KR101127223B1 - 토양 및 지하수의 지중처리용 통합공정에 적합한 다기능 관정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유류, 염화유기화합물 등의 오염물질로 오염된 토양 및 지하수를 지중(in situ) 처리하는 통합공정에 적용 가능한 다목적 관정구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 관정 구조는 대수층용 연결관, 불포화층용 연결관, 및 저밀도 비수용성 물질 (LNAPL : Light Non-Aqueous Phase Liquid) 추출관을 포함하는 관정 케이싱, 및 상기 관정 케이싱에 대하여 수선 방향으로 연장 형성된 계면활성제 주입용 수평관을 구비한다. 본 발명에 따르면, 기존의 처리정과 관측정을 별도로 설치하는 경우에 비해 설치관정의 수를 크게 줄일 수 있어 설치비용과 유지/관리 비용을 절감할 수 있으며, 오염현장 조건에 따라 관정 설계를 별도로 할 필요가 없으며, 오염물질 제거율에 따라 추가관정 설치 없이 공법 변경이 가능하다. 또한 토양 및 지하수를 동시에 정화하는 공정을 적용할 수 있어 정화비용 및 정화기간을 크게 단축시킬 수 있다. 아울러 계면활성제 등의 주입 방법을 개선함으로써 적용공정의 처리효율성을 증가시킬 수 있다.

Description

토양 및 지하수의 지중처리용 통합공정에 적합한 다기능 관정 {Multi-functional well suitable for in-situ integrated treatment of soil and ground water}

본 발명은 유류, 염화유기화합물 등의 오염물질로 오염된 토양 및 지하수를 지중(in situ) 처리하기 위하여 적용하는 복합 또는 통합공정에 적용 가능한 다목적 관정에 관한 것이다. 아울러 정화공정을 위해 주입하는 계면활성제와 같은 물질들이 균질하게 오염지점에 이송되게 함으로써 정화효율성을 높일 수 있는 관정구조에 관한 것이다.

국내?외 천층부(토양 및 지하수) 주요 유기오염물질은 석유계 총 탄화수소(TPH : Total Petroleum Hydrocarbon), 비티이엑스(BTEX : 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), 크실렌(Xylenes)의 총칭), 염소계 지방족 탄화수소(CAHs : Chlorinated Aliphatic Hydrocarbons)이며, 이들 오염물질을 지중처리 하기 위한 공정으로는 토양세정 (Soil Flushing), 공기분사법 (Air Sparging), 토양증기추출법 (Soil Vapor Extraction), 원위치 생물학적복원 (In Situ Bioremediation), 원위치 고도산화 (In Situ Advanced Oxidation) 등이 있다.

종래의 오염 천층부 (토양 ?지하수) 원위치 (in situ) 복원 통합 공정 시스템은 공통적으로 주입?관정?추출?모니터링?추출오염물처리 장치로 구성되어 있고 , 각 장치는 오염물질 특성, 오염물질 존재 상태 (기상, 수용성, 고체상, 비수용성), 오염 위치 (토양, 지하수 혹은 smear zone) 및 공정특성 등에 따라서 조합이 구성된다.

종래의 천층부 복원공정을 오염 현장에 적용하는 경우, 각 단일공정의 적용을 위해 설계한 단일 목적의 주입정이나 주입장치(오염물질의 물리?화학?생물학적 제거를 유도하기위해 액상 또는 기상물질 주입), 추출정이나 추출장치 (오염물질 제거 후 잔존하는 액체 혹은 기체 잔여 물질과 액상 또는 기상 비수용성 오염물질 등) 및 관측정을 따로 설치하여 운영하여 왔다. 이와 같은 관정시스템은 공통적으로 사용가능한 관정 기능과 장치들 (주입물질 보관 및 혼합 탱크, 추출물질 보관 및 분리 탱크, 유량계, 압력계, 안전장치 등)을 포함하고 있다. 그러나 현재까지는 공정별로 구별하여 관정, 주입 및 추출장치를 설계 시공하고 있어, 타 공정 적용이 필요하거나 통합공정 적용 시 기존 관정이나 장치를 재사용하지 못하고 새로운 시설을 해야 하기 때문에 설치 관정의 수가 증가하는 등 관정 설치비용 및 각 관정 유지/관리 비용이 중복으로 과다하게 사용되어 복원 비용이 증가한다.

한편 종래에도 수평관을 통하여 계면활성제를 주입하는 관정이 개발되어 있으나, 대부분이 계면활성제 주입만을 목적으로 개발되어 타 공정과의 통합 또는 복합공정 적용에 어려움이 있었다. 따라서 다른 공정과 연계가 가능한 계면활성제 주입 수평관에 관한 연구 및 개발이 필요하다고 하겠다.

계면활성제를 수평관을 이용하여 주입하는 종래의 경우, 계면활성제의 이송은 수평관 주변 토양의 투수계수의 영향을 크게 받게 된다. 즉 주변 토양이 투수계수가 높은 토양이라면 지체 현상 없이 계면활성제가 이송되어 공정적용에 문제가 없다. 그러나 저투수 토양이 존재하거나 투수계수가 서로 다른 토양이 혼합되어 있는 경우에는 수평관을 통해 주입한 계면활성제는 투수계수가 큰 토양 방향으로만 이송되고, 저투수 토양으로는 이송되기 않게 되므로 오염부지 전체에 균질하게 계면 활성제를 주입하는 것에 한계가 있다. 심지어는 수평관 상부에 고투수계수 토양이 존재하는 경우뿐만 아니라 저투수 토양이 수평관 설치에 따라 교란되는 경우에도 계면활성제가 지중으로 이송되지 않고 오히려 지표면으로 이송하는 현상도 발생하게 된다. 따라서 계면활성제를 오염지역에 균질하게 공급할 수 있는 연구가 필요한 실정이다.

한편, 통상적인 관정을 설치하는 경우 보링공(borehole)과 관정 케이싱 사이에는 투수계수가 양호한 모래층(sand pack)으로 충진하고, 상부에만 불투수층인 벤토나이트로 그라우팅을 하는 것이 일반적이다. 이 경우 정화공정을 위해 관정 스크린을 통해 주입하는 계면활성제, 전자공여체등과 같은 액상/기상 물질 등은 투수계수가 좋은 모래층을 거쳐 토양층으로 이동하게 되는데, 토양층 일부가 저투수층인 경우 주입물질은 저투수층으로 이동하지 못하고 투수계수가 큰 토양층으로만 이동하게 되므로 공정적용에 어려움이 많이 있다. 따라서 단독처리공정이 가지고 있는 처리효율, 경제성 등의 한계를 극복하기 위해서는 통합공정 시스템의 개발이 필요하며, 이를 위해서는 통합시스템에 적용 가능한 다목적, 다기능 통합관정에 관한 연구 및 개발이 요구된다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 종래의 개별공정별로 설치 운영하던 관정을 통합하여 운영할 수 있는 통합관정에 대한 연구를 수행하여, 주입/추출정, 주입/관측정, 혹은 추출/관측정으로 사용할 수 있는 다기능 통합관정 및 수리학적 흐름의 개선을 통한 통합공정시스템의 효율성을 증대시킬 수 있는 기술을 개발하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 개별 공정별로 설치 운영되던 관정을 통합하여 운영할 수 있는 다기능 관정구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 관정이 오염 지역의 토양층과 대수층에 대하여 토양 세정 공정의 효율을 도모할 수 있도록 그 설치방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기능성 관정은, 서로 독립적으로 각각 설치되어 팩커(packer : 고정용 장치)로 고정되는 대수층용 연결관, 불포화층용 연결관, 및 저밀도 비수용성 물질(LNAPL : Light Non-Aqueous Phase Liquid) 추출관을 내부에 포함하는 관정 케이싱; 및 상기 관정 케이싱에 대하여 수선 방향으로 연장 형성된 계면활성제 주입용 수평관;을 구비하며 상기 계면 활성제 주입용 수평관은 토양의 불포화층 또는 상기 불포화층의 상부에 구비된 모래층에 위치되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 다목적 관정구조의 설치방법은 오염현장에 보링공을 형성시키는 단계; 서로 독립적으로 각각 설치되어 팩커(packer : 고정용 장치)로 고정되는 대수층용 연결관, 불포화층용 연결관, 및 비수용성 물질(NAPL : NonAqueous-Phase Liquid) 추출관을 내부에 포함하는 관정 케이싱을 상기 보링공 내에 설치하는 단계; 상기 관정 케이싱의 수선방향으로 수평관을 연장 형성시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따라 한 가지 기능을 수행하는 단일 관정을 주입, 추출 및 모니터링 등의 역할을 하는 다기능 관정으로 개선함으로써 종래의 관정시스템에 비해 관정의 수 및 주입/추출장치를 크게 감소시킬 수 있을 뿐 만 아니라 대수층, 불포화층 및 저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 등의 처리 등을 동시에 수행할 수 있어 천층부 복원비용 및 기간을 크게 단축시킬 수 있다.

아울러 다기능 관정과 연계한 계면활성제 주입 수평관 설치 및 계면활성제의 균등한 공급을 증가시키는 모래층 및 불투수층을 수평관 주변에 설치함으로써, 토양세정공정 효율 향상뿐만 아니라 타 공정과의 통합공정 적용이 용이하게 된다.

또한 관정 케이싱 주변의 벤토나이트 및 모래층 설치 위치를 조정함으로써 저투수층으로의 물질 주입효과가 개선됨으로써 공정의 효율을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 다기능 복합관정의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다기능 복합관정의 사진이다.
도 3은 본 발명의 다기능 복합관정을 토양과 지하수층을 형성한 파일롯 규모 모형에 설치한 사진이다.
도 4는 본 발명의 다기능 복합관정을 통한 산소가스 분사 전/후의 토양층(상층)/지하수층(중간층 및 하층)에서의 용존산소, 톨루엔 농도 변화이다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 다기능 복합관정의 평면도이고, 이를 모형에 설치한 사진이다.
도 6은 다기능 복합기능정 수평관을 통한 계면활성제 주입 전/후의 모형 토양층 가스에서의 톨루엔 농도 분포이다.
도 7은 종래 기술에 따른 관정의 벤토나이트 및 모래층의 설치도이다.
도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른 관정의 벤토나이트, 모래층 및 팩커(Packer: 고정용 장치)의 설치도이다.

이하, 본 발명에 대한 기술적 구성을 보다 상세하게 설명하도록 한다. 상술한 바와 같이, 본 발명은 오염된 토양 및 지하수를 지중(in situ) 처리하기 위하여 적용하는 복합 또는 통합공정에 적용 가능한 다목적 관정에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기능성 관정은, 대수층용 연결관, 불포화층 용 연결관, 및 저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 추출관을 포함하는 관정 케이싱, 및 상기 관정 케이싱에 대하여 수선 방향으로 연장 형성된 계면활성제 주입용 수평관을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 저밀도 비수용성 물질(LNAPL)은 상대적으로 물에 작 녹지 않는 액상 유기화합물을 말한다. 비수용성 물질(NAPL)은 물의 밀도를 기준으로 하여 저밀도 비수용성 물질(LNAPL)과 고밀도 비수용성 물질(DNAPLs : Dense NonAqueous-Phase Liquids)로 나눌 수 있는데, 물보다 가벼운 것을 저밀도 비수용성 물질(LNAPL), 무거운 것을 고밀도 비수용성 물질(DNAPLs)라 한다. 저밀도 비수용성 물질(LNAPL)은 물보다 가볍기 때문에 지하수면 위의 불포화지대에 주로 분포하며 그 종류로는 휘발유, 등유, 제트 연료, 벤젠, 톨루엔 등이 있다. 이에 반하여 고밀도 비수용성 물질(DNAPLs)은 물보다 비중이 크므로 포화지대뿐만 아니라 지하 암반의 균열된 틈새까지 오염시킨다. 특히 고밀도 비수용성 물질(DNAPLs)은 용해도가 극히 낮은 편이지만 독성이 아주 강하기 때문에 소량으로도 넓은 지역에 걸쳐 장기적으로 오염시킬 수 있는 토양 오염원이 될 수 있다. 고밀도 비수용성 물질(DNAPLs)은 대체로 염소기가 있는 용매들로 트리클로로에틸렌, 메틸렌 클로라이드, 트리클로로에탄, 디클로로벤젠 등이 있다.

본 발명에 따르면 도 1에서 보이는 바와 같이 단일관정에 주입, 추출 및 모니터링의 역할을 하는 다양한 관을 설치함으로써 기존의 한 관정에서 한 가지 역할을 담당하는 관정시스템에 비해 관정의 수를 크게 줄일 수 있다. 또한 대수층, 불포화층 및 저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 등의 처리 등을 동시에 수행할 수 있어 천층부 복원비용 및 기간을 크게 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 다기능 복합관정의 단면도로서, 대수층 연결관, 즉 액상 및 기상물질 주입/추출 및 지하수 시료채취 모니터링관(100)은 관의 위치를 대수층 목표위치에 설치하여 액상(산화제, 전자공여체, 영양소 및 미생물 등) 및 기상(산소, 프로판가스 등) 물질을 공급하거나, 반대로 지하수를 추출하거나 시료 채취 시에 사용할 수 있다. 이를 위하여 상기 대수층 연결관에는 주입, 추출용 펌프를 더 구비할 수 있으며, 추출용 펌프만을 구비할 수도 있으며, 상기 펌프로서 진공펌프가 사용될 수 있다. 또한 불포화층 연결관, 즉 불포화층 액상 및 기상물질 주입/추출 및 계면활성제 주입관(200)은 관의 위치를 불포화 토양측에 설치하여 액상(계면활성제, 산화제, 영양소 및 미생물 등) 및 기상(산소 등) 물질을 공급하거나, 반대로 불포화층의 기상(휘발성 오염물질, 공기 등)물질을 추출하여 상기 불포화층의 상태를 모니터링 하는데 사용할 수 있다. 이를 위하여 상기 불포화 층 연결관에는 상기 대수층 연결관과 마찬가지로, 주입, 추출용 펌프를 더 구비할 수 있으며, 추출용 펌프만을 구비할 수도 있으며, 상기 펌프로서 진공펌프가 사용될 수 있다.

저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 추출관(300)은 지하수면에 존재하는 저밀도 비수용성 물질을 추출할 목적으로 설치한 것으로, 동시에 불포화토양층 정화를 위해 주입한 계면활성제에 의해 흡수된 고농도 유류오염물질도 추출하여 제거할 수 있다. 따라서 저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 추출관(300)은 불포화층과 대수층의 경계면(지하수 표면)에 위치하도록 구성된다. 상기 저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 추출관 또한 추출용 펌프를 구비하는 것이 바람직하다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 관정 내에는 하나 이상의 팩커 및 상기 팩커에 질소가스를 공급하기 위한 가스 주입라인이 더 포함될 수 있다.

상기와 같은 구성에 의하면, 주입공, 추출공 및 관측공에 해당하는 단일 관정들을 개별적으로 설치하여야 하는 기존의 구조와는 달리, 지상에서 사용모드만 변경해주면 한 관정이 상기 3공의 역할을 수행할 수 있으므로 관정의 수를 크게 감소시킬 수 있는 것이다. 또한 종래에는 대수층(지하수) 처리와 불포화층(토양층) 처리를 위한 관정구조가 서로 상이하여 별도로 설치하여 운영할 수밖에 없었으나 본 다기능관정을 설치하면 토양 및 지하수를 동시에 정화 가능한 공정을 적용할 수 있어 관정설치, 운영비뿐 아니라 전체 복원비용 및 기간을 크게 단축시킬 수 있다.

도 2는 도 1의 설계를 기준으로 파일롯 스케일 (pilot-scale) 규모의 토양/지하수 층을 구성한 모형에서 시험을 하기 위해 제작한 다기능 복합기능정과 그 케이싱안에 설치된 관들의 사진이고, 도 3은 상기한 다기능 복합기능정을 토양/지하수 층이 구성된 모형에 설치한 사진이다. 다기능 복합 기능정을 모형에서 시험한 일부 결과를 도 4에 제시 하였다. 도 4는 산소가스를 다기능 복합 기능정에 설치된 대수층용 주입관을 통하여 2.5시간 분사 한 후, 그 복합 기능정 주변 톨루엔으로 오염된 지하수 중간층(M4_2)와 하층(M4_3)에서의 용존산소 (Dissolved Oxygen, DO)와 톨루엔 농도 변화와 토양층 (M4_1)에서의 DO 및 톨루엔 농도를 나타내고 있다. 통합관정에 산소가스 분사 개시 전 용존산소의 농도가 약 5 mg/L 이었으나, 분사 7시간 후, 중간층(M4_2)에서는 용존산소 농도가 약 27 mg/L, 하층에서는 약 16 mg/L로 검출되어 용존산소 농도가 증가하였다.

다기능 통합 기능정을 통한 산소분사 후 대수층 중간층과 하층에서 (M4_2와 M4_3)에서의 톨루엔 농도는 각각 약 22%와 51% 감소하였다. 그리고 불포화층(M4_1)에서의 톨루엔 농도는 산소가스 대수층 분사로 대수층 톨루엔이 휘발하여 토양층으로 이송되어 증가하는 결과를 나타내었다. 이 결과는 다기능 통합 기능정에서의 산소가스 분사가 대수층 목표지점에서 효과적으로 수행되었음을 나타내며, 다기능 복합정이 그 기능을 우수하게 수행하였음을 나타낸다.

종래에는 저밀도 비수용성 물질(LNAPL)을 제거하기 위한 바이오슬러핑(Bioslurping) 공정관 등을 별도로 설치해야 했으나 본 다기능 관정구조에 따르면, 그러한 공정관 설치가 필요 없어진다. 또한 종래에 계면활성제를 이용하여 불포화층을 처리하는 경우 발생하는 고농도 유류오염물질 추출관정을 별도로 설치하여야 했으나 상기와 같은 구조를 가진 본 발명의 다기능관정에 의하여 추출이 가능해 진다.

일반적으로 저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 등을 포함한 고농도 유류로 오염된 토양 및 대수층의 오염복원을 위해, 저밀도 비수용성 물질(LNAPL)은 토양세정 (Soil Flushing)이나 바이오슬러핑, 고농도 유류는 토양증기추출법 (Soil Vapor Extraction)과 공기분사법 (Air Sparging), 저농도 유류는 원위치 생물학적 복원 (In Situ Bioremediation)을 이용하여, 순차적으로 처리하고자할 때, 종래의 관정시스템에서는 계면활성제 주입정, 비수용성 물질(NAPL) 추출관, 공기 추출정, 공기 주입정 및 액체(영양소 등) 주입정, 지하수 추출정 및 관측정 등을 따로 설치하여 운영하여야 한다. 그러나 본 발명에서는 대수층용 액상 및 기상물질 주입/추출 및 지하수 시료채취 모니터링관(100, 간략히 '대수층용 연결관'이라 한다), 불포화층 액상 및 기상물질 주입/추출 및 계면활성제 주입관(200) 및 저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 추출관(300)을 모두 포함하도록 설계되어 있으므로 관정의 수를 크게 감소시킬 수 있게 된다. 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 계면활성제용액은 생분해성과 효율성, 경제성, 시공성을 모두 만족하는 비이온계 계면활성제 중에서 소르비탄 모노오리에이트(Sorbitan Mono Oleate) 계열이 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 관정 구조는 상기 관정과 연계한 계면활성제 주입용 수평관(400)을 구비하도록 함으로써, 토양세정(Soil Flushing) 공정만을 위한 계면활성제 주입관을 별도로 설치할 필요가 없으며, 수평관을 이용한 토양세정공정 후, 다기능관정을 이용한 타 공정과의 통합공정 적용이 수월하게 된다. 상기 계면 활성제 주입용 수평관은 토양의 불포화층에 직접 위치될 수도 있으며, 인위적으로 상기 불포화층의 상부에 투수계수가 큰 모래(예를 들어, 6.0 cm/min 이상)를 더욱 투입시켜 모래층을 형성시킨 후, 상기 모래층에 위치되도록 하는 것도 바람직하다. 한편, 상기 계면 활성제 주입용 수평관에는 상기 수평관의 길이 방향을 따라 두개 이상의 계면활성제 주입용 유공이 형성되어 있어, 토양의 불포화층에 효과적으로 계면활성제를 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 다기능 관정구조의 설치방법은 오염현장에 보링공을 형성시키는 단계; 상기 보링공 내에 대수층용 연결관, 불포화층용 연결관, 및 비수용성 물질(NAPL) 추출관을 포함하는 관정 케이싱을 설치하는 단계; 및 상기 관정 케이싱의 수선방향으로 수평관을 연장 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 방법에 의하면, 바람직하게 상기 보링공과 상기 관정 케이싱 사이에 모래를 충진시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.

도 1 및 5에서 보이는 바와 같이, 계면활성제 주입용 수평관은 관정 케이싱에 대한 수선방향으로 연장 형성되어 설치되며, 설치시 투수계수가 큰 굵은 모래(500)를 수평관 주변에 주입하여, 상기 수평관이 모래(500)에 의하여 매몰되도록 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 상기 수평관 주변의 투수 계수를 높일 수 있으며, 상기 주입된 모래층의 하부를 제외한 굵은 모래층 외곽에 불투수차수막(600)을 설치하여 계면활성제가 토양층으로 균등하게 주입되게 하고, 계면활성제의 주 이동방향을 수직이 되도록 유도한다.

도 6은 다기능 통합 기능정 수평관을 통하여 계면활성제를 주입하였을 때, 주입 전과 주입 27 시간 후의 모형 토양층에서의 톨루엔 농도 분포를 나타내고 있다. 계면활성제 주입 전 토양층 기체 시료 분석결과 타원형의 농도 분포를 보였으며 인위적으로 톨루엔을 주입한 지점에서 농도가 높게 나타났다. 초기 톨루엔의 최대 농도는 28. 5mg/L로 측정되었으며 시간이 지남에 따라 톨루엔 농도가 감소하여, 계면활성제 주입 27시간 후에는 토양층의 톨루엔 농도가 4.5 - 7.4 mg/L로 나타났다. 이 결과는 수평관을 통한 계면활성제 주입으로 토양층의 톨루엔이 비교적 균등하게 제거되었음을 나타내고 있으며, 이는 계면활성제 주입용 수평관이 목적한 기능을 효율적으로 수행하였음을 의미한다.

한편 서로 다른 투수계수를 가진 토양층에, 유사한 농도와 유속으로 추적자인 브로마이드와 계면 활성제 특정 량을 각각 주입하여 푸시-풀 이송(push-pull transport) 실험을 한 결과 투수계수가 비교적 큰 토양 (2.23cm/min)에서는 브로마이드는 거의 95%가 회수되었으나, 투수계수가 작은 저투수 토양 (0.04cm/min)에서는 약 40% 정도만이 회수되었다. 계면활성제의 경우도 저투수 토양에서의 회수율이 매우 작게 나타났다. 이처럼 투수계수가 서로 다른 토양이 혼합되어 있는 경우 주입 물질은 주로 투수계수가 큰 토양으로 이동하게 되므로 균질한 공급이 어렵게 된다.

마찬가지로, 상기 실험과 동일한 조건으로 유사한 농도와 유속으로 톨루엔 및 산소를 공급하여 푸시-풀 이송 실험을 한 결과 투수계수가 비교적 큰 토양에서는 톨루엔이 80%, 산소가 75%가 회수되었으나, 투수계수가 낮은 저투수 토양에서는 약 각각 30% 정도만이 회수되었다.

이는 관정 주변토양의 투수계수와도 관계가 있을 뿐만 아니라 관정 보링공(borehole)과 관정 케이싱 사이에 설치한 모래층과도 관련이 있을 것으로 판단된다. 즉 도 7에서 보는 바와 같은 종래 사용하는 관정에 설치한 모래층의 투수 계수는 일반 대수층 투수계수에 비해 매우 크다. 따라서 주입물질이 관정을 통하여 주입되는 경우, 관정 외곽에 설치된 모래층으로 유입된 용질은 모래의 높은 투수성으로 인하여 투수성이 높은, 즉 투수계수 혹은 수두차가 큰 토양층으로 수직이동 한다. 따라서 모래층에서의 용질 수직이동은 토양층별 주입용질 농도 차이를 증대시키고, 대수층의 용질 선호도(preference flow)를 나타내는 중요한 요인이라 사료된다. 따라서 저투수층이 존재하는 위치에서의 모래층을 따라 이동하는 물질의 흐름을 방지함으로써 저투수층으로의 물질의 이동을 가능하게 할 것이다.

따라서, 도 1 및 8에서 보이는 바와 같이 투수층을 분리하도록 관정 내부에 하나 이상의 팩커(Packer: 고정용 장치)가 더 부설되고 관정 케이싱과 보링공 사이의 공간에서 벤토나이트 (bentonite) 층(700)을 팩커 위치와 대응되게 위치하도록 설계함으로써 주입/추출 시 관정 주변에 일반적으로 구비되는 모래층(800)에서의 주입/추출물질의 수직이동을 방지함으로써 저투수층으로의 이동을 용이하게 한다.

이와 같이, 본 발명에 따라 제공되는 관정은 공정별로 필요한 주입, 추출, 모니터링 기능을 한 개의 관정에서 수행할 수 있는 다목적 관정으로, 설치관정의 수를 크게 줄일 수 있어 설치비용과 유지/관리 비용을 절감할 수 있으며, 오염현장 조건에 따라 관정 설계를 별도로 할 필요가 없으며, 오염물질 제거율 정도에 따라 추가관정 설치 없이 공법 변경이 가능하다. 또한 토양 및 지하수를 동시에 정화하는 공정을 적용할 수 있어 정화비용 및 정화기간을 크게 단축시킬 수 있다. 아울러 계면활성제등 물질의 주입 방법을 개선함으로써 적용공정의 처리효율성을 증가시킬 수 있다.

100: 대수층용 연결관 200: 불포화층용 연결관
300: 저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 추출관
400: 계면활성제 주입 수평관
500: 굵은 모래층 600: 불투수 차수막

Claims (11)

1. 서로 독립적으로 각각 설치되어 팩커(packer : 고정용 장치)로 고정되는 대수층용 연결관, 불포화층용 연결관, 및 저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 추출관을 내부에 포함하는 관정 케이싱; 및 상기 관정 케이싱에 대하여 수선 방향으로 연장 형성된 계면활성제 주입용 수평관;을 구비하며, 상기 계면 활성제 주입용 수평관은 토양의 불포화층 또는 상기 불포화층의 상부에 충진된 모래층에 위치되는 것을 특징으로 하는 다기능 관정구조.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 대수층용 연결관은 대수층의 액상 또는 기상물질의 주입, 추출 및 모니터링을 위한 펌프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다기능 관정구조.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 불포화층용 연결관은 상기 불포화층에 액상 또는 기상물질을 주입시키고, 상기 주입된 물질에 따른 불포화층의 상태를 모니터링 하기 위하여 상기 불포화층의 토양 및 추출가스의 시료를 추출하는 데 사용하기 위한 펌프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다기능 관정구조.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 관정 케이스는 하나 이상의 팩커 및 상기 팩커에 질소가스를 공급하기 위한 가스주입라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 관정구조.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 계면활성제 주입용 수평관에는 상기 수평관의 길이 방향을 따라 두 개 이상의 계면활성제 주입용 유공이 형성된 것을 특징으로 하는 다기능 관정구조.
6. 오염현장에 보링공을 형성시키는 단계;
   서로 독립적으로 각각 설치되어 팩커(packer : 고정용 장치)로 고정되는 대수층용 연결관, 불포화층 용 연결관, 및 저밀도 비수용성 물질(LNAPL) 추출관을 내부에 포함하는 관정 케이싱을 상기 보링공 내에 설치하는 단계; 및
   상기 관정 케이싱의 수선방향으로 수평관을 연장 형성시키는 단계를 포함하는 다목적 관정구조의 설치방법.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 방법은 상기 보링공과 상기 관정 케이싱 사이에 모래를 충진시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 관정구조의 설치방법.
8. 청구항 6에 있어서, 상기 수평관 주위에 굵은 모래층을 충진하여 상기 수평관을 매몰시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 관정구조의 설치방법.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 굵은 모래층의 상부 및 측부를 감싸도록 불투수차수막을 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 관정구조의 설치방법.
10. 청구항 6에 있어서, 상기 관정 케이싱 내에는 투수층을 분리하도록 하나 이상의 팩커가 더 부설되는 것을 특징으로 하는 다목적 관정 구조의 설치방법.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 관정 케이싱과 상기 보링공 사이의 공간에서 상기 팩커 위치와 대응되는 위치는 벤토나이트 층으로 충진되는 것을 특징으로 하는 다목적 관정 구조의 설치방법.
    

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