[국내논문]폐기물매립지의 사후관리종료 평가를 위한 안정화 지수 산정에 관한 연구 Development of Stability Index for Defining the End of the Post-closure Monitoring Period for MSW Landfill원문보기
본 연구에서는 폐기물매립지의 안정화 정도를 용이하게 평가하기 위하여 매립폐기물의 분해정도를 수치화 할 수 있는 매립지의 안정화 지수 개발을 목적으로 하였다. 안정화 지수를 개발하기 위하여 50개소의 사용종료 매립지를 대상으로 침출수 수질, 매립가스 조성, 매립폐기물의 물리화학적 특성 자료를 수집하여 이들의 매립연령별 환경특성을 고찰하였다. 그리고 이들 환경지표중 폐기물매립지의 안정화와 상관도가 높은세부 환경지표로서 침출수의 BOD/CODcr, 발생가스중의 $CH_4$농도, 매립폐기물의 C/N가 안정화 지표로 선정하였다. 각 지표에 대한 매립연령별 추세선을 이용하여 지수화한 결과 매립지 안정화 지수로 다음과 같은 식을 얻을 수 있었다. $$I_{LS}=S_L+S_G+S_W$$$$S_L=-\{4.892+16.587{\cdot}ln[BOD/COD_{Cr]\}$$$$S_G=53.872-12.782{\cdot}ln[CH_4]$$$$S_W=79.382-20.013{\cdot}ln[C/N]$$ (단, $S_L$, $S_G$, and $S_W$는 각각 33.3점이 최대값이다.) 여기서, $I_{LS}$ : 매립지 안정화 지수 $S_L$ : 침출수의 안정화 점수 $S_G$ : 매립가스의 안정화 점수 $S_W$ : 폐기물의 안정화 점수.
본 연구에서는 폐기물매립지의 안정화 정도를 용이하게 평가하기 위하여 매립폐기물의 분해정도를 수치화 할 수 있는 매립지의 안정화 지수 개발을 목적으로 하였다. 안정화 지수를 개발하기 위하여 50개소의 사용종료 매립지를 대상으로 침출수 수질, 매립가스 조성, 매립폐기물의 물리화학적 특성 자료를 수집하여 이들의 매립연령별 환경특성을 고찰하였다. 그리고 이들 환경지표중 폐기물매립지의 안정화와 상관도가 높은세부 환경지표로서 침출수의 BOD/CODcr, 발생가스중의 $CH_4$농도, 매립폐기물의 C/N가 안정화 지표로 선정하였다. 각 지표에 대한 매립연령별 추세선을 이용하여 지수화한 결과 매립지 안정화 지수로 다음과 같은 식을 얻을 수 있었다. $$I_{LS}=S_L+S_G+S_W$$$$S_L=-\{4.892+16.587{\cdot}ln[BOD/COD_{Cr]\}$$$$S_G=53.872-12.782{\cdot}ln[CH_4]$$$$S_W=79.382-20.013{\cdot}ln[C/N]$$ (단, $S_L$, $S_G$, and $S_W$는 각각 33.3점이 최대값이다.) 여기서, $I_{LS}$ : 매립지 안정화 지수 $S_L$ : 침출수의 안정화 점수 $S_G$ : 매립가스의 안정화 점수 $S_W$ : 폐기물의 안정화 점수.
The purpose of this study was to develop the stability index of landfill sites to assess it's degree of stability. In order to develop the stability index, field data including leachate qualities, Landfill gas (LFG) composition and element composition of wastes from 50 closed landfills were collecte...
The purpose of this study was to develop the stability index of landfill sites to assess it's degree of stability. In order to develop the stability index, field data including leachate qualities, Landfill gas (LFG) composition and element composition of wastes from 50 closed landfills were collected. Three parameters-BOD/CODcr among leachate quality parameters, $CH_4$ among landfill gases, and C/N ratio from wastes-were found to be the best parameters for measuring the stability of landfill sites. The trend line of these parameters were used to Also, $CH_4$ from landfill gases and C/N ratio from wastes were found to be the best parameters. The trend lines of these parameters were used to develop the stability index of landfill sites. The equation for the index was as following; $I_{LS}=S_L+S_G+S_W$$S_L=-\{4.892+16.587{\cdot}ln[BOD/COD_{Cr]\}$$S_G=53.872-12.782{\cdot}ln[CH_4]$$S_W=79.382-20.013{\cdot}ln[C/N]$ (The maximum score for $S_L$, $S_G$, and $S_W$ was 33.3.) where, $I_{LS}$ : The stability index of the landfill $S_L$ : The stability score of the leachate $S_G$ : The stability score of the landfill gas $S_W$ : The stability score of the waste.
The purpose of this study was to develop the stability index of landfill sites to assess it's degree of stability. In order to develop the stability index, field data including leachate qualities, Landfill gas (LFG) composition and element composition of wastes from 50 closed landfills were collected. Three parameters-BOD/CODcr among leachate quality parameters, $CH_4$ among landfill gases, and C/N ratio from wastes-were found to be the best parameters for measuring the stability of landfill sites. The trend line of these parameters were used to Also, $CH_4$ from landfill gases and C/N ratio from wastes were found to be the best parameters. The trend lines of these parameters were used to develop the stability index of landfill sites. The equation for the index was as following; $I_{LS}=S_L+S_G+S_W$$S_L=-\{4.892+16.587{\cdot}ln[BOD/COD_{Cr]\}$$S_G=53.872-12.782{\cdot}ln[CH_4]$$S_W=79.382-20.013{\cdot}ln[C/N]$ (The maximum score for $S_L$, $S_G$, and $S_W$ was 33.3.) where, $I_{LS}$ : The stability index of the landfill $S_L$ : The stability score of the leachate $S_G$ : The stability score of the landfill gas $S_W$ : The stability score of the waste.
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문제 정의
따라서 본 연구는 현재 운영중인 매립지와 사용 종료된 매립지의 안정화 진행과정에서 일어나는 매립폐기물의 물리화학적 성질, 침출수 수질, 가스성상 등의 경년변화 자료를 수집하여 이들 지표들과 매립지의 안정화와의 상관관계를 고찰하고, 아울러 매립지 안정화와 상관성이 높은 지표들을 이용하여 폐기물매립지의 안정화 정도를 정량적으로 평가할 수 있는 평가기법을 개발하는 것을 궁극적인 목적으로 한다.
본 연구에서는 다수의 매립지를 하나의 매립지로 생각하고 그 변화특성을 파악하여 안정화지수를 개발하였다. 그러나 폐기물매립지는 매립현황과 지역특성 등에 따라 환경지표의 변화특성이 많은 차이를 나타낼 수 있으므로 안정화 지수를 개발하기 위해서는 다수의 매립지가 아닌 단일 매립지에서의 환경지표의 변화특성을 사용하여야만 그 결과가 보다 신빙성이 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 폐기물 매립지에서 변화하는 다양한 환경지표들의 실제 매립지에서의 변화특성을 파악하고, 그 중 매립지 안정화와 가장 관련이 깊은 환경지표를 각 항목별로 선정하여 이를 지수화 함으로써 매립지 안정화를 평가하는데 있어서 기초자료로 사용하기 위한 안정화 지수를 제시하였다.
제안 방법
그러나 우리나라의 폐기물매립지 관리 역사는 외국에 비해 매우 짧을 뿐만 아니라 현행 폐기물관리법에서 규정하고 있는 환경지표들에 대한 모니터링 규정이 매우 미약하여 단일 매립지에 대한 장기간 연속 모니터링 자료 확보는 현실적으로 불가능하였다. 따라서 이를 보완하는 방법으로 매립경과 시간이 서로 다른 50개의 매립지를 대상으로 1회성으로 측정한 환경모니터링 지표자료를 경년별로 조합하여 이를 단일 매립지의 경년별 변화자료로 가정하여 평가하는 방법을 취하였다. 본 연구에서 조사대상 매립지로 선정된 50개소의 사용 종료된 매립지에 대한 매립연령과 매립용량에 대한 분포를 [Table 1]에 나타내었다4).
본 연구에서 개발한 안정화 지수의 적용성을 검토해보기 위하여 매립경년이 서로 다른 여러개의 매립지에 안정화 지수를 적용하여 안정화 점수를[Table 2]에 나타내었다. 그 결과 매립경년이 12.
일반적으로 지수화 과정에서는 지수화관련 인자별로 그 중요정도에 따라 가중치를 부여하여야 하나, 본 연구에서는 침출수 수질, 매립가스 농도, 매립폐기물 특성의 세 가지 영역별로 가장 연관성이 높은 한가지씩의 지표를 선정하여, 선정된 지표가 각각의 영역별로 가장 중요한 지표이므로 동등한 가중치를 부여하였다. 선정된 세 가지 지표를 지수화함에 있어서 총합을 100점으로 하는 100점화 방법을 이용하기 위하여 각각의 지표에 33.3점씩을 부여하여 부지수함수를 작성하였다13).
일반적으로 지수화 과정에서는 지수화관련 인자별로 그 중요정도에 따라 가중치를 부여하여야 하나, 본 연구에서는 침출수 수질, 매립가스 농도, 매립폐기물 특성의 세 가지 영역별로 가장 연관성이 높은 한가지씩의 지표를 선정하여, 선정된 지표가 각각의 영역별로 가장 중요한 지표이므로 동등한 가중치를 부여하였다. 선정된 세 가지 지표를 지수화함에 있어서 총합을 100점으로 하는 100점화 방법을 이용하기 위하여 각각의 지표에 33.
성능/효과
1. 환경지표의 변화특성을 살펴본 결과 침출수 항목에서는 BOD/CODCr이 매립가스 항목에서는 CH4가, 매립폐기물 항목에서는 C/N가 매립지의 안정화를 가장 잘 나타낼 수 있는 각 항목별 환경지표라고 판단되었다.
3. 각 항목별 추세선의 최고값을 0점으로, 안정화 평가기준 값을 항목별 안정화 도달점수인 33.3점으로 놓고, 다음과 같은 안정화 지수식을 얻을 수 있었다.
4. 안정화지수를 여러 매립지에 적용해 본 결과 매립경년이 12.58년 경과한 산정동매립지의 경우 99.9점으로 이미 안정화에 도달한 것으로 평가된다. 따라서 이러한 안정화 지수는 매립지의 안정화정도를 나타내기에 그 적용성이 뛰어난 것으로 판단되며, 여러 매립지의 안정화정도를 수치적으로 비교하는데 있어 유용하게 사용될 것으로 사료된다.
1]에 나타내었다. BOD는 매립종료 시점에 7,000mg/L의 고농도를 보였으나 시간이 경과함에 따라 지수함수적으로 감소해 5년이 경과한 후에는 1,000mg/L이하, 10년이 지난 후에는 대부분이 20mg/L이하로 침출수 배출허용기준을 만족하고 있는 것으로 나타났다. CODMn과 CODcr경우에도 초기에 BOD와 유사한 6,500mg/L과 8,000mg/L의 고농도를 보였으나 시간이 경과함에 따라 급속히 저하되는 것으로 조사되었다.
BOD는 매립종료 시점에 7,000mg/L의 고농도를 보였으나 시간이 경과함에 따라 지수함수적으로 감소해 5년이 경과한 후에는 1,000mg/L이하, 10년이 지난 후에는 대부분이 20mg/L이하로 침출수 배출허용기준을 만족하고 있는 것으로 나타났다. CODMn과 CODcr경우에도 초기에 BOD와 유사한 6,500mg/L과 8,000mg/L의 고농도를 보였으나 시간이 경과함에 따라 급속히 저하되는 것으로 조사되었다.
그리고 LFG중 CO2의 발생특성을 살펴보면 매립종료시점에서는 CH4농도보다 약간 낮은 40%의 농도를 보이다가 5년이 경과하면 60%로 최대농도를 보이며, 그 후 서서히 감소하는 경향을 나타내었다. LFG중 O2의 발생특성은 매립종료시에서 약 7년 경과시점까지 거의 0에 가까운 농도를 보이며, 그 후 서서히 증가하여 15년 경과시점에는 대기중의 산소농도인 21%에 가까운 농도를 나타냄을 알 수 있다.
[Fig. 5]에서 보는 바와 같이 매립경과시간에 따른 매립폐기물중 C의 함량을 살펴보면 매립경과시간이 증가함에 따라 폐기물중의 유기탄소가 혐기성분해에 의하여 CH4와 CO2로 전환되면서 급속히 감소하는 것으로 나타났으며, 그 결과 15년 경과 후에는 유기탄소 함량이 5%미만으로 안정화되는 것으로 나타났다. 매립폐기물의 N함량을 살펴보면 전체적으로 2.
각 항목별로 매립지 안정화와 가장 관련성이 높은 안정화 지표는 수질 항목에서는 BOD/CODCr, 매립가스 항목에서는 CH4, 매립폐기물 항목에서는 C/N으로 조사되었다. 한편 이들 안정화 지표들의 경년별 변화 추세선을 [Fig.
본 연구에서 개발한 안정화 지수의 적용성을 검토해보기 위하여 매립경년이 서로 다른 여러개의 매립지에 안정화 지수를 적용하여 안정화 점수를[Table 2]에 나타내었다. 그 결과 매립경년이 12.58년인 산정동매립지가 99.9점으로 안정화에 도달한 것으로 나타났으며, 그 이외의 매립지는99.9점 이하로 안정화되기까지 아직 더 많은 시간이 필요하다는 사실을 알 수 있었다. 결과적으로 볼 때 본 연구에서 개발된 안정화지수는 매립지의 안정화정도를 나타내는데 적용성이 매우 높은 것으로 사료되며, 매립지별 안정화정도를 수치적으로 비교하는데 있어서 유용하게 사용될 것으로 판단된다.
CH4는 혐기성분해의 산물로서, 폐기물매립지의 안정화과정을 전체적으로 가장 잘 나타낼 수 있는 안정화지표로 판단된다. 그리고 LFG중 CO2의 발생특성을 살펴보면 매립종료시점에서는 CH4농도보다 약간 낮은 40%의 농도를 보이다가 5년이 경과하면 60%로 최대농도를 보이며, 그 후 서서히 감소하는 경향을 나타내었다. LFG중 O2의 발생특성은 매립종료시에서 약 7년 경과시점까지 거의 0에 가까운 농도를 보이며, 그 후 서서히 증가하여 15년 경과시점에는 대기중의 산소농도인 21%에 가까운 농도를 나타냄을 알 수 있다.
이는 미생물에 의해 분해 가능한 유기물이 시간이 갈수록 감소되고 난분해성 유기물만 남기 때문인 것으로 보고되고 있으며5,6), 본 연구에서도 그와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 BOD/CODCr은 침출수의 매립경년별 수질을 잘 나타낼 수 있는 BOD와 CODcr의 자료를 사용한 결과치로서 매립지 안정화지수 산정을 위한 지표로 적합한 것으로 사료된다.
5]에서 보는 바와 같이 매립경과시간에 따른 매립폐기물중 C의 함량을 살펴보면 매립경과시간이 증가함에 따라 폐기물중의 유기탄소가 혐기성분해에 의하여 CH4와 CO2로 전환되면서 급속히 감소하는 것으로 나타났으며, 그 결과 15년 경과 후에는 유기탄소 함량이 5%미만으로 안정화되는 것으로 나타났다. 매립폐기물의 N함량을 살펴보면 전체적으로 2.5%미만으로 나타났고, 시간이 경과함에 따라 서서히 감소하는 경향을 보이면서 15년 이상 경과하면 0.5%미만을 차지하는 것을 알 수 있다.
3]에서는 침출수중의 NH3-N, NO3-N, T-N의 농도변화를 나타내고 있다. 먼저 NH3-N의 농도는 매립종료시에는 2,000mg/L 이상의 고농도를 보이나 시간이 경과함에 따라 급속히 감소하는 경향을 나타내어, 매립지 안정화 지표로서 적합하다고 판단된다. 그러나, 과거 많은 연구 결과에 의하면 매립지 침출수의 NH3-N은 장기간 주변의 오염을 유발시키는 독성물질로 분류되며7), 혐기성조건에서는 특별히 안정화되지 않기 때문에 매립종료후 30년이 경과하여도 고농도를 유지하는 것으로 보고된 바 있다8).
한편 침출수의 NO3-N농도는 전체적으로 0~70mg/L의 농도를 나타내었으며, 매립경년에 따른 특별한 변화특성을 찾아볼 수 없었다. 반면, 침출수의 T-N은 매립종료시점에 3,000mg/L이상의 고농도에서 급속히 감소하며 10년 이상 경과 시에도 그 농도가 지속적으로 감소하고 있는 것으로 나타나 매립경과년 수와의 상관도가 매우 높은 것으로 나타났다.
0이하로 감소하며, 지속적으로 감소하는 경향을 나타내었다. 특히, 매립경년에 따른 CODMn농도와 BOD/CODMn는 일정한 경향을 나타내어 매립지 안정화지수의 인자로서 활용 가능성이 높았다. 그러나 현행 「폐기물관리법시행규칙」에서는 2001년 7월 1일부터는 과망간산칼륨법은 더 이상 적용이 되지 않으며, 중크롬산칼륨법에 의한 배출허용기준이 적용되고 있어 향후 안정화지수의 인자로 적용하기에는 부적절하다.
한편 침출수의 BOD/CODcr는 매립연령이 비교적 짧은 초기단계의 매립지에서는 0.5~0.8정도를 유지하나, 매립연령이 길어지면 0.2이하로 감소하는 것으로 나타났다. 이는 미생물에 의해 분해 가능한 유기물이 시간이 갈수록 감소되고 난분해성 유기물만 남기 때문인 것으로 보고되고 있으며5,6), 본 연구에서도 그와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
후속연구
9점 이하로 안정화되기까지 아직 더 많은 시간이 필요하다는 사실을 알 수 있었다. 결과적으로 볼 때 본 연구에서 개발된 안정화지수는 매립지의 안정화정도를 나타내는데 적용성이 매우 높은 것으로 사료되며, 매립지별 안정화정도를 수치적으로 비교하는데 있어서 유용하게 사용될 것으로 판단된다.
그러나 폐기물매립지는 매립현황과 지역특성 등에 따라 환경지표의 변화특성이 많은 차이를 나타낼 수 있으므로 안정화 지수를 개발하기 위해서는 다수의 매립지가 아닌 단일 매립지에서의 환경지표의 변화특성을 사용하여야만 그 결과가 보다 신빙성이 있을 것으로 사료된다. 따라서 앞으로는 단일 매립지에서 매립개시부터 매립종료, 사후관리 시까지의 장기적인 환경지표의 변화 특성 자료를 수집하여 안정화 지수를 개발하는 연구가 필요할 것으로 생각된다.
9점으로 이미 안정화에 도달한 것으로 평가된다. 따라서 이러한 안정화 지수는 매립지의 안정화정도를 나타내기에 그 적용성이 뛰어난 것으로 판단되며, 여러 매립지의 안정화정도를 수치적으로 비교하는데 있어 유용하게 사용될 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 폐기물매립지의 안정화 지표는 어떻게 선정했나?
일반적으로 지수화 과정에서는 지수화관련 인자 별로 그 중요정도에 따라 가중치를 부여하여야 하나, 본 연구에서는 침출수 수질, 매립가스 농도, 매립폐기물 특성의 세 가지 영역별로 가장 연관성이 높은 한가지씩의 지표를 선정하여, 선정된 지표가 각각의 영역별로 가장 중요한 지표이므로 동등한 가중치를 부여하였다. 선정된 세 가지 지표를 지수화함에 있어서 총합을 100점으로 하는 100점화 방법을 이용하기 위하여 각각의 지표에 33.
폐기물매립지 신규 매립지 확보에 어려움을 겪는 이유는?
폐기물매립지는 계획단계에서 사후 토지이용단계에 이르기까지 장기간을 요하는데, 특히 매립종료 후 사후 토지이용 가능시점은 대략 20~50년 정도 소요되어 신규 매립지의 확보에 지장을 주고 있다. 따라서 폐기물매립지는 폐기물을 안전하게 저류하고, 매립된 폐기물이 신속히 분해ᆞ안정화 됨과 동시에 침출수와 발생가스에 의한 환경오염을 방지할 수 있는 제반 기능을 충분히 갖춰주어야 한다.
폐기물매립지가 갖춰야 할 조건은?
폐기물매립지는 계획단계에서 사후 토지이용단계에 이르기까지 장기간을 요하는데, 특히 매립종료 후 사후 토지이용 가능시점은 대략 20~50년 정도 소요되어 신규 매립지의 확보에 지장을 주고 있다. 따라서 폐기물매립지는 폐기물을 안전하게 저류하고, 매립된 폐기물이 신속히 분해ᆞ안정화 됨과 동시에 침출수와 발생가스에 의한 환경오염을 방지할 수 있는 제반 기능을 충분히 갖춰주어야 한다. 아울러 매립 완료 후 폐쇄되면, 사후 토지이용이 조기에 가능하도록 다각적인 안정화 조치를 강구하여야 한다.
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