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by 김하종 May 04. 2021

지하수, 넌 거기 그대로 있어. 내가 다 할게

오염된 지하수를 정화하는 기술, 원위치 방법

지하수 오염의 원인

최근 들어 우리가 식수로 사용하는 지하수 오염 소식이 부쩍 늘었는데요! 날이 갈수록 지하수의 오염이 확산되는 이유는 무엇일까요? 지하수 오염의 원인은 크게 자연적인 원인과 인위적인 원인으로 이루어지는데요. 우선 지하수가 토양을 흐르면서 토양에 있던 염분 등 흙에 포함되어 있던 것들이 녹아들거나 수분이 증발하면 농도가 짙어지기도 하는데요. 이처럼 자연적으로 특정한 성분이 필요 이상으로 녹아 있는 지하수도 인체에 해롭기 때문에 오염되었다는 표현을 사용합니다.

인간의 의도치 않은 행위나 사고 또는 무관심으로 인해 발생하는 인위적 원인에 의한 오염은 더욱 심각하고 광범위한데요. 지하수의 오염원은 지하 유류 저장탱크의 기름유출, 도시 및 산업지역의 폐수처리장 등과 같이 배출지점이 뚜렷하고 한정된 소규모의 점오염원과 농경지·목초지·산림지·건축현장·도심지, 폭우 등과 같이 배출지역이 광범위한 비점오염원으로 나눌 수 있습니다.

우선 인간에 의한 지하수 오염의 근본적인 원인은 환경을 등한시하고 경제성장만을 우선하여 산업과 농업 활동을 해 왔다는 데에 있습니다. 특히, 폐수 정화시설을 갖추는 데 소홀히 하거나 비료나 농약을 지나치게 많은 양을 뿌리는 사례가 대표적이지요. 또한 지하수가 만들어지는 땅 위에 폐기물처리장이나 쓰레기 매립지 등 오염원이 될 수 있는 시설을 무분별하게 설치한 것도 원인입니다. 더군다나 매립이 끝난 매립지에서 흘러나오는 침출수에 의한 지하수 오염은 매립장 면적의 수백 배가 넘는 넓은 지역의 지하를 오염시킬 수 있기 때문에 지하수 오염 또한 광범위한 지역에 걸쳐 일어날 우려가 있습니다.

지하수 오염의 영향 및 효과

지하수 오염은 오랜 시간 인간의 건강에 치명적인 영향을 줍니다. 죽음에 이를 수도 있는 질병을 유발하기도 하고 물 부족 현상을 야기할 수도 있습니다. 세계의 많은 인구가 지하수를 생활용수로 사용하고 있는데요. 대규모 오염이 발생하면 지역 주민들은 오염된 물의 소비를 포기할 수밖에 없습니다.

대표적인 사례로 1937년 일본 규슈 오무타에서는 이질균으로 오염된 지하수를 급수하여 1만 명이 넘는 환자가 발생하였으며, 그 중 약 600명이 병으로 사망하였는데요. 국내에서는 1993년 지하수에 분유를 타서 먹은 갓난아기가 청색증에 걸린 사고가 처음으로 발생하기도 했습니다. 일반 성인보다 적은 양의 질산염이 함유된 지하수를 임신부가 섭취하면 태아에게 영향을 끼칠 수도 있다는 연구보고가 발표되기도 했습니다.

더군다나 지하수 오염은 생태계 붕괴 혹은 불균형을 초래할 수 있는데요. 자연은 한 집단의 개체 수 과잉을 포식자에 의해 조절되면서 상호보완적으로 균형을 이루도록 생태계를 형성하고 있습니다. 하지만 지하수가 오염됨으로써 한 집단의 개체 수 감소하거나 증가하면 생태계 불균형을 초래할 수 있습니다.

지표수에 비하여 지하수의 흐름은 매우 느리기 때문에 오염물질이 확산하는 속도도 극히 느려서 일단 지하수가 오염되고 희석되기까지는 200년 이상의 아주 긴 시간이 필요하다고 하는데요. 이 때문에 지하수 오염에 대한 근본적인 대책을 세우기가 어려울 뿐만 아니라 사전방지 및 조기 대책을 세우지 않으면 점점 그 오염 처리에 필요한 비용은 증가하게 됩니다.

오염된 지하수를 정화하는 기술, 원위치 방법

오염된 지하수를 처리하는 방법으로는 처리 위치에 따라 오염물을 오염지역 바깥으로 끌어내어 처리하는 현장 외(ex-situ) 정화법과 현장에서 처리하는 원위치(in-situ) 정화법으로 구분할 수 있습니다. 오염된 지하수를 정화하는 기술은 오염물의 종류와 현장 조건에 따라서 적합한 방법의 선택이 필요합니다.

지하수의 추출 없이 오염된 지하수를 현장에서 처리하는 원위치(in-situ) 정화법은 불필요한 양수를 방지하여 오염물질에 노출될 가능성이 작고 오염된 토양과 지하수의 동시처리가 가능하다는 장점이 있습니다. 대표적인 원위치 정화법으로는 공기살포기법, 진공증기추출법, Dual Phase Extraction(다상추출법) 등이 있는데요. 하나씩 살펴볼까요?

공기살포기법

공기살포기법이란 오염된 지하수에 공기를 주입하여 오염물질을 휘발시키고 미생물 활동을 촉진시켜 지하수를 정화하는 기술입니다. 휘발성 유기 오염물질인 벤젠이나 톨루엔을 정화하는 데 용이하다고 하는데요. 도장시설, 세정시설, 세탁시설, 도로포장 등에 사용하는 유기 용제나 주유소, 저유소에서 사용하는 액체 연료에 의해 오염된 지하수를 정화하는 방법입니다.

오염된 지하수가 있는 곳에 설치한 공기 주입정을 통해 들어간 공기는 지하수 속 오염물질과 함께 토양층으로 날아가 제거됩니다. 또한 지하수의 산소농도가 높아지고 미생물의 활동을 촉진시켜 더 많은 오염물질을 분해하는 원리입니다.

출처 : 환경부, 한국환경산업기술원

진공증기추출법

진공증기추출법이란 오염 토양과 지하수 내에 추출 관정을 설치하고 공기를 뽑아내면 휘발성 오염물질들이 추출 관정을 통해 기화되어 지상으로 추출되는 기술입니다. 쉽게 말해 오염 가스 추출 관정을 통해 진공상태에서 오염물질을 빨아들여 정화하는 방법인데요. 추출 관정을 통해 토양공기와 휘발성 물질을 빨아들이고 추출된 오염물질이 오염 증기와 물로 분리됩니다. 이 때, 오염 증기는 후처리를 통하여 공기 중으로 배출되는 원리입니다.

Dual Phase Extraction(다상추출법)

다상추출법은 고압진공 추출정을 이용하여 지하수위를 낮춤으로써 지하수면 상부와 하부에 있는 오염된 지하수(액체)와 토양증기(기체)를 동시에 제거하는 정화기술을 말합니다. 휘발성 유기성분, 준휘발성 유기성분이나 연료성분을 정화하는 데 용이한 방법이라고 하는데요.

다상추출법을 사용하기 위해서는 오염된 지하수에 고압진공 추출정을 설치하고 지상에는 액체와 증기를 처리하는 시설을 설치해야 합니다. 고압진공 추출정이란 높은 압력을 이용해 진공상태로 만들어 액체와 기체를 동시에 추출하는 설비인데요. 고압진공 추출정에 높은 압력으로 지하수를 빨아들이면 지하수면이 내려가고 이 때 노출된 토양에서 오염 증기를 빨아드립니다. 이렇게 추출한 오염된 지하수와 증기는 지상에서 각각의 처리장소에서 정화하여 처리합니다.

다상추출법은 불균일한 점토와 미세한 입자가 많이 포함된 토양에서는 진공증기추출법에 비해 효과가 좋다고 합니다. 특히 증기와 액체의 혼합 오염물질이 존재한다면 이 기술은 공기살포기법보다 더 뛰어난 결과를 보입니다.

출처 : 환경부, 한국환경산업기술원

지하수의 중요성과 역할

지하수는 눈에 보이지 않아 바로 파악하기는 힘들지만, 지구상에 살아가는 생명체에 큰 영향을 미칩니다. 특히, 지하수는 빙하 다음으로 많이 존재하는 담수입니다. 우리 주위에서 쉽게 찾을 수 있는 하천이나 호수 같은 지표수의 분포량이 전체 담수의 단 2%도 안 된다는 사실과 비교했을 때 지하수는 30%로 큰 비중을 차지하고 있습니다.

이러한 이유로 지하수는 정말 철저한 관리가 필요한데요. 특히 기후변화로 인해 이상 집중호우의 발생 빈도가 증가하고 있습니다. 비가 많이 오더라도 집중호우나 홍수의 형태가 잦아지면 수자원 확보 측면에서 도움이 되지 않을뿐더러 가뭄이 심해지는 기간에는 물 부족이 심각하게 발생할 것입니다. 이러한 지구온난화에 의한 기후변화 대응에 있어서 지하수는 매우 중요하게 관리되어야 할 수자원 중의 하나입니다.

또한 해수면의 상승으로 인한 염수 침입과 해안변 지하수의 수질 악화로 인한 가용한 지하수자원의 감소, 기온 상승으로 인한 증발산량의 증가 등 기후변화는 지하수자원에도 서서히 그 영향을 미칠 것입니다. 이 때문에 공공자원으로서 지하수의 개발은 환경 보전을 위한 철저한 관리와 자원 보존 관점에 기반하여 신중하게 이루어져야 합니다. 이에 지하수 오염 정화기술은 지하수자원을 보호하고 관리하는 데 매우 귀중한 기술이라고 할 수 있습니다.

<참고자료>

네이버 지식백과 : 지하수 오염

https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1173013&cid=40942&categoryId=32413

네이버 지식백과 : 지하수오염 정화

https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5960726&cid=61234&categoryId=61234

제주특별자치도 상하수도본부 : 지하수 무엇이 오염시키고 있는가?

https://www.jeju.go.kr/jejuwater/waterworks/promotion/water-pollution/pollution02.htm

토양환경센터 : 기술소개, 원위치방법(공기살포기법)

http://www.sec.re.kr/info/tech_info_01/board/view.do?brdno=77

토양환경센터 : 기술소개, 원위치방법(진공증기추출법)

http://www.sec.re.kr/info/tech_info_01/board/view.do?brdno=79

토양환경센터 : 기술소개, 원위치방법(다상추출법, Dual Phase Extraction)