초록 ▼

본 연구는 우리나라에서 오염원이 많이 분포하는 지역의 기반암에서 발달된 토양의 물리적 및 화학적 특성을 규명하고 토양에서 오염물질의 거동을 정량화함으로서 향후 오염발생에 대비하여 기존의 지질도와 토양도를 환경오염부지관리의 기초 자료를 확보하는데 있다. 또한 이러한 연구과정에서 지질과 토양 특성의 상호관계를 규명하고 그에 수반되어 나타나는 토양의 특성에 따라 토양에서 오염물질의 침투, 자연저감 등 거동을 과학적으로 밝힘으로서 오염부지를 효율적이며 정밀하게 조사, 향후 오염물질의 거동을 예측, 효율적인 복원공법의 선정을 통하여 오염 확

본 연구는 우리나라에서 오염원이 많이 분포하는 지역의 기반암에서 발달된 토양의 물리적 및 화학적 특성을 규명하고 토양에서 오염물질의 거동을 정량화함으로서 향후 오염발생에 대비하여 기존의 지질도와 토양도를 환경오염부지관리의 기초 자료를 확보하는데 있다. 또한 이러한 연구과정에서 지질과 토양 특성의 상호관계를 규명하고 그에 수반되어 나타나는 토양의 특성에 따라 토양에서 오염물질의 침투, 자연저감 등 거동을 과학적으로 밝힘으로서 오염부지를 효율적이며 정밀하게 조사, 향후 오염물질의 거동을 예측, 효율적인 복원공법의 선정을 통하여 오염 확산을 방지한다. 또한 우리나라는 오염부지가 현재 활용중이며 부지가 협소하여 시추, 시료채취 등 직접 조사가 어려운 곳이 많다. 이러한 문제를 해결하고 저비용으로 오염 부지를 조사할 수 있는 간접조사 기법을 개발하였다
우리나라의 대표적인 5개 지질인 화강암, 편마암, 퇴적암, 석회암, 안산암과 각 모암에서 발달된 토양을 대상으로 암석의 물리, 화학, 광물학적 특성을 분석하기 위하여 박편관찰, 육안관찰, X-선 형광분석기를 이용한 화학분석을 실시하였다. 암석의 광물조성, 조성광물의 입도분포, 화학조성을 파악하였다. 각 암석에서 발달된 풍화잔류토양을 현장에서 굴착하여 토양의 발달상태, 토양구조(soil structure), 토양색(soil color), 식물뿌리 등의 특성을 기재하였다. 토양의 화학적 특성을 파악하기 위하여 각 모암별로 발달된 토양의 층위(horizon)에서 시료를 채취하여 양이온교환능력(cation exchange capacity, CEC), pH, 수용성 양이온 및 음이온의 함량, 유기물함량, 산화철함량, 산화망간함량, 화학조성 등을 분석하였다. 토양의 물리적 특성으로 토성(soil texture)를 광물조성 파악을 위하여 X-선 회절분석을 실시하였다. 토양의 오염물질 침투율과 침투유로를 밝히기 위하여 장력침투 실험, 염료추적자 실험을 불교란 토양단면을 대상으로 현장에서 실시하였다. 이러한 모암과 토양의 특성 자료를 바탕으로 모암의 특성과 토양의 물리화학적 특성과의 상관관계를 분석하였다.
토양에서 중금속의 흡착, 산화, 환원정도를 파악하기 위하여 각 모암별로 토양의 구리흡착, $Cr^{3+}$의 산화력, $Cr^{6+}$의 환원력을 실내에서 실험하였다. 토양특성과 구리흡착, $Cr^{3+}$의 산화, $Cr^{6+}$의 환원 정도와 상관관계를 도출하였으며 또한 모암이 토양특성뿐만 아니라 토양에서 중금속의 거동에 미치는 영향을 비교분석 하였다. 오염물질의 유동경로에 많이 산출되는 산화철과 산화망간을 합성하여 $Cu^{2+}$의 흡착, $Cr^{3+}$의 산화, pinacyanol chloride의 분해력을 측정하였다.
토양단면에서 오염물질의 침투정도를 파악하기 위하여 토양시료를 채취한 단면에서 인접한 곳에서 장력침투계(tension infiltrometer)를 이용하여 토양의 침투율, 투수율, 수착도를 측정하였다. 침투유로 파악을 위하여 청색1호 식용염료를 추적자로 사용하여 각 모암기원 토양단면에서 염료추적실험을 실시하였다. 염료추적실험에서 수직적 및 수평적으로 오염물질의 침투특성과 지표에서 유입된 오염물질의 지하 이동경로를 파악하였다. 토양단면에서 경유의 지하침투를 알아보기 위하여 실내에서 아크릴 탱크를 제작하여 가스, 자유상, 용해에 의하여 오염이 확산되는 것을 실험하였다.
토양에서 오염물질의 이동경로 및 이동을 실시간으로 모니터링하는 기법개발을 위하여 화강암 기원 토양단면에서 염료추적자와 전기비저항토모그래피를 융합하여 실시하였다. 전기비저항토모그래피결과와 토양단면의 염료착색을 비교하여 4차원 모니터링기법의 효용성을 비교분석 하였다.
시료채취 및 시추조사가 어려운 지역을 상정하여 오염부지의 지층특성, 오염분포, 오염물질의 유동경로를 추적하기 위하여 전기탐사, 전자탐사를 실시하고 기존의 시추자료와 현장답사자료를 비교분석하였다. 이러한 오염 부지를 대상으로 실시한 물리탐사과정에서 취득한 자료를 바탕으로 지층경계면과 지질구조를 기재하는 기법을 개발하였다.

Abstract ▼

We had experienced a high speed growth in economic sector during 1960's to 1980's in Korea. During that period, we did not care about environmental problems. Concern on the environmental pollution and desire for pleasant surrounding environment have increased since 1990's. Numerous environmental tec

We had experienced a high speed growth in economic sector during 1960's to 1980's in Korea. During that period, we did not care about environmental problems. Concern on the environmental pollution and desire for pleasant surrounding environment have increased since 1990's. Numerous environmental technologies have been developed and practiced in the field by both government and private sectors. Several new technologies are also under development. Most of them are related to the remediation of contaminated sites. Few technology is related to the investigation and the monitoring of contaminated site. The objective of this research project is developing a basic technology related the characterization of contaminated sites.
Five rock types and the soils developed from them were selected to examine the relationship between rock and residual soil, to test filtration rate and to examine the infiltration paths in undisturbed soil profiles. Contaminant sources and distribution area of rock were considered in the selection of the rock types and the residual soils. The rocks studied were granite, gneiss, sedimentary rock, andesite and limestone. The chemical and mineralogical composition and size distribution of rock forming minerals were determined with XRF and polarized spectroscopy. The pH, cation exchange capacity (CEC), electrical conductivity (EC), and the contents of organic matter, water soluble cations and anions, iron oxide and manganese oxides of the soils were determined for basic soil chemical properties. For the physical properties, the texture and structure of the soils were determined in the field and laboratory. Copper fixation capacity, chromium oxidation capacity and chromium reduction capacity of the soils were tested in the laboratory. Synthesized iron oxide and manganese oxide occurred in migration pathway of contaminants were tested for Cu fixation, Cr oxidation and decomposition of pinacyanol chloride.
The infiltration rate of the undisturbed soil profiles was tested using a tension infiltrometer in the field. The dye tracer test was also conducted using a Brilliant Blue FCF tracer in the undisturbed soil profiles. A combined method of the dye tracer test and electrical resistivity tomography was examined to test the applicability for the monitoring of contaminant migration in the soil profile developed from the granite.
Electrical and electromagnetic prospecting methods were applied to examine the subsurface structures such as layer boundary and groudwater table and the contaminant migration pathway in an abandoned mine area.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...14
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...17
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...22
• 제 1 절 토양과 모암의 물리화학적 특성의 상관관계...22
• 제 2 절 X-선 회절을 이용한 광물의 정량화...82
• 제 3 절 토양의 물리화학적 특성이 오염물질 거동에 미치는 영향...89
• 제 4 절 합성 산화철과 산화망간에 의한 오염물질의 흡착 및 산화...99
• 제 5 절 모암별 토양의 침투율과 수리전도도...112
• 제 6 절 염료추적자를 이용한 오염물질의 침투유로 추적...121
• 제 7 절 토양단면에서 유류 이동 모사실험...155
• 제 8 절 전기비저항토모그래피를 이용한 오염물질 침투 및 이동 모니터링...163
• 제 9 절 오염부지 지층구저 특성화 및 오염유동 경로 추적을 위한 물리탐사기법...174
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...205
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...211
• 제 6 장 참고문헌...212
• 부록 : 자료...223