지하수및토양오염 (3 학년 2 학기 ) 환경오염지역의정화및관리 서울대학교공과대학지구환경시스템공학부 남경필
교재내용 목차 8. 오염지역정화및복원기술 9. 정화 복원모니터링및관리
8. 오염지역정화및복원기술 (1) 1) 생물학적정화기술 ( 개요 ) 정의및원리 ( 미 ) 생물의오염물질분해능력을이용하여오염토양또는지하수를처리하는기술가수분해, cleavage, 산화, 환원, 탈수소화, 탈염소화, dehyrrohalogenation, 치환등의효소촉매반응공대사 (Cometabolism) : 다른물질을분해하는미생물의효소에의하여우연히일어나는분해과정으로탄소원이나에너지원으로이용되지않음전자수용체에따라호기성 (O 2 ), 혐기성 (NO 3-, SO 2-4, CO 2 ), 발효 ( 유기물 ) 로구분 장점 단점 장단점 현장처리 (In-situ/On-site) 가능오염성분의궁극적제거비교적저렴타기술과연계용이부지 / 토양특성변형최소화주민친화성양호 일부오염성분의난분해성처리효과가부지특성의영향받음처리 / 사후감시기간이김미지 / 독성중간물질생성가능성기술의신뢰성에대한인식문제기술집약적
8. 오염지역정화및복원기술 (2) 2) 생물학적정화기술 ( 원리 ) 효소촉매반응 Enzyme Reaction Hydrolysis : Exoenzyme에의해서이루어지는반응. 물이첨가되어유기물분자가간단한형태로끊어지는반응 Cleavage : 탄소-탄소의단일 / 이중결합이끊어지는반응. Oxidation : Electrophilic form을이용하여유기물이분해되는반응 Reduction : Nucleophilic form이나직접적인전자전달을이용하여유기화합물이분해되는반응 Dehydrogenation : 수소원자 2개를잃음으로써두개의전자와두개의수소를잃는산화환원반응 Dechlorination : 염소계화합물이전자수용체로이용되어염소가떨어지고수소원자가붙는반응 Dehydrohalogenation : 유기화합물로부터수소원자와염소원자가떨어지는반응 Substitution : 한원자가다른원자로치환되는반응 공대사 Cometaboilsm 어떤기질을분해하는미생물의효소가낮은기질특이성때문에에너지생산이나탄소동화등의생장과정과관계없이다른기질전환 오염물의분해, 독성감소가능 염소계지방족화합물, 다환성방향족화합물등의주요분해기작 전자수용체 Electron Acceptor 호기성산소 O 2 혐기성 Nitrate ( 질산 ) NO 3 - Sulfate ( 황산 ) SO 4 2- Carbon dioxide ( 이산화탄소 ) CO 2 발효 기질을전자공여체와전자수용체로동시에이용하며지극히혐기적인조건에서발생
8. 오염지역정화및복원기술 (3) ( 참고 ) 생물학적정화기술적용사례 ( ) Superfund ( 94) ( ) 29% 29% 16% 26% / SVE 9% ( 4%, 5%) 30% 26% 17% 6% 6% ( ) 6%
8. 오염지역정화및복원기술 (4) 3) 생물학적정화기술 ( 주요오염물의분해 1) 1 Aliphatic Hydrocarbons 지방족탄화수소 Aliphatic Hydrocarbon Monooxygenase or Dioxygenase O 2 토양에분해미생물多호기성분해수분 50% 이상 ph 8.5 이하 종류 : Alkanes, Alkenes, Alcohols, Aldehydes, Ketones, Acids 분해되는정도 Long Chain (C9 이상 ) > Short Chain Straight Chain > Branched Chain Saturated Hydrocarbons > Unsaturated Hydrocarbons
8. 오염지역정화및복원기술 (5) 3) 생물학적정화기술 ( 주요오염물의분해 2) 2 Aromatic Hydrocarbons 방향족탄화수소 BTEX Benzene 생분해 Dihydrodiol Ring Fission Dioxygenase Catechol 치환기의위치, 수, 종류에따라분해성차이 호기성분해 탈질, 망간환원, 철환원, 황산염환원, 메탄생성등혐기조건에서도분해 전자수용체의이용가능성과산화환원전위에따라결정
8. 오염지역정화및복원기술 (6) 3) 생물학적정화기술 ( 주요오염물의분해 3) 3 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons 다환성방향족탄화수소 Ring Fission Dioxygenase Naphthalene 생분해 Ring Fission 벤젠고리와치환기의수, 종류, 위치에따라분해성차이 2~3 rings : 호기성분해 & 혐기성분해, 비교적빠른속도 4 rings 이상 : 큰분해저항성가짐 용해도낮을수록벤젠고리, 치환기복잡할수록분해어려움
8. 오염지역정화및복원기술 (7) 3) 생물학적정화기술 ( 주요오염물의분해 4) 4 Chlorinated Aliphatic Hydrocarbons 염소계지방족탄화수소 Reductive Dehalogenation PCE, TCE 생분해 Vinyl Chloride PCE, TCE 보다독성이큼 에너지원으로산화 / 호기조건에서공대사 / 혐기적탈염소화 대부분공대사에의존 ( 호기 ) Oxygenase, Dehalogenase, Hydrolytic dehalogenase
8. 오염지역정화및복원기술 (8) 3) 생물학적정화기술 ( 주요오염물의분해 4) ( 참고 ) Cometabolism of TCE by Methane Monooxygenase MMO Methane Methanol MMO TCE TCE epoxide Methanotrophic Bacteria가생성하는 MMO의기질특이성부족으로 TCE의공대사가일어남 메탄농도가높으면 MMO에대하여 TCE와메탄이경쟁할수있음. PCE는많이산화된상태이므로공대사에의해서도분해되지않음. 환원으로만분해가능.
8. 오염지역정화및복원기술 (9) 3) 생물학적정화기술 ( 주요오염물의분해 5) 5 Chlorinated Aromatic Hydrocarbons 염소계방향족탄화수소 정화대상물질 - Chlorophenol, Chlorobenzene, Chloroaniline, PCBs, Pesticdes PCBs : Polychlorinated Biphenyls, 탄소와염소의무게비로구분하며용해도가작아서지하수보다는토양오염 염소의치환특성, 수, 위치에의해분해도결정 호기조건에서공대사 (cometabolism) 에의해분해 혐기조건에서탈염소화 (dechlorination) 에의해분해 메탄생성조건에서효율적
0 8. 오염지역정화및복원기술 (10) 4) 생물학적정화기술 (Kinetics & Rates) substrate concentration 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time 2차 1차 0차 Thermodynamics 반응 ( 분해 ) 의가능성문제 과학자의영역 Kinetics 반응 ( 분해 ) 속도의문제 농도, 미생물, 환경조건의영향 공학자의영역 dc = dt dc = dt dc = dt k kc 2 kc 0 차반응 : 모든기질이이용가능한상태. 대수적감소 1 차반응 : 속도가기질농도에비례 2 차반응 : 실제와가장비슷
8. 오염지역정화및복원기술 (11) 5) 생물학적정화기술 ( 환경조건의영향 ) 미생물 Bacteria 호기성 vs. 혐기성독립영양 vs. 종속영양 토양입자표면에붙어있음 지표가까이에많이존재 영양분 C, H, O, N 이 95%, P, Ca 등이 3.5% Bacteria 화학식 C 5 H 7 O 2 N 질소, 인등이부족 미생물사멸로원소순환 Growth factor 필요 온도 온도가증가할수록생화학반응속도증가 최적온도 Psychrophile(15±5 ) Mesophile(25~40 ) Thermophile(40 이상 ) ph 세포기능, 세포막을통한물질이동, 효소반응의평형, 세포내에너지생산등에영향 자연환경 ph 5~9 일반적으로최적 6.5~7.5 수분 오염물질의생물학적이용성, 기체전달, 오염물질의위해성, 미생물의움직임과생장, 미생물종의분포에영향 중력수비율, FC 로측정 산화환원전위 EH 로표현 (+) 는산화환경, (-) 는환원환경 오염물의분해여부결정 특정산화제 / 환원제의농도가미생물대사활성에영향
8. 오염지역정화및복원기술 (12) 6) 생물학적정화기술 1 Biodegradation 생분해법 개요 지중에존재하는오염물질을분해하는능력을가진미생물을이용하여토양및지하수내의유기오염물질을분해하는기술 처리물질 유류탄화수소, 용매, 살충제, 기타유기물 영향인자 오염물의흡착성, 화학적반응성, 생분해가능성, 오염물의농도, 오염물질과미생물의접촉여부, 토양의특성과성상, 산화환원전위, 미생물활성에영향을미치는독성물질의존재여부
8. 오염지역정화및복원기술 (13) 6) 생물학적정화기술 1 Biodegradation 생분해법 Biostimulation Bioaugmentation 산소공급 산소발생물질공급 전자수용체공급 미생물공급 공기주입 : 저비용, 적용용이, 낮은산소전달률 산소주입 : 고비용, 높은산소전달률 과산화수소 : 취급용이, 자체독성 MgO 등산소발생물질주입 산소녹아있는물 질산 : 탈질활성화, 혐기조건지역까지정화가능, 질산나트륨오염기준및독성고려필요 토착미생물개체군을지상에서성장시킨것이나대상오염물질을분해할수있는미생물을토양에접종 영양분공급 질소, 인, 칼륨, 마그네슘등양분공급 : 주입구주변 biofouling 가능성, ph 변화주의 1 차기질공급 아세테이트, 에탄올등공급 : 혐기적공대사능향상, 환원적탈염소화촉진 기타 메탄, 암모니아등영양염류기체로공급 : CAH 공대사능향상 혐기화 : 설탕주입 ubiquity principle & 자생미생물의오염물질분해효소증진 주입미생물이동, 분포및현장적응도문제
8. 오염지역정화및복원기술 (14) 6) 생물학적정화기술 2 Bioventing 생물학적통풍법 개요 오염된불포화지반에산소를공급함으로써토양에함유된유류탄화 Delivery of Nutrient Valve Monitoring Well Property Boundary 처리물질 수소의생분해를활성화하는기술유류탄화수소, 비염소계용매, 살충제등유기화합물질 Working GW Level NAPL Plume Groundwater Recirculation System Vadose Zone Saturated Zone 영향인자 오염물의생분해성, 충분한산소, 토양의 ph와온도, 통기성, 수분함량및영양분 장점 낮은압력으로충분한산소공급가능미생물분해외에도휘발성물질제거가능 설계및운전 현장지질조건고려한관정의수와위치설계토양함수비와영양분에대한정기적모니터링필요 단점 무기물흡착, 흡수, 응집, 농축가능포화대에서는 Air Sparging 등병행필요방출가스처리시설필요무기물분해어려움
8. 오염지역정화및복원기술 (15) 6) 생물학적정화기술 3 Composting 퇴비화 개요 미생물에적정조건을제공함으로 써혐기성분해또는발효를이용 하여오염물질을생물학적분해 처리물질 유기물또는생분해가능한물질 영향인자 오염물질의농도, 토양의형태, 영 양분, 미생물의분해능력 한계 넓은부지필요 팽화재의사용으로전체부피증가 중금속분해불가능
8. 오염지역정화및복원기술 (16) 6) 생물학적정화기술 4 Controlled Solid Phase Biological Treatment 개요 토양을굴착하여토양개선재와혼합하고침출수처리장치, 폭기장치를설치하여생분해를활성화하는공법 처리물질 유기물또는생분해가능한물질 한계 토양굴착필요 ( 비용 ) 각종장치설치필요넓은부지필요긴처리기간
8. 오염지역정화및복원기술 (17) 6) 생물학적정화기술 5 Landfarming 토양경작법 오염토양을굴착 개요 하여정기적으로 혼합해줌으로써 호기적생분해를 유도하는공법 처리물질 유류탄화수소 살충제 영향인자 오염물질의농도와독성 무기물질의존재여부 토양의유기물함량 한계 시설설치를위한넒은부지필요배출가스정화시설필요상대적으로긴정화기간중금속등무기물분해불가능
8. 오염지역정화및복원기술 (18) 6) 생물학적정화기술 6White Rot Fungus 리그닌을분해하 는효소를가진 개요 미생물을이용하여다양한유기 물질을분해하는 공법 TNT, RDX, 처리물질 HMX 등폭약류 DDT, PAHs, PCBs, PCP 등유기오염물 영향인자 오염물질의농도토착미생물군의박테리아수오염물질의화학적흡착다른오염물질이나토양의특성
8. 오염지역정화및복원기술 (19) 7) 물리화학적정화기술 1 Air Sparging 공기분무법 휘발, 생분해를이용하여포화대내의용 개요 해상, 자유상, 흡착상오염물질정화하는 기법 헨리상수 10-5 atm-m 3 /mole 이상 처리물질 증기압 0.5~1.0 mmhg 용해도가낮은물질 (BTEX, PCE, TCE 등은저효율 ) 호기성생분해가잘일어나는물질 영향인자 대수층종류 ( 자유면 vs. 피압 ) 토양종류 ( 입도분포 / 균질 vs. 불균질 ) 지하수면깊이, 투수성, 통기성 ph, 온도, 산소, 수분함량, 영양분유기탄소함량오염물의휘발성, 용해도및생분해성 한계 피압대수층, 낮은투수성지반불가능불균질매질에적용어려움오염물확산가능성, channeling 현상주변구조물의안정성에영향휘발성큰오염물적용어려움두께 1ft 이상의 NAPLs 효율낮음
8. 오염지역정화및복원기술 (20) 7) 물리화학적정화기술 1 Air Sparging 공기분무법 사전조사 오염물의종류, 위치, 분포양상대수층종류, 지하수면깊이, 토양의종류와특성등수리지질학적조건불균질성에따른 air plume 분포양상주입률에따른 air channel 분포양상 Pilot test ( 압력, 용존산소량, 지하수면, 오염물농도변화관측 ) 공기분포양상및영향반경오염물의휘발률과산소공급률 Horizontal Trench Sparging 오염지대깊이가 30ft 이하일때낮은투수성지반에적용 타기술과병행 In-Well Air Sparging 공기주입에비적합한지역에서 casing을이용, 공기흐름형성 목표정화수준및정화시간주입형태 (continuous vs. pulsed) Biosparging Vapor Recovery via Trenches 설계요소 Standard vs. Site specific design 오염물질종류주입정, 추출정, 관측정위치및개수주입정의 clogging 여부 생분해만을목적으로하여포화대에낮은유속으로공기주입 얕은지하수대, 작은입자로구성된지역에갇힌증기제거
8. 오염지역정화및복원기술 (21) 7) 물리화학적정화기술 2 Soil Vapor Extraction (SVE) 토양증기추출법 VOC/SVOC 로오염된불포화대에주입 정과추출정을설치하고깨끗한공기를 개요 지중에넣은뒤진공압을이용해공기 를빨아들임으로써휘발성오염물질이 공기와섞여배출되도록하는공법 처리물질 불포화대의휘발성 NAPL 지중에잔류하거나 (trapped), 자유상태 (free-product) 로존재하는 NAPL 장점 추가로주입되는시약이없음부작용이거의없음설치용이, 비용저렴, 신속일반굴착보다깊이정화공기주입을통한생분해활성화접근하기어려운지역에적용가능 한계 증기압 0.5mmHg 이하오염물부적합균질 / 투수성불포화지반에만적용가능점토지반에서는파쇄공법병행필요중금속, DNAPL, PCBs, Dioxins 부적합 Bioventing등으로추가정화필요방출가스처리시설필요
8. 오염지역정화및복원기술 (22) 7) 물리화학적정화기술 2 Soil Vapor Extraction (SVE) 토양증기추출법 사전조사 영향인자 설계요소 오염물휘발성, 증기압, Henry 상수오염물공기 / 물분리계수, 용해성오염물분포깊이, 형상, 면적지반공기투과성, 투수성, 공극률유기탄소함유량, 함수비, 입도분포지반과지역내로의접근성오염물농도, 휘발성, 분포및면적, 적용가능한대수층깊이, 토양형태와성분, 수분 / 유기물함량, 공기투과도, 충분한산소와영양분의존재유무공기추출률 / 량, 영향반경을고려한추출정의수, 간격과형상, 세정시간, 방출가스처리, 지하수위변동의영향을고려한스크린범위결정, 물침투제어 SVE 적용전사전양수 지하수위저하로 SVE 를통한정화영역확장 공기송풍기설치 송풍기로공기및오염물질의흐름을원활하게유도 타기술과병행 표면에불투수성장벽설치 공기의순환주기가너무짧아지는것을방지 Air Sparging 지하수대상부의오염물질을휘발시켜함께정화처리
8. 오염지역정화및복원기술 (23) 7) 물리화학적정화기술 3 Pump and Treat (P&T) 양수처리법 개요 오염지역에추출정을설치, 오염된지하수를진공펌프로양수하여물리화학적혹은생물학적처리를거쳐정화한후다시지하수로유입시키는순환과정 장점 한계 안정한 NAPL 활성화로효율적제거지하수위저하로불포화대에남은 LNAPL에타기술적용지하수위경사에따른 LNAPL 추출용이 DNAPL pool 직접제거용이적용초기에오염물신속히제거가능지하수위저하를위한다수의추출정필요비균질, 저투수성지반에서비효율적 Tailing Effect로타기술과병행필요 Tailing Effect 지하수대간극수에용해되어있는오염물과달리토양입자에흡착되거나간극속에갇힌용해되지않은상태의오염물이장기간배출되지않는현상
8. 오염지역정화및복원기술 (24) 7) 물리화학적정화기술 4 Soil Washing / Flushing 토양세척 / 수세법 물이나다른수용체또는비수용액과같은적 개요 절한용매를사용하여지반내오염물질을씻 어내는방법 처리물질 SVOC, 중금속등과특정 VOC, 유류오염물, 살충제, 방사능오염물을포함한무기물, 광범위한유기및무기오염물 오염물의농도, 특성, 깊이, 형상, 면적, 세척 사전조사 영향인자 용매와지반사이오염물의분리성, 지반의특성에미치는세척액의영향, 시스템설치와침수에대한현장적합성, 지역내특수지반의유량과흐름방향, 지반과지역의접근성세척용액과오염물의접촉, 오염물에따른적절한용액의선정, 오염물의지반흡착계수, 지반의투수계수 장점 단점 성공시추가공정불필요, 오염물의영구적제거, 투수성지반에적합, 중간정도의비용 세척용액의독성, 오염물확산가능, 계면활성제토양부착으로공극감소, 토양 / 계면활성제상호작용으로오염물유동성감소
8. 오염지역정화및복원기술 (25) 7) 물리화학적정화기술 4 Soil Washing / Flushing 토양세척 / 수세법 ex-situ Soil Washing 오염토양을굴착하여부순다음세척제로오염물분리후정화된토양은현장에다시되돌리는방법사질토 + 휘발성오염물에적합휴믹물질이많으면전처리필요고농도오염물전처리필요세척유출수응집제필요굴착및후처리필요 in-situ Soil Flushing 오염지역에세척용액을주입, 추출정 / 배수관으로배수후추출된오염수를처리하여정화지역에재순환오염물용해, 유제형성, 세척용액과화학반응세척용액집수시설필요 세척제계면의자유에너지를낮추고성질을변화시켜오염물을토양으로부터분리, 용해시키는역할, 정화작업에악영향을미칠수있으므로신중하게선택,,,
8. 오염지역정화및복원기술 (26) 7) 물리화학적정화기술 5 Hydraulic and Pneumatic Fracturing 수압 / 공기파쇄공법 개요 공정과정 영향인자 장점 저투수성지반에압축공기나액체를오염지역에주입하여기존균열을확장하고 2차균열망과 Channel 형성하여투수성과영향반경을증가시킴으로써타정화공법의효율을증대시키는기술 목적심도까지시추 원하는 fracture 지점에 injector 설치 Packer 로 1 2ft 를밀폐 밀폐된공간에압축공기약 30 초간주입 다음지점 injector 설치및위과정반복 Fracture cycle 은약 15 분, 하루한개의시추공에 15 20 fracture 생성 Injection flow rate, 토양의점착력, 인장강도, 상재압, 토양입자크기, 토양액소성한계, 일축압축강도, 점성, 주입기체 / 액체의종류 투수성증가로인한 SVE 영향반경증가, 산소 / 영양분등공급으로미생물분해촉진, 철을주입함으로써 CAHs 환원적탈염소화유도, 유리화법 / 동전기공에서전극으로사용가능
8. 오염지역정화및복원기술 (27) 7) 물리화학적정화기술 6 Solvent Extraction 용매추출법 개요 처리물질 영향인자 영향인자 오염물질을분해하지는않지만토양, 슬러지, 퇴적물질로부터오염물질을분리시켜부피를감소시키며유기화학물질을용매로사용하는공법 PCBs, 휘발성유기물질, 할로겐용매, 유류와같은유기오염물질 토양의입경, ph, 분배계수, 양이온치환능력, 유기물함량, 수분함량금속, 휘발성물질, 점토, 복합오염물질의존재여부 수분함량이높으면공정에악영향, 청정제 / 유화제존재시추출반응에악영향, 추출용매독성, 고분자유기물질과친수성물질에부적합
8. 오염지역정화및복원기술 (28) 7) 물리화학적정화기술 7 Thermal Desorption 열탈착공법 개요 처리물질 영향인자 설계인자 토양에열을가해오염물을증발시켜가스를발생시킨후, 가스를처리장치로수집하여처리하는공법 HTTD: 금속 ( 수은등 ) 처리가능 Coal tar, 목재, creosote, (SVOCs, PAHs, PCBs, 농약등 VOCs) LTTD: 가능비염소계휘발성유기화합물, 연료, (SVOCs) 토양점착력, 입도분포, 함수비, 열용적율, 유기물농도, 오염물농도, 끓는점범위, 증기압, 열에대한안정성, Dioxins 발생가능성 현장위치와조건, 오염물의수직적분포에따른고려사항, 목표정화수준, 탈수여부, 처리된토양의처리문제
8. 오염지역정화및복원기술 (29) 7) 물리화학적정화기술 8 Solidification/Stabilization 고형화 / 안정화 개요 처리물질 영향인자 한계 화학적, 물리적인처리를통해서유동성을감소시킴으로써위해성을낮추는오염처리방법 방사능물질을포함한무기물질 토양의입경, 수분함량, 중금속농도, 황함유량, 유기물농도, 압축강도, 투수성, 토양의물리화학적특성 In-Situ: 깊이에따라특정장치설치필요, ex-situ에비해시약주입 / 혼합이어려움, 처리효율확인 Ex-Situ: 부피증가 ( 유기물부피의 2 배까지 ), 휘발성유기물질은고정화되지않음. 혼합되면처리시간이길어짐 Emissions, Dust and VOC Control ex-situ Auger Caisson 물리적으로안정한상태의물질내에서고형화하나안정화제를첨가하여화학반응에의해오염물질의유동성을감소시키는방법후처리필요 Reagent and/or Binder Injector Head in-situ 오염지역에약품을주입하여고형화 ( 이동성감소 ), 안정화 ( 독성물질이동성감소및처리 )
8. 오염지역정화및복원기술 (30) 7) 물리화학적정화기술 9Vitrification 유리화 개요 처리물질 영향인자 한계 오염토양및슬러지를전기적으로용융시킴으로써용출특성이매우적은결정구조로만드는공법 VOCs, SVOCs, Dioxins, PCBs 토양의입경, 수분함량, 유기물함량, 밀도, 투수성, 물리화학적특성, 입도분포가스로부터입자나다른오염물을제거하는방출가스처리장치필요자갈비가 20% 가넘으면부적합재오염방지수단필요오염물확산가능유리화물질제거후토양재이용가능
8. 오염지역정화및복원기술 (31) 7) 물리화학적정화기술 10Chemical Oxidation/Reduction 화학적산화 / 환원 개요 오존, 과산화수소, 차아염소산염, 그리고이산화염소등을이용하여오염물질을화학적으로더안정하고, 유동성이없으며, 비활성물질로변화시키는반응을이용하는공법 처리물질 주로무기오염물을대상 VOCs, SVOCs, 유류탄화수소등의비염소계물질에는비효과적 한계 오염물질과사용된시약에따라불완전산화혹은중간물질이형성될수있음시약이많이필요하므로오염물질의농도가높을때는비경제적토양에는기름과그리스성분이적어야함 영향인자 토양의수분함량, 알칼리금속, 부식토함량, 총유기할로겐화합물오염물질의종류와형태, 토양입자의입경, 용매의용해도오염물의농도구배약품의종류
8. 오염지역정화및복원기술 (32) 7) 물리화학적정화기술 11Incineration 소각 개요 처리물질 산소를공급하여유기물질을연소 / 분해하는열적으로파괴하는공정, 토양내의유해유기오염물을 871~1,204 의고온으로소각하여이산화탄소, 수증기, 황화수소, 할로겐화수소로분해 폭발성물질, 염소계탄화수소, PCBs, Dioxins 한계 불완전연소로중금속, 독성재생성가능오염토양투입량에따라소각로의크기가커지므로처리비용증가금속은염소, 황과반응하여유해물질생성가능, 가스정화장치필요저온에서 Na, K 재를형성하고점착성이강한입자를형성하여덕트를막히게함
8. 오염지역정화및복원기술 (33) 8) 기타정화기술 1Phytoremediation 식생정화법 개요 오염토양 / 지하수정화를위하여식물이용하는방법으로대부분의정화는식물뿌리가뻗는부분의토양층인 rhizosphere 에서발생 phytostabilization( 오염물안정화 ) phytoextraction( 식물체로오염물이동 ) 중금속, 과잉영양분 ( 질산, 암모니아, 인산 ), 처리물질 소수성오염물 (BTEX, 염소계유기용매, PAHs, nitrotoluene, ammunition wastes), 제초제, 유기용매, 동위원소 장점 한계 비용저렴, 미관상장점오염물누출최소화, 토양안정화적절한기후조건, 장기간의공정관리필요뿌리보다깊은곳의오염물추출불가능 설계및운전 대상오염물의추출, 흡수, 화학적분해에적합한식물의종선택오염물이궁극적으로제거되는것이아니므로식물소각등후처리필요
8. 오염지역정화및복원기술 (34) 8) 기타정화기술 2 Monitored Natural Attenuation 자연저감법 개요 주요기작 적용여부판단 장점 오염물의자연적인정화나이동지체를이용하는방법. 방치와는다른개념. 다른적극적인정화방법에비교하여합리적인시간내에목표정화수준에도달할수있는자연저감과정 미생물분해, 분산, 희석, 흡착, 휘발, 방사성붕괴, 화학적 / 생물학적안정화, 변형, 파괴 Protocol: 작업에관련된규약, MNA 를적용하기위해고려해야할사항 Pattern: 오염물의상황과형태에따른 MNA 사용여부판단 비용경제적, 장비등이거의불필요감시강도에따른유연한시공비
8. 오염지역정화및복원기술 (35) 8) 기타정화기술 3 Permeable Reactive Barrier 투수성반응벽체 개요 오염된지하수가흘러가는곳에오염물을처리할수있는수직투수성반응벽체를설치하여오염지하수가벽체를통과하면서생물학적또는화학적으로분해되도록하는현장구조물 오염물질 오염원 구성요소 반응물질 반응기작 염화유기물 공단지역, 주유소, 정유공장등의산업시설및군사시설 TCE, PCE PCBs Fe 0, GP dust, HRM Sludge Pd/Fe Bimetal, Nanoscale Fe 탈염소화 촉매적탈염소화 영양염류 매립지침출수, 축산폐수 축산폐수 T-N, Ammonia T-P Zeolite Wastelime, SM Slag 이온교환, 흡착, 철에의한탈질 흡착및침전 중금속 산업및군사시설, 폐광산산성폐수 Cr6+ Cd, Hg, Mn, As, Cu, CN, Pb HRM Sludge, SM Slag Zeolite, SM Slag 환원 이온교환, 흡착 황산염 폐광산산성폐수 Sulfate AlOH, SM Slag, Wastelime 침전, 중화
8. 오염지역정화및복원기술 (36) 8) 기타정화기술 4 Electrokinetics 동전기법 개요 처리물질 지층속에전극을설치한후전류를가하여지층의물리 화학적및수리학적변화를유도한후전도현상을일으켜오염물질을이동추출 제거하는기술전기삼투 / 전기이동 / 전기영동 중금속, 핵종, 페놀, TCE, 톨루엔, 기타유기및무기물 물질이동기작 전기삼투흐름에의한간극수이류 (advection) 외적으로제고또는내적으로생성된수위차에의한간극수이류 (hydro-potential) 농도경사에의한확산 (diffusion) 전기경사에의한이온이동 (migration) 영향인자 점토의완충능력, 양이온교환능력, 유기물함량, 포화대내점토광물표면의전하밀도, 양이온물질의특성과농도, 유기질 / 탄산염의존재, ph
9. 정화 복원모니터링및관리 (1) 1) 우리나라 오염기준초과시정명령정화작업수행 최종결과보고서제출시토양관련전문기관의검사결과서첨부의무화 ( 검사결과서로정화작업수행성공여부확인 ) 시료채취위치및숫자, 분석자료통계처리방법등에대한구체적지침미비 정화목표달성및정화작업완료여부를평가할수있는기준미비 정화계획수립, 검토, 허가시에정화작업수행효율및완료모니터링계획도포함시켜야함
9. 정화 복원모니터링및관리 (2) 2) 선진국형 목적 - 정화 / 복원효과와효율확인 - Compliance requirements 만족여부확인 - 정화 / 복원과정의적절한변경이필요한지를판단 ( 신기술의개발, 효율저감, 예상치못한지하 / 지질구조등의변수에대처 ) 기본컨셉정화 / 복원과정과자연의현상에대한불확실성을인정하고, 이런과정을반복적으로측정함으로써정화 / 복원작업과이에관련되는자연현상에관한확신을가지거나사전에인지하지못한현상을발견하고이에대처할수있는더효과적인방향으로정화작업을변경하기위함
9. 정화 복원모니터링및관리 (3) 3) 정화 복원모니터링계획 (Remediation Monitoring Plan) 시행되는정화 / 복원작업의효과를확인하거나필요할경우계획된정화 / 복원작업을변경하기위하여모니터링의목적, 시간표, 보고서포함사항, 시료채취, 장비, 분석방법, 참여인원등을포함 정화 / 복원작업의변경과정과모니터링작업자체의변경과정도 모니터링계획 (RMP) 에포함 RMP 는모니터링의결과에의해모니터링작업계획을변경하는 자체적으로수정 / 보완기능을가져야함
9. 정화 복원모니터링및관리 (4) 4) RMP 핵심요소 RMP 는정화 / 복원의 3 개핵심요소에대한주기적인평가가가능해야함 Compliance Monitoring Performance Monitoring 현재와미래의부지이용과정화작업에서전제로한노출예측에대한모니터링 부지이용과정화 / 복원방안의선택은중요한관계에있으므로 RMP는주기적으로부지이용상태를모니터링해서정화계획수립에전제된부지이용상황이변하지않았음을확인해야함
9. 정화 복원모니터링및관리 (5) 5) 복원후관리 1 목표정화수준의설정과달성 Superfund site 에서정화목표 인체와환경을보호할수있도록영구적으로오염물질이없는상태로만들거나 ( 완전한치유 ) 차선책으로배경값 (background level : 오염물질에의해영향을받지않은비슷한지역이나대조군에서의자연적인값 자연적인오염원의존재를인정 ) 까지낮추는것임 배경농도를채택하는데필요한대조군 ( 지역 ) 관련주민과관계자들이포함된위원회를구성하여결정. 대조지역이선정되면시료채취계획을수립하고토양, 지표수, 지하수및공기시료를채취하고분석하되통계적으로의미있는정도의과정이되어야함
9. 정화 복원모니터링및관리 (6) 5) 복원후관리 1 목표정화수준의설정과달성 목표정화수준설정 제거되는오염물질의총질량 ( 초기의오염총량에대한추정값의적합성, 정확성을보장하기어려우므로받아들이기어려운상황에많음.) 오염물질농도의목표치를설정 ( 받아들일수있는척도. 그러나실제작업을수행하는입장에서는달성하기가어려운상황이발생할수있는위험성때문에선호하지않음 ) 일련의시간간격모니터링에서농도값의변화경사가시간경과에따라 (-) 이고농도값이기준치이하로내려갔을때정화작업완료 ( 농도자료가시간에따라 fluctuation 을보이면변화경사와현재농도값에대한신뢰구간을계산함.)
9. 정화 복원모니터링및관리 (7) 5) 복원후관리 2 Close Out Procedure (USEPA) Remedial Action Completion 목표정화수준이달성되면절차에따라정화작업을완료 - 정화과정중과정화작업완료의모니터링을포함하는개념 - in-situ 정화공법을포함하는경우시설이설치되면작업중중간 RA 보고서작성 - 목표정화수준이완전히달성되었다고판단되면최종 RA 보고서작성 RA 보고서 : 부지특성및이력, 부지조사내용, 목표정화수준의달성여부, 정화기술및모니터링단계적경과및완료, 운영상황및비용, 해당부지의미래토지용도계획등의정화공정전반내용포함 Construction completion RA 종료후재정지원및정화공정중중요한과정들이모두종료되는시점 Site completion 모든목표정화수준이달성되고인간과환경에안전하다고판단되어더이상의대응이필요하지않는시점 Site full/partial deletion Site completion 이완료된대상부지에대하여 NPL 에서부지를완전히또는부분적으로삭제하는단계
9. 정화 복원모니터링및관리 (8) 5) 복원후관리 2 Close Out Procedure - Operational & Functional (O&F) 물리적공정들이완료된후 1년후부터설계한대로적절히작용하는지확인하는작업 MNA를제외한모든종류의정화작업에해당, 필요한경우시공자가추가적인수정가능 - Long Term Response Action (LTRA) RA(MNA 포함 ) 시작후처음 10년간 ( 전체비용의 90% 차지 ) 지하수 / 지표수복원의유지, 관리, 모니터링및재정관리 - Operation & Maintenance (O&M) 정화의효율과본래성을유지하기위하여필요 LTRA 기간이지나도목표정화수준이달성될때까지관리및유지하는것 RA가종료되는시점, LTRA가진행되고있을경우 LTRA가끝난후시작지하수 / 지표수의복원이완전히완료되고적절한동의나기준을만족하면종료 - Cleanup Goal Achieved 지하수 / 지표수정화에서적용되는개념으로자연저감법을포함정화작업이끝난후목표정화수준이달성되지않은경우계속대상오염부지를모니터링
9. 정화 복원모니터링및관리 (9) 5) 복원후관리 2 Close Out Procedure ( 참고 ) O&M Operation and Maintenance 정화작업기록, 부지특성, 관정과장비등에대한조사, 시료채취 / 분석및모니터링, 일반적인관리 / 유지, 보고등으로이루어짐정화단계의초기부터계획시작 O&M 의무에대한조직적설계, 이용가능한재정의확인, O&F 결정을위한기준, O&M 기간과설명, 필요한인력과장비, 공정, 비용, 종료조건등의구체적인사항들을포함 RI/FS에서 O&M에드는비용과항목을구체화하고정화공정설계및운영중에수정및확정하여 RA가끝나는즉시조사및모니터링을시작 RA Interim RA Report LTRA (Fund) PRP LR (PRP) Final RA Report (Cleanup Goals Achieved) (O&M) O&F 1 yr. 10 yrs. (5-year reviews required)