퇴비화를 이용한 유류오염토양에서의 유류제거에 관한 연구

朱興洙 서울산업대 2001 국내석사

석유화학산업의 발달, 많은 유류 저장시설 등에 의해 유출되는 석유의 토양 오염과 유조선사고에 의한 해양의 기름유출은 커다란 환경문제이다. 기름으로 오염된 환경의 생물학적 개선방법은 기름을 분해하는 박테리아를 첨가하는 Bioaugmentation과 영양제나 성장을 증진시켜주는 기타 유사기질을 첨가해주는 Biostimulation방법이 있다. 본 연구에서는 음식물과 같은 유기성 폐기물은 유기물의 함량이 매우 높기 때문에 미생물의 활동이 활발하여 퇴비화가 잘되는 사실을 이용하여, 실제 기름으로서 diesel을 오염시켜서 이를 퇴비화 반응을 시켰을 때, 퇴비화 반응이 양호하게 진행되는지와 실제로 오염시켰던 유류 성분이 어느 정도의 생분해가 가능한지를 검토하였다. 유류를 오염시켜 퇴비화 과정을 시킨 결과, 수분 조절재를 사용한 경우와 실제 토양에서 모두 유기물을 적절하게 투입하고 수분이 적절한 상태에서는 온도가 60℃이상 상승하여 미생물에 의한 분해활동이 활발하게 진행되어 퇴비화 반응이 원활하게 진행되었다. 빈영양토에 자연 탈수된 음식물쓰레기는 20∼25% 혼합이 가장 적절하였다. 30%이상으로 혼합하게 되면 음식물 자체의 고수분율로 인하여 전체 혼합물이 질게 되기 때문이다. 그리고 유기물로서 음식물쓰레기는 혼합비가 높을수록 퇴비화가 양호하게 진행되었다. 유기물 혼합비가 높을 수록 온도의 상승은 높았고 분해속도 또한 빨랐다. 본 실험의 결과 온도의 상승과 석유탄화수소의 분해율과는 밀접한 상관성을 가지고 있는 것이 관찰되었다. 한계오염농도는 1%까지는 양호한 반응을, 3%이상에서는 저해를 일으키는 것으로 나타났다. 본 연구에서 사용된 미생물의 유류분해 능력을 검토하기 위해서 원유 액체 배지상에서 3일간 배양하고 난 후 최종 물질의 TPH를 분석해 본 결과, 제거율이 63%정도로 여러 균주 중 가장 좋은 효율을 나타내었다. It is serious environmental problem on the subsurface and marine that oil spilling from the petrochemical industry, installation of numerous petrol stations and oil-tanker accidents. Presently, the subsurface and marine polluted oil are used chemical, physical and biological treatment processes. The biological treatment processes are involved bioaugmentation and Biostimultation, because they are less-energy consuming and less-secondary pollution problems more than chemical and physical processes. This study was investigated oil removal by the composting process of garbage or wastewater sludge, was mixing the soil contaminated oil in laboratory scale. As it is purification of soil polluted petroleum and recycling of organic waste simultaneously, it may be save the cost of treatment because the soil contaminated petroleum with food waste are treated at once. In composting experiment using soil polluted by petroleum mixed with food waste, the reaction of biodegradation was risen temperature over 60℃ and removal efficiency of oil was over 80% when used by soil contaminated under 1% petroleum. But oil-removal was shown lower at over 1% because of interference of petroleum hydrocarbons. And the higher mixing ratio of food waste was inserted soil contaminated by oil, oil-degrading efficiency was better because of high intake of substrate by microorganisms. In this research, several oil-degrading microorganisms of high activity were isolated, it was showed that fungus had excellent ability of oil removal. However, mechanism of petroleum degradation by microbial has not been exactly demonstrated. And then, it is necessary to investigate removal mechanisms of these environmental pollutant and microorganisms of environmental purification in detail.

제철부산물을 이용하여 중금속으로 오염된 토양의 고형화/안정화

김충은 경북대학교 대학원 2011 국내석사

Remediation of heavy metals in contaminated site is crucial to protect human as well as the ecosystem. Immobilization of the heavy metal by the binder application is one of the cost effective processes. In this study, heavy metals in various contaminated soils (H, J1 J2 and M) previously contaminated from steel refinery industries were remediated by the application of single binders(diammonium phosphate (DAP), lime, and ladle slag) and binary binders. Immobilization efficiency of the binders was evaluated by TCLP, 0.1N HCl SM&T and Sequential extraction processes. TCLP extraction and 0.1N HCl processes showed that among various binders, lime was the most efficient, followed by DAP and ladle slag. All binders had high immobilization efficiency for Pb, Zn, Cu and As in contaminated soil except DAP. The released arsenic concentration increased with the increase of DAP dose in As-contaminated soil. In application of binary binders for contaminated soils, a mobility of As decreased with the increasing weight of lime, slag in binary binder. As aging(1, 7, 30) is longer, the immobilization efficiencies of heavy metals increased. 고형화/안정화는 중금속으로 오염된 지역에서 중금속을 고정화하기 위한 경제적인 복원기술로 인식되어져왔다.본 연구에서는 인산염, 칼슘, 제철산업부산물(Ladle slag)을 이용하여 오염된 토양내 중금속들(Pb, Zn, Cd, Cu, As)의 고정화 실현가능성에 대해 조사되어졌다. 또한 기존 대비 경제적인 고정화제를 위하여 복합고정화제 개발과 고정화제를 액체상으로 주입하여 고정화 효율을 높이기 위한 시도를 하였다. 또 aging(1, 7, 30일)의 중금속 고정화에 대한 영향이 최적의 고정화제의 부하율에서 관찰되어졌다. 중금속 오염토양 고정화의 결과는 칼슘화합물(lime)이 다른 고정화제에 비하여 고정화 효율이 가장 뛰어났고, 인산염을 제외한 제철부산물과 칼슘화함물은 비소의 고정화에 뛰어난 효율을 보였다.

토양경작법과 열탈착공법을 적용한 TPH오염토양의 정화효율과 토양건강성 평가

박승호 세종대학교 대학원 2023 국내석사

2007~2011년간 국내에서 발생된 오염토량은 28,483천 톤으로 보고되었고, 최근 5년간(2015~2019년) 반출정화업체 8개소를 대상으로 오염토양에 대한 오염물질 조사결과 TPH가 69.4%로 나타났으며, BTEX는 30%, PCE 와 TCE가 각각 0.4%, 0.2%로서 유류오염 비율이 가장 높은 것으로 보고되었다. 유류오염토양의 경우, 주유소와 공장 및 군부대에서 주로 발생하였으며 이러한 유류오염을 정화하기 위하여 열적, 생물학적 및 물리‧화학적 방법이 주로 적용되었다. 일반적으로 유류오염의 농도가 높고 오염지역의 범위가 넓으면 열적처리공법을 주로 적용하고, 농도가 낮고 규모가 적은 경우에는 생물학적 처리를 적용하는 것이 유용하며, 물리‧화학적공법은 다양한 부지 및 오염 환경에 적용할 수 있다. 그러나, 오염물질을 제거하기 위하여 사용되는 물리․화학적, 생물학적 및 열적 기술들은 오염물질의 농도를 저감 시키지만 토양의 특성에도 영향을 미쳐 토양의 건강성과 토양 기능을 저하시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는 국내 유류오염토양 정화에 주로 활용되는 토양경작법과 열탈착공법을 적용하여 단위공정별 오염저감의 효율성과 토양건강성을 평가하였다. 토양시료채취는 군부대 TPH 오염 토양 4개(LF-1, LF-2, TD-1 및 TD-2)지점과 주유소부지 4개(TD-3, TD-4, TD-5 및 TD-6)지점을 대상으로 수행하였으며, 분석은 TPH 및 토양건강성 평가 항목 8가지(용적밀도, pH, 전기전도도(EC), 양이온치환용량(CEC), 유기물 함량, 유효인산, 토양호흡 및 β-glucosidase)를 대상으로 수행하였다. 실험은 토양경작법을 단위공정으로 세분하여 경작온도(20℃ 및 30℃)와 함수율(10~15%, 15~20%) 및 경작 기간(1, 3, 5, 7, 10, 15, 20일) 등을 고려하여 진행하였고, 열탈착법은 온도(200, 300, 400, 600℃) 및 적용시간(10, 20, 30분)을 고려하였으며, 정화효율 및 토양건강성 평가 항목을 정화 전‧후로 비교하여 평가하였다. 토양경작법을 적용한 결과, 적용온도 변화에 따른 TPH 저감효율은 온도와 시간이 증가할수록 정화효율이 높은 것으로 평가되었고, LF-2(746 mg/kg)와 같은 저농도 오염토양은 3일 이후부터 80% 이상의 효율을 보였으며, 고농도(LF-1, 2,226 mg/kg) 오염토양은 7일 이후부터 약 60% 이상의 정화효율을 보였다. 토양건강성평가 항목 분석결과, 용적밀도, pH, EC, CEC 및 β-glucosidase의 경우 원시료와 차이를 보이지 않는 것으로 확인되었고, 유기물함량과 유효인산의 경우 경작기간이 증가할수록 원시료 보다 증가하는 경향을 보였다. 이와 반대로 토양호흡은 경작기간이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다. 열탈착공법을 적용한 결과, 적용온도와 가열시간이 증가할수록 정화효율이 증가하였으며, 600℃온도에서는 10분만 적용하여도 TPH가 모두 불검출되었다. 용적밀도의 경우 일부를 제외한 모든 시료에서 소폭 상승함을 보였다. 화화적 특성인 pH, EC 및 유효인산은 증가하는 경향을 보였고, CEC와 유기물함량이 감소한 것으로 나타났으며, 생물학적 특성인 토양호흡 및 β-glucosidase는 대체적으로 감소하는 경향을 보였다. 이러한 연구결과는 TPH로 오염된 토양의 정화공정별 정화효율 검증뿐만 아니라 토양자원으로써 정화토 재활용을 위한 기초자료로 활용될 수 있다.

유류분해 미생물의 토양정화효율 및 적용성 평가에 관한 연구

주원하 광운대학교 대학원 2010 국내박사

본 연구의 목적은 유류오염 토양에 대한 생물학적 정화시 유류분해 미생물의 정화효율을 파악하고 대규모 유류오염 현장에서의 적용성을 평가하는데 있다. 현장 비오염 토양(모델토양)으로 TPH 5,000㎎/㎏ 오염토를 조제한 후 국내에서 분리 동정한 16종의 미생물들을 이용하여 이론적인 유류분해 최적조건(106 cfu/g 이상)으로 실내실험 결과, 대부분의 미생물 종에서 TPH 초기 농도 약 4,100㎎/㎏ 에서 7일 이내에 토양오염우려기준 3지역 기준인 TPH 2000㎎/㎏ 이하로 나타났고 56일 경과후 2지역 기준인 TPH 800㎎/㎏ 이하로 나타났다. 동일 조건의 대조군으로 사용된 현장 오염토양(현장토양)에서는 56일 경과 후에도 TPH 초기농도 4,234(±6.42)㎎/㎏ 에서 TPH 평균농도가 3,086(± 9.14)㎎/㎏ 으로 나타났다. 이를 분해모델을 이용하여 상관관계를 예측한 결과 1단계 분해모델은 R2 값이 0.65~0.92 로 모델토양과 현장토양 모두에서 토양경작 초기의 분해양상을 잘 예측하였으나 분해 후반부에서는 실험결과와 예측치 사이에 오차를 발생시켰고 2단계 분해모델의 경우 R2 값이 0.88~1.00 으로 모델토양과 현장토양 모두 적합하게 잘 예측이 되었다. 현장 적용성 평가를 위해 많이 활용되는 대표 미생물 종으로 현장(in-situ) 호흡율 및 생물학적 분해율 실험을 실시한 결과 공장지역에서 정화설비 운전 전후의 O2 소모율이 각각 1.3~3.3%, 24.9~6.9% 로 차이가 많이 나타났으며 저유소(도시지역)에서는 O2 소모율이 2.7~9.8% 로 나타났다. 대규모 유류오염 부지에 토양경작 시설을 적용하여 질소(N), 인(P) 등 주요 영향인자들을 부지 환경에 맞도록 보정하여 주기적인 틸링 작업을 수행한 결과, TPH 초기농도가 가장 높을 때는 1,893 ㎎/㎏ 이었고 평균 38일 이내에 토양오염우려기준 1지역 기준인 500 ㎎/㎏ 미만인 348 ㎎/㎏ 으로 감소하였다. The objectives of this study was to investigate the effects of the oil-degrading microorganisms on the landfarming efficiency and to evaluate on the field application of them. The artificially contaminated soil, 5,000mg/kg, was treated with 16 types of oil-degrading microorganisms isolated under the theoretically ideal condition as population over 106cfu/g. The results showed that the THP concentration was decreased from 4,100mg/kg to under 2,000mg/kg(the 3rd level) at day 7, and it was declined under 800mg/kg(the 2nd level) at day 56. The control soil was decreased from 4,234(±6.42)㎎/㎏ to 3,086(± 9.14)㎎/㎏. Correlation analysis for the effect of oil-degrading microorganisms was conducted. The 1st phase modelling result exactly fit the field application result showing as R2 was 0.65~0.92. But it was not corrected in the 2nd stage. The 2nd phase modelling result was right to the field application and modelling showing as R2 was 0.88~1.00. The in-situ respiration test and remediation test was conducted with the representative oil-degrading microorganism. The O2 consumption rate was 1.3~3.3% and 24.9~6.9% in the plant area and it was 2.7~9.8% in the storage tank area(urban area). The results showed that the TPH concentration was decreased from 1,893㎎/㎏(max.) to 348 ㎎/㎏ by adding the nutrient N, P and tilling within 38days at field application.

유류오염토양의 생물학적 복원을 위한 미생물 담체 개발

김윤관 명지대학교 대학원 2002 국내석사

In order to study the development of microbial additives for the bioremediation of oil contaminated soil, physicochemical and microbiological factors, and optimum operating conditions were investigated in freshly contaminated soil. To improve the rate and extent of conversion by microbial additives, environmental factors for oil degrading microorganism in oil degradation were studied. Diesel was more degraded in the presence of microbial additives using diesel degrading strains(about 80%) than in natural soil(about 55%). Investigation of bioremediation was conducted with a microbial additives using Pseudomonas sp. Y5K2, and Pseudomonas aeruginosa D2D2. The matrix selected for the development of microbial additive to oil degrading were silicon dioxide, celite, humus, and mixed form of matrix with humus. The storage was over 16 weeks. Within approximately a week, almost 81% of the diesel was removed in the contaminated soil with microbial additives, compared to 25% or less in soil without the additives. The rate of total petroleum hydrocarbon(TPH) degradation decreased as time passed and the pattern of TPH degradation was likely to be the logarithmic decay. After the rate of TPH degradation was accelerated for 4days, the specific removal rate was decreased. The effects of the supplement of inorganic nutrient, temperature, compost, water addition, and microbial additives to complex microorganism were analyzed in order to optimize and maximize the exponential degrading step. According to the results, in the degradation of TPH in contaminated soil, fertilizer addition, water content and temperature seemed to be the most important microbiological factors. Optimal condition for oil conversion was summarized as follow; 1)moisture content in soil : 50~60% of WHC, 2)temperature : from 25 to 30℃, 3)inoculum size of microbial additives : 3~5%(w/w), 4)addition of inorganic fertilizer. In the optimal condition, the rate of diesel degradation was over 80% of the initial diesel concentration after 7 days. Every 3days, mixing for aeration and water addition for recovery of moisture in contaminated soil accelerated diesel degradation rate most effectively and economically. Application of developed microbial additives in soil of oil contaminated for a long time was possible to bioremediation. Initial oil concentration decreased from 69,000mg-TPH/kg-soil to 1,300mg-TPH/kg-soil and 2,200mg-TPH/kg-soil using H-1 and MA-1, respectively. 본 연구에서는 유류오염토양의 생물학적 복원을 위한 미생물 제제를 개발하고, 개발된 제제를 이용하여 디젤로 오염된 오염토양의 생물학적 처리를 위해 최적운전조건을 찾고자 하였으며, 실제 유류에 의해 오염된 토양에 생물학적 복원 기술의 적용을 위한 최적공정조건을 조사하기 위하여 개발된 미생물 제제를 이용하여 유류오염토양의 복원효율을 비교하였다. 유류오염토양의 생물학적 처리를 위하여 사용된 균주는 실험실에서 개발된 Pseudomonas sp. Y5K2 균주와 Pseudomonas aeruginosa D2D2 균주를 사용하였다. 미생물 균주의 안정성을 시험하기 위하여 장기간 보관이 가능하고 유류분해능이 수월한 미생물 제제의 담체를 선정하였다. 또한, 숙성된 미생물 담체로써 퇴비, silicon dioxide, celite, 그리고, 퇴비와 일반 광물질이 혼합된 분말 형태의 제제 등을 개발하여 유류분해용 미생물 제제 담체로써의 성능 및 분해율에 대하여 실험하였다. 분말형태의 미생물 제제는 16주간 보관되었고, 보관 1, 2, 4, 8, 16주를 보관 기간으로 하여 장기간 보관 가능성에 대해 조사하기 위하여 제제의 안정성 및 분해율을 모니터링한 결과, 보관 16주동안 70% 이상의 꾸준한 분해율을 나타내었고, 그 중, 사용된 퇴비형 제제의 경우에는 유류분해 균주를 접종하지 않아도 80%이상의 높은 분해율을 나타내었다. 미생물 제제를 첨가한 유류오염토양에서의 처리에 있어 처리시간이 경과됨에 따라 유류분해 미생물의 활성에 의하여 초기 급속한 분해속도와 미생물의 증식속도를 나타내었으나, 일정 시간이 경과한 후에는 미생물의 활성에 이용될 에너지원의 고갈로 인하여 유류분해 속도가 점차 느려지는 감소현상을 나타내었고, 미생물의 증식의 경우 일정기간 증식이 진행되다가 다시 사멸하는 경향을 나타내었다. 미생물 제제를 이용한 유류오염토양의 생물학적 처리에 있어 토양내 존재하는 수분량과 반응 온도, 무기영양염류의 첨가 등 다양한 운전인자에 따라 30~40% 이상의 분해율에 차이를 나타내었다. 수행된 실험을 통한 결과에서 미생물 제제를 이용한 생물학적 복원을 위하여 가장 적정한 함수율은 50~60%로 나타났으며, 25℃에서 30℃사이의 온도에서 가장 높은 70~80%의 분해효율을 나타내는 것으로 나타났다. 또한, 디젤로 오염된 토양의 초기 농도는 5%(w-diesel/w-soil)이하에서 가장 빠른 분해속도를 나타내었고, 미생물 제제의 첨가량이 3~5%(w-matrix/w-soil)일 때 가장 경제적으로 복원 가능한 첨가량으로 나타났다. 오염된 토양에 무기영양염류의 첨가는 미생물의 활성 및 성장에 부족한 영양분을 공급함으로 인해서 처리속도와 분해효과가 10~20%이상 가속되는 효과를 얻을 수 있었다. 개발된 미생물 제제의 오염된 토양현장적용에 있어 생물학적 정화효율을 높이기 위하여 첨가된 미생물의 활성에 필요한 최적운전조건을 찾기 위하여 반응기간동안 손실되는 수분을 공급하는 공급주기와 미생물 활성에 영향을 줄 수 있는 공기의 공급주기를 조사하였다. 수분과 공기의 공급은 1일과 2일을 주기로 하는 것도 빠른 분해효율을 나타났으나, 3일을 주기로 하여 공급하는 것이 경제적으로 가장 효율적인 것으로 나타났고, 공급하지 않았을 경우보다 약 400(mg/kg-day)정도 더 빠른 분해속도를 나타내었다. 실제 유류로 오염된 토양의 생물학적 복원 가능성을 알아보기 위하여 만성적으로 오염된 토양에 개발된 미생물 제제를 첨가시켜 주었을 때, 60,000ppm 이상의 초기 오염농도가 반응 5주후에는 1,300ppm까지 낮아지는 것으로 보아 개발된 미생물 제제를 이용한 생물학적 복원이 가능한 것으로 나타났다.

토양오염관리의 개선방안에 관한 연구

박가영 건국대학교 대학원 2012 국내석사

토양환경의 관리는 토양오염을 사전에 예방하기 위한 사전관리와 오염된 토양을 정화하고 복원하는 사후관리로 구분된다. 토양환경보전법에서는 몇가지 규정과 기준을 규정하여 특정토양오염시설 등을 관리하고 있다. 예컨대, 토양오염을 가져올 개연성이 큰 물질을 취급하는 석유류 제조 및 저장시설, 유독물 제조 및 저장시설 등은 특정토양오염관리대상시설로 지정하여 정기적으로 토양오염검사를 실시하고 있으며, 검사결과에서 오염도 기준이 초과하는 경우 시설개선 또는 토양오염 정화 등의 조치를 취하고 있다. 그 외의 일반 토양에 대하여는 토양오염측정망 및 토양오염실태조사를 통하여 토양오염의 현황을 파악하고 오염의 확산을 감시하고 있다. 토양오염관리 업무는 환경청이 설립되면서 수질보전국 토양관리과에서 담당하였으며, 1993년 자연보전국이 설치되면서 그 소속으로 이전 되는 등 그동안 수차례의 직제개정 과정을 거쳐 현재 물환경정책국 상하수도정책관 토양지하수과에서 이를 담당하고 있다. 1980년 환경청이 설치되어 1978년 제정된 「환경보전법」의 규정에 따라 토양보전에 관한 사항을 다루어 왔다. 하지만 점증하는 토양오염문제에 적극적으로 대응할 필요성이 대두되면서「환경법」의 분법화 추세에 맞추어 1995년 전문법으로 「토양환경보전법」이 제정되었다. 「토양환경보전법」은 토양환경보전계획의 수립, 토양오염물질 지정, 토양오염측정망 설치, 특정토양관리대상시설의 설치신고, 토양오염우려기준과 토양오염대책기준에 따른 토양오염 방지조치, 오염토양개선사업 등에 관한 규정을 담고 있다. 이 같은 규정들에도 불구하고 국내에서는 아직 오염된 토양의 관리에 있어서 많은 문제점들이 지적되고 있다. 예컨대, 「토양환경보전법」에서 규정하는 오염물질의 항목이 외국에 비해 그 범위가 좁기 때문에 오염을 사전에 규제함에 있어서 한계가 발생하고 있다. 토양오염신고에 대하여는 신고의무자의 범위가 오염유발시설의 소유자나 운영자에 제한되었기에 그들이 아닌 제3자에게는 토양오염을 신고하는 것이 강제적 성격을 띄지 않으므로 오염의 현황 파악에도 별다른 실효성을 갖고 있지 않다. 그리고 토양오염의 조사 및 검사는 그 목적인 오염실태의 적극적 파악이라는 것에 그 능력을 발휘하고 있지 못하다. 그 밖에도 토양오염을 유발할 수 있는 오염 배출시설에 대한 규제가 미흡하다. 현행 법령은 오염지역을 적극적으로 조사하고 발견하기 위한 수단을 결여하고 있으며 책무 규정도 미비한 실정이다. 따라서 토양오염관리에 대한 실효성 확보를 위하여 위와 같은 문제점들을 해결할 수 있는 방안이 시급하다. 그 해결방안으로 몇 가지를 대표적으로 살펴본다면 첫째, 토양오염물질의 기준범위를 확대하고 둘째, 토양오염의 실태파악을 위한 제3자에 의한 토양오염 신고를 의무화 하거나 신고제도를 장려하기 위한 보상 등을 규정을 설정하는 등 제도를 적극적으로 활용할 수 있는 보완책이 필요하다. 셋째, 토양오염조사 및 검사에 있어서는 부실한 조사 및 검사에 대한 제재조치를 강화하며, 그 밖에도 토양오염의 관리체계를 개선하는 등의 실질적인 토양오염을 관리 할 수 있는 법·제도적 고찰이 필요하다.

油類汚染土壤 復原을 위한 改良形 Biopile 工法에 관한 硏究

김성욱 전남대학교 대학원 2008 국내박사

油類汚染土壤 復原을 위한 改良形 Biopile 工法에 관한 硏究 金 成 旭 全南大學校 大學院 建設ㆍ環境工學科 (指導敎授 : 李禹範) (국문초록) 고농도의 유류오염 사고 발생 시 오염된 토양을 굴착ㆍ분리하여 오염토양을 복원하는 기술 중 하나인 Biopile 공법은 신속히 오염토양을 복원할 수 있고 미생물제제의 활성화 및 접종이 용이하여 다른 방법에 비해 처리기간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 유류오염토양 복원을 위한 Biopile 공법의 기초연구를 수행하여 Biopile을 운전함에 있어 중요한 요소인 미생물제제, 초기 유류오염농도 및 함수율에 대한 최적 조건 도출 및 현장 적용성 평가를 수행하였고, 이를 바탕으로 고효율적이고 에너지가 절약될 수 있는 개량형 Biopile 공법을 연구하였다. 유류오염토양 복원을 위한 Lab-scale 기초연구를 통해 미생물제제 종류, 초기 유류오염농도 및 함수율을 변화시켜 벙커-A유에 대하여 TPH(Total Petroleum Hydrocarbon) 제거율을 측정하였다. 단일종 및 혼합종 미생물제제를 첨가한 반응조에서는 실험 40일 후 TPH 제거율이 각각 47.7∼51.3%, 54.6%(14,849→6,744 mg/kg)로 나타났으나, 미생물제제를 첨가하지 않는 경우 27.1%(15,754→11,480 mg/kg)만 제거되어 미생물제제가 투입할 경우 TPH 제거율이 높게 나타났으며, 특히 혼합종의 경우에 제거효율이 더 높게 나타났다. 초기 유류오염농도를 5,000∼40,000 mg/kg으로 하여 실험한 경우 TPH 제거율이 43.9∼48.6%으로 비슷하게 나타나 초기 유류오염농도 40,000 mg/kg까지 적용 가능한 것으로 나타났다. 함수율을 10∼30%까지 변화시켜 실험 한 결과, TPH 제거율이 39.9∼45.1%로 나타났으며 함수율이 25%일 때 가장 최적인 것으로 나타났다. Lab-scale에서 도출된 최적 조건을 Pilot-scale에 대하여 초기 유류오염농도를 5,000 및 15,000 mg/kg으로 하여 실험하였다. TPH 초기 농도를 5,000 mg/kg으로 하여 운전하였을 경우 단일종 및 혼합종 미생물제제를 첨가한 반응조에서는 운전 127일 후 TPH 농도가 각각 5,855 mg/kg에서 806 mg/kg(86.2%), 5,915 mg/kg에서 227mg/kg(96.2%)으로 제거되는 결과를 얻었으나 미생물제제를 첨가하지 않은 경우 5,855 mg/kg에서 3,157 mg/kg으로 46.1%만 제거되어 미생물제제를 첨가한 경우 TPH 제거율이 높게 나타났다. TPH 초기 농도를 15,000 mg/kg으로 하여 운전하였을 경우 운전 152일 후 단일종 및 혼합종 미생물제제를 첨가한 반응조에서 TPH 제거율이 각각 85.9% 및 89.3%로 나타났으며, 미생물제제를 첨가하지 않은 경우 52.3%만 제거되어 미생물제제의 영향이 나타났다. 개량형(에너지 절약형) Biopile 공법 연구는 Diesel유로 오염된 토양에 대하여 미생물제제의 고효율화, 메디아 적용성 연구, 메디아 충진율 연구 및 Oxygen Release Compound(ORC) 투입율 연구로 이루어 졌으며, 이를 바탕으로 현장 적용성 평가를 수행하였다. 미생물제제 고효율화 분야는 기존에 보유하고 있는 유류분해 균종 Library로 부터 Diesel유에 분해능이 가장 우수한 3종을 선정하여 분해율을 향상시켰으며, 고정화 후 미생물 개체수는 g당 109~1010을 나타내 기존의 미생물제제보다 약 100배 이상 높은 것으로 연구되었다. 메디아 적용성 연구에서, 실험 82일 후 미생물제제와 영양물질만 주입한 경우에는 TPH 농도가 10,159 mg/kg에서 3,587 mg/kg으로 TPH 제거율이 64.7%로 나타났다. 그러나, 미생물제제와 영양물질 주입 및 브로와를 통한 공기 공급 시 TPH 농도가 11,934 mg/kg에서 1,605 mg/kg으로 86.5%가 제거되었으며, 메디아를 통한 공기 공급 시 TPH 농도가 10,608 mg/kg에서 1,968 mg/kg으로 81.4%가 제거되어 브로와 및 메디아를 통한 공기 공급 시 제거율이 높게 나타났다. 따라서, 메디아가 브로와와 비슷한 공기 공급능력이 있는 것으로 사료된다. 메디아 충진율 연구에서 메디아 충진율을 3.2%, 6.5%, 12.9%로 하여 실험한 결과 TPH 제거율이 각각 72.7%(9,920→2,708 mg/kg), 79.9%(10,221→2,051 mg/kg), 87.1%(10,325→1,329 mg/kg)로 나타났으며, 메디아를 충진하지 않은 경우 TPH 제거율이 52.8%(10,483→4,951 mg/kg)로 나타나 메디아를 이용하여 공기를 공급할 경우 TPH 제거율이 높게 나타났다. ORC 투입율 연구에서 ORC 투입율을 0.1∼5.0%로 실험한 경우 TPH 제거율이 63.0%∼82.9%로 나타났으며, ORC를 투입하지 않은 경우 TPH 제거율이 55.4%(9,502→4,237 mg/kg)로 나타나 ORC를 이용한 공기 공급 시 TPH 제거율이 높게 나타났다. Lab-scale에서 도출된 최적 조건을 Pilot-scale에 대하여 실험한 결과 공기를 강제로 주입하지 않은 경우 TPH 제거율이 52.3%(10,954→5,222 mg/kg)로 나타났으나, 메디아와 ORC를 이용하여 공기를 주입한 경우 TPH 제거율이 84.9% (10,466→1,577 mg/kg)와 79.2%(10,513→2,183 mg/kg)로 나타나 메디아 및 ORC를 이용하여 공기 주입 시 TPH 제거율이 현장에서도 높은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 종합해 볼 때, 개량형 Biopile 연구를 통해 브로와를 이용한 기존의 공기 공급방식을 대신하여 메디아와 ORC를 이용할 경우 브로와와 비슷한 공기 공급을 할 수 있게 되어, Biopile 적용 시 에너지 절약형으로의 개량이 가능할 것으로 사료된다.

GIS를 활용한 인천지역의 토양오염 현황분석

김장일 仁川大學校 産業大學院 2005 국내석사

GIS 기법을 활용한 토양오염의 공간적 분석 및 이를 지도화 하는 연구는 대기, 지하수 관련 분야에서 활발하게 진행되고 있다. 그러나, 토양오염에 대한 부분은 지형자료등 GIS 기초자료의 DB 부족 등으로 아직 미흡한 상태이며, 좀더 많은 연구가 필요한 실정이다. 따라서, 오염된 토양을 개선하기 위한 기초작업으로 GIS기법을 활용하여 토양오염도를 작성함으로서 이를 토대로 토양오염원에 대한 관리 및 오염경로를 파악하여 오염된 토양을 개선할수 있으리라 판단된다. 이는 인천지역에 산재된 기업들로부터 비정상적으로 배출되는 오염물질을 관리하는 데 효율적으로 활용될 수 있다. 그러나, 현재 인천지역의 토양오염 현황을 구체적으로 파악할 수 있는 토양오염도는 없는 상황이며 이는 기업의 친환경적 운영을 위해 필수적이고, 기업의 환경정보지원을 위해 선행되어야 할 문제이다. 따라서, 본 연구는 인천지역의 토양오염 측정망을 이용하여 인천지역의 토양오염 상태를 파악하여 기업의 환경정보지원을 위한 인천지역의 토양 오염도를 작성하는데 그 목표가 있다. 인천지역에는 2004년 현재 120곳의 토양오염 측정망이 운영되고 있으며, 이를 활용하는 것이 효율적일 것이다. 매년 측정되고 있는 전국과 지역의 토양오염 측정망의 자료를 관련기관에서 획득하며, 이 자료를 적극 활용하여 연도별, 오염물질별 토양오염도를 작성한다. 토양오염도는 GIS 프로그램을 활용하여 등고선도를 작성하였다. 연구의 기초단계로 토양환경보전법, 관련문헌 등을 통해 연구에 필요한 자료를 조사하였고, 환경부와 지역에서 운영하는 토양오염 측정망 자료를 관련 관청, 연구소에서 획득하였다. 획득한 자료를 분석하여 오염물질의 변화추이 등에 대하여 그래프로 작성하였다. 본 연구에서는 인천광역시내의 토양오염측정 자료를 수집하고 이를 GIS에 활용 가능한 공간데이터베이스로 구축하고 공간추정 기법을 이용하여 인천지역 토양오염현황 분포도의 작성 및 분석을 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 광범위하고 방대한 양의 공간정보 분석이 가능한 GIS를 활용하여 현장에서 측정된 Cd, Cu, As, Hg, Pb, Cr^(+6), pH의 토양오염농도에 대한 연별, 토지이용별 토양오염도를 작성함으로써 인천지역의 토양오염현황에 대한 시간적, 공간적 상태를 효과적으로 나타낼 수 있음을 알 수 있었다. 향후 이를 통하여 인천지역 토양오염상태에 대한 심층적인 분석을 할 수 있을 것이다. 일반시민이 토양오염상태를 쉽게 인식하고 이해할 수 있도록 공간분포도를 작성하였다. GIS의 중첩분석을 통하여 토양오염원인을 보다 정확하게 파악하고 오염물질의 이동경로를 추적할 수 있다. 본 연구에서 작성된 토양오염분포도는 인천지역의 토양오염상태에 대한 시간적이고 공간적인 추세자료로 제공하여 토양오염도평가, 사전환경성검토사업 등의 정책 수립분야에 합리적이고 과학적인 의사결정 수단으로 활용할 수 있을 것이다. 토지용도별, 지역별, 연별의 토양오염원의 변화추이를 GIS를 활용한 다양한 기법의 공간분석을 통해 토양오염 측정소의 재배치 또는 추가적인 설치, 토양오염 개선대책수립, 장기와 단기의 토양오염변화추이 추정 및 토양오염사고 감시 등의 지원자료로 참고할 수 있을 것으로 사료된다. The purposes of this research are to assess the soil contamination of Incheon metropolitan area and to analyze the existing contents of heavy metals(Cd, Cu, As, Hg, Pb, Cr^(+6)) and PH in soil. The samples had been collected from yew 1998 to yew 2002 by the Soil Contamination Monitoring Network. The existing data from studies was arranged and collected soil contamination data through monitoring network program to assess the current status of soil. In this study, data from Ministry of Environment, Environmental Division of Incheon Metropolitan City, and environmental related research center and agency have been collected and soil contamination data was analysised by utiliting the environmental monitoring program. Total 120 soil contamination monitoring locations are designated for obtaining the data continuously. Effective management and storage techniques of those data are imperative to show the information with the location of the sites concerned. Geographic Information System is introduced to manage the databases and present the information effectively with the graphics form of contour lines. This study will utilize GIS tools to assess the current conditions of soil contaminations. First, soil contamination will be visualized digitally with GIS tools in order to analyze the past and present conditions. The graphical presentations of heavy metal contamination we made with respect to an individual heavy metal, by year, and its usage of land. Finally, the trend of soil in contamination over time can be easily determined by combining GIS tools and monitoring network. This environmental map would be helpful for making plans to remediate the soil contaminated area. Further, the established system can be applied to the soil contamination management of Incheon metropolitan area to set up the regulatory acts and project of governmental policy.

토양오염에 관한 합리적 정책 : 현 유류오염에 관한 오염토양복원기술과 경제적 대체복원 방안(Develop and design the system of soil remediation)

김주영 全州大學校 1999 국내석사

주물산업지역의 토양오염 특성에 관한 연구

최영겸 인하대학교 공학대학원 2013 국내석사