매립은 폐기물의 최종처분방법으로 광범위하게 이용되며, 매립된 폐기물은 미생물의 활동에 의해 분해된다. 미생물에 의한 생분해는 수분, 산소, pH, 알칼이도, 그리고 온도 등에 의해 영향을 받는다. 특히, 산소와 수분은 호기성매립지 내에서의 미생물의 활성에 주요한 인자이다. 본 연구에서는 산소의 유무가 매립폐기물의 분해속도에 미치는 영향에 대한 평가와 호기성 상태에서 수분이 고형폐기물(MSW)의 분해에 미치는 영향을 조사하여 분석하였다. 산소의 유무에 따른 매립폐기물의 분해특성을 연구하기위하여, 혐기성 및 호기성 모형매립조를 설치하여 실험한 결과, 호기성 모형매립조의 침출수는 80일 경까지 BOD, CODcr 농도가 빠르게 감소하였으나 혐기성 모형매립조는 유기물의 농도가 초기에 비하여 크게 감소하지 않았다. 그리고 호기성 폐기물매립지에서의 수분의 영향을 평가하기 위하여 4기의 모형매립조에 고형폐기물을 충전하여 수분함량을 20, 30, 40, 50%로 하여 운전하였다. 그 결과 수분함량이 높을수록 $CO_2$의 농도가 높게 측정되었는데, 이는 수분함량이 높을수록 미생물 분해가 효과적임을 의미한다. 따라서 호기성폐기물매립지에서 수분함량이 높을수록 고형폐기물의 조기안정화에 도움을 주는 것으로 사료된다.
매립은 폐기물의 최종처분방법으로 광범위하게 이용되며, 매립된 폐기물은 미생물의 활동에 의해 분해된다. 미생물에 의한 생분해는 수분, 산소, pH, 알칼이도, 그리고 온도 등에 의해 영향을 받는다. 특히, 산소와 수분은 호기성매립지 내에서의 미생물의 활성에 주요한 인자이다. 본 연구에서는 산소의 유무가 매립폐기물의 분해속도에 미치는 영향에 대한 평가와 호기성 상태에서 수분이 고형폐기물(MSW)의 분해에 미치는 영향을 조사하여 분석하였다. 산소의 유무에 따른 매립폐기물의 분해특성을 연구하기위하여, 혐기성 및 호기성 모형매립조를 설치하여 실험한 결과, 호기성 모형매립조의 침출수는 80일 경까지 BOD, CODcr 농도가 빠르게 감소하였으나 혐기성 모형매립조는 유기물의 농도가 초기에 비하여 크게 감소하지 않았다. 그리고 호기성 폐기물매립지에서의 수분의 영향을 평가하기 위하여 4기의 모형매립조에 고형폐기물을 충전하여 수분함량을 20, 30, 40, 50%로 하여 운전하였다. 그 결과 수분함량이 높을수록 $CO_2$의 농도가 높게 측정되었는데, 이는 수분함량이 높을수록 미생물 분해가 효과적임을 의미한다. 따라서 호기성폐기물매립지에서 수분함량이 높을수록 고형폐기물의 조기안정화에 도움을 주는 것으로 사료된다.
Landfilling is one of the most widely used methods for the final disposal of solid wastes. Landfilled wastes are degraded by residing microorganisms and the microbial degradation is affected by many factors such as moisture, oxygen, pH, alkalinity, sulphate, nutrient, temperature, and so on. Especia...
Landfilling is one of the most widely used methods for the final disposal of solid wastes. Landfilled wastes are degraded by residing microorganisms and the microbial degradation is affected by many factors such as moisture, oxygen, pH, alkalinity, sulphate, nutrient, temperature, and so on. Especially among these factor, oxygen and moisture within aerobic landfill play a major role in microbial degradation. In this study, 1) the effects of oxygen on the velocity of waste degradation and 2) the effect of moisture on the degradation of municipal solids waste (MSW) in aerobic condition were investigated. It was found that the BOD and CODcr concentration from the leachate of aerobic lysimeters dropped faster by 80 days after the start of the test compared to those from the anaerobic lysimeters. To see the effect of moisture, four aerobic lysimeters filled with MSW and four different levels of moisture (20, 30, 40, and 50%) were installed. From this test, higher moisture in MSW produced higher $CO_2$ concentration, meaning moisture was effective for the microbial degradation. thus, we concluded that higher moisture level in the aerobic landfill might help early-stabilization microbial degradation.
Landfilling is one of the most widely used methods for the final disposal of solid wastes. Landfilled wastes are degraded by residing microorganisms and the microbial degradation is affected by many factors such as moisture, oxygen, pH, alkalinity, sulphate, nutrient, temperature, and so on. Especially among these factor, oxygen and moisture within aerobic landfill play a major role in microbial degradation. In this study, 1) the effects of oxygen on the velocity of waste degradation and 2) the effect of moisture on the degradation of municipal solids waste (MSW) in aerobic condition were investigated. It was found that the BOD and CODcr concentration from the leachate of aerobic lysimeters dropped faster by 80 days after the start of the test compared to those from the anaerobic lysimeters. To see the effect of moisture, four aerobic lysimeters filled with MSW and four different levels of moisture (20, 30, 40, and 50%) were installed. From this test, higher moisture in MSW produced higher $CO_2$ concentration, meaning moisture was effective for the microbial degradation. thus, we concluded that higher moisture level in the aerobic landfill might help early-stabilization microbial degradation.
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문제 정의
본 연구는 폐기물매립지의 안정화에 미치는 산소와 수분의 영향을 평가하기 위해 고형폐기물을 충전한 모형매립조를 장기간 운전한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 혐기성 및 호기성 모형매립조를 각 1기씩 설치하여 산소의 유무가 매립폐기물의 분해 속도에 미치는 영향에 대한 평가를 하였다. 그리고 호기성 Bioreactor 폐기물매립지에서 수분이 미치는 영향을 평가하기 위하여 모형매립조의 도시고형 폐기물의 수분함량을 각각 20, 30, 40, 50%로 조절하여 충전한 후 호기성 상태로 운전하였고, 운전 기간 동안 매립가스분석을 통해 대상물질의 생물학적 분해 정도, 유기물의 특성변화를 평가하였다.
즉, 매립의 개념이 물리화학적, 생물학적 자정능력을 극대화하여 대체에너지 생산 및 조기안정화를 도모하는 적극적인 Bioreactor형 매립으로 변화하는 것이다. 이는 장기간 여러 단계로 진행되는 기존 매립지와는 달리 안정화기간을 단축시켜 조기안정화 함으로써 매립지의 주변 환경부하를 줄이고 매립지를 빠른 시일에 다른 용도로 활용이 가능하게 함을 목적으로 하고 있다1).
제안 방법
[Fig. 1]과 같이 PVC관으로 D200㎜×L1300㎜인 모형매립조 총 2기를 제작하였고, 균일하게 인공 강우를 주입하기 위해 우수주입 속도를 조절할 수 있는 장치를 만들었으며, 상부에 직경 4mm의 강우 주입구 5개를 설치해 각각 튜브로 우수주입장치와 연결하였다. 침출수 배출부는 모형매립조 하부에 설치하였고 공기의 유입을 방지하기 위해 U자관을 두었다.
에 준하여 실시하였다. 그리고 모형매립조 운영 시 발생하는 가스조성은 [Table 3]의 분석 조건으로 CO2, O2, N2 항목을 분석하였다. 그러나 호기성 상태에서의 수분이 미치는 영향을 평가하는 연구에서의 침출수 분석은 모형 매립조의 함수율 유지를 위해 반응조 내의 침출수를 채취하지 않은 관계로 분석하지 않았다.
모의매립조의 상ᆞ하는 PVC관용 cap로 밀폐하였으며, PVC관과 cap의 접합부분은 실리콘을 발라 공기의 유입을 방지하였다. 그리고 수분의 균일한 분포를 위하여 모형매립조를 가로로 설치한 후 2일에 1회씩 상ᆞ하를 바꾸어 주었으며, 모의매립조의 공기주입구에 수분 트랩을 설치하여 공기를 포화시킨 후 모형매립조에 공급함으로써 수분 손실을 방지하였다.
본 연구에서는 혐기성 및 호기성 모형매립조를 각 1기씩 설치하여 산소의 유무가 매립폐기물의 분해 속도에 미치는 영향에 대한 평가를 하였다. 그리고 호기성 Bioreactor 폐기물매립지에서 수분이 미치는 영향을 평가하기 위하여 모형매립조의 도시고형 폐기물의 수분함량을 각각 20, 30, 40, 50%로 조절하여 충전한 후 호기성 상태로 운전하였고, 운전 기간 동안 매립가스분석을 통해 대상물질의 생물학적 분해 정도, 유기물의 특성변화를 평가하였다.
본 연구에서는 [Table 2]의 조건하에 총 6기의 모형매립조를 운영하였고, 모형매립조는 30±2℃로 유지되는 항온실에 설치하였다. 수분의 함량에 따른 매립폐기물의 분해 속도에 관한 실험에 있어 모형매립조에 충전된 폐기물의 현장수분보유함량은 59%로 측정되었다.
침출수는 주 1회 분석을 행하였으며, 분석항목으로는 침출수 발생량, BOD, CODcr, NH+4-N, NO3--N, T-N이며, 모든 분석은 수질오염공정시험법7)에 준하여 실시하였다. 그리고 모형매립조 운영 시 발생하는 가스조성은 [Table 3]의 분석 조건으로 CO2, O2, N2 항목을 분석하였다.
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 충전하였다. 풍건한 시료는 모형매립조에 함수율을 조절하여 충전하였고, 이때 음식물은 풍건하지 아니하고, 자체 함수율을 구하여 충전 시 각각의 함수율에 따른 수분첨가량에서 그 수분의 양을 제하여 주었다.
대상 데이터
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 충전하였다. 풍건한 시료는 모형매립조에 함수율을 조절하여 충전하였고, 이때 음식물은 풍건하지 아니하고, 자체 함수율을 구하여 충전 시 각각의 함수율에 따른 수분첨가량에서 그 수분의 양을 제하여 주었다.
호기성 Bioreactor 폐기물매립지에서 수분이 미치는 영향을 연구하기 위해 [Fig. 2]에 나타낸 바와 같이 PVC관으로 D200×L700인 모의매립조 총 4기를 제작하였다. 모의매립조의 상ᆞ하는 PVC관용 cap로 밀폐하였으며, PVC관과 cap의 접합부분은 실리콘을 발라 공기의 유입을 방지하였다.
성능/효과
1) 함수율이 20%, 30%, 40%, 50%로 증가할수록 CO2의 총발생량이 각각 2.42㎥, 3.65㎥, 6.6㎥, 7.99㎥로 증가하는 것으로 보아 미생물의 활성에 수분함량이 많은 영향을 미친다고 판단된다.
1) 호기성 모형매립조의 경우 CO2 발생량이 80일경까지 지속적으로 발생되었다. 이는 폐기물 내 유기물이 미생물에 의해 활발히 분해되고 있음을 나타내는 것이며, 이때 침출수의 BOD, CODcr 농도도 빠르게 감소하였다.
2) 침출수로 유출된 총 질소의 Mass balance는 충전된 시료에 상관없이 호기성보다 혐기성에서 유출된 질소의 양이 많다는 것을 알 수 있는데, 이는 L1(aer-MSW)과 L2(aer- SS)에서 질산화된 NO2--N, NO3--N가 충전된 폐기물의 잔류유기물을 탄소원으로 탈질되었기 때문이라고 사료된다.
87%로 AE-50의 CO2 발생량이 많은 것으로 보아 함수율이 50%인 AE-50의 미생물활성이 높은 것으로 사료된다. 55일 이후 미생물의 활성을 명확히 보기 위하여 초기 조건의 1/10로 공기 주입량을 줄여주었고, 그 결과 AE-40과 AE-50에서 CO2의 농도가 40%이상 증가며 O2의 농도가 2%이하를 나타내었다. 이는 혐기성 단계로 전환되고 있다고 판단하여 공기의 주입량을 78일 이후 5PV로 전환하였다.
13]에 100일 동안 각 모형매립조에서 발생한 CO2가스의 양을 나타내었다. AE-20, AE-30이 각각 2.47㎥, 3.65㎥, AE-40, AE-50은 각각 6.6㎥, 7.99㎥으로 함수율이 높을 수 록 CO2가 많이 발생한 것으로 나타나, 호기성 조건하에서 함수율이 증가할수록 미생물분해가 활발히 이루어지고 있음을 알 수 있다.
5배 이상 소모되고 있다. 그리고 AE-40은 충전 후 10일까지 5.4~10.41%, AE-50은 19일까지 CO2조성이 5.21~10.87%로 AE-50의 CO2 발생량이 많은 것으로 보아 함수율이 50%인 AE-50의 미생물활성이 높은 것으로 사료된다. 55일 이후 미생물의 활성을 명확히 보기 위하여 초기 조건의 1/10로 공기 주입량을 줄여주었고, 그 결과 AE-40과 AE-50에서 CO2의 농도가 40%이상 증가며 O2의 농도가 2%이하를 나타내었다.
모형매립조를 운전한 후 55일 경까지 AE-20와 AE-30의 경우 CO2와 O2의 농도가 항온실 내의 공기 조성과 유사한 경향을 나타내고 있다. 다만 CO2의 농도가 1.4~4.25%로 항온실내의 대기중 CO2 농도인 약 0.03% 보다 높으며, O2 또한 16.9%인 것으로 보아 호기성 미생물에 의한 유기물 분해가 이루어지고 있음을 알 수 있다. AE-40과 AE-50의 경우 유기물 분해로 인한 CO2농도가 최고 10.
수분의 함량에 따른 매립폐기물의 분해 속도에 관한 실험에 있어 모형매립조에 충전된 폐기물의 현장수분보유함량은 59%로 측정되었다. 따라서 미생물의 활성이 최대 범위인 현장수분보유함량의 60~80%는 35.4~47.2%로 나타났다. 따라서 이 범위를 포함할 수 있도록 함수율을 20~50%로 하여 모형매립조에 폐기물을 충전하였다.
본 연구에서는 [Table 2]의 조건하에 총 6기의 모형매립조를 운영하였고, 모형매립조는 30±2℃로 유지되는 항온실에 설치하였다. 수분의 함량에 따른 매립폐기물의 분해 속도에 관한 실험에 있어 모형매립조에 충전된 폐기물의 현장수분보유함량은 59%로 측정되었다. 따라서 미생물의 활성이 최대 범위인 현장수분보유함량의 60~80%는 35.
반면, 혐기성 모형매립조의 경우 실험 종료 시점까지 침출수의 BOD, CODcr은 초기농도에 비하여 크게 저감되지 않았다. 이것으로 보아 호기성 Biorector 매립이 혐기성 Biorector 매립 일 때 보다 미생물의 유기물 분해가 현저히 빠르게 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Bioreactor형 매립의 목적은 무엇인가?
즉, 매립의 개념이 물리화학적, 생물학적 자정능력을 극대화하여 대체에너지 생산 및 조기안정화를 도모하는 적극적인 Bioreactor형 매립으로 변화하는 것이다. 이는 장기간 여러 단계로 진행되는 기존 매립지와는 달리 안정화기간을 단축시켜 조기안정화 함으로써 매립지의 주변 환경부하를 줄이고 매립지를 빠른 시일에 다른 용도로 활용이 가능하게 함을 목적으로 하고 있다1).
매립된 폐기물은 무엇에 의해 분해되는가?
매립은 폐기물의 최종처분방법으로 광범위하게 이용되며, 매립된 폐기물은 미생물의 활동에 의해 분해된다. 미생물에 의한 생분해는 수분, 산소, pH, 알칼이도, 그리고 온도 등에 의해 영향을 받는다.
미생물에 의한 생분해는 무엇에 영향을 받는가?
매립은 폐기물의 최종처분방법으로 광범위하게 이용되며, 매립된 폐기물은 미생물의 활동에 의해 분해된다. 미생물에 의한 생분해는 수분, 산소, pH, 알칼이도, 그리고 온도 등에 의해 영향을 받는다. 특히, 산소와 수분은 호기성매립지 내에서의 미생물의 활성에 주요한 인자이다.
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