Transcript 5조_발표 - 서울대학교 토양환경실험실

창원시 마산만 정화 프
로젝트
지하수 및 토양오염
Term Project Proposal
2012.12.11
2002-12472 조
해성
2010-12089 고
민정
2010-12117 박
목차
1. 서론
2. 오염지역 조사
4. 오염 지역의 정밀조사 7. 정화 설계
4.1 오염특성
4.2 개념모델
7.1 soil
washing
2.1 위치
7.2 동전기
5, 위해성 평가
2.2 오염원 검토
법
5.1 방사능 위해성평가
2.2.1 마산수출무역자유지역
2.2.2 창원공단
7.3 투수성
5.2 중금속 위해성평가
2.2.3 마산만 주위 가상6.
원전
반응벽체
정화방법 선정
3. 오염 지역의 개황조사6.1 정화목표 설정
7.4 식생정
3.1 시료채취
화법
6.2 sand 층 정화 방법
3.1.1 토양시료
7.5 생물저
6.3 clay 및 aquifer 층 정화 방법
3.1.2 지하수시료
감법
3.2 시료분석결과
8. 비용 평가
3.2.1 토양시료
9. 참고문헌
Introduction
1
서론
1
서론
 마산만은 70년대 이래 주위 여러지역의 공
단입지로 인해 오염이 심각
 90년대 말부터 정화사업을 시행하였으나 실
효성 의문
 마산의 로봇랜드 입지로 추가 전력수요 예
상
→최선의 전력원인 원전 가상건설
 원전에서 방사능이 유출될 시나리오를 예상
Research For Polluted
Site
2
오염부지 조
사
2-1
오염지역 위
치
 위치: 경남 창원시 의창구 팔용동 팔용산 일대와 그 앞의 봉암
갯벌 일대
 가상 원전 입지 면적은 약 2𝑘𝑚2
 봉암갯벌의 면적은 74,489𝑚2
 가상원전 부지 근처의 지하수를 이용하는 인구는 약 50만명으
로 추산
2-2
오염원 검토
동영상
2-2
오염원 검토
2.2.1 마산수출무역자유지역
 단지 내 여러 세금을 감면하는 조건으로 한국 및
외국 자본을 유입시켜 대규모의 산업단지를 형성
한 지역
 주로 배출되는 것으로 알려진 오염물질: 납
2-2
오염원 검토
2.2.2 창원공단
 중화학공업육성정책에 의해 세계적인 첨단기계
산업단지로 조성하기 위해 세워진 공업단지
 산업행위가 이루어지는 면적: 17,242천㎡
 일일 공업용수사용량: 28만5천㎥/일
 주로 배출되는 오염물질: 카드뮴
2-2
오염원 검토
2.2.3 마산만 주위 가상원전
 연간 78MWe 규모의 전력을 생산하는 원자로 1
기를 건설
Sample Research For
Polluted Site
3
오염지역 개
황조사
3-1
시료채취
3.1.1 토양시료
① 가상원전부지에서 몇 개의 채취지점을 선정
② 각 채취지점에서 코어 시료채취기(Core sampler)를 이용
하여 채취
③ 플라스틱 재질의 주걱으로 교란되지 않은 부분의 표층에
서 2 cm 깊이까지를 표층퇴적물로 취득
④ 500 mL 용량의 입구가 넓은 고밀도폴리에틸렌병에 담아
실험실에서 분석
3.1.2 지하수시료
 토양시료를 채취하는 지점과 채취지점을 달리하여 여
러 개의 관정을 뚫어 3~5L의 시료를 채취
3-2
시료 분석 결
과
3.2.1 토양시료
토양 종류
Clay loam
sand (2~0.05 mm)
40%
silt (0.05~0.002 mm)
30%
clay (<0.002 mm)
30%
함수율(%)
2.2 %
현장수분보유 능력
22.6 %
유기물 함량
0.8 %
pH
8.0
EC (electrical conductivit
y)
CEC
379
14.9 meq/100 g
Precise Research For
Polluted Site
4
오염지역 정
밀조사
4-1
오염 특성
 중금속 물질
Sediment Quality Guideline
항목
Nonpollut Moderatel
2006년
2009년
Heavily
ed
y Polluted
Polluted
Pb
<40
40~60
>60
131
93
Zn
<90
90~200
>200
392
218
Mn
<300
300~500
>500
712
658
Cd
-
-
>6
15.3
10.2
Cr
<25
25~75
>75
55
56
Cu
<25
25~50
>50
69
53
4-1
오염 특성
오염원 형태
1차
2차
3차
Exchangeable
Carbonates
 연속 추출법
화학 반응물과 반응조건
토양 5g, 1/40 M 𝑀𝑔𝐶𝑙2 (pH 7.0 with 𝐻𝑁𝑂3 , KOH)
1시간 동안 진동을 준다.
1/40 M NaOAc (pH 5.0 with HOAc)
5시간 동안 진동을 준다.
 교환형태>카보네이트결합형태>철, 망간산화물
100 of 0.04 M의𝑁𝐻2 𝑂𝐻 ●HCl (in HOAc) 96 ℃에서 가끔씩 진동 준
과결합형태
Fe,Mn
oxides 다.순수한 형태와 유기물흡착 형태는 많
 잔류하는
지 않음 2시간 동안 반응시킨다.
① 15 of 0.02 M 𝐻𝑁𝑂3 와 25 of 30% 𝐻2 𝑂2 (pH2)를 85℃에서 2시간
동안 반응시키며 가끔씩 진동을 준다.
4차
Organic
② 15 of 30% 𝐻2 𝑂2 ( pH 2 with 𝐻𝑁𝑂3 ) 첨가하고 다시 온도를 85℃
로 한 뒤 간헐적으로 진동을 주며 3시간동안 반응시킨다.
③ 차갑게 한 후 15 of 3.2 M 𝑁𝐻4 𝐴𝑐 in 20% 𝐻𝑁𝑂3 에 넣고 지속적인
4-2
개념모델
EL. 250m
가상원전
실트질모래층
EL. 190m
실트질점토
+모래질 자갈층
EL. 90m
지하수층
EL. 50m
EL. 0m
풍화암층
마산만 →
Risk Assessment
5
위해성평가
5-1
방사능
위해성평가
 발암 위해성 평가
0.3mSv/year 에 평생 노출될 경우
10만 명 당 1~2명이 매년 발암 가능성이 있으므로,
발암 확률은 3~6×10-2/Sv
물 음용에 따른 내부피폭
100Bq/L × 1.3mSv/Bq × 2L ×( 3~6)×10-2/Sv =
0.78~1.56%
세슘검출
량
실효선량 계수 일일음용
량
자연 에서의 발암 확률이 0.003~0.06%
→ 매년 최대 1.56% 발암확률은 매우 위험한 것
5-2
중금속
위해성평가
 노출경로
①
②
③
④
중금속이 축적된 수산물 섭취
수산물 채취과정
지하수 음용
지하수 및 토양에서 대기로 휘발하거나 비산되는
등으로 옮겨진 중금속 흡입
RfD (섭취)
Cd
Pb
1.0×10-3 (음식)
/ 5.0×10-4 (물)
5.0×10-4
RfD (피부접촉)
SF (흡입)
1.3×10-5
6.3×10-0
-
4.2×10-2
5-2
중금속
위해성평가
 발암 위해성 평가
IR = 20m3/day × 1.293kg/m3 = 25.86kg/day
ED = 70years
EF = 365days/year
BW = 60kg
AT = 70years
공기 중 검출량
(μg/kg)
Cd
Pb
0.5
3
ADD
2.24×10-7
1.32×10-7
SF
6.3×100
4.2×102
Risk
1.41×10-6
5.56×10-8
5-2
중금속
위해성평가
 비발암 위해성 평가
IR = 2L/day × 1kg/L = 2kg/day
ED = 70years
EF = 365days/year
BW = 60kg
AT = 70years
지하수 검출량
(mg/kg)
Cd
Pb
2
16
ADD
6.67×10-5
5.33×10-4
RfD
5.0×104
5.0×104
HQ
0.13
1.07
Choice For Purification
Method
6
정화방법 선
정
6-1
정화목표 설
정
공기 중 검출량
(μg/kg)
Cd
0.5
지하수 검출량
(mg/kg)
Pb
16
ADD
2.24×10-7
ADD
5.33×10-4
SF
Risk
6.3×100
1.41×10-6
RfD
5.0×104
HQ
1.07
세슘 노출시 최대 1.56% 의 매년 발암확률
정화 목표:세 물질의 검출량을 기준치 이하로 낮추는 것
6-2
Sand층 정화
방법
정화공법
soil washing
thermal
desorption
solidification/
stabilization
phytoremediati
on
electrokinetics
시공실
지형특
소요기
성
간
정화효율
2차오염
◎
◎
◎
○
◎
◎
○
○
◎
○
◎
적
경제성($/ton)
평가
◎
130-220
선정
△
◎
100-300
◎
◎
◎
100
선정?
○
◎
◎
△
15-40
선정
◎
○
◎
△
선정
6-3
Clay 및
aqufier층
정화방법
정화공법
pump & treat
시공실
정화효
2차오
지형특
소요기
경제성
평
적
율
염
성
간
($/ton)
가
◎
○
◎
◎
△
20000
선
permeable reactive
○
air sparging
○
◎
○
◎
○
정
◎-좋음, ○-양호, △-좋지 않음
○
△
△
△
Design For Purification
7
정화설계
7-1
Soil
Washing
1차처리: Soil Washing
 기본원리: 유해한 유기오염물질이 입자가 작은 토양에 많이 분포
되어 있으므로 이것만을 분리하여 부피를 감소시킨 후 처리
 주 목적: 완전한 토양재생이 아니라 오염된 토양의 부피를 줄이는
것
토양세척법의 특징
① 복합 오염물의 경우 혼합 세척제를 사용하며 적절한 세척제를
선별, 제조하기가 어렵다.
② 토양 내의 휴믹질이 고농도로 존재하는 경우에는 전처리가 필요
하다.
③ 점토에 흡착된 유기물질에는 효과가 없다.
④ 오염물질을 제거하거나 고정화시키지 않기에 분리된 세척액이나
토양은 2차 처리가 필요하다. :
⑤ 다량의 미사나 점토를 함유하지 않는 토양에 가장 효과적이다.
⑥ 유럽에서 일반적으로 사용되고 있지만 미국에서는 제한적으로
사용
7-1
Soil
Washing
7-1
Soil
Washing
2차처리: 복합 동전기 제염장치
→한국원자력연구원(원장 정연호) 제염해체기술개발부 김계남 박
사 팀 개발
방사성 물질에 오염된 토양에 다량의 질산을 넣어 오염을 제거
하는 ‘세척법’에 토양의 양쪽에 전극을 넣고 전압을 가해 전기
이동과 전기 삼투원리에 의해 (+)극을 띠는 방사성 물질을 음
극으로 이동시켜 분리해내는 ‘동전기(electrokinetic) 제염법’
을 복합한 것이다.
7-1
Soil
Washing
 Site-specific 적용평가
 HCl 등 강산으로 세척액을 쓸 경우 토양에
존재하는 중금속의 형태가 변하기 때문에
세척액이 아닌 잔류 농도를 분석하여 목표
달성을 비교분석 해야 함
 2차 처리에 사용한 복합 동전기 제염 장치
는 방사성 원소와 중금속의 후처리시 사용
되는 동전기법과 토양세척법을 복합한 장치
 방사성 물질이 유출된 직후인 상황이라면
상층부의 sandy 토양에 오염물질의 대부분
이 남아있기 때문에 적절한 선택이라고 판
단
7-2
동전기법
양극(＋) : 2𝐻2 𝑂 → 𝑂2 ↑ + 4𝐻 + + 4𝑒 −
음극(－) : 2𝐻2 𝑂 + 2𝑒 − → 𝐻2 ↑ + 2𝑂𝐻 −
7-2
동전기법
 동전기법 정화효율 증진방안
① pH 저하 기법(침전방지제 및 용해제)
 납의 이동을 원활하게 하기 위해 납이온의 수산화 침
전을 방지시켜야 할 필요성 존재
 간극수내의 pH저하를 더 크게 하기 위해 질산을 사용
 침전물의 용해나 음극반응의 소극화를 위해 초산을 사
용하여 음극부의 pH만 조절
② 착화제 주입
 배위자 역할을 하는 수산기, 인산기, 탄산기 등 무기음
이온을 착화제로 사용
 금속이온의 착물 형성에 EDTA를 사용하여 높은 안
정성을 지닌 화합물 생성
③ 이온선택막 사용:
 전기분해과정에서 음극에서 생성된 수산화이온이 양
극으로 이동하는 것을 최소화할 수 있음
 양이온과 극성화합물만 투과할 수 있고 음이온과 비극
성음전하를 띤 화합물은 투과할 수 없는 선택적 투과
성 막 사용
7-2
동전기법
 Site-specific 적용평가
 지하수에 염류가 많고, clay 층에는 대체로 다른 정화기술이 큰 효과를 보
기 힘듬
 방사능 오염이라 함은 생물학적 처리가 어려우나 그 유해함에 있어 반드
시 끝까지 물질을 분해하거나 가두고 있어야 하는 오염이니만큼 시간이
걸리더라도 정화효율을 먼저 생각하는것이 합리적
 방사성 세슘과 중금속과 같은 양이온들이 음극으로 모이게 되면 일정부분
은 시추를 통해 제거하고 일정부분은 동전기법 과정 중 음극 아래에서의
전기장을 강화시켜 지하수로 흘려보냄으로써 처리
7-3
투수성 반응
벽체
 중금속, 유기화합물, 영양염류 등으로 오염된 지하수가 이를
통과하면서 흡착, 분해, 탈염되어 정화
 저가의 비용으로 설치되며 설치 후 운영 및 유지관리 비용이
적고 오염된 지하수를 효과적으로 정화할 수 있음
 염화유기화학물 그리고 중금속 등으로 오염된 지역에 효과
적
7-3
투수성 반응
벽체
 Site-specific 적용평가
 토양의 활용을 위해서 지하수로 오염물질 이송
 지하수와 바다가 연결되는 부분에 콘크리트 벽으로
차단
 콘크리트 벽은 슬러리 벽을 시공하는 방법과 같음
7-4
식생정화법
① 추출
 식재된 수목의 새싹과 잎에 오염물질이 이동해서 축적되므로 매
년 수거할 수 있기 때문에 결과적으로 부지의 오염물질이 정화
됨.
 수거된 식물체는 건조해서 소각되거나 퇴비화.
② 밀폐
 식물이 오염물질을 이동하지 못하게 하는 것.
 오염물질이 환경내에서 더 이상 순환하지 않게 방지하는 역할
수행.
 비교적 큰 규모의 처리지역과 장기간의 처리시간 소요
③ 분해
 식물성장을 메커니즘으로 하기 때문에 생태학적으로 안정
 탄화수소, 유기화합물로 구성된 오염물질의 구조를 파괴해 더
적
이상 유해하지 않게 하는 것.
 식생이 토양의 구조와 구성성분을 유지시키는 작용을 하여
 식물의 뿌리부에 공생하는 미생물이나 곰팡이, 뿌리의 효소에 의
토양침식 방지
해 이루어짐.
 식생뿌리지역의 미세동식물을 보호함으로써 건강한 토양
7-4
식생정화법
 Site-specific 적용평가
 식물별 Pb 함량이 제일 높은 것으로 알려진 대마 및 아마를 이용하여 납
정화
Ex)체르노빌 사고 케이스 - 방사성물질의 독성을 극복할 수 있도록 프로테
움 변성
 유채꽃과 해바라기가 칼륨과 혼동하여 세슘을 성장 과정에서 잘 흡수
 세슘은 화학약품을 사용한 화학반응을 통해 무독화시킬 수는 없으며 자연
소멸을 기다리거나 무엇인가를 통해 흡수
 정화용 식물의 줄기나 잎 등 찌꺼기에는 저농도의 방사성 물질이 존재할
7-5
자연저감법
 자연 저감법의 특징
① 오염물들을 자연적으로 발생하는 미생물로 분해하고 분산시키도
록 하는 과정을 포함하기에 자연적, 자발적 복원법
② 오염물의 지속적인 모니터링과 위해도 평가 등을 수반
1)파괴적인 분해: 생물학적 분해에 의한 오염물의 분해
2)비파괴적인 분해: 흡착, 희석, 분산 등의 과정을 통한 오염물 농
도의 감소
③ 많은 종류의 유기 화합물을 환경에 적합하거나 유동성이 낮은 물
질로 분해/전환
④ 다른 공법에 비해서 비교적 간단하고 오염지역 주변 환경에 미치
는 영향이 작으나 시간이 많이 걸리고 그 시간동안 긴 모니터링
이 필요
7-5
자연저감법
 Site-specific 적용평가
 오염된 토양을 기존에 존재하는 갯벌에 더해서 새로운 인
①
저서생물이
공갯벌을
조성 에너지원을 흡수하는 과정에서 중금속과 결합
한 종류의
유기물도
섭취
 여러
저서생물을
투입하여 인공적인 갯벌 생태계를
②
수명이 다한 저서생물이 땅에 묻히면 미생물에 의해 분해
조성
③ 저서생물 체내에 존재하던 중금속 이온들이 황이나 기타
무기이온과 결합하여 독성이 없는 화합물 생성
④ 갯벌과 담수/해수의 지속적이 교류로 화합물들이 갯벌과
면한 바닷가로 쓸려 나가 해저 퇴적물로 변함
7
설계모델
Investigation On Purification
Cost
8
비용평가
8
비용평가
비용
Soil washing at sand la
yer
점성토지반에서의 동전기
법
200 억
350 억
지하수 PRB 공법
200 억
총 비용
700 억
방사능 물질로 인한 체르노빌 원전폭발급 사고시 최대 628
조 손해 예상
→따라서 방사능오염사고시 즉각적인 대응이 오히려 비용면
Conclusion
9
결론
9
결론
토양의 윗층에는 얇은 모래층, 아래에는 실트질 점
토가 분포
누출 초기 모래층에 다량 분포하는 세슘의 정
화를 위해 토양세척법을 사용
수리전도도가 낮은 점토층과 지하수에는 동전기
법과 투수성 반응벽체공법을 사용하여 정화를 시
도
생태계의 흐름 유지와 지속가능한 개발을 위해 식
생정화법과 자연저감법 이용
기회비용에 비해 정화비용이 낮으므로 경제성 효
율문제는 해결 된 것으로 판단
Reference
1
0
참고문헌
10
참고문헌
① 김계남 외 3인, 동전기방법에 의해 토양내의 방사능핵종 제거 시 Ageing
효과에 관한 연구, 2004, 한국원자력연구소
② 김계남 외2인, 동전기적방법을 이용한 토양내이 세슘제거 연구, 한국원자력
연구소, 2001
③ 설명수, 토양세척 및 식물복원공법을 이용한 중금속 오염토양의 정화에 관
한 연구, 조선대학교 대학원 환경공학과
④ 연안오염총량관리 기본계획 수립연구 (1) 최종보고서, 2007.1, 해양수산부
⑤ 이광헌 외 4명, 카드뮴,납,구리에 대한 슬래그의 흡착특성평가, 한국지반공
학회논문집 제24권 6호 2008년 6월
⑥ 이명호, 오염지반 및 오염지하수의 정화를 위한 신개념 개량공법: 동전기적
투수성 반응벽체, 한양대학교 공학대학 토목환경공학과, 2007
⑦ 이찬근, 인천 갯벌의 생태적 가치평가와 저서생물에 의한 정화기능의 가치
⑧ 이찬원 외 2명, 마산만 오염 준설토사의 생태회복, 한국환경과학회지 제17
권(제1호), 경남대학교 환경공학과
⑨ 정구복 외2인, 토양중 카드뮴과 납의 Phytoextraction을 위한 식물재배 연
구, 농업과학기술원, 2000
Thank You!