[논문]토양 및 지하수 오염지역에 대한 전기비저항탐사의 적용성 연구

채승헌; 이상은; 정교철

doi:10.9720/kseg.2020.4.525

토양 및 지하수 오염지역에 대한 전기비저항탐사의 적용성 연구
A Study on the Applicaton of Electrical Resistivity Survey in the Contaminated Soil and Groundwater Site 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.30 no.4, 2020년, pp.525 - 539

채승헌 (롯데건설) , 이상은 (강원대학교 에너지공학부) , 정교철 (안동대학교 지구환경과학과)

초록
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본 연구지역은 피혁 제조공정에서 발생된 고형폐기물, 처리용수 및 유류 저장용기 등이 매립되어 있는 지역이다. 피혁폐기물 매립으로 발생된 침출수에 의한 오염영역을 파악하기 위하여 토양·지하수 오염도 조사 및 전기비저항탐사를 수행하였다. 토양오염 분석 결과 TPH와 아연 항목에서 토양오염 우려기준을 초과하였으며, 침출수 및 지하수의 경우 6가 크롬 항목이 지하수 정화기준을 초과하는 것으로 파악되었다. 전기비저항탐사는 토양·지하수 오염특성 및 확산경로를 파악하기 위하여 쌍극자배열법으로 전극간격이 5 m인 총 10개의 측선을 설정하였다. 토양·지하수 오염도 조사의 결과와 저비저항이상대가 비교적 잘 일치하였다. 따라서 본 연구지역과 같이 폐기물 매립에 따른 불규칙한 지층분포와 토양·지하수가 복합적으로 오염된 지역에서 전기비저항탐사를 병행하면 오염원에 의한 수직?수평적인 확산경로, 오염영역 및 향후 오염 예상지역에 대한 모니터링을 계획하는데 있어서 유용한 조사기법으로 사용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

A site containing buried solid waste and treated water and oil storage containers from a leather manufacturing plant was studied through soil and groundwater pollution and electrical resistivity surveys with the aim of identifying areas polluted by leachate generated by landfilling with leather waste and leakage wastewater. It was found that TPH and Zn exceeded environmental standards for soil pollution and, for leachate and groundwater, Cr(VI) concentrations exceeded standard levels for groundwater quality. An electrical resistivity survey was used to elucidate soil and groundwater pollution characteristics and diffusion pathways. Ten survey lines were set up with an electrode spacing of 5 m in a dipole-dipole array. The hydraulic characteristics of soil determined by groundwater contamination surveys matched well the low-resistivity-anomaly zones. Electrical resistivity surveys of areas containing contaminated soil and groundwater that have irregular strata due to waste reclamation are thus useful in highlighting vertical and horizontal pollutant diffusion pathways and in monitoring contaminated and potentially contaminated areas.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Map of the trench excavation.
그림 Fig. 2. Map of boring sites.
그림 Fig. 3. Schematic diagram of the dipole-dipole array.
그림 Fig. 4. Arrangement of survey lines in the electrical resistivity survey.
그림 Fig. 5. View of soil contaminated by landfilling with leather-production waste.
그림 Fig. 6. Soil contamination distribution based on trench survey results.
표 Table 1. Results of soil contamination analysis (unit: mg/kg)
표 Table 2. Results of water quality analysis (unit: mg/kg)
그림 Fig. 7. Results of electric resistivity survey on the EL-1 line.
그림 Fig. 8. Results of the electric resistivity survey in the leather-waste landfill area.
그림 Fig. 8. Continued.
그림 Fig. 8. Continued.
그림 Fig. 9. Distribution of contamination sources and leachate diffusion pathways (A, B, C = waste landfill areas).
그림 Fig. 10. Contamination distribution and leachate diffusion pathways based on this study.

AI 본문요약
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문제 정의

연구지역은 택지개발부지 내에 매립된 피혁폐기물, 석유류 저장용기 및 침출수가 주변의 토양과 지하수를 오염시키고 있어, 향후 택지개발부지 내에 거주하는 주민들의 건강에 직접적인 영향을 미치므로 정확한 환경조사가 필요한 실정이다. 이에 따라 토양, 지하수 조사 및 전기비저항탐사를 수행함으로써 이 지역에 대한 오염 특성 및 그 경로를 파악하는데 본 연구의 목적이 있다.

제안 방법

1에서 TO-4, 6, 7, 8, 9, 16과 G-1, 2, 3, 그리고 Fig. 2에서 BTO-2, BH-1, 2, 3, 4, 6, 8, 9를 선정하여 채취하였으며, 분석항목은 23개 항목이다.
금번 연구현장에서 해석의 정확성 및 지질구조와의 적합성을 유지시키기 위하여 쌍극자배열법으로 측정한 전기비저 항탐사 자료를 국내에서 널리 사용되는 자료해석용 프로그램인 “DIPROWIN”을 이용하였다. 자료처리는 가단면도상의 측정값을 자료처리 소프트웨어에 입력하고 측점별 지형고도를 입력하여 지형보정을 실시하며, 적절한 역산 변수를 설정하여 역산 수행하고, 지하 매질의 진 전기비저항 단면도를 작성하였다.
적용: 매립 폐기물의 오염물질에 의한 토양 및 지하수의 오염범위를 파악하기 위하여 전기비저항 탐사를 수행하였으며, Fig. 4와 같이 탐사 측선의 전극 간격은 5.
채취된 토양시료는 분석 항목(중금속류, 시안, 유기물질 및 유류(TPH, BTEX))에 따라 중금속류 분석용 시료는 폴리에틸렌 봉지에 담았다. 시안 및 유기물질 분석용 시료는 입구가 넓은 유리병에 보관하였다.
피혁 폐기물 매립지역에 대한 트랜치 굴착 및 시추를 통하여 얻어진 토양 및 지하수 시료를 채취하고 다양한 분석법에 의해 오염도 평가를 수행하였다. 토양 및 지하수 오염 특성과 오염 경로를 파악하기 위해 전기비저항 탐사를 실시하였으며, 이 지역의 오염 특성 및 탐사자료를 종합분석한 결과는 다음과 같다.
토양시료는 1m 간격으로 채취하였으며, 오염 정도가 심한 구간을 토양오염공정시험 방법에 따라 채취하고 공인된 분석 방법에 따라 실시하였고, 분석은 16개 항목에 대하여 수행하였다. 침출수는 폐기물 매립지역, 침출수 확산지역, 토양오염 지역 및 원지반 지역으로 구분하여 채취하였으며, 지하수는 연구지역의 남쪽하류에 위치한 관정을 이용하여 채취하였다.
트랜치 굴착으로부터 육안관찰에 의한 흙의 오염상태를 파악하고 폐기물 분포지역, 유류누출의 예상지역 및 침출수 확산지역을 평가하였으며, 각각의 지점에서 수질분석을 실시하하였다. 트랜치 굴착지점의 조사결과를 토대로 설정된 시추 지점에서 토양 시료를 채취하여 토양오염도를 분석하고 지하수위를 측정하였으며, 이들 결과를 중심으로 오염된 지역에서 전기비저항 탐사를 실시하고 그 결과를 토양 및 지하수 오염과의 연관성을 파악하였다.
트랜치(trench) 굴착에 의한 조사는 피혁공장 부지와 주변지역에 대한 현장조사인 기초조사를 실시하고, 비오염지역, 폐기물 예상매립지역, 유류저장시설 주변지역 및 기타 토양오염 예상지역을 위주로 Fig. 1과 같이 21개 지점(TO-1~TO-21)을 선정하여 수행하였다.
피혁 폐기물 매립지역에 대한 트랜치 굴착 및 시추를 통하여 얻어진 토양 및 지하수 시료를 채취하고 다양한 분석법에 의해 오염도 평가를 수행하였다. 토양 및 지하수 오염 특성과 오염 경로를 파악하기 위해 전기비저항 탐사를 실시하였으며, 이 지역의 오염 특성 및 탐사자료를 종합분석한 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

트랜치(trench) 굴착에 의한 조사는 피혁공장 부지와 주변지역에 대한 현장조사인 기초조사를 실시하고, 비오염지역, 폐기물 예상매립지역, 유류저장시설 주변지역 및 기타 토양오염 예상지역을 위주로 Fig. 1과 같이 21개 지점(TO-1~TO-21)을 선정하여 수행하였다. 여기서, G-1~G-3는 울트라 건설, 포스코 건설 및 SK 건설의 현장사무소 지하수 관정이다.
BTEX 및 TPH 분석용 시료는 채취한 시료 Liner를 절개하여 오염 개연성이 가장 크다고 판단되는 구간(±15 cm)을 채취하였다
2와 같이 설정하였으며, 시추시 타격식 장비(air percusion)를 사용하였다. 시추는 총 25개소로서 이중 9개소(BH-1~BH-9)는 전기비저항 탐사결과에서 저비저항 이상대를 보이는 곳에 추가로 수행하였다. 이때 토양정밀조사지침(토양환경보전법 제5조4항 및 동법 시행령 제9조 제2항)에 준하여 토양시료를 채취하였으며, 심토시료는 표토시료 3개소에 1개소의 비율로 채취하였다.
시추는 총 25개소로서 이중 9개소(BH-1~BH-9)는 전기비저항 탐사결과에서 저비저항 이상대를 보이는 곳에 추가로 수행하였다. 이때 토양정밀조사지침(토양환경보전법 제5조4항 및 동법 시행령 제9조 제2항)에 준하여 토양시료를 채취하였으며, 심토시료는 표토시료 3개소에 1개소의 비율로 채취하였다. 채취 심도는 지표면에서 15m 까지로 하였으며 채취 시료수는 5점으로 하였다.
침출수는 폐기물 매립지역, 침출수 확산지역, 토양오염 지역 및 원지반 지역으로 구분하여 채취하였으며, 지하수는 연구지역의 남쪽하류에 위치한 관정을 이용하여 채취하였다. 침출수 및 지하수 시료채취는 20개 지점, 즉 Fig. 1에서 TO-4, 6, 7, 8, 9, 16과 G-1, 2, 3, 그리고 Fig.
토양시료는 1m 간격으로 채취하였으며, 오염 정도가 심한 구간을 토양오염공정시험 방법에 따라 채취하고 공인된 분석 방법에 따라 실시하였고, 분석은 16개 항목에 대하여 수행하였다. 침출수는 폐기물 매립지역, 침출수 확산지역, 토양오염 지역 및 원지반 지역으로 구분하여 채취하였으며, 지하수는 연구지역의 남쪽하류에 위치한 관정을 이용하여 채취하였다. 침출수 및 지하수 시료채취는 20개 지점, 즉 Fig.

이론/모형

금번 연구현장에서 해석의 정확성 및 지질구조와의 적합성을 유지시키기 위하여 쌍극자배열법으로 측정한 전기비저 항탐사 자료를 국내에서 널리 사용되는 자료해석용 프로그램인 “DIPROWIN”을 이용하였다
쌍극자 배열법은 신속하게 수직 및 수평탐사를 수행할 수 있어 비교적 광역적으로 지하의 2차원적인 전기비저항에 대한 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있으며, 사용된 전기비저항탐사 측정 장비는 스웨덴 ABEM사의 SAS-4000을 이용하였다.
토양 ‧ 지하수 채취시료의 분석은 그 성상에 따라 구분하여 수행하였다. 토양 시료는 토양환경보전법 제10조 규정에 의한 토양오염공정시험방법에 따라 분석하였으며, 침출수 및 지하수는 먹는물관리법 제5조의 2(먹는물수질공정시험방법, 환경부고시 제2002-91호)규정에 따라 분석하였다.

성능/효과

(1) 트랜치 굴착에 의한 조사 결과로부터 피혁 폐기물 매립 및 토양오염 지역, 일반 폐기물 및 토양오염 지역, 피혁 폐기물과 침출수 확산에 의한 토양오염 지역 및 유류누출 지역을 확인하였다.
(2) 토양 및 지하수 오염 분석결과, 유류성분(TPH)에 의한 토양오염 우려기준 초과 및 오염 예상지역은 피혁공장의 남서쪽에 위치한 유류탱크 매설지역과 하류의 누출확산지역이며, 중금속 성분에 의한 토양오염 지역은 남서쪽에 위치하고 있는 폐기물 매립지 및 하류지역과 남동쪽에 위치한 오 ‧ 폐수 처리장 하류의 누출폐수 확산지역이다. 6가 크롬에 의한 오염지역은 남서쪽에 위치한 폐기물 매립지역과 하류의 침출수 확산지역으로 평가하였다.
(3) 택지개발 및 폐기물 매립으로 인하여 불규칙한 지층분포를 갖는 연구 지역에서 전기비저항 탐사를 실시한 결과, 저 비저항 이상대로부터 오염영역의 공간적 분포와 오염물질의 확산 경로를 파악할 수 있었다.
(4) 기초조사, 트랜치 굴착에 의한 육안관찰, 토양 및 지하수 오염 분석 및 전기비저항 탐사를 종합적으로 분석한 결과, 중금속 물질에 의한 지하수 오염 예상 경로는 폐기물 매립지에서 발생된 침출수와 공장 폐수가 하류의 침출수 확산 경로를 따라 오염된 것으로 보이며, 오 ‧ 폐수 처리장 지역의 경우 누출된 폐수가 지하수 유동방향인 동쪽 경로를 따라 오염된 것으로 보인다. 또한, 유류에 의한 토양오염 예상경로는 피혁 폐기물 매립지역내에만 존재하며, 침출수 확산 경로를 따라 추가적인 오염은 없는 것으로 파악되었다.
(2) 토양 및 지하수 오염 분석결과, 유류성분(TPH)에 의한 토양오염 우려기준 초과 및 오염 예상지역은 피혁공장의 남서쪽에 위치한 유류탱크 매설지역과 하류의 누출확산지역이며, 중금속 성분에 의한 토양오염 지역은 남서쪽에 위치하고 있는 폐기물 매립지 및 하류지역과 남동쪽에 위치한 오 ‧ 폐수 처리장 하류의 누출폐수 확산지역이다. 6가 크롬에 의한 오염지역은 남서쪽에 위치한 폐기물 매립지역과 하류의 침출수 확산지역으로 평가하였다.
중금속 물질에 의한 지하수 오염 예상 경로는 폐기물 매립지에서 발생된 침출수와 공장 폐수가 하류의 침출수 확산 경로를 따라 오염된 것으로 파악되며, 오 ‧ 폐수 처리장 지역의 경우 누출된 폐수가 지하수 유동방향인 동쪽 경로를 따라 오염된 것으로 보인다. 또한, 유류에 의한 토양오염 예상경로는 피혁 폐기물 매립지역내에만 존재하며, 침출수 확산 경로를 따라 추가적인 오염은 없는 것으로 파악되었다.

후속연구

이상의 결과들에서 보는 바와 같이 택지개발로 인해 성토지역과 원지반이 혼재된 지역, 폐기물 매립으로 불규칙한 지층 분포를 보이는 지역, 토양 및 지하수가 복합적으로 오염된 지역 등에서 오염조사와 전기비저항 탐사를 병행하여 적용하면, 침출수, 유류 및 누출폐수에 의한 수평 및 수직적인 확산 경로를 파악하고 토양 및 지하수 오염영역을 산정하는데 유용 한 정보를 제공할 뿐만 아니라 오염지역에서 토양 및 지하수 정화전이나 정화완료 후에 오염 예상지역에 대한 모니터링을 계획하는데 도움이 될 것으로 사료된다.

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상세보기
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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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