부평 부영공원 혼합오염 정화

- TPH 및 중금속 오염 -

지하수 및 토양오염

공과대학 건설환경공학부

2009-12039 김진영

[목 차]

1. 부지결정	1

1.1 토양오염의 정의와 원인	1

1.2 혼합오염	1

1.3 부영공원	1

2. 부지현황	2

2.1 부지개요	2

2.2 과거 미군기지로서의 부영공원	2

2.3 주변 입지	2

2.4 공원조성 추진	2

3. 기초조사	3

3.1 지형 및 지질	3

3.2 지형경사도 및 수계	3

3.3 위해성 평가	3

4. 정밀조사	4

4.1 조사철자	4

4.2 시료 채취 및 오염현황	4

4.3 오염물질에 따른 분포현황	4

4.4 오염물질에 따른 지역 구분	5

4.5 오염면적 및 오염토량	6

4.6 TPH 오염 조사결과	6

4.7 중금속 오염 기준 초과 위치 및 결과	6

5. 적용성 평가 및 설계	7

5.1 처리공법 선정	7

5.2 A지역 정화 - Soil washing	7

5.3 B지역 - 고형화/안정화	7

5.4 C지역 - Phytoremediation	8

5.5 D지역 - Biodegredation	8

6. 연구 한계점 및 개선방안	8

1. 부지결정

1.1 토양오염의 정의와 원인

토양오염이란 인간의 활동에 의해 만들어지는 여러 가지 물질이 토양에 들어감으로써 토양이 환경구성요소로서의 기능을 상실하는 것을 말한다. 토양오염의 원인으로는 다음과 같은 이유들이 있다.

① Cd, Zn 함유한 비료와 농약의 과다사용

② 오니(Sewage sludge)의 방출

③ 광산 및 제련 활동에 의해 발생된 광석 더미, 폐수방출

④ 도시 및 산업 폐기물, 쓰레기 매립

⑤ 화석 원료 소각

⑥ 지하 유류저장탱크

1.2 혼합오염

오늘날과 같이 급속도로 발전된 현대사회에서는 위의 원인 중 한가지로만 토양이 오염되는 것이 아니라 여러 요인들이 복합적으로 관련된 혼합오염 사례가 더 많은 이목을 끌고 있다. 그중에서도 현재 많은 이슈가 되고 있는 곳으로는 인천 부평구 부영공원이 있는데 이곳에서는 중금속과 다이옥신 등의 물질들이 복합적으로 오염되어있으며 이 여파로 인해 기형 맹꽁이가 발견되는 등 지역주민들에게 심각한 문제가 되고 있다.

1.3 부영공원

부영공원 부지는 인천광역시 부평구에 위치해있는, 2002년에 조성된 곳으로서 과거 미군 부대의 군사기지로 쓰였던 부지이다. 공원 주변에는 생활, 주거, 교육 시설들이 밀집되어있어 공원으로서의 입지가 매우 좋으며 현재는 지역 사회인 야구팀들이 야구장에서 자주 경기를 치루고 있다. 이처럼 주변에 사회 시설들이 밀집해있으며 많은 사람들이 이용하는 곳이기 때문에 토양오염 문제의 해결이 시급하다. 향후 이 지역이 공원으로서 시민들에게 개방될 지역이기 때문에 정화 시에 토지의 재이용에 대한 고려가 필요하기 때문에 이 지역을 정화설계 부지로 선택하였다. 마지막으로 이곳을 정화 부지로 설정한 이유는 아직 실제로 정화가 일어나지 않은 지역으로써 지금까지 배운 내용으로 먼저 정화설계를 해보는 것이 수업 목적에 부합하는 정화 기술적용이라 생각하였기 때문이다.

2. 부지현황

2.1 부지개요

부영공원은 인천광역시 부평구 산곡동에 위치한 면적 7만 1700여 m2에 해당되는 부지로써 과거에 미군 군사기지로 사용되었던 곳이다. 이곳에 주요 오염원인으로는 수은폐기물, 배터리, 의약품, 용제 슬러지, 석면, 트랜스포머 오일, 폴리염화비페닐(PCBs)등이 있으며 이번 부지 조사에서는 TPH(석유계 총 탄화수소), 벤젠, 크실렌, 납, 구리, 아연, 비소에 대하여 조사하였다.

그림  부영공원

그림  과거 미군기지내 유류시설

2.2 과거 미군기지로서의 부영공원

미군기지로서 오래전부터 그 역할을 하였기 때문에 그 모습이 여전히 많이 남아있다. 특히 부지 내에는 수많은 유류탱크시설과 재활용 유통센터, 폐품 처리소들이 위치되어있는데 미군들이 철수한 이후로 그대로 방치되고 있으며 미군들이 사용할 당시에도 외부에 수많은 노출이 있었을 것이라 예상된다, 이런 이유 때문에 이 지역에는 장기간동안 많은 토양오염이 있었을 것이라 예상하였다.

2.3 주변 입지

부영공원은 부평구 산곡동에 위치한 수 많은 아파트들 한가운데에 위치하여있어 이 지역에 오염물질들이 있었다면 그동안 오염된 물질들이 주민들에게 영향을 미쳤을 가능성이 매우 높음을 알 수 있다. 이는 추후 위해성평가시에 다시 한번 고려될 것이다.

2.4 공원조성 추진

이 부영공원부지는 장차 시민들에게 개방될 공원부지로써 단순히 오염물질을 정화할 것이 아니라 공원부지로써 목표정화치를 높여서 정화설계를 해야할 필요가 있다. 또한 한 순간에 해결되는 토양정화방법이 아닌 지속가능한 설계방법을 이용해야할 필요가 있다.

3. 기초조사

3.1 지형 및 지질

부영공원 아래 토양은 지하수가 흐르면서 생긴 퇴적물질로 이루어진 층인 충적층으로 이루어져있다.

그림  부영공원 지형 및 지질

그림  지형경사도 및 수계

3.2 지형경사도 및 수계

부영공원 지하에는 굴포천의 지류가 흐르고 있다. 부영공원 남서쪽은 그 지대가 높고 북동쪽은 낮아서 지하수가 북동쪽 방향으로 흐르고 이는 장차 한강 수계에 합류하게 된다. 따라서 부영공원에 있는 오염물질들이 한강으로 흐르게 될 가능성이 있다.

3.3 위해성 평가

부영공원 주변에는 아파트 단지가 위치하고 있어 그 노출가능성이 매우 높으며 이 지역에는 TPH뿐 아니라 여러 종류의 중금속들이 오염되어있어 인체에 매우 유해할 것으로 예상된다. 또한 부영공원 맞은편에 위치한 부평공원의 경우, 이전에 부영공원과 같이 미군 군사기지로 사용되었으나 현재는 공원으로 조성된 지역인데 이 지역에도 아직 정화되지 않은 오염물질이 상당한 것으로 알려져 있어 부영공원과 함께 이 지역 전체 주민들에게 위험이 되고 있다. 마지막으로 부영공원 지하의 충적층을 지나 지하수계를 따라 굴포천으로 유입될 가능성이 높으므로 이 지역은 위해성이 높으며 정화가 필요한 지역임을 알 수 있다.

4. 정밀조사

4.1 조사철자

정밀조사 단계는 다음의 순서로 진행되었다.

① 개황조사

② 기초자료조사 및 현황조사, 주민 청취조사

③ 1차 시료채취/분석 (토양오염, 고엽제)

④ 오염개연성 파악, 2차 조사 계획

⑤ 2차 시료채취/분석 (토양오염, 고엽제)

⑥ 오염도 종합평가 및 완료보고

4.2 시료 채취 및 오염현황

아래 그림과 같은 지역에서 기존 부평 미군기지 시설 내 폐기물 처리 지역 시료를 채취한 결과 다음 표와 같은 오염현황을 볼 수 있었다.

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

그림  시료채취 구역

4.3 오염물질에 따른 분포현황

오염물질(TPH, Cu, Pb, Zn)에 따라서 분포 현황도를 다시 나타내면 다음 그림과 같다.

그림  TPH 오염지역

그림  Cu 오염지역

그림  납 오염지역

그림  아연 오염지역

4.4 오염물질에 따른 지역 구분

오염물질에 따라 A~D의 4지역으로 나누고 지역의 특성을 살펴보았다.

그림  오염지역 구분

4.5 오염면적 및 오염토량

각 지역에 따른 오염면적 및 오염토량은 다음 표과 같다.

표  오염면적 및 오염토량

오염물질	A(m2)	B(m2)	C(m2)	D(m2)	오염토량(m2)	오염면적(m2)
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 오염 조사결과는 다음 표와 같다. 부영공원 부지에서 표층이 심층보다 오염농도가 높게 검출되었으며 BTEX는 전 지역에서 검출되지 않았다. 붉은 글자로 표시된 지역은 오염기준농도인 500mg/kg을 초과한 지역이다. 상당한 구간에서 오염물질이 기준을 초과했음을 알 수 있다.

표  TPH 조사결과

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	-

4.7 중금속 오염 기준 초과 위치 및 결과

중금속 오염기준 초과 위치를 조사한 결과는 다음과 같다. A지역에서는 BP49 지역에서 납, 아연이 검출되었고 B지역에서는 BP67지역에서 납, 아연, 구리가 모두, C지역에서는 BP27, BP26, BP23 지역에서 납이 검출되었다., 마지막으로 D지역에서는 아무 중금속도 검출되지 않았다.

표  중금속 조사결과

중금속조사결과
종류	Pb					Zn			Cu
채취 위치	BP67	BP49	BP27	BP26	BP23	BP67	BP49		BP67
기준 농도	200 mg/kg					300 mg/kg			150 mg/kg
측정 농도	470.71 mg/kg	470.32 mg/kg	650 mg/kg	683 mg/kg	270.32 mg/kg	720.21 mg/kg		737.57 mg/kg	450.07 mg/kg

5. 적용성 평가 및 설계

5.1 처리공법 선정

환경부에서 제시한 각 오염물질에 대한 처리공법들을 활용하여 A~D지역에 적합한 정화공법을 선정해보았다. 모든 지역에 soil washing이 가능하나 조금 더 경제적이고 장차 공원부지가 될 이 지역의 특성을 생각하여 구역에 따른 각각의 공법을 선택하였다. 구역에 따라 선택한 공법은 다음과 같다.

표  처리공법 선정

오염지역	A	B	C	D
오염물질	TPH	중금속 (Pb, Zn, Cu)	Pb	TPH
사용공법	soil washing	solidification/ stabilization	soil washing/ phytoremediation	bioremediation

5.2 A지역 정화 - Soil washing

soil washing은 유, 무기물을 모두 처리할 수 있으며, 토양을 영구적으로 복원할 수 있고 정화하는 데에 소요되는 시간이 상대적으로 짧아 선호되는 방법이다. 이때, 2차오염의 문제가 적고 성공 시에는 추가공정이 필요 없어서 유리한 점이 많은 정화기법이다. 단 정화 후에 폐기물과 폐수가 발생하고 장치설치와 공정운전에 자본이 많이 든다는 단점이 있다.

A지역은 금속과 유기물질이 공존하는 지역으로 soil washing을 통해 대부분의 오염물질이 제거 가능하므로 soil washing을 선택하였다. 한 업체에서 제시한 메커니즘에 의하면 soil washing을 하였을 때, TPH는 90%이상, 중금속은 70%이상 제거하는 모습을 보였다. 이때 복합오염에 맞는 세척제(산을 단독으로 사용하거나 산과 과산화수소를 혼용)를 사용하면 유류와 중금속을 제거하는데 더 효율적이다.

A지역에서 soil washing을 한 후 남는 오염물질의 양을 계산해 본 결과 TPH(2681 → 268.1mg/kg) , Pb(470 → 141.2mg/kg) , Zn(737 → 221.1mg/kg)으로 모두 우려기준 안쪽으로 들어오게 되어 정화에 성공했다고 할 수 있다. 이때 정화설비에 필요한 자본비용은 약 1억 3천 7백만 원으로 다른 정화기법에 비해 비싸긴 하지만 시간과 정화능력관점에서는 유리한 기법이었다.

5.3 B지역 - 고형화/안정화

고형화/안정화 기법은 가격이 비교적 저렴하며 중금속 등 무기물질 고정에 매우 효과적이다. 단 소요기간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 장차 공원용지로 사용될 예정이기 때문에 In-Situ 기법을 사용하게 되면 고형화 시킨 후에도 토양에 계속 남게 되어 잠재적인 오염원이 될 수 있으므로 Ex-Situ 기법을 진행한 후 후처리로 매립시키는 방법을 사용하였다. 이때, 무기접합제인 시멘트를 사용하여 저렴한 비용과 장기적인 안정성으로 처리할 수 있다. B지역에서 필요한 자본비용은 약 2천6백만 원으로 산정되었다.

5.4 C지역 - Phytoremediation

Phytoremediation 기법은 비용이 적게 들며 환경의 교란을 최소화 시킬 수 있어 공원부지로 사용될 이 지역에 가장 적합한 방법이라 생각된다. 하지만 긴 처리기간과 고농도 오염물질 처리의 한계가 있어 자세히 계산을 해보았다.

C지역의 납 오염 최고농도는 683mg/kg으로 Phytoremediation 방법만으로 정화를 한다면 23년 동안 현사시 나무 3000그루로 정화를 해야 되는데 이는 당장 공원부지로 사용될 지역에 올바른 정화기법이라고 생각되지 않았다. 따라서 높은 오염농도인 Pb을 1차적으로 soil washing을 시킨 후 남는 오염물질을 Phytoremediation기법을 통해서 차차 정화시키는 방법을 사용하였다. 이렇게 되면 그 나무들이 공원의 경관도 좋게 해줄뿐더러 남는 소량의 오염물질을 큰 비용 없이 처리하게 된다.

5.5 D지역 - Biodegradation

Biodegradation의 경우 비용이 적게 들고 후처리 시설이 불필요하며 Phytoremediation과 같이 환경의 교란을 최소화 할 수 있어서 공원부지에 적합한 방법이라 생각되어서 이 기법에 대한 조사를 해보았다. 하지만 아직 Biodegradation같은 경우 그 사용사례가 많지 않으며 실험실 조건과 실제 조건이 많이 달라 그 적용성을 평가하기는 어려움이 있었다. 미생물의 분해속도와 관련이 있는 토성, 함수율 pH등의 성질을 고려하여 적용시키는 방법을 더 알아 보아야할 것이다.

6. 연구 한계점 및 개선방안

먼저 soil washing의 경우 비용이 많이 들고 장치사용공간을 많이 차지하며 세척 후 나오는 폐수를 처리하는 공정이 필요하므로 이를 고려하여야한다. 고형화/안정화 기법의 경우 Ex-Situ를 하기로 하였는데 이때 화학반응에 의해 오염물질이 독성을 가질 수 있으므로 오염 감염에 주의하여야한다. Biodegradation의 경우 위에서 말했듯이 그 효용성에 대한 평가가 잘 이루어지지 않았기 때문에 일단은 soil washing의 기법 등을 통해서 오염물질을 제거할 수 있겠지만 장차 공원부지로 사용될 지역이기 때문에 친환경적인 방법을 더 생각해서 적용하는 것이 좋겠다. 마지막으로 우리가 설계해본 구역에 따라 다른 정화기법을 사용해보는 방법이 일괄적으로 soil washing을 한 방법에 비해서 크게 경제적으로 뛰어나지 않았다. 하지만 단순히 soil washing을 하게 될 경우 동시적인 처리공정을 할 수 없어 소요기간이 오래 걸릴 것이며 원래 토양이 가지고 있던 영양물질들도 다 씻겨 추후 공원이 될 부지에서 생물들이 살아가기 힘들 것이다. 따라서 비용면세서 큰 이익이 되지는 않겠지만 공원부지로서의 특성을 생각한 정화설계방법이 더 좋은 정화방법이라 생각된다.