Transcript 지하수 및 토양오염
지하수 및 토양오염 2조 강동운 김하진 이세혁 이정화 최수연 과업의 개요 1) 과업의 목표 정화 기준 이내로 오 부지 및 오염 특성을 선정된 정화 공법을 염토양, 지하수 정화 반영한 정화 공법 선 이용한 정화 계획 수 목표 정 립 과업의 개요 2) 대상 지역 서울시 관악구 대학동 한남여객 버스기지 과업의 개요 3) 기대되는 효과 정화 기준에 맞는 환경 조성 추가 토양 오염의 방지 4) 사업 방향 오염 부지가 주택가에 위치했다는 것을 고려하여 효율적 이고 환경적인 정화기술 과업의 개요 5) 절차 오염 부지 오염 현황 정화 기술 정화 계획 특성 조사 분석 선정 수립 부지 지리적 특성 부지 위치 서울시 관악구 대학동 부지 면적 600m2 주변 현황 주택가, 학교, 상가, 도로 오염 면적 80m2 결과 부지면적 협소 소규모 토양오염 수리 지질적 특성 광역 수문 안양천 지류, 도림천 유역 유동 방향 서쪽 → 동쪽 지하수위(GL.(-)m) 3.33~6.48 (평균 : 3.75) 수위변동(GL.(-)m) 2~4 지층 (GL.(-)m) 투수계수(cm/sec) 결과 충적층 실트질 모래 풍화대 - 기반암 흑운모 편마암 수리 지질적 특성 지하수 이동방향 3.43m 4. 13m 지하수위 오염 현황 분석 지하 유류 저장탱크에 의한 오염 측정항목 시료 채취공 TPH(총 석유분) 검출량(mg/kg) 채취심도(m) 비고 오염 현황 분석 1 2 3 4 5 6 7 8 9 49 적합 1.5 4322 TPH 우려기준 초과 3.0 1260 적합 4.5 1613 적합 1.5 3945 TPH 우려기준 초과 3.0 99 적합 4.5 52 적합 1.5 68 적합 3.0 135 적합 4.5 2497 TPH 우려기준 초과 1.5 69 적합 3.0 85 적합 4.5 2231 TPH 우려기준 초과 1.5 83 적합 3.0 112 적합 4.5 50 적합 1.5 42 적합 3.0 44 적합 4.5 46 적합 1.5 59 적합 3.0 52 적합 4.5 337 적합 1.5 113 적합 3.0 88 적합 4.5 67 적합 1.5 128 적합 3.0 46 적합 4.5 지점 1- 4322mg/kg 토양오염 우려기준 2000mg/kg을 초과하며 최고농도치를 보임 지점 1, 2, 4, 5-토양오염기준치 를 초과하는 농도치 검출 대상부지가 운수업을 위한 주 유시설을 운영하고 있고 저장 탱크 또한 경유만을 취급함으 로써 BTEX 성분은 배제 오염 현황 분석 249 7 223 1 394 5 432 2 지하 유류 저장탱크에 의한 오염 오염 현황 분석 자동차 보수용 도료에 의한 오염 측정항목 VOC(벤젠∙톨루엔∙자일렌) 시료 채취공 검출량(mg/kg) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 비고 납 카드뮴 검출량(mg/kg) 비고 검출량(mg/kg) 채취심도(m) 비고 124 우려기준 초과 73 적합 0.3 적합 1.5 68 적합 80 적합 0.9 적합 3.0 45 적합 91 적합 1.2 적합 4.5 113 우려기준 초과 71 적합 0.9 적합 1.5 88 우려기준 초과 68 적합 1.6 우려기준 초과 3.0 51 적합 81 적합 0.7 적합 4.5 43 적합 51 적합 0.6 적합 1.5 55 적합 42 적합 0.7 적합 3.0 36 적합 67 적합 0.9 적합 4.5 42 적합 34 적합 0.4 적합 1.5 22 적합 29 적합 0.8 적합 3.0 30 적합 41 적합 0.7 적합 4.5 36 적합 46 적합 0.6 적합 1.5 61 적합 66 적합 0.5 적합 3.0 52 적합 47 적합 0.8 적합 4.5 62 적합 31 적합 1.0 적합 1.5 68 적합 49 적합 0.6 적합 3.0 44 적합 36 적합 0.8 적합 4.5 55 적합 44 적합 1.2 적합 1.5 46 적합 37 적합 0.8 적합 3.0 59 적합 35 적합 0.9 적합 4.5 93 우려기준 초과 85 적합 1.3 적합 1.5 73 적합 115 우려기준 초과 1.8 우려기준 초과 3.0 68 적합 102 우려기준 초과 1.9 우려기준 초과 4.5 45 적합 91 적합 1.2 적합 1.5 53 적합 126 우려기준 초과 2.1 우려기준 초과 3.0 64 적합 111 우려기준 초과 1.8 우려기준 초과 4.5 오염 현황 분석 12 4 11 3 88 자동차 보수용 도료에 의한 오염 1.6 11 5 93 10 1.8 2 1.9 12 6 11 1 VOC 납 카드뮴 2.1 1.8 개념 모델 TPH VOC 중금속 오염 현황 분석 Region C Region A Region B Regi on D 오염 현황 분석 구분 Region A Region B Region C Region D 유종 경유(Diesel) 페인트 오염유발시설 주유저장탱크, 폐수처리시설 폐수처리시설, 자동차 보수용 도료 오염물질 TPH VOC 중금속 최고농도(mg/kg) 2497 4322 124 납 126 카드뮴 2.1 오염심도 (G.L.()m) 0~1.5 1.5~4.5 0~1.5 3.0~4.5 오염면적 (m2) 25 20 15 20 오염토량 (m3) 37.5 60 22.5 30 정화설계 개요 및 목적 대학동에 위치한 버스기지의 토양∙지하수 오염 지역의 주변 여건 에 적합한 정화 계획 및 정화 수행방안을 제시하여 본다. 정화공법 선정 • 정화공정 • 부지현황 조사 • 목표설정 • 토목공사 • 오염 특성 조사 • 오염물질 특성 • 기계설비 & 전기계장 • 평가 및 선정 • 계측 추가조사 실시설계 공법별 설계인자 • Land Farming • Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) • Thermal Desorption • Phytoremediation • Soil Washing / Flushing • Permeable Reactive Barrier • Pump and Treat (P&T) • Chemical Oxidation & Reduction Land Farming 1) 정의 오염토양을 굴착하여 정기적 으로 혼합해 줌으로써 호기적 생분해를 유도하는 공법 2) 처리물질 유류 탄화수소 3) 적합성 판단 요인 ① 시설 설치를 위한 넒은 부지 필요 ② 배출가스 정화시설 필요 ③ 상대적으로 긴 정화기간 ④ 중금속 등 무기물 분해 불가능 Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) 1) 정의 VOC/SVOC로 오염된 불포화대에 주입정과 추출정을 설치하고 깨끗한 공기를 지중에 넣은 뒤 진공압을 이 용해 공기를 빨아들임으로써 휘발성 오염물질이 공기 1) 정의 오염된 불포화지반에 산소를 공급함으로써 토양에 와 섞여 배출되도록 하는 공법 함유된 유류 탄화수소의 생분해를 활성화하는 기술 2) 적합성 판단요인 ① 증기압 0.5mmHg 이하 오염물 부적합 2) 적합성 판단요인 ② 균질/투수성 불포화 지반에만 적용 가능 ① 포화대에서는 Air Sparging 등 병행 필요 ③ 점토지반에서는 파쇄공법 병행 필요 ② 방출가스 처리시설 필요 ④ 중금속, DNAPL, PCBs, Dioxins 부적합 ③ 무기물 분해 어려움 ⑤ Bioventing 등으로 추가 정화 필요 ⑥ 방출가스 처리시설 필요 Thermal Desorption 1)정의 토양에 열을 가해 오염물질을 증발시 켜 가스를 발생시킨 후, 가스를 처리 장치로 수집하여 처리하는 공법 2) 처리가능물질 금속(수은 등) 처리 가능 Coal tar, 목 재, creosote, (SVOCs, PAHs, PCBs, 농 약 등VOCs),가능비염소계 휘발성 유 기화합물, 연료, (SVOCs) 3) 적합성판단 ① 현장위치와 조건 ② 오염물의 수직적 분포에 따른 고려 사항 ③ 목표정화수준 ④ 탈수여부 ⑤ 처리된 토양의 처리문제 Phytoremediation 1) 정의 오염 토양/지하수 정화를 위하여 식물을 이용하는 방법으로 대부분의 정화는 식 물 뿌리가 뻗는 부분의 토양층인 rhizosphere에서 발생 2) 적합성 판단 ① 적절한 기후조건, 장기간의 공정관리 필요 ② 뿌리보다 깊은 곳의 오염물 추출 불 가능 ③ 대상 오염물의추출, 흡수, 화학적 분 해에 적합한 식물의 종 선택 ④ 오염물이 궁극적으로 제거되는 것이 아니므로 식물 소각 등 후처리 필요 Soil Washing / Flushing 1) 정의 물이나 다른 수용체 또는 비수용 액과 같은 적절한 용매를 사용하 여 지반 내 오염물질을 씻어내는 방법 2) 처리물질 SVOC, 중금속 등과 특정 VOC, 유 류오염물, 살충제, 방사능 오염물 을 포함한 무기물, 광범위한 유기 및 무기오염물 3) 적합성 판단 요인 ① 세척용액과 오염물의 접촉 ② 오염물에 따른 적절한 용액의 선정 ③ 오염물의 지반흡착계수 ④ 지반의 투수계수 Permeable Reactive Barrier 1) 정의 오염된 지하수가 흘러가는 곳에 오염물을 처리할 수 있 는 수직 투수성 반응벽체를 설치하여 오염지하수가 벽체 를 통과하면서 생물학적 또 는 화학적으로 분해되도록 하는 현장 구조물 2) 처리물질 ① 중금속 ② 산업 및 군사시설, 폐광산 산성폐 수 ③ Cr6+ ④ HRM Sludge, SM Slag ⑤ 환원 ⑥ Cd, Hg, Mn, As, Cu, CN, Pb ⑦ Zeolite, SM Slag ⑧ 이온교환, 흡착 Pump and Treat (P&T) 1) 정의 오염지역에 추출정을 설치, 오염된 지 하수를 진공펌프로 양수하여 물리화 학적 혹은 생물학적 처리를 거쳐 정 화한 후 다시 지하수로 유입시키는 순환과정 2) 적합성 판단 요인 ① 지하수위 저하를 위한 다수의 추 출정 필요 ② 비균질, 저투수성 지반에서 비효율 적 ③Tailing Effect로 타 기술과 병행 필 요 Chemical Oxidation & Reduction 1) 정의 오존, 과산화수소, 차아염소산염, 그리고 이산화염소 등을 이용하여 오염 물질을 화학적으로 더 안정하고, 유동성이 없으며, 비활성 물질로 변화시 키는 반응을 이용하는 공법 2) 처리물질 주로 무기오염물을 대상 VOCs, SVOCs, 유류 탄화수소 등의 비염소계 물질에는 비효과적 3) 적합성 판단 ① 오염물질과 사용된 시약에 따라 불완전산화 혹은 중간물질이 형성될 수 있음 ② 시약이 많이 필요하므로 오염물질의 농도가 높을 때는 비경제적 ③ 토양에는 기름과 그리스 성분이 적어야 함 토양정화 목표 및 착안사항 오염물질 정화목표 (mg/kg) 적용 기준 유류 TPH 2000 “나” 지역 VOC 벤젠∙톨루엔∙자일렌 80 “나” 지역 납 100 “가” 지역 카드뮴 1.5 “가” 지역 중금속 1차 공법 선정 정화공법 정화목표 2차오염 지형특성 소요기간 정화부산물 ○ ○ ○ △ ○ ◎ ○ ○ ◎ ○ 적용 Thermal Desorption ◎ ○ ◎ ◎ ○ 적용 Chemical Oxidation & Reduction ○ △ ○ ○ △ Phytoremediation ○ ◎ △ △ ◎ Soil Washing / Flushing ◎ △ ○ ◎ △ Land Farming Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) 평가 적용 지역별 주공법 선정 구분 Region A Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) Thermal Desorption Soil Washing / Flushing 평가항목 조사결과 최고 오염농도 TPH 2497mg/kg ◎ ◎ ◎ 오염심도 G.L.(-) 0.0~1.5m ◎ ◎ ◎ - ○ ○ 오염특성 투수계수 지반특성 평가결과 토성 실트질 모래 △ ○ △ 공극율 51% ◎ ○ ○ 함수율 13% ○ △ ○ 지하수위 G.L.(-) 3.64m ○ - - 적합 지역별 주공법 선정 구분 Region B Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) Thermal Desorption Soil Washing / Flushing 평가항목 조사결과 최고 오염농도 TPH 4322mg/kg ◎ ◎ ◎ 오염심도 G.L.(-) 1.5~4.5m ◎ ◎ ◎ - ○ ○ 오염특성 투수계수 지반특성 평가결과 토성 실트질 모래 ○ ○ △ 공극율 51% ○ ○ ○ 함수율 13% ○ ○ ○ 지하수위 G.L.(-) 3.71m △ - - 적합 적합 지역별 주공법 선정 구분 Region C Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) Thermal Desorption Soil Washing / Flushing 평가항목 조사결과 최고 오염농도 VOC 124mg/kg ○ ◎ ◎ 오염심도 G.L.(-) 0.0~1.5m ◎ ◎ ◎ - ○ ○ 오염특성 투수계수 지반특성 평가결과 토성 실트질 모래 △ ○ △ 공극율 51% ◎ ○ ○ 함수율 13% ○ △ ○ 지하수위 G.L.(-) 3.57m ○ - - 적합 지역별 주공법 선정 구분 Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) Thermal Desorption 납 126mg/kg 카드뮴 2.1mg/kg △ △ ◎ G.L.(-) 3.0~4.5m ◎ ◎ ◎ - ○ ○ 평가항목 조사결과 최고 오염농도 오염심도 오염특성 투수계수 지반특성 평가결과 Region D Soil Washing / Flushing 토성 실트질 모래 △ ○ △ 공극율 51% ○ ○ ○ 함수율 13% ○ △ ○ 지하수위 G.L.(-) 4.06m △ - 적합 지하수정화 목표 및 착안사항 오염물질 정화목표 (mg/kg) 유류 VOC TPH 벤젠 톨루엔 1.5 0.015 1.0 주공법 선정 정화공법 정화목표 2차오염 정화부산물 평가 Hydraulic and Pneumatic Fracturing △ ○ ○ Permeable Reactive Barrier ◎ ○ △ 적용 Pump and Treat (P&T) ○ ◎ ◎ 적용 토양 및 지하수 정화 기본계획 1단계 : 오염 확산 방지 2단계 : 주공법 도입 3단계 : 사후 모니터링 1단계 : 오염 확산 방지 -Permeability Reactive Barrier • 주요 설계 인자 : 지하수의 유동 방향, Reactive Barrier와 오염물질의 접촉 정도 Region D 3.43m 4. 13m • 지하수 유동 방향에 설치 지하수위 • 지하수위보다 1m 높게 • 반응벽체 아래에 토목섬유나 콘크리트로 바닥을 별도로 시공 2단계 : 주공법 도입 Region A Region B Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) Region C Thermal desorption Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) Thermal Desorption Region D Soil Washing / Flushing 지하수 처리 Pump &Treat Region A, B Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) 동시 적용 1) 추출정 설치 Region A 지하수는 얕지만, 오염심도 가 1.5m 이내이므로 수직추 출정 이용 Region B 지하수가 얕고, 오염이 3.0m 이 내의 낮은 오염심도에서 일어나 고 있으므로 수평추출정 이용 Region A, B Bioventing & Soil Vapor Extraction (SVE) 동시 적용 2) 공기 주입정 배치 : Region A와 Region B에 주입정/추출정을 배합 3) 파이프설치 : 산업 활동에 지장이 없도록 얇은 지중에 설치 동파 등을 대비하여 파이프 주변으로 열선을 설치 지하수 유입 방지 위해 추출정 방향으로 약간 기울여 설치 4) 송풍기 설치 : 휘발성이 높은 VOC의 처리를 위해 사용하므로 폭발 방지 5) 모니터링 : 이와 같은 요소에 대해 주기적으로 모니터링을 실시하여, 최적의 운전 조건 을 유지 Region B, C Thermal Desorption 동시 적용 오염토양을 가열하여 탈착처리하는 로타리 킬른방식 배출가스는 열산화기에서 고온가열 / 완전연소 저온열탈착 방식으로 토양의 물리적 특성을 파괴하지 않음 고농도 유류오염토양의 안정적 처리효율 보장 Region B, C Thermal Desorption 동시 적용 저온 열탈착 장치 구조 : 트레일러 장착식, 처리용량 : 82.5 ㎡ 운전온도 : 400도 이하, 체류시간 : 20~30분 1) 정량이송 컨베이어 벨트 컨베이어로 오염토를 저온열탈착기 내부로 정량 이송 2) 저온 열탈착기 400도 이하로 저온 가열->오염물질 기화 연소방식 : 로타리킬른 방식 3) 열산화기 기화된 가스를 고온으로 가열하여 완전 연소 기화된 증기의 층류방지를 위해 와류 발생장치 설치 4) 백하우스 배출 가스 등 분진을 제거하는 장치 집진된 분진은 수거 후 폐기물 처리 5) 토양분쇄배출기 일부 고결된 정화토양 분쇄 및 냉각 분진발생 억제를 위해 살수 시행 열탈착 장치 Region D Soil washing/flushing 적용 Ex-situ 1) 물리적인 선별 과정(Physical Separation; PS): 중금속을 함유하고 있는 토양 입자와 그렇지 않은 토양 입자의 물 리적인 특성 차이(입자크기, 밀도, 자성, 토양 입자의 소수성 등)를 이용하여 분리 2) 화학적인 추출(Chemical Extraction; CE): 화학약품을 이용하여 토양에 포함된 중금속을 용해시켜 제거 화학약품 : EDTA, Na2S2O5 3) 폐수 처리 4) 모니터링 지하수 처리 Pump & Treat 적용 • 주요 영향 인자 : 관정의 수리영향 반경, 적정 양수량 → 수리 실험 통해 결정 • 적정한 위치에 양수정 설치 지하수 처리 Pump & Treat 적용 추출 진공 펌프로 양수 처리 수처리 시설로 이동해 처리 ( 2차 오염, 협소한 부지) 배출 정화된 지하수는 다시 유입, 폐수 발생 처리 3단계 : 사후 모니터링 • 정화 완료 후 1년간 정기적으로 모니터링 (오염 우려기준을 초과할 경우 다시 처리) • 1년간 우려기준을 초과하지 않을 경우 3년 동안 매년 모 니터링 • 3년 동안에도 초과하는 경우가 발견되지 않았다면 그 이 후에는 5년마다 모니터링 Thank you