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문제 정의
- 거의 없는 것으로 조사되었다. 따라서 본 연구에서는 난지도 매립지내 하수슬러지만으로 이루어진 8호 매립장에 대하여 지반공학적 특성을 조사하고자 한다. 이를 위하여 대상현장에 대하여 시료를 채취하고, 용출시험, 중금속 총량시험, 유기물 총량시험을 실시하여 환경기준에 적합한지 검토한다.
- 환경적인 측면에서는 용출시험, 중금속 총량시험, 유기물 총량시험 등을 실시하여 재활용시 환경기준에 적합한지를 조사하였다. 용출시험은 하수슬러지를 재활용할 경우 용출에 의한 지하수 오염에 대한 여부를 판단하기 위하여 실시하였다. 8호 매립장에서 채취한 하수슬러지 시료를 1*>0C 5 의 건조로에서 24시간 건조시킨후 분쇄하고 이를 채분석하여 입도를 균일하게 만든다.
- 그리고 폐기물공정시험방법(환경부, 2000)에 의해 시험을 실시하였다. 유기물 및 중금속 총량시험은하수슬러지 내에 함유되어 있는 물질의 농도를 측정하고, 이를 기본 자료로 이용하기 위하여 실시하였다. 분석항목은 pH, TS, VS, TOC, TKN, T-C,T-N, T-P, 발열량 및 중금속 등이다.
- 용출시험은 용출에 의한 지하수의 오염정도를 판단하기 위하여 실시하였다. 먼저 하수슬러지 시료를 105(2의 건조로에서 24시간 건조시킨 후 분쇄하고 이를 채분석하여 입도를 균일하게 만든다.
- 총량시험은 하수슬러지내에 함유되어 있는 물질의 농도를 측정하기 위하여 실시하였다. 분석항목은 pH,TS, VS, TOC, TKN, T-C, T-N, T-P, 발열량 및중금속 등으로 pH, VS, TS는 채취한 시료를 전처리 없이 사용하였고, 그 이외의 항목들은 용출시험에서와 마찬가지로 전처리를 하고 사용하였다.
- 입도분포시험은 하수슬러지내에 있는 입자들의 크기 정도를 조사하기 위하여 실시하였다. 입도 분포시험은 크게 체분석시험(KSF 2309)과 비중계분석시험 (KSF 2302)으로 구분할 수 있다.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서는 난지도 매립지내 하수슬러지만으로 이루어진 8호 매립장에 대하여 지반공학적 특성을 조사하고자 한다. 이를 위하여 대상현장에 대하여 시료를 채취하고, 용출시험, 중금속 총량시험, 유기물 총량시험을 실시하여 환경기준에 적합한지 검토한다. 그리고 채취된 하수슬러지의 비중, 입도분석, 액소성한계, 다짐, 투수, 전단시험을 실시하여 지반공학적 특성을 살펴본다.
- 이를 위하여 대상현장에 대하여 시료를 채취하고, 용출시험, 중금속 총량시험, 유기물 총량시험을 실시하여 환경기준에 적합한지 검토한다. 그리고 채취된 하수슬러지의 비중, 입도분석, 액소성한계, 다짐, 투수, 전단시험을 실시하여 지반공학적 특성을 살펴본다. 이들 시험결과를 토대로 하수슬러지만으로이루어진 매립지반의 지반공학적 특성을 조사하여, 추후 대상지역의 개발시 기초자료로 이용하고자 한다.
- 하수슬러지의 공학적 특성 분석은 환경적인 측면과 지반공학적인 측면에서 실시되었다. 환경적인 측면에서는 용출시험, 중금속 총량시험, 유기물 총량시험 등을 실시하여 재활용시 환경기준에 적합한지를 조사하였다.
- 지반공학적인 측면에서 실시되었다. 환경적인 측면에서는 용출시험, 중금속 총량시험, 유기물 총량시험 등을 실시하여 재활용시 환경기준에 적합한지를 조사하였다. 용출시험은 하수슬러지를 재활용할 경우 용출에 의한 지하수 오염에 대한 여부를 판단하기 위하여 실시하였다.
- 분석항목은 pH, TS, VS, TOC, TKN, T-C,T-N, T-P, 발열량 및 중금속 등이다. 이들 항목 중에서 pH, VS, TS는 채취한 시료를 전처리 없이 사용하였고, 그 이외의 항목들은 용출시험에서와 마찬가지로 전처리를 실시한 후 분석을 실시하였다.
- 한편, 지반공학적인 측면에서는 비중, 입도분석, 액소성한계, 다짐, 투수, 압밀, 전단시험 등을 실시하여 향후 재활용 및 건설공사시 기본 자료로서 적용하도록 하였다. 하수슬러지의 물리적 특성을 조사하기 위하여 함수비, 비중, 입도분석, 액소성한계, 다짐시험 등을 실시하였으며, 하수슬러지의 역학적 특성을 조사하기 위하여 투수, 압밀, 전단시험을 실시하였다.
- 하였다. 하수슬러지의 물리적 특성을 조사하기 위하여 함수비, 비중, 입도분석, 액소성한계, 다짐시험 등을 실시하였으며, 하수슬러지의 역학적 특성을 조사하기 위하여 투수, 압밀, 전단시험을 실시하였다. 입도분석시험은 체분석시험과 비중계분석시험을 모두 실시하였으며, 다짐시험은 Proctor(1933)에 의해 제안된 표준다짐시험을 실시하였다.
- 입도분석시험은 체분석시험과 비중계분석시험을 모두 실시하였으며, 다짐시험은 Proctor(1933)에 의해 제안된 표준다짐시험을 실시하였다. 투수시험은 변수위 투수시험을 실시하였고, 전단시험은 직접 전단시험을 실시하였다.
- 3으로 조정한 용매와 1:10의 비율로 혼합하여 500 m/ 이상의 혼합액을 만든다. 혼합액은 상온, 상압에서 진탕기를 이용하여 &시간 연속 진탕 시킨 후 원심분리 및 여과작업을 실시하였다. 여기서, 진탕기는 진탕회수가 매분당 약 200회, 진폭은 4~5 cm인 것을 사용하였다.
- 이와 같은 작업을 실시한 여과액의 적당량을 이용하여 용출시험용 검액으로 이용하였다. 검액은 각각의 목적에 맞도록 전처리한 후 용출 항목인 6가지의 중금속 즉, 납(Pb), 구리(Cu), 카드뮴(Cd), 크롬(Cr), 수은(Hg) 및 시안(CN)의 농도를 측정하였다. 납, 구리, 카드뮴, 크롬, 수은 등의 중금속은 용출이 끝난 후 원심분리 및 여과 작업을 실시하고 여과액에 질산을 첨가하여 pH를 2 이하로 내렸다.
- 납, 구리, 카드뮴, 크롬, 수은 등의 중금속은 용출이 끝난 후 원심분리 및 여과 작업을 실시하고 여과액에 질산을 첨가하여 pH를 2 이하로 내렸다. 그리고 Microwave를 이용하여 Digestion을 시킨 다음 ICP를 사용하여 농도를 측정하였다. 한편, 시안은 수산화나트륨을 첨가하여 pH 를 10 이상으로 올린 후 흡광 광도법에 의거한 DR-2000(HACH)로 농도를 측정하였다.
- 측정하기 위하여 실시하였다. 분석항목은 pH,TS, VS, TOC, TKN, T-C, T-N, T-P, 발열량 및중금속 등으로 pH, VS, TS는 채취한 시료를 전처리 없이 사용하였고, 그 이외의 항목들은 용출시험에서와 마찬가지로 전처리를 하고 사용하였다. pH, TOC, TKN, T-P 등은 토양화학시험법에 의해 분석하였고, TS 및 VS는 폐기물공정시험법에 의해분석하였다.
- pH, TOC, TKN, T-P 등은 토양화학시험법에 의해 분석하였고, TS 및 VS는 폐기물공정시험법에 의해분석하였다. 그리고 T-C, T-N 등은 EA(Elemental Analyzer, Fisons Ins, Model 1180)로 분석하고, 발열량은 단열 열량계 (Bomb Calorimeter, Parr, Model 1261)로 분석하였으며, 중금속은 Microwave를 이용하여 Digestion을 시킨 다음 ICP를 사용하여 분석하였다.
- 규제기준과 비교한 결과이다. 국내의 경우 하수슬러지에 함유된 중금속의 총량게 대한 규제기준을 정하고 있지 않으므로 캘리포니아주의 규제기준과 비교하였다. 중금속 총량시험결과 Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, Cr 등의 성분이 검출되었으며, Cu를 제외한 5 가지 중금속은 캘리포니아주 규제기준을 만족하는 것으로 나타났다.
- 애 터 버그 한계는 액성한계, 소성한계 및 수축한계로 구분할 수 있으며, 본 연구에서는 하수슬러지의 소성한계와 액성한계를 구하였다. 하수슬러지의 소성한계를 구하기 위하여 소성한계시험(KSF 2304)을 실시하였으며, 시험 결과 하수슬러지의 소성한계는 40.
- 7%인 것으로 나타났다. 한편, 하수슬러지의 액성한계를 구하기 위하여 액성한계시험(KSF 2303)을 실시하였으며, 시험 결과는 Fig. 3과 같이 나타낼 수 있다. 그림에서 보는 바와 같이 2번의 액성한계시험을 실시하였으며, 1차 시험 결과 액성한계는 82.
- 다질 때 흙에 물을 가해주면 물은 마치 윤활유처럼 흙입자들 간에 작용하게 되어 흙입자들이 서로 미끄러져 조밀하게 다져지게 된다. 대상현장에서 채취된 하수슬러지를 ■이용하여 다짐시험(KSF 2312)을실시하였다. Fig.
- 대상현장에서 채취된 하수슬러지의 투수계수를 구하기 위하여 변수위 투수시험 (KSF-2322)을 실시하였다. 투수시험은 종 2번에 걸쳐 수행되었으며, 투수계수는 1차 시험결과 1.
- 대상현장에서 채취된 하수슬러지의 압밀특성을 조사하기 위하여 압밀시험(KSF-2316)을 실시하였다. 하수슬러지의 침하량을 구하는데 필요한 압축지수(Cc) 는 e-logP 곡선의 기울기로부터 구할 수 있다.
- 대상현장에서 채취된 하수슬러지의 전단특성을 조사하기 위하여 직접전단시험(KSF-2343)을 실시하였다. Fig.
대상 데이터
- 서울특별시 북서쪽의 한강 하류주변에 위치하고 있는 난지도 폐기물 매립지는 1978년 3월부터 1993년 3월까지 Open dump 방식으로 매립되었다. 특히, 하수슬러지는 1987년 1월부터 난지도 매립지로 반입되기 시작하여, 1992년 8월까지 난지도 매립지내 9개 구역에 분산하여 매립하였다.
- 하수슬러지는 1987년 1월부터 난지도 매립지로 반입되기 시작하여, 1992년 8월까지 난지도 매립지내 9개 구역에 분산하여 매립하였다. 이 가운데 8호 매립장은 하수슬러지만을 매립하였고, 다른 매립장은 산업폐기물, 일반폐기물, 하수슬러지 등을 혼합하여 매립하였다.
- 하수슬러지의 지반공학적 특성을 분석하기 위흐}여 8호 매립장에서 임의의 4개 지점을 선정하여 보링을실시하고 시료를 채취하였다. 보링조사결과 하수슬러지는 13.
- 그리고 시료의 색깔은 검은색에 가까운 짙은 갈색으로 약간의 익취가 감지되었다. 시료는 표층으로부터 약 40 cm 정도를 제거한 후 교란상태의 하수슬러지를 채취하였다.
- 용출시험은 하수슬러지를 재활용할 경우 용출에 의한 지하수 오염에 대한 여부를 판단하기 위하여 실시하였다. 8호 매립장에서 채취한 하수슬러지 시료를 1*>0C 5 의 건조로에서 24시간 건조시킨후 분쇄하고 이를 채분석하여 입도를 균일하게 만든다. 그리고 폐기물공정시험방법(환경부, 2000)에 의해 시험을 실시하였다.
- 입도 분포시험은 크게 체분석시험(KSF 2309)과 비중계분석시험 (KSF 2302)으로 구분할 수 있다. 체분석시험은 직경이 0.075 mm 이상의 입자를 대상으로 실시하고, 비중계 시험은 직경이 0.075mm 이하의 입자를 대상으로 실시한다. 이와 같은 시험을 위하여 하수슬러지를 110℃2의 건조로에서 24시간 이상 건조시켜 사용하였다 .
- 난지도 폐기물 매립지는 서울특별시 마포구 상암동에 위치하고 있으며, 1978년 3월부터 1993년 3월까지 생활쓰레기, 산업폐기물, 건설폐기물, 하수슬러지 등을 비위생 단순매립방식으로 매립하였다. 현재에는 생태공원이 조성되어 있으며, 골프장 등 시민의 휴식, 여가공간으로 활용되고 있다.
이론/모형
- 8호 매립장에서 채취한 하수슬러지 시료를 1*>0C 5 의 건조로에서 24시간 건조시킨후 분쇄하고 이를 채분석하여 입도를 균일하게 만든다. 그리고 폐기물공정시험방법(환경부, 2000)에 의해 시험을 실시하였다. 유기물 및 중금속 총량시험은하수슬러지 내에 함유되어 있는 물질의 농도를 측정하고, 이를 기본 자료로 이용하기 위하여 실시하였다.
- 하수슬러지의 물리적 특성을 조사하기 위하여 함수비, 비중, 입도분석, 액소성한계, 다짐시험 등을 실시하였으며, 하수슬러지의 역학적 특성을 조사하기 위하여 투수, 압밀, 전단시험을 실시하였다. 입도분석시험은 체분석시험과 비중계분석시험을 모두 실시하였으며, 다짐시험은 Proctor(1933)에 의해 제안된 표준다짐시험을 실시하였다. 투수시험은 변수위 투수시험을 실시하였고, 전단시험은 직접 전단시험을 실시하였다.
- 그리고 Microwave를 이용하여 Digestion을 시킨 다음 ICP를 사용하여 농도를 측정하였다. 한편, 시안은 수산화나트륨을 첨가하여 pH 를 10 이상으로 올린 후 흡광 광도법에 의거한 DR-2000(HACH)로 농도를 측정하였다.
- 분석항목은 pH,TS, VS, TOC, TKN, T-C, T-N, T-P, 발열량 및중금속 등으로 pH, VS, TS는 채취한 시료를 전처리 없이 사용하였고, 그 이외의 항목들은 용출시험에서와 마찬가지로 전처리를 하고 사용하였다. pH, TOC, TKN, T-P 등은 토양화학시험법에 의해 분석하였고, TS 및 VS는 폐기물공정시험법에 의해분석하였다. 그리고 T-C, T-N 등은 EA(Elemental Analyzer, Fisons Ins, Model 1180)로 분석하고, 발열량은 단열 열량계 (Bomb Calorimeter, Parr, Model 1261)로 분석하였으며, 중금속은 Microwave를 이용하여 Digestion을 시킨 다음 ICP를 사용하여 분석하였다.
- 부피의 15℃증류수의 중량과의 비를 의미한다. 대상현장에서 채취된 하수슬러지에 대하여 비중시험 (KSF 2308)을 실시하였다. 시험결과 하수슬러지의비중은 평균 2.
- Table 6은 하수슬러지의 압밀하중에 따른 압밀계수(Cv)를 나타낸 것이다. 각 하중단계에서의 압밀계수는 도해법인 77 법으로 구하였다. 표에서 보는 바와 같이 압밀하중에 따른 압밀 계수는 감소하는 것으로 나타났으며, 평균압밀계수는 0.
성능/효과
- 것으로 국내 지정폐기물의 용출기준치와 비교한 결과이다. 용출시험결과 Pb, Cu, Cr, CN 등의 성분이 검출되었고, Pb는 0.972 mg/Z로 가장 많이 검출되었으나, 지정폐기물의 용출 기준치보다 낮은 값을 갖는 것으로 나타났다. 그리고 Cu, Cr 및 CN 의 검출결과도 지정폐기물의 용출 기준치보다 낮은 값을 갖는 것으로 나타났다.
- 972 mg/Z로 가장 많이 검출되었으나, 지정폐기물의 용출 기준치보다 낮은 값을 갖는 것으로 나타났다. 그리고 Cu, Cr 및 CN 의 검출결과도 지정폐기물의 용출 기준치보다 낮은 값을 갖는 것으로 나타났다. 따라서 하수슬러지의 용출시험 결과는 지정폐기물의 용출 기준치를 모두 만족함을 알 수 있다.
- 국내의 경우 하수슬러지에 함유된 중금속의 총량게 대한 규제기준을 정하고 있지 않으므로 캘리포니아주의 규제기준과 비교하였다. 중금속 총량시험결과 Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, Cr 등의 성분이 검출되었으며, Cu를 제외한 5 가지 중금속은 캘리포니아주 규제기준을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 Cu의 함유량은 635.
- 중금속 총량시험결과 Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, Cr 등의 성분이 검출되었으며, Cu를 제외한 5 가지 중금속은 캘리포니아주 규제기준을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 Cu의 함유량은 635.4 ㎎/㎏ 으로서 캘리포니아주의 규제기준인 250tng/kg의 2.5배 정도 높은 것으로 나타났다. 따라서 난지도 하수슬러지를 재활용할 경우 Cu의 함유량을 낮추어 적용해야 할 것이다.
- 그림의 횡축은 입자의 크기를 나타내고, 종축은 중량통과율을 나타낸 것이다. 입도분포시험결과하수슬러지는 모래, 실트 및 점토로 구성되어 있으며, 구성 비율은 대략적으로 60%:26%:14%(모래: 실트: 점토)인 것으로 나타났다. 그리고 중량통과율 10%에 해당하는 입자의 직경을 유효입경이라고 하는데 본 실험결과에서는 유효입경을 구할 수 없는 것으로 나타났다.
- 입도분포시험결과하수슬러지는 모래, 실트 및 점토로 구성되어 있으며, 구성 비율은 대략적으로 60%:26%:14%(모래: 실트: 점토)인 것으로 나타났다. 그리고 중량통과율 10%에 해당하는 입자의 직경을 유효입경이라고 하는데 본 실험결과에서는 유효입경을 구할 수 없는 것으로 나타났다. 따라서 균등계수 및 곡률계수를 이용한 입도분포특성을 설명할 수 없다.
- 대상현장에서 채취된 하수슬러지에 대하여 비중시험 (KSF 2308)을 실시하였다. 시험결과 하수슬러지의비중은 평균 2.02인 것으로 나타났으며, 이는 2.00~ 2.55의 범위를 갖는 할로이사이트(halloysite)로 구분할 수 있다. 할로이사이트는 팽창성이 크고 공학적으로 매우 불리한 점토광물의 일종으로서, 이를 통하여하수슬러지가 공학적으로 불리하다고 판단할 수 있다.
- 애 터 버그 한계는 액성한계, 소성한계 및 수축한계로 구분할 수 있으며, 본 연구에서는 하수슬러지의 소성한계와 액성한계를 구하였다. 하수슬러지의 소성한계를 구하기 위하여 소성한계시험(KSF 2304)을 실시하였으며, 시험 결과 하수슬러지의 소성한계는 40.7%인 것으로 나타났다. 한편, 하수슬러지의 액성한계를 구하기 위하여 액성한계시험(KSF 2303)을 실시하였으며, 시험 결과는 Fig.
- 3과 같이 나타낼 수 있다. 그림에서 보는 바와 같이 2번의 액성한계시험을 실시하였으며, 1차 시험 결과 액성한계는 82.6%, 2차 시험결과 액성한계는 83.3%로 조사되었다. 따라서 하수슬러지의 평균 액성한계는 83.
- 지수이다. 대상현장 하수슬러지의 소성지수는 42.3%로서 점토에 가까운 소성지수를 갖는 것으로 나타났다. 그리고 Casagrande(1932)가 액성한계와 소성지수를 이용하여 제안한 소성도(plasticity chart)에의하면 압축성이 큰 무기질 실트 혹은 유기질 점토인 것으로 나타났다.
- 각 하중단계에서의 압밀계수는 도해법인 77 법으로 구하였다. 표에서 보는 바와 같이 압밀하중에 따른 압밀 계수는 감소하는 것으로 나타났으며, 평균압밀계수는 0.00151 cij/sec인 것으■로 나타났다. Robinson & Allan(1996)에 의해 제안된 여러 방법에서 구한 압밀 계수와 비교해보면 대상현장의 하수슬러지는 Chicago 점토와 유사한 값을 갖는다.
- 6은 구속압에 따른 전단응력과 변형률 곡선을 나타낸 것으로 구속압이 클수록 전단강도는 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 구속압이 증가함에 따라 흙의 변형계수도 증가하는 것으로 나타났다.
- 하수슬러지의 사후관리 및 재활용을 위하여 지반 공학적 특성을 조사한 결과 하수슬러지는 실트 혹은 점토와 같은 미세한 입자로 구성되어 있으며, 간극이비교적 큰 것으로 나타났다. 따라서 하수슬러지만을이용하여 최종복토층으로 사용할 경우 복토층의 다짐 및 강도 등에 문제가 발생될 것으로 판단된다.
- 1) 대상현장의 하수슬러지에 대한 중금속 총량시험결과 Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, Cr 등의 성분이 검출되었으며, Cu의 경우 캘리포니아주 규제기준을 초과하므로 하수슬러지 재활용시 함량을 낮추어야 할 것이다.
- 2) 대상현장 하수슬러지는 모래, 실트 및 점토로 구성되어 있으며, 소성지수는 42.3%로서 압축성이 큰 무기질 실트 혹은 유기질 점토인 것으로 분류된다.
- 3) 대상현장 하수슬러지의 다짐시험결과 최적 함수비는 81%, 최대건조단위중량은 0.71 g/cif으로서 건조단위중량이 낮고 곡선이 비교적 평탄한 형태를 보이고 있으므로 함수비 변화에 따른 다짐효과가 비교적 적을 것으로 예상된다.
- 4) 하수슬러지에 대한 변수위 투수시험결과 투수 계수는 1.9935xl08cin/sec으로서 실트질 흙의 투수계수와 유사함을 알 수 있다. 그리고 직접전단시험결과 점착력은 0.
- 5) 하수슬러지에 대한 압밀시험결과 e-logP 곡선으로부터 구한 압축지수는 1.76이며, 단계별 압밀 하중에 따른 압밀계수의 평균치는 0.00151 cm2/secL로서점토질 흙의 압밀특성과 유사함을 알 수 있다.
후속연구
- 그리고 하수슬러지에 포함되어 있는 중금속의 용출에 따른 지하수 오염문제도 예상된다. 따라서 대상현장의 하수슬러지를 재활용하기 위해서는 이에 대한 보완 및 처리방안이 마련되어야 할 것이다.
- 그리고 채취된 하수슬러지의 비중, 입도분석, 액소성한계, 다짐, 투수, 전단시험을 실시하여 지반공학적 특성을 살펴본다. 이들 시험결과를 토대로 하수슬러지만으로이루어진 매립지반의 지반공학적 특성을 조사하여, 추후 대상지역의 개발시 기초자료로 이용하고자 한다.
- 한편, 하수슬러지에 포함되어 있는 유기물의 분해 현상, 중금속 등의 용출에 따른 지하수의 오염 문제가 발생할 수 있으므로 대상현장의 하수슬러지만을 이용하여 재활용하는 것은 바람직하지 않을 것으로 예상된다. 따라서 추후 연구로서 하수슬러지를 재활용하기 위한 처리방안이 마련되어야 할 것이다.
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