이 연구는 지하수 내 수용상 TCE 제거를 위한 현장정화기술을 개발하기 위해 수행되었다. 이를 위해 수용상 TCE 제거에 탁월한 효율을 보이는 KMnO4를 이용하여 Controlled-release KMnO4 (CRK) 물질을 제조하였고, CRK를 이용한 반투수성 반응 벽체 정화공법을 개발하였으며, 자연 지하수계에서 발생 가능한 CRK-TCE 반응기작을 실내 반응실험으로 규명하여 현장실험 해석에 활용하도록 하였다.

 

이 후, TCE로 오염된 인공오염지하수체에 대한 현장규모 시험조 실험을 통한 CRK 반응벽체 현장적용 타당성을 검증(정화효율 평가)하였으며, 현장시범적용을 통한 신기술 활용 및 상품화를 모색하였고, 최종적으로 CRK 반응벽체 최적 설계조건 및 가이드라인 제시하여 CRK 에 의한 TCE 오염 지하수 정화공법을 제시하였다.

반응부산물을 최소화하며 지속적으로 KMnO4를 오염지하수에 공급할 수 있는 CRK는 KMnO4 분말, 파라핀, 모래를 5: 5 :1의 중량비로 혼합하여 제조하였다. 그리고, 국내 오염지하수 환경에 적합하도록, KMnO4 산화처리기술과 투수성 반응벽체 공법을 복합적용한 3열의「CRK 반투수성 반응벽체(SPRB, Semi-Permeable Reactive Barrier)」를 개발하여 CRK를 정화제로 사용하였다. 그리하여 이를 실증실험하기 위하여 한국농촌공사 농어촌연구원 내에 「지하수 수리환경시험장」을 신축하고, CRK 반응벽체를 설치하였다.

CRK의 현장적용성을 검토하기 위한 실내실험 결과, 휘발에 의한 자연적인 TCE 손실을 고려하여 CRK 반응벽체를 설계해야 하며, CRK 제조시 해당 TCE 오염부지 에 적정 KMnO4 양을 평가하고 제조해야 할 것으로 평가되었다. 더불어 KMnO4에 의한 TCE 산화반응에 따른 수소이온 용출은 지하수 내 중탄산의 pH 중화로 인해 큰 영향을 받지 않았으며, 자연유기물 양을 산화시키는데 소모되는 KMnO4 양은 지하수 중 TCE를 제거하는데 필요한 KMnO4의 양에 추가해야 할 것으로 평가되었다.

CRK 반응벽체의 현장규모 정화실험으로 CRK-TCE 정화효율을 살펴보았다. CRK 반응벽체 설치 후, 약 2개월간 장기모니터링을 통한 CRK 주입량 및 반응시간 분석으로 CRK 반응벽체의 장기 지속성 검증한 결과, 약 182 g/day 의 MnO4-가 꾸준히 용출됨을 확인하였다. 이 후 2개월간의 현장 규모 정화실험 결과, 저농도 TCE 인공오염지하수체(유속 0.60 m/day)에 대하여 장기적으로 62-75%의 정화효율이 산출되었다.

 

TCE 인공오염지하수체의 농도가 96.5 μg/L 일 때, 1열 후 41-44 %(44-56 μg/L잔류), 2열 후 65-66 %(27-32 μg/L 잔류), 3열 후 73-75%(22-24 μg/L 잔류)가 정화되었고, TCE 인공오염지하수체의 농도가 177.5 μg/L 일 때, 1열 후 31-32%(101-136 μg/L 잔류), 2열 후 45-51 %(72-107 μg/L 잔류), 3열 후 62-67 %(49-75 μg/L 잔류)가 정화되었다. 반응부산물(MnO2, 용존중금속, 염소이온)의 발생은 극히 미미하여 2차오염 우려제거 및 CRK 반응벽체의 장기 지속성이 검증되었다. 현장시범적용을 위하여 부산 OO지역 TCE 오염지역에서 현장실험을 실시하였다.

 

42일에 걸친 현장적용 결과, 60% 이상의 정화효율을 달성(초기 1.27 mg/L, 실험종료시 0.46 mg/L 잔류)하였다. 상기 결과를 토대로, CRK 반응벽체 표준 설계기준이 수립되었다.

 

이 연구에 의한 CRK 반응벽체는 지하수 유속 0.60 m/day일 경우, 일일 처리 용량은 약 1.2 톤/일 로 산출되었다. 향후 CRK의 현장적용시, 대상 TCE 오염지하수체의 농도에 맞추어 CRK를 제작 후 정화작업을 수행한다면, 수질기준 이하로 수질정화를 할 수 있을 것이다.

 

[출처 = 한국환경산업기술원(www.keiti.re.kr)]