1 2 3 강릉시 옥계면의 공업단지 정화 중금속 정화를 중심으로 김상현 양우진 윤누리 한정호 Imasha 지하수 및 토양오염 1 2 3 강릉시 옥계면의 공업단지 정화 중금속 정화를 중심으로 김상현 양우진 윤누리 한정호 Imasha 2013.12.10

Contents Part I 지역 조사 Part II 오염물질 Part III 정화기술 소개 및 선정 Part IV 평가

1. 지역 조사

1. 지역 조사 출처: http://www.ajunews.com/kor/view.jsp?newsId=20130721000036

1. 지역 조사 폐광산 해변가 두 개의 천으로 둘러 싸임 천 너머 주거 단지 및 들판 1 2 3 약 40,000 m2 면적 4

1. 지역 조사 바다 여성수련원 100m 450m 주거단지

1. 지역 조사 ⑤ 폐광산 주변 지역 약 40,000 m2 ① ② ③ ④ 수련원 + 공터 약 20,000 m2 산업단지에서 뻗어나가는 3 방향으로 각각 조사 + 주거단지쪽 + 들판쪽 토양 조사 ④ 주거단지 밀집 지역 약 50,000m2

1. 지역 조사 ICP-MS 기법  시료에 포함된 오염물질 파악 Department Stores 28.7% Health/Beauty Stores 13.9% Hypermarkets 26.5% ICP-MS : Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy (유도결합플라즈마-질량분석기) 시편을 약 6000도의 플라즈마에서 이온화시킨 후 각 이온의 특성에 따라 정량 정성분석이 가능한 질량분석기를 이용하여 시료에 있는 원소의 성분이나 함량을 알아내는 분석방법

2. 오염물질

2. 오염물질 전체 금속 중 Pb 33%, As 60% 차지 ④ ⑤ Pb 오염 심각 표토 As 오염 심각 Sample 표토 (30 cm) (단위 : mg/kg) Pb As Hg Cd Cu P Cl 1 4004 124 0.09 74.8 29.6 4.2 0.13 2 3707 923 0.15 68.13 47.6 5.2 3 286.3 432.3 0.23 8.928 23.17 3.3 0.18 4 407.4 150 0.16 15.61 21.3 4.3 5 494 228 0.08 24.88 33.6 Pb 오염 심각 ④ ⑤ 표토 As 오염 심각 전체 금속 중 Pb 33%, As 60% 차지 Sample 심토 (140 cm) (단위 : mg/kg) Pb As Hg Cd Cu P Cl 1 1319 50 - 343 18.7 0.03 2 5214 42 410.6 16.6 0.02 3 386.8 23 7.259 18.09 4 1633 69 15.51 54.92 5 430.4 0.08 52.64 88 2.2

As Pb 2. 오염물질 LD50 = 100mg/kg 메스꺼움 백, 적혈구 생산 감소 불임, 유산 DNA 손상 신경 손상 피부암, 폐암, 간암, 림프암 As LD50 = 450mg/kg 지능 감소, 주의력 결핍, 행동 및 언어 장애 불임, 고혈압, 소화질환, 신경질환 근육 및 관절통 경련, 의식 불명, 사망 임신 중 태아 뇌질환 혹은 사망 Pb

2. 오염물질 표토 : d<30cm 비소와 납의 오염수준 대책기준 초과 심토 : d>140cm 비소, 납의 오염 농도 심각한 수준 심토 : d>140cm 비소 : 오염수준 우려기준 초과 납 : 오염수준 대책기준 초과 납의 오염 농도 심각한 수준

3. 정화기술 소개 및 선정

3. 정화기술 소개 및 선정 (1) 굴착 여부 굴착 여부에 따른 정화 기술 In-situ 기법 선택 굴착 불필요 굴착 필요 In-situ Ex-situ In-situ 기법 선택 작업자의 오염물질 노출 위험성 낮음 지반 교란의 최소화와 지상 시설물을 유지한 채 적용 가능 가용부지가 한정적일 경우에 더욱 용이 굴착 비용이 소요되지 않음

동전기정화법(Electrokinetics) 원위치 토양세정법(Soil flushing) 3. 정화기술 소개 및 선정 (1) 여러 정화 기술의 특징 동전기정화법(Electrokinetics) 원위치 토양세정법(Soil flushing) 땅 속에 전류를 공급해 중금속 이동, 제거 굴착이 불필요 추출 폐액에 대한 추가적 처리 필요 토양 불균질에 따른 효율 저하 세척제를 토양으로 주입하여 중금속을 탈착, 용해 후 다른 한쪽에서 세척액 양수 및 처리 굴착 불필요하나 세척액 경로조절 실패시 주변토양 오염 확산 가능 높은 처리 비용 원위치 고형화/안정화 기법 화학 제제를 주입하여 화학반응에 의해 오염물질의 독성과 이동성 감소 토양의 물성을 변화시키지 않고 위해성 저감 가능 경제적 + 2차 처리 필요, ex situ는 우리나라 특성상 효율성 나쁨  원위치 고형화/안정화 기법 사용 원위치 고형화/안정화 기법 선택

3. 정화기술 소개 및 선정 (1) 원위치(in-situ) 고형화/안정화 기법 고형화/안정화 기법 모식도 공법개요 공법 소개 화학제제 투입 무기물질 처리에 적합 오염물질의 고형화 용해도 감소 강우나 지하수에 의한 용출 제어 철 ,인산염 제제 투입 납, 비소 공통적으로 처리 가능 장점 오염물질의 확산을 신속하게 억제 주변 상황에 관계 없이 저렴하게 정화 가능  주거지 지역에 적용 가능 고형화된 반응물질은 환경적으로 무해함 친환경적 원위치 기법 작업자의 오염물질 노출위험 감소 가용부지가 한정된 우리나라에서 효용 높음 화학적 제제를 투입하여 중금속이 쉽게 용출되지 않도록 이동성을 감소시키고, 독성이 없는 반응물질을 만듦으로써 친환경적.

단일 고정화 제제보다는 복합 고정화 제제의 투입을 통한 효율성 증대 3. 정화기술 소개 및 선정 (1) 원위치(in-situ) 고형화/안정화 기법 철 제제 FSM 인산염 제제 MKP 물에 대한 용해도 큼  액상 고정화제로 활용성 높음 비소 고정화에 높은 효율성 납의 경우에는 초기에 높은 고정화율을 보이나 시간이 지남에 따라 잔류 납 농도가 증가 광범위한 pH 조건에서 안정한 반응물 생성 용해도 낮은 새로운 광물 형성 납 고정화에 높은 효율성 복합 고정화 제제 투입 효율정 제고를 위한 고정화 제제의 적절한 선택 단일 고정화 제제보다는 복합 고정화 제제의 투입을 통한 효율성 증대

3. 정화기술 소개 및 선정 (2) In – Situ 적용 자연친화적인 환경정화기술. 생물학적 처리 Phytoremediation 식물정화 모식도 공법개요 공법 소개 In – Situ 적용 생물학적 처리 토양매질에 적합 자연친화적인 환경정화기술. 식물을 식재  오염물질을 정화 수확하여 처리하는 방법 장점 환경 교란 최소화(태양 에너지에 의한 청정기술) 부산물 생성이 적고 환경 친화적인 공정 토양이 부지 내에 유지될 수 있다. 지역 주민 등에게 호감적인 이미지의 처리 공법 현장 적용성 우수. 다른 생물학적 공정에 비해 20% 이상 비용이 저렴, 물리화학적 기법에 비해 10% 정도 비용이 절감

3. 정화기술 소개 및 선정 (2) Phytoremediation - 달맞이꽃 2년생 귀화 식물. 달맞이꽃 사진 특징 2년생 귀화 식물. 다양한 종류의 광산 지역 뿐 아니라 일반 지역에서도 광범위하게 관찰 큰 생체량 많은 종자생산 고온과 건조에 대한 저항성 광산지역에서 자연 선발된 계통. 다량의 비소를 축적하는 동시에 납 역시 축적 장점

+ + + = 3. 정화기술 소개 및 선정 (2) + Phytoremediation 적용가능 중금속 고축적능 Goal 기술의 효율적 도입 위한 조건 효과적 감소 지속적 피복 생존 가능 비용 효율적 1 중금속 고축적능 + + + + = Goal 2 높은 생체량 지역의 특징 식피 없는 나대지 비바람에 의한 오염물질 유거  토양 침식 가능 토양 pH가 낮고 수분 함량이 충분하지 않은 상황 주변에 주거 지역이 없으며, 저렴한 비용으로 정화하는 것이 우선적 식물의 특성 3 척박한 환경 조건 4 다년초 1 유휴지 휴경지 등 적용 용이 지역 2 안정화 목적

3. 정화기술 소개 및 선정 (2) Phytoremediation 비소 농도 100μM 이하에서 원활하게 적용. 활착능 증대 생체량 증진 적절한 비소 농도 비소 농도 100μM 이하에서 원활하게 적용. (50 μM 정도일 경우 황백화 현상이 나타날 수 있다.) 지상 및 지하부에 90, 900㎍/g 까지 축적. 퇴비 : 수분보유능 향상 Fe 2+ : 비소 흡수 활성화 (Fe 2+ 1.8%, 퇴비 6.9%에서 최대) 균근 접종 황처리 Thiol기의 합성을 위해 1mM 농도로 양액 중 황 함량을 증진  비소의 흡수 농도 약 5배 증가 비소와 인은 화학적으로 유사  체내 비소 축적량 증가  균근에 의한 안정한 인영양 개선  생체량 증가, 내성 증진 다양한 방법을 통해서 달맞이꽃의 비소 축적 효율도를 높일 수 있음 효과적인 비소 축적 능력 배양

3. 정화기술 소개 및 선정 Pb As의 단기적 정화 잔류 Pb와 As의 장기적 정화 복합 고정화 제제 두 개를 같이 한다. 복합 고정화 제제 Phytoremediation

⑤ 수련원 + 공터 약 20,000 m2 화학적 고정화 공법 1 2 3 4 오염 부지 정화목표 인건비 및 공사비 FSM+MKP 약 70,000원/ton 화학적 고정화 공법 1 2 3 4 오염 부지 정화목표 인건비 및 공사비 FSM+MKP 전체 110,000 m2 1.3g/cm3 모든 지역 적용 (선별적 강도 적용) 정화기간 약 40일  20일  30일 단기간 (60 ton/hour) 인건비 토목공사비 (굴착기, 주입 기계) FSM : 1wt% MKP : 2wt% 약 45,000원/ton 식물 정화계획 1 2 3 4 오염 부지 정화목표 인건비 및 공사비 식물 재배 총 오염 토량 20,000 m2 주변에 주거지역 없음 약 5~ 10년 장기간 저비용 처리 토목공사비 인건비 발아관리인건비 돈분 퇴비 황 분말 종자구입 관개수

4. 평가

평가 납 비 소 정화기술 적용 이후 시간의 흐름에 따른 납과 비소 농도 변화 화학적 고정화 공법 적용 식물 정화 공법 적용 0일 다음날 3일 494mg/kg 9.9 mg/kg 5.4mg/kg 납 99% 감소 화학적 고정화 공법 적용 0일 30일 120일 228mg/kg 177 mg/kg 112mg/kg 비 소 식물 정화 공법 적용 49.2% 감소 Best Sol. 화학적 고정화 공법 이후 남은 잔류 비소의 장기적 효과적 정화

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