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다양한 위해성평가 방법에 따라 도출한 오염토양 선별기준의 차이에 관한 연구 (I): 매체 간 이동현상 해석에 따른 차이
정재웅,류혜림,남경필,Jung, Jae-Woong,Ryu, Hye-Rim,Nam, Kyoung-Phile 한국지하수토양환경학회 2011 지하수토양환경 Vol.16 No.2
Risk-based screening levels (RBSLs) of some pollutants for residential adults were derived with risk assessment tools developed by United States Environmental Protection Agency (USEPA), American Society for Testing and Materials (ASTM), and Korea Ministry of Environment (KMOE) and compared each other. To make the comparison simple, ingestion of soil, dermal contact with soil, outdoor inhalation of vapors, indoor inhalation of vapors, and inhalation of soil particulates were chosen as exposure pathways. The results showed that the derived RBSLs varied for every exposure pathway. For direct exposure pathways (i.e., ingestion of soil and dermal contact with soil), the derived RBSLs varied mainly due to the different default values for exposure factors and toxicity data. When identical default values for the parameters were used, the same RBSLs could be derived regardless of the assessment tools used. For inhalation of vapors and inhalation of soil particulates, however, different analysis methods for cross-media transfer rates were used and different assumptions were established for each tool, identical RBSLs could not be obtained even if the same default values for exposure factors were used. Especially for inhalation of soil particulates pathway, screening level derived using KMOE approach (most conservative) was approximately 5000~10000 times lower than the screening level derived using ASTM approach (least conservative). Our results suggest that, when deriving RBSL using a specific tool, it is a prerequisite to technically review the analysis methods for cross-media transfer rates as well as to understand how the assessment tool derives the default values for exposure factors.
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Generalized Preferential Flow Model (GPFM)의 개념과 적용사례 연구
김영진,타모 스테인휴이스,남경필,Kim, Young-Jin,Steenhuis, Tammo,Nam, Kyoung-Phile 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.5
최근 들어 preferential flow같은 현장조건의 불균질한 매질을 이동하는 지하수 거동해석에 이류 분산 방정식을 적용하는데 많은 문제점들이 제기되어 왔다. 이에 따라 Kim 등(2005)은 최소한의 모형인자로 preferential flow 경로를 통한 토양지하수의 흐름을 예측할 수 있는 간단한 모형을 개발한 바 있다. Kim 등(2005)이 제시한 Generalized Preferential Flow Model(GPFM)은 토양을 표층주변의 분배 층(distribution layer)과 그 밑의 운반구역(conveyance zone)으로 나누어 거동을 예측하고 있다. 본 연구에서는 GPFM을 간단히 소개하고 기존의 다른 실험결과에 적용한 후 이류분산방정식(CDM)과의 비교를 통해 모형을 검증해 보고자 하였다. 기존에 발표된 두 개의 실험값에 GPFM을 적용해본 결과, GPFM은 세 가지 인자-유효함수비, 유속, 분산계수-를 입력하여 silty 및 sandy loam 토양 내 추적자의 파과곡선을 잘 예측하였다. CDM을 이용한 예측 값과 비교한 결과 GPFM과 CDM 모두 실제 관측된 파과곡선과 일치된 경향을 보였으나, GPFM에 의해 추측된 인자들이 더 현실적으로 가능한 값을 나타내었다. 인용된 두 실험값에 GPFM을 적용할 경우 예측 값에 가장 영향을 끼친 인자는 유효함수비로 나타났는데, 이는 Kim 등(2005)이 같은 종류의 토양에서 유속이 GPFM의 결과에 가장 영향을 끼쳤다고 보고한 것에 비해, 다른 성질의 토양에서는 유효 함수비가 가장 결정적인 인자임을 보여준다. 본 연구를 통해 GPFM이 이용하기가 쉽고 여러 가지 현장조건에 적용성이 높아 preferential flow 경로를 통한 토양지하수의 흐름을 예측할 수 있는 유용한 도구임을 확인하였다. In recent years the convective-dispersive equation has been often discredited in predicting subsurface solute transport under field conditions due to presence of preferential flow paths. Kim et al. (2005) proposed a simple equation that can predict the breakthrough of solutes without excessive data requirements. In their Generalized Preferential Flow Model (GPFM), the soil is conceptually divided in a saturated "distribution layer" near the surface and a "conveyance zone" with preferential flow paths below. In this study, we test the model with previously published data, and compare it with a classical convective-dispersive model (CDM). With three parameters required-apparent water content of the distribution zone, and solute velocity and dispersion in the conveyance zone-GPFM was able to describe the breakthrough of solutes both through silty and sandy loam soils. Although both GPFM and CDM fitted the data well in visual, variables for GPFM were more realistic. The most sensitive parameter was the apparent water content, indicating that it is the determining factor to apply GPFM to various soil types, while Kim et al. (2005) reported that changing the velocity of GPFM reproduced solute transport when same soils were used. Overall, it seems that the GPFM has a great potential to predict solute leaching under field conditions with a wide range of generality.
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류혜림,한준경,남경필,Ryu, Hye-Rim,Han, Joon-Kyoung,Nam, Kyoung-Phile 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.1
위해성에 근거한 복원 전략(risk-based remediation strategy, RBRS)은 위해성평가를 통하여 오염지역의 위해성 또는 오염원을 효율적으로 관리하기 위한 의사결정과정 중의 일부로서, 토양에 존재하는 독성물질이 인간이나 생태계와 같은 수용체로 전이되어 발현되는 독성을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 토양오염에 대한 위해성평가는 토양에서 대기로 확산되어나가는 오염물질의 흡입, 토양에서 지하수로 용출된 오염물질의 섭취, 토양 자체의 섭취와 접촉 등에 의한 위해성평가를 포함하며, 오염물질의 특성뿐만 아니라 수리지질학적 자료, 토지이용용도, 수용체의 특성 등 현장의 특이적인 요소들을 충분히 고려해야 한다. 위해성에 근거한 복원전략은 위해성산정을 위한 현장조사로부터 시작하여, 구체화된 노출경로모델(conceptual site model, CSM)의 작성, 목표위해성 수준의 결정, 오염물질의 물리화학적 특성 및 독성학적 자료의 수집을 거쳐, 일반적이고 보수적인 조건 하에 가장 안전한 목표정화수준을 산정하는 Tier 1 평가와 보다 정확한 오염현장의 조사를 통하여 현장특수성을 반영하는 Tier 2 평가를 단계적으로 적용한다. 현장의 오염농도가 Tier 1으로 결정된 허용오염수준(risk-based screening level, RBSL)보다 높은 경우 Tier 2를 실시하여 현장의 특수성을 반영하는 목표정화수준(site-specific target level)을 산정하며, 이를 통하여 오염지역에 대한 과도한 정화처리나 비경제적인 복구사업 등을 피할 수 있다. 위해성에 근거한 복원전략은 이 밖에도 오염지역의 복원우선순위 결정, 토지이용용도에 따른 위해성 관리기준 수립 등 다양한 활용성을 가지지만, 여러 가지 전제조건들과 현장조사 시에 발생하는 현실적 한계 등으로 인하여 불확실성을 가진다. 이를 극복하기 위하여 정확한 CSM의 작성, 복합오염에 대한 고려, 오염물질의 이동과 거동에 영향을 미치는 환경매질의 특성과 모델 입력변수 등을 신중하게 검토해야 하며, 신뢰할 만한 현장조사기법과 독성검사기법의 확립, 국내실정에 맞는 토양 및 지하수 특성자료와 인체 노출인자 등에 대한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것이다. Risk-based remediation strategy (RBRS) is a consistent decision-making process for the assessment and response to chemical release based on protecting human health and the environment. The decision-making process described integrates exposure and risk assessment practices with site assessment activities and remedial action selection to ensure that the chosen actions are protective of human health and the environment. The general sequences of events in Tier 1 is as follows: initial site assessment, development of conceptual site model with all exposure pathways, data collection on pollutants and receptors, and identification of risk-based screening level (RBSL). If site conditions do not meet RBSL, it needs further site-specific tier evaluation, Tier 2. In most cases, only limited number of exposure pathways, exposure scenarios, and chemicals of concern are considered the Tier 2 evaluation since many are eliminated from consideration during the Tier 1 evaluation. In spite of uncertainties due to the conservatism applied to risk calculations, limitation in site-specific data collections, and variables affecting the selection of target risk levels and exposure factors, RBRS provides us time- and cost-effectiveness of the remedial action. To ensure reliance of the results, the development team should consider land and resource use, cumulative risks, and additive effects. In addition, it is necessary to develop appropriate site assessment guideline and reliable toxicity assessment method, and to study on site-specific parameters and exposure parameters in Korea.
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망간산화물에 의한 방향족 유기화합물의 산화-공유결합반응 및 이를 이용한 오염토양 정화기법
강기훈,신현상,남경필,Kang, Ki-Hoon,Shin, Hyun-Sang,Nam, Kyoung-Phile 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.5
토양환경내 오염물질의 고정화 현상은 오염물질의 거동을 결정하는 주요 과정중 하나이다. 특히 생물화학적 반응에 대해 비가역적이며, 이로부터 오염물질의 독성도 동시에 제거되는 산화-공유결합반응에 의한 고정화 반응은 오염물질의 주요한 자연정화 메커니즘중 하나일 뿐만 아니라, 이를 공학적으로 응용함으로써 기존의 분해에 의존해 오던 정화 방법에 비해 보다 효과적으로 오염토양 및 지하수의 복원에 적용될 수 있다. 특히 이러한 산화-공유결합반응을 일으키는 촉매로서의 역할을 하는 망간산화물은 미생물 자체, 혹은 미생물을 포함한 균류, 식물체 등으로부터 추출한 산화-환원 효소를 이용하는 것에 비해 실용적인 측면에서 많은 장점을 가지고 있다. 이에 본고에서는 망간산화물을 이용한 유기오염물질의 정화 기작에 대한 최근의 다양한 연구 결과들을 정리하였다. 특히 망간산화물에 대해 반응성을 가지지 않는 안정한 유기오염물의 처리를 위한 관련 연구로서 반응매개체를 적용한 사례와, PAHs 처리기법, $Fe^0$를 이용한 환원 전처리 등 적절한 전처리 기법과의 조합에 의한 처리방법 등에 대한 연구결과를 소개하였으며, 이로부터 보다 광범위한 적용 가능성을 제시하고자 하였다. 자연계 내에서 일어나는 탄소의 순환과정을 고려할 때 산화-공유결합 반응에 의한 고정화 및 안정화 반응은 특히 분해에 대해 높은 내성을 가지는 방향족 유기오염물질의 제거에 보다 효과적으로 적용될 수 있는 친환경적 기법으로 사용될 수 있을 것이다. Immobilization of contaminants in subsurface environment is one of the major processes that determine their fate. Especially, immobilization by oxidative-coupling reactions, which is irreversible in the bio-chemical reactions and results in a significant reduction of toxicity, can be successfully applied for the remediation of contaminated soil and groundwater more effectively than conventional degradation. As a catalyst of this oxidative-coupling reaction, manganese oxide has many advantages in practical aspects as compared to microorganisms or oxidoreductive enzymes extracted from microorganisms, fungi, or plants. This paper is to present recent research achievements on the treatment mechanisms of various organic contaminants by manganese oxide. Especially, treatment methods of non-reactive organic compounds to Mn oxide are the main focus; i.e., application of reaction mediator, PAHs treatment method, combination with an appropriate pretreatment such as reduction using $Fe^0$, which suggests the potential of a wide range of engineering application. Concerning the natural carbon cycle processes, immobilization and stabilization by oxidative coupling reaction can be effectively applied as a environmentally-friend remediation method especially for aromatic contaminants which possess a high resistance to degradation.
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