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2023 Vol.33, Issue 3

Research Article

A Study on the Effect of Improving Permeability by Injecting a Soil Remediation Agent in the In-situ Remediation Method Using Plasma Blasting, Pneumatic Fracturing, and Vacuum Suction Method

플라즈마 블라스팅, 공압파쇄, 진공추출이 활용된 지중 토양정화공법의 정화제 주입에 따른 투수성 개선 연구

Geun-Chun Lee1
,
Jae-Yong Song2
,
Cha-Won Kang3
,
Hyun-Shic Jang4
,
Bo-An Jang5
,
Yu-Chul Park6*
이 근춘1
,
송 재용2
,
강 차원3
,
장 현식4
,
장 보안5
,
박 유철6*
1Director, SanHa Engineering & Construction Co., Ltd.
2Executive Director, SanHa Engineering & Construction Co., Ltd.
3General Manager, SanHa Engineering & Construction Co., Ltd.
4Research Professor, Department of Geophysics, Kangwon National University
5Honorary Professor, Department of Geophysics, Kangwon National University
6Professor, Department of Geophysics, Kangwon National University
1주식회사 산하이앤씨 이사
2주식회사 산하이앤씨 상무
3주식회사 산하이앤씨 부장
4강원대학교 지구물리학과 연구교수
5강원대학교 지구물리학과 명예교수
6강원대학교 지구물리학과 교수
*Corresponding Author
30 September 2023. pp. 371-388
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Abstract

A stratum with a complex composition and a distributed low-permeability soil layer is difficult to remediate quickly because the soil remediation does not proceed easily. For efficient purification, the permeability should be improved and the soil remediation agent (H2O2) should be injected into the contaminated section to make sufficient contact with the TPH (Total petroleum hydrocarbons). This study analyzed a method for crack formation and effective delivery of the soil remediation agent based on pneumatic fracturing, plasma blasting, and vacuum suction (the PPV method) and compared its improvement effect relative to chemical oxidation. A demonstration test confirmed the effective delivery of the soil remediation agent to a site contaminated with TPH. The injection amount and injection time were monitored to calculate the delivery characteristics and the range of influence, and electrical resistivity surveying qualitatively confirmed changes in the underground environment. Permeability tests also evaluated and compared the permeability changes for each method. The amount of soil remediation agent injected was increased by about 4.74 to 7.48 times in the experimental group (PPV method) compared with the control group (chemical oxidation); the PPV method allowed injection rates per unit time (L/min) about 5.00 to 7.54 times quicker than the control method. Electrical resistivity measurements assessed that in the PPV method, the diffusion of H2O2 and other fluids to the surface soil layer reduced the low resistivity change ratio: the horizontal change ratio between the injection well and the extraction well decreased the resistivity by about 1.12 to 2.38 times. Quantitative evaluation of hydraulic conductivity at the end of the test found that the control group had 21.1% of the original hydraulic conductivity and the experimental group retained 81.3% of the initial value, close to the initial permeability coefficient. Calculated radii of influence based on the survey results showed that the results of the PPV method were improved by 220% on average compared with those of the control group.

Keywords
plasma blasting
pneumatic frarcturing
vacuum suction
PPV method
in situ

지층구성이 복잡하고 저투수성의 토양이 분포하는 경우 정화효율은 급격히 저하되고 실질적인 정화가 이루어지지 않거나 정화기간이 증가하는 등의 문제가 발생한다. 효율적인 정화를 위해서는 투수성이 개선되어 오염된 구간으로 정화제 주입하여 오염물질과 충분한 접촉이 이루어져야 한다. 본 연구는 균열형성과 효과적인 정화제 유도를 위해 플라즈마 블라스팅, 공압파쇄, 진공추출을 복합적으로 활용하는 PPV 공법의 유체 전달특성을 분석하고 기존공법과의 비교를 통해 개선효과를 평가하였다. 연구는 TPH(Total petroleum hydrocarbons)로 오염된 실제 오염부지에 대한 정화제 전달효과를 확인하기 위한 실증시험을 수행하였으며 정화제의 전달특성과 영향범위 등을 산정하기 위해 주입량과 주입시간을 모니터링하고, 정성적인 지중환경 변화요인을 확인하고자 전기비저항탐사를 수행하였다. 또한, 투수시험을 수행하여 각 공법에 대한 투수성 변화를 평가하였다. 정화제의 주입량 모니터링 결과, 주입량은 대조군 대비 실험군의 주입량이 약 4.74~7.48배 증가하였고, 단위시간 당 주입 유량(L/min)은 약 5.00~7.54배 실험군의 전달률이 빠른 것으로 분석되었다. 전기비저항탐사 결과, 실험군의 비저항변화비는 대조군과는 달리 지표까지 영향을 주어 비저항값이 전체적으로 감소하는 경향을 보인다. 따라서 실험군은 지표 상부에 분포하는 토사층까지 과산화수소 등의 유체 확산이 이루어져 저비저항 변화비가 감소하는 것을 볼 수 있으며 주입정과 추출정 사이의 수평적 변화비는 약 1.12~2.38배 비저항값이 감소되었다. 투수성의 경우, 대조군과 실험군 모두 유사한 초기 투수성을 보였으나 과산화수소의 정화기작 영향으로 투수성이 감소하는 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 수리전도도의 변화를 정량적으로 평가하면, 대조군은 시험 종료 후 초기 수리전도도 대비 21.1%의 수리전도도를 나타내어 투수성이 급격히 저하되는 양상을 보였으나 실험군은 실험종료 후 초기치 대비 81.3%로 초기 수리전도도와 근접한 값을 나타내는 것으로 파악되었다. 현장조사로 확인된 수리전도도와 정화재 주입실험을 통한 정화제 주입용량(m3/hr), 토양특성분석(함수비, 밀도)을 통한 공극률(%)의 분석을 통해 영향반경(ROI)을 산정산 결과, PPV 공법의 영향반경(ROI)은 대조군에 비해 평균 220% 개선되는 것으로 확인되었다. 이와 같은 성과는 PPV 공법 적용으로 인하여 기존공법 대비 보다 넓은 범위에 걸쳐 효율적인 정화제 전달이 가능하고 정화기작에서 나타나는 투수성 저해요인을 상당부분 극복할 수 있으며, 약 2배 이상의 영향반경 증대를 통해 정화효율을 높일 수 있음을 지시하는 중요한 지표로 볼 수 있다.

키워드
플라즈마 블라스팅
공압파쇄
진공추출
PPV 공법
지중정화
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Information
  • Publisher :Korean Society of Engineering Geology
  • Publisher(Ko) :대한지질공학회
  • Journal Title :The Journal of Engineering Geology
  • Journal Title(Ko) :지질공학
  • Volume : 33
  • No :3
  • Pages :371-388
  • Received Date : 2023-03-03
  • Revised Date : 2023-06-26
  • Accepted Date : 2023-08-03
  • DOI :https://doi.org/10.9720/kseg.2023.3.371
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