한국 토양정화업 협동조합(KSRIC)

토양세척법은 토성에 따른 적절한 세척제를 투입하여 토양 입자에 결합된 유해한 유기오염물질이나 중금속을 액상으로 변화시켜 토양으로부터 유해한 유기오염물질 및 중금속을 분리시켜 처리하는 지상처리(Ex-situ)기술이다. 토양세척법은 용해도를 높여 오염물질을 추출한 후 후처리공법을 통하여 오염물질을 제거하고 공정수를 다시 재활용하는 무방류기법을 사용하고 있다.

토양세척법은 생물학적 분해가 어려운 유해화학물질이나 중금속을 빠른 시간 안에 처리할 수 있는 장점을 가지고 있으며 사용하는 세척제의 종류에 따라 광범위한 유기 및 무기오염물질을 제거할 수 있다. 또한 선별과정을 통해 효과적으로 오염토양의 부피를 감소시킬 수 있기 때문에 타 공정과 복합적으로 사용되어지는 경우가 많다.
하지만 오염토양의 굴착 및 이송 비용, 토양세척장치의 제작비용, 세척제 비용 및 폐수/폐기물 처리비용 등이 높게 소요될 수 있으며 오염물질이 복합적으로 존재할 경우 적정한 세척제의 선정 및 제조가 용이하지 않다는 단점이 있다. 따라서 토양세척법은 중금속 오염과 같이 타 공정의 적용이 어려운 오염지역이나 단시간에 처리해야 할 경우에 유용하게 사용할 수 있는 기술이다.

· 오염토양 특성 : 입도분포 및 점토함량, 유기물 함량, 완충능력, 양이온 교환능력, PH
· 오염물질 특성 : 농도(입도별 농도분포), 용해도, 흡착성(분배계수), 증기압, 점도
· 세척첨가제 특성 : 종류, 농도, 생분해성, 독성

동전기 정화법은 투수계수가 낮은 포화토양에서 이온상태의 오염물(음이온, 양이온, 중금속 등)을 양극과 음극의 전기장에 의하여 이동속도를 촉진시켜 포화지역의 오염토양을 처리하는 방법이다. 동전기법은 지중처리(In-situ) 토양정화기술로서 오염지역에 전극을 연결하고 낮은 강도의 전류를 흐르게 함으로써 투수계수가 낮은 토양, 점토, 슬러지 그리고 해양준설토로부터 오염물질을 제거한다. 일반적으로 오염토양 처리기술 중 미세토양이 다량으로 혼합되어 투수계수가 낮은 토양의 경우 통기성 및 유체의 이동성이 낮아 토양오염 처리기술의 적용이 용이하지 않지만 동전기법은 투수계수가 낮은 토양의 경우에서도 높은 처리효율이다.

그러나 동전기법은 소요되는 전기량이 많아 운영비가 높게 소요되어 경제성이 낮고, 산화/환원 반응에 의해 불필요한 부산물이 생성될 수도 있으며, 토양 내 수분함량이 10% 미만인 경우 오염물질 정화효율이 급격하게 감소하기 때문에 다시 수분을 공급해 주어야 하는 단점을 가지고 있다.

· 오염토양 특성 : 토성(입도) 및 구조, 공극수의 전기전도도, 수분함량, 양이온 교환능력, 염도, 유기물 함량, PH
· 오염물질 특성 : 오염물질의 종류 및 농도, 전하

토양증기추출법은 진공추출이라고도 하며, 불포화 대수층위에 가스 추출정을 설치하여 토양을 진공상태로 만들어 줌으로서 토양으로부터 휘발성 및 준휘발성유기화합 물질을 제거하는 지중처리기술이다.

본 기술은 지하저장탱크 지역에서 석유계 화합물질 중 휘발성유기화합물질과 일부 준휘발성유기화합물질의 농도를 줄이는데 효과적인 적으로 알려져 있다. 토양증기추출법은 일반적으로 휘발성이 높은 휘발유, 항공유 등으로 오염된 토양을 처리하는데 효율이 높은 반면 휘발성이 낮은 난방유, 윤활유 등으로 오염된 토양을 처리하기에는 효율이 낮은 것으로 보고되고 있다.

· 토양 투수성 : 고유투수계수, 토양구조 및 지층구조, 수분함량,토양PH, 지하수위
· 오염물질 휘발성 : 증기압, 오염물질의 구성 및 비등점, 헨리상수

토양세정법이란 물 또는 오염물질의 용해도를 증대시키기 위한 계면활성제 등이 함유된 물을 관정을 통하여 토양공극 내에 주입함으로써 토양에 흡착된 오염물질을 탈착시켜 지상으로 추출하여 처리하는 지중처리(In-situ) 기술이다. 하지만 타 기술에 비해 오염토양의 굴착 및 이송 비용, 토양세척장치의 제작비용, 세척제 비용 및 폐수/폐기물 처리비용 등이 높게 소요될 수 있고 오염물질이 복합적으로 존재할 경우 세척제의 선정 및 제조가 용이하지 않다. 따라서 토양세척법은 중금속 오염과 같이 타 공정의 적용이 어려운 오염지역이나 단시간에 처리해야 할 경우에 유용하게 사용할 수 있는 기술이다.

생분해 과정이 불가능한 중금속의 경우 토양세정법은 활용도가 높은 반면, 살충제, 휘발성 유기화합물, 준 휘발성 유기화합물질의 처리 시 높은 세정제 비용으로 인해 타 공정에 비하여 경제성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 또한 세정용액의 이동이 제한되는 투수성이 낮은 토양의 경우, 처리효율이 떨어지는 단점이 있으며 계면활성제와 같은 세정용액에 의해 2차오염이 발생될 가능성이 있을 뿐 아니라 오염물질의 이동성을 증가시켜 비오염 지역으로의 오염물질 확산을 초래하기도 한다.

· 오염토양 특성 : 수리전도도, 토양 표면적, 탄소함량, 완충능력, PH, 양이온 교환능력, 점토함량, 암반균열
· 오염물질 특성 : 농도, 용해도, 흡착성(분배계수), 증기압, 점도, 밀도

용제추출법이란 추출기내에서 오염토양을 유기용매와 혼합시켜 용해시킨 후 분리기에서 오염물질을 분리하여 처리하는 물리ㆍ화학적 지상처리(Ex-situ)기술이다.

용제추출법은 오염물질을 분해하는 기술이기 보다 토양으로부터 오염물질을 분리시킴으로써 전체적인 오염토양의 부피를 감소시키는 방법이라 할 수 있다. 용제추출법을 적용할 경우 추출공정의 효율을 높이기 위해 오염토양과 추출용매의 접촉을 극대화 시킬 수 있는 회전 교반 장치가 필요하며, 오염물질 및 토양의 상태에 따라 고형화/안정화, 소각, 혹은 토양세척과 같은 다른 기술과 병합하여 사용할 수 있다.

용제추출법은 PAHs, PCB와 같은 난분해성 물질을 단기간에 정화하는데 매우 효과적인 기술이지만 수분함량이 높거나 유화제와 같은 물질이 오염토양에 존재할 경우 공정에 방해가 되며, 공정에서 사용된 추출용매가 토양에 잔류하여 2차 오염물질로서 작용할 수도 있는 단점을 가지고 있다.

· 오염토양 특성 : 입도분포 및 점토함량, 유기물 함량, 완충능력, 양이온 교환능력, PH
· 오염물질 특성 : 농도(입도별 농도분포), 용해도, 흡착성(분배계수), 증기압, 점도
· 세척첨가제 특성 : 종류, 농도, 생분해성, 독성

고형화 및 안정화법은 오염토양에 시멘트, 석회, 슬래그 등의 고형화제를 첨가하여 오염물질의 이동성을 물리적으로 저감시키고 화학적으로 용해도를 낮추거나 무해한 형태로 변화시키는 처리기술을 말한다. 고형화/안정화법 또한 화학적 산화/환원법과 같이 지상처리(Ex-situ) 및 지중처리(In-situ)로 모두 활용 가능한 기술로서 중금속 등 무기물질을 고정시키는데 효과가 매우 높다.

고형화/안정화법은 중금속으로 오염된 지역에 적용이 타기술에 비하여 처리효과가 높으며, 처리비용 또한 저렴한 장점이 있다. 그러나 일반적으로 오염물질을 제거하는 것이 아닌 오염물질의 용해도 및 이동성만을 감소시키는 처리기술이기 때문에 향후에 오염물질의 용출이 발생할 가능성이 잠재되어 있으므로 장기간의 모니터링 과정이 필요한 단점을 가지고 있다. 또한 휘발성 유기물질의 경우 고정화가 어렵고 일반적으로 고형화제의 첨가로 인하여 오염토양의 부피가 증가할 수 있으며, 처리 후 고형화된 물질에 대한 처분작업이 필요할 수도 있다.

· 오염토양 특성 : 토양의 입경, 수분함량, 토양구조, 고유투수계수, 수리전도도, 지하수위, 토양의 온도
· 물질 특성 : 오염물질 종류 및 농도, 오염물질 용해도 및 용출가능성, 안정화된 매체의 강도 및 내구성

열분해는 산소가 없는 혐기성 상태에서 열을 가해 유기물질을 분해시키는 화학적 분해방법이다. 유기물질은 가스상 물질과 공정탄소 및 재로 전환되며, 특히 유해성 유기물질을 이산화탄소 및 수소 메탄, 탄화수소와 같은 연소 가능한 가스 상태로 변환시킨다. 휘발성물질이나 준 휘발성이 포함되어 잇을 경우 열 탈착이 일어나기도 하며 방출 가스는 2차 연소실에서 일부 연소되고, 일부는 농축된다. 열분해법은 열탈착법 및 소각법과 같은 열적처리기술이기 때문에 이러한 기술들과 비슷한 장점 및 제한요인을 가지고 있다.

열분해법은 적용되는 온도 범위가 다를 뿐 열을 이용하여 오염토양을 처리하는 열적처리법이라는 점에서 열 탈착법과 비슷한 공정이라 할 수 있다. 따라서 본 기술을 적용하는데 잇어서 고려해야할 영향인자 또한 소각법 및 열 탈착 영향인지가 유사하다.

이때 열적탈착방법은 열적처리는 독성제거와 함께 부피 감량이 가능하며, 가장 높은 정화효율을 가지나 다른 정화기술에 비해 가장 높은 에너지 처리 비용이 든다. 토양의 상태에 따라 종종 소각, 고형화/안정화, 혹은 탈염소화 공정과 조합되어 운영되며, 오염물질의 최종 농도를 5mg/kg 이하로 처리할 수 있는 것으로 알려지고있다.

소각법은 염소계탄화수소, PcBs, 다이옥신으로 오염된 토양을 정화하는데 주로 이용되는 지상처리(Ex-situ)기술이다. 소각로를 이용하여 오염토양을 정화하는 경우 대기로 방출되는 유해성 가스를 고려해야 한다. 상업용 공정은 일반적으로 후 연소버너와 배기가스처리장치가 장착된 대용량의 회전식 소각로로 이루어져 있다.

열탈착법.

· 토양 특성 : 토양가소성, 입도분포, 수분함량, 열용량, 유기물질 농도, 중금속 농도, 겉보기밀도
· 오염물질 특성 : 오염물질의 농도, 끓는점, 증기압, 분배계수, 수용성, 다이옥신 형성

소각법.

· 토양 특성 : 토성의 가소성, 입도분포, 수분함량, 열용량, 휴밀물질 농도, 중금속 농도, 겉보기밀도
· 오염물질 특성 : 오염물질의 농도, 끓는점, 증기압, 분배계수, 용해도, 열적 안정성, 다이옥신 형성

열분해는 산소가 없는 혐기성 상태에서 열을 가해 유기물질을 분해시키는 화학적 분해방법이다.

유기물질은 가스상 물질과 고정탄소 및 재로 전환되며, 특히 유해성 유기물질을 이산화탄소 및 수소, 메탄, 탄화수소와 같은 연소 가능한 가스 상태로 변환시킨다. 휘발성물질이나 준 휘발성이 포함되어 있을 경우 열 탈착이 일어나기도 하며 방출 가스는 2차 연소실에서 일부는 연소되고, 일부는 농축된다.

열분해법은 열탈착법 및 소각법과 같은 열적처리기술이기 때문에 이러한 기술들과 비슷한 장점 및 제한요인을 가지고 있다.

· 영향인자 : 열분해법은 산소가 없는 혐기성 상태에서 열을 가해 유기물질을 분해시키는 화학적 분해방법이다. 열탈착 및 소각법과 같은 열적처리 기술이기 때문에 이러한 기술들과 비슷한 장·단점을 가지고 있다.
· 물질 특성 : 비할로겐 및 할로겐 SVOCs의 처리에 탁월한 효과를 나타내나, 무기물질, 방사성물질 및 화약류의 정화에는 효과적이지 못하다.

유리화 공정은 굴착한 오염토양을 전기적으로 용융시킴으로써 용출특성이 매우 적은 결정구조로 만드는 기법으로써 이 기술은 오염물질의 농도를 감소시키기 보다는 오염물질을 둘러싸 고립화시키는 지중처리(In-situ) 기술이다.

유리화법은 전극을 지중에 연결하여 전류를 흐르게 함으로써 열을 발생시켜 오염토양을 결정구조로 만드는 공정이기 때문에 열을 이용한다는 면에서 열적처리방법에 속하기도 하지만 결정구조 안에 오염물질을 포획하여 이동성을 감소시킨다는 점에서 일종의 고형화/안정화법이라 할 수 있다.

유리화법은 중금속을 비롯한 다양한 오염물질을 처리할 수 있다는 점에서 활용도가 높은 기술이지만 소요되는 에너지 비용이 높고 유리화 공정 중 발생하는 방출 가스를 처리해야 하며, 유리화 된 슬래그를 다시 처분해야 하는 단점을 가지고 있다.

· 오염토양 특성 : 토성의 가소성, 입도분포, 수분함량, 열용량, 휴밀물질 농도, 중금속 농도, 겉보기 밀도
· 오염물질 특성 : 오염물질의 농도, 끊는점, 증기압, 분배계수, 용해도, 열적 안정성, 다이옥신 형성

소각법이란 적당량의 산소를 공급하여 유기물질을 연소시켜 분해하는 열적파괴공정이다. 871~1,204℃의 고온으로 오염토양의 유기오염물질을 소각하여 수증기, 이산화탄소, 황화수소, 그리고 할로겐화수소로 분해한다. 소각로의 일반적인 오염물질 제거효율은 99.99% 이상이고, PCB나 다이옥신에 대해서도 99% 정도의 효율을 나타낸다. 보통 소각법은 오염토양 처리 방법이라기보다는 폐기물 처리에 주로 활용되고 있는 기술로서 다양한 오염물질을 매우 낮은 수준까지 효과적으로 정화할 수 있는 기술 중의 하나이다. 그러나 처리비용이 타 기술에 비하여 매우 높고 중금속으로 오염된 토양을 소각하는 경우 중금속을 포함한 소각재가 발생되므로 소각 후 다시 처분해야 하는 단점을 가지고 있다. 소각법은 토양중의 오염물질 뿐 만 아니라 토양 미생물 및 유기물질까지 모두 분해시키기 때문에 향후 소각된 토양은 토양으로서의 기능을 상실하게 되므로 친환경적인 기술이라 할 수 없다.

· 오염토양 특성 : 토성의 가소성, 입도분포, 수분함량, 열용량, 휴밀물질 농도, 중금속 농도, 겉보기 밀도
· 오염물질 특성 : 오염물질의 농도, 끊는점, 증기압, 분배계수, 용해도, 열적 안정성, 다이옥신 형성

생물학적 분해법은 지중처리(In-situ)기술로서 지중에 관정을 삽입하여 산소 및 영양물질 등을 공급하기 때문에 굴착 및 이송 등에 비용이 소요되지 않고 오염 된 토양 및 지하수를 동시에 처리할 수 있으며, 또한 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. 또한 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.

· 오염부지 특성 : 미생물 군수 및 활성도, 영양물질 농도, 온도, PH 및 수분함량, 고유투수계수, 수리전도도, 토양구조, 지하수깊이
· 오염물질 특성 : 화학적 구조, 농도와 독성, 증기압, 구성 및 끓는점, 헨리상수

토양 경작법은 경작장 바닥층에 일정 높이로 오염토양을 쌓고 주기적으로 토양을 뒤집어주면서 산소, 미생물영양분, 수분을 공급하여 오염물질을 생물학적으로 분해시키는 정화기술로 생물학적처리방법에 속한다.

토양경작법은 오염토양을 굴착하여 지표면에 깔아 놓고 정기적으로 뒤집어줌으로써 공기를 공급하여 미생물에 호기성 생분해 조건을 제공함으로서 토양에 잔류되어 있는 유기성 오염물질을 제거하는 생물학적 정화기술이다. 토양경작법은 오염부지의 범위 및 깊이를 정확히 조사한 후 오염토양을 굴착하여 준비된 경작지역으로 옮겨 처리하는 방법이므로 지중처리기술에 비하여 공기의 접촉량을 최대화 시킬 수 있다. 따라서 지중처리기술에 비하여 처리기간을 단축 시킬 수 있으며, 별도의 시설 없이 부지만 충분히 확보될 경우 적용이 가능하다. 그러나 처리부지가 확보되지 않을 경우에는 토양경작법을 적용하기 어려울 뿐만 아니라 오염토양의 굴찰, 하우스 등의 부대시설 설치, 이송 비용 등으로 인하여 오염토양 처리비용이 증가되는 단점을 가지고 있다.

· 토양 특성 : 미생물 군집 농도, 토양PH, 수분함량, 토양온도, 영양염류, 토성
· 오염물질 특성 : 휘발성, 화학구조, 농도 및 독성
· 기후조건 특성 : 대기온도, 강우, 풍속