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문제 정의
- 즉 폐기물매립의 기본개념이 물리화학적, 생물학적 자정능력을 극대화하여 대체에너지 생산 및 조기안정화를 도모하는 적극적인 bioreactor 매립으로 변화하고 있다. 이는 장기간 여러 단계로 진행되는 기존 매립지와는 달리 안정화기간을 단축시켜 조기안정화 함으로써 매립지 주변 환경부하를 줄이고 매립 부지를 빠른 시일에 다른 용도로 활용이 가능하게 함을 목적으로 하고 있다.1)
제안 방법
- 6),7) 본 연구에서는 충전시료의 현장수분보유함량(field capacity)이 52%로 측정되었으며, 이를 기준으로 함수율을 20, 30, 40, 50% 분포로 조절하여 [Table 2]의 조건하에 총 4기의 모의매립조를 운영하였다. 그리고 모의매립조는 30±2℃로 유지되는 항온실에 설치하였다.
- 모의매립조의 상하는 PVC관용 cap으로 밀폐하였으며, PVC관과 cap의 접합부분은 실리콘을 발라 공기의 유입을 방지하였다. 그리고 수분의 균일한 분포를 위하여 모의매립 조를 가로로 설치한 후 2일에 1회씩 상하를 바꾸어 주었으며, 모의매립조의 가스발생량을 측정하기 위하여 모의매립조에 가스포집조를 설치하였다.
- 따라서 본 연구에서는 폐기물매립지의 안정화에 미치는 수분의 영향을 평가하기 위해 매립폐기물에 수분함량을 각각 20, 30, 40, 50%로 조절하여 시간경과에 따른 매립가스의 발생량과 성상을 조사하여 유기물의 생물학적 분해정도를 평가하였다.
- 4항목을 위의 [Table 3]과 같이 분석하였다. 또한 가스포집조를 이용하여 가스발생량을 측정하였고, 침출수 분석은 모의 매립조의 함수율 유지를 위해 반응조 내의 침출수를 채취하지 않은 관계로 분석하지 않았다.
- 모의매립조에 충전한 폐기물의 경우 삼성분 및 원소분석(Vario-EL)을 하였고, 모의 매립조 운영시 발생하는 가스조성은 GC(Younglin 6000M, Korea)로 CH4, CO2, O2, N2 4항목을 위의 [Table 3]과 같이 분석하였다. 또한 가스포집조를 이용하여 가스발생량을 측정하였고, 침출수 분석은 모의 매립조의 함수율 유지를 위해 반응조 내의 침출수를 채취하지 않은 관계로 분석하지 않았다.
- 본 연구는 폐기물매립지의 안정화에 미치는 수분의 영향을 평가하기 위해 고형폐기물을 충전한 모의매립조에 수분을 각각 20, 30, 40, 50%로 조절하여 장기간 운전한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 6]에 나타내었다. 1일후각 모의 매립조의 가스를 채취하여 분석하였으며, 이때 모두 CO2가 다량 검출되었다. AN-20의 CH4 발생은 88일경 0.
- 본 실험에서 사용한 시료는 [Table 1]과 같이 수도권 매립지에 반입되는 생활폐기물의 물리적 조성을 기준으로 안양시 적환장에서 시료를 채취하여 5cm 이하로 분쇄하였고, 이를 풍건한 후 총 4기의 모의매립조에 9.42kg 씩 충전하였으며, 함수율을 각각 20, 30, 40, 50%로 조절하였다. 이때 음식물은 풍건하지 아니하고, 자체 함수율을 구하여 충진 시 각각의 함수율에 따른 수분첨가량에서 그 수분양 만큼을 감하여 주었다.
- 혐기성 bioreactor 폐기물매립지에서 수분이 미치는 영향을 연구하기 위해 [Fig. 1]에 나타낸 바와 같이 PVC관으로 D200 × L700㎜인 모의매립조 총 4기를 제작하였다. 모의매립조의 상하는 PVC관용 cap으로 밀폐하였으며, PVC관과 cap의 접합부분은 실리콘을 발라 공기의 유입을 방지하였다.
성능/효과
- 1. 혐기성 Bioreactor 조건의 매립조에서 미생물의 고형폐기물 분해로 인한 매립가스 발생량은 수분함량이 높을수록 많이 발생되었다. 그리고 모든 매립조에서 초기에는 CO2 생성이 활발하였으며, CH4 발생은 AN-20과 AN-30, AN-40과 AN-50의 경향이 유사하게 나타났으나, 수분이 높을 수록 CH4의 발생시기가 빠르고 그 농도에 높았다.
- 2. 분해 가능한 유기탄소는 이론적 유기탄소의 25%를 차지하고 있으며, AN-20, AN-30, AN-40, AN-50의 180일까지 분해율은 각각 0.78%, 2.84%, 4.21%, 5.59%로 수분함량이 많을수록 분해정도는 높으나, 안정화까지는 오랜 기간이 소요될 것으로 사료된다.
- 초기 유기탄소의 경우 원소분석을 통한 전체 폐기물의 이론적 유기탄소 양과 매립폐기물의 물질별 생분해율8)을 적용하여 분해 가능한 유기탄소의 양으로 나타내었다. 그 결과 초기 폐기물 내 총유기탄소의 양은 각각 4,450g, 1,120g으로 생분해 가능한 유기탄소는 이론적 유기탄소의 25%를 차지하고 있었다. 시간경과별 유기탄소 발생량은 매립가스 중 CO2와 CH4의 총발생량으로 유추하였고, 아래에 주어진 바와 같이 AN-20, AN-30, AN-40, AN-50에서 180일까지 폐기물 내 유기탄소가 가스로 유출된 유기탄소는 각각 8.
- 혐기성 Bioreactor 조건의 매립조에서 미생물의 고형폐기물 분해로 인한 매립가스 발생량은 수분함량이 높을수록 많이 발생되었다. 그리고 모든 매립조에서 초기에는 CO2 생성이 활발하였으며, CH4 발생은 AN-20과 AN-30, AN-40과 AN-50의 경향이 유사하게 나타났으나, 수분이 높을 수록 CH4의 발생시기가 빠르고 그 농도에 높았다. 즉, 함수율이 20%, 30%, 40%, 50%로 증가할수록 메탄생성 박테리아균의 활성화가 빠르고 크게 증가하는 것으로 보아 매립지 내 미생물의 활성에 수분이 많은 영향을 미친다고 판단된다.
- 그리고 생분해 가능한 유기탄소를 기준으로 180일까지의 분해율을 계산해 본 결과 0.78%, 2.84%, 4.21%, 5.59%로 수분함량이 많을수록 생분해정도는 높으나, 4개의 모의매립조 모두 분해율이 저조한 것으로 나타났다. 이는 일반 매립지의 경우 안정화 기간을 30~100년으로 보고 있는 것을 감안할 때, 모의매립조의 폐기물이 안정화되기에는 장기간이 소요될 것으로 사료된다.
- 9%로 비교적 낮게 측정되었는데 이는 쓰레기 분리수거와 적환장으로 운반 시 외부에서의 수분유입이 이루어지지 않은 것으로 판단된다. 그리고 폐기물 원소분석 결과를 보면 C/N비가 59로 안정화되는데 소요기간이 상당히 걸릴 것으로 사료된다.
- 그리고 약 20일 전후로 모든 모의매립조에서 가스발생량이 점차 감소되고 있음을 볼 수 있다. 단, AN-20과 AN-30은 각각 20일, 30일경부터 가스가 발생하지 않았으나, 약 75일 경부터 가스발생이 시작되어 122일부터 AN-40과 AN-50보다 일평균 가스발생량이 높게 측정되었다. 하지만 전체 가스누적 발생량에는 AN-40과 AN-50에 크게 미치지 못하는 것으로 나타나며, 수분함량이 높을수록 그 누적량이 크게 증가함을 알 수 있다.
- 그 결과 초기 폐기물 내 총유기탄소의 양은 각각 4,450g, 1,120g으로 생분해 가능한 유기탄소는 이론적 유기탄소의 25%를 차지하고 있었다. 시간경과별 유기탄소 발생량은 매립가스 중 CO2와 CH4의 총발생량으로 유추하였고, 아래에 주어진 바와 같이 AN-20, AN-30, AN-40, AN-50에서 180일까지 폐기물 내 유기탄소가 가스로 유출된 유기탄소는 각각 8.73g, 31.84g, 47.12g, 62.59g으로 수분함량이 클수록 그 양이 많았다.
- 이것으로 보아 AN-20은 아직 메탄균의 활성이 이루어지지 않은 것으로 보이며, AN-30은 AN-20에 비하여 안정화가 이루지고 있으나 아직 메탄생성단계에 안정적으로 도달하지는 않고 있는 것으로 사료된다. 반면 AN-40과 AN-50은 메탄생성이 증가하는 경향을 뚜렷이 나타나며, AN-40에 비하여 AN-50이 메탄발생 시기 빠르고, 그 농도가 높은 것으로 보아 수분함유량이 높을수록 안정화가 빨리 진행된다고 판단되어 진다.
- 적환장에서 채취한 폐기물의 삼성분과 원소 분석 결과는 [Table 4]에 나타낸 바와 같이 함수율 20.9%, 가연분 61.0%, 회분 18.2%로 측정되었으며, 음식물 외에는 물성별 함수율이 4.0~8.9%로 비교적 낮게 측정되었는데 이는 쓰레기 분리수거와 적환장으로 운반 시 외부에서의 수분유입이 이루어지지 않은 것으로 판단된다. 그리고 폐기물 원소분석 결과를 보면 C/N비가 59로 안정화되는데 소요기간이 상당히 걸릴 것으로 사료된다.
- 그리고 모든 매립조에서 초기에는 CO2 생성이 활발하였으며, CH4 발생은 AN-20과 AN-30, AN-40과 AN-50의 경향이 유사하게 나타났으나, 수분이 높을 수록 CH4의 발생시기가 빠르고 그 농도에 높았다. 즉, 함수율이 20%, 30%, 40%, 50%로 증가할수록 메탄생성 박테리아균의 활성화가 빠르고 크게 증가하는 것으로 보아 매립지 내 미생물의 활성에 수분이 많은 영향을 미친다고 판단된다.
- 단, AN-20과 AN-30은 각각 20일, 30일경부터 가스가 발생하지 않았으나, 약 75일 경부터 가스발생이 시작되어 122일부터 AN-40과 AN-50보다 일평균 가스발생량이 높게 측정되었다. 하지만 전체 가스누적 발생량에는 AN-40과 AN-50에 크게 미치지 못하는 것으로 나타나며, 수분함량이 높을수록 그 누적량이 크게 증가함을 알 수 있다.
후속연구
- 이는 일반 매립지의 경우 안정화 기간을 30~100년으로 보고 있는 것을 감안할 때, 모의매립조의 폐기물이 안정화되기에는 장기간이 소요될 것으로 사료된다. 따라서 향후 모의매립조에 대한 지속적인 모니터링을 실시하여 폐기물의 매립과정에서 수분이 미치는 영향을 정량적으로 평가할 계획이다.
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