토양증기추출법의 공정원리, 구성요소, 장단점

토양증기추출법의 공정원리

토양증기추출법은 오염된 토양을 정화하는 공법 중에 하나입니다. 토양증기추출법은 불포화 대수층 위에 추출정을 설치하여서 토양을 진공상태로 만들어줌으로써 토양으로부터 휘발성, 준휘발성 물질을 제거하는 정화공법입니다. 세부적인 대상오염물질은 Henry 상수가 0.01 이상인 휘발성 오염물질과 증기압이 0.5mmHg 이상인 물질에 적용가능하며, 수분함유량, 유기물 함량, 토양의 통기성은 토양증기추출법의 효율에 크게 영향을 미칩니다. 토양증기추출법은 Heavy Oil, 중금속, PCBs, Dioxin의 정화에는 부적합합니다. 또한 토양입경별로 보았을 때 자갈, 모래, 세사 등에는 효과가 크며 미사에는 부분적인 효과만 있고 점토에서는 효과가 거의 없습니다. 토양증기추출법은 토양 내부로 지속적으로 공기를 주입하기 때문에 휘발성이 낮은 유기물질의 생분해를 증진시킬 수 있습니다. 토양증기추출법의 원리는 우선 추출정과 주입정 등을 오염지역에 설치하고 주입정을 이용해서 지중 토양에서의 공기를 유동시킵니다. 공기가 흡입될 때에는 저항이 가장 적은 지역을 따라 흐르기 때문에 통기성이 가장 좋은 지역을 통해 공기가 흐르게 됩니다. 추출정과 주입정은 오염지역까지 굴착하고, 블로어는 추출정과 주입정을 통해 오염된 지역으로부터 공기를 빨아들이게 됩니다. 과도한 수분을 제거한 후 휘발성 유기오염물질을 제거하고, 가스는 통풍장치를 통해서 대기 중으로 배출됩니다. 부지가 넓은 경우에는 여러 개의 정이 설치되어야 하며, 활성탄소, 블로어 등이 필요합니다. 지하수 펌핑처리 조작과 마찬가지로 다른 기술과 복합적으로 사용될 수 있으며, 이러한 이점 때문에 토양증기추출법을 이용한 토양세정법이 많은 현장에서 활용되고 있습니다.

토양증기추출법 시스템의 구성요소

토양증기추출법은 우선 추출정과 공기주입정이 필요합니다. 추출정은 일부가 열려있는 파이프를 사용하며, 침투성이 좋은 굵은 모래나 자갈 위에 설치합니다. 추출정은 지하수층까지 도달하지 않도록 하고, 개수는 공기 침투실험 결과를 토대로 설정합니다. 추출정이 영향을 미치는 범위는 진공도, 공기주입정의 존재유무, 지반구조, 토양 특성층에 따라 결정됩니다. 또한 추출정 내부의 압력 구배를 측정하여 일정한 공기흐름 여부를 관찰해야 합니다. 공기 주입정은 토양증기추출법에 필요한 유량을 유지하기 위해 설치하며 송풍기를 사용할 수도 있습니다. 추출정과 공기주입정 외에 진공펌프와 송풍기가 필요합니다. 진공펌프는 진공도가 25 ~ 760mmHg이며, 공기의 침투시험용인 회전판 펌프, 윤활유가 없는 회전 날개 펌프 등이 있습니다. 송풍기는 토양 재생 용량의 효율을 높이기 위해 사용됩니다. 격리층은 표면으로부터 지하수가 나오는 것을 방지하고 오염물질의 제거효율을 높이기 위해 사용되며, 기액 분리기는 진공펌프와 송풍기를 보호하고 배기가스 처리효율을 높이는 데 사용됩니다. 추출정에서 기체와 함께 나온 지하수의 용출액도 오염되어 있으므로 후처리가 필요하며, 특히 배가스 처리방법으로 열적 처리기술이 사용되는 경우에는 기액 분리기를 설치하는 것이 필요합니다. 배기가스 처리를 위해 토양증기추출법에 사용되는 기술은 소각이나 촉매 산화 등과 같은 열적처리방법과 활성탄 흡착, 응축, 습윤세정, 생물학적 처리 방법 등이 있습니다. 토양증기추출법이 적용되는 부지로는 주유소 부지, 산업기지, 공항 군사기지 등이 있으며 이미 부지에 건물이 있어 토양 굴착이 불가능하거나 오염된 토양 부피가 너무 많은 곳, 그리고 생물학적 처리속도를 빠르게 할 필요성이 있는 곳에 적용하면 좋습니다.

토양증기추출법의 장점과 단점

토양증기추출법의 적용 장점으로는 비교적 기계 및 장치가 간단하며, 유지 및 관리비가 저렴합니다. 일반적으로 널리 쓰이는 장치이며 재료가 충분합니다. 또한 짧은 기간에 설치할 수 있으며 즉기 결과를 얻을 수 있는 장점이 있습니다. 다른 시약이 추가적으로 필요하지 않고 영구적인 재생이 가능합니다. 지하수의 깊이에 제한을 받지 않으며 굴착이 필요 없는 장점이 있습니다. 반대로 단점으로는 증기압이 낮은 오염물질에는 제거 효율이 낮습니다. 토양층이 치밀하여 기체 흐름이 어려운 곳에서는 사용이 곤란하며, 추출된 기체는 대기오염방지를 위해 후처리가 필요합니다. 오염물질의 독성에는 변화가 없기 때문에 추출된 오염물질의 2차 처리가 필요하며, 지반 구조의 복잡성으로 총 처리시간을 예측하기가 어렵다는 단점이 있습니다. 토양증기추출법은 기본적으로 지중처리 공정입니다. 눈으로 확인하면서 처리할 수 있는 조건이 되지 않기 때문에 토양의 조밀도, 토양공기의 유동경로 등에 의해 처리효율에 큰 차이를 보일 수밖에 없습니다. 이러한 것들을 현장에서 어떻게 조절하고 검증하느냐가 이 공법의 성공에 영향을 크게 미칩니다. 이러한 것들이 현장에서 잘 관리되어야지만 정상적인 오염토양 정화에 기여할 수 있을 것으로 판단됩니다.