토양환경기사 문제해설

토양환경기사문제해설 토양환경기사실기시험 (2006. 7. 9 시행 ) 토양환경기사 ^^* /

1. 점토광물중 1 : 1격자형광물과 2 : 1격자형광물을각각 2 가지씩쓰시오. [4 점] 1 : 1격자형 카올리나이트 (Kaolinite) 사문석 (Serpentine) 딕카이트 (Dickite) 나크라이트 (Nacrite) 2 : 1격자형 몬모릴로나이트 (Montmorillonite) 사포나이트 (Saponite) 일라이트 (Illite) 버미큘라이트 (Vermiculite) 할로이사이트 (Halloysite) 출처 1) 이민효, 최상일, 이재영, 이강근, 박재우, 2006, " 토양지하수환경 ", 동화기술, p.27, 29. 2) ( 사) 한국지하수토양환경학회, 2001, " 토양환경공학", 향문사, p.56~59. 2. Air sparging에의해오염된지하수를처리할때제한및영향인자 3 가지쓰시오. [6 점] 대수층종류 지하수면까지의깊이 오염물질의헨리상수 오염물질의증기압 토양의종류 대수층의투수도 오염물질의용해도 오염물질의호기성생분해능 출처이민효, 최상일, 이재영, 이강근, 박재우, 2006, " 토양지하수환경 ", 동화기술, p.304. 참고 Air sparging 의영향인자 영향인자유리한조건불리한조건 대수층종류 자유면대수층, 단열이매우많은기반암 피압대수층, 단열이없는기반암 토양의종류사질토, 균질토유기질미사점토, 불균질토 지하수면까지의깊이 (m) 토양의 f OC 값 (%) 1.5 이상 1.2 이하 2 이하 2 이상 대수층투수도 (cm/sec) 10-3 이상 10-3 이하 오염물질의헨리상수 (atm m 3 /mol) 10-5 이상 10-5 이하 오염물질의용해도낮음높음 오염물질의증기압 (mmhg) 1 이상 1 이하 오염물질의호기성생분해능높음낮음 출처이민효, 최상일, 이재영, 이강근, 박재우, 2006, " 토양지하수환경 ", 동화기술, p.304. [ 토양환경기사^^*] [1]

3. 토양세척공정의처리공정 6 가지를쓰시오. [6 점] 1 전처리 3 굵은토양처리 5 처리수정화 2 분리 4 미세토양처리 6 처리잔류물관리 출처 ( 사) 한국지하수토양환경학회, 2001, " 토양환경공학", 향문사, p.212. 4. 연직차수벽의종류 3 가지를기술하고간단하게설명하시오. [6 점] 슬러리월(Slurry walls) : 낮은투수성을가진토양에가용한다른첨가제등의오염물 질거동을제어하는물질을지중트렌치에채워넣는공법 그라우트커튼(Grout curtains) : 지중에공극을채울수있는물질들을땅속에양수해 넣음으로서유체의흐름속도를감소시키는차단벽 스틸시트파일링(Steel sheet piling) : 강재로제작된강널말뚝을진동해머로지반에타 입하여연속벽체를형성하여지중의물의흐름을감소시키기위하여널리사용되는 차단공법 진동빔차단벽(Vibrating beam) : 진동빔을사용하여지중에건설할수있는차단벽 얇은막벽차수공법(Thin wall barrier, HDPE 등) : 토목합성수지의초저투수능차수기 능을이용하여차수벽을설치하는기술 토양- 벤토나이트슬러리트렌치차단벽(Soil-bentonite slurry trench cutoff walls), 시 멘트- 벤토나이트슬러리트렌치차단벽(Cement-bentonite slurry trench cutoff walls), 소성콘크리트(Plastic concrete), 칸막이벽(Diaphragm wall), 심층토양혼합수직차단벽 (Deep soil mixed cutoff walls) 출처 1) 이민효, 최상일, 이재영, 이강근, 박재우, 2006, " 토양지하수환경", 동화기술, p.304. 2) ( 사) 한국지하수토양환경학회, 2001, " 토양환경공학", 향문사, p.186~200. [ 토양환경기사^^*] [2]

5. 유류 500L 가유출되었다. 토양중유류의농도가 3000mg/kg일때토양층만오염되었는 지, 토양층과지하수층모두오염되었는지를판단하고, 지하수층이오염되었다면지하수 내오염농도(mg/L) 는얼마인가? ( 단, 오염토양밀도 = 1600kg/m 3, 오염토양부피 = 100m 3, 유류밀도 = 960kg/m 3, 대수층부피 = 100m 3, 공극율 = 0.5) [6 점] 토양층내유류의양 = 3000mg oil 1600kg soil m3 oil 100m 3 soil 1kg 10 3 L kg soil m 3 soil 960kg oil 10 6 mg 1m 3 = 500L 유출된유류 500L 가모두토양층내에존재하므로토양만오염되었음. 6. 오염토양의입도분포를분석하여 D 10 = 0.08mm, D 30 = 0.17mm, D 50 = 0.51mm, D 60 = 0.57mm, D 90 = 2.00mm 의결과를얻었다. 이오염토양의균등계수 (C u ) 와곡률계수(C z ) 는각각얼마인가? [5 점] 균등계수 (C u )= D 60 = 0.57 = 7.13 D 10 0.08 곡률계수 (C z )= 0.17 2 = = 0.63 D 60 D 10 0.57 0.08 D 30 2 7. 오염토양의고형화(Solidfication) 처리에쓰이는가장일반적인시멘트를쓰시오. [5 점] 포틀랜드(Portland) 시멘트 출처 1) 이민효, 최상일, 이재영, 이강근, 박재우, 2006, " 토양지하수환경 ", 동화기술, p.294. 2) 한국지하수토양환경학회. 2001. " 토양환경공학", 향문사, p.177. 3) 환경부, 2002, " 토양복원기술및사례집", p.37. 8. 괄호안에알맞은수치나용어를쓰시오. [3 점] 분석용시료 5g을달아 50ml 비이커에취하고증류수 (25)ml를넣어때때로유리막대로 저어주면서 (1) 시간방치후 ph 미터를 ph 표준액으로잘맞춘다음깨끗하게씻어말린 유리전극및표준전극을넣고 (60) 초이내에읽는다. 출처 " 토양오염공정시험방법", 2002.7.24 개정, 환경부고시제1996-32호 [ 토양환경기사^^*] [3]

9. 오염된토양중평형상태에서의벤젠농도가 200mg/L 일때벤젠의부분증기압(atm) 은얼 3 마인가?( 단, 헨리상수 =4.7 10-3 atm m /mol, 벤젠분자량 = 78.12g/mol) [4 점] H = p v M w S 여기서, H = 헨리상수(atmm 3 /mol), p v = 화학물질의부분압(atm), M w = 화학물질의분자량(g/mol), S = 용해도(mg/L) 벤젠의부분압 ( p v )= HS = 4.7 10-3 atm m 200mg mol 10 3 L 1g M w mol L 78.12g 1m 3 10 3 mg 3 = 0.01atm 10. 열탈착공정에서유기물질의분자량과휘발성이탈착속도에미치는관계를설명하시오.[6 점] 분자량이클수록, 휘발성이작을수록탈착속도는느림. 분자량이작을수록, 휘발성이클수록탈착속도는빠름. 참고한국지하수토양환경학회. 2001. " 토양환경공학", 향문사, p.224. 11. 양이온교환용량(Cation Exchange Capacity, CEC) 의정의를쓰시오. [3 점] 일정량의토양또는교질물이가지고있는교환성양이온의총량 출처 1) 이민효, 최상일, 이재영, 이강근, 박재우, 2006, " 토양지하수환경 ", 동화기술, p.37. 2) 한국지하수토양환경학회. 2001. " 토양환경공학", 향문사, p.62. 참고양이온교환용량 (CEC) 일정량의토양이나교질물( 膠質物 ) 이양이온을흡착 교환할수있는능력을양이온교환용량이라고하 며, 건조토양 1kg이교환할수있는양이온의총량을cmol c 로나타낸다 (cmol c /kg 또는 cmol + /kg). 양이온교환용량은화학용어로보고되었으며, 1982년이전에는토양 100g이교환할수있는양 이온의총량을밀리당량(meq) 으로나타내었다(meq/100g). 새로운국제단위체계(SI unit) 에서 는당량( 當量 ; equivalent) 대신전하의몰수(cmolc) 를대신사용한다. 여기에서아래첨자 c는 전하(charge) 를나타낸다. 예를들면 6meq/100g을새로운국제단위체계에서는다음과같이 나타낼수있다. 6meq/100g = 60mmol c /kg soil(60mmol + /kg soil) = 6cmol c /kg soil(6cmol + /kg soil) 우리나라의토양은유기물함량이적을뿐만아니라카올리나이트(kaolinite) 가주요점토광물이 어서양이온교환용량이평균 10cmol c /kg 정도로매우낮은편이다. 출처김계훈외, 2005, " 토양학", 향문사, p.194. [ 토양환경기사^^*] [4]

12. 저장탱크시설에서벤젠이누출되어대수층에용해된농도가 1mg/L 이었다. 이때벤젠의 양(kg) 은얼마인가? ( 단, 대수층의부피 = 10000m 3, 공극율 = 0.3) [6 점] 벤젠의양 = 1mg 10000m 3 0.3 1kg 10 3 L = 3kg L 10 6 mg 1m 3 13. 식물복원공정(Phytoremediation) 의오염물질제거기작 3 가지를쓰시오. [6 점] 식물에의한추출(Phytoextraction) 식물에의한분해(Phytodegradation) 식물에의한안정화(Phytostabilization) 출처한국지하수토양환경학회. 2001. " 토양환경공학", 향문사, p.287. 14. 토양의투수계수가 3.0 10-3 cm/sec 이고, 공극율이 0.23, 동수경사가 0.002일때지하 수의이동거리(m/year) 는? ( 단, Darcy 법칙에따른다.) [6 점] v = K dh n dl 여기서, v = 공극유속또는평균선형유속 K = n = 수리전도도 공극율 dh/dl = 동수경사 지하수의이동거리 = 3.0 10-3 cm 0.002 1m 365day 86400sec = 8.23m/year sec 0.23 100cm 1year 1day [ 토양환경기사^^*] [5]

참고 Darcy 법칙 Darcy 는모래시험관(sand column) 을통해흐르는물의양( 체적) 은 시험관의길이에반비례하고, 시험관내두지점사이의수두손실 (potential loss) 에비례한다는사실을알아냈다. 그래서 Darcy는시 험관길이 ( Δx) 와시험관내 a, b 두지점사이의수두차( Δh) 를근 거로하여단면적 A를가지는시험관내에서단위시간동안배출되 는물의유출량과의관계를표현하였는데, 그결과는 (1) 식과같다. v = q = Q Δ h dh =-K =-K A Δx dl v : Darcian velocity, LT -1 (1) q : 비배출량(specific discharge) 이라하며, 물의유출량(flux) a x h A b [ 그림] Darcy의 column 시험 Q A: 물이흐르고있는직각방향의유동단면적 Δ h : Δx만큼떨어진두지점사이의수리수두손실 (hydraulic head loss) Δx : 시험관내두지점사이의거리 Δh/ Δx : 두지점사이의동수구배로서일반적으로 i 로표시 K : 비례상수로서수리전도도(m 3 /s/m 2 혹은 ms -1 ) Darcy 는실험당시시험관내에서지하수의흐름에관해서는관심이없었기때문에그가사용한시험관 의전단면적(A) 을이용하여유체의흐름을규명했다. 그러나실제모래로충진된시험관내에서물이 흐를때전체단면적을통해물이유동하는것이아니라공극부분만을통해서물이유동된다. 따라서물 이유동할수있는공극의면적은단면적(A) 에공극율(n) 을곱한nA 이다. 따라서모래시험관내에서흐 르는물의실유속을 v 라하면, Q=vA=v n A이므로 v = v n (2) 식(2) 를식(1) 에대입하면모래와같은다공질매체내에서지하수의실유속 v 는식(3) 으로정리된다. v = -K n Δ h =- K dh (3) Δx n dl 따라서 v 를공극유속(pore water velocity, seepage velocity) 또는평균선형유속(average linear velocity) 이라한다. 그러나다공질매체에서실제지하수가유동할수있는공간은공극중에서유효공극 (effective porosity) 을통해서만흐를수있으므로 1979년 Bear 등은평균선형유속을다음과같이정의하였다. v = -K n ef Δ h (4) Δx 따라서평균선형유속은공극유속보다는항상크고 거동식의이류에해당되는유속이다. 출처한정상, 1998, " 지하수환경과오염 ", 박영사, p.108~111. 3차원의오염물질거동에이용되는부정류의이류-분산 [ 토양환경기사^^*] [6]

15. Bioventing과 Biosparging 공정에서각각오염토양내공기를주입하는위치를쓰시오. [5 점] Bioventing : 지하수면위 Biosparging : 지하수면아래 출처한국지하수토양환경학회. 2001. " 토양환경공학", 향문사, p.254. 참고 Bioventing & Biosparging <Bioventing> <Biosparging> 출처 1) 이민효, 최상일, 이재영, 이강근, 박재우, 2006, " 토양지하수환경", 동화기술, p.335. 2) U.S. Environmental Protection Agency(EPA). 2004. "How to Evaluate Alternative Cleanup Technologies for Underground Storage Tank Sites ; A Guide for Corrective Action Plan Reviewers". EPA 510-R-04-002. 16. 페놀을과산화수소(H 2 O 2 ) 와철(Fe) 촉매를이용하여제거하기위해 99% 의제거율로예 비실험을한결과, 과산화수소는 2.5g H 2 O 2 /g Phenol 이용되었고, 철은 0.05mg Fe/mg H 2 O 2 가이용되었다. 페놀의농도가 6000mg/L 이고, 유량이 10000L/day일때처리에필 요한과산화수소와철의양(kg/day) 은? ( 단, 99% 제거한다고가정) [6 점] 과산화수소의양 = 6000mg Phenol 10000L 2.5g H 2 O 2 1g 1kg = 150kg/day L day g Phenol 10 3 mg 10 3 g 철의양 = 150kg H 2 O 2 0.05mg Fe 10 6 mg 1kg day mg H 2 O 2 1kg 10 6 mg = 7.5kg/day [ 토양환경기사^^*] [7]

17. 유기독성물질의미생물분해반응의종류 6가지중 3 가지를반응식을예를들어쓰시오. [6 점] 탈염소반응 (Dechlorination) : 염소로치환된유기화합물이전자수용체가되어수소원자를하나받으면서염소원자를 내놓는반응 가수분해반응 (Hydrolysis) CCl 4 HCCl3 H 2 CCl 2 : 물이가수분해되면서발생한수산이온이유기물질내로들어가고, 할로겐이온이빠져 나가는반응 분할 (Cleavage) RX + H 2 O ROH + H + + X - : 유기물질내의탄소-탄소간결합이분할되거나탄소사슬의말단에있는탄소가떨어 져나가는반응 산화 (Oxidation) : RCOOH RH + CO2 친전자성인산소를이용하여유기물질을분해하는반응또는전자를잃는반응 환원 (Reduction) : RCH 3 RCH2OH RCHO RCOOH CH 3 CHCl 2 + H 2 O CH 3 CCl 2 OH + 2H + + 2e - 친핵성인수소에의해유기물질이분해되는반응또는전자를얻는반응 탈수소할로겐반응 (Dehydrohalogenation) CCl 4 + H + + 3e - CHCl3 +Cl - : 탈염소반응과유사하며, 수소이온과염소이온이유기오염물질에서떨어져나온다. CCl 3 CH 3 CCl2CH 2 +HCl 출처한국지하수토양환경학회. 2001. " 토양환경공학", 향문사, p.241. [ 토양환경기사^^*] [8]

18. 다음그림에해당하는공법의명칭과사용되는반응물질및처리오염물질의종류를쓰시오.[5 점] 오염지하수 처리된지하수 공법명 : 투수성반응벽체(Permeable Reactive Barriers, PRBs) - Funnel and gate 시스템 또는반응벽 (Reactive wall) - Funnel and gate 시스템 반응물질 0 : 영가철(Fe ), 석회, 유기탄소, 미생물복합체등 처리물질 : 중금속, 방사능폐기물, 석유생성물, LNAPL/DNAPL, Chlorinated ethylene 화합물(TCE, PCE, DCE, VC), 산성광산폐수(AMD) 등 출처 1) 이민효, 최상일, 이재영, 이강근, 박재우, 2006, " 토양지하수환경", 동화기술, p.317~318. 2) 한국지하수토양환경학회. 2001. " 토양환경공학", 향문사, p.202~204. 19. 벤젠(Benzene) 으로오염된지역에대해지하수오염모니터링을진행하였다. 300일후벤 젠의농도가 0.5mg/L 로검출되었다면초기의벤젠농도는얼마인가? ( 단, 1차반응속도상 수 k = 0.005/day) [6 점] ln C t C 0 = -k t [1 차반응식] 여기서, C 0 C t = 초기농도(mg/L) = t 시간후남아있는농도(mg/L) k = 1 차반응속도상수(day -1 ) t = 시간(day) -k t C 에대해정리하면 t,c t = C 0 e 0.5 = C 0 e -0.005 300 초기농도 ( C 0 )=2.24mg/L [ 토양환경기사^^*] [9]