<2013-2 정화설계 보고서>

부평 부영공원 혼합오염 정화

- TPH 및 중금속 오염 -

과목명 : 지하수 및 토양오염

제출일 : 2013년 12월 19일

소  속 : 건설환경공학부

학  번 : 2011-12069

성  명 : 정민경

목         차

1. 부지결정

1.1. 토양오염의 원인

1.2. 부영공원의 혼합오염 사례

2. 부지현황

2.1. 부영공원 부지개요

2.2. 부영공원 부지특성

3. 기초조사

3.1. 지형 및 지질

3.2. 지형경사도·수계 및 오염물의 예상이동경로

3.3. 위해성 평가

4. 정밀조사

4.1. 조사절차

4.2. 시료채취 및 오염현황

4.3. 오염물질에 따른 분포현황

4.4. 오염물질에 따른 지역구분

4.5. 오염면적 및 오염토량

4.6. TPH 오염 조사결과

4.7. 중금속 오염 조사결과

5. 적용성 평가 및 설계

5.1. 처리공법 선정

5.2. A지역 정화 - Washing을 통한 중금속 및 TPH 동시 제거

5.3. B지역 정화 - Solidification/Stabilization을 통한 Pb, Zn, Cu 제거

5.4. C지역 정화 - 2차 처리법 : Phytoremediation을 통한 Pb 제거

5.5. D지역 정화 - Bioremediation을 통한 TPH 제거

5.6. 정화비용 내역서

6. 결론 및 한계점

6.1. 결론

6.2. 연구 한계점 및 개선방안

7. 참고 문헌

1. 부지결정

1.1. 토양오염의 원인

본 보고서에 들어가기에 앞서 본문의 정화설계에서 중점적으로 다루게 될 토양오염의 개념을 정의하고자 한다. 토양오염은 인간의 활동에 의해 만들어지는 여러 가지 물질이 토양에 들어감으로써 토양이 환경구성 요소로서의 기능을 상실하는 것을 말하며 그 원인에는 다음과 같은 것들이 있다.

· Cd, Zn 함유한 비료와 농약의 과다사용

· 오니(sewage sludge)의 방출

· 광산 및 제련 활동에 의해 발생된 광석 더미, 폐수방출

· 도시 및 산업 폐기물, 쓰레기 매립

· 화석 원료 소각

· 지하 유류저장탱크

이 밖에도 산업화된 인간의 다양한 활동은 단일 또는 혼합된 형태의 토양오염을 일으키고 있으며 이는 다시 인간의 삶과 자연에 있어 매우 큰 위협이 되고 있다.

1.2. 부영공원의 혼합오염 사례

본 보고서에서는 혼합오염의 사례로서 부영공원 부지의 토양오염에 대한 정화설계를 수행하고자 한다. 부영공원 부지는 인천광역시 부평구에 위치하며 주변에 생활, 주거, 교육 시설이 밀집되어 있어 공원으로서 좋은 입지 조건을 갖추고 있다. 그러나 이곳은 과거 미군 부대의 군사기지로 사용되는 과정에서 심각한 토양오염이 진행되어 있는 상태이다. 그러므로 이러한 부영공원 부지의 토양 정화가 매우 시급하며 그 정화 과정에서 공원으로 부지를 이용할 수 있도록 토지 재이용 측면에서의 접근이 고려되어야 한다.

2. 부지현황

2.1. 부영공원 부지개요

표  부영공원 부지개요

위치	인천광역시 부평구 산곡동
면적	7만 1,700여 ㎡
오염원인	수은폐기물, 배터리, 의약품, 용제 슬러지, 석면, 트랜스포머 오일, 폴리염화비페닐(PCBs) 등
조사항목	TPH(석유계총탄화수소), 벤젠, 크실렌, 납, 구리, 아연, 비소

부영공원 부지의 지리적 개요와 주 오염원인 및 물질은 다음과 같다.

그림 1 부영공원 부지의 위성사진

2.2. 부영공원 부지특성

부영공원 부지는 과거 미군기지로 사용되었으며 기지 내부에 유류탱크시설과 재활용 유통센터, 폐품 처리소가 위치하여 장기간에 걸친 토양오염을 예상할 수 있다. 또한 주변에 아파트 단지가 위치하여 이러한 오염물질이 주민들에게 영향을 미칠 가능성이 매우 높다. 한편 현재 공원 조성이 추진 중에 있어 해당 부지를 공원으로 탈바꿈하기 위해서는 정화 목표치를 높여야 할 뿐만 아니라 지속 가능한 토양정화방법이 필요할 것으로 판단된다.

그림 2 미군기지(캠프마켓) 내 오염원

그림 3 부영공원 부지 주변의 아파트 단지

3. 기초조사

3.1. 지형 및 지질

부영공원 부지의 지형 및 지질 특성은 다음과 같다.

그림 4 지질도

표  충적층 깊이에 따른 토성

토심 깊이 (cm)		0 - 15	15 - 35	35 - 70	70 - l00
토성 (%)	조사	21.5	16.9	12.5	15.8
	중사	9.9	9.6	10.4	9.7
	세사	15.0	19.9	21.7	19.0
	미사	40.7	39.1	40.9	39.4
	점토	12.9	14.5	14.5	16.1

그림 4에서 볼 수 있듯이 부영공원 부지의 지질은 충적층으로 이루어져 있으며 그 깊이에 따른 토성은 표 2와 같다. 이를 바탕으로 토양 삼각도를 통해 본 부지의 토양은 양토(loam)임을 알 수 있다.

그림 5 토양 삼각도

3.2 지형경사도·수계 및 오염물의 예상이동경로

부영공원 부지의 지형경사도 및 수계는 다음과 같다.

그림 6 지형경사도 및 수계

부영공원 부지는 전반적으로 남서가 높고 북동이 낮은 지형으로 이루어져 이에 따라 수계가 남서에서 북동으로 흐르며 굴포천 지류를 통해 한강 수계로 합류하고 있다. 그러므로 이 지역의 토양 및 지하수오염이 방치된다면 남서에서 북동 방향으로 그 오염이 확산될 가능성이 높으며 나아가 수도권 식수원인 한강까지도 위험할 수 있다.

3.3. 위해성 평가

부영공원 부지는 지형상으로 오염 확산의 위험성이 존재할 뿐 아니라(충적층을 지나 지하수계를 따라 굴포천으로 유입될 가능성이 높음) 위치상으로도 노출 가능성이 매우 높다.(주변에 아파트 단지가 위치함) 또한 TPH 오염 이외에도 중금속 오염이 존재하여 인체에 유해하므로 위해성이 높은 지역이다.

4. 정밀조사

4.1. 조사절차

조사절차의 개요도는 다음과 같다.

그림 7 조사절차 개요도

조사 절차는 크게 1차와 2차로 이루어지며 시료채취 및 분석을 통해 오염개연성과 오염도를 조사하는 것을 목표로 한다.

4.2 시료채취 및 오염현황

표  오염현황

우려기준 초과항목 (mg/kg)	기준초과 지점	최고농도 (mg/kg)	오염 깊이 (m)
TPH(500)	13개 지점	2681	0∼4
Pb(200)	5개 지점	683.49	0∼2
Cu(150)	1개 지점	450.07	0∼1
Zn(300)	2개 지점	737.57	0∼1

시료채취는 기존 부평 미군기지 시설 내 폐기물 처리 지역에 대해 이루어졌으며 시료 채취 지점과 그 결과 부지 내 오염현황은 다음과 같다.

그림 8 시료채취 지점

4.3. 오염물질에 따른 분포현황

4.2.의 우려기준 초과항목에 해당하는 오염물질의 분포현황은 다음과 같다.

그림 9 TPH, Cu, Pb, Zn의 오염 분포현황

그림 9에서 붉은색 원은 크기가 크고 짙을수록 해당 오염물질의 오염농도가 높음을 나타낸다.

4.4. 오염물질에 따른 지역구분

표  오염지역 구분

지역	오염물질	비고
A 지역	TPH, 중금속	혼합오염
B 지역	Pb, Zn, Cu	중금속 오염
C 지역	Pb	Pb 단일오염
D 지역	TPH	TPH 단일오염

4.3.의 오염물질 분포현황 자료를 이용하여 오염물질에 따라 오염지역을 구분한 결과는 다음과 같다.

그림 10 오염지역 구분

오염지역은 오염물질에 따라 A~D지역으로 구분되며 서로 다른 오염형태를 나타낸다.

4.5. 오염면적 및 오염토량

4.4.에서 구분한 오염지역에 따른 오염면적 및 오염토량은 다음과 같다.

표  오염면적 및 오염토량

오염물질	A (㎥)	B (㎥)	C (㎥)	D (㎥)	오염 토량 (㎥)	오염 면적 (㎡)
TPH	1,554	0	0	1,036	2,590	1,860
Pb	26.2	104.8	131	0	262	3000
Cu	0	20	0	0	20	65
Zn	31.8	74.2	0	0	106	219
계	1,612	199	131	1,036	2,978	2,461

4.6. TPH 오염 조사결과

TPH 오염지역에 대한 오염도 조사결과는 다음과 같다.

표  TPH 오염도

구분(m)	TPH 조사결과
	D지역					A지역
	BP01	BP19	BP20	Y03	BP26	BP44	BP46	BP47	BP48	BP49	BP50	BP52
0~1	204	1815	599	806	-	741	1017	612	576	191	2681	1199
1~2	775	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2~3	228	-	-	-	50	-	-	-	-	-	-	-
3~4	326	-	-	-	938	-	-	-	-	715	-	-
4~5	-	-	-	-	-	-	-	257	-	-	2585	-
5~6	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1041	-

붉게 표시된 숫자는 우려기준농도(500mg/kg)를 초과한 수치를 나타내며 표층이 심층보다 오염농도가 높게 검출되었다. A지역과 D지역의 TPH 오염이 심각한 상태임을 알 수 있다. (B.T.E.X는 전 지점에서 검출되지 않았다.)

4.7. 중금속 오염 조사결과

중금속 오염지역에 대한 오염도 조사결과는 다음과 같다.

표  중금속 오염도

종류	Pb					Zn		Cu
오염지역	A지역	B지역	C지역			A지역	B지역	B지역
채취위치	BP49	BP67	BP27	BP26	BP23	BP49	BP67	BP67
기준농도	200					300		150
측정농도	470.32	470.71	650	683	270.32	737.57	720.21	450.07

위 수치들은 중금속 오염 기준농도 초과 위치와 그 농도를 나타내고 있다.(D지역은 중금속이 검출되지 않았다.)

5. 적용성 평가 및 설계

5.1. 처리공법 선정

오염지역에 따른 처리공법 선정 결과는 다음과 같다.

표  처리공법 선정

오염지역	A	B	C	D
오염물질	중금속, TPH	중금속 (Pb, Zn, Cu)	Pb	TPH
처리공법	Soil washing	Solidification/ Stabilization	Soil washing Phytoremediation	Bioremediation

Soil washing은 모든 지역에 대해 적용이 가능하지만 추후 부지의 용도를 고려하여 공원 부지로서의 토지 재이용에 적합한 공법을 각각의 오염지역에 맞게 선정하였다.

5.2. A지역 정화 - Washing을 통한 중금속 및 TPH 동시 제거

A지역 정화에 선정한 Soil washing은 유·무기물이 모두 처리 가능하며 토양을 영구 복원할 수 있고 정화에 소요되는 기간이 비교적 짧은 처리공법이다. 또한 2차 오염의 문제가 적으며 성공적으로 세척될 경우 추가공정이 필요하지 않다는 장점을 가지고 있다. 반면 정화 후 폐기물과 폐수가 발생하며 장치설치와 공정운전에 비용이 많이 드는 단점이 있다.

Soil washing을 위해 고려해야 할 인자는 다음과 같다.

표  Soil Washing 고려인자

토양특성	오염물질 특성	세척시스템 특성
- 토양종류 - 수소이온농도 (pH) - 산화환원전위 (Eh) - 양이온 교환능력 (CEC) - 수분함량 - 유기물함량 - 입경분포 - 지질학적 특성	- 오염물질 종류 - 오염물질 농도 - 입자크기 별 오염물질 농도 - 중심 속의 존재(결합)형태 - 처리된 물질 특성화	- 세척시스템 구성 - 세척제 종류 - 세척제 농도

고려인자 중 토양특성은 특히 Soil washing 시스템의 가동에 큰 영향을 주는데 pH, CEC, 유기물 함량은 토양세척효율에 영향을 미치며 그 값이 낮을수록 효율이 높아진다. 토양의 수분함량이 낮은 경우는 물리적 취급문제를 야기할 수 있다. 또한 입경분포는 Soil washing 시스템의 구성에 영향을 미쳐 30~50%의 미사/점토 함량의 토양에는 추가비용이 소요된다.

이러한 인자들을 고려하였을 때 A지역에 Soil washing이 적합한 이유는 A지역은 유기물질(TPH)과 중금속(Pb,Zn)이 공존하는 지역이므로 Soil washing으로 두 가지 오염물질이 함께 제거 가능하다는 점에 있다. 이를 위해 TPH는 90% 이상, 중금속은 70% 이상의 제거효율을 만족하는 Soil washing mechanism을 선택하였다. A지역에 적용될 혼합오염 Soil washing mechanism은 다음과 같다.

그림 11 혼합오염 Soil washing mechanism

이 mechanism을 통해 토양입자 크기별 선별 세척(1mm 이상), 미세토양의 화학적, 물리적 세척(1mm 이하), 폐수처리 후 고액분리(0.02mm 이하)가 이루어진다. 혼합오염에 맞는 세척제로는 산을 단독으로 사용하거나 산과 과산화수소를 혼용하는 방법이 있고 이를 통해 더욱 효율적인 유류와 중금속 제거가 가능하다.

이러한 Soil washing을 거치고 난 후 A지역의 오염물질농도는 다음과 같고 모두 우려기준 이하로 나타났음을 알 수 있다.

표  Soil washing 처리 후 A지역의 오염물질농도

오염물질	최대농도	제거효율	처리 후 오염물질농도
TPH	2681mg/kg	90%	268.1mg/kg
Pb	470mg/kg	70%	141.2mg/kg
Zn	737mg/kg	70%	221.1mg/kg

A지역에 채택한 Soil washing의 정화설비 자본비용은 약 12억 6천만 원이며 일일 가동비는 약 6백만 원이다. 이 설비의 일일 처리량은 100㎥로 A지역의 오염토량(1612㎥)을 모두 처리할 경우 17일이 소요되어 Soil washing을 통한 A지역의 총 정화비용은 약 13억 7천만 원으로 추산된다.

5.3. B지역 정화 - Solidification/Stabilization을 통한 Pb, Zn, Cu 제거

B지역에 선정한 Solidification/Stabilization은 중금속과 같은 무기물질 고정에 효과적이며 사용하는 시약과 첨가제 적용 범위가 매우 넓다. 또한 오염물질의 유동을 95% 이상 감소시켜 노출 가능성을 줄이며 가격이 비교적 저렴한 처리공법이다. 반면 휘발성 유기물질은 고정할 수 없으며 장치의 형태, 크기, 토양의 성분에 따라 소요기간이 다르고 오염물질을 그 위치에 고정시켜 놓기 때문에 중·장기적인 효용성의 문제가 있다.

이 정화공법의 적용방법은 Ex-situ와 In-situ가 있다. Ex-situ는 오염 위치에서 토양을 옮겨내어 정화하는 방법으로 부피가 증가하며 혼합 시 처리기간이 길어지고 정화 후 후처리가 필요하다는 단점이 있다. 반면 In-situ는 오염 위치에서 정화를 실시하는 방법으로 깊이에 따라 특정 장치를 설치해야 하며 시약 주입·혼합과 처리 효율 확인이 어렵다는 단점이 있다. 또한 In-situ 처리 후의 토양은 재이용에 부적합하기 때문에 B지역이 공원 부지로 사용될 것을 고려하여 Ex-situ의 방법을 통해 토양을 정화하고 후처리로 매립하는 방식을 택하였다.

표  Solidification/Stabilization 고려인자

토양특성	오염물질 특성
- 토양입경 - 수분함량 - 토양구조 - 고유투수계수 - 수리전도도 - 지하수위 - 토양온도	- 오염물질 종류 및 농도 - 오염물질 용해도 및 용출가능성 - 안정화된 매체의 강도 및 내구성

Solidification/Stabilization을 위해 고려해야 할 인자는 다음과 같다.

Solidification/Stabilization 방법에 사용하는 첨가제의 종류와 특징은 오염물질 종류에 따라

다음과 같다.

표  첨가제의 종류 및 특징

무기접합제	유기접합제
시멘트, 석회, 비산재(Kiln dust, fly ash), 규산, 점토, 지올라이트	아스팔트, 폴리에틸렌, 레자, 에폭시, 우레아 포름알데하이드, 폴리에스테르
- 비용이 저렴 - 장기적인 안정성 - 구입이 용이 - 독성이 없음	- 용해도 높은 물질 or 유기성 물질 - 안정화 능력이 무기접합제보다 큼 - 가격이 비쌈 - 고도의 기술

B지역의 오염물질은 Pb, Zn, Cu와 같은 중금속이므로 무기접합제인 시멘트를 첨가제로 선택하였으며 구체적으로는 Portland 시멘트를 사용하였다. 이에 따른 공정가격은 ㎥당 13만원이므로 B지역(199㎥)의 총 정화비용은 약 2천 5백만 원이다. 이 때 사용되는 Portland 시멘트 양은 150kg/㎥이며 Portland 시멘트의 수화반응은 다음과 같다.

표  Portland 시멘트의 수화반응

Stage 1	3CaO·Al2O3 + 3CaSO4 + 32H2O → 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O (ettringite)
Stage 2	2(3CaO·SiO2) + 6H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O(C-S-H) + 3Ca(OH)2 : tobernorite like phase 2(2CaO·SiO2) + 4H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O(C-S-H) + Ca(OH)2
Stage 3	3CaO·Al2O3 + Ca(OH)2 + 12H2O → 4CaO·Al2O3·13H2O 4CaO·Al2O3·Fe2O3 + 4Ca(OH)2 + 22H2O → 4CaO·Al2O3·13H2O + 4CaO·Fe2O3·13H2O
Stage 4	2(3CaO·Al2O3) + 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O + 4H2O → 3(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O) : monosulfate

5.4. C지역 정화 - 2차 처리법 : Phytoremediation을 통한 Pb 제거

C지역에 선정한 Phytoremediation은 식물을 이용하여 환경의 교란을 최소화하며 2차 부산물의 발생이 적고 비용이 비교적 적게 드는 정화방법이다. 반면 고농도 오염물질의 처리에 한계가 있고 처리기간이 길다는 점에서 그 적용이 한정적이다. Phytoremediation의 각 처리 원리별 적용 가능한 오염물질 및 식물은 다음과 같다.

표  Phytoremediation의 각 처리 원리별 적용 가능한 오염물질 및 식물

처리 원리	오염물질	대표적인 식물
식물에 의한 추출 (Phytoextraction)	- 중금속(Pb, Cd, Zn, Ni, Cu, Se) - 방사능 물질	해바라기, 인도겨자, 보리, 십자화과 식물, 쐐기풀, 민들레 등
식물에 의한 분해 (Phytodegradation)	- 방향족 탄화수소 - 할로겐화된 방향족 탄화수소 - 유기인화합물 - 유레아제(urease) - 니트로방향족 탄화수소 (nitroaromatichydrocarbons) - 중금속	포플러 나무, 사시나무, 버드나무, 콩과식물(자주개자리), 벼과 식물, 앵무새 털풀, 수생서양가새풀
식물에 의한 안정화 (Phytostabilization)	- 방향족 탄화수소 - 할로겐화된 방향족 탄화수소	포플러 나무, 사시나무, 버드나무, 뿌리가 섬유다발처럼 잘 발달되어 있는 초본류

C지역은 Pb에 의한 단일오염이 이루어진 지역으로 Pb는 인간과 동물의 뼈 속에 축적되거나 적혈구 세포에 잔류하면서 신경계, 신장 등에 영향을 미치며, 특히 영, 유아들에게는 행동과 발달장애를 유발하기도 하는 매우 유해한 중금속이다. Phytoremediation을 적용할 경우 Pb으로 오염된 1 acre의 면적을 정화하는데 소요되는 비용은 15만~25만 달러로 전통적인 정화방법의 약 35~50% 수준이다. C지역의 정화에는 Pb 정화에 특화된 임목(포플러, 박달나무)을 이용하는 방법을 선택하였다. 임목을 이용한 방법은 초본류에 비해 수명이 월등히 길고 오염물질을 흡수할 수 있는 범위가 커서 정화 효과가 더 높을 것으로 기대된다. 1년생 현사시와 박달나무는 , 뿌리 조직 1kg당 각각 32g 및 30g의 Pb을 흡수할 수 있다. 특히 1년생 현사시 1본은 최고 145mg의 Pb을 흡수, 제거할 수 있으며, Pb 오염지역에 식재된 3년생 현사시 1,000본은 토양으로부터 매년 약 7kg 이상의 Pb을 흡수, 제거할 수 있고, 수령이 증가함에 따라 흡수할 수 있는 Pb의 양도 대폭 증가할 것으로 예상된다. Pb 흡수에 효과적인 포플러의 특성은 다음과 같으며 나무의 생장속도가 매우 빠른 것을 알 수 있다.

사시나무 속을 뜻함

사시나무 종류 중 하나, 수원사시나무와 은백양의 자연잡종

표  포플러의 특성

Scientific Name	Populus
Salt Tolerance	Moderate-High(3600 ppm)
Water Uptake	30-150 L/day
Growth Rate	Rapid (1.2-3m/yr)
Planting Density	1500-2500/ha
Area of Water Extraction (extent of roots)	3-9m diameter
Root Depth	0.9-3.6m
Leaf Retention	Decidous

Phytoremediation을 위해 고려해야 할 인자는 다음과 같다.

표  Phytoremediation의 고려인자

토양특성	오염물질 특성	식물특성
- 오염깊이 - 토성 - 토양온도 - pH - 수분함량 - 무기영양분	- 오염물질 종류 - 농도 및 독성 - 생분해성 - 용해도 및 분배계수(Kow) - 휘발성(증기압 및 헨리상수)	- 식물종 - 생장율 및 생장기간 - 독성에 대한 내성

위의 고려인자들 중 오염깊이는 식물이 뿌리를 뻗을 수 있는 3m 범위 내에 오염물질이 위치해야 하며 토성은 식물 식재에 적합한 양토(모래 40%, 미사 40%, 점토 20% 가량)여야 하고 토양 pH는 7.2 이상인 토양특성을 만족하여야 한다. 또한 식물의 독성에 대한 내성을 고려하여야 한다. C지역은 이러한 조건들을 모두 부합하여 Phytoremediation에 매우 적합한 지역이라고 할 수 있다.(오염깊이 : 0~2m, 토성 : 모래 45%, 미사 40%, 점토 15% 가량의 양토, 토양 pH : 석회나 석고를 넣어 pH 교정 가능, 오염농도 및 독성 : 현사시와 박달나무의 경우 1500mg/kg의 Pb 농도에 대해서도 Pb에 대한 적응 능력을 보임) 또한 이후 공원 부지로 이용될 경우 식재된 나무를 통한 조경효과를 기대할 수 있다.

C지역의 Pb 오염 최고 농도 : 683.49mg/kg

하지만 단일공법으로써 Phytoremediation만을 통해 C지역의 Pb 오염을 처리하기 위해서는 부지가 수용할 수 없는 많은 수의 수목으로도 20년 이상의 긴 처리기간이 필요하고 나무에 축척되는 Pb의 농도 또한 매우 높아진다. 그러므로 C지역에 대해서는 1차 정화기술로 Soil washing을 실시하고 2차 처리법으로 Phytoremediation을 적용하도록 한다. 이는 Soil washing 실시 후 잔류 Pb 오염농도가 205.04mg/kg으로 Pb 오염 우려기준인 200mg/kg에 근접하여 유사한 2차 처리 시 가격 대비 정화의 의미가 떨어지기 때문이며 따라서 비교적 가격이 저렴하고 자연 친화적인 Phytoremediation을 2차 처리방법으로 도입하였다.

Soil washing의 중금속 제거 효율 : 70%

Pb 흡수 임목으로 포플러를 심을 경우 1본당 6㎡의 밀도로 C지역 전체(1500㎡)에 대해서 약 250본을 심을 수 있으며 Pb 오염 우려기준인 200mg/kg에 도달하기까지는 약 1년이 소요될 것으로 예상된다.(3년생 현사시 250본 기준) 이후 공원 부지로 이용될 점을 고려하였을 때 포플러의 생장기간은 20년에서 40년이므로 정화 목표치까지 도달한 후에도 추가적인 Pb 제거가 가능하다.

5.5. D지역 정화 - Bioremediation을 통한 TPH 제거

D지역 정화에 선정한 Bioremediation은 오염부지에 적절한 수의 관정을 오염깊이까지 삽입, 설치 후 오염되지 않은 물에 산소 및 질소, 인과 같은 영양물질을 섞어 토양에 주입함으로써 이루어진다. Bioremediation은 미생물에 의하여 분해가 가능한 할로겐 및 비할로겐 VOCs, 비할로겐 SVOCs, 유류 등으로 오염된 토양을 처리할 수 있으나 클로로포름, 살충제와 같은 할로겐 SVOCs, 금속과 같은 무기물질 및 방사성 물질은 분해가 전혀 이루어지지 않기 때문에 적용이 용이하지 않다. 또한 In-situ 기술로써의 Bioremediation은 지중에 관정을 삽입하여 산소 및 영양물질 등을 공급하기 때문에 굴착 및 이송 등에 비용이 소요되지 않고 오염된 토양 및 지하수를 동시에 처리할 수 있으며, 생분해 과정에서 무독한 부산물을 생성시키기 때문에 후처리 시설이 필요치 않아 타 기술에 비하여 비교적 경제적인 장점이 있다. 그러나 본 기술과 같이 생분해를 이용하는 기술은 물리/화학적인 기술에 비하여 처리기간이 긴 단점을 가지고 있기 때문에 긴급히 오염지역을 정화해야 하는 경우에는 적용이 용이하지 않다. 미생물에 의한 분해가 가능한 유기물 외에 분해되지 않은 무기물질의 경우에는 본 기술을 사용할 수 없으며, 유기물이라도 난분해성인 물질인 경우 분해하는데 수년이 걸리거나 때때로 오염물질이 초기 오염물질보다 독성 및 이동성이 증가된 중간생성물질을 생성하여 지하수까지 오염을 확산시키기도 한다.

Bioremediation의 주요 구성요소는 오염물질의 존재와 그 특정 오염물질을 분해할 수 있는 미생물의 존재, 전자 수용체의 존재이며 Bioremediation을 위해 고려해야 할 인자는 다음과 같다.

표  Bioremediation의 고려인자

토양특성

- 토성

- 영양분 함량

- 함수율

- pH

- 토양 온도

- 미생물

- 산화환원전위

고려인자의 토양특성 중 영양분 함량, 함수율, pH, 토양 온도는 미생물의 분해속도와 반응완결에 영향을 미치는 주요한 요소이다.

Bioremediation에는 토양의 상태 및 오염물질의 종류에 따라 다양한 기술이 존재하며  Bioremediation 기술 결정 Framework은 다음과 같다.

그림 12 Bioremediation 기술 결정 Framework

위의 Framework을 통해 D지역은 Vadose zone treatment 기술을 채택하였다.

5.6. 정화비용 내역서

A~D지역의 총 정화비용 내역은 다음과 같다.

표  정화비용 내역서

공정(지역)	적용량	총 비용	Soil washing(단일공정)
Soil washing(A)	1612㎥(+131㎥)	13억 8천만 원
Solidification(B)	199㎥	2천 6백만 원
Phytoremediation(C)	131㎥(250본)	2천 5백만 원
Bioremediation(D)	1036㎥	2천 8백만 원
계		14억6천만 원	14억 6천만 원

6. 결론 및 한계점

6.1. 결론

5.6.의 정화비용 내역을 통해 복합공정이 단일공정(Soil washing)과 경제적인 측면에서는 큰 차이가 없다는 것을 알 수 있었다. 하지만 복합공정 도입을 통해 동시다발적인 처리공정으로 처리효율성을 증대시키고 정화기간을 단축시킬 수 있다. 또한 C, D지역에 적용된 Phytoremediation과 Bioremediation은 국내 적용 사례가 적은 지속 가능한 정화기술로써 토양의 적응력을 증진시켜 추후에 부지가 공원으로 이용될 경우 토지 재이용이 가능하다. 따라서 본 보고서에서는 경제성보다 효율성과 사후용도 고려에 무게를 두어 복합공정이 단일공정에 대해 이점을 가진다고 보았다.

6.2. 연구 한계점 및 개선방안

이상에서 살펴 본 정화기법들은 각각의 한계점을 지닌다. 우선 Soil washing의 경우 고비용이 요구되는 방법이며 washing 면적에 상관없이 장치사용 공간을 필요로 한다. 또한 washing 후 배출되는 오염수의 사후처리 공정이 추가적으로 필요하다. Solidification/Stabilization은 Ex-situ 시 화학반응에 의해 오염물질의 독성이 높아질 수 있고 이에 대한 세심한 후처리가 요구된다. Phytoremediation의 경우는 2차 오염의 위험이 존재할 수 있고 후에 오염된 식물을 소각하는 등의 후처리가 시행되어야 한다. 하지만 본 보고서에서 사용되는 포플러는 먹을 수 있는 작물이 아니고 Pb가 뿌리 조직에 저장된다는 점에서 이러한 2차 오염의 위험을 최소화하고자 했다. 또한 다른 물리·화학적 처리방법에서도 후처리가 필요한 폐기물이 생성되므로 Phytoremediation만의 단점으로 작용하기는 어렵다고 판단된다. Bioremediation의 한계점에는 아직 현장 적용 사례가 적어 연구실 조건과 다른 현장 조건에 대한 효율예상이 어렵다는 점이 있다.

7. 참고 문헌

- “부평 부영공원, 중금속·다이옥신 등 오염 심각”, <메디컬투데이>, 2012년 4월 24일

- “인천 부평구, 부영공원 ‘기형 맹꽁이’ 진상조사 착수, <중부일보>, 2013년 8월 29일

- “부평미군기지 공원화 의견수렴”, <IT타임즈>, 2013년 8월 6일

- 캠프마켓 기초조사 보고서 1장 요약 및 서론

- 캠프마켓 기초조사 보고서 2장 개황조사

- 캠프마켓 기초조사 보고서 5장 결론

- 김수곤 외, “복합오염토양 정화용 다기능성 토양세척시스템의 상용화 연구”, 환경부 보고서, 2009년

- 《오염토양 정화방법 가이드라인》, 환경부, 2007년

- Environ. Sci. Tech., 1997년, pp.860-865

- Advances in Agronomy, 1991년, pp.55-114

- 서승진, “임목을 이용한 중금속 정화방법 구명”, 산림청, 2002년

- Dan Leigh · Jorge Matos · Pat Brooks, “Evaluation of Phytoremediation for Groundwater Control at a Landfill Site in California", Shaw Environmental & Infrastructure, Inc.

- 김지영 · 이상섭, “토양내 TPH의 생물학적 분해 연구”

- Dana L. Donlon · J.W. Bauder, “A General Essay on Bioremediation of Contaminated Soil”