토양·지하수 정화

과학(Science)/산업 (Industry)

토양·지하수 정화

SURPRISER - Tistory 2023. 6. 3. 19:12

0. 목차

'토양·지하수 정화' 산업
'토양 정화' 기술의 종류
'토양 오염' 정화 기술
'지하수 오염' 정화 기술
각국의 '토양·지하수 정화' 기술·정책 동향
'토양·지하수 정화' 관련 기업

1. '토양·지하수 정화' 산업

1-1. '토양' 및 '지하수'

'토양(Soil)'은 인간 및 동·식물이 살아가는 터전으로서, 생육의 기본이 되며 '물질 순환 과정'에서 발생하는 다양한 종류의 유해 성분을 흡착·고정 또는 분해하는 정화 기능을 가지고 있다. 대개의 경우 평형 상태를 유지하고 있지만, 그 정화 능력이 초과될 경우 '정화(Purification)' 기능이 상실되어 오염이 진행된다. '토양 오염(Soil Pollution)'은 초기 단계에서 처리하지 못하면 광범위하게 확산될 수 있으며, 시간이 경과하면서 '지하수 오염', '지표수 오염', '공기 오염' 등 2차 오염을 야기하여 인체 및 생태계에 지속적인 영향을 미칠 수 있다.

'토양' 및 '지하수'는 인간의 활동으로부터 발생하는 '농약 비료', '생활 오물', '가축 분뇨', '산업 폐기물' 등의 오염물질로부터 오염되고 있다. 또 '광산 개발', '주유소', '각종 폐기물 및 폐유가 누출되는 주유소·정유소', '군부대 각종 폐기물의 매립 활동', '사격장 폐기물' 등에 의해서도 오염된다. 특히 '도시화', '교통량 증가' 등으로 인해 토양 내 중금속 농도는 꾸준히 높아지고 있으며, 이에 따라 '농작물 생산성 저하', '사람과 동물의 건강 악화', '생태계 에너지 불균형' 등의 문제가 발생하고 있다.

'토양' 및 '지하수'는 일단 한 번 오염이 진행되면 정화 과정이 매우 복잡하고 어려우며, 많은 비용이 소요된다. 따라서 오염이 일어나지 않도록 예방하는 것이 가장 중요하다. 오염토양(Cotaminated Soil)'에 대해서는 오염원의 형태를 분석하고 관리하는 것은 물론, '적절한 정화 기술의 적용'이 무엇보다 중요하다. 또한 '토양'은 '고상(토양 입자)', '액상(토양 수분, 비수용성 액체), '기상(토양 공기)' 등 다양한 매질로 이루어져 있기 때문에 정화 기술을 적용할 때에는 이러한 특성도 고려하여야 한다.

1-2. '토양·지하수 정화 산업'의 정의

'토양·지하수 정화 산업'은 법률상 따로 규정되어 있지 않으므로, 환경 산업에서 그 정의를 유추할 수 있다. 한국의 '환경 기술 및 환경 산업 지원법'에서는 '환경 산업'을 '환경의 보전 및 관리를 위하여 환경시설 및 환경 분야 시험·검사에 따른 측정 기기 설계·제작·설치하거나 환경 기술에 관한 서비스를 제공하는 산업'이라고 정의하고 있다. 세부적으로는 '대기', '수질', '소음·진동', '생태계' 등에 대한 환경 피해의 측정·예방·최소화·복구 등 환경 보전 활동에 필요한 시설·재료·서비스를 제공하는 산업으로 정하고 있다. 토양 산업을 기능적으로 분류하면 아래의 표와 같다.

'공기(Air)', '물(Water)', '폐기물', '토양(Soil)'은 '환경의 4대 매체'를 구성한다. '환경의 4대 매체' 구성 요소인 '토양'과 '지하수'를 대상으로 하는 '토양·지하수 산업'은 오염의 '사전 예방', '조사·평가', '정화·복원', '검증', '관리·재활용'에 관련된 기능을 수행하는 수입 창출 활동으로 볼 수 있다. 또한 이러한 기능을 수행하는 데 필요한 '기계·장비·원재료 등을 생산하는 '제조 활동', 이와 관련된 장비나 원재료 등을 사용하여 기능을 수행하는 '기능 활동', 제조 활동과 기능 활동에 지식과 정보를 제공·지원하는 '서비스 활동'도 모두 포함한다. 따라서 '토양·지하수 정화 산업'은 토양 환경 보전의 기능 사이클에 따라 '사전 예방', '조사·평가', '정화·복원', '검증·모니터링', '관리·재활용 산업'으로 분류할 수 있다.

주요 기능	내용
사전 예방	오염 예방을 위한 설계·시공 등 포함
조사·평가	조사, 환경평가, 위해성 평가, 누출 검사 등
정화·복원	정화 및 복원작업 등
검증·모니터링	정화작업 결과에 대한 검증, 대상의 상황 변동 여부 관찰 등
관리·재활용	오염 토양 관리 및 정화 토양의 재활용 관련 기능

1-3. '토양 정화 산업'의 특성

'토양 정화' 산업의 특정은 대체적으로 '환경 산업'과 유사한 특성을 보인다. 다만 '대기', '수질' 등의 환경 산업은 감각에 의한 오염 진행 현상의 인지가 쉬운 반면, '토양'의 경우에는 상대적으로 인지가 어렵기 때문에 환경문제로의 부각이 지연될 수 있다. 특히 '토양 오염'은 진행속도가 느리고 불규칙한 지반 환경 때문에 '오염 확산 경로의 예측', '정화 기술의 적용' 등이 쉽지 않은 편이다. 피해가 광범위하게 확산된 이후에 발견되는 경우가 많아 정화와 복원 활동에 많은 시간과 비용이 소요되는 것이 특징이다. 그 외에도 '토양 정화 산업'에는 다음과 같은 특징이 있다.

이중적인 산업: 물과 토양은 공공재적 성격이 강한 측면을 지니고 있어, 공공부문에 의한 투자 비중이 높다. 반면, '토양'의 소유권이 개인인 경우가 많은 반면, 공공재적 성격도 강하기 때문에 이중적인 특성을 지닌 산업이다.
정부 주도 산업: 토양·지하수 정화는 국가 차원의 해결 과제 중 하나이며, 대규모 투자와 기초 기술 개발이 선행적으로 필요한 기술 시장 영역이기 때문에, 정부가 주도적으로 지원해야 하는 산업이다.
파생수요 산업: 토양·지하수의 오염이라는 환경압력 혹은 환경문제가 촉발되어야 관련된 수요가 발생하므로, 근원적으로 수요를 발굴하는 행위보다는 선행적인 요인이 있어야 수요가 발생되는 파생수요 산업이다.
기술집약적 산업: 기계, 전자, 화학 분야를 아우르는 종합적인 융합 산업으로, 기술집약적인 고부가가치 산업이다.
정책 및 규제 영향이 큰 산업: 세계적으로 환경규제에 대비한 환경기준 강화 및 자원순환 관련 법·제도 등이 정비되고 있으며, 이에 따라 토양·지하수 정화 기술의 필요성이 증가하고 있다.
대중 영향이 큰 산업: 생활환경 개선에 대한 대중의 관심이 늦어지고 있기 때문에, 건강을 포함한 삶의 질과 연관이 큰 토양 정화'와 같은 환경산업은 대중들의 관심도에 직접적인 영향을 받아 시장이 형성된다.

2. '토양 정화 기술'의 종류

'토양 오염'이 발생하면 '정밀조사', '오염 확산 방지', '오염 정화', '사후관리' 절차 등이 진행된다. 세부적으로는 '토양정화를 위한 조사' 이후 '실증 실험'을 통해 정화 대상 부지의 특성에 적합한 정화공법을 선정하고, 설계 인자를 추출하여 설계를 추진한다.

오염된 토양의 정화 방법은 '토양환경보전법 시행령' 제10조 제2항 각 호의 규정에 따라 분류되며, 크게 '처리 기술별 정화 방법'과 '처리 위치별 정화 방법'으로 분류된다. '처리 기술별 정화 방법'으로는 '생물학적 처리 방법', '물리화학적 처리 방법', '열적 처리 방법'이 있다. '처리 위치별 정화 방법'은 '현장 외 처리(Off-site)', '현장 내 지중 처리(On-Site/In-site)', '현장 내 지상 처리(On-site/Ex-site)'로 구분된다. 정화 방법은 오염물질의 특성 및 부지 특성에 따라 단일 기술로 적용되거나 여러 가지 기술이 복합적으로 사용되기도 한다. 정화 방법은 오염물질의 특성 및 부지 특성에 따라 단일 기술로 적용되거나 여러 가지 기술이 복합적으로 사용되기도 한다.

토양의 정화 방법	분류
처리 기술별 정화 방법	생물학적 처리방법
	물리화학적 처리방법
	열적 처리방법
처리 위치별 정화 방법	현장 외 처리(Off-site)
	현장 내 지중 처리(On-Site/In-site)
	현장 내 지상 처리(On-site/Ex-site)

2-1. 처리 기술별 정화 방법

생물학적 처리 방법: '생물학적 처리 방법'은 주로 '유류(탄화수소)' 등을 포함한 유기오염물질을 분해하는 미생물, 식물의 능력으로 오염물질의 농도를 저감시키는 방법이다. 현장 토양의 토창 미생물의 성장 및 분해조건을 극대화하기 위해 양분, 수분, 공기 등을 공급하거나, 특정 오염물질 분해능력이 뛰어난 미생물을 추가로 주입, 혹은 오염물질을 흡수하는 식물 등을 식재하여 오염물질을 정화하는 기술 등이 있다.
물리·화학적 처리 방법: '물리·화학적 처리 방법'은 각 오염물질의 물리·화학적 특성을 이용하여 오염물질의 분해·세척·흡착·연소 등을 통해 오염물질을 토양에서 분리시키는 방법이다. '물리·화학적 처리 방법' 또한 '원위치(In-situ)'와 '탈위치(In-situ)'로 적용할 수 있다.
열적 처리 방법: '열적 처리 방법'은 물리적·화학적·생물학적 처리 방법으로 제거되기 힘드 유류 등을 열을 가하여 탈착시키는 방법이다. 처리 후 토양은 연소된 광물의 형태로 남아 생물학적 제 기능을 하지 못하는 단점이 있다.

구분	공법: 공정개요
생물학적 처리 방법	- 생물학적 분해법: 영양분과 수분(필요시 미생물)을 오염토양 내로 순환시킴으로써, 미생물의 활성을 자극하여 유기물 분해 기능을 증대하는 방법 - 생물학적 통풍법: 오염된 토양에 대하여 강제적 공기를 주입하여 산소 농도를 증대시킴으로써, 미생물의 생분해능을 증진시키는 방법 - 토양 경작법: 오염토양을 굴착하여 지표면에 깔아 놓고 정기적으로 뒤집어줌으로써 공기 중의 산소를 공급해주는 호기성 생분해 공정법 - 바이오 파일법: 오염토양을 굴착하여 영양분 및 수분 등을 혼합한 파일을 만들고 공기를 공급하여 오염물질에 대한 미생물의 생분해능을 증진시키는 방법 - 식물 정화법: 식물체의 성장에 따라 토양 내 오염물질을 분해·흡착·침전 등을 통해 오염토양을 정화하는 방법 - 퇴비화법: 오염토양을 굴착하여 팽화제로 나뭇조각, 동식물 폐기물과 같은 유기성 물질을 혼합하여 공극과 유기물 함량을 증대시킨 후 공기를 중비하여 오염물질을 분해시키는 방법 - 자연 저감법: 토양 또는 지중에서 자연적으로 일어나는 희석, 휘발, 생분해, 흡착 그리고 지중물질과의 화학반응 등에 의해 오염물질 농도가 허용 가능한 수준으로 저감되도록 유도하는 방법
물리·화학적 처리 방법	- 토양 세정법: 오염물 용해도 증대시키기 위하여 첨가제를 함유한 물 또는 순수한 물을 토양 및 지하수에 주입하여 오염물질을 침출 처리하는 방법 - 토양 증기 추출법: 압력 구배를 형성하기 위하여 추출정을 굴착하여 진공상태로 만들어줌으로써, 토양 내의 휘발성 오염물질을 휘발·추출하는 방법 - 토양 세척법: 오염토양을 굴착하여 토양입자 표면에 부착된 유·무기성 오염물질을 세척액으로 분리시켜 이를 토양 내에서 농축·처분하거나, 재래식 폐수처리 방법으로 처리하는 방법 - 용제 추출: 오염토양을 추출기 내에서 solvent와 혼합시켜 용해시킨 후 분리기에서 분리하여 처리하는 방법 - 화학적 산화·환원법: 오염된 토양에 오존, 과산화수소 등의 화합물을 첨가하여 산화·환원 반응을 통해 오염물질을 무독성화 또는 저독성화 시키는 방법 - 동전기법: 투수계수가 낮은 포화토양에서 이온상태의 '오염물(음이온·양이온·중금속 등)'을 양극과 음극의 전기장에 의하여 이동속도를 촉진시켜 포화오염토양을 처리하는 방법 - 고형화-안정화법: '오염토양'에 '고형화제를 점가하여 토양을 고형화시켜, 오염물질의 이동성을 물리적으로 저감시키고 화학적으로 용해도를 낮추거나 무해한 형태로 변화시키는 처리 방법
열적 처리 방법	- 열탈착법: 오염토양 내의 유기 오염물질을 휘발·탈착시키는 기법이며, 배기가스는 가스 처리 시스템으로 이송하여 처리하는 방법 - 소각법: 산소가 존재하는 상태에서 800~1200℃의 고온으로 유해성 폐기물 내의 유기 오염물질을 소각·분해시키는 방법 - 유리화법: 굴착된 오염토양 및 슬러지를 전기적으로 용융시킴으로써 용출 특성이 매우 적은 결정구조로 만드는 방법 - 열분해법: 산소가 없는 혐기성 상태에서 열을 가하여 오염토양 중의 유기물을 분해시키는 방법

2-2. 처리 위치별 정화 방법

현장 외: 오염토를 굴착한 후 '반입정화 시설(오염된 토양을 들여와 토양의 정화 기준 이내로 깨끗하게 만드는 시설)'이 설치된 새로운 처리 지역에 오염토양을 옮겨 처리하는 기술
현장 내 - 지중 처리(In-situ): 오염 또는 축적된 토양을 굴착·이동하지 않고, 현 오염 위치에서 오염물질을 분해·제거하는 기술
현장 내 - 지상 처리(Ex-situ): 오염토양을 굴착한 후, 오염부지 내에서 정화시설물을 설치하여 오염물질을 분해·제거하는 기술

구분	장점	단점
현장 외	- 정화시설물 설치비 절감 - 신속한 오염 제거가 가능 → 지역주민 미원해소 - 부지 내 화학물질(산세척제 등) 미반입	- 반출정화대상 법규 검토 및 유관기관 협의 필요 - 이송에 따른 부대비용 발생 - 운반차량에 의한 교통혼잡 가능성 존재
현장 내 - 지중 처리	- 굴착이 불가능한 구간의 정화가 가능함 - 굴착 시 발생하는 환경문제가 없음	- 정화 기간 장기화 가능성 - 정화성과 판단의 어려움
현장 내 - 지상 처리	- 지중정화에 비해 정화목표 농도 달성이 용이 - 모니터링 및 검증 단계에서 얻어진 정보에 대한 신뢰성이 높음 - 외부 정화에 의한 2차 오염 확산 방지	- 정화시설을 갖추는 데 추가 비용 소요 - 지역주민 민원발생 예상 (부지 전면 통제, 부지 내 화학물질 반입 등)

3. '토양 오염' 정화 기술

'토양 정화(Soil Remediation)'는 '오염물질' 별로 정화 방법이 다르기 때문에, 오염원별로 다양한 형태의 정화 공법이 적용되고 있다. '생물학적 처리 방법', '물리학적 처리 방법', '열적 처리 방법' 등을 대표하는 핵심 기술은 다음과 같다.

3-1. 생물학적 분해법

처리 기술별 처리 방법: 생물학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지중 처리(In-situ)

'생물학적 분해법'은 '지중 처리(In-situ)' 기술로 지중의 미생물에 의한 유기 오염물질의 분해로 오염된 토양 및 지하수를 처리하는 방법이다. 오염부지에 적절한 수의 관정을 오염 깊이까지 삽입 후, 오염되지 않은 물에 산소, 질소, 인 등의 영양물질을 섞어 토양에 주입한다. 지중에 관정을 삽입하여 산소 및 영양물질 등을 공급하기 때문에 굴착 및 이송 등에 비용이 소요되지 않고 오염된 토양 및 지하수를 동시에 처리할 수 있다. 또한 생분해 과정에서 무독한 부산물을 생성시키기 때문에 후처리 시설이 필요치 않아 타 기술에 비하여 비교적 경제적인 장점이 있다.

그러나 '생물학적 분해법'과 같이 생분해를 이용하는 기술은 물리·화학적인 기술에 비하여 처리 기간이 긴 단점을 가지고 있기 때문에 긴급히 오염지역을 정화해야 하는 경우에는 적용이 용이하지 않다. 또한 미생물에 의한 분해가 가능한 유기물 외에 분해되지 않은 무기물질의 경우에는 본 기술을 사용할 수 없다. 예컨대 생물학적 분해법은 미생물에 의하여 분해가 가능한 '할로겐·비할로겐 VOCs', '비할로겐 SVOCs', '유류(Oil)' 등으로 오염된 토양을 처리할 수 있으나 '클로로포름(Chloroform)', 살충제와 같은 '할로겐 SVOCs', 금속과 같은 '무기물질' 및 '방사성 물질'은 분해가 전혀 이루어지지 않기 때문에 적용이 용이하지 않다. 또 유기물이라도 난분해성인 물질인 경우 분해하는 데 수년이 걸리거나, 때때로 오염물질이 초기 오염물질보다 독성·이동성이 증가된 중간 생성 물질을 생성하여 지하수까지 오염을 확산시키기도 한다.

3-2. 생물학적 통풍법(Bioventing)

처리 기술별 처리 방법: 생물학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지중 처리(In-situ)
오염물: 유류계탄화수소, 유류, 비염소계 용매, 비할로겐 VOCs alc SVOC, 살충제

'생물학적 통풍법(Bioventing)'은 토양 중 기체상으로 존재하는 휘발성 유기물질을 추출함과 동시에, 토양의 토착 미생물에 영양분을 공급하여, 토양 내 증기 흐름 속도를 조정하여 미생물의 지중 생분해능을 극대화하는 기술이다. 물리적 정화기술 중의 대표적인 기술인 '토양 증기 추출법(SVE: Soil Vapor Extraction)'과 '지중생물학적 처리 기술'을 결합한 형태라고 할 수 있다. 석유화합물류의 유기화학물질에 의해 오염된 토양의 정화에 성공적으로 적용되어 왔으며, '처리효율', '경제성', '현장 적용성' 측면에서 매우 우수한 기술로 평가받고 있다.

오염부지 내에 직접 공기를 주입하여 오염지역으로부터 일정 거리에 위치한 추출정까지 공기흐름이 서서히 이동하도록 함으로써 생분해가 충분히 이루어진다. 이에 따라 배출가스내 오염물 농도가 저감되므로, 기존의 생물학적 통풍법 공정 변형방법에 비해 배출가스 처리비용이 감소되는 장점이 있으나, 깨끗한 토양을 인위적으로 오염시키게 되는 단점도 있다.

3-3. 토양 경작법(Land Farming)

처리 기술별 처리 방법: 생물학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지상 처리(Ex-situ)
오염물: 비할로겐 VOCs 및 SVOCs, 유류

'토양 경작법(Land Farming)'은 오염토양을 굴착하여 지표면에 깔아 놓고 정기적으로 뒤집은 다음, 공기를 공급하여 미생물에 호기성 생분해 조건을 조성함으로서 토양에 있는 유기성 오염물질을 제거하는 생물학적 정화기술이다. 오염부지의 범위 및 깊이를 정확히 조사한 후, 오염토양을 굴착하여 준비된 경작지역으로 옮겨 처리하는 방법으로, '지중 처리 기술(In-situ)'에 비하여 공기의 접촉량을 최대화 시킬 수 있다. 토양의 생분해는 '유류계 탄화수소'의 처리에 효과적으로 판명되었다. 이 기법으로 처리 가능안 주된 오염물질은 '디젤 연료', 'No. 2와 No. 6 연료 기름', 'JP-5', '기름 슬러지', '나무 보호제로 오염된 토양', '석탄 오염토양', '살충제' 등이다. '지중 처리(In-situ)' 기술 대비 처리 기간이 절감되나, 처리 부지 확보가 필요하고, 하우스 설치 및 이송 비용 등으로 처리 비용이 증가하는 단점이 있다.

3-4. 바이오파일법

처리 기술별 처리 방법: 생물학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지상 처리(Ex-situ)
오염물: 비할로겐 VOCs, 탄화수소 연료, 할로겐 VOCs 및 SVOCs, 농약

'바이오파일법(Biopile)'은 '지상 처리(Ex-situ)' 기술로서 오염토양을 굴착하여 '파일(Pile)'을 쌓은 후 배관을 통하여 공기 및 영양물질을 주입하여, 토양 내 미생물의 활성을 극대화시켜 '유기화합물', '유류 물질'의 농도를 감소시키는 생물학적 처리 방법이다. '바이오파일법'은 '토양 경작법'보다 좁은 지역에서 적용이 가능하며, 미생물에 의한 생분해를 이용하기 때문에 적은 처리 비용으로 넓은 범위의 오염물질을 처리할 수 있다. 특히 '유류(Oil)' 오염물질에 탁월한 효과를 나타낸다.

그러나 물리·화학적인 기술에 비하여 처리 기간이 긴 단점을 가지고 있다. 또한 고농도의 중금속이나 50000ppm 이상 고농도 유류 오염물질의 경우 처리 효율이 떨어지고, 2500ppm 이상의 중금속이 존재할 경우 토양 내 미생물의 성장을 저해한다. 또한 '토양 경작법'보다는 부지 소요가 적기는 하나 타 공법에 비해 넓은 부지면적이 요구된다.

3-5. 식물재배 정화법(Phyto-remediation)

처리 기술별 처리 방법: 생물학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지중 처리(In-situ), 지상 처리(Ex-situ)
오염물: 중금속, 농약, 용제, 폭발물, 유류(PAHs), 매립지 침출액

'식물재배 정화법(Phytoremediation)'은 오염지역에 정화에 필요한 식물들을 식재 후, 식물에 의해 발생되는 오염물질의 추출·안정화 등의 원리를 이용하는 방법이다. 즉, 식물을 이용하여 오염토양 및 지하수를 포함한 수질을 정화시키는 새로운 자연친화적인 토양정화 기술이다. 뿌리가 접촉하는 면에 한정되어 일어나기 때문에 오염원의 깊이가 중요한 고려 요소이며, '식물종', '식물의 생장속도', '오염물질의 농도', '주변 생태계 및 환경과의 관계' 등도 기본적으로 고려해야 할 사항들이다.

'식물 정화법'은 물리·화학적 기술에 비해 확실히 경제적인 방법이고, 2차 부산물 발생이 적은 자연친화적인 기술이라는 장점을 가지고 있다. 그러나 얕은 토양, 수변, 지하수에 한정적으로만 적용이 가능하고, 고농도 유기물질인 경우 독성으로 인해 처리의 한계가 있다. 또한 물리학적 처리 공정에 비해 처리 기간이 오래 소요되는 것도 단점이다.

식물재배 정화법'은 일반적으로 오염 대상지 내에서의 적용이 대부분을 차지하지만, 토양을 제거하거나 지하수 또는 지표수를 뽑아 올려 다른 장수에서 처리를 하는 경우도 있다. '식물재배 정화법'의 적용에 있어서 대상 환경 및 오염물질에 적합한 식물 종을 선택하는 것은 가장 중요한 문제로 오염원을 처리하기 위한 적합한 식물종, 고유한 종, 또는 대상 환경에 자생하는 식물들을 탐색하여 적절한 종류를 선택해야 한다.

'식물 정화법'은 '비할로겐·할로겐 VOCs', '비할로겐 SVOCs', '유류', '중금속'으로 오염된 지역의 정화에 대체적으로 적용이 가능하지만, 방사성물질 등에는 '식물 정화법' 적용이 어렵다. 효과적으로 처리될 수 있는 대상 오염 물질은 소수성을 가진 '벤젠(Benzene)', '톨루엔(Toluene)', '에틸벤젠(Ehylbenzene)', '자일렌(Xylene)', '염소계 용제', '방향족 탄화수소(Aromatic Hydrocarbon)'와 암모늄·인과 같은 과잉의 '영양염류(Nutritive Salts)', '중금속(Heavy Metals)'들을 제거하는 데 효과적으로 이용된다.

3-6. 퇴비화 공법(Composting)

처리 기술별 처리 방법: 생물학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지상 처리(Ex-situ)
오염물: 폭발물(TNT, RDX, HMX), 암모늄 피크레이트, 유류(PAH)

'퇴비화 공법(Composting)'은 호기성 미생물에 의해 생분해 가능한 물질을 분해하고, 토양을 안정화하는 방법이다. 호기성 상태를 유지하기 위한 다량의 공기 주입과 50~55℃의 온도 유지가 중요한 기술이다. '퇴비화 공법'을 적용하기 위해 전처리로서 '오염토양의 굴착', '입자 선별' 등이 필요하다. 그리고 오염토양의 미생물 반응성을 높여주기 위해 입자를 분쇄하거나, 통기성 향상을 위한 개량제를 주입하거나, 유기물질 및 외부 배양 미생물을 추가로 공급하기도 한다.

3-7. 자연 저감법(Natural Attenuation)

처리 기술별 처리 방법: 생물학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지중 처리(In-situ)

'자연 저감법(Natural Attenuation)'은 다른 적극적인 처리 기술과 달리 휘발·희석·생분해·흡착 등의 자연 반응에 의해 오염물질 농도가 허용 기준 이하가 되도록 유도하는 방법이다. '현지 부지의 상태', '용도', '처리 비용', '기간' 등의 검토가 필수적이며, 지중에서 발생하는 물리·화학·생물학적 반응에 대한 지속적 모니터링이 필수적이다.

3-8. 토양 세정법(Soil Flushing)

처리 기술별 처리 방법: 물리화학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지상 처리(Ex-situ)
오염물: VOCs, SVOCs, 유류, 농약

'토양 세정법(Soil Flushing)'은 '물' 또는 '오염물질 용해도를 증대시키기 위한 첨가제가 함유된 물(계면활성제 등)'을 관정을 통하여 토양공극 내에 주입함으로써, 토양에 흡착된 오염물질을 탈착시켜 지상으로 추출하여 처리하는 방법이다. '지중 처리(In-situ)' 기술 중에 물리·화학적 처리 기술에 속하며, 이 방법은 한국환경공단이 토양정화 공법으로 적용한 방법이기도 하다. 다만, 계면활성제의 이동성에 의해 2차 오염 발생 가능성이 있으며, 오염물질의 이동성 증가로 인해 오염물질의 확산을 초래하기도 한다.

생분해 과정이 불가능한 중금속의 경우 활용도가 높지만 '살충제', '휘발성 유기화합물', '준 휘발성 유기 화합물질'의 처리 시 높은 세정제 비용으로 인해 타 공정에 비하여 경제성이 떨어지는 것이 단점이다. 반면, 오염물질 중 중금속을 비롯한 무기물로 오염된 지역의 정화에 매우 탁월한 효과를 나타낸다. '비할로겐', '할로겐 VoCs(할로겐 휘발성유기화합물)', '비할로겐·할로겐 SVOCs(비할로겐·할로겐 반휘발성유기화합물)', '유류(Oil)'로 오염된 지역의 정화에도 대체적으로 적용이 가능하다. 다만, 방사성물질 및 화약류에는 적용이 용이하지 않다.

3-9. 토양 증기 추출법(Soil Vapor Extraction)

처리 기술별 처리 방법: 물리화학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지중 처리(In-situ)
오염물: 비할로겐 VOCs, 유류

'토양 증기 추출법(SVE: Soil Vapor Extraction, 공기 추출법)'은 불포화 '대수층(지하수를 함유한 지층)' 위에 가스추출정을 설치하여 토양을 진공상태로 만들어, 토양으로부터 휘발성 및 준휘발성 유기 화합물질을 제거하는 '지중 처리(In-situ)' 기술이다. 지하 저장 탱크 지역에서 석유계 중 휘발성·준휘발성 유기 화합물질의 농도를 줄이는데 효과적이며, 반면 휘발성이 낮은 난방유나 윤활유 등으로 오염된 처리에는 효율이 낮다.

3-10. 토양 세척법(Soil Washing)

처리 기술별 처리 방법: 물리화학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지상 처리(Ex-situ)
오염물: 유기오염물질, 연료 및 중금속

'토양 세척법(Soil Washing)'은 적절한 세척제를 사용하여 토양입자에 결합되어 있는 유해한 유기 오염물질의 표면장력을 약화시키거나 중금속을 액상으로 변화시켜, 토양입자로부터 유해한 유기 오염물질 및 중금속을 처리하는 '지상 처리(Ex-situ)' 기술이다. 사용하는 세척제의 종류에 따라 광범위한 유기·무기 오염물질을 제거할 수 있으며, 선별과정을 통해 효과적으로 오염토양의 부피를 감소시킬 수 있다. 따라서 타 공정과 복합적으로 사용할 경우 그 활용도가 더 높아질 수 있다.

'토양 세척법'은 '유기 오염물질', 유류·중금속과 같은 '무기물질'로 오염된 지역의 정화에 대체적으로 적용이 가능하다. '토양 입경(Soil Particle Size)'별로는 '자갈', '모래', '미사(가늘고 고운 모래)' 등에 효과가 크고, '미사'에는 부분적인 효과도 입지만, '점토(Clay)'에는 거의 효과가 없다.

3-11. 용제 추출법(Solvent Extraction)

처리 기술별 처리 방법: 물리화학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지상 처리(Ex-situ)
오염물: 유류(PAHs), 폴리염화바이페닐, 비할로겐 및 할로겐 VOCs

'용제 추출법(Solvent Extraction)'은 지상처리 기술로, 추출기 내에서 유기용매와 오염토양을 혼합·분리하여, 오염물질과 토양·슬러지·퇴적물로부터 오염물질을 분리시키는 기술이다. '용제(Solvent)'란 물질을 용해시키기 위한 물질을 말하며, '용제 추출법'에는 오염토양과 추출 용매의 접촉을 극대화할 수 있는 '회전 교반장치(Rotating Agitator)'가 요구된다. 난분해성 물질을 단기간에 정화하는 데는 매우 효과적인 기술이지만, 토양의 수분함량이 높거나 '유화제(Emulsifier)' 같은 물질은 공정의 방해요소로 작용한다. '유화제(Emulsifier)'는 '계면활성제(Surfactant)'의 한 종류로, '에멀션(Emulsion)'의 성분을 용이하게 하며 또한 이것을 안정하게 유지하기 위해 첨가하는 물질을 말한다.

3-12. 화학적 산화·환원법(Chemical Oxidation·Reduction)

처리 기술별 처리 방법: 물리화학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지중 처리(In-situ)
오염물: 비할로겐 및 할로겐 휘발성 유기화합물질, 비할로겐 및 할로겐 준휘발성유기화합물질, 연료유, 무기물질, 방사성 물질

산화·환원 반응은 오염물질을 화학적으로 더 안정하고, 유동성이 없으며, 비활성 물질로 변화시키는 반응이다. 산화·환원 반응은 한 물질로부터 다른 물질로 전자를 이동시키는 반응으로, 하나의 물질이 '산화(Oxidation)'되면 다른 물질은 '환원(Reduction)'된다. 독성물질의 처리에 사용되는 가장 일반적인 시약은 '오존(Ozone)', '과산화수소', '차아염소산염', '염소', '이산화염소'이다. 화학적 산화는 음용수와 폐수의 재오염방지를 위해 사용되는 Full-scale 기술이며, 시안으로 오염된 토양의 처리를 위한 가장 일반적인 방법이다. 무기물질에 효과적이며, '휘발성 유기물질', '반휘발성 오염물질', '유류 탄화수소' 등의 비할로겐 물질에는 효과가 낮다.

3-13. 동전기법(Electrokinetic Separation)

처리 기술별 처리 방법: 물리화학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지중 처리(In-situ)
오염물: 중금속, 음이온 극성유기물질 진흙, 슬러지, 준설토

'투수계수(지층의 투수도를 나타내는 지표로 일정 단위의 단면적을 단위시간에 통과하는 수량)'가 낮아 적절한 '용제(물질을 용해시키기 위한 물질)' 등을 쓸 수 없는 경우, 양극·음극의 전기장을 형성하여 '이온 상태의 오염물질(음이온, 양이온, 중금속 등)'의 이동속도를 촉진시켜 포화 지역의 오염토를 처리하는 방법이다. 일반적으로 소요되는 전기량이 많아 운영비가 높고, 산화·환원 반응으로 불필요한 부산물이 생성되기도 하며, 토양 내 수분함량이 10% 미만이면 정화 효율이 급격히 감소하는 단점이 있다.

3-14. 고형화-안정화법(Solidfication-Stabilization)

처리 기술별 처리 방법: 물리화학적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: '지중 처리(In-situ)', '지상 처리(Ex-situ)' 모두 활용 가능

'고형화-안정화법(Solidfication-Stabilization)'은 '오염토양'에 '시멘트(Cement)', '슬래그(Slag)', '석회(Limestone)' 등의 '고형화제(Solidifying Agent)'를 '점가(점점 더함)'하여 토양을 고형화시켜, 오염물질의 이동성을 물리적으로 저감시키고 화학적으로 용해도를 낮추거나 무해한 형태로 변화시키는 처리 기술이다. '중금속' 등 무기물질을 고정시키는데 효과가 매우 높고, 처리 비용이 저렴하다. 하지만 오염물질의 용해도 및 이동도만을 감소시키는 기술이므로, 장기간의 모니터링이 필요하다는 단점이 있다. 또한 휘발성 유기물질의 경우, 고정화가 어렵고 일반적으로 고형화제의 첨가로 인하여 오염토양의 부피가 증가할 수 있으며, 처리 후 고형화된 물질에 대한 처분작업이 필요할 수도 있다.

'무기성 접합제'는 비용이 저렴하고 장기적인 안정성이 있으며, 구입이 용이하고 독성이 없기 때문에 다양하게 적용되고 있다. '유기성 접합제'는 용해도가 높은 오염물질이나 유기성 오염물질을 화학적으로 접합시켜 안정화시키는 능력이 무기성 접합제보다 크다. 하지만 가격이 비싸고 고도의 기술을 요하기 때문에 핵폐기물이나 독성이 강한 오염 물질 등의 처리에 국한되어 사용되고 있다.

무기접합체: 시멘트, 석회, 비산재(Kiln dust, flyash), 규산, 점토, 지올라이트
유기접합제: 아스팔트, 폴리에틸렌, 레자, 에폭시, 우레아 포름알데하이드, 폴리에스테르

3-15. 열 탈착법(Thermal Desorption)

처리 기술별 처리 방법: 열적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지상 처리(Ex-situ)
오염물(저온열탈착법): 비할로겐 및 할로겐 VOCs, 비할로겐 및 할로겐 SVOCs, 유류, 폴리염화바이페닐, 농약

'열 탈착법(Thermal Desorption)'은 통제된 환경에서 토양을 일정 온도로 가열하여, 토양에 흡착된 오염물질을 휘발·탈착시키는 지상 처리 기술이다. 오염지역의 굴착된 오염토양을 열 탈착 장치에 투입하여 처리한다. '열적 처리'는 '직접 연소에 의한 열처리(소각)'와 '산소가 없는 혐기성 상태에서 열을 가해 유기물질을 분해하는 열처리(열분해)'의 두 가지 형태로 구분된다. 다시 '열분해' 형태는 오염물질을 제거하기 위한 운전 온도에 의해 '고온열탈착법(400~800℃)'과 '저온열탈착법(약 400이하℃)'으로 구분된다.

'할로겐', '비할로겐 휘발성 물질 및 준 휘발성 물질', 'PCBs', '농약', '살충제' 등 유기성 오염물질은 모두 처리가 가능하지만, 카드뮴이나 수은을 제외한 중금속은 일정 온도에서 처리가 되지 않는다. 이 공정은 '중금속', '콜타르', '나무 찌꺼기', '탄화수소 오염', '방사능 물질이나 독성물질로 오염된 토양', '합성고무로 오염된 토양', '페인트 찌꺼기' 등으로부터 유기물질을 분리하는 데 적용할 수 있다.

3-16. 소각법(Incineration)

처리 기술별 처리 방법: 열적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지상 처리(Ex-situ)
오염물: 폭발물, 위험물, 염소계탄화수소, 폴리염화바이페닐, 다이옥신

'소각법(Incineration)'은 적당량의 산소를 가하여 유기물질을 연소하여 제거하는 열적파괴 공정이다. 871~1204℃의 고온으로 토양 내 유기물질을 소각하여 '이산화탄소', '수증기', '황화수도(황과 수소로 이루어진 화합물)' 등으로 분해한다. 일반적으로 소각로의 오염물질 제거 효율은 99.99%이고, '폴리염화바이페닐(PCB: Polychlorinated Biphenyls)'나 '다이옥신(Dioxin)'에 대해서는 99%의 효율을 보인다. '소각법'은 폐기물 처리에 주로 활용되는 기술로서, 토양을 소각 시 미생물 및 유기물질까지 모두 제거되므로 자연 토양으로서의 기능을 상실하게 되어 친환경적인 기술로 볼 수는 없다.

3-17. 유리화법(Vitrification)

처리 기술별 처리 방법: 열적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지중 처리(In-situ)
오염물: VOCs, SVOCs, 다이옥신, 폴리염화바이페닐, 금속오염물질, 방사성핵종

'유리화법(Vitrification)'은 오염토양을 전기적으로 용융시켜 용출 특성이 낮은 결정구조로 만드는 기법으로, 오염물질의 이동도를 낮추고 고립화하는 '지중처리(In-situ)' 기술이다. 다양한 오염물질에 사용이 가능하여 활용도가 높다. 하지만 에너지 비용이 높고, 유리화 공정 중의 방출 가스 및 처리 후 발생하는 '슬래그(Slag)'를 최총 처분해야 하는 단점이 있다.

3-18. 열분해법(Pyrolysis)

처리 기술별 처리 방법: 열적 처리 방법
처리 위치별 처리 방법: 지상 처리(Ex-situ)
오염물: SVOCs, 농약

'열분해법(Pyrolysis)'은 산소가 없는 혐기성 상태에서 열을 가하여 유기물질을 분해시키는 화학적 분해 방법으로, '유기물질'은 '가스상 물질', '유기탄소' 및 '재(Ash)'로 전환된다. '열분해법(Pyrolysis)'은 '열탈착법(Thermal Desorption)' 및 '소각법(Incineration)' 같은 열적 처리 기술이므로, 기타 열적 처리 기술과 유사한 장점 및 제한 요인을 갖는다. '열분해'는 오염물질을 단기간에 처리할 수 있는 공정이다.

4. '지하수 오염' 정화 기술

'지하수 정화 기술'도 '토양오염 정화 기술'과 마찬가지로 '원위치' 기술과 '탈위치' 기술로 구분된다. '윈위치'는 오염지역 내에서 처리하는 경우를 말하고, '탈위치'는 지하수를 외부로 양수한 후 처리하는 경우를 말한다. 또한 물질의 특성에 따라 오염물질을 가스상으로 배출·제거하는지, 추출·응집 등으로 제거하는지에 따라 적절한 기술을 선택해야 한다. 오염된 지하수의 탈위치 처리 기술은 폐수처리 기술가 원리가 동일하다.

4-1. 공기 살포법(Air Sparging)

처리 위치별 처리 방법: 원위치 방법

'공기살포법(Air Sparging)'은 '포화대수층(지하수가 포화된 지층)' 내에 공기를 강제 주입하여 '휘발성 유기물질', '유류오염 물질'을 휘발시켜 제거하는 원리로, 주입된 공기방울이 오염물질을 증기추출 배관으로 이동시켜 휘발성 물질이 지상으로 배출 제거된다. 공기 분산이 미미한 '통기성(공기가 유통하는 성질)'의 변화에 민감하므로 '주입정(다공성 암석 또는 토양층 아래의 지하 깊은 곳에 유체를 배치하는 장치)'과 '관측정(지하수 오염을 감시하기 위해 파놓은 샘)' 사이에 국지적인 공기의 분산이 야기된다.

4-2. 이중상 추출법(Dual Phase Extraction)

처리 위치별 처리 방법: 원위치 방법

'이중상 추출법(Dual Phase Extraction)'은 '투수계수(지층의 투수도를 나타내는 지표로 일정 단위의 단면적을 단위시간에 통과하는 수량)'가 낮거나 불균일 지반 내의 액상·가스상 오염물질을 동시에 제거하기 위해 진공을 이용하는 기술로, 불균일 토양에서 액체나 가스를 동시에 제거 가능한 기술이다. 진공상으로 토양 내 증기가 추출되고, 지하수에서 추출된 증기가 대기로 배출 제거된다. '증기·액체의 혼합 오염물질의 경우'와 '불균일한 점토 또는 점토와 미세입자가 많은 토양인 경우' 처리 효과가 뛰어나다.

4-3. 진공 증기 추출법(Vacuum-Vapor Extraction)

처리 위치별 처리 방법: 원위치 방법

'진공 증기 추출법(Vacuum-Vapor Extraction)'은 공기를 주입해 오염 지하수를 부상시켜, 후단에 신선한 지하수를 유입시켜 지하수 내의 휘발성 유기물질을 상부에서 수집·처리하는 기술이다. 부분적으로 처리된 지하수는 불포화대로 이동하며, 지하수가 내부 처리 장치 내에서 순환되어 부분 오염물질의 농도를 점차 감소시킨다. '할로겐 휘발성 유기물질', '준휘발성 유기물질', '유류(Oil)'에 효과적이다. 이 기술을 변형하면 '비할로겐 휘발성 유기물질', '준휘발성 유기물질', '살충제', '무기물질'에 대해서도 효과적이다.

이 공정의 변형인 'UVB(Unterdruck-Verdampfer Brunner)'는 독일의 여러 지역에서 이용되고 있으며, 미국에도 알려졌다. '스탠포드 대학(Stanford University)'은 이 공정의 변형된 장치 'Inwell Sparging System'을 개발했는데, 이 공정은 DEO의 Intergrated Technology Demonstration Program의 일부로 수행되었다. 'Inwell Sparging System'은 'Air-Lift Pumping'과 'Vapor Stripping Technique'를 결합한 것이다. 이 기술은 미국에만 잘 알려져 있지만 공정의 개발이 기대된다.

4-4. 양수 후 처리법

처리 위치별 처리 방법: Pumping 후 처리 방법

'양수 후 처리법'은 오염 지하수를 'Packed Towers', 'Diffused Aeration', 'Tray Aeration', 'Spray Aeration' 등의 다양한 '폭기(Aeration)' 및 '탈기(Deaeration)' 방식으로 휘발성 오염물질과 공기 간의 접촉면적을 증대시켜 줌으로써 휘발·제거하는 방법이다.

'탈기(Deaeration)'란 물질이나 환경으로부터 기체 성분을 제거하는 것으로, 여기에서는 지하수에 용존하는 '탄소', '탄산 가스', '암모니아(NH₃)' 등의 기체 성분을 제거하는 것을 말한다. '탈기(Deaeration)' 기법을 토해 휘발성 오염물질을 물에서 공기로 이동시키고 지하수를 정화한다. 이 공정은 '충전탑(Packed Tower)'이나 '폭기조(Aeration Tank)'에서 이루어진다. 일반적인 Pack Tower Air Stripper는 Tower의 위에서 오염된 물을 분사시킬 수 있도록 Spray Nozzle을 설치하고, 공기를 물의 흐름 방향에 역류하도록 fan을 설치하여, 정화된 물을 모을 수 있도록 tower의 바닥에 펌프를 설치한다. 보조 장비로는 '공기 예열기', '자동제어 장치',' 배출가스 처리 장치' 등이 있다.

'탈기'는 물로부터 휘발성 유기물질을 분리시키는데 이용되지만, 무기물질에 대해서는 비효율적이다. '탈기' 기법의 효율을 파악하는 데 중요한 지표의 하나가 '헨리 상수(Henry Constant)'이다. 일반적으로 '헨리 상수' 상수가 0.01m³/mol 이상인 유기물질은 탈기 기법으로 성공적으로 처리 가능하다. '탈기' 기법으로 처리 가능한 물질은 BTEX, '염화에틸(Chloroethane)', '트리클로로에틸렌(TCE: Trichloroethylene), DCE, PCE 등이다. '2개의 Stripper', '세척수 가열', '액체에 대한 공기의 비율 증가', '가열' 등으로 효율을 향상시킨 예가 있다. 4.6~6m로 충진된 탑의 효율은 99%이다.

5. 각국의 '토양·지하수 정화' 기술·정책 동향

5-1. 한국

한국에서 토양 환경에 관한 최초의 입법은 1963년 제정된 '공해방지법'이나 여기서는 토양오염에 관한 사항을 담지는 않았고, 1970년대까지도 토양오염에 대한 법적 인식이 미흡하였다 1977년 '환경보전법' 개정에 이르러서야 토양오염물질을 규정하여 토양의 중요성이 부각되면서 '환경정책기본법'을 거쳐, 1995년에 '토양환경보전법'이 제정되었다. 이에 토양측정망을 운영, 토양오염의 사전 예방 및 오염토양 개선 등에 종합적인 관리 개념이 형성되었다. 또한 2005년 '광산피해의 방지 및 복구에 관한 법률' 등이 제정되어 관련 산업이 활성화되었다.

5-1-1. GAIA Project

국내에서 적용되었던 오염부지 평가 기술의 대부분은 해외 의존도가 높았다. 이에 환경부에서는 우리나라 지형 및 지질에 부합되는 오염부지 평가 기술을 개발과 오염 확산 방지 및 위해도 평가 기술을 개발·보급하였으며, 기존에 추진되고 있던 국가연구개발사업을 포함한 '토양·지하수 오염 방지 기술 개발 사업(GAIA Project)'을 추진하고 있다.

'GAIA Project'의 사업 추진 분야는 '사전 예방', '오염 조사', '오염 정화', '사후관리' 총 4개 분야, 14개 세부 기술 분야와 각 세부 기술별 요소 기술 분야로 구성되어 있으며, 이 중 오염 정화 기술 분야는 '오염물질 및 부지 정화 기술', '현장 적용 기술', '토양 산성화 및 토양 질 저하 방지 기술' 등으로 이루어져 있다. 환경부의 GAIA 사업 추진 결과, 토양·지하수 오염 방지 기술의 선진국 대비 기술경쟁력은 사업 전인 2008년 52%에서, GAIA 사업 1단계 종료 시기인 2011년에는 68%, GAIA 사업 1단계 종료 시기인 2014년에는 74%, GAIA 사업 3단계 종료 시기인 2017년에는 81% 수준으로 상승하였다.

GAIA의 오염 정화 기술	요소 기술
오염물질 및 부지 정화 기술	현장형 정화기술의 원천기술 개발
	정화기술의 현장 실증화
	정화를 위한 최적의 평가 기법
현장 적용 기술	위해성 평가 기법을 활용한 오염 정화 목표 설정 및 기술
정화기술의 표준화	오염원에 따른 정화기술의 표준화 및 최적화 기술
토양의 산성화 및 토양질 저하 방지 기술	토양 산성화 회복 기술
	토양침식 및 유실 방지 기술
	토양질 개선 및 악화 방지 현장 적용 기술

5-1-2. 통합 환경 관리 제도

환경부는 기존 배출 시설 허가 제도의 문제점인 최대 10개가 넘는 배출시설 인허가와 중복 허가, 배출구 농도 중심의 획일적 규제 등의 한계를 탈피하고자 기존 6개의 개벌법령, 10개 인허가를 사업장 단위의 '통합 환경계획서'로 통합하고 '환경오염시설의 통합 관리에 관한 법률'을 제정하였다.

기존에는 점오염원으로부터 대기, 하천수, 토양에 배출·방류되는 배출구 방류 농도가 규제 대상이었다면, '통합 환경 관리 제도' 하에서는 환경으로 배출되는 오염물질에 대해 기존 자연환경의 '기존 오염도(BC: Background Concentration)', 배출로 인한 '추가 오염도(PC: Process Contribution)', 이로 인한 예측 환경 농도인 '총 오염도(PEC: Predicted Environmental Concentration)'가 각각 산정되어야 한다. 즉 '총 오염도(PEC)'는 '추가 오염도(PC)'와 '기존 오염도(BC)'를 합친 것이다. 따라서 향후 토양과 지하수의 장래 오염도를 예측하고, '배출 영향분석을 시뮬레이션 할 수 있는 오염 측정·분석', '모델링을 통한 예측 기법', '이에 대응 방안을 마련할 수 있는 토양·지하수 관련 지식 서비스 및 컨설팅' 분야가 활성화될 전망이다.

구분	개념
기존오염도(BC)	지역 대기에 확산되어 있거나 수용하천에 완전히 혼합되어 있는 오염물질의 현황농도
추가오염도(PC)	배출되는 오염물질 등이 지역대기에 확산되거나 수용하천에 완전히 혼합되었을 때 지역 대기 또는 수용하천에서의 농도 증가량
총 오염도(PEC)	오염물질 등이 배출된 이후 배출시설 주변의 지역대기 또는 수용하천에서 예측되는 농도

5-1-3. 토양·지하수 관련 빅데이터를 구축

과학기술정보통신부에서 발표한 120개 국가전략기술에 대한 '2018년도 기술 수준평가 결과'에 따르면, 한국의 환경 기술 수준은 최고기술 보유국인 미국 대비 76.6% 수준으로 나타났다. 11개 세부 기술별로 보면 '토양·지중 환경오염 관리 기술'이 각각 최고기술 보유국인 '미국' 대비 82.5%로 가장 높게 나타났으며, 기술 격차는 '토양·지중 환경오염 관리 기술'이 미국 대비 3년의 기술 격차로 가장 격차가 작았다. 한편 '지능형 자연생태계 보전 및 복원 기술'은 미국 및 '유럽연합(EU)' 대비 6년으로 가장 큰 기술격차를 가진 것으로 조사되었다.

환경부와 국토교통부는 그동안 축적된 각종 토양·지하수 측정 정보를 환경부와 국토교통부에서 '토양 정보 시스템'과 '지하수 측정망 시스템'을 운영하고 있다. 또한 '농촌 진흥청'에서도 '지속적인 식량생산', 종다양성 평가'를 위해 농업환경을 위해 '토양 환경 정보 시스템'을 운영 중이다. 현재는 정책을 위한 빅데이터(Big Data)' 기반의 새로운 지식 서비스 창출을 위한 노력이 연구기관을 중심으로 시작되어, 수집 방법 및 활용 분야의 체계를 갖추어가는 중이다. 모든 개발산업은 환경에 미치는 영향을 전 분야에서 고려한 '저 영향 개발(Low Impact Development)'가 트렌드이며, 이 밖에도 '오염화 사업 후 안정성 평가', '정화 부지의 타 용도로 재활용 가능성 평가', 'IoT를 활용한 장기간 모니터링 및 구축된 DB를 이용한 예측 기술 고도화' 등도 연구개발되고 있다. 또한 바이오 분석기술의 발달로 토양에서 추출한 유용한 토착 생물을 활용한 바이오·농업·환경산업 등의 자원으로서의 활용이 가능할 것이며, 앞으로 이러한 추세는 확산될 것으로 보인다.

또한 지하수 분야에서는 첨단 분석기술을 바탕으로 한 '항생제 내성 수퍼박테리아', '미세 플라스틱', '불소', '방사능 물질'의 거동 및 환경영향평가에 대한 연구가 지속되고 있다. 이는 성장하는 환경 보건 분야 시장과의 연계 가능성이 높다. 또한 '잠재적 오염물질 선정', '물리·화학적 특성 정보화', '가축 매몰지 조기 안정화를 위한 특성 인자 선정' 등 각종 평가 지표 개발 등도 지속적인 관심과 수요가 예상되는 연구분야이다.

5-2. 미국

한편, 미국은 '부지평가 기술'을 원천기술로 인식하고 있으며, 실시간 오염부지의 정보를 제공하여 오염 비용을 절감하고 있다. 미국은 국가 차원에서 지역 정화를 추진하여 유해 물질로 인한 긴급사고에 대처하고 있다. 또한 2013년 8월 '행정명령(Executive Order)'을 통해 유해시설 관리 방안을 제시하시고, '미국 환경청(EPA: Environmental Protection Agency)'는 '24시간 비상센터' 운영을 통해 화학사고에도 대처방안을 마련하고 있다.

특히 잠재력 오염개연성 지역 및 오염 발견 지역을 데이터베이스화하고, '조사 및 정화 우선순위' 선정을 위한 대표적 국가 오염부지 '조사 및 정화 우선순위' 평가 모델 기술을 개발하고 있다. 또한 유류 저장시설에 대한 관리 및 오염된 토양·지하수의 인체와 환경에 미치는 잠재적 위해성을 평가하는 기술 분야의 수요 확대가 예상된다. 이에 따라 '기술 적용에 대한 영향 평가', '유류 오염 모니터링' 기술 등을 개발 중에 있다. 또한 최적의 '토양 오염 복원 기술'을 선정하는 '매트릭스(Matrix)'를 이용하여 정보를 제공하고 있다.

5-3. 유럽

'유럽(Europe)'의 경우 토양 오염 자체에 집중하기보다는 '생태적 관리 통한 사전 예방', '타 환경 분야와 연계한 통합 관리' 등을 적용하고 있고, 토양오염을 국지적으로 보기보다는 '식량', '기후변화'의 문제를 연계하고 있다. '지속 가능한 농업기술', '이산화탄소 저장고로써의 토양 기능'에 집중하고 있으며, 특히 '생태적 다양성 모니터링', '통합적인 접근 방식', '비점오염원의 관리' 등에 주목하고 있다. 기후변화와 연계하여 토양·지하수 오염의 생태기반 관리를 추진하고 있으며, 정보 공유를 위한 네트워크를 구축하고 있다.

서유럽의 다수 국가들은 '효율', '비용', '현장 조건'에 따라 물리적·화학적 복원 방식을 채택하여, 오염된 토양·지하수 정화를 위해 활용하고 있다. 대표적으로 영국은 복원 기술을 in-situ, ex-situ 등으로 분리하여 적용하되, 최근 대규모 건설 사업 침체로 인해 in-situ 기술을 주로 채택하고 있다. 네덜란드는 '생태계 위험 지수(ERI: Ecosystem Risk Index)' 등 인체와 생태의 잠재적 위해성을 고려한 개입 기준을 설정하여 오염원 조사·처리 최적화에 힘쓰고 있다.

5-4. 중국

2013년 말까지 '중국환보산업협회(中国环境保护产业协会, China Environment Protection Industry Association)'가 파악한 토양·지하수 정화 기업은 300개를 넘었다. 또 2015년 통계에 의하면 전국에 최소한 500여 개의 관련 기업이 존재하는 것으로 보인다. 다만 한국의 실정과 같이 중국에서도 토양정화사업 1개의 사업 규모는 비교적 작은 편이다.

5-5. 베트남

베트남의 경우 2005년 산업 성장률 10%이상을 기록하였고 경제성장으로 인해 심각한 환경문제에 직면할 것으로 예측된다. 베트남 당국은 다소 늦은 2005년 이후에야 환경산업 현황조사를 착수하였다. '베트남'의 토양·지하수 정화 관련 기술력은 그다지 높지 않고, 핵심 환경오염제어 설비를 대부분 수입에 의존하고 있는 상황이다.

6. '토양-지하수 정화' 관련 기업

2019년 말 등록업체 기준, 국내 토양지하수 관련 업체는 분야별로 '토양정화업 74개', '토양오염 조사 기관 76개', '누출검사기관 19개', '위해성 평가 기관 9개', '토양 환경평가 기관 52개'로 이루어져 있다. 가장 많은 기업은 일반 법인이며 'GS건설', '삼성물산' 등의 대기업은 건설업과의 겸업인 경우가 많다. 아래는 2019년 기준 환경부 등록 토양지하수 관련 업체 및 기관을 표로 정리한 것이다. (업종별 중복 등록 포함)

분야	업체
토양 - 토양정화	현대건설, 티에스케이워터, 코오롱글로벌, 자연과환경, 아이나환경코리아, 한국종합기술, 포스코건설, 한라오엠에스, 대일이앤씨, SK건설, 에코필, 신대양 등 총 74개
토양 - 토양오염 조사	한국환경수도연구원, 국립환경과학원, 서울시보건환경연구원, 대구지방환경청 등 총 79개
토양 - 누출검사	한국위험물환경기술, 동명엔터프라이즈, 그린비즈, 대경환경연구소 등 총 19개
토양 - 위해성평가	한국환경공단, 한국농어촌공사, 경상대학교 부속 농업생명과학연구원 등 총 9개
토양 - 토양환경평가	중앙컨설턴트, 지우이앤이 등 총 52개
지하수 - 지하수정화	한국농어촌공사, 롯데건설, 대일이앤씨, SK건설, 현대건설, 에이치플러스에코, 신대양 등 총 62개

6-1. 자연과환경

국적: 한국

'자연과환경'은 환경복원을 기반으로 '친환경 자재 생산', '조림사업', '해외 생태복원 사업' 등 다양한 연계 및 용역 사업을 영위하고 있다. 2017년 3월 토양·지하수 정화 및 복원 전문 업체인 '에코바이오'를 흡수·합병하면서 토양정화 사업에 본격적으로 뛰어들었다. 토양정화 관련 부지 조사에서부터 '기본설계', '타당성조사', '현장실험', '공정 및 설비 설계' 등 대부분의 단계를 자체적으로 수행하고 있다. 특히 '자체 공법(토양경작법, 동전기정화법, 토양세척법 등)'을 보유하고 있어 오염원에 따라 최적화된 공법을 적용할 수 있는 기술적 노하우를 보유하고 있다. 토양 경작장과 반입장도 갖추고 있어, 전체 토양정화 업체 중 처리능력이 상위권에 위치해 있다.

'자연과환경'이 보유하고 있는 '동전기 정화법(Electrokinetic Seperation)'은 토양 내에 전류를 공급하여 정화하는 방법이다. 구체적으로는 '투수계수(지층의 투수도를 나타내는 지표로 일정 단위의 단면적을 단위시간에 통과하는 수량)'가 낮은 포화 토양에서 이온 상태의 오염물 '음이온', '양이온', '중금속' 등을 양극과 음극의 전기장에 의하여 이동속도를 촉진시켜, 포화 지역의 오염토양을 처리하는 방법이다. '지중 처리(In-situ)' 토양정화 기술로서, 오염지역에 전극을 연결하고 낮은 강도의 전류를 흐르게 함으로써 '투수계수'가 낮은 '토양', '점토', '슬러지', '해양 준설토로'부터 오염물질을 제거한다. 일반적으로 미세 토양이 다량으로 혼합되어 투수계수가 낮은 토양의 경우, '통기성' 및 '유체의 이동성'이 낮아 토양오염 처리 기술의 적용이 용이하지 않지만 '동전기 정화법'은 투수계수가 낮은 토양의 경우에도 높은 처리 효율을 갖는 것이 장점이다. 점토질 지반가극수의 '중금속 이온'이나 '용존 유기물질'을 효과적으로 제거할 수 있으며, 'BTEX', 'TCE(Trichloroethylene)', '페놀(Phenol)' 등의 오염물질 정화에도 유용하다. 'BTEX'는 '벤젠(Benzene)', '톨루엔(Toluene)', '에틸벤젠(Ethylbenzene)', '자일렌(Xylene)'의 줄임말이다.

'자연과환경'은 유류·독성 물질에 오염된 토양과 지하수 정화·복원에 특화된 기술을 보유하고 있다. 2019년 7월 '자연과환경' IR 자료 기준, 전국 170개소 약 20만 톤의 토양을 정화한 실적을 보유하고 있으며, 충북 괴산에 43148m²의 토양정화센터도 갖추고 있다. 군부대, 주유소, 제련소, 유류 누출, 농약 축적, 중금속 오염토 등 다양한 정화 실적과 반환되는 미군 기지 이슈, 국가 정화 우선 대상 부지 선정 등의 시장 및 정책 기조에 힘입어 향후에도 성장세를 보일 것으로 전망된다. 아래는 '자연과환경' 토양정화 공사 주요 실적을 표로 정리한 것이다.

공사명	발주처	공사금액(백만 원)	공사년도
반환미군기지 토양정화	국군재정관리단	446	2016
영천(포항)주유소 토양정화	한국도로공사	277	2017
서울지역 ○○군부대 토양정화	국군재정관리단	899	2017
화성반환미군기지 토양정화	국군재정관리단	406	2017
한남공동주택현장 토양정화	(주)티에스케이코퍼레이션	2268	2018
한성주유소 부지 토양정화	퀀텀, 케이에스개발	214	2018
대구달서주유소 토양정화	그린비즈	195	2018
서초 ○○부대 토양정화	국군재정관리단	860	2018
18-교-통영관 토양정화	해병3283부대	438	2018
인천 용현·학인 개발부지 토양정화	(주)디씨알이	3680	2020

6-2. 대일이앤씨

국적: 한국

'대일이앤씨'는 외감 중소기업으로 '환경평가', '토양정화', '지하수 정화', '환경 플랜트', '토목 및 연구개발을 주요 사업으로 수행하고 있으며, 토양정화를 위한 '반입정화시설'을 보유하고 있다. '대일이앤씨'는 '토양 경작법', '열탈착법', '토양 세정법', '다중상 추출법' 등을 사용하여, '주유소', '군부대 내 오염부지', '각종 사업소 내 오염토양 정화사업'을 수행하고 있다.

또한 '대일이앤씨'는 '세립질 유류 오염토양의 열탈착 공정에서 분진 성형·비접촉 열 교환 정화 토양 냉각장치를 이용한 비산먼지 저감기술(환경신기술 427호)'을 보유하고 있다. '열 탈착 설비'에 '분진성형장치' 및 '비접촉 정화 토양 냉각장치'를 설치하여, 점토질 토양의 열탈착 처리시 다량 발생하는 미세분진의 비산을 제어하여 분진 비산 방지시설 건축비를 절감하고, 작업환경을 개선할 수 있을 뿐 아니라 연속 가동률을 높여 장비의 효율을 향상시킨 열 탈착 설비이다.

6-3. 에이치 플러스 에코

국적: 한국

'에이치 플러스 에코(H Plus Eco)'는 2000년에 설립된 기업으로, '토양 복원', '누출검사 요역', '도장 폐수 및 중금속의 수 처리', '바이오·윤활성 향상제 생산·판매'를 주요 사업으로 영위하고 있는 외감 중소기업이다. 'GS칼텍스'가 대표이사의 특수관계자로서, 업계 중 국내 최대의 정유사 및 오염토양 정화 실적을 보유하고 있으며, 국내 최대 군·정부 관련 공사 실적도 가지고 있다. 2018년 기준, 매출이 736억 원으로 환경정화 및 복원업을 수행하는 기업 중 가장 규모가 큰 기업이다.

6-4. SK건설

국적: 한국

'SK건설'은 건축 및 토목공사업을 영위하는 대기업으로, '건축 및 토목공사업', '전기 공사업', '건설업' 등 총 70여 개 사업을 영위하고 있다. 'SK건설'은 2005년 토양 정화업을 등록하여 해당 시장에 참여하였다. '저유소(Tank Station: 원유나 석유 제품의 저장소)'로 사용되다가 '미군 유류저장기지'로 확장되어 사용된 오염토양을 오염농도별로 '토양 경작법(Land Farming)'과 '토양 세척법(Soil Washing)'을 사용하여 정화사업을 완료하였다. '토양 경작법(Land Farming)'은 SK건설이 보유한 1톤 규모의 미생물 배양시설과 토양경작장 비닐하우스에서 이루어졌다. 또 '토양 세척법(Soil Washing)'을 통해 현장에서 오염 토양을 입경별로 분류하여 세척하면서 유류성분을 물로 세척하고, 발생한 세척수는 수처리시스템을 통하여 정화시키고 정화 현장에서 재순환·사용하였다. 정화 대상이 '유류 오염토양'임으로, 토양정화작업 중 'VOCs(휘발성유기화합물)'의 대기 중 배출을 최소화하기 위해 '민원 방지' 및 '작업자 안전보호' 목적으로 '사전 안전화 공법'을 사용하였다.

6-5. 현대건설

국적: 한국

'현대건설'은 종합건설업을 영위하는 대기업으로, 연구개발본부 '물환경연구팀'의 연구개발을 통해 '토양 환경 정화사업' 연구개발 등을 수행하고 있다. '물환경연구팀'은 '수처리', '해수담수화', '토양정화' 등 다양한 분야의 환경관련 기술을 개발하고 있다. 또한 2000년대 초반부터 '광주의 비위생 매립지', '태안 부남호 준설토 공사', '대전 역사 유류 오염 토양' 등 다양한 토양정화 사업에 참여하였으며, '장항제련소 비매입구역 토양정화 사업'을 2012년부터 2015년까지 3년간 실시하였다. 해당 사업의 노하우를 활용하여 2013년에는 국내 건설사 최초로 싱가포르 주롱도시공사가 발주한 실증화 R&D 사업인 '해안 중금속 오염토양 정화기술 실증'을 제안하였고 수주에 성공하였다. 이렇듯 현대건설은 세계 토양오염 정화사업 시장의 플레이어로 활동하고 있다.

'현대건설'은 중금속, 준금속, 독성물질로 오염된 토양을 정화하는 기술도 개발하여, 비소로 오염된 토양을 물리적으로 처리하는 공법을 개발하고 환경 신기술로 인증받았다. 기술명 '비소 오염 사질 토양의 물리적 정화를 위한 건식 미세토 분리 기술(환경신기술 498호)'은 기존 의 습식 토양 세척 방법과는 달리, 물을 사용하지 않는 건식의 미세토분리 방법을 사용하여 고농도 오염물질이 분포하는 특정 크기 범위의 오염토양만을 선별·분리함으로써, 비소 및 중금속 오염토양의 오염부하를 물리적으로 저감시키는 기술이다. 분산화 효율이 좋은 사질 토양에서 최적의 효과를 보이는 기술이다. 물과 화학약품을 사용하지 않아 환경 영향을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 공정 구성이 간단하여 경제성이 높은 기술이다.

6-6. GS건설

국적: 한국

'GS건설'은 1996년에 설립된 종합건설회사로, 플랜트, 토목, 주택 등의 다양한 건설 사업을 하고 있다. 국내 건설사 최초로 '쿠웨이트(Kuwait)'에서 토양 세척 방식을 주공법으로 삼고 바이오 환경 복원을 부가 공법으로 병행한 토양 정화 작업을 진행하였다.

6-7. 신대양

국적: 한국

'신대양'은 토양 사업본부, 해양 사업본부, 환경 사업본부를 갖춘 외감 중소기업으로, 토양지하수 정화사업 및 토양 평가사업을 영위하고 있다. '신대양'은 원위치 정화가 불가능한 오염토양을 반출하여, 자체 시설에서 정화할 수 있는 반입정화시설을 보유하고 있다. '신대양'은 '토양경작', '토양 세척', '화학적 산화', '토양 증기추출', '오염 확산 방지', '열탁착 기술'을 보유하고 있으며, 오염 현장 상황에 적합한 기술을 적용하여 정화사업을 수행 중이다.

6-8. 벽산 엔지니어링

국적: 한국

'벽산 엔지니어링'은 1979년에 설립된 종합엔지니어링 기업으로, '플랜트(Plant)', '지반(Ground)', '인프라(Infrastructure)', '산업 설비(Industrial Equipment)', '건설(Building)', '환경(Environment)' 분야에서 계획·설계·시공·감리·운영까지 전 과정 운영 체계를 구축하고 있다. 토양 환경 분야에서 오염토양의 복원을 위한 '정밀조사', '복원 설계', '복원 시공'을 하고 있다.

6-9. 동명 엔터프라이즈

국적: 한국

'동명 엔터프라이즈'는 1986년에 설립된 기업으로, 토양 및 지하수 분야를 중심으로 '수질(Quality of Water)', '대기(Atmosphere)', '폐기물(Waste)'에 걸친 환경 분야 전 영역에 걸쳐 종합 환경사업을 영위하고 있다. 각 분야별 사전 오염예방 분야에 주력하여 사업을 진행하고 있다.

6-10. 아름다운 환경건설

국적: 한국

'아름다운 환경건설'은 1996년에 창업 이후 '부지 환경평가', '오염 정화 및 관련 장비 제조 판매' 등 토양·지하수 환경 분야 기업으로서 '토양 증기추출', '통풍법', '바이오슬러핑', '토양세정법', '화학적 산화', '투수성 반응벽체', '바이오파일법(Biopile Method)', '토양경작', '토양세척법', '열탈착법' 등 각종 모델링 기법을 활용한 다수의 정화 설계 노하우를 보유하고 있다.

6-11. 에코필(Ecophile)

국적: 한국

'에코필(Ecophile)'은 1990년에 설립된 기업으로, 2017년에는 '에코바이오'와 합병하였다. 끊임없는 연구개발을 통해 오염토양과 지하수 정화·복원 사업을 수행하고 있다. 대규모 토양 경작장을 보유하고 있으며, '토양경작', '토양 세척법', '동전기법' 등의 기술 기반 토양 정화·복원 분야의 선도 기업이다.

6-12. ERM

국적: 영국

'ERM(Environmental Resources Management)'은 1971년에 영국에 설립된 종합 환경컨설팅 기업으로, 엔지니어링 및 환경정화 복원업으로 출발하여 '환경', '지속가능성', '사회적 책임'을 아우르는 컨설팅 기업으로 변모한 기업이다. 50여 년간 환경, 건강, 안전, 위해도 등의 사회적 영향력을 분석하여 컨설팅서비스를 전 세계에 제공하고 있다. 특히 인도에서는 20년간 3000개 이상의 현장조사를 실시하였고, 35개의 정화사업을 성료, 15개의 진행 중인 복원 프로젝트를 포함하여 총 5000건의 프로젝트를 수행하였다. 인도에서 수행한 '오염 현장 부지 조사', '오염 데이터를 이용한 모델링', '위해도 평가', '정화 사업'을 절차에 따라 수행하였고, 적용된 각각의 정화기술은 오염 확산 예측을 위한 '모델링', '공기주입', '원위치 산화', '지하수 양수처리' 등 다양한 오염물질의 특성에 따라 다양하다.

현재글토양·지하수 정화