KR100342765B1

KR100342765B1 - 파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법

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Publication number: KR100342765B1
Application number: KR1020000068007A
Authority: KR
Inventors: 김시현; 이상수; 정일철; 박준범; 이재원; 박규홍; 이웅
Original assignee: 권형기; 한라산업개발 주식회사; 이재원; 박준범; 박규홍; 이웅
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-07-03
Also published as: KR20010008230A

Abstract

본 발명은 파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오염된 지하수가 반응벽체 물질로 향하도록 하는 폐석회 및 벤토나이트를 중량비 20 : 80로 포함하여 이루어지는 불투수성의 안내벽 및 상기 안내벽에 의하여 유도된 오염된 지하수와 반응하여 상기 지하수를 정화시킬 수 있는 반응물질을 포함하여 이루어지는 반응벽체가 파일 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 파일형 반응벽체 시스템을 설치하는 단계; 상기 파일형 반응벽체 시스템에 오염된 지하수를 통과시켜 오염된 지하수를 정화하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법{A REMEDIATION METHOD OF CONTAMINATED GROUNDWATER BY USING THE PILE TYPE REACTIVE WALL SYSTEM}

본 발명은 반응벽체를 이용한 오염물의 정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응벽체를 오염물이 존재하는 지반에 설치하여 지하수 오염대(contaminant plume)의 수리학적 흐름을 이용하여 반응매질(reactive media)과 오염물질 사이의 화학적 반응을 유도하여 오염 성분을 제거하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 폐석회를 포함하여 이루어지는 불투수성의 안내벽 및 상기 안내벽에 의하여 유도된 오염된 지하수와 반응하여 정화시킬 수 있는 반응물질을 포함하여 이루어지는 반응벽체가 파일 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 파일형 반응벽체 시스템 및 이 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법에 관한 것이다.

본 발명은 환경산업 중 특히, 지반환경 산업에 관련되는 것으로서 예를 들면, 지하 저유시설, 반도체 공장, 공단 밀집지역, 석유화학 단지, 변전시설 등의 산업시설 및 군사시설에 적용 가능한 장치 및 방법이다.

종래의 오염된 지하수를 정화하기 위한 반응벽체 방법은 반응매질로서 철가루를 이용하고 있었다. 미국특허 제5,575,927호에서는 반응매질로서 철과 황화철(ferrous sulfide)을 상대적인 양으로 조합하여 사용하는 경우, 철이나 황화철(ferrous sulfide)을 단독으로 사용하는 경우 보다 더 빠르게 할로게네이티드 하이드로카본(halogenated hydrocarbon)를 환원시킬 수 있는 방법을 개시하고 있다. 또한, 미국특허 제5,543,059호에서는, 반응매질로서 철 입자의 크기별로 구분된 최소한 3영역(zone)으로 이루어지는 층이 진 철 벽 또는 칼럼(iron wall or column)에 할로게네이티드 하이드로카본(halogenated hydrocarbon)을 포함하는 오염물을 통과시켜 이를 정화하는 방법을 개시하고 있다.

한편, 종래의 반응벽체 시스템은 두 가지로 나누어진다고 할 수 있다. 그 하나는 연속벽체(continuous PRBs) 시스템이고 다른 하나는 퍼넬 및 게이트(FunnelGate^R) 시스템이다.

연속벽체 시스템에 대하여는 도 1에 나타낸 바와 같다. 도 1에 나타낸 바와 같이 연속벽체(10)는 오염된 지하수(12)의 흐름경로(14)에 대하여 가로지르는 방향으로 트렌치(trench)를 파고 과립형태의 철(Fe⁰)을 넣어 설치한다. 또 다른 설치 방법은 수압파쇄(hydraulic fracturing)와 분사(jetting)에 의하는 것이 있다. 그러나, 이러한 방법은 시공비 등의 문제로 인하여 널리 사용되지 못하고 있다.

상기 연속반응 벽체 시스템은 지하수 오염대(12)의 유속 및 흐름에 변화를 주지 않고 자연상태로 벽체(10)를 통과할 수 있으며 지하 대수층 내 지하수(12) 유속과 거의 유사하게 반응벽체를 통과하므로 미접촉 또는 우회(bypass)등의 문제가 비교적 적은 장점이 있다. 그러나, 설치 길이를 현장여건에 따라 100여 m 이상으로 대규모로 해야 하며, 또한 지하수 흐름 속도를 그대로 유지하므로 빠른 시일내에 정화하기 어려운 문제점이 있었다.

퍼넬 및 게이트(Funnel Gate^R) 시스템에 대하여는 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 퍼넬 및 게이트 시스템에는 오염물(24)을 지반내로 유도할 수 있는 안내벽(guide barrier)(funnel)(22)과 오염된 지하수(24)의 흐름경로(26)에 대하여 가로지르는 방향으로 반응벽체(gate)(20)가 설치되어 있다. 이러한 시스템은 반응물질의 설치 폭을 크게 줄임으로써 경제적인 반면 오염물의 반응물질 접촉속도를 증가시키므로 충분한 접촉이 일어날 수 있도록 반응벽체(20)의 두께를 증가시켜 설치한다. 또한, 현장 여건상 설치할 수 없는 곳이 있으며, 불투수층 안내벽(22)에는 흙-벤토나이트 슬러리월(soil bentonite), 시멘트-벤토나이트 슬러리월(cement bentonite), 플라스틱 콘크리트, 지하연속벽(diaphragm wall) 등의 슬러리 월(slurry wall), 강재 쉬트파일(steel sheet), 합성수지 쉬트파일(geosynthetic sheet), 목재 쉬트파일 등의 쉬트파일(sheet pile) 등이 포함된다. 이 불투수층 안내벽(22)은 그라우트 커튼과 암반그라우팅 등의 그라우팅(grouting)기법 등을 사용하여 설치 되어지나 연속벽체(Continuous wall) 보다 경제성에 있어 불리하여 시공비가 증가하는 문제점이 있었다.

또한 상기 종래의 두 방법에 의하는 경우에는 반응물질을 혼합 적용할 수 없으며 단일 성분의 반응물질로 구성해야 하므로, 오염성분이 복합성분일 경우, 직렬식으로 각각의 반응물질을 순차적으로 정렬함에 따라 경제성이 낮아지는 문제점이 있었다.

한편, 종래 알려진 반응물질인 영가철, 제올라이트, 고로 제강 슬래그 및 유기질토에 의한 오염성분의 제거에 관한 기작은 다음과 같다.

먼저 영가철에 의한 염화유기물의 제거 기작은 다음과 같다.

즉, 영가철로 존재하는 철(Fe⁰)은 산화를 일으키며 산화환원쌍(redox couple)을 형성한다. 이는 영가 금속이 전자를 잃으며 양이온 형태로 존재하려는 경향에 의하여 자발적 산화에 의해 발생하는 부식반응과 유사하다. 철의 경우 산화환원전위는 -0.44V이다.

Fe⁰↔ Fe²⁺+ 2e^- 식(1)

도 3은 PCE(C₂Cl₄, tetrachloroethylene)의 탈염소화 과정과 표준환원전위를 도식화한 도면이다. 도 3에 있어서 B에서 A로 갈 수록 탈염반응은 점점 느려지게 된다. 그리고, C 지점은 산화상태가 가장 높은 지점을 나타내고 D 지점은 산화상태가 가장 낮은 지점을 나타낸다. 도 3에서 예측할 수 있는 바와 같이, 염화유기화합물과 반응 가능한 주요 환원제는 Fe⁰, Fe²⁺, H₂이다. 부식반응의 경우로는 Fe⁰로부터 표면에 흡착된 염화 알킬로의 직접적인 전자교환에 의한 것(식(2))이 주종을 이루나, 이외에도 부식반응으로 생성된 Fe²⁺의 탈염소화(식(3)), H₂에 의한 탈염소화(식(4)) 또는 H₂O에 의한 Fe의 작용 등이 있다. 이들 환원제에 의한 알킬 할라이드(alkyl halide: RX)의 탈염과정은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

Fe⁰+ RX + H⁺↔ Fe²⁺+ RH + X^-식(2)

2Fe²⁺+ RX + H⁺↔ 2Fe³⁺+ RH + X^-식(3)

H₂+ RX ↔ RH + H⁺+ X^-식(4)

도 4는 영가철의 부식에 따른 전자교환에 의한 염화유기물의 환원적 탈염소화를 도식화한 도면이다. 도 4A는 영가철 표면에서 직접적으로 발생하는 영가철에 의한 염화유기화합물의 환원반응을 도식화한 도면이고, 도 4B는 철이온(ferrous ion)에 의해 간접적으로 일어나는 염화유기화합물의 환원반응을, 도 4C는 촉매존재하에서 H₂에 의한 염화유기화합물의 환원반응에 영가철의 역할을 도식화한 도면이다.

다음으로 제올라이트에 의한 영양염류 및 중금속의 제거 기작을 보면 다음과 같다.

즉, 제올라이트는 이온교환 작용에 의하여 암모니아성 질소 등의 영양염류와 카드뮴, 납, 구리, 아연 등의 중금속을 오염물로부터 제거할 수 있는 것으로 알려져 있었다. 여기에서 이온교환이란 액상에 존재하는 전하를 가지는 이온이 고체상에 존재하는 같은 전하를 가지는 다른 이온과 선택적으로 교환되는 것을 의미한다. 이러한 교환반응에 의하여 특정 이온의 분리 및 제거가 가능하게 된다. 이온교환 반응은 화학양론적으로 이루어지며 교환이 이루어지는 고체의 기본구조에는 영향을 미치지 않는 특성이 있어 재생(regeneration)이 가능하다.

이온교환 기작은 액상의 특정 이온(NH₄ ⁺)과 고체상(Z)의 교환될 이온(Na⁺)으로만 구성된 이원계(binary system)라 가정하는 경우 제올라이트, 예를 들면 클리노프틸로라이트의 본체를 Z로 표시하면 Z내의 Na⁺이온과 수용액중의 NH₄ ⁺이온과의 교환반응은 다음과 같이 일어난다.

ZㆍNa⁺+ NH₄ ⁺= ZㆍNH₄ ⁺+ Na⁺(5)

이온교환은 제올라이트의 포어(pore)(도 5에 도시된 포어(50) 참조)라는 곳에서 발생하며 클리노프틸로라이트의 경우 포어 크기는 4Å인 것이 알려져 있었다.

다음으로, 고로/제강 슬래그 및 유기질토에 의한 부유물질 및 황산염의 제거에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 고로/제강 슬래그는 각종 콜로이드성 부유물질을 여과기능을 통하여 제거하고 유기질토는 흡착능을 통하여 황산염을 제거하게 된다.

상기와 같은 반응물질은 각각의 반응물질이 제거할 수 있는 오염성분에는 일정한 한계가 있었기 때문에 하나의 반응물질을 이용하여서는 모든 오염성분에 대하여 적용할 수 없었다는 문제점이 있었다. 또한, 트렌식으로 도랑을 파고 그 속에 반응물질과 흙을 혼합하여 다지면서 채워넣는 방식으로 설치하는 경우 다른 물질과는 대상 오염성분 및 반응 기작 등의 특성이 달라 상이한 오염물질이 공존하는 경우에는 적용할 수 없었다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 안내벽을 페석회 및 벤토나이트를 혼합하여 제작함으로써 보다 경제적으로 설치할 수 있게 하고, 반응벽체를 파일 형태로 설치하여 복합적인 오염성분을 포함하고 있는 지하수에 대하여는 각각의 파일에 사용되는 반응물질을 변화시킴으로써 복합성분으로 오염된 지하수를 정화할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 연속벽체 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이고,

도 2는 퍼넬 및 게이트(Funnel Gate^R) 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이고,

도 3은 PCE의 탈염소화 과정과 표준환원전위를 도식화한 도면이고,

도 4A는 영가철 표면에서 직접적으로 발생하는 영가철에 의한 염화유기화합물의 환원반응을 도식화한 도면이고,

도 4B는 철이온(ferrous ion)에 의해 간접적으로 일어나는 염화유기화합물의 환원반응에 영가철의 역할을 도식화한 도면이고,

도 4C는 촉매존재하에서 H₂에 의한 염화유기화합물의 환원반응에 영가철의 역할을 도식화한 도면이고,

도 5는 제올라이트의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이고,

도 6은 본 발명의 파일형 반응벽체 시스템의 일 예에 대한 단면도이고,

도 7은 크기가 325∼340메쉬인 철가루와 흙의 혼합비에 따른 투수계수 변화를 도시한 도면이고,

도 8은 열연 슬러지 및 전기집진 더스트의 흙과의 혼합비에 따른 투수계수 변화를 도시한 도면이고,

도 9는 숏볼분진 및 폐주물사의 투수계수를 도시한 도면이고,

도 10은 제올라이트와 흙의 혼합비에 따른 투수계수 변화를 도시한 도면이고,

도 11은 고로 슬래그 및 제강 슬래그의 투수계수를 도시한 도면이고,

도 12는 유기질토 및 부식토의 투수계수를 도시한 도면이고,

도 13은 폐석회 및 석회암(limestone)의 투수계수를 도시한 도면이고,

도 14는 폐석회와 벤토나이트 혼합형 불투수층에 대한 투수계수를 도시한 도면이고,

도 15은 본 발명의 실시예1 및 2에 따른 PCE, TCE의 농도변화를 도시한 도면이다.

본 발명의 파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법은 오염된 지하수가 반응벽체 물질로 향하도록 하는 페석회 및 벤토나이트를 포함하여 이루어지는 불투성의 안내벽 및 상기 안내벽에 의하여 유도된 오염된 지하수와 반응하여 정화시킬 수 있는 반응물질을 포함하여 이루어지는 반응벽체가 파일 형태로설치된 것을 특징으로 하는 파일형 반응벽체 시스템을 설치하는 단계; 상기 파일형 반응벽체 시스템에 오염된 지하수를 통과시켜 오염된 지하수를 정화하는 단계: 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 파일형 반응벽체 시스템의 일 예에 대한 단면도를 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타낸 바와 같이 상기 파일형 반응벽체 시스템은 폐석회 및 벤토나이트를 주성분으로 하여 이루어진 오염지하수의 안내벽(60)과 상기 오염지하수를 정화시키기 위하여 오염성분에 맞는 상이한 반응물질로 구성된 파일형 반응벽체(62)로 구성되어진다. 이 때 고농도로 오염된 지하수는 안내벽에 의하여 파일형 반응벽체(62)로 유도된다. 여기에서 오염지하수가 여러 가지 오염성분에 의하여 오염된 복합 오염수인 경우에는 각 반응벽체에 존재하는 반응물질을 해당 오염성분을 제거할 수 있는 반응물질로 함으로써 복합 오염수를 정화시킬 수도 있다.

상기에서 복합 오염수 중에 존재하는 오염성분 및 그를 제거하기 위한 반응물질에는 다음 표 1에 나타낸 물질들이 포함되어질 수 있다.

표 1. 복합오염수에 존재하는 오염성분과 그를 제거할 수 있는 반응물질.

반응물질	오염성분
영가철제강 부산물(열연슬러지, 전기집진분진)철강부산물(폐주물사, 숏볼분진)	염화유기물: PCE, TCE, PCBs 등중금속: Cr6+영양염류: 나이트라이트(nitrite), 나이트레이트(nitrate)
제올라이트 및 제강부산물(고로 슬래그, 제강 슬래그)	중금속:Cd, Zn, Pb, CN, As, Hg 등영양염류: 암모니아
부식토, 풍화토, 폐석회, 석회암(limestone)	중금속: Cd, Zn, Pb, CN, As, Hg 등설페이트(sulfate): SO₄ ^2-
제강부산물(고로 슬래그, 제강 슬래그)	부유물질

본 발명의 파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법에 있어서, 상기 파일형 반응벽체를 설치하는 단계에서는 안내벽을 설치하는 단계 및 파일형 반응벽체를 관입시키는 단계로 구분할 수 있다.

[안내벽을 설치하는 단계]

먼저, 하기의 현장 지반 조건을 고려하여 위치를 지정한다.

고려해야 할 현장 지반 조건;

(1) 토질의 종류, 정도, 붕괴의 우려가 있는 토질인가에 대한 검토

(2) 침수층의 존재여부

(3) 슬러리의 성상에 영향을 끼치는 유기질층 등의 지층 존재여부

(4) 지하수의 수질파악(pH, 염분)

(5) 지하수의 상태파악(지하수의 수위고, 피압수, 복류수, 무수층).

상기와 같은 현장 조건을 검토하여 설치할 위치를 지정한 후 파일형 반응벽체의 안내벽을 설치한다. 이 때 설치는 트렌치(trench)로 지정된 위치를 굴착한 후 폐석회를 채워 넣는 방법에 의하여 설치될 수 있다. 트렌치를 원하는 깊이에 원하는 길이로 굴착하고 나면, 폐석회 및 벤토나이트를 중량비 80 : 20로 혼합하고 물을 첨가하여 슬러리를 만든 후 이를 트렌치에 밀어 넣는다. 물, 폐석회 및 벤토나이트의 슬러리를 트렌치에 밀어 넣을 때에는 트렌치의 경사를 따라 충분히 흘려주는 것이 중요하다. 그러나, 지나치게 흘려주어 진행중인 굴착을 방해하여서는 안되며, 또한 너무 적게 흘러 슬러리가 포개져 포켓(pocket)을 만들어 투수성을 증대시켜서는 안된다. 따라서 시공에 있어서 슬러리의 유동성이 중요하게 작용하게 된다.

상기에서 폐석회를 슬러리화 할 때 사용할 수 있는 물은 수돗물이면 문제가 없으나 지하수, 하천수 또는 해수를 사용할 경우에는 수질 조사를 행하여 그 성상을 파악한다. 특히 해안근처의 지하수일 때에는 염분이 포함된 경우가 있으므로 염분농도의 검사를 행함과 동시에 슬러리 성상에 대한 영향의 유무를 사전에 검토하고 영향이 있는 경우에는 미리 내염성 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

[파일형 반응벽체를 관입시키는 단계]

파일형 반응벽체를 관입시키는 방법은 예를 들면 다음과 같이 될 수 있다. 먼저 강철 케이슨(steel caisson) 및 오거(auger)를 이용하여 지반조사를 위한 보링을 선택한다. 케이슨 공법에서는 케이슨의 직경이 중요한 시공요소로 작용한다. 즉, 케이슨의 직경이 작으면 작을 수록 쉽게 근입이 가능하며, 수직 깊이에 대해서 유지보수하기가 쉽다. 케이슨의 직경이 8 피트(ft) 보다 크게 되면 반응벽체 설치에 비경제적이 되며 통과두께에 제한을 받게 된다. 따라서 이러한 경우는 광역 오염대(wide plume), 오염정도가 심한 경우, 지하수의 흐름 속도가 빠른 경우, 복수의 케이슨 게이트를 가진 퍼넬 및 게이트 시스템(funnel-and-gate system with multiple caisson gates)의 경우에만 사용하도록 하는 것이 바람직하다. 케이슨에 근거한 설치(Caisson-based Emplacement) 순서는 다음과 같다.

(1) 케이슨을 지표면 아래로 근입시킨다.

(2) 케이슨의 근입이 끝나게 되면, 케이슨 안의 흙은 모두 제거한다.

(3) 빈 공간이 확보된 케이슨 안에 반응매체를 집어넣는다.

(4) 반응물질 충진 작업이 끝나면 케이슨을 다시 뽑아낸다.

이 방법의 장점은 별도의 브레이싱(bracing)이 필요 없어 인건비가 절약되며 아주 작거나 큰 반응물질도 설치할 수 있다는 것이다. 또한, 가격이 저렴하다는 장점도 있다. 그러나, 시공하고자 하는 지반이 자갈층이거나 암반 층이면 케이슨의 근입이 어려워 사용할 수 없으며, 미세 점토층일 경우 압밀로 인해 시공 후 케이슨을 뽑아내는 작업이 어려울 수 있다. 이러한 경우에는 케이슨을 사용하지 않고 직접 오거(auger)로 보링하여 반응물질을 밀어 넣는다.

위에서 케이슨 안에 주입되는 반응매체는 오염성분에 따라서 영가철, 열연 슬러지, 전기집진 더스트, 숏볼분진, 폐주물사, 제올라이트, 고로/제강 슬래그 또는 부식토 및 유기질토 등이 될 수 있다.

본 발명의 파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법에 있어서, 상기 파일형 반응벽체 시스템에 오염된 지하수를 통과시켜 오염된 지하수를 정화하는 단계는 오염된 지하수를 일정한 시간 동안 상기와 같이 파일형으로 설치된 반응벽체를 통과시키는 것을 말한다.

실시예

실시예 1

A. 반응물질내 투수계수 평가

본 실시예에서는 영가철, 열연 슬러지, 전기집진 더스트, 숏볼 분진, 폐주물사, 제올라이트, 고로/제강 슬래그 또는 부식토 및 유기질토를 반응물질로 하는 반응벽체 기법의 효율을 평가하였다.

숏볼분진, 폐주물사, 고로/제강 슬래그, 부식토 및 유기질토의 경우 흙과의 혼합없이 그대로 사용하였고, 영가철, 열연 슬러지, 전기집진 더스트, 제올라이트의 경우 흙과 중량비로 각각 10 : 90(반응물질 : 흙), 20 : 80(반응물질 : 흙), 30: 70(반응물질 : 흙)로 혼합하여, 대한민국 표준규격인 KSF-2322에 규정되어 있는 정수두 투수시험법에 의하여 투수계수를 평가하였다. 그 시험 방법은 다음과 같다.

(1) 투수계수를 측정할 반응물질을 시료로 준비하고 그 중량을 측정하였다.

(2) 투수원관의 내경을 측정하여 단면적(A)를 계산하였다.

(3) 투수원관을 유공판에 올려놓고 고정시켰다.

(4) 용기의 저판 위에 74μm의 황동철망을 깔았다.

(5) 시료를 높이 10cm까지 넣고 다짐봉으로 다지며 균등하게 채워서 시료

높이 (L)를 측정하였다.

(6) 투수원관에 투입하기 전의 시료의 중량에서 투입하고 남은 시료의 중량

을 빼고 원관내의 시료 중량(wt)를 구하였다.

(7) 남은 시료에 대하여 비중과 함수비를 측정하였다.

(8) 시료를 넣은 원관에 물을 채워 포화시켰다.

(9) 투수원관의 상단으로부터 조용히 주입하여 상부의 월류구로부터 월류시

켜 수위를 일정하게 하였다.

(10) 시료의 저부의 배수구를 열어서 배수시키며 수조 내의 수위를 일정하

게 하고 수조로부터 월류하는 수량이 거의 일정하게 될 때까지 기다렸

다.

(11) 흘러나오는 물의 양(Q)과 시간(t)을 측정하였다.

(12) 시료의 상하에 작용하는 수두차(h)를 측정하였다.

(13) 수온(T)을 측정하였다.

(14) 시험후의 시료에 대하여 다시 함수량을 측정하였다.

(15) 측정치를 다음의 식으로 계산하였다.

k: 투수계수(cm/sec) L: 시료의 길이(cm) A: 시료의 단면적(cm²)

h: 수두차(cm) t: 투수시간(sec) Q; 침투수량(cm³)

본 실시예1A에 따른 결과는 도 7∼도 13에 나타낸 바와 같다.

B. 불투수성 벽체의 투수계수 평가

본 실시예에서는 폐석회와 벤토나이트를 중량부 80 : 20으로 혼합하여 제조된 불투수성 벽체 기법의 효율을 평가하기 위하여 대한민국 표준규격인 KSF-2322에 규정되어 있는 변수두 투수시험법에 의하여 투수계수를 평가하였다. 그 시험 방법은 다음과 같다.

(1) 투수계수를 측정할 반응물질을 시료로 준비하였다.

(2) 변수위투수시험기와 밑판의 무게를 재고, 모울드의 부피와 단면적 및

스탠드 파이프의 단면적을 측정하였다.

(3) 변수위투수시험기 속에 시료를 넣고 물로 포화시켰다.

(4) 스탠드 파이프의 최초의 수위 h₁과 최종수위 h₂를 미리 정해 두고, 수

위가 h₁에서 h₂로 내려올 때의 시간을 스톱워치로 측정하고 이때 물의

온도를 동시에 측정하였다.

(5) 시험이 끝나면 변수두투수시험기를 부속장치로부터 분리하여 무게를 달

고 시료의 중량을 결정하였다.

(6) 흙의 비중을 측정하였다.

(7) 측정치를 다음의 식으로 계산하였다.

k: 투수계수(cm/sec) L: 시료의 길이(cm)

A: 시료의 단면적(cm²) a: 스탠드파이프의 단면적(cm²)

h₁: 초기 수두(cm) h₂: t 시간 경과후 수두(cm)

t: 투수시간(sec)

본 실시예1B의 결과는 도 14에 나타낸 바와 같다.

C. 반응물질의 반응성 평가

반응물질의 반응성 평가를 위하여 상기 실시예1A의 투수계수 평가에 따른 결과 간극의 막힘현상이 나타나지 않으면서 반응물질을 최대로 사용가능한 양인 즉, 반응물질 : 흙을 중량비 20 : 80로 혼합하여 파일 형태로 만들었다. 안내벽은 폐석회를 주성분으로 하여 길이 1m, 폭 10cm로 제작하였다. 폐석회로 구성된 안내벽의 투수계수는 상기 실시예1B에 따른 결과로부터 1x10^-7cm/s 이하여서 불투수성 벽체임을 확인하였고, 반응물질은 직경 0.1m, 깊이 0.5m의 파일 형태로 총 5개를 2열로 배치하였다. 이 파일 형태로 설치된 반응벽체의 투수계수는 10cm/hr, 동수구배는1/20이었으며, 지하수 최대 유속은 산정된 다시(darcy) 유속 0.5cm/hr의 5배에 해당하는 2.5cm/hr로 설정하였다.

상기와 같이 파일 형태로 설치된 반응벽체에 초기 농도가 100μM인 PCE 수용액을 통과시켰다. 그 후 반응벽체를 통과하여 나오는 지하수에 존재하는 PCE의 농도를 시간에 따라 측정하였다.

실시예1 및 실시예2에 사용된 PCE, TCE의 농도는 가스 크로마토그래피(gas chromatography)(6890 series, Hewlett Packard Co. 미국)를 사용하여 분석하였다. 가스 크로마토그래피의 분석조건을 표 1에 나타내었다.

표 1. 가스 크로마토그래피 분석조건.

칼럼	HP-5(필름 두께 ; 0.32㎛, 길이 : 30m)
검출기(detector)	ECD(electron capture detector)
케리어 가스	질소(분석 : 99.9995%)
가스유속	20psi
검출기 온도	280℃
칼럼 온도	40℃에서 1분,그 후 8℃/min의 속도로 90℃상승,90℃ 에서 2분.

본 실시예1C의 결과는 도 15에 나타낸 바와 같다.

실시예 2

실시예1과 동일하게 파일 형태로 설치된 반응벽체에 초기 농도가 100μM인 TCE 수용액을 통과시켰다. 그 후 반응벽체를 통과하여 나오는 지하수에 존재하는 TCE의 농도를 시간에 따라 측정하였다. 본 실시예2의 결과는 도 15에 나타낸 바와 같다.

도 15에서 알 수 있는 바와 같이 PCE와 TCE의 농도는 반응벽체 통과를 개시한 후 약 10시간이 경과한 후부터 급격하게 낮아졌다.

본 발명에 따르면, 안내벽을 구성하는 물질로서 페석회 및 벤토나이트를 중량비 20 : 80으로 혼함하여 사용함으로써 기존의 흙-벤토나이트 슬러리월, 시멘트-벤토나이트 슬러리월 등을 사용하는 경우보다 훨씬 싼 비용으로 시공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 복합 오염성분에 대하여도 각각의 파일에 사용되는 반응물질을 변화시킴으로써 오염성분이 여러 가지인 오염물에 대하여도 쉽게 적용할 수 있다.

Claims

오염된 지하수가 반응벽체 물질로 향하도록 하는 폐석회 및 벤토나이트를 중량비 20 : 80로 포함하여 이루어지는 불투수성의 안내벽 및 상기 안내벽에 의하여 유도된 오염된 지하수와 반응하여 상기 지하수를 정화시킬 수 있는 반응물질을 포함하여 이루어지는 반응벽체가 파일 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 파일형 반응벽체 시스템을 설치하는 단계;

상기 파일형 반응벽체 시스템에 오염된 지하수를 통과시켜 오염된 지하수를 정화하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법.
제1항에 있어서, 상기 파일은 상기 오염된 지하수에 존재하는 각각의 오염성분에 대하여 반응성이 있는 반응물질을 포함하여 이루어지는 반응벽체가 조합되어 설치된 것을 특징으로 하는 파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법.
제1항에 있어서, 상기 반응물질은 (1) 영가철, 열연 슬러지 및 전기집진 더스트,(2) 제올라이트, (3) 고로 및 제강 슬래그, (4) 부식토 및 유기질토 그리고 (5) 폐석회 및 석회암(limestone)으로 이루어지는 군으로부터 선택되어지는 것을특징으로 하는 파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법.
제3항에 있어서, 상기 반응물질 중 (1) 영가철, 열연슬러지 및 전기집진 더스트, (2) 제올라이트 (5) 폐석회 및 석회암(limestone), (6) 숏볼분진, 폐주물사의 경우 흙과 혼합하여 적용하고, (3) 고로 및 제강슬래그, (4) 부식토 및 유기질토의 경우 흙과 혼합없이 그대로 적용함을 특징으로 하는 파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법.
제4항에 있어서, 상기 (1) 영가철, 열연슬러지 및 전기집진 더스트는 전체 반응벽체 중량의 5∼20%, 상기 (2) 제올라이트는 전체 반응벽체 중량의 5∼30%, 상기 (5) 폐석회 및 석회암(limestone)은 전체 반응벽체 중량의 5∼10%, 상기 (6) 숏볼분진, 폐주물사의 경우 전체 반응벽체 중량의 5∼30%를 사용하는 것을 특징으로 하는 파일형 반응벽체 시스템을 이용한 오염된 지하수의 정화방법.