카드뮴, 납, 구리에 대한 슬래그의 흡착특성평가

남경필(Kyoung Phile Nam),이광헌(Gwang Hun Lee),최성대(Sung Dae Choi),정재식(Jae Shik Chung),박준범(Jun Boum Park) 한국지반공학회 2008 한국지반공학회논문집 Vol.24 No.6

생물학적 이용성과 Aging이 오염토양의 정화수준 결정에 미치는 영향

남경필(Kyoung Phile Nam),김재영(Jae Young Kim) 大韓環境工學會 2002 대한환경공학회지 Vol.24 No.11

국내 오염토양 정화사업

남경필(Kyoung-phile Nam),이광헌(Gwang-hun Lee) 대한토목학회 2012 대한토목학회지 Vol.60 No.4

세척과 안정화기술을 적용한 오염 준설토의 처리 및 재활용 시스템 개발

김영진,남경필,이승배,김병규,권영호,황인성,Kim, Young-Jin,Nam, Kyoung-Phile,Lee, Seung-Bae,Kim, Byeong-Kyu,Kwon, Young-Ho,Hwang, In-Seong 한국지하수토양환경학회 2010 지하수토양환경 Vol.15 No.2

Although the demands for the dredging work have been increasing due to social and industrial reasons including national plan for restoration of four major rivers, environmental standards or management guidelines for the dredged river sediment are limited. The suggested environmental standard for the beneficial use of dredged river sediment consists of two levels, recyclable and concern, and includes eight contaminants such as metals and organic contaminants. The systematic approach to remediate dredged river sediment is also suggested. The system consists of both washing and stabilization processes with continuous multi particle separation. In the early stage, the sediments are separated into two particle sizes. The coarse-grained sediment over 0.075 mm, generally decontaminated with less trouble, follows normal washing steps and is sent for recycling. The fine-grained sediments under 0.075 mm are separated again at 0.025 mm. The particles bigger than this second separation point are treated in two ways, advanced washing for highly contaminated sediments and stabilization for less. The lab test results show that birnessite and apatite are most effective stabilizing agents among tested for Cd and Pb. The most fine residues, down-sized by continuous particle separation, are finally sent for disposal. The system is tested for metals in this study, but is expected to be effective for organic contaminants included in the environmental standard, such as PAH and PCE. The feasibility test on the field site will be followed.

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.

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.

제강슬래그로 충전된 컬럼에서의 카드뮴, 구리, 납의 이동성 평가

이광헌,정재식,남경필,박준범,Lee, Gwang-Hun,Chung, Jae-Shik,Nam, Kyoung-Phile,Park, Jun-Boum 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.4

Permeable reactive barriers (PRBs) technology has been focused in contaminated groundwater remediation. It is necessary to select adequate reactive material according to characteristics of contaminant in groundwater. In this research, the reaction between reactive material and heavy metal contaminants was estimated through column test. Reactive material was slag, which has been produced in Gwangyang power plant, and heavy metal contaminants were cadmium, lead and copper. Column test was performed in the condition of 1) single and multi contaminated solution and 2) different initial concentration of cadmium. Retardation factor of cadmium is 3.94 in multi contamination. But that of copper is 40.3 in single and 25 in multi. The difference of retardation between cadmium and copper is due to affinity, resulted from the difference of electronegativity. In multi-contamination, copper effluent concentration was above initial copper concentration and at the same time lead effluent concentration was decreased. This phenomenon was considered that lead extract copper sorbed in slag and then lead was sorbed to the vacant sorption site instead. And as the initial concentration was increased, the retardation factor of cadmium became decreased. 폐금속 광산 지역 등지에서 중금속으로 오염된 지하수의 정화 및 오염 확산 방지를 위하여 투수성 반응벽체를 사용할 수 있다. 본 연구에서는 제강슬래그가 중금속 오염지하수의 이동, 확산 방지를 위한 투수성 반응벽체 충전물질로서 사용가능한지를 평가하기 위하여 카드뮴, 구리, 납에 대한 이동성을 평가하였다. 중금속으로 오염된 현장의 조건을 고려하여, 1) 단일 및 혼합상태에 따른, 2) 카드뮴의 경우 초기 농도에 따른 영향을 주상실험을 이용하여 평가하였다. 또한 평형흡착을 가정한 이류-확산 방정식의 해석해를 이용하여 정량적인 평가도 수행하였다. 중금속 종류별로는 단일오염과 복합오염에 상관없이 카드뮴이 구리보다 지연정도가 적게 나타났다. 카드뮴의 지연계수는 혼합인 경우 3.94였고, 구리의 경우 단일에서는 40.3, 혼합에서는 25였다. 카드뮴과 구리의 지연정도의 차이는 전기음성도에 의한 친화력이 다르기 때문으로 판단된다. 전기음성도가 비슷한 구리와 납의 경우 비슷하게 파과가 진행되었지만, 납의 경우 파과가 진행되다가 유출수에서의 농도가 현저하게 줄어 나타난데 반해 구리는 파과진행 후 유출수에서 초기 농도보다 높은 농도가 나타났다. 이는 납이 흡착되어 있던 구리를 탈착시키고 그 공간에 흡착되었기 때문이라고 사료된다. 결국 흡착되어 있던 중금속이 다른 중금속에 의하여 탈착되는 현상이 나타났다. 제강슬래그에서는 중금속이 반응하면서 흐름특성이 변화하는 것으로 나타났다. 카드뮴의 초기농도가 증가함에 따라 지연정도는 감소하여 나타났다.

위해성에 근거한 정화목표 산정 및 복원전략 수립

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.

홍수조절지 건설 후 사격장 주변지역의 위해성예측 사례연구

류혜림,한준경,남경필,배범한,Ryu, Hye-Rim,Han, Joon-Kyoung,Nam, Kyoung-Phile,Bae, Bum-Han 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.1

본 연구는 경기도 소재 모 사격장의 주요 오염물질 여섯 가지에 대하여 홍수조절지가 건설된 이후 사격장 주변지역의 위해성을 예측하기 위하여 수행되었다. 해당 지역의 주요 오염물질 중 인체에 독성이 있는 화약물질 3종과 중금속 3종을 대상물질로 선정하였으며, 오염의 정도와 토지의 이용용도에 따라 네 지역으로 나누어 평가를 실시하였다. 위해성이 과대평가되는 것을 피하기 위하여 대상지역의 인문사회학적 특성 및 지반환경공학적 특성을 기반으로 노출경로모델(Conceptual Site Model)을 작성하였으며 각 노출경로에 따른 오염물질 이동모델 및 위해성 평가는 API's DSS(American Petroleum Institute's Decision Support System)를 이용하였다. 수용체나 지역의 특성을 하나의 값으로 대표할 수 없는 경우 위해성이 과소평가되는 것을 방지하기 위하여 가장 안전한 값을 사용하였다. 위해성 예측결과, 피탄지인 Ac 지역에서 TNT(Tri-Nitro-Toluene)와 카드뮴의 비발암위해도가 1을 조금 넘고, RDX(Royal Demolition Explosives)의 경우 50이 넘어, 대상지역 전체에 대한 총 비발암위해도는 62.828라는 매우 큰 값을 나타내었다. 한편, 발암위해도는 납이 약 $5\;{\times}\;10^{-4}$, 카드뮴이 약 $1\;{\times}\;10^{-3}$으로, 일반적으로 받아들여지는 발암위해도의 적정수준인 $10^{-4}{\sim}10^{-6}$에 비하여 $5{\sim}10$ 배 정도 크게 평가되었다. 이러한 위해성평가 결과를 통하여, 해당지역에 홍수조절지를 건설하기 전에 비발암물질과 발암물질 모두에 대한 즉각적인 복원사업이 진행되어야 하며, 홍수조절지 건설 후에도 사격장이 계속 운영될 경우 적절한 오염물질의 관리정책이 필요함을 알 수 있었다. Risk assessment was carried out in order to improve the remediation and management strategy on a contaminated gunnery site, where a flood control reservoir is under construction nearby. Six chemicals, including explosive chemicals and heavy metals, which were suspected to possess risk to humans by leaching events from the site were the target pollutants for the assessment. A site-specific conceptual site model was constructed based on effective, reasonable exposure pathways to avoid any overestimation of the risk. Also, conservative default values were adapted to prevent underestimation of the risk when site-specific values were not available. The risks of the six contaminants were calculated by API's Decision Support System for Exposure and Risk Assessment with several assumptions. In the crater-formed-area(Ac), the non-carcinogenic risks(i.e., HI values) of TNT(Tri-Nitro-Toluene) and Cd were slightly larger than 1, and for RDX(Royal Demolition Explosives), over 50. The total non-carcinogenic risk of the whole gunnery range calculated to a significantly high value of 62.5. Carcinogenicity of Cd was estimated to be about $10^{-3}$, while that of Pb was about $5\;{\times}\;10^{-4}$, which greatly exceeded the generally acceptable carcinogenic risk level of $10^{-4}{\sim}10^{-6}$. The risk assessment results suggest that an immediate remediation practice for both carcinogens and non-carcinogens are required before the reservoir construction. However, for more accurate risk assessment, more specific estimations on condition shifts due to the construction of the reservoir are required, and more over, the effects of the pollutants to the ecosystem is also necessary to be evaluated.

다양한 위해성평가 방법에 따라 도출한 토양오염 판정기준의 차이에 관한 연구 (II): (구)장항제련소부지의 기상 및 부지 특성을 반영한 비산계수 결정

정재웅,양경,이광헌,류혜림,남경필,Jung, Jae-Woong,Yang, Kyung,Lee, Gwang-Hun,Ryu, Hye-Rim,Nam, Kyoung-Phile 한국지하수토양환경학회 2012 지하수토양환경 Vol.17 No.3

This paper presents the short-term and long-term measures to determine the fugitive dust concentration in a contaminated site, which is a crucial step for the determination of particulate emission factor (PEF) for risk assessment. As a long-term measure, USEPA method employing Q/C value (inverse of the ratio of the geometric mean air concentration to the emission flux at center of a 0.5-acre square source) seems to be suitable as it reflects regional-specific meteorological conditions. However, it requires nation-wide database collection and interpretation. Use of ASTM method is an alternative as a short-term measure. The method is readily field-applicable as PEF calculation equation is simple and input parameters can be easily derived at the site of interest as well without the nation-wide efforts. Using ASTM method, PEF at the Former Janghang Smelter Site was determined. According to various mode of aggregate size distribution and fractions of vegetative cover, which are the most important factors in PEF calculation, PEF values at the Former Janghang Smelter Site varied greatly. When the mode of aggregate size distribution was set at 0.25 mm, PEF values at the Former Janghang Smelter Site was 5~20 times higher than the default PEF value (i.e., 35 ${\mu}g/m^3$) shown in the current Korean Soil Contamination Risk Assessment Guidance. On contrast, when the mode was set at 2 mm, PEF values at the Former Janghang Smelter Site was 160~640 times lower than the default PEF value in the Korean Guidance.