최근 미군기지의 토양오염이 이슈화되면서 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 오염토양의 복원기술은 높은 수익과 무한한 성장이 가능한 시장으로 주목받고 있다. 토양오염 규제항목과 규제대상시설 확대, 토양환경평가 의무화, 부지거래시의 오염토양의 책임부여 등으로 토양오염에 대한 규제가 까다로워졌다. 우리나라는 1994년부터 선도기술개발사업(G-7), Star project, ’01년부터 차세대핵심환경기술개발사업에 토양, 지하수분야 기술개발사업을 추진 중에 있으나 실용기술 개발은 미흡한 실정이다. 현재 실용되고 있는 오염토양 복원기술에 대해 알아본다.
토양세척법 (Soil Washing) - 1980년대 독일, 네덜란드, 벨기에 등의 유럽국가에서 개발되어 현재는 미국, 캐나다에서 널리 사용되고 있는 기술이다. 유해한 유기오염물질이 입자가 작은 토양에 많이 분포되어 있으므로 이것만을 분리하여 부피를 감소시킨 후 2차 처리한다. 완전한 토양재생이 아닌 오염된 토양의 부피를 줄이는 것이다. 적용방식에 따라 현지처리(in-situ1)) 토양세척기법 (Soil Flushing)과 이동처리(ex-situ2)) 토양세척기법(Soil Washing)으로 나뉜다.
준휘발성 유기화합물질, 유류계 오염물질 및 중금속, 특정 휘발성 유기화합물질과 살충제 등이 금속을 회수할 수도 있으며 광범위한 유기 및 무기오염물질을 제거할 수 있다. 생물학적 복원기술과 소각, 고형화/안정화와 같은 기술과 복합적으로 사용된다. 국내에서는 유류 및 중금속 오염 지역의 현장 및 이동처리 기술로 평가되고 있으며 국내 연구로는 폐광산 복원을 위한 G7 프로젝트의 일환으로 수행된 바 있다. 현재 이 기술의 국내 수준은 선진국 대비 80% 정도로 평가되며, 향후 광산오염지역에서 현장 또는 이동 처리기술로 충분히 활용될 수 있는 기술이다.
토양증기추출법 (Soil Vapor Extraction) - 불포화 대수층위에 추출정을 설치하여 토양을 진공상태로 만들어 토양으로부터 휘발성, 준휘발성 유기물질을 제거하는 기술이다. 추출정과 주입정 등을 오염지역에 설치하고 정을 이용하여 토양내의 공기를 유동시킨다. 휘발성 물질의 증발을 돕기 위해 블로우어를 사용하기도 한다. 추출정으로부터의 배기가스는 활성탄흡착, 열적처리방법 등을 통해 처리한 후에 대기 중으로 방출한다. 오염된 불포화 지역이 침투성이 좋고 균일한 경우보다 적용하기가 용이해 가솔린과 같이 휘발성이 좋은 유류물질에 대한 제거효율이 높다. 현지처리(in-situ) 기술이며 적당한 가격으로 많은 양의 토양을 처리할 수 있고 오염물 처리기간이 짧다.
경지 이용 (Landfarming)- 생물복원기술을 이용하여 토양 내 유류오염물질을 감소시키는 지상 복원기술이다. 굴착된 오염토양을 지표면에 얇게 펼쳐 정기적으로 토양을 뒤집어줘 공기와 영양 물질 등을 공급해 주는 호기성 생분해 공정을 말한다. 많은 공간이 필요하고 휘발성 유기물질의 농도는 생분해보다 휘발에 의한 감소가 크다. 휘발성 물질의 대기 방출우려로 적절한 조치가 요구되며, 분해조건을 충족시키지 못하면 많은 시간을 필요로 한다. 휘발성이 강한 가솔린과 같은 물질은 공기를 주입하는 과정에서 대기 중으로 휘발되며 일부분은 미생물의 분해작용에 의해 처리된다.
Biopiles - 유류물질로 오염된 토양을 쌓아두고 폭기, 영양물질, 수분을 가함으로써 호기성 미생물들의 활성을 극대화시킨다. Biopile 공정을 경지이용(landfarming)법과 비교할 때, 지상처리공정이며, 공기주입을 통해 미생물의 활성을 증대시켜 처리효율을 높인다는 유사점이 있다. 하지만 Biopile은 pile까지 통하는 관에 강제적 공기주입을 통해 통기시킨다. 경지이용법은 토양을 갈거나 이랑을 만들어 통기시킨다. Bioplie 공정의 운전에 있어 토양특성, 통기성, 함수율, 온도, pH가 중요한 변수이다. 설계 및 설치가 쉽고 최적조건에서 처리기간이 짧다(6개월~2년). 유기물질에 대해 생분해가 효과적이며 다양한 오염물질과 현장조건에 맞게 적용할 수 있다.
바이오 슬러리상 시스템 (Bioslurry systems) - 슬러리상 처리기법은 굴착된 오염토양을 생물반응기에 넣고 영양물질과 미생물, 물 등을 주입하여 접촉시킨다. 슬러리3)는 미생물과의 반응성을 높이기 위해 지속적으로 혼합 시켜준다. 슬러리상 생물반응기 내에서는 생물분해가 빠른 속도로 진행되므로 1~6개월의 짧은 처리기간이 소요된다.
완전히 처리가 끝난 후, 슬러리는 탈수되고 처리된 토양은 제거된다.
생물환기법 (Bioventing) - 기존의 토착미생물의 생분해를 극대화하고 휘발된 오염물질의 배출을 최소화하도록 공기를 오염토양에 주입한다. 공기와 영양물질을 일반토양에 주입하는 biosparing과는 달리, 공기만을 불포화 대수층에 주입한다. 석유화합물질에 의해 오염된 토양에 성공적으로 적용되어 왔으며 디젤과 같은 석유화학물질에 가장 효과적이다. 장치 설치가 쉽고 다른 복원기술과 쉽게 결합되어 사용할 수 있으며, 처리기간이 짧고(6개월~2년) 배출가스의 처리가 필요 없다. 고농도의 오염물질은 미생물에 활동을 저해할 수 있고, 불포화지역에만 효과적이다.
저장 (Containment) 기술 - 오염물질을 원위치에 저장 또는 일정 지역에 이동 격리시키는 방법이다. 다른 오염정화기술을 사용할 수 있는 상황이 되지 않을 만큼 물리적 또는 경제적 위치가 되지 않을 경우에 사용된다. 또는 오염처리기술이 선정되기 전이나 장기적으로 오염처리 시설의 설치가 유보된 지역에 사용된다. 국내에서는 잘못 소개되어 오염지역의 근원적 처리법으로 인식돼 현재 대부분의 금속광산 광산폐기물 정화시설에 설치 운영 중이다. 주로 미국이나 캐나다, 호주 등에서 오염지역의 초기 처리 기술로 개발되어 왔다. 하부는 폐수의 수로를 만들어 오염수를 모아 다른 처리 시설에서 정화한다. 공정이 완료된 후 표토에 잔디 등을 식재한다. 이러한 방법은 국내 금속광산처리시설로 가장 많이 활용된다. 복토법(Caps)과 수직벽법(Vertical barriers), 수평벽법(Horizontal barriers)등이 있다.
열탈착법 (Thermal Desorption) - 토양을 100~600℃까지 가열, 오염물질을 휘발시키는 방법이며, 모아진 휘발성 오염물질은 다른 복원기술로 처리한다. 열탈착은 유기물질을 분해하지 않고 보다 처리하기 쉬운 형태로 전환하는 기법이다. 소각은 오염물질의 분해를 목표로 한다. 모든 유기물질의 처리에 사용 가능하지만, 수은을 제외한 중금속은 처리할 수 없다. 토양 내에서의 오염물질 농도에 상관없이 처리할 수 있으며, 효율을 99%보다 더 높을 수 있고 환경 친화적인 복원기술이다.
고형화/안정화(Solidification/Stabilization)공법 - 미국의 SITE program 중 이동처리(ex situ)기술의 30%를 적용하고 있고, 오염물질의 중간 및 최종처리에 가장 적합한 기술이다.
안정화 : 폐기물의 용해성과 유동성, 독성형태를 최소화하기 위해 폐기물을 변형시키는 것.
고형화 : 비고형화상태의 폐기물을 고형물로 바꾸어 폐기물의 물리적 형태를 변화시키는 것. 장점은 부피 감소, 표면적 감소, 용해성 감소, 독성감소 등이며, 용해성과 독성감소는 아직 완전한 기술 수준이 아니다. 대표적인 대상 오염물질은 주로 무기물(방사능물질 포함), 중금속이지만 소량의 유기오염물질에도 적용 가능하다. 고형화/안정화공정을 위해서는 많은 양의 시약과 첨가제가 필요하기 때문에 이동시키는데 소요되는 비용이 전체 소요비용 중 많은 부분을 차지하고, 부지가 멀리 떨어진 경우 경제성이 떨어진다. 국내에서는 G7과제로 수행되었으며, 각 대학 및 연구소에서 비교적 활발히 진행된 기술이다.
동전기정화 (Electr Okinetics) 기술 - 오염물의 전기적 특성을 활용하여 오염물질을 정화하는 기술로 현장 또는 이동 처리 기술 모두 활용이 가능하다. 오염지역에 전극을 설치, 이온 형태로 존재하는 양이온과 음이온을 제거하는 기술이다. 오염물질이 전극으로 이동할 수 있는 전해질이 존재하는 지역에서 적용이 가능한 단점이 있다. 아직 이 기술이 현장에 적용된 사례는 없지만 향후 중요한 처리 기술로 각광 받을 것으로 판단된다.
식물정화 (Phytor Emediation) 기술 - 식물을 이용하여 토양오염물질을 제거하는 기술이다.
근권여과(Rhizofiltration) : 수용성 오염물질이 식물의 뿌리주변에 축척된다.
식물추출(Phytoextraction) : 오염물질을 식물체내로 흡수, 농축시킨 후식물체를 제거하는 방법이다.
식물전환(Phytotransformation) : 오염물질이 식물체에 흡수되어 그 안에서 대사에 의해 분해된다.
식물촉진(Phytostimulation) : 뿌리부근에서 미생물 군집이 식물체의 도움으로 유기 오염물질을 분해한다.
식물안정화(Phytostabilization) : 오염물질이 뿌리주변에 비활성의 상태로 축적되거나 식물체에 의해 이동이 차단된다. 이 기술은 처리 비용이 저렴하고, 현장 및 이동처리가 가능하며, 환경친화적 처리라는 점이다. 단점으로는 처리시간이 길며, 적정 식물의 성장이 어렵고 오염도가 낮은 지역에서만 적용이 가능하며, 겨울에는 효과가 없다. 국외에서는 상대적으로 저렴하게 인식되어 많은 지역에서 적용되고 있다. 그 동안 중금속을 다량 흡수할 수 있는 과농축식물 (hyperaccumulation plant)들도 조사되어 현장에 적용하고 있다. 대표적인 식물로는 해바라기, 인디안 겨자, 담배, 상추 및 옥수수 등이 연구되었다. 국내에서도 G7 프로젝트를 통해 현장 적용 연구가 수행된 바 있다. 현재 여러 연구기관에서 연구 중에 있다.
자연정화법 (NaturAl Attenuation) - 토양 또는 지중에서 자연적으로 일어나는 희석, 휘발, 생분해, 흡착 그리고 지중물질과의 화학반응 등에 의해 오염물질 농도가 허용 가능한 수준으로 저감되도록 유도하는 방법이다.
피막형성 (Encapsulation) - 투수성이 낮은 격리층, 슬러리 벽, 발포제 커튼, 차수벽 등으로 오염토양을 분리시킨다. 분리, 봉쇄된 토양은 영구적으로 보존이 안되며, 얕은 오염토양에만 적용된다.
반응벽체 (Permeable Reactive Barriers)- 오염물질의 이동을 제한하기 위해 불투수층 또는 완전 불투수성 물질로 일종의 장벽을 만들어 오염물질의 확산을 줄이는 방법이다. 외국은 상용화기술까지 도달했지만 국내는 일부 유류오염지역에서 실험실 규모로 연구되었다. 英
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