토양환경기사 문제 해설

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효린 양
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1 토양환경기사문제해설 토양환경기사실기시험 ( 시행 ) 토양환경기사 ^^*

2 1. 차단벽의연직방향설치방법에는지하불투수층까지설치하는방법과지하수면직하부까지 설치하는방법이있다. 각각적용가능한오염물질과그사유는? (5 점 ) 구 분 지하불투수층까지설치하는방법지하수면직하부까지설치하는방법 (Keyed-In Slurry Wall) (Hanging Slurry Wall) 오염물질 고밀도비수상액체 (DNAPL), 액상물질저밀도비수상액체 (LNAPL), 이동성가스 사 유 물보다비중이큰 DNAPL은지하수면물보다비중이작은 LNAPL은지하수을통과하여하부로이동하는동안대면을따라이동하며, 이동성가스또한수층전체를오염시키고포화영역내지하수면상부에서이동하므로차단벽바닥층까지도달하게되고, 액상오염물을지하수면직하부까지만설치하여질도대수층전체를오염시키므로차오염물질의이동을차단할수있음. 단벽을지하불투수층까지설치하여오염물질의이동을차단할수있음. 참고차폐시설 ( 연직배치시스템 ) 완전관통식 ( 삽입식 ) 점토층이나기반암등의저투수층까지차수벽을완전삽입 (keyed-in) 하는방식의수직차수벽을 완전관통식수직차수벽이라하며가장전형적인연직배치시스템이다. 불투수층은차폐지역의 바닥을형성하며, 완전한차폐를위해서는엄격한삽입작업이요구된다. 이러한형식의차폐형 식은액상물질을제어하는데적절한방법인데오염된지하수에대한차폐벽재료의내구성을검 토하는것이필요하다. 부분관통식 ( 현수식 ) 불투수층깊이까지설치하지않고투수층내에일정한깊이까지차폐시설을현수식 (hanging) 으 로설치하는방식으로불투수층이상당히깊은곳에위치하여불투수층까지설치하는것이용 이하지않는지역에서기름이나연료와같이물위에뜨는경량불용성물질 (floater) 이나이동 성가스의제어에사용된다. 예를들면투수층토양위에설치된기름탱크에서새어나온기름 을제어하고자하는경우에적용될수있다. 폐기물매립장의경우는오염물질이복합적으로 매우다양하게구성되어있기때문에이러한차폐시스템이적용되는경우는드물며주로불투 수층내완전관통식 ( 삽입식 ) 차폐시스템이적용된다. 출처정하익, 물리적방법에의한오염토양및지하수정화 [Online]. Available : 토양환경기사^^* [1]

참고슬러리월 (Slurry Walls) 개념도 (a) (b) Types of Slurry Wall Emplacement.

, 1985) (a)typical vertical section for slurry wall (b)alternative vertical section for "hanging" slurry wall for

단점 : 오염토양의굴착, 이동등의토공작업, 처리시설등에비용이많이소요됨. 참고한국지하수토양환경학회. 2001. 토양환경공학 ", 향문사, p.250. 참고 처리장소에따른정화방법가.

3 참고슬러리월 (Slurry Walls) 개념도 (a) (b) Types of Slurry Wall Emplacement. (a) Keyed-In Emplacement and (b) Hanging Wall Emplacement (Spooner et al., 1985) (a)typical vertical section for slurry wall (b)alternative vertical section for "hanging" slurry wall for LNAPLS 2. 현장외처리의장 단점 1가지씩기술하시오. (3점) 장점 : 공학적으로설계된처리시설에서최적조건하에서처리되므로오염물질의제거에보다짧은시간에소요되고, 목표로하는처리수준에도달하기쉽다. 단점 : 오염토양의굴착, 이동등의토공작업, 처리시설등에비용이많이소요됨. 참고한국지하수토양환경학회 토양환경공학 ", 향문사, p.250. 참고 처리장소에따른정화방법가. 현장내처리 (On Site) : 오염장소에서직접처리하는방법 In- situ( 오염토양을수거치아니하고현위치에서처리 ) Ex-situ( 오염토양을수거하여부지내다른장소에서처리 ) 나. 현장외처리 (Off Site) : 오염토양을부지밖으로옮겨처리하는방법출처환경부, 특정토양오염유발시설의방지시설등에관한고시, 환경부고시제 호 토양환경기사^^* [2]

4 3. 자유면대수층의면적 5,000,000cm 2, 저류계수 0.25 인지하수가가뭄으로 0.6m 수위가 하강했다. 손실된지하수량 (L) 은? (3 점 ) S = 1 dv w A dh 여기서, S = 저류계수, A = 표면적, V w = 물부피, h = 수두 dv w 에대해정리하면, dv w = A d h S 이므로 손실된지하수량 = 5,000,000cm2 0.6m m 2 1,000L = 75,000L 10 4 cm 2 1m 3 4. 특정토양오염관리대상시설로지정된방유조가설치되어있지않은지상저장시설에서시료 채취지점을선정할때, 시료채취깊이를표시하시오. (6 점 ) 지상저장시설 A 저장시설의끝단으로부터수평방향으로 1m 이상떨어진지점에서이격거리의 1.5 배깊이까지 (A 1.5) 출처토양오염공정시험방법, 개정, 환경부고시제 호 참고지상저장시설의부지내시료채취지점선정 ( 토양오염유발시설지역 ) 그림과같이토양오염물질 ( 유류등 ) 의누출이인지되거나토양오염의개연성이높은 2개지점을선정하되, 저장시설의끝단으로부터수평방향으로 1m이상떨어진지점에서이격거리의 1.5배깊이까지로한다. 다만, 방유조 (tank dike) 외부에서시료를채취하고자할경우에는방유조끝단을기준으로한다. 지상저장시설 이격거리 A 지상저장시설 이격거리 A 방유조 지상저장시설 이격거리 A 깊이 (Ax1.5) 깊이 (Ax1.5) 깊이 (Ax1.5) 방유조내에서시료채취시방유조외부에서시료채취시방유조가설치되지않은경우방유조가설치된경우 < 그림 > 지상저장시설의토양시료채취지점깊이예시 토양환경기사^^* [3]

5 5. 행잉슬러리월 (Hanging slurry wall) 에대해설명하시오. (6점) 저투수성의토양층이나기반암의심도가깊은경우또는슬러리월외부의지하수위가내부에비하여상대적으로높아오염물질의흐름이외부로발생하지않을때사용되는슬러리월형태 참고행잉슬러리월 (Hanging Slurry wall) Slurry Wall Water Table Buried Waste Clayey Silt Plume Bedrock (a) (b) < 그림 > 행잉슬러리월의수직단면도출처 1) Inyang, H. I. (1992), Selection and design of slurry walls as barriers to control pollutant migration, Draft Technical Guidance Document, Office of Solid Waste and Emergency Response, U.S. Environmental Agency, Washington, DC. 2) 한국지하수토양환경학회 토양환경공학 ", 향문사, p 식물복원공정의제약조건 3가지를기술하시오. (6점) 얕은토양, 수변, 지하수에한정적으로적용가능하다. 고농도유기물질의독성으로인해처리의한계가있다. 생물학적처리와더불어물질전달의한계가있다. 기타물리화학적공정에비해처리속도가늦다. 유기성오염원인경우적절히소수성인오염원에만효과적이다. 분해생성물의독성여부및생분해도의규명이불명확하다. 출처환경부, , 토양복원기술및사례집, p 토양환경기사^^* [4]

6 7. 수분함유한 TPH 시험용시료에서 TPH 가 2,800ppm 검출되었다. 본시료는 20% 의수분 을함유하고있다. 수분을제외한시료의 TPH 함량 (ppm) 은얼마인가? (6 점 ) TPH = 2,800ppm 100 = 2,800ppm 100 = 3,500ppm 100-D 여기서, D = 시료의함수율 (%) 8. 디젤유탱크의균열로디젤류의유출이발생되어토양및지하수가오염되었다. 토양내디젤유의농도 2000mg/kg, 지하수내디젤유의농도 10mg/L, " 디젤유가토양및지하수내균일하게오염되어있다 " 는가정과다음조건에따라유출된경유의양 (L) 은? (6점) 오염토양부피 : 300m 3 토양의밀도 : 1600kg/m 3 오염지하수층부피 : 1200m 3 지하수층공극률 : 0.4 디젤유밀도 : 850kg/m 3 토양내유출된경유 = 2000mg 1600kg 300m3 m 3 1kg 1000L = L kg m 3 850kg 10 6 mg 1m 3 지하수내유출된경유 = 10mg 1200m3 m L 1kg 1000L = 5.65L L 850kg 1m mg 1m 3 총유출된경유의양 = L L = L 9. 동전기복원기술의주요제거기작 3 가지를기술하시오. (6 점 ) 전기삼투 (Electroosmosis) 전기영동 (Electrophoresis) 전기이동 (Electromigration) 출처한정상, 2000, 지하수환경과오염, 박영사, p.864. 참고동전기정화기술동전기정화기술은지층속에설치된전극에직류전기가가해지면다음과같은동전기현상이발 생하여흙 / 물 - 전해질시스템 (soil-electrolyte system) 이물리 화학 수리학적으로변화되어오염 물질이이동, 제거된다. 즉, 전기삼투 : 전기경사에의한간극수의이동 전기이동 : 전기경사에의한전하를띤화학물질의이동 전기영동 : 전기경사에의한전하를띤입자의이동출처한정상, 2000, 지하수환경과오염, 박영사, p 토양환경기사^^* [5]

10. LNAPL 이무엇인지오염물질을예를들어설명하시오. (6 점 ) 알콜이나 MTBE, BTEX( 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 ) 등의물보다밀도가작은비혼합 유체를저밀도비수상액체 (Light Nonaqueous Phase Liquid, LNAPL) 라고함. 출처이근상, 2002, 지하수수리와환경, 구미서관, p.321, 343.

저밀도비수상액체 (Light Nonaqueous Phase Liquid, LNAPL) 물보다밀도가작고지중에유입되어지하수층에도달하게되면물보다가벼우므로지하수층 상부에뜨게되고지하수의흐름을타고광범위한지역으로확산되어지하수를장기간에걸쳐 지속적으로오염시키게된다. 고밀도비수상액체 (Dense Nonaqueous Phase Liquid, DNAPL) 밀도가 1.

7 10. LNAPL 이무엇인지오염물질을예를들어설명하시오. (6 점 ) 알콜이나 MTBE, BTEX( 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 ) 등의물보다밀도가작은비혼합 유체를저밀도비수상액체 (Light Nonaqueous Phase Liquid, LNAPL) 라고함. 출처이근상, 2002, 지하수수리와환경, 구미서관, p.321, 343. 참고비수상액체 (Nonaqueous Phase Liquid, NAPL) 기름과같은비혼합유체는물과잘섞이지않고별도의상으로남아있는액체. 저밀도비수상액체 (Light Nonaqueous Phase Liquid, LNAPL) 물보다밀도가작고지중에유입되어지하수층에도달하게되면물보다가벼우므로지하수층 상부에뜨게되고지하수의흐름을타고광범위한지역으로확산되어지하수를장기간에걸쳐 지속적으로오염시키게된다. 고밀도비수상액체 (Dense Nonaqueous Phase Liquid, DNAPL) 밀도가 1.0g/cm 3 이상이며산업용세척제 (TCE, PCE), PCB, 농약등에서주로발견된다. 일반 적으로 DNAPL 은물보다무거우므로지하수저면에쌓이거나암반에형성된균열속으로들어 가기도한다. 따라서 DNAPL 의정화가 LNAPL 보다훨씬어렵고비용도많이들며오염지역에 대한효과적인정화방안도개발되어있지않다. < 지하에서 LNAPL의유동 > < 지하에서 DNAPL의유동 > 출처 1) 이근상, 2002, 지하수수리와환경, 구미서관, p.343~344. 2) U.S. EPA. Monitored Natural Attenuation of Petroleum Hydrocarbons, U.S. EPA REMEDIAL TECHNOLOGY FACT SHEET, EPA/600/F-98/021, May ) U.S. EPA. Monitored Natural Attenuation of Chlorinated Solvents, U.S. EPA REMEDIAL TECHNOLOGY FACT SHEET, EPA/600/F-98/022. May 토양환경기사^^* [6]

8 11. 지구화학적환경에서대부분의금속류원소들은산성환경에서용해도와이동도도높지만, 일부원소들은중성및염기성환경에서용해도및이동도가증가하는데이에해당하는원소 3개를적고, 그이유를기술하시오. (5점) 원소 : 비소 (Arsenic), 몰리브덴 (Molybdenum), 셀레늄 (Selenium) 이유 : 중성및염기성환경에서음이온화합물상태로존재하여토양에흡착되지않고이동성이증가함. 참고비소, 몰리브덴, 셀레늄의이동특성 중금속은낮은 ph, 높은 Eh ( 산화환원전위 ) 에서용해도가높으나 Mo, Se, As 등은다르다. (1) 비소 (Arsenic) ph의변화에따라 H 2 AsO - 4 (ph 2), HAsO 2-4 (ph 7) 와 AsO 3-4 (ph 11.5) 의형태로존재하게된다. 약간의환원성조건에서는 3가비소로존재하는데역시 ph의변화에따라 H 2 AsO - 3, HAsO 2-3 와 AsO 3-3 (ph 11.5) 의형태로존재한다. 음이온성비소인 Arsenate(AsO 3-4, 5가비소 ) 과 Arsenite(AsO 3-3, 3가비소 ) 은다수의양이온성금속과결합하여 chelate과침전물을형성한다. 5가비소가 3가비소에비해이동성이적으며독성도적게나타내며, Arsenate는토양내철, 알루미늄, 칼슘, 망간등의금속성물질과결합하여토양및저질에흡착함으로써이동성을갖지않게된다. Arsenate는지하수에서도형성되어존재하지만대부분은철함유물질에흡착되어있고 Arsenite는일반적으로이동성이크고쉽게지하수로이동하여대부분지하수내에존재한다. (2) 몰리브덴 (Molybdenum) 토양 ph는식물이몰리브덴을흡수하는데중요한역할을하며, 낮은 ph와높은 ph에서몰리브덴의형태는다음과같다. H 2MoO 4 - +OH H + HMoO H 2O HMoO 4 - +OH - MoO 4 2- H + + H 2 O 낮은 ph 에서몰리브덴은규산염점토에흡착되며특히콜로이드입자표면의 OH - 이온과리간드교환을 통한철및알루미늄산화물에흡착된다. (3) 셀레늄 (Selenium) 셀레늄은자연계에서 Selenate(SeO 4 2-, 6 가셀레늄 ), Selenite(SeO 3 2-, 4 가셀레늄 ), Se 원소 (Se 0 ), Selenide(Se 2- ) 의 4 가지형태로존재한다. 또한휘발성화합물인 Dimethylselenide 와 Dimethyl diselenide 의형태로대기중에방출된다. 낮은 ph(4.5~6.5) 에서는 Selenite 가주종을이루며, 높은 ph(7.5~8.5) 와호기성토양에서는이동성이큰 Selenate 가주종을이루어독성을유발한다. 출처 1) 정명채, 환경지구화학특론, p.127. [On line] 2) 한국환경정책평가연구원, 2003, 토양오염물질의물리 화학적특성과이동성에따른환경영향평가 방안, 연구보고서, p.139~140. 3) Nyle C. Brady, Ray R. Weil, 2004, Elements of the Nature and properties of soils, 2nd Ed., Prentice Hall, p.463~ 토양환경기사^^* [7]

9 12. Ground Fracturing의처리방식을기술하시오. (6점) 투수계수가낮고압밀된오염지반에압축공기를주입하여여타지중정화기술적용시오염물질처리및추출효율을증대시키기위한보조적기술이다. 즉, 직접특정오염물질을처리하는것이아니고미사, 점토층및저반의균열을증가시켜통기성을높이고오염정화효율을향상시키는기술임. 출처환경부, , 토양복원기술및사례집, p 토양증기추출기법 (Soil Vapor Extraction) 에의해복원효율증가시키기위한현장조건 조성방안또는대책방안 5가지를기술하시오. (5점) 운전조건의변화 공기의주입 토양의가열 토양의파쇄 지하수위하강 참고토양증기추출기법 (SVE) 의복원효율증가 운전조건의변화 배가스측정, 생물학적분해속도, 복원비용, 환경인자, 지하토양특성측정등을통해제거성 능을판단하여적정한운전조건유지. 공기의주입 트렌치 (Trench), 자연공기주입정 (Passive Inlet Well) 등을설치하여공기유량을증가시킴. 토양의가열 스팀주입, 가열공기의주입, 전기가열, Radio Frequency(RF) 가열, 열전도성가열, 따뜻한물 의주입, 초음파가열등에의해오염물질의증기압을증가시킴. 토양의파쇄 Ground Fracturing 기술등을적용하여토양층의통기성증가시킴. 지하수위하강 토양내진공압력으로인한지하수상승분을지하수추출정에서펌프로추출. 출처이문제의답과참고내용은개인적인견해이니참고바랍니다.^^* 토양환경기사^^* [8]

10 14. 토양오염복원기술을오염원처리방법을기준으로분류할수있다. 분류된오염원처리방법 중 3 가지만기술하시오. (6 점 ) 오염원주유소등지하저장시설폐기물매립지휴 폐광산 주요해당기술저장탱크및배관부식산화방지기술모니터링기술생물활성대에의한기술토양증기추출법및 bioventing( 생물환기 ) 기술수직차단벽생물활성대처리기술고형화 / 안정화처리기술중화제를이용한화학적처리기술고형화 / 안정화처리기술갱내수처리기술 출처한국지하수토양환경학회 토양환경공학 ", 향문사, p 점토광물종류중스멕타이트 (Smectite) 는지하수중오염물질의이동을제지할가능성이아주크다. 스멕타이트 (Smectite) 의구조를설명하고, 오염물질의이동을제지할수있는이유를기술하시오. (6점) 스멕타이트는 3층형광물 (2:1형구조 ) 로서한층의 Al 8면체를 Si 4면체가양쪽에서샌드위치처럼싸서 3층구조를이루고있으며, 가장대표적인것이 Montmorillonite이다. Montmorillonite는 8면체층 Al 3+ 의 1/6정도가 Mg 2+ 로치환 ( 동형치환, Isomorphous substitution) 되어있으며, 치환되는이온간의전하가다르므로영구적으로강한음전하를가지게되어오염물질의이동을제지할수있다. 토양환경기사^^* [9]

(OH) 8 Si 4 Al 4 O 10 Montmorillonite (OH) 4 Si 3 (Al 3 34 Mg 0 66 )O 20 2 : 1 작다 100 Illite 2 : 1 중간정도 30 (OH) 4 K 2 (Si 6 Al 2 )A l6 O 20 출처 1) ( 사 ) 한국지하수토양환경학회, 2001, 토양환경공학, 향문사, p.58.

11 참고 3 층형광물 (2:1 형구조 ) 3 층형광물의기본구조는한층의 Al 8 면체를 Si 4 면체가양쪽에서샌드위치처럼싸서 3 층구조를 이루고있다. 3 층형광물의대표적인것에는 Montmorillonite 가있다. <Montmorillonite 의이온배치와구조모형 > <Montmorillonite 의전자현미경사진 > 점토광물의종류와 4 면체층 : 상대적 CEC 동형치환 (Isomorphous 분자식 8 면체층의비 입자크기 (meq/100g) substitution) 의종류 Kaolinite 1 : 1 크다 8 거의또는전혀없다. (OH) 8 Si 4 Al 4 O 10 Montmorillonite (OH) 4 Si 3 (Al 3 34 Mg 0 66 )O 20 2 : 1 작다 100 Illite 2 : 1 중간정도 30 (OH) 4 K 2 (Si 6 Al 2 )A l6 O 20 출처 1) ( 사 ) 한국지하수토양환경학회, 2001, 토양환경공학, 향문사, p.58. 2) 염운진, 1989, 환경식물학 - 토양오염과식물, 동화기술, p.53. 8면체층에서 Al이 Mg로치환됨. 4면체층에서 Si가 Al로치환됨. 3) Nyle C. Brady, Ray R. Weil, 2004, Elements of the Nature and properties of soils, 2nd Ed., Prentice Hall, p 토양오염의특징 3가지를기술하시오. (5점) 오염경로의다양성피해발현의완만성오염영향의국지성오염의비인지성및타환경인자와의영향관계모호성원상복구의어려움 출처이민효외공저, 2006, " 토양지하수환경 ", 동화기술, p.8~9. 토양환경기사^^* [10]

12 참고토양오염의특징 1 시차성 2 오염물질및오염지역에따른특이성 3 다른매체와의상호연관성 4 지속성및잔류성 출처한국지하수토양환경학회 토양환경공학 ", 향문사, p.75~ 지하매설저장시설에대한누출감지시설로서자동누출측정기기의측정방법 4 가지를기술 하시오. (4 점 ) 압력측정식기포식광전기식전자석탐침식 부표식레이저식초음파측정식 참고지하매설저장시설에대한누출감지시설 1. 자동누출측정기기측정방법 ( 부피환산법 - 물리적방법 ) 압력측정식 부표식 광전기식 전자석탐침식 기포식 레이저식 초음파측정식 기타 2. 외부누출측정기기측정방법 이중벽틈새감지법 탱크자체에설치하는누출검사관 증기감지법, 지하수감지법등 탱크실에설치하는누출검사관 출처환경부, 특정토양오염유발시설의방지시설등에관한고시, 환경부고시제 호 18. 지하저장탱크철거공사시발생한오염토양의양은 4500m 3 이다. 오염토양의공극률은 30%, 초기수분포화도 25% 를생물학적정화기술의최적수분포화도인 65% 로조절하기 위해필요한수분의초기소요량은몇 L 인가? (4 점 ) S = V w V v 여기서, S = 포화도, V w = 물의부피, V v = 공극의부피 포화도 25% 일때물의양 (V w ) = 25% (4500m 3 0.3) = 337.5m 3 = 337,500L 포화도 65% 일때물의양 (V w ) = 65% (4500m 3 0.3) = 877.5m 3 = 877,500L 필요한물의양 = 877,500L - 337,500L = 540,000L 토양환경기사^^* [11]

13 19. 열탈착및소각기술의적용시부산물로발생되는 2차오염물질 3가지와각각의기본적인제어장치설비를기술하시오. (6점) 먼지 : 집진장치다이옥신, 푸란류 : 집진장치산성증기 : 벤츄리세정기 (Venturi scrubber) 출처한국지하수토양환경학회 토양환경공학 ", 향문사, p 토양환경기사^^* [12]

토양환경기사 문제해설

토양환경기사 문제해설 토양환경기사문제해설 토양환경기사실기시험 (2005. 2. 20 시행 ) 토양환경기사 ^^* http://cafe.daum.net/soilenviro 1. 생물학적복원방법의장점 3가지쓰시오 ( 예 : 가격이저렴하다 ). [6점] 상온및상압상태의자연조건을이용하기때문에많은에너지가필요하지않다. 오염물질을분해및무독화하고, 약품을많이사용하지않기때문에 2차오염이적다. 원위치에서도오염정화가가능하다.