[논문]토양경작법(Landfarming)을 이용한 유류오염토양의 복원효율 평가

전권호; 한완수; 정현석; 서창일; 박정구

제안 방법

부착식 우수침투방지용 비닐커버를 설치하였다. 복원기간 동안 주기적인 오염토양의 뒤집기(Tilling)와 영양물질(Nutrient) 공급을 실시하였으며, 주요 운전인자를 다음 [표 -1]과 같다. 운전인자의 기준은 EPA에서 수행한 "Burlington Northern Superfiind Site”에서 실제 적용된 값을 참고하였다.
복원기간 중 오염토양의 오염저감율 산정과 미생물의 활성도 측정을 위한 시료채취 및 항목별 분석 횟수를 [표 -2]에 나타내었으며, 최종복원목표는 석유계총탄화수소(TPH)의 토양오염우려기준인 2, 000mg/ kg이하로 설정하였다.
7m1 (418톤)의 오염토양을 굴착하였다. 복원시설의 설치는 설치예정 부지의 주변여건 및 원활한 복원작업을 위해 설치부지 하부로의 오염물질 확산방지를 위한 차수용 2중비닐과 보호용 모래다짐충 설치하고, 우수침투 등으로 인해 발생하는 침출수의 처리를 위해 유공관 및 침출수 저장조를 설치하였다. 그 상부에 두께가 최소 30cm에서 최대 60cm이상이 되지 않도록 굴착 .
토양경작법은 거의 모든 종류의 석유류 오염물질에 대해 법적한계치 이하의 농도저감 효과와 휘발유와 같은 휘발성이 강한 유류에서 부터 윤활유와 같은 비휘발성 유류까지 모두 복원이 가능한 기술이며, 설계와 복원수행시 기술적으로 간편한 특징을 가지고 있다. 본 연구에서는 유류로 오염된 실제 현장 오염 토양에 대해 토양경작법을 적용하여 지속적이고 효과적인 모니터링을 통한 오염저감율과 처리효율을 평가하였다.
그 상부에 두께가 최소 30cm에서 최대 60cm이상이 되지 않도록 굴착 . 이송된 오염토양에 대해 평탄작업을 실시하였으며, 우수침투에 의한 침출수 발생을 최소화하기 위해 탈.부착식 우수침투방지용 비닐커버를 설치하였다.

대상 데이터

본 연구가 진행된 대상지역은 1시에 소재한 오염부지로서 주로 석유계총탄화수소(TPH)에 의해 오염되었으며, 토양오염정밀조사 및 평가결과를 바탕으로 토양경작법에 의한 처리를 위해 약 349.7m1 (418톤)의 오염토양을 굴착하였다. 복원시설의 설치는 설치예정 부지의 주변여건 및 원활한 복원작업을 위해 설치부지 하부로의 오염물질 확산방지를 위한 차수용 2중비닐과 보호용 모래다짐충 설치하고, 우수침투 등으로 인해 발생하는 침출수의 처리를 위해 유공관 및 침출수 저장조를 설치하였다.

이론/모형

복원기간 동안 주기적인 오염토양의 뒤집기(Tilling)와 영양물질(Nutrient) 공급을 실시하였으며, 주요 운전인자를 다음 [표 -1]과 같다. 운전인자의 기준은 EPA에서 수행한 "Burlington Northern Superfiind Site”에서 실제 적용된 값을 참고하였다.

성능/효과

이는 복원 초기휘발 성분이 대부분 휘발되고 미생물의 분해작용에 의존하기 때문에 오염농도의 저감속도가 감소한 것으로 판단된다. 복원중기 단계에서 약 30여일 경과 후 전체 오염토양의 농도가 복원목표치인 TPH 2, 000ppm이하인 l, 910ppm으로 저감되었으며, 복원을 시작한지 20일 경과 후 토양뒤집기를 시행하였음을 고려할 때 [그림 1]에서와 같이 미생물군수가 초기분석치과 비교하여 25일 경과 시점에서는 약 200 배에 해당하는 급격한 증가를 나타내었고, 30일까지의 성장속도는 지수성징"(Logarithmic Growth)의 경향을 보이고 있다. 이와 같은 현상은 20일 경에 투입한 영양분, 특히 질소(N)의 공급이 이루어지고 난TKN(s-TKN) 변화 후 발생한 결과로써 질소(N)원의 공급이 미생물 군수의 성장에 매우 중요함을 알 수 있다.
이때 측정한 전체 질소(N)원의 농도는 470~690ppm이고용해성 질소(N)원은 90~350ppm을 나타내었다. 30일 이후 미생물군수는 약간 증가하였으며, 아울러 오염 토양의 TPH의 감소량도 초기단계보다는 저감속도가 매우 완만해 졌으나 지속적으로 감소되고 있음을 볼 수 있었다. 오염토양 농도의 저감속도가 완만해진 것은 미생물군수의 급격한 지수성장이 지난 후에도 용해성 질소(N)의 값이 90-350 ppm을 유지되고 있는 것으로 미루어 판단해 보면 영양분의 부족으로 인한 것은 아닌 것으로 보인다.
20일 경에 투입한 질소(N)원은 (NH₂)2CO의 형태로써 8kg을 400톤의 토양에 살포하면 (2 x 15/60) x 8kg /400톤 = 10ppm(mg N/kg soil)의 농도가 증가된다. 30일째 추가로 64kg을 투입하여 전체공급 질소(N)원은 약 100ppm(mg N/kg)의 증가효과를 가져왔다. 이때 측정한 전체 질소(N)원의 농도는 470~690ppm이고용해성 질소(N)원은 90~350ppm을 나타내었다.
5~ lg N/kg soilo] 된다. 그러나 분석결과 나타난 초기 총 질소원 양인 200ppm 또는 용해성-질소원(s-TKN)의 양인 30~60ppm의 일부를 미생물이 섭취하여도 미생물 군수의 성장에 필요한 질소(N)원은 상당량이 부족함을 알 수 있었으며, 복원초기부터 20일 경과까지 미생물의 수가 거의 변동이 없는 것으로 보아서 초기 200ppm의 질소원을 미생물이 거의 섭취하지 못한 것으로 판단되었다.
걸쳐 점진적인 감소경향을 보이며 최종적으로 약 TPH l, 288ppm이 검출되었다. 기타 오염물질 농도저감에 관여한 미생물군수, 수분함유량과 토양영양분의 양은 큰 변화 없이 일정하게 감소해 가는 경향을 나타냈다. 이는 토양 내 잔존하고 있는 유류성분이 미생물에 의해 서서히 정화되고 있다는 증거로 볼 수 있다.
오염토양 농도의 저감속도가 완만해진 것은 미생물군수의 급격한 지수성장이 지난 후에도 용해성 질소(N)의 값이 90-350 ppm을 유지되고 있는 것으로 미루어 판단해 보면 영양분의 부족으로 인한 것은 아닌 것으로 보인다. 다만, 오염농도가 복원목표 이하로 저감된 후 토양미생물의 주 섭취 기질인 토양 내 탄소량 즉, 유류오염물질의 양이 감소하여 일정량 이상의 미생물이 활동할 수 없게 됨으로써 나타난 결과로 판단된다. 아울러 미생물군수가 급격히 증가한 시기에 토양 내 수분함량이 급격히 감소하는 현상이 나타나 미생물의 성장에 수분이 많이 소요된 것으로 나타났다.
6사이를 나타내었고 20일 경과까지 일정하게 유지되었으며, 일반적인 토양의 pH가 7~8사이를 유지하는 것과 일치하였다. 또한 토양 내 수분함유량은 초기에 20%를 약간 상회하였으며 지속적인 수분공급을 통해 평균 20~40%을 유지하여 미생물이 활동할 수 있도록 조절하였다.
복원중기 단계에서 복원목표치인 토양오염우려기준 이하로 저감된 오염토양의 농도는 장기간에 걸쳐 점진적인 감소경향을 보이며 최종적으로 약 TPH l, 288ppm이 검출되었다. 기타 오염물질 농도저감에 관여한 미생물군수, 수분함유량과 토양영양분의 양은 큰 변화 없이 일정하게 감소해 가는 경향을 나타냈다.
복원중기 단계에서 오염토양의 TPH 농도가 완만하게 저감되는 경향을 보였다. 이는 복원 초기휘발 성분이 대부분 휘발되고 미생물의 분해작용에 의존하기 때문에 오염농도의 저감속도가 감소한 것으로 판단된다.
다만, 오염농도가 복원목표 이하로 저감된 후 토양미생물의 주 섭취 기질인 토양 내 탄소량 즉, 유류오염물질의 양이 감소하여 일정량 이상의 미생물이 활동할 수 없게 됨으로써 나타난 결과로 판단된다. 아울러 미생물군수가 급격히 증가한 시기에 토양 내 수분함량이 급격히 감소하는 현상이 나타나 미생물의 성장에 수분이 많이 소요된 것으로 나타났다.
이후 오염물질의 저감으로 탄소원이 감소됨에 따라 미생물 성장이 감소되고 이에 따라 오염물질의 농도저감 또한 완만한 속도를 나타내었다. 오염토양의 TPH 농도를 최종적으로 측정한 결과 l, 288ppm으로서 제거효율 94%이상을 나타내어 토양환경보전법에 의한 토양오염 우려 기준 이하로 법적 복원기준치를 만족하였다.
유류로 오염된 토양에 대해 토양경작법(Landfarming)을 적용하여 오염저감율을 평가한 결과, 복원초기(0~20일)에 주로 오염물질의 휘발에 의한 급격하게 오염농도가 감소하였으며, 본격적인 미생물 활동에 의해 복원중기(21~40일)에는 영양물질의 투입으로 인한 질소(N)의 공급증가로 미생물군 수의 급격한 증가를 보였으며 복원시작 후 약 30여일이 경과한 후부터 복원목표치 2,000ppm 이하인 l, 910ppm으로 저감되었다. 이후 오염물질의 저감으로 탄소원이 감소됨에 따라 미생물 성장이 감소되고 이에 따라 오염물질의 농도저감 또한 완만한 속도를 나타내었다.
910ppm으로 저감되었다. 이후 오염물질의 저감으로 탄소원이 감소됨에 따라 미생물 성장이 감소되고 이에 따라 오염물질의 농도저감 또한 완만한 속도를 나타내었다. 오염토양의 TPH 농도를 최종적으로 측정한 결과 l, 288ppm으로서 제거효율 94%이상을 나타내어 토양환경보전법에 의한 토양오염 우려 기준 이하로 법적 복원기준치를 만족하였다.
인(P)은 일반적으로 토양 내에 존재하는 양으로도 미생물 성장에 충분하여 대부분의 토양경작법 처리시 별도로 첨가하지 않으며 분석결과 인의 농도는 2~ 17ppm을 나타내어 별도의 첨가는 불필요할 것으로 판단되었다.
이는 토양 내 잔존하고 있는 유류성분이 미생물에 의해 서서히 정화되고 있다는 증거로 볼 수 있다. 질소(N)원 분석결과 전체 질소(N)원은 500~600ppm, 용해성 질소(N)은 200~240ppm이 유지되고 있는 것으로 나타나 공급된 영양분만큼 미생물에 의해 소모가 되고 있음을 알 수 있었다. 최종단계에서 pH의 상승은 주목할 만한 것으로서 복원중기에 영양분 첨가 후 pH가 7.
질소(N)원 분석결과 전체 질소(N)원은 500~600ppm, 용해성 질소(N)은 200~240ppm이 유지되고 있는 것으로 나타나 공급된 영양분만큼 미생물에 의해 소모가 되고 있음을 알 수 있었다. 최종단계에서 pH의 상승은 주목할 만한 것으로서 복원중기에 영양분 첨가 후 pH가 7.4부근에서 약 8.5 까지 증가하였다. 이는 첨가한 영양물질인 (NH₂)2CO가 미생물에 의해 분해되면서 NH₂에서 NH₄+이 발생된 것으로 판단되며 이로 인하여 pH가 증가한 것으로 사료된다.

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