1. 서 론
2. 재료 및 방법
2.1 대상 시료
2.2 대상 시료의 배합비
2.3 투수 시험 방법
2.4 혼합차수물의 구조 특성
3. 결과 및 고찰
3.1 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 혼합차수물의 정수위 투수 특성
3.2 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 혼합차수물의 변수위 투수 특성
3.3 혼합차수물의 구조 특성
4. 결 론
1. 서 론
토양은 매질 특성상 오염 발생 시 주변 토양 및 지하수로 이동･확산되어 심각한 지중 환경오염을 발생시킨다(Kim et al., 2015). 일반적으로 토양오염 유발 물질은 유기오염물질과 무기오염물질로 분류된다. 이 중 유기오염물질은 지하수면 상부에 존재하는 저밀도비수상액체(Lighter-than-water Non-Aqueous Phase Liquids, LNAPL)과 지하수면 하부에 존재하는 고밀도비수상액체(Denser-than-water Non-Aqueous Phase Liquids, DNAPL)로 분류된다(Bang, 2017; Kim and Yi, 1998).
LNAPL은 물보다 비중이 작은 유기오염물질로서 환경에 유출 시 겔화제를 사용하여 물질을 흡수시킨 후 회수 및 소각하는 방법이 알려져 있다(Jeong, 2016). 그러나 DNAPL은 물보다 비중이 크기 때문에 환경에 유출 시 불투수 매질을 만나기까지 침투되며, 단열암반 내 미세 단열속으로 침투하면 정화가 매우 어려운 특징을 가진다(Kim et al., 2019). 따라서 DNAPL이 환경에 유출 시 효과적으로 처리할 수 있는 방안이 필요하다. 특히, DNAPL 물질 중 하나인 트리클로로에틸렌(TCE)은 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있기 때문에 TCE에 의한 지하수 오염은 전 세계적으로 보고된 바 있다(Kim et al., 2019).
오염물질의 확산을 방지하는 대표적인 방법은 차수재를 설치하는 것이다. 이에 따라 차수재에 대한 연구가 진행되어 점토차수재, 혼합차수재, 토목섬유 점토차수재, 지오멤브레인 차수재 등이 보고된 바 있으며, 이들 차수재는 대부분 수분과의 팽윤성이 높은 벤토나이트를 활용하고 있다(Yun et al., 2019; Lee and Kim, 2008).
벤토나이트는 규산염 점토광물 중 1종으로, 수분과의 팽윤성이 높은 스멕타이트군의 점토광물이다(Lee et al., 2014). 주 구성광물은 몬모릴로나이트이며, 교환성 층간 양이온이 칼슘으로 채워지는 경우 칼슘-벤토나이트, 나트륨으로 채워지는 경우 나트륨-벤토나이트로 분류된다(Sarvaiya et al., 2017). 이 중 나트륨-벤토나이트는 수분과의 팽윤성이 칼슘-벤토나이트 보다 우수하기 때문에 차수재로 활용되고 있으나(Ministry of Environment, 2004), 상대적으로 수분과의 팽윤성이 낮은 칼슘-벤토나이트는 대부분 중금속 흡착에 국한되어 연구되고 있다(Joziane et al., 2017).
국내에서는 칼슘-벤토나이트만 채굴되고 있으며, 차수재로써 나트륨-벤토나이트를 활용하기 위해서는 국외에서 수입하거나, 칼슘-벤토나이트 채굴 후 활성화 공정을 적용을 통해 얻어야 한다. 그러나 활성화 공정 적용 시 폐액 발생으로 환경적인 부담이 발생되고 있는 실정이다(Ministry of Environment, 2004; MIFAFF, 2012). 이러한 상황을 고려하였을 때 활성화 공정을 거치지 않고 칼슘-벤토나이트를 차수재로 활용하기 위한 방안 모색이 필요하다.
현재까지 개발된 대부분의 차수재는 수분과의 팽윤성이 높은 벤토나이트를 혼합하여 제조되고 있다. 이러한 이유로 현재까지 개발된 차수재 대부분은 유기오염물질이 유출되지 않더라도, 지하수 내 수분이 벤토나이트와 반응하여 차수능이 발휘되어 지하수 유동을 차단하게 된다(Lee et al., 2014; MIFAFF, 2012). 그러나 지하수 유동 차단 시 주변 환경에 영향을 미치기 때문에 이러한 특징을 개선한 차수재 개발이 필요하다.
차수재의 지하수 유동을 차단하는 특징을 개선하기 위해서는 지하수 유동 상태에서는 투수계수 α × 10-4 cm/sec로 지하수 유동을 방해하지 않으며(Ratrick, 1992), 유기오염물질 유출 시에는 투수계수가 1.0 × 10-6 cm/sec 이하로 차수능이 발휘되어 유기오염물질 유동을 차단해야 한다(Ministry of Environment, 2019). 이러한 조건을 충족하기 위해서는 차수재가 지하수 내 수분과는 거의 반응하지 않아야 하며, 유기오염물질에만 선택적으로 반응하여 차수층이 생성되어야 한다.
겔화제는 일반적으로 해양환경에서 유류 유출 시 적용하여 유류를 고형화함으로서 유류 확산을 방지하는 물질로 알려져 있다. 특히, 겔화제는 유류와의 반응속도가 빠르며, 유류와 반응으로 인해 생성된 물질은 회수가 용이하다는 장점을 가지고 있다(Merv Fingas, 2013). 국내에서 겔화제에 대한 연구는 1999년부터 해양환경에 유출된 유류를 처리하는 목적으로 연구된 바 있으나(Cheong, 2008; Lee, 2001), 지중환경에 차수재로서 적용된 사례는 거의 없다. 그러나 겔화제를 지중 환경에 차수재로서 적용 시 겔화제 특성상 지하수와 거의 반응하지 않으며, 유기오염물질 유출 시 고형화하여 차수가 가능할 것으로 기대된다.
본 연구는 차수재의 수분과의 팽윤성을 갖는 특징을 개선한 차수재를 개발하고자 한다. 이를 위해 칼슘-벤토나이트 10%와 15%, 겔화제 15-35%로 배합비를 변화시킨 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 혼합차수물을 차수재로 적용하여 TCE 반응에 따른 투수 특성을 평가하였다. 특히, 투수능 변환 특성을 보이는 혼합차수물에 대해 구조 분석을 진행하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 대상 시료
칼슘-벤토나이트는 포항시 소재 S 벤토나이트 광산에서 채취하였으며, S 벤토나이트 광산 전경은 Fig. 1, 칼슘-벤토나이트의 광물학적 특성은 Fig. 2와 같다.
X-ray Diffraction(XRD) 분석 결과 몬모릴로나이트(Montmorillonite)가 주 구성광물이며, 조장석(Albite)과 소량의 크리스토발라이트(Cristoballite)로 구성되어 있는 것으로 분석되었다. 이는 Lee et al.(2014)가 발표한 벤토나이트는 몬모릴로나이트 함량이 매우 높은 점토로 구성되어 있다는 것과 동일하다.
Table 1은 S 광산에서 채굴한 칼슘-벤토나이트의 물리적 특성, Table 2은 칼슘-벤토나이트의 화학적 특성을 나타내고 있다. Kiviranta and Kumpulainen(2011)는 칼슘-벤토나이트의 팽윤지수(Swelling index)를 10ml/2g 이상으로 제시하고 있으나, 채굴한 칼슘-벤토나이트의 팽윤지수는 2.7ml/2g으로 측정되어 제시한 기준을 만족하지 못하는 것으로 분석되었다.
Table 1. Physical properties of S mine calcium bentonite
| Properties | Specific gravity | Dry density | Swell index |
| Unit | Gs | kN/m3 | ml/2g |
| Value | 2.53 | 12.5 | 2.70 |
Table 2. Chemical properties of S mine calcium bentonite
| Properties | X-ray Fluorescence | Hazardous substance | ||||||||||
| Substance | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | Na2O | etc. | Cd | Cu | Pb | Ni | Zn | TCE |
| Unit | % | kN/m3 | ||||||||||
| Value | 52.50 | 18.40 | 18.30 | 2.44 | 2.35 | 6.01 | n.d* | 3.153 | 0.038 | 0.617 | 2.368 | n.d |
채굴한 칼슘-벤토나이트의 X-Ray Fluorscencen(XRF) 분석 결과 CaO 함량이 Na2O 함량 보다 0.09% 높게 분석되었다. 일반적으로 칼슘-벤토나이트는 XRF 분석 시 CaO 함량이 NaO 함량보다 높게 분석된다. 이러한 이유로 채취한 벤토나이트는 칼슘-벤토나이트로 판단하였다. 또한, 칼슘-벤토나이트는 지중에 적용되므로 토양환경보전법에 의거하여 유해물질 함량을 분석하였으며, 모든 항목들은 토양환경보전법 기준을 만족하는 것으로 분석되었다(Ministry of Environment, 2019).
본 연구에서는 선행연구와 동일한 칼슘-벤토나이트를 사용하였으며(Yun et al., 2019), 지중에 차수재로서 적용하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에 지중에서의 압력 감소 및 시료의 균질성을 위하여 0.15mm 이하의 칼슘-벤토나이트를 사용하였다.
겔화제는 오스트리아 D사의 N 제품을 사용한 것으로 겔화제의 주성분은 polynorbornene rubber이다(Ming et al., 2017). Fig. 3은 겔화제의 TCE와 반응 전후 구조 특성 결과를 나타내고 있다. 겔화제는 TCE와 반응 시 10분 내로 겔화층을 형성하였다. 이는 Merv Fingas(2013)에 발표한 Cross-linking agents 같은 경우 반응속도가 빠르다는 것과 동일하다.
연구에 사용된 겔화제는 분쇄 등의 추가적인 전처리 없이 적용하였다. Table 3는 겔화제의 물리적 특성을 나타내고 있다. 겔화제의 비중은 0.96g/cm3으로 수면 위에 존재하므로, 차수재로 적용하기 위해서는 바인더 물질이 필요하다고 판단하였다. Table 4은 겔화제의 유해물질 함량을 나타내고 있다. 겔화제는 지중에 적용되기 때문에 토양환경보전법에 의거하여 유해물질 함량을 분석하였으며, 모든 항목들은 토양환경보전법 기준을 만족하는 것으로 분석되었다(Ministry of Environment, 2019)
연구에 사용된 모래는 칼슘-벤토나이트와 마찬가지로 압력 감소 및 시료의 균질성을 위해 0.20mm 이하의 모래를 사용하였다. 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene, 순도 99.5% 이상)은 Sigma-Aldrich사의 시약을 사용하였다.
Table 3. Physical properties of solidifier in this study
| Component | Solidifier |
| Appearance | Dry white powder (non-abrasive) |
| Particle size (mm) | less than 0.8 |
| Bulk density (g/cm3) | 0.35~0.40 |
| Real density (g/cm3) | less than 0.96 |
Table 4. Concentration of hazardous substance in solidifier
| Component | Solidifier | |||||
| Hazardous substance | Cd | Cu | Pb | Ni | Zn | TCE |
| Unit | mg/kg | |||||
| Value | n.d* | n.d | n.d | n.d | 13.6 | n.d |
2.2 대상 시료의 배합비
Table 5는 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제의 배합비를 나타내고 있다. 선행연구로부터 칼슘-벤토나이트 20% 이상 배합 시 지하수 유동을 차단하는 것으로 분석되었으므로, 칼슘-벤토나이트 배합비는 10%와 15%로 선정하였다. 특히, 겔화제의 주성분은 polynorbornene rubber이므로, 지하수 유동상태에 크게 영향을 미치지 않을 것으로 판단되어 15-35%로 선정하고 연구를 진행하였다. 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 배합비에 대한 시편은 KS F 2314 (2018)에 준하여 시행하였으며, 시편의 모양은 5cm, 높이는 지름의 1.8∼2.5배로 제작하였다.
Table 5. Type of mixing ratio of sand, calcium bentonite and solidifier for this study
| Mixing ratio (w/w %) | ||
| Sand | Calcium bentonite | Solidifier |
| 75 | 10 | 15 |
| 73 | 17 | |
| 70 | 20 | |
| 67 | 23 | |
| 65 | 25 | |
| 63 | 27 | |
| 60 | 30 | |
| 70 | 15 | 15 |
| 68 | 17 | |
| 65 | 20 | |
| 62 | 23 | |
| 60 | 25 | |
| 58 | 27 | |
| 55 | 30 | |
| 52 | 33 | |
| 50 | 35 | |
2.3 투수 시험 방법
2.3.1 투수 특성
투수시험은 Fig. 4와 같이 U 사의 토양투수성 측정기 DIK-4012를 사용하여 진행하였다. KS F 2322(2015)에서는 사질토와 같이 투수계수가 비교적 큰 토양인 경우 정수위 투수시험, 점성토와 같이 투수계수가 비교적 작은 토양인 경우 변수위 투수시험을 실시하도록 규정하고 있다.
연구는 사질토와 같이 투수계수가 비교적 큰 토양에서 점성토와 같이 투수계수가 비교적 작은 토양으로 투수 특성이 변화하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 이유로 혼합차수물의 지하수 유동에서는 정수위 투수시험을 통해 투수 특성을 분석하였으며, TCE 반응 후 혼합차수물의 지하수 유동에서는 변수위 투수시험을 통해 투수 특성을 분석하였다.
2.3.2 정수위 투수 특성
통일분류법에 따르면 사질토와 같이 투수계수가 큰 토양은 입도가 양호한 모래 sand well-graded(SW)으로 분류되며, 투수계수는 1.0 × 10-5cm/sec 이상이다(Ratrick, 1992).
연구 특성상 TCE 접촉 전 혼합차수물은 투수계수가 비교적 큰 토양으로 투수 특성이 변화하지 않는 것이기 때문에 정수위 투수시험을 진행하였다. 제조한 시편은 지하수 유동 차단 여부 확인을 위해 정수위 투수 시험을 진행하였다. 정수위 투수계수 계산은 시편의 단면적 및 두께, 높이 차이로부터 식 (1)을 통해 계산하였으며, 식 (2)를 통해 투수계수의 온도 보정을 진행하였다.
| $$K=\frac Q{A\times t\times{\displaystyle\frac{\bigtriangleup H}L}}(cm/sec)$$ | (1) |
여기서, Q : t시간 동안의 유량(cm3), ΔH : 수위차(cm), t : 측정시간(sec), A : 시료의 단면적(cm2), L : 시료의 두께(cm)이다.
| $$K_{15}=K_T\times\frac{\eta_r}{\eta_5}(cm/sec)$$ | (2) |
여기서, K15 : 온도 15°C의 투수계수, KT : 온도 T°C의 투수계수, ηT : 온도 T°C의 물의 점성, η15 : 온도 15°C의 물의 점성이다.
2.3.3 변수위 투수 특성
통일분류법에 따르면 점성토와 같이 투수계수가 비교적 작은 토양은 입도가 양호한 모래 sand non-plastic(SC)으로 분류되며, 투수계수는 1.0 × 10-5cm/sec 이하이다(Ratrick, 1992).
연구 특성상 TCE 접촉 후 혼합차수물은 투수계수가 비교적 작은 토양으로 투수 특성이 변화하는 것이기 때문에 변수위 투수시험을 진행하였다. 정수위 투수 특성이 분석된 시편은 TCE를 접촉하였으며, TCE와 접촉한 시편은 지하수 유동 차단 여부 확인을 위해 변수위 투수 시험을 진행하였다. 변수위 투수계수 계산은 시편의 단면적 및 두께, 투수량과 단위용적질량 및 수압의 관계로부터 식 (3)을 통해 계산하였으며, 식 (4)를 통해 투수계수의 온도 보정을 진행하였다.
| $$K=\frac{2.3\times a\times L}{A\times t}\times\log_{10}\frac{H_1}{H_2}(cm/sec)$$ | (3) |
여기서, a : 변수위 눈금관 단면적(cm2), A : 시편 단면적 (cm2), L : 시편 두께(cm), t : 시간(sec), H1 : 변수위 눈금관의 상부회선(cm), H2 : 변수위 눈금관의 하부회선(cm)이다.
| $$K_{15}=K_T\times\frac{\eta_r}{\eta_{15}}(cm/sec)$$ | (4) |
여기서, K15 : 온도 15°C의 투수계수, KT : 온도 T°C의 투수계수, ηT : 온도 T°C의 물의 점성, η15 : 온도 15°C의 물의 점성이다.
2.3.4 혼합차수물-TCE 반응
Fig. 5는 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 혼합차수물의 투수 특성 시험 방법을 나타내고 있다. 본 연구에서 TCE 반응은 정수위 투수시험을 진행한 시편에 대하여 TCE 원액을 혼합차수물과 24시간 접촉 시킨 후 변수위 투수시험을 진행하였다.
2.4 혼합차수물의 구조 특성
본 연구에서 혼합차수물의 구조 특성은 투수능 변환 특성을 보이는 시편에 대하여 칼슘-벤토나이트 함량에 따른 혼합차수물의 구조 분석을 환경주사전자현미경(Environmental Scanning Electron Microscopy, ESEM) 분석을 통해 진행하였다. 연구 특성상 혼합차수물은 수분을 함유하고 있기 때문에 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 및 전계방사형 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM) 장비 사용 시 코팅 등 전처리 과정이 존재하여 전처리 과정 중 겔화층 내 수분 손실이 존재할 수 있다.
환경주사전자현미경(ESEM)은 다중 압력제한조리개(Pressure limited aperture, PLA)를 사용하여 저진공 상태에서도 sample image 관찰이 가능한 분석기기이다. 특히, ESEM은 분석 시 저진공 상태에서 sample 표면에 미세한 입자의 H2O를 분사해주기 때문에 코팅 등의 전처리 과정이 필요 없이 수분을 함유한 sample image 관찰이 가능하다. 이러한 이유로 본 연구에서 혼합차수물의 구조분석은 ESEM 분석을 통해 진행하였다. ESEM 분석 조건은 가속전압은 10.0kV으로 고정하였으며, 작동거리는 10-11mm로 조작하여 분석을 진행하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 혼합차수물의 정수위 투수 특성
Table 6은 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 배합비에 따른 지하수 유동에서의 정수위 투수 특성을 나타내고 있다.
Table 6을 보면, 칼슘-벤토나이트 배합비가 증가함에 따라 투수계수는 감소하는 경향을 나타내었다. 혼합차수물의 투수계수는 칼슘-벤토나이트 배합비가 10%에서 15%로 증가함에 따라 α × 10-3~-4cm/sec에서 α × 10-4~-5cm/sec으로 감소하였다. 이러한 경향은 벤토나이트 배합비가 증가함에 따라 혼합차수물 간극이 좁아지는 비율이 증가한다는 선행연구들과 동일하다(Yun et al., 2019; Lee and Kim, 2008; Ministry of Environment, 2004).
또한 제작된 모든 차수재의 투수계수는 α × 10-5cm/sec 이상으로 분석되어 차수재로서 활용 시 일반적인 토양에서의 지하수 유동은 차단하지 않는 것으로 판단된다(Ratrick, 1992).
칼슘-벤토나이트 15% 배합 시 투수계수는 겔화제 배합비가 15%에서 35%로 증가함에 따라 1.45 × 10-5cm/sec에서 7.49 × 10-4cm/sec으로 증가하였다. 이러한 결과는 본 연구에서 혼합차수물 제조 시 혼합차수물을 구성하는 평균입경에 의해 기인한 것으로 판단된다. 혼합차수물 제조 시 칼슘-벤토나이트와 모래는 입경 0.15mm 이하, 겔화제는 입경 0.8mm 이하를 적용하여 혼합차수물을 제조하였다. 따라서 겔화제의 투입량이 증가함에 따라 혼합차수물의 유효입경이 증가하게 된다. 혼합차수물 내 유효입경 증가 시 투수계수는 증가하므로(Song and Yun., 2010), 겔화제의 투입량이 증가함에 따라 혼합차수물의 투수계수는 증가하게 된다.
칼슘-벤토나이트 10% 배합 시 투수계수는 겔화제 배합비가 15%에서 35%로 증가함에 따라 투수성이 증가하는 것이 아니라 증가 또는 감소하는 경향을 나타냈다. 이러한 결과는 공시체 제작 시 충분한 혼합과정을 거쳐서 제작하였으나, 일부 불균질하게 혼합되어 공시체가 제작되어 이러한 결과가 나타난 것으로 판단된다. 추후, 차수능 변환 특성을 보이는 차수재 개발 시 충분한 실험이 필요할 것이다.
Table 6. Constant-head permeability characteristics of sand, calcium bentonite and solidifier mixtures
3.2 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 혼합차수물의 변수위 투수 특성
본 연구는 투수계수가 비교적 큰 토양에서 투수계수가 비교적 작은 토양으로 투수 특성이 변화하는 것을 목표로 하고 있다. 따라서 정수위 투수시험을 진행한 시편에 대하여 TCE와 24시간 반응 시킨 후 변수위 투수시험을 진행하였다. Table 7은 TCE 반응 후 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 혼합차수물의 변수위 투수 특성을 나타내고 있다.
Table 7을 보면, 칼슘-벤토나이트 10% 배합 시 투수계수는 겔화제 배합비가 15%에서 35%로 증가해도 α × 10-3 cm/sec ~ α × 10-4cm/sec 범위로 분석되어 국내 차단층 투수계수 조건(1.0 × 10-6cm/sec 미만)을 만족하지 못하는 것으로 분석되었다(Ministry of Environment, 2019). 이는 혼합차수물이 구조적 안정성을 확보하지 못하여, TCE와 반응을 통해 생성된 겔화물질이 혼합차수물 내 간극을 채우지 못하기 때문으로 사료된다.
칼슘-벤토나이트 15% 배합 시 투수계수는 α × 10-7cm/sec 범위로 분석되어 국내 차단층 투수계수 조건을 만족하는 것으로 분석되었다. 이는 혼합차수물의 구조학적 안정성을 확보하게 되어, TCE와 반응을 통해 생성된 겔화 물질이 혼합차수물 내 간극을 채우는데 있어서 용이한 것으로 판단된다.
Table 7. Falling-head permeability characteristics of sand, calcium bentonite and solidifier mixtures
3.3 혼합차수물의 구조 특성
Fig. 6은 투수능 변환 특성을 보이는 시편에 대해 칼슘-벤토나이트 함량에 따른 혼합차수물의 구조 특성을 나타내고 있다.
겔화제가 포함된 혼합차수물의 경우, 칼슘-벤토나이트 함량에 관계없이 겔화제는 TCE와 반응에 의해 gelation이 진행되는 것으로 관찰되었다. 특히, 칼슘-벤토나이트 15%가 배합된 혼합차수물 같은 경우 겔화 물질이 모든 간극을 채워 차단층을 형성한 것으로 관찰되었다(Fig. 6(b)). 그러나 칼슘-벤토나이트 10%가 배합된 혼합차수물 같은 경우 일부 간극이 채워지지 않은 것으로 관찰되었다.
이러한 결과로서 칼슘-벤토나이트 15% 배합 시 투수능 변환 특성이 발휘되나, 칼슘-벤토나이트 10% 배합 시 투수능 변환 특성이 발휘되지 않는 것으로 사료된다. 이는 혼합차수물을 구성하는 바인더 함량의 중요성을 보여준다. 추후, 차수능 변환 특성을 보이는 차수재 개발 시 바인더 배합비에 대한 충분한 실험이 필요할 것이다. 또한 이러한 구조학적 특성을 면밀하게 규명하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다.
4. 결 론
본 연구에서는 기존 차수재의 수분과의 팽윤성을 갖는 특징을 개선한 차수재를 개발하고자 칼슘-벤토나이트와 겔화제 및 모래를 적용하여 TCE 반응 전후 투수 특성 분석을 진행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
(1) 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 혼합차수물의 지하수 유동에서의 투수계수 결정은 칼슘-벤토나이트 함량이 겔화제와 모래 함량에 비해 지배적으로 작용한다. 칼슘-벤토나이트의 주 구성광물은 몬모릴로나이트로서 배합비가 증가함에 따라 팽윤도가 증가하여 지하수 유동에서의 투수계수를 감소시키지만, 겔화제의 배합비 증가 시 혼합차수물 내 유효입경이 증가하여 지하수 유동에서의 투수계수는 증가한다.
(2) 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 혼합차수물의 지하수 유동에서의 투수계수가 α × 10-4cm/sec에서 TCE 반응 후 차단층 투수계수 α × 10-7cm/sec로 투수 특성이 변환되기 위해서는 구조적 안정성 확보가 가능해야 한다. 칼슘-벤토나이트를 바인더로 활용 시 15% 이상 적용하면 혼합차수물의 구조적 안정성 확보가 가능하다. 그러나 칼슘-벤토나이트는 몬모릴로나이트 함량에 따라 배합비 증감이 가능하므로, 투수능 변환 특성을 보이는 차수재로서 활용하기 전 물성 분석 및 팽윤도 분석을 통해 배합비를 산정할 필요가 있다.
(3) 모래, 칼슘-벤토나이트 및 겔화제 혼합차수물의 지하수 유동에서의 투수계수가 α × 10-4cm/sec에서 TCE 반응 후 차단층 투수계수 α × 10-7cm/sec로 투수 특성이 변환되기 위해서는 겔화제 30% 이상 배합 시 가능하다. 이 때 혼합차수물 내 겔화제는 TCE와 반응을 통해 겔화되며, 차단층 형성이 가능하다.
(4) 칼슘-벤토나이트 15% 배합 시 구조적 안정성 확보가 가능하여 TCE와 반응을 통해 생성된 겔화 물질이 혼합차수물 내 모든 간극을 채워 차단층이 형성되나, 칼슘-벤토나이트 10% 배합 시 일부 간극이 존재하여 투수능 변환 특성이 발휘되지 않는다. 다만, 혼합차수재를 구성하는 바인더의 특성에 따라 배합비가 증감할 수 있으므로, 혼합차수재로 활용하기 전 추가적인 연구를 통해 배합비를 산정할 필요가 있다.
이상과 같은 결과로서 칼슘-벤토나이트는 활성화 공정을 거치지 않고 차수재로서 활용이 가능하며, 겔화제는 투수능 변환 특성을 보이는 차수재로서 기존 차수재의 유기 오염물질 유출 시에만 팽윤성을 보이는 차수재로서 활용이 가능하다고 판단된다.
