[수질] 지하수 정화 및 복원기술

1) In - situ 

(1) 공기분사법, 공기살포기법 (Air Sparing)

- 휘발, 생분해를 이용하여 포화대 내의 용해상, 자유상, 흡착상 오염물질 정화하는 기법

- 공기분사법은 지하수, 포화대 내의 휘발성유기물질을 제거하기 위해서 사용된다.

- 포화대수층 내에 공기를 강제 주입하여 지하수내 오염물질을 휘발시킬뿐 아니라 산소 농도를 증대시켜 생물학적 분해를 촉진시킨다.

- 주입된 공기는 대수층 내에서 연직 또는 수평방향으로 이동하면서 오염물질을 휘발시켜 상부의 불포화대로 이동시키며, 휘발된 오염물질은 토양증기추출법 등으로 처리한다.

- 토양의 투수성, 균일성은 공기를 토양 내에서 강제 순환시키고 휘발된 증기의 이동, 추출에 큰 영향을 미친다.

- 포화층의 두께, 지하수층의 깊이는 공기분사법의 비용을 평가함에 있어서 중요한 요소이다.

 

- 단점 

• 미사와 점토 퇴적층으로 이루어진 토양에는 적합하지 않으며 높은 투수성을 지닌 토양층위에 낮은 투수성을 지닌 토양층이 놓인 불균질 지질조건에서는 효용성이 떨어진다.

• 가솔린, 연료성분, 염소계 용제를 비롯한 넓은 범위의 휘발성, 준휘발성 유기물질에 효과적이지만 탈기되지 않거나 생분해가 불가능한 물질에는 비효과적이다.

 

(2) 바이오슬러핑(Bioslurping)

- In-situ

- 바이오슬러핑은 지하수와 토양내의 유동상 오염물질을 제거하고 호기성 생물분해에 의한 탄화수소 오염물질분해를 가속화하기 위해서 Bioventing과 진공펌핑의 요소를 결합한 새로운 복원공법이다.

- 감압 추출정을 설치하여 지하수위 표면에 존재하는 유동성 유류를 회수하고, 불포화 대수층의 토양을 진공상태로 만들어 줌으로써 휘발성/준휘발성 오염물질을 제거하며, 불 포화 토양에 산소를 공급함으로써 호기성 미생물의 생물학적 활동을 촉진시킨다.

- LNAPL (Light Non-aqueous Phase Liquid)층에 추출정의 내관(slurp tube)을 삽입, 관내로 진공압을 가하여 오염물질을 추출한다.

 

- 장점

• 바이오슬러핑 공법은 자유오염물(free product)를 복구하는 빠른 복원기술이다.

• Smearing으로 인해 대수층에서의 오염물질의 수직확산이 일어날 수 있는데 바이오슬러핑 공법은 이러한 대수층의 smearing을 감소시킨다.

• 불포화 토양층의 in-situ 생물학적 분해를 증가시킨다.

 

- 단점 

• 낮은 투수성을 지닌 토양에는 비효과적이면 토양의 적절한 수분함량이 필요하다.

• 추출된 지하수와 배출 가스는 후처리가 필요하다.

 

(3) 수동/반응벽체 공법(Passive/reactive Treatment Walls)

- 수동/반응벽체 공법은 유독 폐기물지역의 오염된 지하수를 처리하기 위해서 설치하며 지하수 오염대의 수리학적 흐름을 이용, 오염물질을 제거한다.

- 오염된 지하수가 벽체를 통과하게 되면 오염물질은 벽체에 의해서 차단되거나 무해한 오염물질로 전환되어 벽체를 통과한다.

- 충진물질은 오염원에 따라 달라지며 다음의 세가지가 가장 널리 사용되고 있다.

• 흡착벽: 제올라이트와 활성탄과 같은 충진제는 지하수내의 오염물질은 벽체 표면에 흡착시킨다.

• 침전벽: 오염지하수가 처리벽체를 통과할 때 오염물질은 충진제와 반응하여 불용성 물질로 바뀌거나 침전된다.

• 분해벽: 지하수내의 오염물질을 무해한 오염물질로 전환시킨다. 철과립(iron granule)으로 충 진된 반응벽체는 휘발성 유기물질을 분해하며, 반응벽체의 반응물질에 영양염류, 산소와 같은 혼합물을 이용하면, 미생물의 활성이 증대된다.

 

(4) 자외선산화법(Ultraviolet-oxidation treatment)

- 자외선산화법은 지하수 복원에 있어 가장 중요한 실용기술 중의 하나이다. 자외선과 함께 오존이나 과산화수소 등의 산화제를 동시에 사용한다.

• 자외선-과산화수소 시스템: 고강도의 자외선은 과산화수소로부터 하이드록실 라디칼 (hydroxyl radicals)를 형성시키는 반응의 촉매역할을 한다. 생성된 하이드록실 라디칼은 화 학적으로 수소-산소 결합을 깨트려 오염물질을 독성이 낮은 새로운 형태로 물질로 변환시킨다.

• 자외선-과산화수소 시스템: 강한 산화제인 자외선과 오존이 복합적으로 작용하여 오염물질을 산화시킨다.

- 자외선산화법은 모든 종류의 유류오염물질에 적용 가능하며, 특히 다른 복원공정에서 처리할 수 없는 철시안화합물을 처리할 수 있다. 자외선산화법의 제약조건은 다음과 같다.

• 과산화수소를 산화제로 사용하는 경우, 자외선산화법은 짧은 파장에서만 효과가 있다.

• 좋은 빛 전달을 위해서는 낮은 탁도와 부유 고형물질이 필요하다.

• 자유라티칼 유리기(scavenger)은 자외선 산화반응을 간섭한다.

• 지하수내의 자외선 중금속, 불용성 오일, 높은 알칼리도는 자외선 석영슬리브(quartz sleeve) 를 오염시킬 수 있으므로 제거되어야 한다.

• 산화제의 보관과 처리에 특별한 주의를 요하며, 오존의 사용에 따른 대기오염 문제가 발생할 수 있다. 

 

(5) Biosparging

- Biosparging은 포화대수층 내에 공기와 영양물질을 주입하여 토착미생물에 의한 오염물질 분해를 증대시킨다.

- 휘발성 유기물질이 존재하는 경우 Biosparging 공법은 SVE공법과 같이 사용된다.

- 이 기술은 대부분의 석유오염물질로 오염된 지역에 사용할 수 있지만 석유계 중질유의 경우 에는 처리기간이 길기 때문에 효과적이지 않다.

 

- 장점

• 장치를 쉽게 구할 수 있고 설치가 쉽다.

• 오염원 주변 환경에 미치는 영향이 적다.

• 처리기간이 짧다(6개월~2년).

• 공기주입법의 효용성을 높인다.

• 지하수의 제거, 처리, 보관, 배출과정이 필요하지 않다.

• 공기주입법 적용이 가능한 즉, 균일한 투수성 토양, 밀폐되지 않은 대수층, 자유상의 탄화수소에 사용된다.

 

- 단점

• 복잡한 물리, 화학, 생물학적 반응의 자세한 이해가 어려우며 공법 설계를 위한 실험실 또는 현장의 데이터가 부족하다. • 오염물질의 이동 가능성이 있다.

 

(7) 자연저감법(Natural attenuation)

- 오염물의 자연적인 정화나 이동 지체를 이용하는 방법. 방치와는 다른 개념. 다른 적극적인 정화방법에 비교하여 합리적인 시간 내에 목표정화수준에 도달할 수 있는 자연저감과정

 

- 장점 

• 비용경제적, 장비 등이 거의 불필요

• 감시 강도에 따른 유연한 시공비

 

(8) 생물학적 복원법 (Bioremediation) 

- 지하수를 오염토양 내로 순환시킴으로써 토양 내에 생존하는 토착미생물의 성장과 재생산을 인위적으로 가속화시켜 오염지역에 있는 유기오염물질을 분해하는 기술 (In-situ)

- 석유계 탄화수소 (휘발유, 디젤 등)로 오염된 토양에 효과적임

 

 

 

2) Ex - situ 

(1) 양수처리법(Pump-and-Treat Technology)

- 오염지역에 추출정을 설치, 오염된 지하수를 진공펌프로 양수하여 물리화학적 혹은 생물학적 처리를 거쳐 정화한 후 다시 지하수로 유입시키는 순환과정

- 지중 내의 오염지하수를 양수하여 오염지하수내의 오염물질은 여러 가지 처리기법으로 제거한다.

- 처리된 지하수는 지하수층으로 재주입하거나 강이나 호수로 내보낸다.

- 오염물질의 이동성과 용해성을 높이기 위해서 계면활성제를 지하수에 주입하기도 한다.

- 양수처리법은 오염물질의 확산을 막거나 오염물질을 제거하기 위해 사용되어 왔으나 장기간의 처리기간과 비효용성이 문제 점으로 지적되고 있다.

 

- 장점

• 설계와 운전이 간단하며 설치가 빠르다.

• 모든 종류의 용존 오염물질에 적용이 가능하다.

• 진공추출, 공기주입법, 공기탈기법 등의 다른 복원기술과 호환 가능하다.

• 오염지역 환경에 최소한의 영향을 미친다.

• 경수에 매우 효과적이다.

 

- 단점 

• 목표 처리수준을 달성하기 위해서 오랜기간이 소요된다(5~50년).

• 파쇄암반이나 점토토양에는 적합하지 않다.

• 양수처리법의 처리비용이 높다.