[논문]토양세척법과 동전기 정화 기술을 이용한 중금속 오염지반의 원위치 정화

김병일; 한상재; 이군택; 김수삼

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김병일 (한양대학교 토목환경공학과) , 한상재 (한양대학교 토목환경공학과) , 이군택 (서울대학교 농생대) , 김수삼 (한양대학교 토목환경공학과)

In this study the field-scale tests were performed in which in-situ E/K remediation technologies were applied, and then the results were present. For traditional E/K remediation method the efficiency of remediation is not large, but the enhanced method with citric acid significantly increases the removal efficiency. Also EDTA, reported as a good enhancement agent for removal of heavy metals, is similar to that of citric acid. Therefore citric acid is preferred rather than EDTA in view of the cost on the contaminant removal per unit concentration.

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문제 정의

본 연구에서는 중금속으로 오염된 사격장에 적용된 원위치 동전기 정화 기술에 대한 현장 시험시공 결과를 제시하였다. 향상제가 사용되지 않은 E/K 기법의 경우, 최종 농도는 초기 농도에 비해 크게 제거되지는 않은 것으로 나타났으며, 향상제로 시트르산을 주입한 조건의 경우 초기 오염농도가 높았음에도 불구하고 최종 잔류농도는 작아 제거율이 상당히 높은 것으로 나타났다.
전국의 클레이 사격장의 토양이 심각하게 오염된 것으로 보고된 이후 이에 대한 적절한 정화 방안 수립이 지속적으로 요구되고 있다(환경부, 2000). 오염된 사격장의 정화를 위한 기술 중 본 연구에서는 동전기 정화 기술에 대한 현장 적용성을 검증하고자 실제 운용되고 있는 클레이 사격장에서의 시험 시 공을 수행하였다. 이때 대상 사격장 부지내에 대한 토양오염 정밀조사 결과 가장 오염이 심한 납의 경우 토양오염 우려기준을 초과하는 지역의 면적은 2379.

제안 방법

한편, 현장에 투입된 시스템은 크게 전력공급 시스템, 주입시스템, 추출시스템 및 중앙 통제실로 이루어져 있다. 또한, 중앙통제실에는 실시간 모니터링 및 제어가 이루어지도록 컴퓨터가 연결되어 있으며, 전체 시스템에 문제가 발생하였을 경우 실시간 전원 차단 및 경보 발생 등이 가능하여 신속히 대처할 수 있도록 하였다.

대상 데이터

현장 시험 시공은 오염이 가장 심각한 지역에서 이루어졌으며, 결정된 영역에 대하여 정화기간, 부 지사용 허가 면적 등을 고려하여 최종 시험 시공 대상 단면을 선정하였다. 이때 정화 영역 깊이는 (+)극과 (-)극간 거리인 0.

성능/효과

또한, 중금속 제거에 탁월한 효과를 보이는 EDTA를 향상제로 사용한 경우 역시 제거율은 상당히 높게 나타났다. 그러나 EDTA 와 시트르산의 제거율이 비슷하게 나타났지만, 세척제의 단가를 고려하면 단위 농도를 제거하기 위한 정화비용은 시트르산이 훨씬 더 유리함을 알 수 있었다.
향상제가 사용되지 않은 E/K 기법의 경우, 최종 농도는 초기 농도에 비해 크게 제거되지는 않은 것으로 나타났으며, 향상제로 시트르산을 주입한 조건의 경우 초기 오염농도가 높았음에도 불구하고 최종 잔류농도는 작아 제거율이 상당히 높은 것으로 나타났다. 또한, 중금속 제거에 탁월한 효과를 보이는 EDTA를 향상제로 사용한 경우 역시 제거율은 상당히 높게 나타났다. 그러나 EDTA 와 시트르산의 제거율이 비슷하게 나타났지만, 세척제의 단가를 고려하면 단위 농도를 제거하기 위한 정화비용은 시트르산이 훨씬 더 유리함을 알 수 있었다.
토양세척공법과 동전기공법의 혼합형태인 향상된 동전기정화 공법의 적용성을 검증하고자 실시된 시 험 시공 결과는 그림 1~3과 같다. 먼저 대조군으로 선택된 비향상 E/K공법의 경우 초기 오염농도가 비교적 낮은 지역에서 수행되었으며, 최종 농도는 초기 농도에 비해 크게 제거되지는 않은 것으로 나타났다. 이는 납의 형태가 주로 탄산결합형태를 취하고 있었기 때문에 양극에서 형성된 수소이온에 의한 이온교환이 원활하지 않아 제거가 다소 어려웠기 때문인 것으로 판단된다(그림 1).
또한, 본 연구에서의 대상 부지의 배경농도(Background concentration)가 6mg/kg〜 10mg/kg인 것으로 고려할 때, 더 이상의 제거는 큰 의미가 없을 것으로 판단 된다(그림 2). 시트르산과 유사하게 기존 연구에서 중금속 제거에서 탁월한 효과를 보여왔던 EDTA를 향상제로 사용한 경우 역시 제거율은 상당히 높게 나타났다. 그러나 EDTA와 시트르산의 제거율은 비슷하게 나타났지만, 세척제의 단가를 고려하면 단위 농도를 제거하기 위한 정화비용은 시트르산이 훨씬 더 유리함을 알 수 있었으며, 추가적으로 시트르산은 지반에 잔류하더라도 생분해될 수 있기 때문에 향후 향상된 E/K 정화 기술에 대한 적용성이 뛰어난 것으로 사료된다.
추가적으로 지면관계상 결과는 제시하지 않았지만, 시간경과에 따른 CASE 별 소비 전력량을 살펴보 면 CASE 1의 경우, 148일동안 총 약 0.8kWh의 전력이 소비되었으며, CASE 3(EDTA를 주입제로 사 용)의 경우 가장 큰 전력(약 lkWh)이 소모되었다. 이는 전 CASE에 걸쳐 동일한 전압을 가해주고 EDTA를 주입한 경우, 전류가 가장 크게 발생하였기 때문이다.
본 연구에서는 중금속으로 오염된 사격장에 적용된 원위치 동전기 정화 기술에 대한 현장 시험시공 결과를 제시하였다. 향상제가 사용되지 않은 E/K 기법의 경우, 최종 농도는 초기 농도에 비해 크게 제거되지는 않은 것으로 나타났으며, 향상제로 시트르산을 주입한 조건의 경우 초기 오염농도가 높았음에도 불구하고 최종 잔류농도는 작아 제거율이 상당히 높은 것으로 나타났다. 또한, 중금속 제거에 탁월한 효과를 보이는 EDTA를 향상제로 사용한 경우 역시 제거율은 상당히 높게 나타났다.

후속연구

시트르산과 유사하게 기존 연구에서 중금속 제거에서 탁월한 효과를 보여왔던 EDTA를 향상제로 사용한 경우 역시 제거율은 상당히 높게 나타났다. 그러나 EDTA와 시트르산의 제거율은 비슷하게 나타났지만, 세척제의 단가를 고려하면 단위 농도를 제거하기 위한 정화비용은 시트르산이 훨씬 더 유리함을 알 수 있었으며, 추가적으로 시트르산은 지반에 잔류하더라도 생분해될 수 있기 때문에 향후 향상된 E/K 정화 기술에 대한 적용성이 뛰어난 것으로 사료된다.

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