바이오벤팅 공정원리, 영향인자, 결합공정

바이오벤팅(Bioventing) 공정원리

바이오벤팅 기술은 기체상으로 존재하는 휘발성 유기물질을 추출하는 동시에 토착 미생물에 산소 및 영양분을 공급하고, 토양 내 증기흐름속도를 공학적으로 조절함으로써 미생물의 지중 생분해능을 극대화하는데 중점을 둔 기술입니다. 석유화합물류의 유기화학물질에 의해 오염된 토양의 정화에 성공적으로 적용되어 왔으며, 처리효율, 경제성, 현장 적용성 측면에서 매우 우수한 기술로 평가받고 있습니다. 바이오벤팅 공정은 기존의 토양증기추출법 기술원리를 바탕으로 토양 내에 산소를 공급해 줌으로써 오염원에 대한 천연적인 현장 생분해 능력을 증진시키는 불포화 오염토양 정화기술입니다. 주입정을 통해 직접 공기를 주입하여 산소가 오염물질이 있는 구역에 주입되며, 증기가 토양에 천천히 유입되어 흡착된 유류잔류물과 휘발성 유기물질은 유입된 공기에 의해 활성화된 미생물에 의해 분해됩니다. 진공압에 의한 휘발성 오염물질의 추출에 중점을 둔 토양증기추출법 공정과 비교해 볼 때 미생물 활성을 유지하는 정도의 산소만 제공되므로 산소흐름 속도가 낮아도 된다는 장점이 있으며 필요할 경우 토착미생물의 생분해능을 증진시키기 위하여 영양물질을 첨가할 수도 있습니다. 산소는 토양오염지역 내에 직접 주입되며, 토양에 흡착된 잔류물의 생분해와 함께 증기가 생물학적으로 활성화된 토양을 통하여 느린 속도로 이동함에 따라 휘발성 화합물이 생분해된다. 최근에는 포화지하수대까지 동시에 적용할 수 있도록 하기 위해 에어 스파징 기술과 결합된 형태의 바이오벤팅 기술이 개발되고 있습니다.

바이오벤팅 기술의 영향인자

첫 번째는 오염물질의 특성입니다. 적용되는 오염물질은 휘발성 및 생분해성을 가지고 있어야 합니다. 용해도가 큰 오염물질은 많은 양이 토양수분 내에 용해상태로 존재하게 되어 처리효율이 떨어집니다. 탄화수소류의 경우 포함된 성분 중 밀도가 낮은 부분은 주로 휘발에 의해 밀도가 높은 부분은 생분해에 의해 처리됩니다. 오염부지의 지표면적 및 깊이는 바이오벤팅 비용을 평가함에 있어 중요한 요소로서 일반적으로 부지의 면적은 20 ~ 75000 평방미터이며 오염물 제거 깊이는 3 ~ 10m입니다. 토양의 투수성은 공기를 토양 내에 강제 순환시킬 때 매우 중요한 영향인자이며 대체로 플렉스의 현저한 저하는 토양의 투수성이 적은 경우에 적용될 수 있습니다. 바이오벤팅 기술은 일반적으로 사질토일 경우에 가장 적절히 적용되며, 일부 부지에서 점토질 렌즈를 포함하는 경우도 있습니다. 드문 경우이지만 과압밀 점토층 또는 프렉쳐 베드락으로 이루어진 오염부지에 본 기술이 적용된 사례도 있습니다. 지반 구조는 투수성이 낮은 토양 사이에 투수성이 높은 토양이 발달한 형태로 존재하며, 오염물질은 투수성이 높은 토양을 통해 확산되어 투수성이 낮은 토양 상부에 축적됩니다. 따라서 투수성이 높은 토양 내의 적절한 지점까지 트렌치 및 진공관을 설치하는 것이 핵심이라 할 수 있습니다. 공기흐름 속도는 공기가 채워진 토양 공극률에 비례하므로 토양 함수율은 대단히 중요한 영향인자입니다. 토양을 건조하는 경향을 가진 바이오벤팅 기술을 토양 내 함수율이 낮은 부지에 적용할 경우 생분해도가 저하되므로 처리 효율이 감소될 수 있습니다. 최적 함수율은 부지마다 다르게 적용되지만, 대체로 함수율이 너무 높은 경우 공기투과성이 감소되며, 너무 낮은 경우에는 미생물의 활성이 저하됩니다.

에어스파징 기술과 결합된 바이오벤팅 공정

일반적으로 바이오벤팅 기술은 불포화토양에서만 적용되므로 지하수면 하부의 오염물질을 제거할 수 없다는 단점이 있습니다. 따라서 이를 보완하기 위해 포화지대 내에 공기를 주입하는 에어스파징 기술을 바이오벤팅 기술과 결합시키는 공정이 개발되었습니다. 이 공법은 강제적 공기주입에 의해 오염 대수층 내로 다량 공급된 공기가 포화되어 토양 내에서 상부로 이동하면서 생분해 및 휘발작용을 일으키도록 되어 있습니다. 즉 공급된 산소는 액상으로 전이되어 지하수 내 생분해 효율을 증진시키며, 포화토양 내에 VOCs는 공기 흐름에 의해 기상으로 전이되어 상부의 불포화대로 운반되며, 지상으로 배출되기 전까지 생분해가 이루어집니다. 불포화대 내의 증기 추출정 설치여부는 오염물질의 휘발성 및 생분해도에 의해 결정되므로, 만약 미생물의 활성도가 최적상태로 유지될 경우 지하수면에서 지표면까지의 구간은 생물학적 증기 트랩의 역할을 수행할 수 있기 때문에 인위적인 증기 추출 공정은 불필요하게 됩니다. 제약조건으로는 대상부지의 토양 투수성이 커야 하며, 진공압이 높을수록 영향반경이 크고, 시간이 단축되며, 투수성이 낮은 토양에서의 처리효율이 증대되는 한편 진공정도가 낮을수록 시설비용 및 유지비가 낮아지고 보다 균일한 처리가 가능하게 됩니다. 또한 지중 처리공정의 단점 중의 하나는 오염부지 주변의 공기 및 물의 이동에 의해 오염물질이 확산될 수 있다는 것입니다. 따라서 오염 부지 주변에 대한 면밀한 모니터링이 요구됩니다. 현장 지반구조 및 오염물 분포에 따른 처리기간의 변동이 심하므로 실험실 규모 또는 파일럿 규모 실험을 거친 후에도 일정한 처리시간을 보장하기가 어렵습니다.