초록 ▼

1. 문제제기 (연구목적 및 필요성)
가. 환경기술적 또는 사회경제적 문제
급격한 도시화 및 산업화의 결과 최근에는 자연상태에서는 존재하지 않는 수많은 유기화합물이 다량으로 배출되고 있어 심각한 환경오염을 유발하고 있다. 이러한 유기화합물은 대부분이 난분해성 물질이어서 자연생태계에 오래 잔류하여 생태계파괴를 초래할 뿐 아니라 인간과 접하게 되면 공중 보건에도 악영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 특히 이들 물질들은 토양 오염 및 지하수 오염의 주원인 물질로 알려져 있어 이들에 관한 철저한 관리가 필요하다고 하겠다. US

1. 문제제기 (연구목적 및 필요성)
가. 환경기술적 또는 사회경제적 문제
급격한 도시화 및 산업화의 결과 최근에는 자연상태에서는 존재하지 않는 수많은 유기화합물이 다량으로 배출되고 있어 심각한 환경오염을 유발하고 있다. 이러한 유기화합물은 대부분이 난분해성 물질이어서 자연생태계에 오래 잔류하여 생태계파괴를 초래할 뿐 아니라 인간과 접하게 되면 공중 보건에도 악영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 특히 이들 물질들은 토양 오염 및 지하수 오염의 주원인 물질로 알려져 있어 이들에 관한 철저한 관리가 필요하다고 하겠다. US EPA (1990)에 의하면 perchloroethylene (PCE), trichloroethylene (TCE), 1,1,1-trichloroethane (1,1,1-TCA) 등으로 대표되는 염소계 지방족 탄수화물들 (Chlorinated Aliphatic Hydrocarbons; CAHs)이 지하수의 주 오염물질로 나타나고 있다. 미국에서는 1989년에 공중보건에 심각한 악영향을 미치는 CAHs를 priority pollutants 등으로 지정하여 특별히 관리하여 오고 있는 실정이며, CAHs 에 의한 지하수오염문제를 해결하는데 막대한 비용과 인력을 투자하고 있다. 우리나라에서는 1993년 이후에 들어서야 PCE, TCE 등 다양한 CAHs가 음용수 기준 (PCE 0.01, TCE 0.03 mg/L) 및 공장폐수 배출허용기준에 포함되었으며, 2001년도에 지하수오염 정화에 관련된 법적 준비를 마친 상태이다. 또한 2001년도에는 TCE를 토양오염물질기준에 포함시켜 관리하기 시작했다. 그러나 전국적인 오염현황에 대한 자료도 체계적인 자료의 축적이 되지 않고 있으며 처리공정개발에 대한 기초적인 연구도 전무한 실정이다. 1993년에 환경부가 발표한 전국의 지하수 수질현황에 따르면 인체에 지극히 유해한 유기독성 물질인 PCE/TCE 가 주 지하수 오염물질인 것으로 보고되고 있다. 따라서 지하수의 주 오염원인 CAHs의 오염정도와 그 오염의 확산방지 및 오염복원에 필요한 연구와 기술개발이 시급히 이루어져야 할 시점이다. 본 연구계획서는 PCE/TCE로 오염된 토양 및 지하수를 효율적으로 복원하는데 필요한 현장생물학적복원(In-Situ Bioremediation) 기술의 표준화를 1 차적인 목표로 설정하였으며, CAHs 오염으로부터 국민의 건강과 각종 수용체를 보호하는 하나의 방안을 제시할 수 있으리라 사료된다. 선진 각 국에서 막대한 비용과 인력을 투자하는 연구가 진행되는 시점에서 이 분야의 국내 독자 기술의 개발 및 확보는 환경 기술 분야의 위상을 한층 높일 수 있는 중요사안이라 할 수 있다.
나. 연구목적 및 필요성
산업활동의 첫째 자원인 용수로 가장 손쉽게, 가장 경제적으로 이용할 수 있는 방안이 지하수의 이용이었으나 지하수의 오염으로 인해 음용수 및 생, 농, 공업용수로 이용이 불가능한 경우가 빈발하고 있다. 이러한 지역에서 지하수를 이용 가능한 수자원으로 복원시키고 용수의 처리비용을 절감시킴으로써 산업경쟁력을 향상시키고 수자원의 경제적 이용효과를 증대시키는 것이 본 과제의 수행 목적이다.

Abstract ▼

The objective of this study was to develop an in situbioremediation process remediating chlorinated aliphatic hydrocarbons (CAHs), focusing on perchloroethylene (PCE) and trichloroethylene (TCE). We developed a process, called an in-well-bioreactor (IWB) and in situ well-to-well circulation (IWC)

The objective of this study was to develop an in situbioremediation process remediating chlorinated aliphatic hydrocarbons (CAHs), focusing on perchloroethylene (PCE) and trichloroethylene (TCE). We developed a process, called an in-well-bioreactor (IWB) and in situ well-to-well circulation (IWC)
hybrid process.
An IWB process is a media-packed stainless-steel bioreactor installed into a well. Microbial substrates such as carbon source (CS), electron donor (ED), electron acceptor (EA), and/or minor nutrients are injected into the reactor after mixing with groundwater.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• SUMMARY...11
• CONTENTS...15
• 목차...16
• 표목차...23
• 그림목차...27
• 제 1 장 서론...35
• 제 1 절 연구개발의 필요성...35
• 1. 기술개발의 중요성 (필요성)...35
• 2. 기술개발시 예상 효과...41
• 제 2 절 기술개발의 목적 및 내용...43
• 1. 기술개발의 목표...43
• 2. 연차별 주요사업 범위 및 내용...45
• 3. 기술개발 추친 체계...46
• 4. 세부 연구내용 및 추진방법...47
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...61
• 제 1 절 국외 기술개발 현황...61
• 제 2 절 국내 기술개발 현황...67
• 제 3 절 국내외 유사과제와의 기술내용의 차별성...67
• 제 4 절 연구개발과정중 수집한 해외정보...69
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...72
• 제 1 절 Microcosm 실험...72
• 1. 혐기성 환원 탈염소(ARD) 공정을 이용한 PCE 분해 연구...72
• 1.1 연구배경 및 목적...72
• 1.2 문헌연구...74
• 1.2.1 CAHs 의 물리·화학적 특성...74
• 1.2.2 CAHs (PCE 및 TCS)의 생물학적 분해...75
• 가. Aerobic Cometabolism...75
• 나. Anaerobic Reductive Dechlorination...76
• 다. ARD 반응 mechanism...77
• 라. ARD 공정에서의 미생물학적 관점...79
• 1.3 Microcosm 실험을 통한 혐기성 환원 탈염소화 (ARD) 가능성 연구...82
• 1.3.1 Groundwater Media Microcosm...82
• 가. Microcosm에 사용한 지하수의 성상분석...82
• 나. Microcosm 제조 방법...83
• 다. 전자공여체 주입량 산정 및 microcosm 운전방법...86
• 라. 실험결과...89
• 1.3.2 Slurry microcosm 실험...96
• 가. 실험목적...96
• 나. Microcosm제작...96
• 다. Slurry Microcosm 결과...101
• 2. 호기성 공대사(Aerobic Cometabolism, AC)에 의한 TCE 분해 연구...107
• 2.1 연구배경 및 목적...107
• 2.2 Microcosm을 이용한 TCE 분해 가능성 연구...108
• 2.2.1 Benzyl alcohol을 1차기질로 하는 aerobic microcosm 실험...108
• 가. 실험방법...108
• 나. 실험결과...110
• 2.2.2 톨루엔을 1차 기질로 하는 aerobic microcosm 실험...112
• 가. 실험방법...112
• 나. 실험 결과...118
• 제 2 절 Column 실험...135
• 1. 혐기성 환원 탈염소화 (ARD) Soil Column 실험을 통한 PCE 지하수 오염현장 모형실험 연구...135
• 1.1 연구목표, 내용 및 범위...135
• 가. 연구목표...135
• 나. 연구내용 및 범위...135
• 1.2 실험방법...136
• 가. ARD 시스템 (ARD soil column system) 의 구성...136
• 나. 기질 및 대상 지하수의 특성...139
• 다. 추적자 시험 (Tracer Test)...142
• 라. Column 운전시 전자공여체 주입량 산정 및 시스템 운영방법...142
• 마. 시료분석...143
• 1.3 실험결과 및 고찰...144
• 가. 추적자 실험결과...144
• 나. 2단 ARD soil column의 운전결과...146
• 2. Aerobic Cometabolism (AC) Column 실험을 통한 TCE 분해를 위한 현장 적용성 연구...156
• 2.1 연구 목적...156
• 2.2 실험방법...156
• 가. 호기성 3단 Column 제작...156
• 나. 추적자 실험...161
• 다. TCE 생분해 실험...162
• 라. 분석 방법...162
• 2.3 실험 결과 및 고찰...164
• 가. 추적자 실험 결과...164
• 나. 미생물 부착 및 생분해 실험...165
• 다. TCE 생분해 실험 결과...168
• 2.4. 결론...172
• 가. 호기성 칼럼 실험을 통한 주입 톨루엔 농도 산정...172
• 나. 관정 내 미생물 증식...174
• 제 3 절 분자생물학적 기법을 이용한 공정 타당성 조사...175
• 1. 연구 필요성 및 목적...175
• 2. 미생물 분석 방법...176
• 2.1 미생물 내 염색체 추출 (DNA extraction)...176
• 2.2 중합연쇄반응(PCR)과 전기영동...177
• 2.3 Cloning (Lygation/Transformation)...181
• 2.4 Plasmid extraction...183
• 2.5 RFLP(restriction fragment length polymorphism)...184
• 2.6 DNA sequencing...184
• 3. 연구내용 및 결과...184
• 3.1 시료채취...184
• 3.2 미생물분석 결과...185
• 제 4 절 AC 및 ARD 공정 현장실험...190
• 1. 문헌 연구...190
• 1.1 지하수 및 토양오염 관련 법규...190
• 1.2 시료채취 방법...220
• 2. 현장실험 개요...229
• 3. 기존 지하수 및 토양오염 측정망 자료분석을 통한 실험현장 선정 (ESA)...230
• 4. 현장 조사 및 평가...233
• 4.1 토양시료채취 및 지하수 흐름 예측을 위한 실험정 설치...233
• 4.2 현장 토양 및 지하수 흐름 분석...237
• 4.3 2차년도 예비 현장실험 방법 도출을 위한 실험정 설치...239
• 5. 오염현장 조사 및 지하수 분석...242
• 6. Push-pull 실험 방법과 결과...245
• 6.1 실험용액 준비 및 실험장치 준비...245
• 6.2 현장 실험용액 주입 (push) 및 양수(pull) 방법...246
• 6.3 현장 push-pull transport 실험 결과...247
• 7. 실험현장 선정...250
• 7.1 현장 선정 배경...250
• 7.2 현장 특성 조사...251
• 7.3 현장의 수리지질학적 특성...252
• 7.4 현장 지하수 및 토양 오염도 조사...260
• 8. 현장 실증실험...263
• 8.1 In well bioreactor 실험...269
• 8.2 Single well push-Pull test (SWPPT)...281
• 9. IWB/IWC 실용화 실험...304
• 9.1 실험개요...304
• 9.2 현장 실험 방법 및 모델...304
• 9.2.1 현장 실험정 설치...304
• 가. 굴착방법...306
• 나. 현장 토양 특성...306
• 다. 실험정 설치...306
• 9.2.2 IWB 제작...312
• 9.2.3 IWB공정과 IWC 공정을 결합한 응합공정 현장 설치법...315
• 9.2.4 실험용액 준비...318
• 가. 추적자 실험용액...318
• 나. TCE 생분해 실험용액...318
• 9.2.5. 추적자 실험 실험용액 주입방법...319
• 9.2.6 IWB/IWC 응합공정을 적용한 TCE 생분해 실험용액 주입방법...320
• 9.3 IWB/IWC 융합공정 모델...321
• 9.4 IWB/IWC 융합공정 운전결과 및 고찰...327
• 9.4.1 IWB/IWC 융합공정 추적자 실험...327
• 9.4.2 IWB/IWC 융합공정 TCE 분해 실험...329
• 가. IWB 공정 결과...329
• 나. IWB/IWC 융합 공정...331
• 9.4.3 IWB/IWC 모델링 데모...333
• 가. 톨루엔 농도 모델링...333
• 나. TCE 농도 모델링...334
• 9.5 IWB/IWC 융합공정 적용 평가 및 개선 방법...336
• 9.5.1 기온에 따른 실험 용액 준비 방법...336
• 9.5.2 시료 채취 지점 선정 방법...336
• 9.5.3 미생물 기질(전자공여체, 전자수용체) 주입 방법...336
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...338
• 제 1 절 연구개발목표 달성도...338
• 1. 연차별 연구개발 목표 및 범위...338
• 2. 연구개 발목표의 달성도...339
• 가. 지하수 수질 기준 이내로의 처리...339
• 나. In-Situ Bioremediation을 이용한 CAHs 제거 기술 개발...340
• 제 2 절 대외 기여도...341
• 1. 연구 성과 현황...341
• 2. 기대효과...341
• 제 5 장 연구개발성과 활용계획...343
• 제 1 절 연구개발사업 성과의 사업화...343
• 제 2 절 예상되는 파급효과 및 활용방안...344
• 1. 환경보건적 효과...344
• 2. 직접적 경제효과...344
• 3. 간접적 경제효과...344
• 4. 기타 기대효과...345
• 제 6 장 참고문헌...346