플라즈마 블라스팅, 공압파쇄, 진공추출을 이용한 유체 전달특성 개선

이근춘,송재용,강차원,장현식,장보안,박유철 대한지질공학회 2022 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2022 No.1

플라즈마 블라스팅, 공압파쇄, 진공추출이 활용된 지중 토양정화공법의 정화 개선 효과에 대한 실증연구

송재용,이근춘,강차원,김은섭,장현식,장보안,박유철 대한지질공학회 2023 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2023 No.1

플라즈마 블라스팅, 공압파쇄, 진공추출이 활용된 지중 토양정화공법의 정화제 주입에 따른 투수성 개선 연구

이근춘,송재용,강차원,장현식,장보안,박유철 대한지질공학회 2023 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2023 No.1

Improvement of Fluid Transfer Using Pneumatic Fracturing, Plasma Blasting, and Vacuum Suction

이근춘,송재용,강차원,장현식,장보안,박유철 대한지질공학회 2022 지질공학 Vol.32 No.1

This study explored the fluid transfer characteristics of simultaneous pneumatic blasting, plasma blasting, and vacuum suction (the PPV method), and assessed their effect. Chemical oxidation—anestablished soil remediation method—was compared as a control. Electrical resistivity surveys found that PPV reduced resistivity by about 1.5-2.5 times compared with the control group, indicating that it increased the diffusion of fluid between the injection and suction wells. Injection and suction tests comparing the injection flow rate, initial suction flow rate time, and suction flow rate showed that the PPV method offered an improvement over the existing method. Slug tests revealed that PPV increased the permeability coefficient by a greater amount than that by the control method. This study qualitatively and quantitatively confirmed that the PPV method clearly improves injection and suction efficiency by accelerating cracks in the ground and improving water permeability compared with the established chemical oxidation method.

플라즈마 블라스팅, 공압파쇄, 진공추출이 활용된 지중 토양정화공법의 정화 개선 효과에 대한 실증연구

송재용,이근춘,강차원,김은섭,장현식,장보안,박유철 대한지질공학회 2023 지질공학 Vol.33 No.1

The in-situ remediation of a solidified stratum containing a large amount of fine-texture material like clay or organic matter in contaminated soil faces limitations such as increased remediation cost resulting from decreased purification efficiency. Even if the soil conditions are good, remediation generally requires a long time to complete because of non-uniform soil properties and low permeability. This study assessed the remediation effect and evaluated the field applicability of a methodology that combines pneumatic fracturing, vacuum extraction, and plasma blasting (the PPV method) to improve the limitations facing existing underground remediation methods. For comparison, underground remediation was performed over 80 days using the experimental PPV method and chemical oxidation (the control method). The control group showed no decrease in the degree of contamination due to the poor delivery of the soil remediation agent, whereas the PPV method clearly reduced the degree of contamination during the remediation period. Remediation effect, as assessed by the reduction of the highest TPH (Total Petroleum Hydrocarbons) concentration by distance from the injection well, was uncleared in the control group, whereas the PPV method showed a remediation effect of 62.6% within a 1 m radius of the injection well radius, 90.1% within 1.1~2.0 m, and 92.1% within 2.1~3.0 m. When evaluating the remediation efficiency by considering the average rate of TPH concentration reduction by distance from the injection well, the control group was not clear; in contrast, the PPV method showed 53.6% remediation effect within 1 m of the injection well, 82.4% within 1.1~2.0 m, and 68.7% within 2.1~3.0 m. Both ways of considering purification efficiency (based on changes in TPH maximum and average contamination concentration) found the PPV method to increase the remediation effect by 149.0~184.8% compared with the control group; its average increase in remediation effect was ~167%. The time taken to reduce contamination by 80% of the initial concentration was evaluated by deriving a correlation equation through analysis of the TPH concentration: the PPV method could reduce the purification time by 184.4% compared with chemical oxidation. However, the present evaluation of a single site cannot be equally applied to all strata, so additional research is necessary to explore more clearly the proposed method’s effect. 점토와 같은 세립질 또는 유기물을 다량으로 함유하거나 다져진 지층을 대상으로 지중(in-situ) 정화를 진행하는 경우, 정화효율이 떨어져 정화비용이 증가하는 등의 한계가 발생한다. 또한, 토양조건이 양호하더라도 균일하지 않은 토질특성과 낮은 투수특성으로 인해 장기간에 걸쳐정화를 수행하여 완료되는 것이 일반적이다. 본 연구는 기존 지중정화의 한계를 개선하기 위한 방법으로 공압파쇄, 진공추출, 플라즈마 블라스팅을 접목한 기술(PPV공법)의 정화효과 확인과 현장 적용성을 평가하고자 수행하였다. 상대적인 비교를 위하여 본 연구에 적용된 기술을실험군으로 하고 기존 공법인 화학적산화공법을 대조군으로 하여 TPH로 오염된 토양에서80일에 걸쳐 각각 지중정화를 수행하였으며, 총 4 차에 걸쳐 모니터링 시료를 채취하여 정화효과를 비교 평가하였다. 모니터링 결과, 대조군은 정화제 전달효과가 불량하여 오염도의 감소 경향성을 보이지 않는 반면 실험군(PPV공법) 적용에서는 정화시간이 경과함에 따라 뚜렷한 오염도 저감효과가 나타난다. 주입정으로부터 거리별 TPH 최고농도 저감율을 평가하면, 대조군은 경향성이 없으나 PPV공법은 주입정 반경 1 m 이내에서는 62.6%, 1.1~2.0 m에서 90.1%, 2.1~3.0 m에서 92.1%의 정화효과를 보인다. 주입정으로부터 거리별 TPH 평균농도 저감율을 평가하면, 대조군은 실질적인 정화효과가 없으나 PPV공법은 주입정 반경 1 m 이내에서는 53.6%, 1.1~2.0 m에서 82.4%, 2.1~3.0 m에서 68.7%의 정화효과가 확인되었다. TPH 최대 및 평균 오염농도의 변화를 토대로 실험군과 대조군의 정화효율을 평가한 결과, PPV공법은 대조군 대비 149.0~184.8%의 정화효과가 상승하는것으로 평가할 수 있으며 평균 정화효과 상승률은 약167%이다. 시간경과에 대한 TPH 농도를 분석을 통해 상관관계식을 도출하고 이를 활용하여 최초 농도 대비 80% 저감기간을 평가한 결과 PPV공법을 적용하는 경우 화학적산화공법 적용시보다 184.4%의 정화시간 단축이 가능할것으로 평가되었다. 다만, 단일 부지에 대한 평가 결과이기 때문에 모든 지층에 동일하게 적용될 수 없으므로 향후 이에 대한 추가적인 연구를수행하여 그 효과를 보다 면밀히 검토할 필요가 있다.

플라즈마 블라스팅, 공압파쇄, 진공추출이 활용된 지중 토양정화공법의 정화제 주입에 따른 투수성 개선 연구

이근춘,송재용,강차원,장현식,장보안,박유철 대한지질공학회 2023 지질공학 Vol.33 No.3

지층구성이 복잡하고 저투수성의 토양이 분포하는 경우 정화효율은 급격히 저하되고 실질적인 정화가 이루어지지 않거나 정화기간이 증가하는 등의 문제가 발생한다. 효율적인 정화를 위해서는 투수성이 개선되어 오염된 구간으로 정화제 주입하여 오염물질과 충분한 접촉이 이루어져야 한다. 본 연구는 균열형성과 효과적인 정화제 유도를 위해 플라즈마 블라스팅, 공압파쇄, 진공추출을 복합적으로 활용하는 PPV 공법의유체 전달특성을 분석하고 기존공법과의 비교를 통해 개선효과를 평가하였다. 연구는 TPH(Total petroleum hydrocarbons)로 오염된 실제오염부지에 대한 정화제 전달효과를 확인하기 위한 실증시험을 수행하였으며 정화제의 전달특성과 영향범위 등을 산정하기 위해 주입량과주입시간을 모니터링하고, 정성적인 지중환경 변화요인을 확인하고자 전기비저항탐사를 수행하였다. 또한, 투수시험을 수행하여 각 공법에대한 투수성 변화를 평가하였다. 정화제의 주입량 모니터링 결과, 주입량은 대조군 대비 실험군의 주입량이 약 4.74~7.48배 증가하였고, 단위시간 당 주입 유량(L/min)은 약 5.00~7.54배 실험군의 전달률이 빠른 것으로 분석되었다. 전기비저항탐사 결과, 실험군의 비저항변화비는 대조군과는 달리 지표까지 영향을 주어 비저항값이 전체적으로 감소하는 경향을 보인다. 따라서 실험군은 지표 상부에 분포하는 토사층까지 과산화수소 등의 유체 확산이 이루어져 저비저항 변화비가 감소하는 것을 볼 수 있으며 주입정과 추출정 사이의 수평적 변화비는 약 1.12~2.38 배 비저항값이 감소되었다. 투수성의 경우, 대조군과 실험군 모두 유사한 초기 투수성을 보였으나 과산화수소의 정화기작 영향으로 투수성이감소하는 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 수리전도도의 변화를 정량적으로 평가하면, 대조군은 시험 종료 후 초기 수리전도도 대비21.1%의 수리전도도를 나타내어 투수성이 급격히 저하되는 양상을 보였으나 실험군은 실험종료 후 초기치 대비 81.3%로 초기 수리전도도와근접한 값을 나타내는 것으로 파악되었다. 현장조사로 확인된 수리전도도와 정화재 주입실험을 통한 정화제 주입용량(m3 /hr), 토양특성분석(함수비, 밀도)을 통한 공극률(%)의 분석을 통해 영향반경(ROI)을 산정산 결과, PPV 공법의 영향반경(ROI)은 대조군에 비해 평균 220% 개선되는 것으로 확인되었다. 이와 같은 성과는 PPV 공법 적용으로 인하여 기존공법 대비 보다 넓은 범위에 걸쳐 효율적인 정화제 전달이 가능하고 정화기작에서 나타나는 투수성 저해요인을 상당부분 극복할 수 있으며, 약 2배 이상의 영향반경 증대를 통해 정화효율을 높일 수 있음을지시하는 중요한 지표로 볼 수 있다. A stratum with a complex composition and a distributed low-permeability soil layer is difficult to remediate quickly because the soil remediation does not proceed easily. For efficient purification, the permeability should be improved and the soil remediation agent (H2O2) should be injected into the contaminated section to make sufficient contact with the TPH (Total petroleum hydrocarbons). This study analyzed a method for crack formation and effective delivery of the soil remediation agent based on pneumatic fracturing, plasma blasting, and vacuum suction (the PPV method) and compared its improvement effect relative to chemical oxidation. A demonstration test confirmed the effective delivery of the soil remediation agent to a site contaminated with TPH. The injection amount and injection time were monitored to calculate the delivery characteristics and the range of influence, and electrical resistivity surveying qualitatively confirmed changes in the underground environment. Permeability tests also evaluated and compared the permeability changes for each method. The amount of soil remediation agent injected was increased by about 4.74 to 7.48 times in the experimental group (PPV method) compared with the control group (chemical oxidation); the PPV method allowed injection rates per unit time (L/min) about 5.00 to 7.54 times quicker than the control method. Electrical resistivity measurements assessed that in the PPV method, the diffusion of H2O2 and other fluids to the surface soil layer reduced the low resistivity change ratio: the horizontal change ratio between the injection well and the extraction well decreased the resistivity by about 1.12 to 2.38 times. Quantitative evaluation of hydraulic conductivity at the end of the test found that the control group had 21.1% of the original hydraulic conductivity and the experimental group retained 81.3% of the initial value, close to the initial permeability coefficient. Calculated radii of influence based on the survey results showed that the results of the PPV method were improved by 220% on average compared with those of the control group.