개념 한 쪽
오염된 지하수를 정화할 때는 대상 지층의 특성과 오염물질 성상에 따라 적절한 원위치 또는 비원위치 공정을 선정하고, 필요한 약품량·공기 주입량·약품 촉매량 등 자재와 운전조건을 산정하여 정화계획을 수립한다.
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출제기준 단원 「정화계획수립」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| Air Sparging 특성 판단 | 1 | 공기주입 공정의 적용조건과 원리를 가리는 능력 |
| 약품 소요량 계산 | 1 | 단위 소모량과 유량·시간을 곱해 일일 약품량을 산정하는 계산력 |
| 포화대 대상 공정 식별 | 1 | 포화층에서 공기를 주입해 휘발성 제거하는 공법을 고르는 능력 |
정화계획수립은 오염지하수에 적용할 수 있는 여러 기술의 원리와 적용조건을 이해하고, 대상 현장에 맞는 공법을 선정하는 과정이다. 공법별로 적용 가능한 층위(포화대·불포화대), 지질의 투수성, 오염물질의 휘발성·용해도·흡착성 등을 고려하여 기술을 결정한다.
원위치 공정으로는 공기주입을 통해 휘발성 오염물질을 제거하는 Air Sparging(공기분사법)과 불포화층의 증기를 흡인하는 Soil Vapor Extraction(SVE)이 있다. Air Sparging는 지하수 포화층에 공기를 주입하여 오염물질을 기상으로 전환·이동시키는 방법이므로 투수성이 높은 자유면 대수층에서 유리하고, 지하수면이 지나치게 얕거나 유기물 함량이 높아 흡착이 강하면 효율이 떨어진다.
투수성 반응벽체(PRB)는 지하수의 자연 수리 동수경사를 이용하여 오염지하수를 반응 매질을 통과시키며 제거하는 공법으로 외부 동력이 불필요하여 운영·유지비가 적게 소요된다. 반대로 슬러리월은 투수성이 낮은 벽체를 형성하여 오염의 확산을 물리적으로 차단하는 격리시설이며, 분해 기능을 수행하지 않으므로 차단과 분해의 개념을 구별하여야 한다.
약품을 사용하는 화학적 산화나 산화촉매 공정에서는 처리에 필요한 약품량을 현장 조건과 예비실험 결과를 바탕으로 산정한다. 예비실험에서 단위 처리량당 약품 소모량이 밝혀지면, 처리 유량과 시간, 제거율 등을 곱하여 총 소요량을 산출하고 단위 변환을 정확히 수행하여 계획에 반영한다.
오존 처리량 산정 사례는 예비실험에서 얻은 단위 소모량을 유량과 시간에 곱하여 일일 총량을 구하는 방식으로 계산한다. 예비실험 결과가 1.4 mg/L·min이고 유량이 760 L/min이면 1분당 필요량은 1.4 × 760 = 1,064 mg가 된다. 이를 하루(1440 min)에 대해 곱하면 1,064 × 1,440 = 1,532,160 mg가 되어 약 1.53 kg가 산출된다. 다만 자료에는 단위 표기 오류 가능성이 언급되며, 문맥상 단위 오타로 계산상이 다르게 제시된 경우가 있으므로 단위 일관성을 먼저 확인해야 한다.
과산화수소-철촉매(Fenton 유사) 공정의 약품량 산정은 단계별 비례 계산을 따른다. 예비실험에서 페놀 1 g 당 H2O2가 2.5 g 필요하고 Fe2+는 H2O2 1 g 당 0.05 mg 필요하다고 하면, 일일 페놀 총량과 제거율을 곱하여 제거량을 구하고 여기에 비율을 적용하여 H2O2와 Fe2+의 필요량을 산출한다. 예를 들어 페놀 농도 6000 mg/L, 유량 10,000 L/day이면 총 페놀량은 60 kg/day이고 99% 제거 시 제거량은 59.4 kg/day가 된다. 필요한 H2O2는 59.4 kg × 2.5 = 148.5 kg/day이고, 이에 대한 Fe2+는 148.5 kg의 H2O2에 0.05 mg/g 비율을 적용하여 약 7.43 kg/day이 산출된다.
정화계획에서는 공법의 원리·적용조건과 약품 소요량 산정 절차를 명확히 하고, 현장 자료(유량, 농도, 지층 특성)와 예비실험 결과를 일관되게 적용하여 수치 산출과 단위 변환의 오류를 피하는 것이 핵심이다.
지하수 처리기술중 공기분사기법(Air Sparging)에 관한 설명으로 틀린 것은?
정답 ② · 문제는 Air Sparging의 특성에 대한 틀린 설명을 찾는 것이다. Air Sparging은 현장에 직접 공기를 주입하여 휘발성 유기물질과 유류오염을 원위치에서 제거하는 기술이므로 원위치 처리법이고, 오염 심도와 지질특성을 반드시 고려해야 한다.
공기분사법(Air Sparging)은 지하수 양수 없이 지하에 공기를 주입하여 휘발성 물질을 제거하는 원위치 처리법이다.
TCE (Trichloroethylene)으로 오염된 지하수를 오존으로 처리하고자 한다. 처리대상 지하수로 예비실험을 한 결과 1.4 mg/L-min의 오존으로 1시간 처리시 환경기준에 적합한 제거율을 보였다. 지하수 오염농도가 150 kg/L 이고 처리 해야할 지하수의 유량이 760 L/min일 경우 필요한 오존의 총 양은?
정답 ② · 문항은 예비실험에서의 오존 소모 속도를 바탕으로 하루에 필요한 오존 총량을 계산하라는 문제이다. 계산식은 오존 소모량(1.4 mg/L·min)×유량(760 L/min)×시간(1440 min/day)이며 단위를 kg로 변환하려면 10^6으로 나눈다.
오존 소모량은 단위 시간당 농도 곱하기 유량 곱하기 시간으로 계산하여 일일 총량을 구한다.
지하수로 포화된 오염토양(포화대)에 공기를 주입시켜 휘발성 오염물질을 추출 처리하는 기술은?
정답 ① · 문제는 포화대(지하수로 포화된 층)에 공기를 주입해 휘발성 오염물질을 제거하는 기술을 묻고 있다. 지하수 포화층에 공기를 주입하여 오염물질을 기상으로 전환시키는 공정은 공기스파징(air sparging)이다.
지하수 포화층에 공기를 주입하여 휘발성 물질을 기상으로 전환해 제거하는 기술은 공기스파징이다.
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