토양환경기술사시험자료집 - 오염확산방지 및 정화기술Ⅱ(08)

※ 생물학적통풍법(Bioventing)의 유효성평가절차

 

1.  1단계(초기 적용성평가단계)

        부지의 정화방법으로서 고려대상인지 여부를 신속하게 결정하는 단계

   (1) 석유계물질로 오염된 토양의 고유투수계수(Intrinsic Permeability)

            k ≥ 1×10-10㎠ 이상, 즉 미사질토보다 입경이 큰 토양에 적합

   (2) 오염물질의 생분해성(Biodegradability)

        1) 오염물질의 생분해성은 미생물이 석유계화합물을 이산화탄소와 물로 분해하는 능력의

            척도이다. 저분자물질일수록 생분해속도가 높아 높은 정화효율을 기대할 수 있다.

        2) 정화효율성의 순서

            윤활유 → 난방유 → 경유 → 등유 → 휘발유

 

2.  2단계(세부 적용성평가단계)

    토양특성, 오염물질특성 등 세부기준 평가 → 실내,현장실험, 자료검토 → 적용가능여부 최종판단

   (1) 오염부지특성

        1) 고유투수계수(㎠)            k ≥ 10-8     : 적합(굵은입자토양이 유리)

                                        10-8 > k ≥ 10-10    : 부분적 적합

                                       10-10 > k               : 부적합

              k = K(μ/ρg)

              k 값은 ㎠ 단위에서 darcy 단위로 변환할 경우 108을 곱한다.

        2) 토양의 구조 및 지층구조

        3) 토착미생물

               총종속영양미생물농도 > 1,000 CFU/g 건조토양 : 적합

               총종속영양미생물농도 < 1,000 CFU/g 건조토양 : 부분적 적합(인위적 조절을 통한 

                                                                                                       미생물 증식후 적용가능)

        4) 토양 PH

               6~8 범위 : 적합

               위 범위를 벗어날 경우 : 토양 PH 조절 필요

        5) 수분함량

               적정 토양수분함량 : 40~85%

        6) 토양온도

               10~45℃ , 10℃ 상승에 미생물의 활동, 증식 속도가 2배씩 빨라진다.

        7) 영양염류농도

                C : N : P = 100 :10 :1 ~ 100 :10 : 0.5

                일반적으로 BV 에서 영양염류는 주입정을 활용하여 액상형태로 공급된다.

        8) 지하수위

                H > 3m : 적합

                3m > H > 1m : 부분적 적합

                1m > H : 부적합

   (2) 오염물질특성

        1) 화학구조

               - 복잡한 구조의 성분일수록 분해가 어렵고 반응속도도 느리다.

               - 작은 분자량을 가진 지방족화합물이나 단일방향족화합물들은

                  높은 분자량을 가진 지방족화합물이나 복합방향족화합물보다 쉽게 분해된다.

        2) 농도 및 독성

               - 석유계총탄화수소 < 25,000mg/Kg : 적합

               - 중금속 < 2,500mg/Kg : 적합

        3) 증기압 (오염물질의 휘발성의 지표이다)

               - 높은 증기압(0.5mmHg 이상)을 갖는 오염물질 : 주로 휘발에 의해 제거된다.

               - 낮은 증기압(0.5mmHg 이하)을 갖는 오염물질 : 주로 생분해에 의해 제거된다.

        4) 끓는점,Boiling Point (오염물질의 휘발성의 지표이다)

        5) 헨리상수,Henry's Law Constant (오염물질의 휘발성의 지표이다)

               - 물질의 휘발성을 나타내는 지표의 하나로서, 평형상태에서 기체가 가하는 증기압력

               - 헨리상수가 100atm 이상인 물질은 휘발성이 강한 물질로서

                 오염물질은 생분해보다 휘발에 의한 제거가 우세하다.

   (3) 현장 및 실험실 실험

        1) 실험실 미생물 생분해실험

               생분해정도, 영양염류 공급여부 평가

        2) 미생물 호흡률 측정실험

               - 토양내 오염물질 분해속도를 계산하기 위한 자료 획득

               - 산소값 측정은 현장내 모니터링관정에서 채취한 토양가스를 이용한다.

               - 산소이용률이 1%/Day 이상 : BV 적용 가능

        3) 추출/주입관정실험 (영향반경 실험)

 

3.  3단계 (설계평가단계)

    기본설계를 위한 설계인자 및 충분한 적용성평가시험이 수행되었는지의 여부를 평가한다.

   (1) 설계를 위한 기본정보

        1) 영향반경(Radius of Influence, ROI)

               - 영향반경은 추출정 또는 주입정에서 공기를 추출 또는 주입하였을 때

                  공기흐름이 가능한 최대 거리이다.

               - 설계가능 영향반경 : 1.5m(점토) ~ 30m(사토)

        2) 관정압력

               - 영향반경내에 설치된 관정에서 적절한 공기의 주입 및 추출을 평가하기 위하여 

                  관정 상단에서 측정되는 압력(또는 진공압)이다.

               - 적정압력

                       추출 : 75 ~ 2,500 mmH2O

                       주입 : 0.7 ~ 3.5 Kgf/㎠

                                   높은 진공압력 : 지하수면 상승에 따른 추출정의 스크린 막힘현상 유도 우려

                                   높은 주입압력 : 오염 확산 우려

        3) 공기공급량

               일반적인 공기공급량 : 0.15 ~ 2.8 ㎥/min

        4) 초기 증기농도

               - 초기 토양시료분석 및 가스분석 → 적정한 공기 주입량 및 추출량 산정

               - 초기 가스분석결과는 향후 추출가스처리에서 즉시 대기방출 가능한지,

                  배가스처리장치를 설치해야 하는지의 결정자료로 이용된다.

        5) 가스 배출 및 모니터링

               - 설계자는 가스추출장소에 VOCs 모니터링을 위해 시료채취구를 포함하는 것을

                  고려하고, 시료채취구를 이용하여 VOCs를 주기적으로 측정하도록 한다.

               - BV의 경우 상황에 따라 추출정에서 배출가스가 발생할 수 있으므로, 대기로 방출하기 

                  전에 적정 농도까지 저감시킬 수 있는 배기가스처리장치를 설치하여야 한다.

        6) 기타사항

               - 시스템 설계시 주변건물, 설비, 매설물, 주거지 등 현장상황 등을 설계공정내에 고려

               - 토양시료채취 등을 통해 토양내 영양염류조성비 등을 조사하여

                  영양염류의 추가투입 여부를 결정한다.

   (2) 생물학적통풍법 시스템구성요소

        1) 추출/주입정

               - 적용부지조건에 따른 관정설치조건

                        수직추출정 - 비교적 낮은 오염심도 : 약 1.5~30 m

                                         - 지하수위 : < 3 m

                        수평추출정 - 낮은 오염심도 : < 약 7.5 m

                  일반적으로 오염심도가 < 3 m일 경우에는 수직관정이 더 효율적임

                  오염심도가 > 7.5 m일 경우 수평관정의 설치가 어려움

               - 관정의 갯수

                         필요한 관정의 수 = 처리구역(㎡)/1개의 추출정의 영향반경(㎡/well)

               - 관정의 배치

                         - 관정 하나의 영향반경이 서로 겹쳐질 수 있도록 배치

                         - 오염농도가 높은 구역 : 이격거리를 좁게 배치

                         - 지표에 아스팔트, 콘크리트구조물 등으로 외부와 격리되어 있을 경우에는 

                            관정간격을 넓게 배치

                         - 투수성이 낮은 곳에 설치된 관정은 높은 곳에 설치된 관정보다

                            이격거리가 좁아야 한다.

        2) 공기주입정

               균일한 공기흐름을 확보하기 위하여 스크린 간격을 넓게 설계한다.

        3) 파이프 설계

               - 산업활동에 지장이 없도록 얕은 지중에 설치

               - 동파를 대비하여 주변에 열선을 설치하기도 함.

               - 추출정에 연결된 파이프로 지하수가 유입될 수 있으므로

                  파이프는 추출정 방향으로 약간 기울어지게 설치.

        4) 증기 전처리

               - 추출증기에는 응축된 수분과 미립자가 혼재되어 있어 송풍기등에 악영향을 미칠수 있다.

               - 송풍기 보호를 위하여 송풍기와 파이프 사이에 기액분리기와 미립자필터 등을 설치

        5) 송풍기사양

               - 송풍기의 크기는 추출정 진공압력의 크기에 따라 결정된다.

               - 휘발성이 큰 유기화합물질을 정화할 때에는 송풍기의 폭발을 방지할 수 있는

                  폭발방지모터, 전기제어시스템 등을 검토

        6) 제어설계

               아래 요소에 대하여 주기적으로 모니터링하여 최적의 운전조건을 유지한다.

               - 압력(또는 진공)

               - 공기공급량

               - 추출증기의CO2/O2 농도비

               - 오염물질 농도

               - 온도

               - 영양염류(영양물질이 추가된 경우)

 

4.  4단계 (운영 및 모니터링계획의 평가단계)

                                         <모니터링측정항목 및 시료채취주기>

분석항목	운전개시기 (7~10일간)	정화기간 전반 및 사후관리기간		비고 (측정장소)
	매일	매주~매달	분기
공기공급량	●	●		관정 및 배관
관정압력	●	●		관정 및 배관
VOCs	●	●		관정 및 배기가스처리장치
CO2	●	●		관정 및 배관
O2	●	●		관정 및 배관
미생물호흡률실험			●	대상부지
처리대상물질			●	대상부지