물리적 방법에 의한 오염토양 및 지하수 정화
Remediation of contaminated Soil and groundwater by physical methods
정하익 (한국건설기술연구원 지반연구실 선임연구원 )

1. 서론

전세계적으로 산업발달의 가속화와 인구증가로 말미암아 부수적으로 발생하는 방대한 양의 도시, 산업, 준설, 광산, 핵 등의 폐기물과 사용량이 계속 증가하고 있는 화공약품, 유류, 농약 등과 같 은 화학물질의 부적절한 취급과 처분으로 인하여 토양 및 지하수의 오염이 심화되어 가고 있다. 국내의 경우 위생시스템을 갖추지 않은 l,800여개 정도의 불량 매립지, 각종 화학공장이 위치한 산업공단지역, 전국 각지에 산재하고 있는 8,000여개 정도의 주유소 및 지하유류비축기지, 농약이 과다 살포된 농경지, 채광이 완료된 2,000여개 정도의 폐광 등의 주변 토양 및 지하수가 오염되어 가고 있다.

따라서 현재 이들에 관한 환경문제가 서서히 대두되고 있으며 향후 더욱 심각한 환경문제가 야기 될 것으로 예상된다. 이와같이 토양 및 지하수가 오염될 경우 환경적인 측면에서는 인간 및 자연 생태계에 나쁜 영향을 미치며 공학적인 측면에서는 원토양 및 지하수가 가지고 있는 고유한 물리 적, 화학적, 역학적 특성이 변하게 된다.

선진외국에서는 오염 토양 및 지하수 정화기술에 대한 많은 연구로 현재 수십종의 기술이 개발되 어 실용화되고 있다. 현재까지 발표된 오염 토양 및 지하수 정화기술에는 굴착제거, 표면제어, 차 폐, 양수, 토양세척, 진공추출, 고화, 수압파쇄 등의 물리적 방법, 산화, 중화, 이온교환, 계면활성제 첨가 등의 화학적 방법, 프라즈마, 동결, 열분해, 유리화 등의 열적 방법, 그리고 영양분 주입, 미생물 이용 등의 생물학적 방법이 있으며 최근에는 전기삼투 등을 이용한 동전기적 방법이 개발되고 있다.

본 고에서는 상기의 각종 정화기술중에서 현재 국내실정으로 볼때 실용성이 매우 높은 차폐기술과 저투수성의 점성토토양 및 중금속제거에 효과적인 동전기 정화기술에 대하여 언급하고자 한다.

2. 국내 토양 및 지하수 오염현황

2.1 토양 및 지하수 오염원

인구증가 및 산업발달로 인하여 부수적으로 발생되는 도시, 산업, 광산, 준설, 핵 등의 폐기물 및 나날이 사용량이 증가되고 있는 화학물질, 유류, 농약 등의 처리 및 처분의 불량으로 인하여 토양 및 지하수의 오염이 이루어지고 있다. 이와 같이 토양 및 지하수 오염원은 그림1에서와 같이 매 우 다양한 원인에 의하여 일어나게 된다.

2.2 국내 토양 및 지하수 오염현황

국내의 경우 1980년대 후반기 이전에 설치된 매립장의 경우에는 매립장에서 발생되는 침출수를 차단하기 위한 차수재가 설치되지 않거나 비닐이나 천막 등 저급의 차수재가 설치된 불량매립장 이 대부분이다. 이와 같은 매립장은 주로 계곡, 평지 및 하천부근에 위치하고 있기 때문에 상수원 의 오염원이 되기도 한다. 현재 전국적으로 불량매립장이 1994년 현재 약 2,000여개가 있는 것으 로 조사되었다. 국내에는 폐광된 금속광산수에 대한 광역적인 조사가 이루어지지 않아 정확한 숫 자를 파악하기 어려우나 약 2,000 여개 이상 되는 것으로 추정되고 있다.

우리나라는 1960년대 이후부터 현재까지 30여년동안 경제개발에 치중하여 공업화를 이룬 과정에 서 산업입국에는 성공했으나 전국이 공해강산으로 변하는 값비싼 대가를 치르게 되었다. 공업화 가 지상과제였던 60∼80년대에 환경문제는 전혀 고려의 대상이 아니었으며 환경오염에 대한 인식 조차 없었다. 따라서 현재 수백여개에 달하는 산업공단지역이나 인근지역의 대기, 수질 뿐만아니 라 토양 및 지하수의 오염이 심각한 상태에 있다.

산업공단지역에서의 토양오염은 지역예 따라 다르겠지만 중금속, 유류, 황화물 등 다양한 양상을 띤다. 국내의 경우, 자동차의 폭발적인 증가 및 주유소거리제한 철폐로 인하여 주유소의 신설이 활발히 추진되고 있다. 1995년 8월 현재 국내 주유소의 갯수는 8,000여개를 상회하고 있는데 이들 탱크의 누수여부에 대한 조사가 전혀 이루어 지지 않은 상태이다.

환경처에서 발표한 90년 전국 토양 중금속 오염현황 자료에 의하면 전국 2백60개지역 1천3백개지 점을 골라 카드뮴, 납, 구리, 아연, 수은, 비소 등 여섯가지 중금속 함유량을 조사한 결과 장항제 련소 인근의 장항읍 일대에서 비소(As)가 자연함류량의 33배인 18,571ppm이 검출돼 농작물이 자 라는데 피해를 주는 15ppm을 넘어선 것으로 나타났다. 그리고 이타이이타이병의 원인이 되는 카 드뮴은 전남 나주군, 경북 울진군, 강원도 정선군 등 금속광산 25곳에서 평균 0.21 ppm으로 비교 적 높은 오염도를 보였다. 또 구리, 납은 충남 장항읍, 경남 울산군 온산면, 경북 봉화군 일대 등 금속 제련소지역에서 자연함유량 보다 최고 약 27배, 약 38배 높게 나타났다.

1993년도 환경처에서 전국의 지하수를 대상으로 조사한 자료에 의하면 l,564개지점중 l,286개지점 (약 83%)은 음용수 수질기준 이내이고 260개지점(약 17%)은 이를 초과한 것으로 나타났다. 도시 지역 및 농촌지역의 지하수에서는 질산성질소가 높게 나타났는데 이는 쓰레기, 축산폐기물의 불 량매립 및 정화조, 가정하수의 관리부실에 의한 것으로 판단된다. 공단부지의 지하수에서는 질산 성질소 뿐만 아니라 트리클로로에틸렌(TCE) 등이 나타난 것으로 보고되었다.

3. 오염지역 차폐기술

3.1 차폐시설의 종류

오염지역 차폐시설의 종류는 표1에 제시된 바와 같으며 이들의 장단점은 표2에 제시한 바와 같 다. 표에서 보는 바와같이 차폐시설은 크게 불투수성벽(impermeable barrier)과, 투수성벽 (permeable barrier)으로 분류할 수 있으며 불투수성벽에서는 슬러리월(Slurry wall), 시이트파일 (sheet pile), 그라우팅(grouting) 및 기타의 벽체 등이 있고 투수성벽에는 배수성벽(vertical drain), 흡착성벽(permeable treatment beds) 등이 있다.

이들 대분류를 소분류하여 살펴보면 불투 수성벽의 슬러리월에는 흙벤토나이트 슬러리월, 시멘트벤토나이트 슬러리월, 플라스틱콘크리트 (Plastic concrete), 다이어프럼월(diaphragm wall) 등이 있으며 시이트파일에는 강재시이트파일 (steel sheet), 합성수지시이트파일(geosynthetic sheet), 목재시이트파일 등이 있다. 또한 그라우팅 에는 그라우트커튼과 암반그라우팅 등이 있으며 기타로는 흙교반벽(SMW:soil mixing wal1), 토양동결벽 등이 있다.

그리고 투수성벽의 배수성벽에는 모래, 자갈 등이 있으며 흡착성벽에는 석 회, 활성탄, 제오라이트, 이온교환수지 등이 있다. 이와같이 전체 차폐시설은 수십종에 달함을 알 수 있다. 여기에서 불투수성벽은 오염지역내에서 발생하는 오염수를 차단하는데 사용될 수 있으 며 투수성벽은 오염수를 배수제거하거나 흡착제거하는데 사용될 수 있다.

표1. 차폐시설의 종류

표2. 차폐시설의 장단점

3.2 차폐시설의 설치

3.2.1 수평배치 시스템

차폐시설을 수평방향으로 배치하는데에는 지하수 흐름방향에 대하여 상류 구배 배치방법과 하류 구배 배치방법이 있으며, 그리고 오염지역 전체를 에워싸는 전체 주변배치 방법등이 있다.

(1) 전체주변 배치

그림 2(a)에서와 같이 오염지역 전체를 에워싸는 전주변 배치방법(circum- ferential placement)은 가장 적극적인 방법으로서 여러가지 장점을 제공한다. 이러한 설치방법은 상류로부터 오염지역내 로 유입되는 비오염 지하수의 양을 거의 차단할 수 있기때문에 침출수의 생성량을 줄일 수 있으 며 또한, 오염물질과 차폐벽 재료간에 반응성 문제만 없다면, 오염지역의 하류로 유출되는 침출수 량을 대부분 줄일 수가 있다.

(2) 상류구배 배치

그림 2(b)와 같이 오염지역에서 지하수가 흘러 들어오는 면, 즉 상류구배면에 차폐벽을 설치하는 것으로(upgradient placement) 수두경사가 큰 경우에 오염지역 주변의 깨끗한 유입 지하수를 오 염지역 외부로 우회시키기 위하여 사용된다. 이 시스템은 침출수의 생성을 완전하게 중지시킬 수 는 없지만 벽에 의하여 지하수 유입이 차단되어 벽 배면 지하수가 거의 정지 상태로 되기 때문에 침출수의 생성을 느리게 할 수가 있다.

(3) 하류구배 배치

그림 2(c)와 같이 지하수가 흘러나가는 하류구배 방향의 오염지역면에 차폐벽을 설치하는 시스템 으로(downgradient placement), 비록 일반적으로 사용되는 방법은 아니지만 LNAPLs(1ight non-agueous phase liquids) 등과 같이 지하수 상부에 떠있는 경량 불용성 오염물질이나 메탄을 가두고 포획하기 위하여 사용되며 연직배치로는 주로 불투수층내 삽입식보다는 투수층내의 현수 식을 적용한다. 이와같은 경우 차폐벽 재료는 침출수와 직접 접촉되기 때문에, 엄격한 반응성 시 험이 필수적이다.

그림2. 수평배치 시스템 개념도

3.2.2 연직배치 시스템

(1) 삽입식

그림 3(a)에서 보는 바와같이 점토층이나 기반암 등의 불투수층내에 차폐시설을 삽입(keyed-in)하 는 방식으로 가장 전형적인 연직배치 시스템이다. 불투수층은 차폐지역의 바닥을 형성하며, 완전 한 차폐를 위해서는 엄격한 삽입작업이 요구된다. 이러한 형식의 차폐형식은 액상물질을 제어하 는데 적절한 방법인데 오염된 지하수에 대한 차폐벽 재료의 내구성을 검토하는 것이 필요하다.

(2) 현수식

그림 3(b)에 제시된 바와 같이 불투수층 깊이까지 실치하지 않고 투수층내에 일정한 깊이까지 차 폐시설을 현수식(hanging)으로 설치하는 방식으로 불투수층이 상당히 깊은 곳에 위치하여 불투수 층까지 설치하는 것이 용이하지 않는 지역에서 기름이나 연료와 같이 물위에 뜨는 경량 불용성물 질이나 이동성 가스의 제어에 사용된다. 예를들면 투수층 토양위에 설치된 기름탱크에서 새어나 온 기름을 제어하고자 하는 경우에 적용될 수 있다. 폐기물 매립장의 경우는 오염물질이 복합적 으로 매우 다양하게 구성되어 있기 때문에 이러한 차폐시스템이 적용되는 경우는 드물며 주로 불 투수층내 삽입식 차폐시스템이 적용된다.

그림3. 수평배치 시스템 개념도

3.3 차폐재료 특성실험 및 분석

3.3.1 슬러리월 재료

(1) 벤토나이트 슬러리의 특성

벤토나이트 슬러리에 염분이나 화학물질이 혼합되게 되면 화학물질과의 반응성에 의하여 슬러리 가 제대로 형성되지 않고 침강하게 된다. 그림 4의 사진에서 보는 바와 같이 증류수를 사용했을 경우에는 슬러리가 제대로 형성이 되어 부유상태를 유지하나 침출수가 함유된 경우에는 벤토나이 트가 국부적으로 응집이 이루어져 현탁액이 제대로 형성되지 않고 침강현상이 발생함을 알 수 있다.

(2) 뒷채움재료의 특성

슬러리월 뒷채움재의 강도크기는 흙벤토나이트, 시멘트벤토나이트, 시멘트/플라이에쉬 벤토나이트, 플라스틱 콘크리트 순으로 나타났으며 이중 플라스틱 콘크리트의 강도가 가장 높은 것으로 나타 났다. 그리고 시간경과에 따른 강도변화를 살펴보면 화강벤토나이트 뒷채움재를 제외하고 나머지 뒷채움재에서 28일 강도가 7일 강도보다 증가하였다. 시멘트벤토나이트 뒷채움재의 경우 시멘트 량의 변화에 따른 강도특성을 살펴보았다. 벤토나이트를 5%로 일정하게 하고 시멘트량을 15, 20, 25%로 변화시켰을때 그림5에 제시된 바와 같이 시멘트량의 증가에 따라 강도는 증가하였다. 이 때 7일 강도의 경우는 시멘트량 5%에 비하여 25%의 경우가 약 12배 정도 증가하였으며 28일 강 도는 약 14배 정도 증가하였다.

그림4. 슬러리의 침강현상

그림5.시멘트함량에 따른 시멘트벤토나이트 재료의 강도 특성

슬러리월 뒷채움재 종류별 투수특성을 살펴보면 흙벤토나이트, 플라스틱 콘크리트, 시멘트벤토나 이트 순으로 크게 나타나 투수성에 있어서는 흙벤토나이트가 가장 작게 나타남을 알 수 있다. 그 리고 재령기간에 따른 투수특성을 살펴보면 27일 경과후의 투수계수가 7일 경과시보다 작게 나타 나 시간이 경과함에 따라 투수계수가 점차 감소함을 알 수 있다. 침출수와의 반응특성을 살펴보 면 차폐재와 침출수의 첩촉에 의하여 투수계수가 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 증가폭은 매 우 작음으로 본 연구에서 사용한 슬러리재료에 대한 일반폐기물매립장에서 발생하는 침출수에 의 한 영향은 미소한 것으로 나타났다.

흙벤토나이트 뒷채웅재에 대하여 벤토나이트량의 변화에 따른 투수특성을 살펴보면 함수량를 30%로 일정하게 하고 벤토나이트량을 2, 5, 8%로 변화시켰을 때 그림 6에 제시된 바와 같이 벤 토나이트량의 증가에 따라 투수계수는 감소하였으며 7일 보다는 28일의 경우가 투수계수가 감소 하였다. 여기에서 투수계수가 감소하는 것은 벤토나이트가 물을 흡수함에 따라 체적이 팽창하기 때문에 혼합재료의 간극을 메웠기 때문으로 보이며 체적팽창율이 시간경과에 따라 증가하기 때문 이다. 침출수와의 반응에 의한 투수특성을 살펴보면 침출수 통과의 경우가 증류수 통과의 경우보 다 투수계수가 증가하는 것으로 나타났다.

그림6. 벤토나이트함량에 따른 흙벤토나이트재료의 투수특성

3.3.2 시이트파일 재료

본 연구에 사용된 팽창지수재로는 상품명이 파일록(pile lock)인 제품을 사용하였다. 본 제품은 합 성수지 원료에 폴리머, 충진재. 용재 등을 배합하여 만든것으로서 건조되면 단단한 막이 형성되고 물을 흡수하게 되면 그림7과 같이 부피가 10배∼20배 정도 팽창하는 성질을 가지고 있다. 따라서 이를 시이트파일 연결부위에 도포한후 공기중에서 약 24시간정도 건조시켜 단단한 막이 형성된 다음에 설치장소에 운반 이동시킨후 이를 지중에 타설하게 되면 지중내의 물을 흡수하게 되어 48 시간내에 팽창하여 시이트파일의 연결부를 완전하게 지수하게 된다.

시이트파일 연결부 시공시 지수제도포의 유부에 따른 누수량와 투수계수를 그림8에 살펴보았다. 실험조건은 지수제를 도포하지 않은 경우, 지수제를 도포하였으나 시공시 2cm가 삭제된 경우와 3cm가 삭제된 경우 그리고 완전도포된 경우의 4조건에 대하여 실시하였다. 분석 결과, 지수제를 도포하지 않은 경우에는 어느정도 누수현상이 발생하였으나 지수제가 2cm가 삭제된 경우, 3cm가 삭제된 경우 그리고 완전도포된 경우에는 전혀 누수현상이 발생하지 않는 것으로 나타났다. 따라 서 지수제가 도포된 시이트파일의 경우에 시공이 약간의 지수제가 유실되어도 시이트파일의 지수 에는 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.

그림7. 지구제 팽창 장면

그림8.지수제 도포 유무에 따른 누수량의 변화

4. 동전기 정화기술

4.1 동전기 정화기술 개요

토양에 전기가 공급되면 토양 및 지하수내의 이온은 전기이동현상에 의하여 자신의 전하특성에 따라 이동하게 되는데 즉, 음이온은 양극으로 이동하고 반면에 양이온은 음극으로 이동한다. 그리 고 토양내의 간극수는 전기삼투현상에 의하여 양극에서 음극으로 이동하게 된다. 따라서 양극에 물을 게속적으로 주입하게 되면 전기삼투에 의하여 간극수 및 주입수가 음극으로 이동하게 되고 이때에 토양에 흡착되었거나 간극수에 존재하고 있는 오염물질도 동시에 이동하게 된다.

결국 음극에서 이들을 배수시킴으로서 오염토양 및 지하수내의 오염물질을 추출할 수가 있다. 또한 양극 에서 물이 공급되지 않아 간극수가 이동되지 않는 정지흐름상태라 하더라도 공급된 전기장에 의 한 전기이동현상에 의하여 토양내의 이온물질이 효과적으로 제거될 수 있다.

따라서 공급된 전기장에 의한 이온이동과 전기삼투의 이중효과에 의하여 그림 3.16에 보이는 바 와 같이 토양 및 지하수로부터 오염물질을 효과적으로 제거할 수가 있다. 특히, 세립토와 같이 투 수성이 낮은 토양의 경우에 기존의 양수, 토양세척, 공기추출 등의 방법은 현실적으로 적용하기 어려우나 본 공법은 적용성이 매우 높다.

4.2 동전기 정화 메카니즘

포화된 지중내에 전극을 삽입하고 직류전류를 가하면 전극 바로 주위에서 물이 이온화되어 전기 분해 반응이 생긴다. 따라서 아래에 서술된 전기분해 반응식과 같이 양극에서는 물의 산화가 일 어나고 음극에서는 물의 환원이 일어난다. 따라서 양극에서는 산전선(acid front)이 생성되고 음극 에서는 염기전선(base front)이 형성된다. 그리고 양극에서는 산소가 방출되고 음극에서는 수소가 방출된다. 시간이 지나면서 양극에서 생성된 산전선은 토양을 통과하여 음극으로 진행하게 된다. 이로인하여 토양내의 ph가 부분적으로 산성으로 변하게 된다.

오염된 토양을 효과적으로 정화하기 위해서는 토양으로부터 중금속을 탈착시키는 것이 필요하다. 흡착/탈착 메카니즘은 토양내 점토광물 표면의 전하밀도, 양이온교환능력, 양이온물질의 특성과 농도, 유기물질과 탄산염의 존재에 좌우된다. 또한 흡착/탈착 메카니즘은 ph에도 크게 좌우된다. 전기분해에 의하여 음극에서 생성되는 염기전선에 의하여 부분적으로 중금속 이온이 결정체가 되 어 침전된다. 침전정도는 이온물질의 종류에 따라 다르며 흙입자와 간극수의 ph에 크게 영항을 받는다. 이렇게 음극부에 침전된 침전물은 양극에서 생성되는 산전선이 음극으로 진행하면서 용 해되며 용해정도는 토양 및 침전물의 종류에 따라 다르게 된다.

간극수에 존재하거나 토립자표면으로부터 탈착된 오염물질은 자신들의 전하특성에 따라 양극 또 는 음극방향으로 이동하게 된다. 오염물질은 전기삼투예 의한 이류, 전기경사에 의한 이온이동 및 농도경사예 의한 확산에 의하여 토체를 통하여 이동하게 된다. 상기예 언급된 메카니즘에 의하여 토양 및 지하수내 양이온은 음극으로 모이게 되고 음이온은 양극으로 모이게 된다. 특히, 중금속 등의 오염물질은 음극부에 농축되게 되므로 음극부에서 유출수를 지상으로 추출한다. 그리고 지 상으로 추출된 유출수를 이온교환방법 등의 환경공학적 처리방법을 이용하여 오염물질을 계거하면 된다.

간극수에 존재하거나 토립자표면으로부터 탈착된 오염물질은 자신들의 전하특성에 따라 양극 또 는 음극방향으로 이동하게 된다. 오염물질은 전기삼투예 의한 이류, 전기경사에 의한 이온이동 및 농도경사예 의한 확산에 의하여 토체를 통하여 이동하게 된다. 상기예 언급된 메카니즘에 의하여 토양 및 지하수내 양이온은 음극으로 모이게 되고 음이온은 양극으로 모이게 된다. 특히, 중금속 등의 오염물질은 음극부에 농축되게 되므로 음극부에서 유출수를 지상으로 추출한다. 그리고 지 상으로 추출된 유출수를 이온교환방법 등의 환경공학적 처리방법을 이용하여 오염물질을 계거하면 된다.

4.3 동전기정화 모형실험

본 연구에서 적용한 동전기정화 실험장치는 셀, 전극, 전원장치로 구성되어 있다. 셀은 원통관으 로 재질은 부식 및 내화학성이 강한 플렉시유리와 아크릴 재질로 하였으며, 규격은 직경 10cm, 길이 10cm 그리과 체적 785 cm3으로 하였다. 셀의 양단에는 체적이 300cm인 전극조를 부착하였 으며 여기에는 유입수 및 유출수의 유동을 위한 공간과 밸브구멍 그리고 가스의 방출을 위한 밸 브구멍을 설치하였다. 각 전극조에는 수조를 연결하여 물이 공급, 순환되도록 하였다. 전극은 양질의 흑연판으로 하였으며 두께는 0.8 cm, 직경은 9.5 cm이고 흑연판내에는 일정한 간 격으로 구멍을 천공하여 전원공급 및 물의 유동을 원활히 하도록 하였다. 전원 공급기로는 Hewlett packard시가의 직류전원 공급기를 사용하였다.

4.4 오염물질 제거효과

동전기 정화작업에 의한 토양 및 지하수내 오염물질 제거효과를 살펴보기 위하여 동전기 정화실 험을 완료한 후에 실험시료를 10개의 절편으로 절단하여 각 절편에 대한 오염물질의 잔류농도를 분석하였다. 농도분석을 실시한 후에 각 절편별로 초기농도와 최종농도와의 비율를 구하여 상호 비교분석하였다.

동전기정화에 의한 납성분의 제거효율을 살펴보면 그림9에 도시한 바와 같다. 그림에서 알 수 있 는 바와같이 오염물질의 잔류농도가 가동기간 5일인 경우에는 0.3∼1.6 정도가 되며 가동기간이 15일인 경우에는 0.09∼0.15 정도가 된다. 그러므로 동전기 정화작업에 의하여 토양 및 지하수내 의 납 제거율이 가동기간이 5일인 경우에는 -60∼70 %이고 가동기간이 15일인 경우에는 약 90 % 정도가 됨을 알 수 있다.

공급전류에 따른 납의 제거효율을 살펴보면 그림10에 도시한 바와같다. 그림에서 보는 바와 같이 공급전류가 10mA인 경우에는 오염물질의 잔류농도가 0.3∼1.2 정도가 되고 공급전류가 50mA인 경우에는 약 0.09∼0.15 정도가 되며 공급전류가 100mA인 경우에는 약 0.05∼0.07 정도가 된다. 따라서 동전기 정화작업에 의하여 토양 및 지하수내의 납 제거율이 공급전류가 10mA인 경우에 는 -20∼70 % 정도가 되고 공급전류가 50mA인 경우에는 약 90%정도가 되며 공급전류가 100 mA인 경우에는 약 94% 정도가 된다.

그림9. 가동기간에 따른 오염물질 제거효과

그림10. 공급전류에 따른 오염물질 제거효과

5. 결 론

본 연구에서는 국내 토양 및 지하수의 오염이 날로 심각해지고 이로 인하여 주변 생태계 및 자연 이 파손됨에 따라 이의 복구방안을 제시하기 위하여 현재 국내실정으로 볼때 실용성이 매우 높은 차폐기술과 향후 적용성이 높고 기타 토양환경분야에의 응용가능성이 클 것으로 예상되는 최첨단 기술인 동전기정화기술을 개발.발전시켰다. 본 연구결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 국내의 경우 도심지, 산업공단, 광산지역, 농촌지역 등이 각종 폐기물, 유류, 농약, 화학약품 등에 의하여 토양, 지하수, 하천, 상수원 등의 오염이 심각한 상태에 있다. 특히 전국적으로 산재 한 수백여개의 불량매립지, 주유소 및 폐광산에 의하여 많은 오염이 이루어 지고 있다.

(2) 오염지역의 차폐시설로는 불투수성과 투수성 차폐시설이 있으며 불투수성 차폐재로는 슬러리 월, 시이트파일, 그라우팅, 흙교반. 동결벽 등이 있고 투수성 재료로는 석회, 조개껍질. 활성탄, 수 지, 폐타이어 등이 있다.

(3) 오염지역 차폐시설 설치방법에는 불투수층내 삽입식, 투수층내 현수식의 연직배치 방법과 전 주변, 상류구배, 하류구배의 수평배치 방법이 있으며 오염종류, 오염정도, 지질특성, 경제성, 시공 성 등을 고려하여 적절한 배치방법을 조합하여 사용한다.

(4) 슬러리월 재료에 대한 강도, 투수, 화학반응성특성 실험을 통하여 적절한 배합을 가진 흙벤트 나이트, 시멘트 벤토나이트, 시멘트/플라이에쉬 벤토나이트, 플라스틱콘크리트 혼합재료를 개발하 였다. 강도면에서는 흙 벤토나이트. 시멘트 벤토나이트, 플라스틱 콘크리트 순으로 크게 나타났고 투수성에서는 시멘트 벤토나이트, 플라스틱 콘크리트, 흙 벤토나이트 순으로 작게 나타났다.

(5) 슬러리월 굴착시 안정액으로 사용되는 벤토나이트 슬러리와 침출수의 반응성 실험결과 화학 물질의 영향에 의하여 벤토나이트 슬러리가 국부적으로 응집이 이루어지고 슬러리 현탁액이 제대 로 형성되지 않는 현상이 발생하였다. 따라서 오염지역 차폐에 슬러리월 공법을 적용할 경우에는 반드시 오염물질과 슬러리의 반응성 분석이 실시되어야 하며 적절한 첨가제 등을 혼합하여 이에 대한 해결방안을 강구하여야 한다.

(6) 시이트파일에 대한 모형실험을 통하여 팽창지수재 도포방법, 시이트파일 설치방법, 토양조건, 압력수두에 따른 투수특성을 파악하였으며 시이트파일 연결부의 효과적인 지수방안을 강구하였 다. 시이트파일의 장기적인 지수효과는 시이트파일 연결부의 자연적인 막힘현상에 의하여 얻을 수 있으며 단기적인 지수효과는 지수재 도포에 의하여 효과적으로 얻을 수 있다.

(7) 기존에 보편적으로 사용되고 있는 오염물질 제거기술인 토양세척, 중기추출. 스팀제거, 미생물 정화 공법등은 투수성이 큰 사질토 토양에 적용성이 높으나 본 연구에서 개발 발전시킨 동전기 공법은 토양의 투수성에는 관계없이 사질토 토양 및 점성토 토양에 모두 효과적으로 적용될 수 있는 것으로 나타났다.

(8) 동전기정화작업이 토양내의 오염물질은 양극에서 음극으로 이동되며 오염물질의 이동메카니 즘에는 전기에 의한 이온이동, 이온물질의 농도에 의한 확산 및 전기삼투에 의한 이류 등이 관계 되는 것으로 나타났다. 전기분해에 의하여 양극에서는 산전선이 발생하고 음극에서는 염기전선이 발생하며 전기삼투현상에 의하여 산전선은 시료를 가로질러 음극으로 이동하고 토양내의 pH변화 및 오염물질제거에 영향을 미친다.

(9) 동전기정화 실내모형실험에 의하여 토양내의 납 및 페놀성분이 90%이상 제거되었으며 이로 부터 동전기정화기법은 토양 및 지하수내의 증금속과 유기물질 제거에 효과적인 것으로 나타났다.