토양의 자연정화(Natural attenuation)기능이란?

□ 토양의 자연정화(Natural attenuation)기능이란?

 

• 자연정화(Natural attenuation)란 무엇인가?

 

(1) 자연적인 과정에 의한 오염물의 정화

(2) 적절한 시간 내에 정화목표 수치를 이룰 수 있지, 인간의 건강과 환경을 보호할 수 있는지에 기초하여야 한다.

(3) 자연정화과정들

- 물리적(비파괴적, non-destructive) 작용

가. 토양입자들에 의한 흡착작용(adsorption)

나. 지하수에서의 희석(dilution)과 분산(dispersion)

- 화학적(파괴적, destructive) 작용

가. Biotic degradation

나. Abiotic degradation

 

• Natural attenuation은 “do nothing"과 무엇이 다른가?

 

(1) 자연정화는 자연적인 치유(remediation) 과정들을 확인하고 monitoring하는 “proactive approach"

(2) 자연정화방법의 제안을 위해서는 다음 사항이 검토되어야 한다.

- 토양 및 지하수에 대한 중요한 자료

- 자연정화작용이 나타나는지 여부

- 자연정화작용의 효과 정도(effectiveness) - 즉, 시간에 따른 오염물 농도의 감소율

(3) 자연정화방법이 채택될 경우에는 오염물질의 위해성 여부 및 예상한 오염농도 및 위해성 수준의 감소가 일어나는지 여부의 확인을 위한 장기적인(long-term) 모니터링이 있어야 함.

 

• Natural attenuation이 어떤 장소에서 일어나고 있다는 것을 어떻게 말할 수 있는가?

 

(1) 오염물 농도의 감소 경향, 또는 안정화된 오염물(stable plume)

(2) 자연정화가 일어나기 좋은 지화학적 조건 - 특정오염물의 생화학적 분해작용이 용이한 조건에 놓이면 자연정화작용 가능성 높음.

☞ 예) chlorinated solvent destruction →산소와 질산염기(nitrate)가 고갈된 지하수에서 용이. 황산염기가 부족하고 용존 메탄이 높은 환경에서도 용이하게 일어남.

(3) Breakdown or daughter products의 존재

☞ 예) Chlorinated solvent의 biodegradation → chlorine atom 방출

☞ breakdown product가 원물질보다 더 독성인 경우가 있다.

(4) 실내실험

☞ 대수층(aquifer)에 대한 시뮬레이션을 통해 자연 박테리아가 특정 오염물을 파괴하는 생화학적 반응을 일으킬 수 있는지 여부를 확인

☞ 이 같은 실내 시뮬레이션은 특히 chlorinated solvent 오염지역에 필요 → petroleum-contaminated 지역보다 생화학적 반응이 복잡하고, 예측이 어렵기 때문

 

• Chlorinated solvent와 Petroleum products의 어떻게 다른가?

 

(1) Chlorinated solvent - 예) TCE 등

- synthetic chemicals, DNAPL(dense non-aqueous phase liquid)

- 자연적인 생화학적 분해작용에 대한 저항도가 높다.

- 일어나는 생화학적 분해작용의 효과가 낮고, 예측도 힘들다.→ 많은 연구를 통해 자연정화작용의 역할이 많이 밝혀짐.

- 밀도가 높아 대수층 아래 방향으로 이동하는 경향이 있다.→불투수층을 만날때까지 하부로 이동 → 불투수층 위에 모여서 장기적인 지하수오염원으로 작용

- 매우 느리게 용해되며, 많은 양의 물을 오염시킨다.

 

(2) Petroleum products

- LNAPL(light non-aqueous phase liquid)

- Chlorinated solvent와 정반대의 성질

- 가벼워서 대수층 직상부에 떠서 모여있음.

• Natural attenuation은 모든 chlorinated sites에 효과적일 수 있는가?

→ 경우에 따라 다르다.

 

- 계속적인 오염물의 이동 및 음용수에의 악영향 등이 우려될 경우에는 공학적인 정화방법이 요구됨

- 현재 인간 및 환경에 대한 오염우려가 없는 오염지역에 자연정화방법이 앞으로의 오염도 감소를 위해 적절한 방법이 될 수 있다.

- 자연정화방법의 채택 여부를 site profile 관찰을 통해 판단한다.

가. chlorinate solvent가 기타 petroleum products와 함께 유출된 경우 → biodegradation 반응이 잘 일어난다.

나. 토양이 다량의 유기물을 함유한 경우

다. 두꺼운 투수율이 낮은 점토층에 의해 지하수 심도가 낮아지는 지역

라. active remediation에 기인된 물질이 거의 없는 지역

 

• Natural attenuation은 site cleanup 목표를 이룰 수 있을까?

→ 경우에 따라 다르다.

 

☞ 오염물의 이동이 제한적이고, 지하수의 심도가 낮은 경우 등은 효과적인 정화가 가능

☞ 오염도가 낮은 지역 → 즉, 높은 오염지역의 가장자리, 또는 오염원이 적은 지역

 

• Natural attenuation의 잠재적 장점(potential advantages)과 한계(potential limitations)는?

 

(1) 잠재적 장점

- 폐기물의 생산과 전이가 거의 없다.

- 공학적인 정화방법보다 less intrusive and disruptive

- 공학적 정화방법과 적절히 함께 사용하거나, 정화의 일부분을 담당

- 공학적인 active remediation 보다 저비용이다.

 

(2) 잠재적 단점

- 정화에 장시간이 요구되고, 장기적인 모니터링을 해야한다.

- 정화에 너무 장시간이 걸릴 경우 오염물의 이동이 우려된다.

- 불완전한 생화학적 분해작용은 보다 독성이 높은 오염물을 만들 수 있다.

- 토양 및 지하수 사용을 제한해야하는 경우가 있다.

 

• 왜 chlorinated solvents는 자주 유출되는가?

- 세정액으로 매우 성능이 우수

- 오랫동안 사용해 옴.

- 현재의 사용 및 보관상의 제한이 있기 전에 drum이나 지하탱크저장소에 보관되어 옴. 연료와 혼합되어 연소되기도 함. →지하수의 심각한 오염 초래.

- 최근에는 유해성이 낮은 대체 세정액을 사용함.

 

• Natural attenuation 과정은 정화작용의 속도를 촉진할 수 있는가?

- 공학적인 정화방법들과 함께 사용함으로써 적절한 정화목표를 이룰 수 있다.

- 양수방법, soil vapor extraction, 오염원제거법 등과 수반해서 적용이 가능하다.

- 무독성 유기물의 첨가 → 오염물의 분해작용을 촉진시킬 수 있다.

- 현재 박테리아의 생화학적 분해작용이 용이한 환경을 만들어주기 위해 산소소비를 증가시키는 자연분해 가능한 유기물의 첨가 방법을 개발 중이다.

 

• Natural attenuation이 어떤 site에서 효과적이지 못하다면 무엇을 해야하나?

- 모니터링 결과, 정화방법이 적절하지 못한 것으로 나타날 경우

→ 자연정화과정의 재평가가 필요

→ 공학적인 정화방법의 완전, 또는 일부 도입을 고려해야 함.

 

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