유기적으로 오염된 토양 복원 기술 및 사례 연구는 무엇인가요?

대량의 산업단지가 이전 및 재건축되면서 토양의 유기오염 문제가 점차 표면화되고 있으며, 유기적으로 오염된 토양의 정화가 관심사로 대두되고 있다. 미국에서는 유기물로 오염된 토양의 복원이 비교적 일찍 이루어졌으며, 현재 성공적인 복원 사례가 많다. 국내외에서 유기적으로 오염된 토양을 정화하기 위해 일반적으로 사용되는 기술을 나열하고, 각 기술의 장단점을 비교한다. 동시에 우리나라의 유기적으로 오염된 토양을 정화하는 데 참고자료를 제공하기 위해 미국의 슈퍼펀드 오염부지 정화에 대한 네 가지 전형적인 사례를 소개했습니다.

토양 유기오염은 전 세계적으로 널리 우려되는 환경 문제 중 하나입니다. 토양의 유기 오염원에는 산업 누출 및 유출, 석유 및 화학 저장소 누출, 살충제 오용, 세제, 오일 및 부동액의 부주의한 처리, 가정 폐기물의 부적절한 처리, 매립 및 쓰레기 처리 등이 포함됩니다.

방향족 화합물, 폴리염화 유기 화합물, 살충제, 석유 등을 포함하여 매년 많은 양의 유기물이 토양 환경으로 배출됩니다. 대부분의 오염 물질은 불용성, 독성 및 돌연변이를 유발합니다. 심지어 발암성이 있으며 인간의 건강과 생태계에 큰 해를 끼칩니다. 최근 우리나라에서는 유기오염물질로 인한 토양오염 문제에 대한 관심이 점차 높아지고 있으며, 유기적으로 오염된 토양복원기술에 대한 연구가 진행되고 있다.

1 유기적으로 오염된 토양 복원 기술

유기적으로 오염된 토양 복원 기술에는 다양한 유형이 있으며, 표 1에는 국내외에서 일반적으로 사용되는 몇 가지 복원 기술이 요약되어 있습니다. 현재 가장 널리 활용되는 유기토양 정화기술로는 토양증기추출(SVE)과 열탈착 기술이 있으며, 이들의 처리효과, 비용, 주기 등 모두 시의 토양복원 요건을 충족하고 있다. 그 중 SVE 기술은 할로겐화 및 비할로겐화 휘발성, 반휘발성 유기화합물 분해에 주로 사용되며, 저휘발성 유기화합물, 유기농약 등의 물질에 대한 처리 효과는 좋지 않다.

열탈착 기술은 할로겐화 유기화합물, 비할로겐화 반휘발성 유기화합물, 폴리염화비페닐(PCB), 고농도 소수성 액체 등 오염물질을 처리하는 데 장점이 있지만, 이 기술은 토양을 손상시킬 수 있다. 구조와 생물학적 시스템. 토양 침출은 오염물질을 농축하는 능력이 있으므로 다른 기술의 전처리로 사용될 수 있어 처리할 토양의 양을 줄이고 전체 비용을 줄일 수 있습니다.

미생물 정화 기술은 토양에 있는 석유계 탄화수소를 분해하는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 이 기술은 환경 친화적이지만 정화 주기가 너무 깁니다. 또한, 구체적인 토양정화기술을 선택할 때에는 오염물질 및 토양성질, 처리시간, 비용 등을 종합적으로 비교해야 한다.

표 1 일반적으로 사용되는 유기 오염 토양 복원 기술

2 유기 오염 토양 복원 사례

2.1 토양 증기상 추출 프로젝트 - Rocky Mountain Arsenal Unit 18 오염 복원 엔지니어링

Rocky Mountain Arsenal은 미국 콜로라도주 커머스에 위치한 화학무기 제조 센터입니다. 이 무기고는 20세기 말 미군에 의해 설립되었으며 백린탄, 네이팜탄, 겨자 가스, 루이사이트, 염소를 포함한 재래식 무기와 화학 무기를 생산했습니다. 1984년 미 육군은 로키산맥 병기창의 오염 상황을 면밀히 조사한 결과 현장에 유기염소계 농약, 유기인계 농약, 카바메이트계 농약, 유기용제, 염소화벤젠, 중금속 등 다양한 오염물질이 존재한다는 사실을 발견했다. .

1991년 Rocky Mountain Arsenal Superfund 오염 현장의 18호기에서 토양 증기 추출이 수행되었습니다. 과거에는 주로 유지보수 장비와 차량을 청소하고 경유, 휘발유, 각종 석유제품을 보관하는 공간으로 사용되었습니다. 이 지역의 토양과 지하수에서 다량의 VOC가 발견되었으며, 대부분이 트리클로로에틸렌이었고, 토양 증기 중 부피 농도는 65×10-6에 달했습니다. 이러한 VOC는 주로 세척 공정에 사용되는 염소 함유 용제에서 발생합니다. SVE 시스템은 토양 증기 중 트리클로로에틸렌 농도가 가장 높은 지역에 설치되었습니다.

SVE 시스템에는 얕은 가스 추출정과 더 깊은 가스 추출정이 포함됩니다. 얕은 우물은 점토층 위, 지하 13~28피트에 위치하고, 깊은 우물은 점토층 아래, 지하 43~58피트에 위치합니다. VOC 제거에 대한 점토층의 영향을 연구하기 위해 두 개의 추출 우물이 설립되었습니다. 4개의 증기 모니터링 우물이 증기 추출정을 둘러싸고 있어 SVE 시스템의 성능을 평가합니다.

기상추출정에서 증기를 추출한 후 기액분리조로 들어가 응축수를 분리한 뒤 침전필터와 재생블로워로 들어간다. 송풍기에서 배출된 배가스는 직렬로 연결된 두 세트의 입상 활성탄 시스템을 통해 처리됩니다. 각 활성탄 처리 장치 세트에는 입상 활성탄이 들어 있는 3개의 용기가 있습니다. 1차 활성탄 처리 장치는 가스 중의 트리클로로에틸렌을 90% 제거할 수 있으며, 2차 활성탄 처리 장치는 잔류 트리클로로에틸렌을 처리하는 데 사용됩니다. 그림 1은 SVE 시스템의 프로세스 흐름을 보여줍니다.

그림 1 SVE 시스템의 공정 흐름

시스템의 가동은 1991년 7월부터 12월까지 지속되었으며 총 약 70파운드의 트리클로로에틸렌이 처리되었다. 처리된 토공사는 약 26,000m3입니다. SVE 시스템으로 처리된 트리클로로에틸렌의 부피 농도는 1×10-6 미만입니다. 전체 SVE 시스템의 준비, 구축 및 운영 비용은 US$182,800입니다.

2.2 열탈착 복원 프로젝트 - Warrington Latex 공장 환경 복원 프로젝트

Warrington Latex 공장은 미국 뉴저지주 버겐 카운티의 주거-산업 혼합 지역에 위치하고 있습니다. 면적은 9.67에이커이다. 1951년부터 1983년까지 이 공장에서는 천연 및 합성 고무 제품과 화학 접착제를 생산했습니다. 아세톤, 헵탄, n-헥산, 메틸 에틸 케톤, 메틸렌 클로라이드, 폴리염화비페닐(PCB)과 같은 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함하여 생산 공정에서 수많은 유기 용매가 사용됩니다.

1989년 3월, 워링턴 라텍스 공장 부지가 슈퍼펀드 복원 우선순위 목록에 추가되었고, 1988년 9월부터 1992년 6월까지 해당 부지에 대한 복원 조사가 실시되었습니다. 조사 결과 현장 내 오염토양은 24,500m3, 배수로 오염토양 및 슬러지는 2,060m3로 나타났다. 최대 PCB 함량은 4,000mg/kg이고, 반휘발성 유기 화합물은 BEHP(비스산테이트 에틸 에스테르 프탈레이트), 3,3'-디클로로벤지딘 및 PAH이며, 중금속 오염물질은 안티몬과 비소입니다.

1999년 3월, 현장에서는 토양에서 유기 오염물질을 제거하기 위해 열탈착을 사용하기 시작했습니다. 시스템의 열 탈착 장치는 삼중 쉘 회전 가마입니다. 그림 2는 이 시스템의 공정 흐름을 보여줍니다. 이 시스템은 하루에 약 225톤의 토양을 처리하며, 토양 출구 온도는 482°C입니다. 오염된 토양이 회전식 가마에 들어가기 전에 직경 2인치보다 큰 불순물을 제거하기 위해 먼저 선별을 거칩니다. 처리된 토양은 압축된 후 굴착 지역에 다시 채워집니다.

그림 2 열탈착 시스템의 공정 흐름

배기가스는 스크러버, 벤투리관, 스프레이 타워를 거쳐 순차적으로 처리된 후 입상 활성탄으로 들어간다. 필터 장치 및 고효율 공기 입자 필터를 청소하세요. 처리된 배가스는 다시 노로 재활용됩니다. 세척수는 정화기와 필터 프레스를 통과하여 오일과 고형 잔여물을 분리한 후 활성탄을 사용하여 오염 물질을 흡수합니다. 필터 프레스에서 나온 필터 케이크는 외부 유해 폐기물 매립지에 매립됩니다.

표 2 열탈착 시스템 처리 효과

2.3 토양 침출 사업 - 르준 캠프 Lot 88 토양 대수층 복원 사업

해군 및 육군 캠프 르준에 위치 미국 노스캐롤라이나주에는 미 해병대의 대규모 훈련 및 파견 기지가 있다. 이 기지는 1942년에 설립되었으며 640km2의 면적을 차지하며 1989년에 미국 환경 보호국은 이 지역을 국가 우선 복원 지역 목록에 추가했습니다. 캠프 르준의 토양, 슬러지, 지하수, 지표수에는 지역 주민들의 건강을 위협하는 다량의 오염물질이 포함되어 있습니다. 현장의 오염 물질에는 VOC, 중금속, 살충제, PAH 및 PCB가 포함됩니다. 1994년부터 미 해군은 Camp Lejeune 대산괴 복원을 시작했으며 오늘날에도 복원 작업이 계속되고 있습니다.

1999년 4월부터 8월까지 토양 대수층 복원 실증사업을 수행하기 위해 캠프 르준(Camp Lejeune)의 Lot 88에 계면활성제 강화 현장 토양 침출 시스템을 구축했습니다. Lot 88은 테트라클로로에틸렌과 탄화수소 용매로 오염되었습니다. 테트라클로로에틸렌은 무거운 비수성 액체로, 주로 Lot 88의 약 16~20피트 깊이에 있는 토양의 얕은 대수층에 위치합니다. 대부분의 무거운 비수성 액체 오염물질은 얕은 대수층 바닥에 위치합니다. 투수성이 낮은 미사층. 탄화수소 용매는 얕은 대수층의 상부에 위치한 가벼운 비수성 액체입니다. 본 프로젝트에서 대상 오염물질은 테트라클로로에틸렌이지만 처리 과정에서 소량의 탄화수소 용매도 제거됩니다.

레준캠프 Lot 88 실증사업에서는 중비수성 액체 오염물질 제거를 위해 현장 토양 침출 시스템(그림 3)을 구축했고, 계면활성제 회수 시스템도 구축했다. .계면활성제 재활용을 실시합니다. 토양 용출 시스템에는 주입 우물 3개, 추출 우물 6개, 수력 제어 우물 2개가 포함됩니다. 시스템에 사용된 계면활성제(Alfoterra 145-4PO 황산염TM)는 Camp Lejeune Lot 88 실증 프로젝트를 위해 특별히 설계되었습니다. 이 계면활성제는 두 가지 요구 사항을 충족합니다. 첫째, 무거운 비수성상 액체를 최대한 용해할 수 있으며, 둘째, 계면활성제 회수 공정의 성능을 보장할 수 있습니다.

오염 물질을 운반하는 계면활성제 흐름은 지상부에서 처리되며, 처리 장치에는 침투기화 시스템과 한외여과 장치가 포함됩니다. 투과증발 시스템은 액체 흐름에서 오염 물질을 제거하는 데 사용되며, 미셀 강화 한외여과 장치는 과도한 수분을 제거하는 데 사용됩니다. 회수 및 정제된 계면활성제 액체 흐름은 다시 주입정에 투입됩니다.

그림 3 토양 침출 시스템의 공정 흐름

88번 구획의 면적은 약 11m×29m이며, 4개월의 처리 기간 동안 실증 프로젝트는 총계 ***총 비용 US$3,074,500로 288L의 PCE를 처리했습니다.

2.4 미생물 정화 프로젝트 - French Co., Ltd. 오염 현장 정화 프로젝트

French Co., Ltd.의 오염 현장은 미국 텍사스주 크로스비에 위치하고 있으며 22.5 에이커. 이 부지는 1966년부터 1971년까지 산업 폐기물 처리 센터로 사용되었으며, 매년 약 7 × 107 갤런(265,000m3)의 석유화학 폐기물이 7.3에이커의 불침투성 염수 호수에 버려졌습니다.

버려지는 폐기물에는 탱크 바닥, 산세척산, 정유소와 석유화학 플랜트의 불량 제품이 포함됩니다. 1983년에는 프랑스 공사의 태스크팀이 설립되어 호수 바닥의 타르 같은 슬러지와 하층토를 주요 복원 대상으로 삼았습니다. 현장의 주요 오염물질은 비소와 PCB 외에 벤조[a]피렌, 염화비닐, 벤젠입니다. 오염 물질의 농도는 400~5,000mg/kg에 달합니다.

그림 4 부유층 생물학적 정화 시스템의 공정 흐름

토양과 슬러지를 정화한 후 역삼투압 시스템을 사용하여 염호의 표층수를 처리합니다. 이 프로젝트는 약 150,000m3의 지표수를 처리했으며, 처리된 지표수는 Xintuo 강으로 방류되었습니다. 염수호의 수분이 완전히 마르면 깨끗한 흙으로 다시 채워집니다. 잔여 고형물은 안정화를 위해 자갈석회와 5:1의 비율로 혼합되었습니다. 그런 다음 해당 부지에 잔디와 자생 식물을 심었습니다.

본 사업은 1992년 1월부터 1993년 11월까지 진행되었으며, 약 30만톤의 오염된 토양과 슬러지를 정화한 결과 오염물질 농도는 7~43mg/kg이었다. 총 사업비는 US$49,000,000이며, 그 중 처리 관련 비용은 US$26,900,000입니다.

현재 우리나라의 유기물로 오염된 토양 정화 기술은 아직 초기 단계로 추가적인 연구개발이 필요하다. 선진국에서는 유기적으로 오염된 토양에 대한 연구가 더 일찍 시작되었고, 이미 상대적으로 성숙한 기술과 많은 엔지니어링 사례가 있습니다. 특히, 1980년부터 미국에서 시행된 Superfund 시스템은 다수의 유기적으로 오염된 부지를 복원해 왔으며, 이러한 복원 사례는 우리나라의 유기적으로 오염된 토양 복원 작업에 중요한 참고 가치가 있습니다.

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