Transcript 오염물질의 특성에 따른 분류

가상 지하수 및 토양오염
부지의 정화계획
Clean-Up Plan for Simulated
Contaminated Groundwater and Soil Site
08년 2학기 지하수 및 토양오염
3조 박주형 2003-12321
이민규 2003-12342
오정환 2003-12335
Contents
• 최적정화기술 선정 기준/단계
• 최적정화기술 선정 FLOW
• 가상오염부지의 설정
• 적용 정화기술/기술선정 기준
• 기술적용
• 결과
최적정화기술 선정 기준/단계
1 단계 : 오염부지(매체)의 특성에 따른 분류
불포화지역/포화지역, 투수계수, 토성, 공극율, 함수율,
지하수위, TOC, pH 등
2 단계 : 오염물질의 특성에 따른 분류
VOCs(PCE,TCE) SVOCs(PCB), 유류(BTEX,LNAPL),
무기물(As, Hg, Cd, Cu, Ni 등), 방사성 물질, 화약류
3 단계 : 정화기술 특성에 따른 분류
In-Situ/Ex-Situ, 기술개발상태, 적용용이성, 정화기간, 비용,
단독적용가능여부, 부산물 등
4 단계 : 최적정화기술의 선정
전반적인 부지환경 및 오염물질의 특성 재검토(정화목표 수준, 오염
물질분포상태(심도, 농도)/존재형태(가스, 토양내 흡착상, 자유상 유류)
최적정화기술 선정과정 FLOW
오
염
도
조
사
오염현황이
조사되었나?
현장오염특성조사수행
1
단
계
오염매체가
토양인가?
지하수정화
필요한가?
오염물질별 분류
2
단
계
정화기술그룹
선정되었나?
정화기술별 분류
3
단
계
4
단
계
적용가능한
몇가지기술
선정되었나?
정화기술 설정
및 설계
지하수
정화기술 선정
가상오염부지의 설정
가상오염부지 “XX 기지”의 개요
1. 총 부지면적 : 10,000㎡
2. 총 오염면적 : 1,000㎡
제 1번 오염지역
- 오염면적 : 400m2
- 오염토량 : 2000m3
- 오염심도 : GL(-) 0~6m
제 2번 오염지역
- 오염면적 : 400m2
- 오염토량 : 900m3
- 오염심도 : GL(-) 0~6m
3. 총 오염토량 : 3,300㎥
TPH
BTEX
4. 오염물질 : TPH, BTEX
5. 오염심도 : GL(-) 0~6m
TPH
BTEX
TPH
BTEX
6. 토양층 : 사질토양 + 약간의 미사질토
7. 지하수위 : GL(-) 2~4m
8. 수위변동 : GL(-) 2~4m
제 3번 오염지역
- 오염면적 : 100m2
- 오염토량 : 400m3
- 오염심도 : GL(-) 0~6m
N
가상오염부지의 설정
오염심도에 따른 오염토량의 변화량
오염토량(㎥)
제1번
제2번
제3번
오염심도별
비 율
오염지역
오염지역
오염지역
총 량
(%)
0~1
200
200
50
450
13.6
1~2
300
100
300
700
21.2
2~3
800
100
20
920
27.8
3~4
200
450
10
660
20
4~5
300
30
10
340
10.3
5~6
200
20
10
230
7.1
총 량
2,000
900
400
3,300
100
오염심도(GL(-),m)
가상오염부지의 설정
오염물질별 심도에 따른 오염토량의 변화량
오염 토량
(㎥)
제1번 오염지역
제2번 오염지역
제3번 오염지역
오염심도별 총량
비 율 (%)
오염심도
(GL(-) ,m)
TPH
BTEX
TPH
BTEX
TPH
BTEX
TPH
BTEX
TPH
BTEX
0~1
100
100
100
100
30
20
230
220
13.1
14.2
1~2
150
150
70
30
100
200
320
380
18.2
24.6
2~3
500
300
50
50
10
10
560
360
31.9
23.4
3~4
100
100
200
250
8
2
308
352
17.5
22.8
4~5
200
100
20
10
5
5
225
115
12.8
7.5
5~6
100
100
10
10
4
6
114
116
6.5
7.5
총 량
1,150
850
450
450
157
243
1,757
1,543
100
100
가상오염부지의 설정
각 오염물질 별 심도, 농도 분포 특성
1) TPH
오 염 토 량 (㎥)
구분
상부
구간
심도
500~
2,000~
5,000
합계
GL(-),
2,000
5,000
mg/kg
(㎥)
m
mg/kg
mg/kg
이상
0~2
0
0
250
변동
250
구간
합계
비율
(%)
GL(-),
상부
구간
0~2
오염
500~
2,000~
5,000
2,000
5,000
mg/kg
mg/kg
mg/kg
이상
150
20
0
합계
(㎥)
170
지하
2~4
0
100
500
600
수위
변동
구간
확산
심도
m
지하
수위
구분
오 염 토 량 (㎥)
오 염 토 량 (㎥)
오염
오염
0
50
250
300
확산
구간
0
150
1,000
1,150
0
13
87
100
제1오염지역
합계
비율
(%)
상부
구간
심도
500~
2,000~
5,000
합계
GL(-),
2,000
5,000
mg/kg
(㎥)
m
mg/kg
mg/kg
이상
0~2
100
30
0
130
2~4
15
3
0
18
4~6
9
0
0
9
124
33
0
285
43.5
56.5
0
100
지하
2~4
200
50
0
250
구간
4~6
구분
수위
변동
구간
4~6
30
0
0
30
380
70
0
450
84.4
15.6
0
100
제2오염지역
확산
구간
합계
비율
(%)
제3오염지역
가상오염부지의 설정
각 오염물질 별 심도, 농도 분포 특성
2) BTEX
오 염 토 량 (㎥)
구분
상부
구간
심도
500~
2,000~
5,000
합계
GL(-),
2,000
5,000
mg/kg
(㎥)
m
mg/kg
mg/kg
이상
0~2
0
20
230
변동
250
구간
합계
비율
(%)
GL(-),
상부
구간
0~2
오염
500~
2,000~
5,000
2,000
5,000
mg/kg
mg/kg
mg/kg
이상
80
50
0
합계
(㎥)
130
지하
2~4
0
50
350
400
수위
변동
구간
확산
심도
m
지하
수위
구분
오 염 토 량 (㎥)
오 염 토 량 (㎥)
오염
오염
0
20
180
200
확산
구간
0
90
760
850
0
10.6
89.4
100
제1오염지역
합계
비율
(%)
상부
구간
심도
500~
2,000~
5,000
합계
GL(-),
2,000
5,000
mg/kg
(㎥)
m
mg/kg
mg/kg
이상
0~2
200
20
0
220
2~4
5
7
0
12
4~6
10
1
0
11
215
28
0
243
88.4
11.6
0
100
지하
2~4
150
50
0
300
구간
4~6
구분
수위
변동
구간
4~6
20
0
0
20
250
100
0
450
77.8
22.2
0
100
제2오염지역
확산
구간
합계
비율
(%)
제3오염지역
(3) 가상오염부지의 설정-6
TCE, BTEX에 의한 토양오염 상황 정리
2번 구역
1번 구역
2
2
1200
1400
오염농도(ppm)
1600
1800
2000
2
심도(m)
4
4
6
TPH
BTEX
.
6
오염농도(ppm)
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800
2200
심도(m)
1000
심도(m)
오염농도(ppm)
4600 4650 4700 4750 4800 4850 4900 4950 5000 5050
3번 구역
TPH
BTEX
4
6
기타 가정사항
- 공극률 : 평균 60%
- 함수량 : 평균 25%
- pH : 평균 7
- 고유투수계수 : 4.3×10cm/sec
- TOC(총유기탄소, Total Organic Carbon) : 평균 1%
- 목표 정화수준 : TPH 300mg/kg, BTEX 50mg/kg
- 토양의 수리전도도 : 평균 2.5×10cm/sec
TPH
BTEX
적용 정화기술
1) 원위치 토양 세정법(In-situ soil flushing)
- 오염물의 자유상이 존재하는 토양과 오염된 주변 지하수를 동시에 정화하는 방법
- 채수 주입법(pump and treat method)을 변형하여 오염물을 추출하여 정화하는 방법
- 공기나 수용액을 주입하는 주입정(injection well)과 주입상과 함께 토양과 지하수 내에 존재하는
오염물을 함께 채수하는 채수정(extraction well)의 하나의 단위 공정으로 이루어져있다.
- 오염 토양 및 지하수 정화 작업 시 주변 환경에 미치는 영향이 적다.
적용 정화기술
2) 고려요인
오염 토양 특성
(soil characteristics)
• 수리전도도
• 토양표면적(soil surface area)
• 완충능력(buffering capacity)
• 탄소함량(carbon content)
• pH
• 양이온 교환능력
• 점토함량(clay content)
• 일반균형(fracture)
오염 물질 특성
(constituent characteristics)
• 농도
• 용해도
• 흡착성(분배계수)
• 증기압
• 점도(liquid viscosity)
• 밀도(liquid density)
적용 정화기술
3) 선정 배경
기 준
분
류
불포화대 처리
내
용
• 지하수위 상부의 오염토양을 처리하는 기술
오염의 위치
포화대 처리
지중처리(in-situ)
• 지하수위 하부(대수층)의 오염토양과 지하수를 동시에 정화하는 기술
• 오염된 토양 및 지하수를 굴착 또는 양수하지 않고 지중에 관정을 삽입
하여 원위치에서 직접 처리하는 기술
굴착의 유무
지상처리(ex-situ)
생물학적 처리
공정원리
물리․화학적 처리
열적 처리
• 오염된 토양 및 지하수를 굴착 및 양수 후 적절한 처리시설로 이동시켜
처리하는 기술
• 미생물의 분해작용 및 식물의 흡수작용과 같이 생물학적 원리를 활용하여
오염토양을 처리하는 기술
• 흡착, 화학적 분해 등의 물리․화학적 원리를 이용하여 오염토양을 처리
하는 기술
• 오염토양에 열을 가하여 오염물질을 분리 또는 분해하거나 고정화시키는
기술
적용 정화기술
4) 선정 배경
분
지중
류
생물학적
처리
기술
(in-situ)
정화기술의 종류
- Bioventing
- Enhanced Bioremediation
- Chemical Oxidation
물리․ 화학적 - Electrokinetic Seperation
- Fracturing
열 적
- Phytoremediation
- Soil Flushing
- Soil Vapor Extraction
- Solidification/Stabilization
- Thermal Treatment
- 가상오염부지의 특성
높은 수리전도도 : 평균 2.5×10cm/sec
높은 공극률 : 평균 59%
높은 고유투수계수 : 평균 4.3×10cm/sec)
- 유류에 오염된 토양과 지하수를 한 번에 정화할 수 있는 방법을 선정
적용 정화기술
5) 선정 배경
좁은 부지면적 - in situ 기술필요
높은 수리전도도 - 2.5×10cm/sec
높은 공극률 - 평균 59%
높은 고유투수계수 - 평균 4.3×10cm/sec
토양 세척법
(Soil
Flushing)
적용의 용이성 - 토양/지하수 동시 정화
친환경적 계면활성제를 이용한 효율성 제고
기술의 참신성 - 국내에서 사례 없음
적용 정화기술
5) 정화조건
Kerosene
Diesel
Gasoline
k(/day)
0.043238
TPH 정화 목표(ppm)K값 산정
500
BTEX 정화 목표(ppm)
80
10000
10
6000
6000
8
4000
4000
2000
2000
CELNO
CELNO
NNN
CELNO
PRETEX
PRETEX
PRETEX
6각
주입정 당 주입속도(l/min)
1.5
lnC = -0.0432t + lnC0
lnC
Solubility(ppm)
Solubility(ppm)
8000
8000
0
0 0
0
4
일간 주입 시간(hr)
0.5
0.5
8
1.5
1
1.5
2
concentration(%
)
1주입정Surfactant
당Curfactant
넓이(m
)
Surfactant concentration(%)
2
1
2
2.5
2
2.5
5
0
0
50
100
시간(day)
계면활성제의 g당 가격(원)
150
200
800
정화식 가정
FIRST ORDER REACTION
C=C₀ exp(-kt), ln C = ln C₀ - kt
적용 정화기술
6) 정화 – 1번 구역
1번 구역
심 도
오염 종류
오염 농도
(ppm)
정화 기간
(day)
TPH
5000
53
BTEX
4880
95
TPH
4750
52
BTEX
4813
95
TPH
4750
52
1
0~2m
0.8
C/C0
0.6
2~4m
0.4
0.2
0
0
40
4~6m
80
시간(day)
120
1번 BTEX
구역
160
4850
10
주입정 개수
8
계면활성제 양
비 용
95일
80개
6
1095t
876억
lnC
정화 기간
4
95
적용 정화기술
6) 정화 – 2번 구역
2번 구역
심 도
오염 종류
오염 농도
(ppm)
정화 기간
(day)
TPH
1515
26
BTEX
2115
76
TPH
1700
28
BTEX
1813
72
TPH
1250
21
BTEX
1250
64
오염농도(ppm)
101
1000
2000
1800
1600
1400
1200
2200
0.8
8
0~2m
2
심도(m)
C/C0
lnC
0.6
6
0.4
4
4
2~4m
0.2
2
6
00
00
20
20
40
40
60
60
80
TPH
BTEX 100
4~6m
시간(day)
시간(day)
정화 기간
주입정 개수
계면활성제 양
비 용
76일
100개
1090t
873억
적용 정화기술
6) 정화 – 3번 구역
3번 구역
심 도
오염 농도
(ppm)
정화 기간
(day)
TPH
1769
29
BTEX
1455
67
TPH
1625
27
BTEX
2563
80
TPH
1250
21
BTEX
1455
68
오염농도(ppm)
101
1000
1500
2000
2500
3000
0.8
8
0~2m
2
0.6
6
심도(m)
C/C0
lnC
오염 종류
0.4
4
4
2~4m
0.2
2
6
00
00
20
20
40
40
60
60
80
100
TPH
BTEX
120
4~6m
시간(day)
시간(day)
정화 기간
주입정 개수
계면활성제 양
비 용
80일
20개
231t
185억
적용 정화기술
6) 정화 – 종합
정화 기간
주입정 개수
계면활성제 양
비 용
95일
200개
2400t
1900억
7) 한계점
1. Pilot Scale 에서 이루어진 실험을 바탕으로 이루어진 모의정화
2. 차수막 설치, 파일(Pile) 가격 등과 같은 실무적인 수치를 고려 못함
3. 비용절감에 있어 가장 중요한 계면활성제 재활용을 고려 못함.
Thank you