오염된 지역, 어떻게 복원할 수 있을까?

오염된 지역, 어떻게 복원할 수 있을까?

 

대학생신재생에너지기자단 21기 김수현, 오서영

쓰레기로 뒤덮인 땅, 썩은 내 나는 물 위에 떠 있는 물고기의 사체…. 당신은 인터넷이나 책, 혹은 현장 목격을 통해 오염 지역을 접한 적이 있을 것이다. 인간의 다양한 활동은 우리 지구의 땅과 물, 그리고 하늘을 오염시키고 있다. 그러나 오염의 심각성을 인지하고 이를 복원하기 위한 다양한 노력 또한 이루어지고 있다. 이 기사에서는 오염의 정의와 기준에 대해 알아보고 토양과 수질의 오염 및 복원 사례에 대해 알아본 후, 다양한 복원 기술에 대해 살펴보려 한다.

[자료 1. 오염 ]

출처 : tistory

먼저 오염이란 무엇인가? 오염은 일반적으로 인간의 생활이나 활동으로 인해 생긴 유해 물질이 대기, 물, 토양 등에 섞여 대다수에게 불쾌감을 주거나, 광범위에 걸쳐 건강상의 위해를 미치거나 인간을 비롯한 동식물의 생활을 방해하는 상태를 의미한다. 여기서 주의할 점은 ‘인간의 생활이나 활동으로 인해’라는 부분이다. 동남아의 경우 ‘자연적으로’ 지하수에 다량의 비소가 들어있어 생명체의 건강에 유의미한 해를 끼친다. 그러나 이 경우에는 일반적으로 ‘오염’으로 구분하지는 않는다. 그렇다면 어떠한 기준을 가지고 오염인지, 오염이 아닌지로 구분 지을 수 있을까?

법에는 다양한 경우와 물질에 대한 오염의 기준이 있다. 예를 들어, 우리나라의 경우 환경부에서 Cd, Cu, As, Hg, Pb, Cr, Zn, Ni의 총 8종을 토양오염 중금속으로 지정 및 관리하고 있다. 그러나 다양한 여러 상황에 따라 인정되는 오염 정도가 다를 수 있기에 선진국에서는 오염 관리를 위해 단일 정화 기준을 적용하기보다, 오염 부지의 위해성을 평가하여 위해도를 관리하는 추세이다. 우리나라도 현행 토양환경보전법에서 국유지, 정화책임자를 알 수 없거나 자연적인 원인에 의한 오염 부지 등에 한하여 제한적으로 위해성 평가를 실시하여 정화의 범위, 시기 및 수준을 결정하도록 명시하고 있다.

위해성 평가는 ①유해성 확인, ②노출 및 용량-반응 평가, ③위해도 결정 그리고 ④ 정화 목표 설정 이 4단계로 진행된다. (윤정기, 2018) 이러한 오염 지역은 점 오염원과 비점오염원으로 구분된다. 점 오염원은 점 위치에서 오염물질을 일정한 배출 경로를 갖는 오염을 말한다. 정화조, 유류저장탱크, 지표 저류시설, 폐관정 등이 해당되며 이는 처리 시설에 의한 정화 처리가 가능하다. 비점오염원은 넓은 지역에서 오염물질이 광범위하게 확산되는 것으로 오염물질의 일정한 배출 경로가 없다. 농약 및 비료 성분, 토사 유실, 도로의 오염물질 등이 농경지, 산지, 도로 등에서 강우나 영농 시에 오염물질이 넓은 지역으로 분산되어 배출된다.

[토양 오염 및 복원 사례]

 다음으로 오염되었던 토양이 복원된 사례를 살펴보도록 하자. 2022년 5월, 현대 건설이 국내 최초로 대규모의 다이옥신 오염 토양을 완전히 정화하는 데에 성공했다. 다이옥신은 2개의 산소 원자로 2개의 벤젠 고리가 연결되어 있고, 그 이외에 염소가 결합한 방향족 화합물로 1급 발암 물질인 유독물질이다. 이들은 인천 부평에 있는 미군 반환기지인 ‘캠프마켓’ 지역의 1만1031㎡의 오염지역을 2년 11개월만에 정화해낸 것이다. 이 과정에서 현대 건설은 열봉 방식의 열처리 공법과 열산화공정을 활용하였다. 이 방식은 다이옥신을 완전 밀폐한 후 가열시켜 토양에서 분리하는 방식으로 정화하는 방식이었다. 밀폐했기에 다이옥신 분진과 증기가 외부로 노출될 가능성이 낮은 친환경적인 방법이다. 335℃까지 달궈진 토양에서 증기의 상태로 다이옥신이 추출되면 이 증기는 1,000℃ 이상의 열을 가하는 열산화 공정을 통해 유해 물질이 사라진 가스로만 배출된다. 이 현대건설은 이 방법으로 캠프마켓의 오염 토양의 다이옥신 농도는 목표치였던 100피코그램의 한참 아래인 2.18피코그램까지 낮추었다.

[자료 2.부평 미군 반환기지 캠프마켓 오염 정화 사업의 세척 공사 사진]

출처: 오피니언뉴스

[수질 오염 및 복원 사례]

다음으로 오염되었던 수질오염이 복원된 사례를 살펴보도록 하자. 최근 갯벌 등의 연안습지에 대한 경제적 가치가 높이 평가되면서, 유후 간척지, 축제식 양식장 등에 대한 바다 복원의 국제적인 관심이 높아지고 있다. 그중에서 갯벌은 조류나 강에 의해 진흙이 쌓인 해안습지로, 어류, 패류, 조류, 미생물 등 다양한 생물의 서식지이며, 홍수조절 태풍피해 예방, 관광자원 제공 등의 다원적 기능을 가지고 있다. 또한 최근 생태관광이 주목받으면서, 갯벌 등의 연안습지를 복원하여 관광자원으로 활용하고자 하는 움직임이 있다. 그러나 갯벌 복원에 따른 2차 환경피해, 농업인 보상 및 생계 대책, 토지매입 등의 이유로 활발히 진행되고 있지 않다. 이에, 본 연구에서는 국내 바다 복원의 움직임으로 전남 장홍군 안양면 사례를 소개하고자 한다. 전남 장홍군 안양면의 제방은 육지와 장제도를 연결하기 위하여 1960년에 건설되었다. 제방 건설로 갯벌이 심각하게 오염되어 생태계 파괴가 가속화되고, 악취가 발생하는 등 환경오염이 심각하게 진행되었다. 이것을 대비하고자 장홍군은 2007년 제방아래 해수유통을 위한 통로를 만들었고, 그로부터 2년 후 생태계가 빠르게 복원되고 있다.

해수 유통 후, 기존에 없었던 짱뚱어, 철게가 발견되었고, 기존에 생산되었던 바지락, 꼬막, 키조개의 성장 속도가 빨라지고 생산량이 증가하는 등의 긍정적인 효과가 나타나고 있다. 갯벌 복원으로 악취가 사라지는 등 생활 및 주거환경이 개선되었고, 갯벌 생물자원 채취를 통한 갯벌어업으로 지역주민의 소득원이 창출되었다.

[자료3. 전남 장홍군 안양면 사례]

사진출처:충남발전연구원 

[오염지역에 대한 복원 기술 연구 현황]

오염지역에 대한 복원 기술에는 어떤 것이 있고 연구 현황은 어떻게 될까? 오염된 지역을 복원한다는 것은 환경에서 오염물질을 분리해 내 원래의 자연상태로 돌려보내는 것이다. 기본적인 원리는 분해, 분리, 흡착, 추출 그리고 전기 흡착 등이다. 다음의 방식들을 적절히 이용해 오염물질을 자연으로부터 분리해 내는 것이 목표이다. 혹은 식물정화복원 방법처럼 식물을 이용하여 오염 토양 및 수질을 정화하는 자연친화적인 기술도 있다. 최신 기술동향 기술 4가지를 살펴보도록 하자.

1) 나노 기술을 적용해 오염물질을 제거하는 방법

나노 입자나 구조 물질을 사용하게 되면 기존의 사용되는 물질보다 부피 대비 표면적이 증대되어 오염물질에 대한 반응성과 흡착성을 높일 수 있다. 대표적인 나노입자인 나노 영가철(Fe0)은 높은 반응성을 가지며 Cr(Ⅳ), Pb(Ⅱ)을 Cr(Ⅲ), Pb(0)으로 환원시켜 독성을 저감시킨다. 이는 마이크로 크기의 영가철에 비해 30배 이상 우수한 제거 효율을 가진다고 보고 되었다(Ponder, 2000). 또, 국내에서는 지하수 중 포함되어있는 As(Ⅲ), As(Ⅴ)에 대해 흡착, 제거하는 연구에서 기존 영가철에 비해 1,000배 이상 높은 반응 속도를 보인다는 연구 결과를 얻기도 하였다. 

2) 식물정화기술

식물정화기술(bioremediation)은 미생물과 식물을 이용하여 오염 토양을 무독화하거나 오염물질의 농도를 저감시키는 기술이다. 기술 적용 면적, 토양 특성, 오염물질 농도 등에 제한을 받으며, 미생물 생장 환경 조성에 많은 비용이 소요된다는 단점을 가지고 있다. 그래서 기존의 물리화학적 기술에 비해 오염원의 제거 속도와 수확량의 측면에서 판단할 때 경제성이 부족하다. 그래서 고축적종이 보유하고 있는 유전자를 빠른 성장 속도와 높은 수확량을 가진 식물에 삽입하여 형질전환된 식물을 이용하는 기술이 연구되고 있다. 기존의 genome 연구를 통해 밝혀진 유전자를 대상으로 식물의 환경 정화능력을 극대화할 수 있는 유전자를 탐색, 선별하고 대상 식물 종에 해당 유전자를 삽입하는, 즉 새로운 식물을 개발하는 방식으로 진행되고 있다.

[자료4.photo-remediation]

출처:네이버 블로그

3) Bioslurping 공법

현장에 설치된 Bioslurping 장치를 도식화한 것으로써, 진공 펌프에 연결된 Slurp Tube를 추철정을 통해 지하수의 수위에 맞춰 설치한다. 이 Slurp Tube를 통하여 NAPL, 지하수 그리고 VOC를 동시에 원위치에서 추출한 뒤에, NAPL과 지하수는 유수 분리기를 거쳐 처리하고, VOC는 활성탄 처리 후 대기로 방출시킨다. Bioslurping의 기술적 장점은, 먼저 토양의 복원과 동시에 지하수를 복원할 수 있다는 점이다. 복원 설계 시 지하수의 유출 방지 및 빠른 회수가 선행되지 않는다면, LNAPL이 지하수 층 상부에 부유하면서 지하수의 오르내림에 따라 이동하게 되는데, 이로인해 토양 오염이 점진적으로 확산된다. Bioslurping은 강우량과 지하수의 이동에 따라 Slurp Tube의 깊이를 지하수위에 맞춰 조정함으로써, LNAPL 회수량을 극대화 시키면서, 지하수의 양을 최소화하며 운전할 수 있는 특징이 있다. 또 Bioslurping방법은 LNAPL의 복원이 다른 오염 상, 즉 기체상, 수용액상 그리고 흡착상에 비해 빠른 시간 내에 복원이 되기 때문에 지하수의 복원이 끝나면 Bioslurping방법이나 열적 처리 등으로 전환하여 토양 내에 잔류하고 있는 흡착 상의 오염물질을 제거할 수 있다.

4) Bioventiong공법

 이 기술은 기체 상으로 존재하는 휘발성 유기물질을 유기 물질을 추출해내는 동시에 기존의 토착미생물에 산소 및 영양분을 공급하고, 토양내 증기흐름속도를 공학적으로 조절함으로써 미생물의 지중 생분해능을 극대화하는데 중점을 주는 방법으로, 석유 화합 물류의 유기 화학 물질에 의해 오염된 토양의 정화에 성공적으로 적용되어 왔으며, 처리 효율, 경제성, 현장 적용성 측면에서 매우 우수한 기술로 평가 받고 있다. 오염지역 외부에서 주입정을 통해 공기와 미생물이 주입되고, 내부에서는 주입된 산소와 미생물에 의해 토양에 흡착된 잔류물이 생분해되면서 증기가 발생하는데, 추출정을 통해 이 증기를 외부로 배출시킨다. 추출정의 설계는 기존 SVE공정과 같지만, 공기 전달 속도를 낮춤으로서 휘발에 의한 오염물질 제거보다는 주로 생분해에 의한 제거가 이루어진다.

지구의 생존과 지구에 살고 있는 인류의 건강과 행복을 위해서 환경오염 방지는 매우 중요하다. 우리가 숨쉬는 공기는 해로운 오염물질이 가득하고 바다와 수로는 화학 물질로 오염되어 있다. 우리가 아름다운 환경을 만들기 위해서 노려가지 않는다면 피해는 우리에게 돌아와 환경오염으로 인하여 우리의 지구는 아름다움과 생명력, 그리고 다양성을 잃어버릴 것이다. 다음을 통하여 환경오염(토양, 수질, 대기)을 막기 위해서 우리가 현실적으로 할 수 있는 일을 몇 가지 알아보자.

1) 지속 가능한 교통수단 선택

-가급적 걷거나 자전거 타기 및 대중교통 이용하기: 환경오염을 막을 수 있는 가장 좋은 방법은 짧은 거리는 차를 타지 않는 것이다.

2) 지속 가능한 먹거리 선택

-유기농 과일과 채소 구입하기: 가급적이면 지역 농산물을 이용한다. 전국 방방곡곡 및 전세계에서 농산물을 실어 나르려면 연료가 많이 든다. 이렇게 연료를 지나치게 많이 사용하는 것은 대기 오염의 원인이 된다. 농산물을 구입하면서 농부나 생산자에게 사용한 농법을 물어 환경오염을 막을 수 있다. 또한 유기농 과일과 채소는 지속 가능한 농법으로 기른다. 예를 들면 지하수를 오염시키는 화학 살충제를 사용하지 않는다.

3) 지속 가능한 에너지 선택

-지역 커뮤니티에서 사용 가능한 에너지 타입 고려하기: 예를 들면 풍력, 태양열, 수력 에너지가 있다. 현재 거주하는 도시에서 이러한 에너지 이용이 가능할지 확인해본다.

4) 재활용, 재사용, 폐기물 감량

-포장재가 적응 제품을 선택하여 포장재를 만드려면 원료와 에너지가 필요하다. 대용량 제품이나 포장을 안 한 제품 등 포장재가 적게 사용된 식품을 구입한다. 또한 가능한 것은 모두 재활용한다.

5) 물 사용 시 화학 물질 자제하기

-많은 양의 약을 정수 시스템이 상수원에 들어내지 않게 걸러내는 것이 쉽지 않기에 약을 변기에 버리지 않아야 한다. 또한 유독성 폐기물 올바르게 폐기한다.

6) 환경운동 참여 및 교육

-지역의 주요 환경오염 유발 기업 파악하여 환경오염에 대해 잘 이해할 수 있다. 또한 환경오염 유발 기업에게 항의한다. 안전한 환경을 원하는 사람들과 힘을 합치면 변화를 일으킬 수 있다. 마지막으로 환경단체에 가입하는 것이다. 다양한 환경문제를 많은 사람들에게 알리고 이에 대한 대책을 세울 기회를 주는 데 도움이 된다.

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환경오염에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "쓰레기 처리. 당신은 아십니까", 작성자(18기 김민주), https://renewableenergyfollowers.org/3529?category=745297

2. "아름다운 카리브해, 지금은 쓰레기 바다?!", 작성자(20기 윤지민, 김원경), https://renewableenergyfollowers.org/3500?category=745297

 

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참고문헌

1)김시현, “지하수수질특성 및 배경농도산정을 통한 관리방안 도출에 관한 연구”, 부경대학교 박사학위 논문. 2014.

2)박이경, “Bioslurping-bioventing을 이용한 디젤 오염 지역의 현장 복원 연구. B148b = (A)Field study on in-situ remediation of diesel contaminated site using bioslurping-bioventing”, 서울대학교 보건대학원 학위석사논문. 2005

3)윤정기, “토양오염 위해성평가의 이해”, 한국환경녹학회 정기총회 및 학술 발표대회, p.128, 2018.

4)이종철, “국내 토양오염물질 분포 특성 및 중금속 오염도 평가”, 한국환경농학회지, 41(1): pp.9-15 . 2022.

5)조희래, “중금속 오염 토양에 대한 적정 복원 기술 적용”, Journal of Agriculture & Life sciences. 47(2): 32-38, 2016.

6)정옥식, “바다복원 사례조사 및 논리개발”, 충남발전연구원 논문.2013, http://210.95.191.149:8080/handle/2016.oak/4180

7)홍승표, “현대건설, ‘다이옥신 오염’ 토양 정화 성공… 국내 첫 사례”. 인더뉴스, 2022.05.30, https://www.inthenews.co.kr/news/article.html?no=46332

8)Kris Jensen. "환경오염을 막는 방법"

https://ko.wikihow.com/%ED%99%98%EA%B2%BD%EC%98%A4%EC%97%BC%EC%9D%84-%EB%A7%89%EB%8A%94-%EB%B0%A9%EB%B2%95

9)Ponder, “Remediation of Cr(Ⅳ) and Pb(Ⅱ) aqueous solutions using supported nanoscale zero-valent iron”, Environ. Sci. Technol. 34(12):2564-2069, 2000.