정화 설계 프로젝트

- 군 부대 내 유류오염 -

2008-15586 송 정 철 2009-12033 김 상 은 2009-12051 배 창 훈 2009-12062 이 걸 2009-12078 조 은 수 2009-10974 마유안종 2010-12106 김 준 학 1

발표 순서

01

부지결정

02

부지현황

03

기초조사

04

정밀조사

05

적용성 평가 및 설계

2

01

부지결정



토양오염 02 1. 시차성 2. 오염물질 및 오염지역에 따른 특이성 특징 정의 01 사업 활동이나 기타 사람의 활동에 따라 토양이 오염되는 것으로서 사 람의 건강•재산이나 환경에 피해를 주는 상태 (토양환경보전법, 2006) 상호 연관성 03 1. 다른 매체로 오염물질이 이동하여 오염을 야기 2. 오염물질의 최종적인 종착지

3

01

부지결정



우리나라의 토양오염 경향

 도시폐기물의 단순투기방식의 매립  저장탱크에 의한 유류 누출  휴•폐광산의 광미에 의한 토양의 중금속 오염  제련소 지역의 중금속 오염  불량한 하수관로에 의한 하수의 누수 4

01

부지결정



유류 시설 유류 제조/저장 시설 유류비축기지, 정유공장내의 원유저장시설과 제품저장시 설, 전국에 산재하는 저유소 유류 운송 시설 송유관시설 유류 판매 시설 유류 일반대리점, 주유 소, 석유 일반판매소 군부대 내 유류시설 유류저장소

5

01

부지결정



토양환경보전법 - 정화기준 [시행 2012.1.26] [대통령령 제23529호, 2012.1.25, 타법개정]

6

01

부지결정



토양환경보전법 – 정화기준 [시행 2012.7.4] [환경부령 제463호, 2012.7.4, 타법개정]

7

01

부지결정



토양환경보전법 - 정화기준 [시행 2012.1.26] [법률 제10926호, 2011.7.25, 전부개정]

8

01

부지결정



토양환경보전법 - 유류오염지표

 BTEX(벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠)  TPH(석유계 총 탄화수소) 방향족 탄화수소 → 생분해가 어려움 → 지속성 및 잔류성 문제

[시행 2012.7.4] [환경부령 제463호, 2012.7.4, 타법개정]

9

02

부지현황

 위치 : 경기도 부천시 소사구 옥길동  조사대상부지 면적 : 5,000m 2  오염원인 : 지반침하에 따른 송유관 파열  조사항목 : TPH, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌 10

03

기초조사



토양시료 채취 위치도 1 4 2 3 5

11

03

기초조사



토양 특성

 이화학적 특성  입도분포

시료번호 PH 유류분해균수 (CFU/g) 토성 (%) Sand Silt Clay 토성 1 6.67

3.03 × 10³ 40.24

34.12

25.64

Loam 2 6.42

4.11 × 10³ 69.40

13.72

16.88

Sandy Loam 3 6.20

6.09 × 10³ 40.12

40.24

19.64

Loam 4 6.75

2.01 × 10³ 50.10

35.12

14.78

Loam 5 6.41

4.03 × 10³ 41.56

36.32

22.12

Loam

12

03

기초조사



지하수 특성

 지하수위 측정  수위 등고선도 작성

시료번호 착점심도 (m) 자연수위 (m) Relative hydraulic head 1 8.0m

2.57m

0.57m

2 6.0m

0.60m

0.60m

3 7.0m

1.52m

0.52m

4 8.0m

2.46m

0.46m

5 6.0m

0.37m

0.37m

1 4 2 3 5

13

03

기초조사



지하수 특성

 Slug test

수리전도 도 시료번호 (cm/sec) 1차 2차 평균 1 2 3 4 5 1.12×10

⁻

³ 7.14×10

⁻

⁴ 9.67×10

⁻

⁴ 1.14×10

⁻

⁴ 3.14×10

⁻

⁴ 2.14×10

⁻

⁴ 1.02×10

⁻

³ 1.03×10

⁻

⁴ 3.03×10

⁻

⁴ 2.03×10

⁻

⁴ 6.14×10

⁻

⁴ 1.09×10

⁻

⁴ 3.09×10

⁻

⁴ 2.09×10

⁻

⁴ 8.67×10

⁻

⁴

수리전도도(cm 2 ) 14

04

정밀조사



오염물 특성 등 급

Ⅰ Ⅱ Ⅳ

TPH

3지역 <800 800~2000 Ⅲ 2000~5000 >5000 점수 90 3 2 -

벤젠

3지역 <1.2

점수 93

톨루엔

3지역 <24 점수 93 1.2~3 3~9 >9 2 24~60 60~180 >180 2 -

에틸벤젠

3지역 <136 136~340 340~1020 >1020 점수 95 -

크실렌

3지역 <18 점수 93 18~45 45~135 >135 1 1   TPH : 2점 초과 벤젠 : 2점 초과  크실렌 : 1점 초과 15

04

정밀조사



오염물 예상분포-MODFLOW method

16

04

정밀조사

• 수리전도도

=

1 ~ 9  10  4 cm 2 • 강 쪽으로 흘러 들어감 • 지하수위가 전반적으로 높음 • 오염 부지

=

약 11 .

2 m 2 • 오염 심도

= 1~2 m

•

BTEX & TPH

기준 초과 • 지하수를 거쳐 강으로 유입 가능 • 유류분해 균 수

=

2 ~ 4  10  3 CFU/g • 주로

Loam

으로 구성 • 투수성 양호

;

오염물 이동가능 지하수의 특성 오염물의 특성 • 군부대

;

민간인 출입 통제적 • 통신선

,

전선 등 존재 토양의 특성 부지 특성

Site Investigation

17

05

적용성 평가 및 설계

18

05

적용성 평가 및 설계



공법 종류 - Bioventing

strength 소요장비 조달 용이 및 설치 간편 정화공사 중 부지활용 가능 접근 불가능한 곳도 정화 가능 타기술에 비해 저렴 다른 정화기술과 조합 가능 높은 초기 오염농도 적용이 제한될 수 있음 매우 낮은 농도까지 처리 어려움 배출가스 처리를 위한 비용 추가 weakness 19

05

적용성 평가 및 설계



공법 종류 - SVE(Soil Vapor Extraction)

strength 소요 장비의 조달이 용이 접근 불가능한 곳도 정화 가능 타기술에 비해 저렴 다른 정화기술과 조합 가능 90%이상 농도를 저감시키기 어려움 투수성 낮은곳에 적용시 처리효과 낮음 배출가스 처리 비용 추가 불포화 대수층 내 토양만 weakness 20

05

적용성 평가 및 설계



공법 종류 - Landfarming

strength 설계와 운전이 용이함 정화기간이 짧음 (6~24개월) 생분해 속도가 느린 유기물질에 효과적 90%이상 농도를 저감시키기 어려움 중금속 등 무기물 분해 불가능 배출가스 정화시설 필요 시설 설치를 위한 넓은 부지 필요 weakness 21

05

적용성 평가 및 설계



공법 종류 - Chemical Oxidation

strength 오염물질을 원위치에서 정화할 수 있음 정화기간이 짧고, 운영비용 감소 자연정화법과 연계되어 사용가능 환경교란을 최소화 할 수 있음 불완전산화 혹은 중간물질 형성 될 수 있음 오염물 농도가 높을 때는 비경제적 토양에 기름/그리스 성분이 적어야함 weakness 22

05

적용성 평가 및 설계



공법 종류 - Thermal Desorption

strength 석유계 화합물의 처리에 효과가 탁월 적용범위가 매우 넓음 처리효율이 높고 단기간에 처리가 가능 대부분의 중금속 등은 정화가 불가능함 경제성이 낮음 반응시간이 길어지고 처리비용이 증가함 weakness 23

05

적용성 평가 및 설계



공법 종류 - Permeable Reactive Barrier

strength 별도의 후처리 필요 없음 단 시일내 오염 정화 가능 지하수의 흐름 변화 없이 정화 가능 현장에서 적용함으로 별도의 부지 필요 없음 시공 후 유지보수가 힘듦 아직 국내에는 상용화 안됨 weakness 24

05

적용성 평가 및 설계



대안 평가

생물학적 통풍법(Bioventing) 토양증기 추출법(Soil Vapor Extraction, SVE) 토양경작법(Landfarming) 화학적산화법(Chemical Oxidation) 열찰탁법(Thermal Desorption) 투수성 반응 벽체(Permeable Reactive Barrier) 25

05

적용성 평가 및 설계



대안 평가

Bioventing SVE • 군부대-추가 시설물 설치가 어려움 • 군부대 내 지중 통신선, 전선, 수도관 고려로 인해 복잡한 시공 및 지속적 관리가 불가능 • 오염 심도(~2m)가 얕아서 복잡한 장비 설치 부적합 Thermal Desorption • 상대적으로 높은 에너지 비용이 소모되 어 경제성이 낮음 • 군부대 성격상 굳이 빠른 시간 내에 정화 해야 할 필요가 없음 Chemical Oxidation Landfarming Permeable Reactive Barrier 26

05

적용성 평가 및 설계

<공통점>  완전 상용화 상태  국내 적용 용이  EX-situ 적용 가능  정화기간 보통 27

05

적용성 평가 및 설계

28

05

적용성 평가 및 설계



화학적 산화법 : 산화제 장단점 비교 산화제의 장점

빠른 시간안에 정화 완료할 수 있음 MTBE와 벤젠 산화시킬 수 있음 산화반응을 통해 발생하는 열로 VOC 등 배기가스 미발생 산화제 지속시간 증가시켜 오염물질과 접축시간 높일 수 있음 호기성 생분해 필요한 용존산소 제공할 수 있음 공정운영 기간동안 건강 및 안전 위험을 감소시킬 수 있음 자동화시스템 이용하여 적용 가능함

산화제의 단점

벤젠 또는 MTBE 효과적으로 산화시킬 수 없음 증기회수시설 없을 경우 유독증가 유입 될 수 있음 오염운의 모양 및 범위를 변화시킬 수 있음 투수성 낮은 토양의 경우 짧은시간 안에 산화제 유입 애로 현장 산화제 취급시설 및 저장시설 필요함 현장 가스 생산 및 이송시설 필요함 제한적 효과로 인하여 적용 프로젝트 사례 미비 지중 2차 부산물 생성 가능성 있음 침전물 생성하여 대수층 공극 막을 수 있음

과산화수소

○ ○ ○ ○ ○

과산화수소

○ ○ ○ ○ ○ ○

과망간산염

○ ○ ○

과망간산염

○ ○ ○ ○ ○ ○

오존

○ ○ ○ ○

오존

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 과산화수소를 이용한 펜톤 산화 반응

Fe

2  

H

2

O

2 

Fe

3  

OH

 

OH

 29

05

적용성 평가 및 설계



화학적 산화법 : 과산화수소의 pH 조절

 최적 pH = 2.0 ~ 4.0

 실제 pH는 6.20 ~ 6.61  0.1M 황산과 0.1M 수산화나트륨으로 기준 이내로 pH 조절이 필요하다 30

05

적용성 평가 및 설계



화학적 산화법 : 과산화수소의 주입 농도

 과산화수소↑ → TPH 분해속도↓  경제성을 고려하여 10~15%의 과산화수소 적용 31

05

적용성 평가 및 설계



화학적 산화법 : 철 촉매

 Fe(ⅲ)이 Fe(ⅱ) 보다 좀 더 효율적  3%와 5%의 차이는 미미  따라서 경제성을 고려해 Fe(ⅲ) 3%를 사용 32

05

적용성 평가 및 설계



화학적 산화법 : 과산화수소 주입 방법

 Method 1 : 단을 나누지 않았을 때  Method 2 : 단을 나누었을 때  Method 3 : 나눈 단을 뒤집었을 때 Fe(ⅲ)+H 2 O 2 를 단을 나누어 주입하되 뒤집지 않는 것이 가장 효율적 33

05

적용성 평가 및 설계



화학적 산화법 : 초기 TPH 농도에 따른 처리 효율

 기준 : Fe(ⅲ) 3%  처리 효율은TPH의 초기 농도에 따라 크게 변하지 않는다.

 본 연구 : 최대 4063.52mg/kg  따라서 처리효율은 약 50% 34

05

적용성 평가 및 설계



화학적 산화법 : 과산화수소 주입량 계산

 토성 : 양토(Loam) 및 사양토(Sandy Loam)  공극률 : 약 32%  오염된 공극 부피 : 11 .

2

m

3  0 .

32  3 .

584

m

3  수분 : 기체 = 1 : 1 라 가정  3 .

584

m

3  0 .

5  1 .

792

m

3 35

05

적용성 평가 및 설계



토양 경작법 : 미생물 군집 농도

 최소 유류분해 미생물 개체 수 기준 : 1  10 3

CFU

/

g

 대상 지역 : 3 ~ 6  10 3

CFU

/

g

 미생물 주입농도↑ → 저감 효과↓ ∴ 굳이 주입하지 않아도 됨 36

05

적용성 평가 및 설계



토양 경작법 : 기타 조건

 토양 pH 기준 : 6~8 이 적합 대상 지역 : 6.20~6.61 (O.K.)  수분함량 기준 : 40~85% ex-situ : 조절 가능 (O.K.)  토양온도 기준 : 10~45도 내에서 높을수록 유리 ex-situ : 조절 가능  오염물질 농도 (O.K.) 기준 : 유류(25,000mg/kg 이하) 대상 지역 : 4063.52mg/kg (O.K.) 37

05

적용성 평가 및 설계



토양 경작법 : 소요부지 산정

 소요부지면적 (m 2 ) = 오염토양 (m 3 ) / 경작높이 (m) x 경작횟수  14

m

3 / 0 .

3

m

 1  46 .

7

m

2 38

05

적용성 평가 및 설계



PRB (Permeable Reactive Barrier)

 시공 완료 전,후의 정확한 지하수 오염 정도 불확실  But, 강으로의 유입이 걱정될 경우 설치 가능  오염원 : 염가 유기물 → 반응물질 : 영가 철(Fe 0 ), GP dust, HRM Sludge  수리적 성질을 고려해 두께 결정 39

06

요약

4 2 B 1 3 A 5

A : 굴착 후 정화 시설로 옮겨 화학적 산화법을 적용 후 토양경작법으로 마무리 B : 시간에 따른 오염 정도가 확실치는 않으나 안전을 위해 투수성 반응벽 설치 40

참고문헌



장두훈(2010), “토양오염 원인자(군부대)에 의한 오염토양 직접 정화 방안에 관한 연구”, 고려대학교 공학대학원 석사논문



문용수(2010), “인천지역의 토양오염 현황 분석 및 장래오염 예측”, 인천대학교 공학대학원 석사논문



김종원(2009), “토양경작법의 사례 분석을 통한 적용성 개선에 관한 연구”, 광운대학교 공과대학원 석사논문



김국진 등 (2008), “유기성 영양분 첨가 및 화학적 산화 연계를 통한 유류오염 토양의 생물학적 정화효율 향상에 관한 연구”, 한국지하수 토양환경학회



토양오염 정화방법 가이드라인, 환경부, 2007



토양환경보전법, 2012

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