(ORION CO.)의 이온선택성전극(ISE) 및 미터기를 사용하였고 EC 수치변화 측정에는 호리바사(HORIBA CO.)의 전극과 미터기를 사용하였다.
- 대상지역은 유류물질 중 휘발유 및 경유로 오염된 지역으로 오염원인은 지하탱크에서 분기하는 송유관의 노후화로 인한 누유로 조사되었다. 유류 저장 및 취급 목적으로 상류부에는 주 오염지역인 대량탱크 시설, 하류부에는 폐기물 수집소, 주유대 시설 등이 존재하고 있다.
- 대상지역의 상류쪽에는 야산이 존재하고 있으며 하류쪽에는 사면 및 평지를 이루어져 있고, 지표하 6.0 m까지는 황갈색의 모래질을 함유한 매립층(Landfilled Layer)으로 구성되었으며 그 이하 심도에서 화강암을 모암으로 하는 완전 풍화된 실트 섞인 모래질을 함유한 풍화대층을 구성되었다.
- 주입정(INW)에서 추적자 물질을 주입 후 MW-1에서 추적자 물질의 브롬 이온농도 및 전기전도도 (Electric Conductivity)를 측정하였다. 추적자 물질로 Kanto사의 순도 99.0%인 KBr(Potassium Bromide)을 사용하였으며 증류수 60L에 16,630 mg/L 농도로 용해한 뒤 이용하였다. Br- 용액은 주입정에 60 L을 넣었으며 주입 시간은 약 30분 정도가 소요되었고, 주입한 뒤 약 1시간 간격으로 관측정에서 지하수를 채취하여 Br- 이온농도와 전기전도도(EC)의 변화를 측정하였다.
- 추적자 시험은 오염물질의 확산에 대하여 어느 관정보다 직접적인 결과를 얻을 수 있고 연구지역 내 가장 오염도가 높은 대량탱크 지역내 3개소의 관정(INW:1개소, MW:2개소)을 대상으로 실시하였다(Figure 3).
성능/효과
- 1. 지하수의 주 흐름대는 북 또는 북동에서 남서방향인 것으로 나타났으며, 주 오염지역인 대량탱크 부지 내 자유상 유류는 오염면적 중 좌측 상하부 길게 분포하고 있으며 이는 지하수의 주 흐름방향과 유사한 것으로 나타났다.
- 1차 조사결과 발현된 생분해능은 EBCDO는 1.369 mg/L가 산정되었고 2차 조사에서는 1.757 mg/L가 산정되었으며 3차에서는 이보다 감소한 0.716 mg/L, 그리고 4차에서는 1.253 mg/L로 산정되어 호기성 호흡으로 발현된 생분해능은 평균 1.745 mg/L로써 13%를 차지한다. 탈질화과정(Denitrification)은 1차 조사에서 6.
- 2. 추적자시험 결과 유효공극률은 0.275로 나타났 으며 종분산지수 (αL)는 0.1 m로 산정되었다.
- 4. 거리에 따른 자연저감율을 평가한 결과, 선형기울기는 -0.0248(k/Vx)로 계산되었으며 산정된 체적 저감율(k)은 1.7×10-3/day로 나타났다. 또한 연구지역의 발현된 BTEX 총 생분해능은 9.
- 2008년 5월에 조사한 수위를 바탕으로 조사지역의 등수위도를 작성하여 지하수 유동방향을 나타내 었다(Figure 4). 등수위선도는 지반고의 지형구배와 유사하게 나타났으며, 지하수의 주 흐름대는 북 또는 북동에서 남서방향인 것으로 나타났다.
- 6%로 가장 큰 영향을 주는 redox 과정임을 확인하였다. 따라서 본 유류오염지역의 지하수 BTEX 평균 오염농도가 1.346 mg/L임을 고려할 때 생분해에 의한 자연저감이 충분할 것으로 판단된다.
- 7×10-3/day로 나타났다. 또한 연구지역의 발현된 BTEX 총 생분해능은 9.1~10.0 mg/L의 범위(평균 9.7 mg/L)에 있으며 현장부지에서 탈질화 과정이 약 63.6%로 가장 큰 영향을 주는 redox 과정임을 확인하였다. 따라서 본 유류오염지역의 지하수 BTEX 평균 오염농도가 1.
- 분석결과, 조사지역내 지하수는 대부분 전형적인 지하수 수질 유형인 Ca-HCO3 유형으로 나타났으며, 폐기물 수집소 부지에서는 외부 요인으로 판단되는 SO42- 성분이 상대적으로 크게 나타남에 따라 Ca-SO4 유형도 확인되었다.
- 상기의 발현 생분해능의 범위는 9.1~10.0 mg/L 로 본 유류오염지역의 지하수 BTEX 오염농도 평균 1.326 mg/L임을 고려할 때 생분해능은 충분할 것으로 판단된다.
- 특히 대량탱크구간과 폐기물 수집소 사이의 사면을 형성하는 지형구배로 인한 큰 수두차를 보이고 있으며 탱크 사면 직하부에는 배수로(회수트렌치)가 위치하고 있다(Figure 11). 인용관정의 수평거리에 따른 토양 및 지하수의 오염양태는 유사하게 나타났으며, 대량탱크 하단부에 위치한 WE1 관정에서 토양 및 지하수내 평균 BTEX 농도가 각각 845.9 mg/kg, 32.48 mg/L로 매우 높은 수치를 보였다. 토양오염 농도는 배수로(회수트렌치) 인접 하부에 위치한 SA80 관정에만 확인된 반면 지하수 오염농도는 폐기물 수집소 하류부에 위치한 관측정까지 확인된 것으로 나타나, 토양보다 지하수에 의해 오염범위가 더 넓게 나타났다(Figure 12).
- 14 mg/L(4차)로 전체적으로 감소하는 추세를 보였다. 전반적으로 BTEX의 개별 항목 모두에서 1차 분석시에 비교하여 2차 분석시 일부 시료(주로 대량탱크 주변과 폐기물 수집소)에서 큰 농도의 영향으로 일시 상승하였다가, 3, 4차시 전체적으로 소폭 감소하는 것으로 나타났다.
- 기존 지하수 오염조사결과에 따르면 생활용수기준 이상의 지하수의 오염농도 분포가 광범위하게 나타났다. 조사지역의 오염원인 유종을 파악하기 위해 오염관정의 자유상(Free phase) 유류에 대해 유종분석을 수행한 결과, 대체로 풍화가 진행된 휘발유와 경유가 혼재된 것으로 분석되었다(Figure 1).
- 1 m로 산정되었다. 지하수 수질유형은 일반적인 Ca-HCO3 유형으로 나타났 으며 폐기물 수집소에서는 외부 요인으로 판단되는 SO42- 성분이 상대적으로 크게 나타나 Ca-SO4 유형도 확인되었다.
- 전자수용체에 대한 분석결과, 전체적인 전자수용체 항목별, 관정 위치별로 농도의 높고 낮음이 다양하게 나타나며, 향후 오염물질 분해 및 자연저감이 충분히 일어날 것으로 사료된다. 총 4차에 걸친 BTEX 분석 결과 유류탱크 주변과 폐기물 수집소 등에서만 큰 농도 상승이 나타나고 전체적으로는 소폭 감소하였다. 연구지역 내 지하수는 지하수 생활용수 기준 이상의 오염상태가 확인됨에 따라 계절에 따른 장기적인 모니터링이 필요하며, 적극적인 정화가 종료된 시점 이후에 자연저감 기능에 의존할 필요가 있을 것으로 판단된다.
- 추적자 시험결과, MW-1에서 브롬 이온농도와 전기전도도 수치는 유사한 추세선을 보이고 있으며, 추적자로 쓰인 Br의 농도는 배경농도 0.0 mg/L에서 최고농도 325 mg/L로 급격한 변화를 보였다(Figure 6).
- 745 mg/L로써 13%를 차지한다. 탈질화과정(Denitrification)은 1차 조사에서 6.673 mg/L로 산정되었고 2차에서는 6.121 mg/L로 산정되었으며, 추가적으로 3차에서는 6.273 mg/L로 산정되었으며 4차 조사에서는 5.79 mg/L로 전자수용체 진행과정 중 가장 우세하게 나타났다. 발현된 탈질과정의 평균 생분해능은 6.
- 48 mg/L로 매우 높은 수치를 보였다. 토양오염 농도는 배수로(회수트렌치) 인접 하부에 위치한 SA80 관정에만 확인된 반면 지하수 오염농도는 폐기물 수집소 하류부에 위치한 관측정까지 확인된 것으로 나타나, 토양보다 지하수에 의해 오염범위가 더 넓게 나타났다(Figure 12).
- 6%를 차지한다. 황산염 환원과정은 1차 조사에서 2.027 mg/L로 산정되었으며 2차 조사에서는 2.024 mg/L로 다소 감소하는 경향을 나타냈으며 이후 3차, 4차 조사에서 각각 2.159 mg/L, 2.9372 mg/L로 수치적으로 큰 변동을 보이지 않았으며 평균 2.287 mg/L로써 23.4%을 차지한다.
후속연구
- 3. 전자수용체에 대한 분석결과, 전체적인 전자수용체 항목별, 관정 위치별로 농도의 높고 낮음이 다양하게 나타나며, 향후 오염물질 분해 및 자연저감이 충분히 일어날 것으로 사료된다. 총 4차에 걸친 BTEX 분석 결과 유류탱크 주변과 폐기물 수집소 등에서만 큰 농도 상승이 나타나고 전체적으로는 소폭 감소하였다.
- 연구지역 내 지하수는 지하수 생활용수 기준 이상의 오염상태가 확인됨에 따라 계절에 따른 장기적인 모니터링이 필요하며, 적극적인 정화가 종료된 시점 이후에 자연저감 기능에 의존할 필요가 있을 것으로 판단된다.
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