과산화수소를 이용한 현장원위치 화학적 산화법과 공기분사법(Air-sparging)을 연계한 디젤 오염 토양/지하수 동시 정화 실내 실험 연구 = Study on the Combination of In-situ Chemical Oxidation Method by using Hydrogen Peroxide with the Air-sparging Method for Diesel Contaminated Soil and Groundwater

국문 초록 (Abstract)

현장비원위치(Ex-situ) 공법 적용이 불가능한 부지에서, 디젤로 오염된 오염 토양과 지하수를 동시에 복원하기 위하여 과산화수소를 이용한 현장원위치 화학적 산화법(chemical oxidation)과 공기분사법(air-sparging)을 연계한 복합 복원 공정의 정화 효율 규명을 위한 실내 실험을 실시하였다. TPH 농도가 2,401 mg/kg(A 토양)과 9,551 mg/kg(B 토양)인 두 종류의 현장 오염 토양을 대상으로 과산화수소용액을 이용한 화학적 산화법의 디젤 제거 효율 규명을 위한 배치(회분식) 실험 결과, 과산화수소 50% 용액에 의해 토양 초기 TPH 농도의 18%와 15%까지 감소하였다. 과산화수소 용액 20%를 이용한 칼럼 세정 실험 결과, 세정에 의해서 A 토양과 B 토양의 경우 각각 초기 TPH 양의 78%와 72%가 제거되었다. 칼럼 실험에서 과산화수소의 산화반응에 의해 완전 분해되어 무기가스상(주로 $CO_2$과 $H_2O$)으로 제거된 양까지 고려한다면, 과산화수소용액이 오염 토양과 접촉하면서 충분한 산화과정을 거쳐 대부분의 유류가 토양으로부터 제거되었음을 알 수 있었다. 공기분사법을 이용한 디젤 오염 지하수 정화 실험의 경우, TPH 농도가 820 mg/L인 고농도의 인공 지하수 경우에도 공기분사 72시간 이내에 폐수배출허용기준인 5 mg/L 보다 낮아져, 디젤 제거 효율이 매우 높은 것으로 나타났다. 다만, 오염 토양 내 다량의 디젤 자유상이 존재하는 경우 토양으로부터 지하수로의 지속적인 자유상 디젤의 질량 이동에 의하여, 공기분사법의 지하수 정화 효율은 매우 낮았다. 마지막으로, 과산화수소를 이용한 현장원위치 화학적 산화법과 공기분사법을 연계한 복합 공정의 디젤 정화 효율을 규명하는 박스 실험을 실시하였다. 토양 내 자유상 디젤을 먼저 제거하기 위해 과산화수소 용액을 이용한 토양세정법을 실시한 후, 토양 내 TPH가 제거 되는 정도에 따라 후차적으로 공기분사법을 적용함으로써 토양 및 지하수로부터 디젤을 효과적으로 제거할 수 있었다. 20% 과산화수소 용액의 23 L 세정과 2,160 L의 공기분사에 의해 토양의 TPH 농도는 9,551 mg/kg에서 390 mg/kg으로 낮아졌으며, 오염 지하수의 TPH 농도도 5 mg/L 이하로 낮출 수 있었다. 본 실험들에서 얻어진 결과를 바탕으로 실제 현장에서 대단위 공정을 운영하는데 필요한 복원 공정의 최적 조건들을 도출해 낼 수 있으리라 판단되며, 유류로 오염된 토양 뿐 아니라 오염 지하수까지 동시에 정화할 수 있는 복합 공정 개발을 위한 중요한 기술 자료로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Laboratory scale experiments were performed to investigate the removal efficiency of the in-situ chemical oxidation method and the air-sparging method for diesel contaminated soil and groundwater. Two kinds of diesel contaminated soils (TPH concentration : 2,401 mg/kg and 9,551 mg/kg) and groundwater sampled at Busan railroad station were used for the experiments. For batch experiments of chemical oxidation by using 50% hydrogen peroxide solution, TPH concentration of soil decreased to 18% and 15% of initial TPH concentration. For continuous column experiments, more than 70% of initial TPH in soil was removed by using soil flushing with 20% hydrogen peroxide solution, suggesting that most of diesel in soil reacted with hydrogen peroxide and degraded into $CO_2$ or $H_2O$ gases. Batch experiment for the air-sparging method with artificially contaminated groundwater (TPH concentration : 810 mg/L) was performed to evaluate the removal efficiency of the air-sparging method and TPH concentration of groundwater decreased to lower than 5 mg/L (waste water discharge tolerance limit) within 72 hours of air-sparging. For box experiment with diesel contaminated real soil and groundwater, the removal efficiency of air-sparging was very low because of the residual diesel phase existed in soil medium, suggesting that the air-sparging method should be applied to remediate groundwater after the free phase of diesel in soil medium was removed. For the last time, the in-situ box experiment for a unit process mixed the chemical oxidation process with the air-sparging process was performed to remove diesel from soil and groundwater at a time. Soil flushing with 20% hydrogen peroxide solution was applied to diesel contaminated soils in box, and subsequently contaminated groundwater was purified by the air-sparging method. With 23 L of 20% hydrogen peroxide solution and 2,160 L of air-sparging, TPH concentration of soil decreased from 9,551 mg/kg to 390 mg/kg and TPH concentration of groundwater reduced to lower than 5 mg/L. Results suggested that the combination process of the in-situ hydrogen peroxide flushing and the air-sparging has a great possibility to simultaneously remediate fuel contaminated soil and groundwater.

참고문헌 (Reference)

1 "효율적인 토양오염조사 체계 구축방안연구" 환경부 1999

2 "폐금속광산 오염실태 정밀조사 결과 보고서" 20002001

3 "토양환경보전법" 환경부 2006

4 "토양환경공학" 향문사 2003

5 "토양내 저휘발성 유류오염물 제거를 위한 고온공기 주입/추출 기술 연구" 10 (10): 6-12, 2005

6 "전국 주유소 현황" 한국주유소협회 2006

7 "육군 구정비창 오염부지 정화사업 공법 실증 시험 최종보고서" 농업기반공사 2002

8 "유기물질에 의해 오염된 토양에 대한 in-situ 세척기법의 적용성 연구" 1 (1): 61-72, 1996

9 "오염토양/지하수 정화 기술 개발" 환경부 1997

10 "오염지하수와 토양환경의 위해성 평가" 한림원 1998

11 "석유로 오염된 토양의 과수를 이용한 처리에 관한 연구" 2 (2): 49-57, 1997

12 "부산역구내 오염토양 정화사업 공법실증시험 보고서" 한국농촌공사 2006

13 "부산 철도청 오염 토양 정화사업 복원 완료 보고서" 경상대학교 농업생명과학연구원 2006

14 "디젤오염 지하수 정화를 위한 공기주입정화법 칼럼 실험" 13 : 059-1065, 2004

15 "과산화수소에 의한 디젤오염토양의 처리" 대한환경공학회 431-435, 2003

16 "고속도로주변과 주유소의 토양오염에 관한 연구" 한국도로공사 45-165, 1998

17 "계면활성제를 이용한 In Situ 토양 세척" 2 (2): 9-24, 1997

18 "In Situ Remediation Technology" 1998

19 "H2O2/Fe0시스템을 이용한 유류오염 미세토양의 화학적 산화처리" 6 (6): 13-20, 2001

20 "Dense Chlorinated Solvents and other DNAPLs in Groundwater" Waterloo Press 1996

21 "Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act 40CFR 302" 2006

22 "Application of nonionic surfactant-enhanced in situ flushing to a diesel contaminated site" 39 : 139-146, 2005

23 "A Technology Assessment of Soil Vapor Extraction and Air Sparging" 1992

24 "2004국내 석유류 수급 통계 연보" 한국석유공사 2005