부지특성을 고려한 부산 문현동 유류오염 토양의 복원 및 자연저감에 관한 연구

Abstract

본 연구는 유류로 오염된 부지를 토양경작법과 열탈착법으로 법적기준(TPH: 800 ㎎/㎏)에 맞추어 정화한 부지에 대하여, 2005년에 강화된 토양환경보전법의 법적기준(TPH: 500 ㎎/㎏)에도 불구하고, 추가적인 복원공사가 불가능한 부지에 대하여 대안공법으로 자연저감의 활용가능성을 연구하였다. 자연저감의 적용을 위하여 복원되기 이전의 부지특성 및 오염복원 방법의 연구를 실시하여 자연저감의 여러 기작을 검토하였으며, 선택된 기작에 대한 실내실험을 거쳐 TPH저감 모델을 산출하였다. 산출된 모델을 현장에 적용하여 부지의 자연저감으로 인한 부지의 오염도 변화 등을 파악하였다. 연구부지의 부지특성화는 과거 정비창으로 이용되었던 관련 자료와 기온 등의 일반현황 자료, 과거의 형태를 알 수 있는 고지도 분석 및 지질, 암석, 선구조에 관련된 지질자료, 수리상수, 지하수위 변동, 지하수위 분포 등의 수리특성을 조사하였다. 토양의 입도분석, 함수량, 간극비와 같은 토양특성, 오염원의 특성, 오염분포 등을 분석하여 개념모델을 작성하였다. 연구지역은 오염토양 복원으로 생물학적 복원 방법인 토양경작법과 열적복원 방법인 열탈착법을 적용하였다. 토양경작법은 4개동의 비닐온실을 설치하여, 실내에서 미생물의 개체수, 영양물질, 수분, 온도 등을 조절하면서 산소공급을 위해 굴삭기를 이용한 경운을 통해 미생물 활성을 활발히 하여 오염을 저감시켰고, 열탈착법은 열탈착장비(KM-3HT)를 이용하여 함수량 및 전석을 제거하는 전처리과정을 거쳐, 오염된 토양을 예비가열하고, 열탈착기에서 토양과 오염물질을 기체로 분리하여, 오염물질은 산화시켜 대기로 방출하는 과정 등을 통하여 오염을 저감시켰다. 연구지역에 적용될 수 있는 자연저감 기작을 위하여 생물학적 분해, 확산 및 희석에 대하여 연구를 하였다. 생물학적 분해는 일차적으로 오염복원 이 이루어진 저농도 복원토양에서는 활발히 이루어지지 않아 한계성이 있는 것으로 나타났다. 확산 및 희석을 연구하기 위하여 복원토양과 자연수위와의 관계를 검토하였고, 강수에 의한 자연저감 실내실험에서 각각의 복원된 토양에 대하여 공극체적 대비 TPH누적질량 저감모델을 개발하였다. 강수에 의한 지하침투량의 산출을 위하여 물수지 분석을 실시한 결과, 강수량의 46.6%가 지하로 침투하여 영향을 미치는 것으로 나타났다. 연구부지의 강수에 의한 지하침투량과 TPH누적질량 저감모델을 적용하여 1년간의 모델링을 실시한 결과, 토양경작 복원토양에서 20.4%, 열탈착 복원토양에서 26.6%로 자연저감이 예측되었으며, 복원완료시점에서 분석한 TPH농도 범위인 589±143 ㎎/㎏의 최대값과 최소값을 각각 적용하여 TPH누적질량 저감모델로 모델링한 결과, 4년이 경과하면 복원토양의 80% 이상이 강화된 기준치 이하까지 자연저감될 것으로 나타났다.

Oil contaminated soils were remediated to the legal standard (TPH: 800 ㎎/㎏) by landfarming and thermal desorption methods in Munhyeon-dong, Busan. However, the suitability of the remediation criterion of contaminated soils was re-examined because of the reinforced legal standard (TPH: 500 ㎎/㎏) in the Soil Environment Conversation Law. In this study, the natural attenuation was assessed at the remediated site because the additional remediation was not possible. The mechanism of natural attenuation was studied with the understanding of the site characterization and remediation methods for the field application of natural attenuation. For the quantitative analysis of natural attenuation, the TPH cumulative remediated mass model of the natural attenuation was developed using a box test of remediated soils. The time necessary for the natural attenuation of the remediated soils was examined by this model. Site characterization was carried out at the old repair center of army vehicles, investigating temperature, wind speed, precipitation, old topology, the geological informations of geology, lithology and lineament, and soil properties such as grain size, water content, and porosity. Using a SP geophysical prospecting and an old map issued in the early 20th century, an old river bed was found in the study area. The hydrogeological data of groundwater level and hydraulic conductivity were analyzed. A conceptual model was then proposed through the analysis of contaminant plume transport and contaminant source. Landfarming method for bio-remediation and thermal desorption method for thermal remediation were carried out at the site, taking the site characterization and the legal conditions of remediation into consideration. Four plastic greenhouse facilities were used for landfarming remediation, and the remediation efficiency was analyzed with the population of microorganisms, nutrients, moisture, temperature. The thermal desorption equipment, KM-3HT was used for the remediation of heavily contaminated soils. The equipment lowered moisture levels and removed rocks in the pre-treatment process. After heating the contaminated soil, oil contaminated soils were separated into contaminated gases and soils. The gases were emitted into the air after proper treatment. Biodegradation, dispersion, dilution and sorption processes were investigated for the applications of natural attenuation. The effects of biodegradation were not noticeable at low TPH concentration because of the metabolic products from the microorganism remediation process. After comparing the individual numbers of microbial organisms and TPH concentration after remediation, it was determined that the effect of biodegradation was very small. For the study of the dispersion and dilution process, remediated soils and natural groundwater level were investigated. The volume of outlet water and the variation of TPH concentration were measured for the box test, and a TPH cumulative remediated mass model was developed from the experiment. As for the water balance, groundwater recharge rate was calculated to 46.6% from the 10-years precipitation data. Using the groundwater recharge rate and TPH attenuation model, the natural attenuation rate for one year was 20.4% for landfarmed soil and 26.6% for thermally desorbed soil. After applying the remediated TPH concentration of 589±143 ㎎/㎏ to this model, more than 80% of remediated soils could be naturally attenuated to the reinforced legal standard (TPH: 500 ㎎/㎏) after 4 years.