본 연구는 토양․지하수의 유기용제 및 무기오염물질을 정화하기 위해서 오염원과 지하수를 통합적으로 처리하는 통합형 복원시스템을 개발하고 상용화하는 것을 목적으로 한다.

 

 통합형 복원시스템은 염소계 유기용제, 질산성질소 및 Cr(VI)으로 오염된 지역을 현장 내에서 처리하는 In situ 기술로서 우심지역 처리를 위한 오염원 처리 기술과 오염된 지하수를 처리하여 하류로의 영향을 최소화하는 하이브리드 투수성 반응벽체 기술(Hybrid Permeable Reactive Barrier; HPRB)로 나누어진다. 이와 같은 복합 오염물질은 모두 환원처리(Reductive Treatment)에 의해서 무해화 될 수 있는 특성을 가지고 있다.

투수성 반응벽체 기술은 오염된 지하수가 흐르는 길목에 투수성이 큰 반응물질로 벽체를 구성하고 지하수가 벽체를 통과하는 동안 물리적․화학적․생물학적 반응을 통해 오염물질이 처리되고, 정화된 지하수가 벽체를 빠져나가게 하는 기법을 말한다. 각기 다른 오염성분에 대하여 선택적으로 적용 가능하며 여러 성분이 포함된 오염물의 경우 Hybrid PRB 기술로서 효과적으로 처리가 가능하다.

 

통합형 복원시스템의 오염원 처리기술은 염소계 유기용제와 중금속을 처리할 수 있는 분해성 고형화/안정화(Degradative Solidification /Stabilization, DS/S) 공정화이다. 시멘트와 Fe(II)를 매질로 하여 염소계 유기용제 및 Cr(VI)으로 오염된 토양을 처리하는 DS/S 공정을 성공적으로 개발하기 위하여 회분식 실험과 현장에서 적용되어질 DS/S Semi pilot 실험을 실시하였다.

 

실험결과 시멘트/Fe(II)을 이용한 TCE 처리공정에서 필요한 최적의 pH와 Fe(II) 주입량 등 최적조건을 도출하였으며 DS/S 공정에 의해서 TCE가 Acetylene, Ethylene, Ethane 등으로 무해화 처리될 수 있음을 확인하였다.

 

 TCE에 비해서 비교적 처리가 수월한 Cr(VI)의 경우는 Fe(II) 없이 시멘트만으로도 상당부분 처리가 가능한 것을 발견하였다. DS/S 그라우팅 장치를 이용한 시멘트/Fe(Ⅱ)시스템 내에서 80mg/kg TCE를 2개월 내에 95% 이상 처리할 수 있는 것으로 예측되어 실제 현장에서 시멘트/Fe(II) 시스템을 이용하여 TCE로 오염된 토양의 복원이 가능함을 확인하였다.

 

복합 오염된 지하수를 처리하기 위한 Hybrid PRB를 개발하기 위해 Fe(II) PRB, 생물학적 PRB, 수착성 PRB의 반응매질을 개발하고 이들의 제거효율과 최적 운전조건을 도출하기 위한 회분식․칼럼․Pilot 실험을 실시하였다. 실험 결과를 바탕으로 복합 오염물질의 처리를 위해 두 가지 매질을 직렬로 연결한 Serial Barrier Pilot 시스템을 이용하여 두 가지의 Hybrid PRB 실험을 수행하였다.

Fe(II) PRB를 위한 회분식 실험을 통하여 Fe(II)을 100mM로 고정하였을때, 슬래그와 시멘트 페이스트의 조합에 있어서 최적의 분해능은 슬래그가 70%, 시멘트 페이스트가 30%일 때 반감기 6.1시간으로 가장 빠른 분해능을 보였다. TCE 초기 농도를 0.25mM로 한 칼럼 실험 결과, 초기 8Pore Volume(PV)까지는 유출수에서 TCE가 전혀 검출되지 않았고 그 이후부터 증가하여 30PV부터 C/C0가 약 75%인 상태로 60PV 이후까지 계속 유지되었다.

 

이는 약 0.0625mM(약 8.2mg/L)의 TCE를 계속 분해함을 의미하여 실제 오염된 지하수인 저농도의 TCE에 대해서는 60 PV 이상까지도 계속 분해할 수 있어 더욱 효과적이고 장기간으로 사용가능할 것으로 판단된다.

 

생물학적 PRB는 황산화미생물을 이용하여 지하수내 질산성질소를 환원 및 무해화 시키는 기술이다. 12시간의 수리학적 체류시간으로 30～60mg-N/L 질산성질소를 대부분 제거하였고, 제거율은 pH7～8 정도의 중성영역에서 가장 높은 결과인 90～97%의 제거효율을 나타내었다.