IDENTIFICATION OF RESIDUAL DNAPL SOURCE DISTRIBUTION: EXPERIMENTS AND NUMERICAL SIMULATION

Abstract

불포화내에 잔류하는 오염물질이 지하수를 오염시키는 것은 주요한 문제로 다뤄져 왔다. 지중에 잔류하는 오염물질 중 대표적인 것은 Dense Non Aqueous Phase Liquid (DNAPLs : 물보다 무거운 비수용성액체)로서 그 중 하나인 트리클로로에틸렌 (TCE)나 테트라클로로에틸렌(PCE)는 산업용도로 다양하게 쓰이고 있다. 하지만 적절하지 못 한 폐기방법은 지하환경을 오염시키고 지하수를 통해 이동하거나 잔류하게 된다. 연구 배경이 된 우산공단(강원도 원주시)에서 잔류하는 TCE를 알아내기 위한 가스 모니터링 연구가 실시 되였다. 현장에서 얻은 가스 모니터링 농도는 잔류하는 오염물질을 알아내는데 적합하였다. 하지만 지하수 수위 자료와 비교한 결과 가스 모니터링시에 측정한 농도가 지하수 수위 변동에 따라 변하는 현상이 확인되었다. 본 연구에서는 불포화대 내 잔류하는 오염물질(TCE)을 규명하기 위해 지하수위 변동에 따른 가스농도의 변화현상을 실내실험을 통해 현장 구현하고자 하였다. 실험은 세가지 가정으로 되어있다. 첫째, 잔류하는 TCE 소스가 불포화대 내 존재하는 경우 둘째, 지하수가 TCE에 의해 오염된 경우 셋째, 잔류하는 TCE 소스가 불포화대 내 존재하며 지하수가 오염된 경우이다. 실내실험은 현장에서 실시한 방법과 동일하게 지속적으로 공기를 뽑았다. 또한 현장의 지하수 수위 변 동 조건과 비슷하게 실험에서도 수위 변화를 실시 조건에서 가스 샘플 및 분석을 실시간으로 수행하였다. 일차원 유리 컬럼을 이용한 실험은 실시간으로 샘플하기 위한 주사기 직접 주입 방법이 오염원의 위치를 파악하는데 적합한지 확인하기 위해 실시되었 다. 실험결과와 수치시뮬레이션 (STOMP) 결과와 비교함으로써 모델로 모의 가능한지 판단하였다. 현장의 수위 변동 조건을 실내 실험을 통해 시뮬레이션 하기위해 2차원 모델 수조 (70x50x4 cm)가 사용되었다. 2차원 또한 1차원에서 수행한 모델링 결과 자료를 토대로 수치적으로 계산되었다. 실시간으로 얻은 TCE 농도 변화는 수위 변화와 상반되는 경향성을 나타내었으며 STOMP를 이용한 수치적 시뮬레이션 또한 실내 실험 결과와 비슷한 경향성을 나타내었다.

Groundwater contamination by residual source in vadose zone is one of the major problems in the world. A common residual source is DNAPL such as TCE and PCE. DNAPLs have been widely used for cleaning materials or specific experiments. Some industrial companies had dumped the DNAPLs to ground accidently or illegally. The dumped waste, DNAPLs, not completely penetrate through subsurface media but these remain in pore of the media as trapped or residual sources, which can induce continuous deterioration of groundwater. The gas monitoring method was performed to identify the residual source in the vadose zone of the Woosan Industrial Complex (WIC) which is located in Wonju, Korea. The gas sampling field data represented that gas analysis method can help understanding the residual source existence. However, the sample concentration in the field is changeable depending on water table fluctuation. The main source could come from residual source or dissolved source in the groundwater. To identify the residual source in the unsaturated zone, continuous soil gas extraction and sampling method used to conduct laboratory experiment for several cases. Three cases assume the experimental condition, which were 1) only residual source of TCE exists in unsaturated zone

2) only dissolved source of TCE in water exists

3) mixed condition of 1) and 2). The laboratory experiments were performed under the condition of water table fluctuation. One-dimensional column experiment was performed to verify the usefulness of gas analysis method for the source location identification and the numerical simulator (STOMP) suitability. To simulate the situation that the groundwater level is up and down like field data, a two-dimensional model tank (70504 cm) was used for the laboratory scale test. Concentration changes of contaminant (TCE) were calculated using the STOMP Water-Oil-Air (STOMP-WOA) operational mode in a two-dimensional axisymmetric domain. TCE concentration in extracted soil gas (or unsaturated zone gas) showed changes opposite to the water table change as the concentration increased when water table decreased. Numerical simulation with the STOMP simulator also showed the trend similar to the experimental data.