KR101994436B1 - 유류로 오염된 토양오염 정화방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유류로 오염된 토양 오염 정화방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상부의 비오염된 매립토를 포함하는 불포화 대수층, 중간부의 오염된 매립토를 포함하는 포화 대수층, 및 하부의 오염된 풍화토로 구성된 포화 대수층을 포함하는 층상구조 대수층의 정화방법에 있어서, (1) 중력식으로 세정제를 주입하는 단계(s10);와, (2) 상기 중력식으로 세정제 주입 후 컴퓨레셔를 이용하여 가압식으로 공기 분사(air sparging)하는 단계(s20);와, (3) 상기 중력식으로 세정제 주입하는 단계(s10)와 상기 컴퓨레셔를 이용하여 가압식으로 공기분사하는 단계(s20)는 24시간을 주기로 교대 운전하는 방식으로 운전하되, 상기 중력식으로 세정제 주입하는 단계(s10)와 상기 컴퓨레셔를 이용하여 가압식으로 공기분사하는 단계(s20)를 수행하는 동안에 양수정에서는 심정 펌프를 이용하여 오염지하수를 양수하여 오염물질을 회수하는 단계(s15)를 수행하는 것일 수 있다.

Description

유류로 오염된 토양오염 정화방법 및 그 시스템{METHOD OF CLEANING UP SOIL CONTAMINATION BY OIL AND SYSTEM OF THE SAME}

본 발명은 유류로 오염된 토양 오염 정화방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

계속적인 경제성장과 산업 발전에 따라 에너지 소비량이 증가하면서, 환경 오염이 심화될 것으로 예상되고 있다. 특히 산업활동과 자동차 보급 대수의 증가와 함께 유류 사용량이 증대되면서 주유소를 비롯한 유류 저장시설의 수는 1980년대 이후 크게 증가하였다. 이에 따라 주유소와 유해 화학물질을 저장하고 있는 산업시설에서의 지하저장탱크에서 비수용성 오염물질(NAPLs;Non Aqeous Phase Liquids)로 분류되는 유류 및 유해화학물질의 유출로 인한 토양층 및 지하수 오염 문제가 부각되고 있다. 또한 국내의 경우 12,000여개의 주유소가 영업 중에 있으며, 토양오염을 유발하는 산업체까지 포함하면, 그 숫자는 약 20,000여개 이상이 된다. 특히 주유소의 지하 유류저장탱크의 경우에는 준공 후 5년 미만의 시설은 약 1.8%, 11~25년이 된 시설의 경우에는 대부분 유류누출의 문제를 안고 있는 것으로 알려져 있다. 이에 따라 토양이나 지하수 오염 사례가 증가하고 있는 것으로 보고 되고 있다.

토양은 물이나 공기와 달리 불균질(heterogeneous)하고 유동성이 나쁘며, 비중이 크기 때문에 공정상 제어가 쉽지 않다. 또한 처리 지역의 현장 조건에 따른 변수로 인해 단기간의 연구로는 적절한 복원기술의 확립이 어렵다는 분석이 나오고 있다. 대표적인 토양, 지하수 오염원인 유류오염물질은 어떤 한계 농도 이하로 떨어지지 않는 지체현상 (tailing effect)로 인해 정화에 많은 시간이 소요된다. 오염된 토양, 지하수에 대한 정화는 단일 기술에 의하여서는 충분한 복원이 어려우므로 여러 가지 복합적인 처리 기술을 필요로 한다.

현재까지 유류오염물질로 인한 토양 및 지하수의 정화를 위해 다양한 기술이 개발되어 적용되고 있다. 유류오염 물질에 의한 지하수의 정화를 위해 전통적으로 양수처리법 (pump-and-treat)이 주로 사용되었으나, 이 처리 방법만으로는 지하의 고정상(immobile phase)으로 존재하는 비수용성 오염물질(NAPLs)을 완전하게 처리하는 것은 불가능한 것으로 밝혀지고 있다. 따라서 최근에는 토양 및 지하수 내의 잔류 오염물질을 제거하는 공법으로 토착미생물의 활성도를 증가시키는 생물 복원기술(bioremediation)이나 자연정화기술(natural attenuation), 토양 세정기술(soil flushing)이 많이 적용되고 있다.

대표적인 유류오염 토양 정화방법으로 토양증기추출법(soil vapor extraction; SVE)이 운전의 용이함 및 효과 측면에서 많이 사용되어 왔다. 그러나 이 방법은 고농도의 유류에 의한 토양오염에 적용될 경우 시간이 경과되면서 휘발성이 낮은 유류 성분 비율이 증가함에 따라 저 농도까지의 처리가 어렵고 추출가스의 2차 처리가 필요하며 포화층에는 적용하기 어려운 단점이 있다.

때문에 최근 유류 오염 물질로 오염된 토양을 정화하기 위한 공기분사 및 토양증기추출(air sparging/ soil vapor extraction) 시스템을 많이 적용하고 있다. 이 방법은 포화층에 공기를 주입하여 유류오염물질의 휘발을 증가시켜 불포화층에서 휘발가스를 추출하는 방법으로 SVE(Soil Vapor Extraction)에 의한 처리 효율을 극대화시킨다. 또한 휘발성이 높은 물질에 대해 빠른 시간 안에 처리가 가능하며 포화층의 오염원에 대해서도 처리 기능한 정화기술이다. 그러나 전체 유류사용량의 25%에 이를 정도로 토양오염 물질로서 매우 중요한 부분을 차지하고 있는 디젤의 경우 대부분의 구성물질이 비휘발성이므로 SVE로는 적절히 처리될 수 없다.

대표적 저휘발성 유류인 디젤은 토양오염을 유발하는 대표적인 유류오염원 중 하나로 휘발성과 용해도 낮아 오염물의 확산이 느리며, 비수용성 오염물질(NAPLs) 상태로 토양 불포화층 토양의 공극 사이에 모세관 현상에 의해 잔류하여 잔류포화(residual saturation) 상태로서 지하수의 장기적이 오염원으로 작용하게 된다. 디젤은 200여종의 유기화합물로 구성되어 있으며 이중 약 70% 이상이 파라핀 계 물질로서 이들 물질들은 토양미생물에 의해 분해가 용이한 것으로 알려져 있다.

따라서 미생물의 활성도를 유지시킬 수 있는 조건(온도, 영양물질, pH, DO등)하에서 디젤의 생분해는 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 최근 디젤의 잔류포화된 토양 불포화층의 정화를 위해서 생물학적인 처리방법인 원위치 생물학적 복원(in situ bioremediation)이 많이 이용되고 있다.

여러 가지 복원기술들은 각각 장단점이 있으며, 오염 토양의 정화를 위해서는 현장 토양의 조건과 오염원의 특성에 적합한 정화기술을 적용하는 것이 무엇보다도 중요하다. 처리지역의 오염물의 농도가 고농도일 경우에는 물리, 화학적인 처리방법을 먼저 적용한 후, 생물학적 처리 방법과 같은 다른 기술을 함께 적용하는 것이 복원에 있어서 더 경제적이고 더 안정적인 결과를 얻을 수 있을 것이다.

이와 같이 토양 오염을 정화시키기 위해서 다양한 방법이 시도되고 있으나, 아직까지 토양오염 처리 방법 중 지중처리기술(in-situ remediation)로서 적용하기 위한 기준과 방법에 대한 연구와 발표는 미비한 상태라고 할 수 있다.

(0001)한국 등록 특허 공보 10-1444067 (광주과학기술원)(이동성 반응 벽체 및 이를 이용한 토양 또는 지하수의현장내 정화 방법)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 유류로 오염된 층상구조 대수층 내에서 재래적인 가압 주입 방식의 세정 운전으로는 토양 오염에 대한 정화 목표치에 대한 달성 여부가 불확실함에 따라 중력식 저유량 계면 활성제 주입과 가압된 공기분사를 교대로 운전하는 방식으로 토양오염에 대한 정화 정도를 향상시킬 수 있는 토양 오염 정화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 대부분 층상구조 오염 대수층 내 지중 정화 현장에서 정화 기준을 만족하기 위해서는, 통기성이 좋은 매립토를 포함하는 상층보다는 풍화토가 존재하는 하층 내에서 잔류상 오염 물질을 제거하는 것이 주요관건이 된다고 할 수 있는 데 이를 효과적으로 제거할 수 있는 토양오염 정화시스템을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 상부의 비오염된 매립토를 포함하는 불포화 대수층, 중간부의 오염된 매립토를 포함하는 포화 대수층, 및 하부의 오염된 풍화토로 구성된 포화 대수층을 포함하는 층상구조 대수층의 정화방법에 있어서, (1) 중력식으로 세정제를 주입하는 단계(s10);와, (2) 상기 중력식으로 세정제 주입 후 컴퓨레셔를 이용하여 가압식으로 공기 분사(air sparging)하는 단계(s20);와, (3) 상기 중력식으로 세정제 주입하는 단계(s10)와 상기 컴퓨레셔를 이용하여 가압식으로 공기분사하는 단계(s20)는 24시간을 주기로 교대 운전하는 방식으로 운전하되, 상기 중력식으로 세정제 주입하는 단계(s10)와 상기 컴퓨레셔를 이용하여 가압식으로 공기분사하는 단계(s20)를 수행하는 동안에 양수정에서는 심정 펌프를 이용하여 오염지하수를 양수하여 오염물질을 회수하는 단계(s15)를 수행하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중력식으로 주입되는 세정제는 비이온성 계면활성제이고, 상기 비이온성 계면활성제의 자연 유하를 통해 오염된 매립토를 포함하는 포화 대수층 또는 오염된 풍화토를 포함하는 포화대수층에 붙어 있는 오염물질에 대한 용해과정과 상기 오염된 매립토를 포함하는 포화 대수층 또는 오염된 풍화토를 포함하는 포화대수층에 흡착되어 있는 오염물질에 대한 탈착과 이동을 도모할 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유류로 오염된 층상구조 대수층의 정화시스템은, 유류로 오염된 층상구조 대수층 정화 시스템에 있어서, 제1 오염운을 형성하는 오염물질을 포함하는 오염된 매립토를 포함하는 포화대수층에 대하여 오염물질을 용해할 수 있는 비이온성 계면활성제를 자연 유하 방식으로 분사할 수 있는 세정구를 포함하는 토양 세정관;과, 제2 오염운을 형성하는 오염물질을 포함하는 오염된 풍화토를 포함하는 포화대수층에 대하여 컴퓨레셔(compressor)를 사용해서 가압의 공기를 분사하는 공기 주입정(Air Sparging Well); 및 상기 토양세정관 또는 공기주입정을 통해서 토양에 흡착되어 있는 오염물질을 용해시키고, 탈착 시킨 후 양수정에서는 심정 펌프를 이용하여 오염지하수를 외부로 배출시킨 후 지상의 지하수정화시설를 통해 오염물질을 정화시키는 것을 포함하되,

상기 양수정을 통해서 회수되는 오염물질의 농도를 측정하여 비이온성 계면활성제의 농도를 조절하거나 컴퓨레셔를 통한 공기의 분사압력을 조절하여 오염물질의 회수 효율을 증대시킬 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 양수정을 통해서 유입되는 오염물질의 농도를 관측하는 관측부를 포함하되, 상기 관측부에서는 정화 목표치 달성 기준치를 설정하여 상기 층상구조 대수층 정화시스템의 운영 여부를 결정할 수 있는 것일 수 있다.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 유류로 오염된 층상구조의 불균질성 지층 구조에 따른 오염 양상을 극복하기 위한 수단으로, 상층에서의 계면활성제의 주입과 하층에서의 공기 분사(air sparging) 방법의 도입으로 토양 오염 양상을 극복함으로써 군부대, 산업 단지, 철도 역사 등 지상 및 지하시설로 인해 굴착이 불가능한 유류 오염 지역 정화 현장에 적용이 가능할 뿐만 아니라, 산악지형 등 불균질성 층상구조에 적용할 수 있는 유류로 오염된 토양오염 정화방법 및 그 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개량된 토양 세정 운전을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 분배 곡선이 y=x 직선 아래 쪽에 그려지는 경우를 보여주는 그래프이다.
도 3은 계면 활성제 주입 유무별 공기분사에 따른 지하수 내 TPH 및 BTEX 농도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는 계면 활성제 공극부피 주입별 연속적인 토양세정 운전기법 변경에 따른 TPH농도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유류로 오염된 층상구조 대수층의 정화 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 층상구조 대수층 내 오염 유무에 따른 토양 세정 운전의 순서를 보여주는 절차도이다.
도 7은 향상된 토양 세정 운전 적용을 위한 현장 적용성 평가 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 관정(공기주입정)의 구조를 보여주는 도면이다.
도 9는 심정 펌프가 장착되어 지하수를 끌어 올릴 수 있는 양수정의 모습을 보여주는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고, "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개량된 토양 세정 운전 시스템을 모식적으로 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 개량된 토양 세정 운전시스템(100)은 유류로 오염된 층상구조 대수층, 본 발명의 일 실시예에 따른 층상구조 대수층은, 상부의 비오염된 매립토를 포함하는 불포화 대수층(110), 중간부의 오염된 매립토를 포함하는 포화 대수층(120), 및 하부의 오염된 풍화토로 구성된 포화 대수층(130)을 포함하는 것일 수 있다.

이에 대하여 좀더 상술하면, 제1층(Layer 1)은 통기성이 좋고 비오염된 매립토를 포함하는 불포화 대수층(110)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 층상구조 대수층에서 불포화대수층(110)은 매립토를 포함할 수 있고 이와 같은 매립토의 경우에는 공기의 흐름이 자유롭고 외부인 대기 쪽으로 개방된 상태이어서 상대적으로 정화하기가 수월한 토양층으로 구성될 수 있다.

그리고 본 발명의 일 실시예에서는 매립토를 포함하는 불포화 대수층(110)과 풍화토를 포함하는 오염된 풍화토로 구성되어 있는 풍화토를 포함하는 포화대수층(130)과의 중간 영역에 위치하는 관계상 이 상부에 위치하는 불포화 대수층(110) 아래에 존재하는 매립토를 포함하는 포화대수층(120)을 중간부로 칭하기로 한다.

이때 본 발명의 일 실시예에 따른 유류로 오염된 매립토를 포함하는 포화대수층(120) 및 유류로 오염된 풍화토를 포함하는 포화대수층(130)을 동시에 정화하는 것이 주된 관심사가 되는 기술분야라고 할 수 있다.

이때 지하수위에 물보다 가벼운 비수용성 액체(Light Non-Aqueous Phase Liquid; LNAPL)로 존재하는 오염 물질은 강우의 영향으로 변화하는 지하수위에 따라 상하로 이동하여 토양층과 오염된 지하수가 흐르면서 오염원이 이동하여 주변까지 영향을 미치는 지 파악하고, 자유상 유류 뿐만 아니라, 토양의 고체와 지하수의 액체 및 토양가스의 기체상태로 상호반응과 변화하면서 다양한 형태로 존재하는 유류 오염물질을 고려한 정화방법을 선정하고 사용하도록 설계되어야 한다.

연중 강우량의 심한 편차에 따른 지하수위 변동은 비포화대와 포화대 내 존재하는 오염물질의 분포 양상의 변화 및 자유상 유류의 수직적 재분포에 따른 토양 내 지속적인 오염원으로 작용한다. 따라서 유류 오염 부지의 정화를 위해서는, 즉 비포화대와 포화대에 분포하는 다양한 양상의 유류 오염물질을 제거하기 위해서는 복합적이고, 연계적인 원위치 기술이 적용되어야 한다.

토양세정법은 계면활성제를 사용하여 토양 입자에 결합되어 있는 유기오염물질의 표면장력을 약화시키는 방법으로 계면계면활성제의 마이셀 임계 농도 값 이상의 농도에서 마이셀 구조 내부로 분배되는 용해화 과정과 토양 내 비수성용성 액체가 계면 활성제에 의해 표면장력이 감소하여 이동성이 높아지는 이동화 과정을 근거로 하여 오염물질의 제거가 이루어진다.

계면활성제는, 계면활성제 분자가 물이나 다른 용매 속에 녹아 있을 때, 흡착(adsorption)에 의해 용매의 표면에 친수성은 수화하여 물 쪽으로 소수성 사슬은 표면의 바깥을 향해 배열하는 경향이 있다. 이때 농도를 계속 증가시키면, 물이나 용매의 표면이 계면활성제로 포화되어 표면 장력은 더 이상 줄어들지 않는 현상이 발생하게 된다. 이때 물이나 용매에서 계면 활성제의 친수성 기는 외부로 소수성 기는 내부로 모여 공모양의 화합체가 만들어지게 된다.

이를 마이셀(micelle)이라고 하며, 이러한 마이셀이 최초로 생성하는 계면활성제 최소 농도가 임계마이셀 농도(Critical Micelle Concentration; CMC)라고 한다.

오염된 토양에 주입되는 계면활성제의 농도는 마이셀 임계 농도 이상일 경우 수용액 상에서 마이셀이 형성되며 유류 오염물은 마이셀 내로 다량 흡수되어 수용액 상태에서 고농도인 오염물질이 존재하게 되어 지상으로 추출하여 처리하는 공정이라 할 수 있다.

토양 세정은 일반적으로 투수성이 낮은 토양에서는 처리하기 힘들며, 또한 계면활성제가 흡착되어 토양의 공극을 감소시켜 오염 부지 내의 투수성을 낮출 수 있다. 또한 토양과 계면활성제의 상호 작용으로 오염물질의 유동을 감소시킬 수 있다.

고체 상에 흡착된 형태로 존재하는 소수성 유기오염물질의 제거를 위해 계면 활성제를 사용할 경우, 고려해야 할 것은 계면활성제 또한 고체 상에 흡착한다는 것이다. 흡착된 계면활성제는 수용액 상의 마이셀과 마찬가지로, 유기오염물질에 대한 흡수능력을 가지고 있다. 이러한 이유로 인해 토양에 흡착된 계면활성제는 유기오염물질의 수용액 상과 고체 상사이의 분포를 나타내는 분배계수에 큰 영향을 미친다.

분배계수(distribution coefficient)라는 개념에 대하여 설명하기 위해 먼저 추출(extraction)에 대해 설명하기로 한다.

추출(extraction)이란 고체 또는 액체 형태의 원료 중에 함유된 가용성 성분을 용제로 용해하여 분리하는 조작이다. 추출의 종류에는 원료의 상태에 따라 고-액 추출(침출)과 액-액 추출(추출)이 있다.

먼저 고-액 추출이라고 하는 것은 원료가 고체인 경우가 이에 해당할 수 있고, 본원 발명의 경우에는, 토양입자를 구성하는 고체 상 입자에 대하여 유기오염물질의 수용액 상이 이에 해당한다고 볼 수 있다.

액-액 추출로는 원료가 액체인 경우가 이에 해당할 수 있고, 그 일례로 초산 수용액에 함유된 초산을 벤젠에 의해 추출하는 경우가 이에 해당할 수 있다.

추출의 원료를 추료라고 하며, 고체 또는 액체 형태일 수 있다. 추료(feed)는 추제(extraction solvent)에 가용성이 있는 성분인 추질(solute)과 가용성이 없는 성분인 기타성분(inert material)으로 구성된 혼합물이다. 추제를 사용해서 이 혼합물로부터 추질을 선택적으로 분리해 내는 것이 추출 공정의 목표이다. 가용성이 없는 기타 성분(inert material)은 몇가지 물질이 모여 이루이진 다성분계일 수 있다. 그러나 가장 간단한 경우는 단일 물질로 구성되어 있다. 이때 추료는 2성분계를 이룬다. 이 2성분계에 제3의 성분인 추제를 가한다. 추제로 사용되는 물질은 추료를 구성하는 2성분 중 추질을 선택적으로 용해하는 능력을 가지고 있어야 한다.

즉 추출은 추료 중에 있는 성분들이 추제에 대한 용해도에서 차이가 있는 것을 이용한다. 추료에 추제를 가하면, 물질 전달 현상에 의해 추질이 추료로부터 추제 쪽으로 용해되어 추료는 추질을 상당량 잃어버리고, 추료는 추진상(raffinate)을 형성한다. 추제의 일부는 추진 상에 녹아 있게 된다. 상당량의 추질을 용해한 추제는 추출상(extract)을 형성한다.

추출이 끝난 후 추제에는 추질이 주로 용해되어 있고, 추질 이외의 성분은 상대적으로 아주 적은 양만이 녹아 있게 된다. 즉 추출 후 추제에 녹아 있는 추질과 추질이외의 성분의 질량비가 추출 전에 비하여 훨씬 커진다. 이것이 추출이 선택성 있는 분리 공정(selective separation process)이 되는 기본원리이다. 추질이 추료로부터 추제로 용해되는 과정은 추질의 물질 전달현상이므로 그 속도를 빠르게 하기 위해서는 추질과 추제의 접촉면적을 증가시켜야 한다. 이를 위해서 교반을 시켜 액체 입적(drop)의 크기를 작게 하던가 접촉을 용이하게 하는 충진탑이 이용될 수 있다. 이러한 접촉 과정은 추출 상 내의 추질의 양과 추질의 양이 상평형에 이를 때까지 충분한 시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다.

추진 상에서 추질의 농도(중량분율)을 x, 추출상에서의 추질의 농도(중량분율)을 y라 하여 x-y 곡선을 그리면 도 2와 같다.

도 2는 분배 곡선이 y=x 직선 아래 쪽에 그려지는 경우를 보여주는 그래프이다.

도 2를 참조하면, 분배곡선은 y=x 직선의 아래쪽에 그려지는 데 이는 추출상에서의 추질이 농도(y)가 추진상에서의 추질의 농도(x)보다 낮기때문이다.

이 경우 분배계수(K)는 1보다 작은 값을 갖고 대응선의 기울기는 도 2에 도시된 바와 같이, 시계 반대 방향으로 추질-추제-원용매를 표시하였을 때 양(positive)의 값을 갖는다.

일반적으로 인공적으로 제조된 계면활성제(surfactant) 중에서 음이온 계면활성제가 상대적으로 흡착량이 적은 결과를 보인다. 계면활성제는 묽은 용액 속에서 계면에 흡착하여 그 표면장력을 감소시키는 역할을 수행할 수 있다. 보통 1분자 속에 친유기와 친수기가 함께 들어 있는 양쪽 친매성인 물질이 계면활성제가 될 수 있다.

그러나 유기오염물질의 흡수 능력에 있어서, 비이온 계면활성제에 비하여 아주 낮은 흡착량을 보이는 단점이 있어서, 결국 같은 용해 능력을 보이기 위해서는 음이온 계면활성제(수용액 중에서 이온이 이탈하여 계면활성을 나타내는 장쇄 알킬기의 부분이 음이온으로 되는 것을 말한다.)를 과다 투입해야 한다는 문제점이 있다.

최근에는 현장에서 주입되는 농도를 저감하기 위해서 비이온성 계면활성제를 많이 선택하고 있으며, 비이온성 계면활성제는 계면활성제가 마이셀화될 때, 친수부가 비전해질, 즉 이온화하지 않는 친수성 부분이 있는 것으로 알킬 글리콜 같은 저분자계열, 또는 폴리에틸렌 글리콜과 같은 고분자계가 존재한다. Triton X, Pluronic, Tween 등의 상품명으로 판매되고 있다.

비이온성 계면활성제(nonionic surfactant)의 마이셀 임계농도(critical micelle concentration)는 음이온성 계면활성제에 비하여 1/100~1/1,000에 불과해 현장에서 매우 낮은 농도로 주입이 가능하다.

대부분의 천층부에서 지중처리기술(in-situ) 적용에서 불균질성에 의해 처리 기간 및 처리 비용이 좌우되며, 보통 불균질성이 클수록 처리기간과 비용은 늘어나고, 토양 세정의 공법 적용에 대한 제약이 많이 따르게 된다.

그러나 현장 시험의 수행 없이 실내 시험의 결과나 이론적 연구 혹은 수치 모의의 결과만 가지고는 신뢰성을 얻기 힘들므로 실제 복원 현장의 설계를 위하여 현장 시험을 수행하여야 한다.

토양이라는 매질의 복잡성 및 토압으로 인해 정화제제가 잘 전달되지 않아 오염물질과 정화제제의 접촉이 잘 일어나지 않으므로 정화효율이 떨어지며 정화기간이 늘어나는 문제점이 있다.

대부분 층상구조에서 오염 대수층 내 지중 정화 현장에서 정화기준을 만족하기 위해서는, 매립토를 포함하는 대수층의 하부에 존재하는 풍화토를 포함하는 대수층 내에 존재하는 잔류상 오염 물질을 저감하는 것이 주요한 관건이 된다고 할 수 있다.

본 발명에서는, 지하수위의 변동에 의해 풍화토를 포함하는 대수층에 오염된 토양에 강하게 흡착되어 있는 오염 특성을 극복하기 위하여 비이온성 계면 활성제가 포함된 세정 용액 주입 후, 토양으로부터 오염물질을 탈착 및 이송할 수 있는 세정효과를 증대하고자 노력하였다.

결론적으로 이야기하자면, 불균질성 지층 구조에 따른 오염양상을 극복하기 위하여 자연 유하 방식으로 저유량의 비이온성 계면활성제를 주입한 후, 간헐적인 공기 분사를 교대로 실시한 결과, 지하수 표면 장력 감소에 따른 포기 효율 증가로 상부로의 수직 채널을 형성하여 오염 물질의 탈착 및 분리된 오염 물질의 비이온성 계면활성제 수용액 상으로의 용해과정을 거치면서 추출 및 양수처리가 가능할 수 있었다.

(실시예 1)

1 실증시험

슬러핑 운전 완료 후, 약 9개월 간 펌프에 의한 고유량 주입 방식으로 계면활성제 주입과 동시에 양수처리를 실시하였다.

이러한 계면활성제 주입과 양수처리에 따른 결과로는 풍화토를 포함하는 포화 대수층(130) 내에 존재하는 오염물질의 저감 정도가 낮게 나타났다.

따라서 추가적인 세정 효율 증대 기법 연구를 위한 실증 시험을 실시하였으며, 공기 주입정(Air Sparging Well, 310) 1개소, 약품 주입 정(400, 1개소 및 관측정 2개소 등 총 4개의 관정(tube well)을 설치하였다.

공기주입정(APW, 310)은 오염된 지하수보다 깊은 풍화토를 포함하는 포화대수층(130) 하부에 스크린(235)을 설치하고 그 상부에 패커(미도시)를 설치하여 공기를 주입하는 관정으로 설치하였다. 그 외 상술한 3개의 관정은 비이온 성 계면활성제를 주입할 수 있는 약품 주입정(400), 지하수 시료 채취기능을 수행할 수 있는 기능으로 관측정인 양수정(220)으로 설치하였다.

공기주입정(310) 및 양수정(220)은 PVC(polyvinyl chloride) 재질로써, 공기주입정(310)은 지름 5.5cm, 깊이 9.5m로 설치하였고, 양수정(220)은 지름 10cm, 깊이 9.0m로 설치하였다. 공기주입정(310)은 풍화토를 포함하는 포화 대수층(130) 내 공기를 분사하기 위해 지표하 9.0~9.5m 구간에 제2 스크린(235)을 설치하였고, 양수정(220)은 오염지하수를 양수하기 위해서 지표하 6.0~9.0m 구간에 제1 스크린(135)를 설치하였다.

실증시험은 저유량 비이온성 계면활성제 주입 시험과 간헐적인 공기분사 시험을 순차적으로 실시하였다. 그리고 이때 풍화토를 포함하는 포화 대수층(130) 내에서 잔류 오염 물질로부터 지하수로의 용출 정도를 파악하고자 하였다. 비록 저유량 비이온성 계면활성제 주입시험과 동시에 진행된 양수정(220)을 이용한 지하수의 시료 채취는 지하수의 BTEX((Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene) 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌을 총칭하며, 비등점이 낮은 납사, 휘발유, 벤젠, 톨루엔 에틸벤젠, 크실렌을 저장하고 있는 시설에 대한 토양오염도 검사 항목임.) 농도 저감에 큰 영향은 없었지만, 가압된 공기가 분사됨에 따라 지하수의 BTEX농도가 크게 증가하였다.

도 3은 계면 활성제 주입 유무별 공기분사에 따른 지하수 내 TPH 및 BTEX 농도 변화를 보여주는 그래프이다.

도 3을 참조하면, 저유량의 비이온성 계면활성제 주입 운전 10시간 경과시 TPH(Total Petroleum Hydrocarbon 석유계 총탄화수소로 비등점이 높은(150℃~500℃) 유류에 속하는 항공유, 등유, 경유, 중유, 윤활유, 원유 등을 저장하고 있는 시설에 대한 토양오염도 검사항목임)는 24.1㎎/L, BTEX는 43.8㎎/L로 증가하였으며, 이후 점차 감소하는 성향을 보여주었다. 비이온성 계면활성제 미주입 상태에서 공기 분사 운전시에는 약 2.1배 TPH농도가 증가하였으며, 비이온성 계면 활성제 주입 시에는 약 2.9배 증가시켰다.

BTEX 농도의 경우, 비이온성 계면활성제 미주입 상태에서 공기 분사 운전 시 약 1.8배 증가하였으며, 비이온성 계면활성제 주입 시에는 약 2.5배 증가하는 결과를 보여주었다.

저유량 비이온성 계면활성제 주입 및 가압된 공기 분사는 불균질한 구조를 포함하는 대수층의 조건과 관계없이 오염물질 저감에 효과가 있을 것으로 기대되며, 궁극적으로 대수층에 형성되어있는 공극 사이의 연결성을 향상시킴으로써 수리 전도도(hydraulic conductivity)의 증가를 통해 오염물질의 용해도 및 이동성을 증가시킬 수 있었다.

수리 전도도(hydraulic conductivity)는 유체(일반적으로 물)가 토양이나 암석 등의 다공성 매체를 통과하는 데 있어서 그 용이도를 나타내는 척도이다.

기호K로 표시된다. 지하수 수리학의 기초가 형성된 18세기부터 20세기 중반까지는 투수 계수(coefficient of permeability)로 주로 불리웠으나, 미국 지질조사소(U.S.Geological Survey)에서 수리 전도도라는 용어를 1968년에 처음 제안한 이후, 이의 사용이 확산되어 현재는 광범위하게 사용되고 있다.

수리 전도도는 일반적으로 지하수의 흐름을 정량화하는 데 사용되기 때문에 흙 및 암석의 투수성을 나타내는 계수로 자주 거론되며, 이 경우 “수온이 15℃이고 동수구배가 1일 때 단위 시간에 대수층의 단위 단면적을 통과하는 물의 부피”로 정의된다. 수리 전도도는 주어진 매질 자체의 특성과 매질을 통과하는 유체의 성격에 의해 결정되는 함수이며, (수학식 1)과 같은 식으로 표시된다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서 ρ는 유체의 밀도, μ는 유체의 동력학적 점성도, g는 중력가속도를 나타내고, k는 매질의 형태(shape)와 입자의 크기(실제로는 공극의 직경)에 따라 변화하고, 나머지 항목은 유체의 특성을 나타낸다.

2. 실규모 실험

대상 지역은 유류물질 중 휘발유 및 경유로 오염된 지역으로 오염원인은 지하탱크에서 분기하는 송유관의 노후화로 인한 누유로 조사되었다.

초기 오염 면적은 약 1,500㎡이며, 오염심도는 지표하 6.0~9.0m인 것으로 조사되었다. 오염 토양 내 TPH 평균 농도는 3,010㎎/㎏으로 토양환경 보전법 상 정화기준인 TPH 2,000㎎/㎏을 1.5 배 초과하였다. 대상지역은 6개월간의 슬러핑 운전을 통하여 자유상 유류를 제거하였으나, 상대적으로 풍화토를 포함하는 포화대수층(130)의 오염농도의 저감율이 미미하여 토양 세정 효율을 증대시키기 위한 추가적인 운전기법 연구가 필요하였다. 실규모 실험용 관정은 23개소의 약품 주입정(400), 8개소의 양수정(220), 7개소의 공기주입정(APW, 310)으로 구성하였다.

약품 주입정(400)의 영향 반경은 5.5m, 양수정(220) 및 공기주입정(310)의 영향 반경은 7.5m로 배치하였다. 약품 주입정(400)은 직경 75㎜의 PVC 세정관(210)으로 설치심도는 지표하 9.0m로 하였고 이중 6.0~9.0m 구간에는 세정구(215)를 형성하였다. 양수정(220)은 직경 100㎜의 PVC 백관으로 설치심도는 지표하 9.0m 로 하였고, 이중 6.0~9.0m 구간에는 제2 스크린(235)를 설치하였으며, 공기주입정(310)은 직경 50㎜의 PVC 백관으로, 설치 심도는 지표하 9.5m로 하였고, 이중 9.0~9.5m 구간에는 제1 스크린(135)을 설치하였다.

중력식으로 주입되는 세정제는 비이온계 계면활성제인 상품명(Tween-80)의 원액을 0.5%로 희석하여 사용하였으며, 일평균 세정액 주입량 및 지하수 추출량은 약 10㎥ 및 15㎥이다.

토양 세정 운전은 약 4.4 공극부피(토양과 같이 고화되지 않은 입자들이 쌓여 형성된 다공성 매체 내에 존재하는 공극의 부피는 매체를 구성하는 입자의 특성과 배열 상태에 의해 영향을 받는다. 일반적으로 공극의 부피는 입자의 크기와는 큰 상관성이 없다. 입자의 표면이 거칠고 형태가 불규칙 할수록 공극 부피가 증가하고, 입자의 분급이 잘 되어있는 경우에도 역시 공극의 부피가 증가한다.) 주입까지는 심정 펌프(500)에 의한 고유량 주입 방식으로 하였으며, 이후에는 비이온성 계면활성제를 자연 유하 방식으로 약품 주입정(400)을 통해 층상구조 대수층 내 주입과 공기주입정(APW, 310)을 통해 관정당 35psig(psig는 pounds per square inch gauge의 약자로 대기압을 기준으로 표시한 것입니다)의 압력 및 0.35㎥/min의 유량으로 약 7.7 공극 부피까지 공기분사를 교대로 수행하였다.

도 4는 계면 활성제 공극부피 주입별 연속적인 토양 세정 운전기법 변경에 따른 TPH농도 변화를 보여주는 그래프이다.

도 4를 참조하면, 저유량 계면활성제 주입 후 공기 분사 연계 운전 초기에는 지표하 8.0~9.0m의 풍화토를 포함하는 포화대수층(130)에서는 TPH 평균 농도가 1,769㎎/㎏에서 1, 341㎎/㎏으로 감소한 반면, 지표하 6.0~7.0m의 매립토를 포함하는 포화 대수층(120)에서는 865㎎/㎏에서 942㎎/㎏으로 증가하였으며, 이 결과는 대수층 상부의 수직 채널 형성 및 잔류상 오염 물질의 탈착 분리가 일어나서 일시적인 농도 증가를 가져왔다고 판단된다.

12개월간의 저유량 계면 활성제 주입 후 가압 공기분사의 실규모 운전을 통하여 지표하 6.0~7.0m에서 58.0%, 7.0~8.0m에서 56.3%, 8.0~9.0m에서 66.5%의 TPH제거율을 보였으며, 이 결과는 가압 방식의 계면 활성제 주입 방식과 비교하여 불균질성 대수층의 오염 심도에 관계없이 현저한 오염물질의 농도 저감을 가져왔다는 것을 보여준다.

약 20개월간의 세정 운전 결과, TPH 평균 농도 기준으로, 전체 토양 시료에 대해서 1,660㎎/㎏에서 512㎎/㎏으로 69.2%의 저감율을 보였다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유류로 오염된 층상구조 대수층의 정화 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유류로 오염된 층상구조 대수층의 정화시스템은, 토양을 세정하는 세정제를 중력식으로 주입하는 토양 세정관(210), 상기 토양 세정관(210)에서 분사되는 세정제를 중력식으로 분사할 수 있는 세정구(215)로 구성된 약품 주입정(400)을 포함할 수 있다. 상기 세정구(215)에서는 토양에 대한 중력식으로 주입되는 세정제인 비이온성 계면활성제를 분사할 수 있다. 토양 세정관(210)은 도 5의 수평구조로 뿐만 아니라, 부지협소하거나 고심도 오염지역인 경우는 수직구조도 포함한다.

이와 같이 토양 세정관(210)에서 분출된 비이온성 계면활성제(상품명: tween-80, Polyethylene oxide sorbitan mono-oleate, C₃₂H₆₀O₁₀)는 서로 다른 성질을 가지는 두 개의 화학적 작용기(친수성기와 소수성기)를 한 분자 내에 보유하고 있는 특이한 구조의 물질로서 고체/기체, 고체/액체, 고체/고체, 액체/기체, 액체/액체 사이의 경계면에서 활성을 나타내어, 분리되어 있는 두 물질을 섞이게 하거나 경계면에 흡착을 쉽게 해주는 역할을 한다.

비이온성 계면활성제는 친수성기가 전하를 띠지 않으나 분자 내에 여러 개의 극성기를 가지고 있어 물과의 친화성이 자유롭다. 따라서 피부에 자극이 가장 적은 종류이기 때문에 유액, 크림 등과 같은 피부에 오랜 시간 동안 사용되는 기초화장품의 유화제로 사용된다. 그 예로 폴리옥시에틸렌(-OCH2CH2O-)이나 폴리올 그룹을 들 수 있다.

이와 같은 비이온성계면활성제를 토양 세정관(210)을 통해서 층상구조 대수층에 분사하는 공정이 진행될 수 있다. 이때 중력식으로 주입되는 세정제는 비이온성 계면활성제(Tween-80)을 0.5wt%로 희석한 토양 세정제를 자연 유하 방식으로 세정구(215)를 통하여 뿜어주고, 층상구조 대수층 내 약 5 공극부피 만큼 주입할 수 있다.

이러한 비이온성계면활성제는 오염된 매립토를 포함하는 포화대수층(120)과 오염된 풍화토를 포함하는 포화대수층(130)에 대한 중력식으로 주입되는 세정제로 사용될 수 있다.

이때 이와 동시에 양수정(220)에서는 심정펌프(500)를 이용해서 물을 끌어 올리는 양수작업(s15)을 수행할 수 있다. 이와 같이, 지중 내의 오염지하수를 양수하여 오염 지하수 내의 오염물질은 여러 가지 처리 기법으로 제거하는 방법을 양수처리법(pump-and-treat technology)이라고 한다. 오염물질의 이동성과 용해성을 높이기 위하여 본 발명의 일 실시예에서 처럼 계면 활성제를 주입하기도 한다.

이와 같은 양수처리법은 설계와 운전이 간단하고, 설치가 빠른 특성을 갖는다. 모든 종류의 오염 물질에 적용이 가능하다. 진공 추출, 공기 주입법, 공기 탈기법 등의 다른 복원기술과 호환이 가능하다는 특징을 갖는다.

양수정(220)에서는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 스크린(135)이 설치되어 있는 상태에서 심정펌프(500)를 이용해서 물을 끌어올리는 작업을 수행할 수 있다.

이때 주기적으로 중력식으로 세정제에 대한 주입작업과 교대적으로 공기분사정(APW, 310)를 이용한 공기 분사법을 사용할 수 있다.

공기 분사정(310)이 설치된 관정에서 공기를 분사하는 위치는 풍화토를 포함하는 포화대수층(130) 하부에 이루어지는 것이 바람직하다.

1차적으로 제1 오염운(A라고 명기)(매립토를 포함하는 포화 대수층(120)에 존재)에 대한 오염물질에 대한 제거는 비이온성 계면활성제를 이용한 오염물질에 대한 용해공정으로 진행되고, 이와 같은 1차적인 정화 작업 후에 교대적으로 공기 분사정(APW)을 이용하여 탈착되어 있는 오염물질에 대한 이송 작업이 수행될 수 있다.

이때 공기 분사정(APW, 310)을 이용한 토양 정화에서는 제2 오염운(B라고 명기)_풍화토를 포함하는 포화 대수층(130)에 대한 토양 정화 과정이 이루어질 수 있다.

이와 같은 작업을 교대적으로 수행하여 24시간의 주기 동안 진행된다면 고체의 표면에 탈착되어 있는 오염물질이 다시 고체의 표면에 흡착되는 현상을 방지하여 오염물질 제거 효율의 향상을 도모할 수 있다.

오염된 매립토로 구성된 중간부에 포함된 포화대수층(120)과 오염된 풍화토를 포함하는 포화 대수층(130)을 동시에 정화하기 위해서는, 세정제를 자연 유하방식으로 분사하는 세정제 주입과 공기유입정(APW,310)를 통한 가압 공기 분사공정을 교대적으로 24시간 이상씩 수행하여야 한다.

이와 같은 오염물질의 탈착과 이동과 별도로 양수정(220)을 통한 양수작업을 지속적으로 수행하여야 한다.

중력식 세정제 주입방식은 토양세정관(210)을 통해서 전체 포화 대수층 대비 5공극 부피만큼 비이온성 계면활성제를 주입하여야 한다. 이때 비이온성 계면활성제는 마이셀 임계 농도가 낮기 때문에 0.5wt%로 희석한 상태로 공급할 수 있다.

컴퓨레셔를 통한 가압 공기 분사 방식은 오염된 풍화토를 포함하는 하층부에 형성된 포화대수층(130)에 위치한 공기주입정(310)을 통해서 35 psig 압력과 350L/min의 유량으로 가압된 공기를 분사시켜 오염물질의 탈착 분리를 유도할 수 있다.

상술한 중력식 세정제 주입방식과 가압공기분사방식과 관계없이 양수를 심정펌프(500)를 통해서 끌어올리는 것은 0.16L/min의 유량으로 양수작업을 통한 오염물질의 회수작업을 실시할 수 있다.

도 6은 층상구조 대수층 내 오염 유무에 따른 토양 세정 운전의 순서를 보여주는 절차도이다.

도 6을 참조하면, 토양에 대한 세정 작업을수행하기 전에 자유상 유류의 회수가 선행되어야 하는 작업이 필요할 수 있다(s05).

그 후 층상구조 대수층인가 여부에 따라 별개의 절차가 진행될 수 있다.

먼저 층상구조 대수층인 경우에는, 세정제를 도 5에 도시된 바와 같이 중력식으로 분사하는 과정(s10)을 거치고 난 후, 가압 공기를 분사하는 과정(s20)이 진행될 수 있다.

만일 상부 매립토 및 하부 풍화토로 구성된 층상구조 대수층이 아닌 단일 구조 대수층인 경우에는 고압 펌프를 이용하여 관정내 가압방식으로 주입하여(s110) 오염물질을 용해시키고, 인근 관정을 통한 양수작업으로 오염물질을 회수하는 것(s120)이 가능할 수 있다. 이때 미리 설정된 정화기준에 비추어 정화기준을 만족한다면 운전을 중단하고, 기준치를 초과하면 상기 운전과정을 반복 수행하여 정화하는 과정을 계속 진행할 수 있다.

상기 기준치를 초과하였는지 여부는 상기 양수정의 측면에 설치된 관측부(미도시)에 서 진행될 수 있다.

이때 단일 구조 대수층인가, 층상구조 대수층인가 여부를 가리지 않고 양수작업을 수행하여 기준 초과 여부를 검사하는 과정이 진행될 수 있다.

이 기준 초과 여부에 따라 작업의 진행 계속 여부가 결정될 수 있다.

이때 상기 기준을 만족하는 경우에는 정화 작업을 종료할 수 있고, 상기 기준을 만족시키지 못하는 경우에는 정확작업을 반복 수행할 수 있다.

도 7은 향상된 토양 세정 운전 적용을 위한 현장 적용성 평가 순서도이다.

도 7을 참조하면, 현장 적용성 평가는 4단계로 진행될 수 있다.

1단계(s210)는 추적자 시험을 통한 대수층의 수리 특성을 파악하는 단계라고 할 수 있다. 이때 층상구조를 갖는 대수층인가, 단일 구조 대수층인가가 결정될 수 있다.

이때 도 6에 도시된 바와 같이 서로 다른 공정을 통한 토양에 대한 정화 공정이 진행될 수 있다.

일단은 현장 적용성 평가에 대한 대수층은 층상구조를 갖는 대수층이라고 가정하고 기술한다.

먼저 2단계의 저유량으로 계면활성제 주입시험이 진행될 수 있다(s220). 그 후 3단계인 공기주입정을 통한 공기 주입 시험을 실시할 수 있다(s230).

이와 같은 공정을 거쳐 대수층(층상구조 대수층) 내 잔류 오염물질로부터 지하수로의 용출정도를 파악하고, 최종적으로 4단계를 거친 2단계와 3단계를 반복시험하여 얻어진 포화대수층 내 불균질성 지층 구조에 따른 오염저감정도를 평가(s240)할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 관정(공기주입정)의 구조를 보여주는 도면이다.

도 8을 참조하면, 공기주입정(310A)은 정케이싱 영역(시멘트 몰탈 영역(330)과 벤토나이트와 시멘트의 혼합층(340))을 포함하고, 제2 스크린(235)이 설치된 정스크린 영역을 포함할 수 있다.

상기 공기주입정(310A)은 압력 조절밸브(pressure relief valve, 325)와 공기분사구(320)을 포함할 수 있다. 압력조절밸브(325)는 공기를 분사하는 압력을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.

말단에는 정캡(well cap, 350)을 포함해서 공기주입정(310A)을 보호할 수 있도록 구성되어 있다.

도 9는 심정 펌프가 장착되어 지하수를 끌어 올릴 수 있는 양수정의 모습을 보여주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 양수정(220)에는 제1 스크린(135)가 설치되어 있어서 지하수의 양수 작용 수행시에 크기가 큰 물체가 함께 끌려 오는 것을 방지할 수 있고, 호스(510)를 통해서 지하수를 끌어올릴 수 있도록 구성되어 있다.

양수정(220)에 옆에 장착되어 있는 펌프는 심정펌프(500)로서 오염물질을 끌어 올릴 수 있도록 구성되어 있다.

상기 심정펌프(500)는 양수용 배관(240)에 설치되어 있는 상위레벨 센서와 하위 레벨센서에 의해서 수위 변화의 편차 신호에 이해서 온 오프 제어로 심정 펌프(500)를 작동시키거나 정지시킬 수 있다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100: 토양 세정 운전시스템 110: 매립토를 포함하는 불포화 대수층
120: 매립토를 포함하는 포화 대수층
130: 풍화토를 포함하는 포화 대수층
135: 제1 스크린 235: 제2 스크린
210: 토양 세정관 215: 세정구
220: 양수정 310: 공기주입정
400: 약품 주입정 500: 심정펌프

Claims (4)

1. 상부의 비오염된 매립토를 포함하는 불포화 대수층, 중간부의 오염된 매립토를 포함하는 포화 대수층, 및 하부의 오염된 풍화토로 구성된 포화 대수층을 포함하는 층상구조 대수층의 정화방법에 있어서,
   6.0~9.0m 구간에 세정구가 형성된 직경 75㎜ 약품 주입정이 5.5m 반경마다 지표하 9.0m에 설치되고, 상기 약품 주입정에 비이온성 계면활성제를 0.5wt%로 희석한 토양 세정제를 중력식으로 주입시켜 상기 토양 세정제의 자연 유하를 통해 오염된 매립토를 포함하는 포화 대수층 또는 오염된 풍화토를 포함하는 포화대수층에 붙어 있는 오염물질에 대한 용해과정과 상기 오염된 매립토를 포함하는 포화 대수층 또는 오염된 풍화토를 포함하는 포화대수층에 흡착되어 있는 오염물질에 대한 탈착과 이동을 도모하는 단계(s10);
   9.0~9.5m 구간에 제2 스크린이 설치된 직경 50㎜ 공기 주입정이 7.5m 반경마다 지표하 9.5m에 설치되고, 상기 중력식으로 토양 세정제 주입 후 컴퓨레셔를 이용하여 공기 주입정으로 35 psig 압력과 350L/min의 유량으로 공기를 분사(air sparging)하는 단계(s20);
   6.0~9.0m 구간에 제1 스크린이 설치된 직경 100㎜ 양수정이 7.5m 반경마다 지표하 9.0m에 설치되고, 상기 단계(s10)(s20)를 수행하는 동안에 양수정에 심정 펌프를 이용하여 오염지하수를 0.16L/min의 유량으로 양수하여 오염물질을 회수하는 단계(s15)를 수행하되,
   상기 단계(s10)(s20)들은 24시간을 주기로 교대 운전하는 방식으로 운전하고, 상기 양수정을 통해서 회수되는 오염물질의 농도를 측정함과 함께 정화 목표치 달성 기준치를 설정하여 비이온성 계면 활성제의 농도를 조절하거나 컴퓨레셔를 통한 공기의 분사압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 유류로 오염된 토양오염 정화방법.
   
2. 유류로 오염된 층상구조 대수층 정화 시스템에 있어서,
   제1 오염운을 형성하는 오염물질을 포함하는 오염된 매립토를 포함하는 포화대수층에 대하여 5.5m 반경마다 지표하 9.0m에 설치되고, 6.0~9.0m 구간에 오염물질을 용해할 수 있는 비이온성 계면활성제를 자연 유하 방식으로 분사할 수 있는 세정구와 토양 세정관으로 구성된 약품 주입정;
   제2 오염운을 형성하는 오염물질을 포함하는 오염된 풍화토를 포함하는 포화대수층에 대하여 7.5m 반경마다 지표하 9.5m에 설치되고, 9.0~9.5m 구간에 컴퓨레셔(compressor)를 사용해서 35 psig 압력과 350L/min의 유량으로 가압의 공기를 분사하는 제2 스크린으로 구성된 공기 주입정(Air Sparging Well); 및
   상기 토양 세정관 또는 공기 주입정을 통해서 토양에 흡착되어 있는 오염물질을 용해시키고, 탈착 시킨 후 심정 펌프를 이용하여 오염지하수를 0.16L/min의 유량으로 외부로 배출시킨 후 지상의 지하수 정화시설를 통해 오염물질을 정화시키도록 7.5m 반경마다 지표하 9.0m에 설치되고, 6.0~9.0m 구간에 제1 스크린이 설치된 양수정;
   상기 양수정을 통해서 회수되는 오염물질의 농도를 측정함과 함께 정화 목표치 달성 기준치를 설정하여 비이온성 계면 활성제의 농도를 조절하거나 컴퓨레셔를 통한 공기의 분사압력을 조절하는 관측부;
   를 포함하여 이루어지되,
   상기 공기 주입정은 정케이싱 영역과 벤토나이트와 시멘트의 혼합층을 포함하고, 제2 스크린이 설치된 정스크린 영역을 가지며, 공기를 분사하는 공기 분사구와, 공기의 분사압력을 조절하는 압력 조절밸브와, 외부로부터 보호하는 정캡이 구성되고,
   상기 양수정은 지하수의 양수 작용 수행시에 크기가 큰 물체가 함께 끌려 오는 것을 방지하는 제1 스크린과, 지하수를 끌어올리는 호스와, 양수용 배관에 설치되어 수위 변화를 측정하는 상위레벨 센서와 하위 레벨센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 유류로 오염된 토양오염 정화시스템.
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