최근 도시에 근접한 매립장은 인구밀집 지역과의 근접성, 부지개발에 따른 경제적 가치급등 등의 이유로 활용 가능한 새로운 건설부지로서의 관심이 집중되고 있다. 그러나 대부분의 사용 종료된 매립장은 매립장 내에 침출수의 누출방지를 위한 차수시스템이 바닥 및 사면부에 존치되어 있으며, 상부 부지의 재활용 설계 시 침출수 집배수 및 차수시스템의 안정성 평가를 실시하여 차수시스템 손상에 따른 지하수 주변지역 오염을 방지하여야 한다. 일반적으로 사용 종료된 폐기물 매립장의 차수시설은 매립장 운영과정에서 폐기물 덤핑에 따른 충격하중, 장비하중, 장기적인 매립폐기물 하중으로 인하여 인장강도변화 및 불규칙한 침하에 의한 손상이 발생될 수 있다. 본 연구에서는 사용종료매립장 부지의 재활용 시, 침출수의 누출방지를 위하여 기존 차수시스템 안정성 평가에 대한 연구를 수행하였다. 기존 사용종료매립장의 차수시스템의 안정성 및 손상여부를 평가하기 위하여 굴착 샘플링 시료에 대한 인장강도 시험 및 현장 추적자 조사를 실시하였다. 현장시료에 대한 인장강도 시험 결과, 항복인장강도는 시방기준 및 현행 폐기물관리법 설치기준에 적정하였으나, 추적자 조사결과, 위생매립구간 차수쉬트의 손상이 확인되었다.
최근 도시에 근접한 매립장은 인구밀집 지역과의 근접성, 부지개발에 따른 경제적 가치급등 등의 이유로 활용 가능한 새로운 건설부지로서의 관심이 집중되고 있다. 그러나 대부분의 사용 종료된 매립장은 매립장 내에 침출수의 누출방지를 위한 차수시스템이 바닥 및 사면부에 존치되어 있으며, 상부 부지의 재활용 설계 시 침출수 집배수 및 차수시스템의 안정성 평가를 실시하여 차수시스템 손상에 따른 지하수 주변지역 오염을 방지하여야 한다. 일반적으로 사용 종료된 폐기물 매립장의 차수시설은 매립장 운영과정에서 폐기물 덤핑에 따른 충격하중, 장비하중, 장기적인 매립폐기물 하중으로 인하여 인장강도변화 및 불규칙한 침하에 의한 손상이 발생될 수 있다. 본 연구에서는 사용종료매립장 부지의 재활용 시, 침출수의 누출방지를 위하여 기존 차수시스템 안정성 평가에 대한 연구를 수행하였다. 기존 사용종료매립장의 차수시스템의 안정성 및 손상여부를 평가하기 위하여 굴착 샘플링 시료에 대한 인장강도 시험 및 현장 추적자 조사를 실시하였다. 현장시료에 대한 인장강도 시험 결과, 항복인장강도는 시방기준 및 현행 폐기물관리법 설치기준에 적정하였으나, 추적자 조사결과, 위생매립구간 차수쉬트의 손상이 확인되었다.
Recently, the effective use of closed waste landfill nearby urban areas has been demanded, because of the lack of the usable land. However, the reuse of closed landfill is needed an adequate stabilization of liner system. But most of these places are consisted of steep slope and hence it is necessar...
Recently, the effective use of closed waste landfill nearby urban areas has been demanded, because of the lack of the usable land. However, the reuse of closed landfill is needed an adequate stabilization of liner system. But most of these places are consisted of steep slope and hence it is necessary to use the geosynthetics liners in there. Liner system of waste landfills is an important facility which prevents leachate outgoing from the landfills and also groundwater infiltrating from surroundings into the landfills. During the waste disposal stage, differential settlement and tensile stress of the geosynthetic materials could occur due to impact load of trucks and dozers, waste loads and weak foundation soils. In this study, the tensile strength and tracer test were performed to evaluate the stability of geomembrane liner systems. Based on the tensile strength test result of in-situ geomembrane sample, the yield tensile strength maintain the suitable strength by specification and current law. However, according to the tracer test, the damage of geomembrane liner was detected on sanitary landfill section.
Recently, the effective use of closed waste landfill nearby urban areas has been demanded, because of the lack of the usable land. However, the reuse of closed landfill is needed an adequate stabilization of liner system. But most of these places are consisted of steep slope and hence it is necessary to use the geosynthetics liners in there. Liner system of waste landfills is an important facility which prevents leachate outgoing from the landfills and also groundwater infiltrating from surroundings into the landfills. During the waste disposal stage, differential settlement and tensile stress of the geosynthetic materials could occur due to impact load of trucks and dozers, waste loads and weak foundation soils. In this study, the tensile strength and tracer test were performed to evaluate the stability of geomembrane liner systems. Based on the tensile strength test result of in-situ geomembrane sample, the yield tensile strength maintain the suitable strength by specification and current law. However, according to the tracer test, the damage of geomembrane liner was detected on sanitary landfill section.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
일반적으로 사용 종료된 폐기물 매립장의 차수시설은 매립장 운영과정에서 폐기물 덤핑에 따른 충격하중, 장비하중, 장기적인 매립폐기물하중으로 인하여 인장강도변화 및 불규칙한 침하에 의한 손상이 발생되었을 수 있다(박지원, 2002; Singh and Murphy, 1990). 본 연구에서는 사용종료매립장 부지의 재활용을 위한 기본 전제조건인 침출수의 누출여부 평가기법에 대하여 연구를 수행하였다. 기존 사용종료매립장의 차수시스템의 안정성 및 손상여부를 평가하기 위하여 추적자 조사를 실시하였으며, 추적자 조사결과에 따른 대책 방안을 제시하였다.
추적자 조사의 목적은 지하 매질의 관심 있는 두 지점 사이의 수리적인 연결성을 확인하거나 대수층에서 용질의 이동특성을 반영하는 물리･화학･생물학적 매개변수를 추정하고자 하는 것이다. 본 과업에서 수행된 추적자 시험은 전자에 해당하는 시험으로 특히 위생매립지의 차수시설 손상파악을 목적으로 수행하였다.
추적자 조사의 목적은 지하 매질의 관심 있는 두 지점 사이의 수리적인 연결성을 확인하거나 대수층에서 용질의 이동특성을 반영하는 물리･화학･생물학적 매개변수를 추정하고자 하는 것이다. 본 과업에서 수행된 추적자 시험은 전자에 해당하는 시험으로 특히 위생매립지의 차수시설 손상파악을 목적으로 수행하였다. 지하수에서 추적자의 이동은 크게 이송(Advection)과 분산(또는 확산, Dispersion)에 의해 일어난다.
우라닌 추적자 주입은 침출수 처리장 아래로 유출되는 침출수 성격을 띤 지하수(MSL-2)의 유입경로 및 비위생 매립구간의 지하수 및 침출수의 위생매립구간 유입여부 확인을 위해 실시하였다. 매립시설 1, 2단계에서 주입한 추적자 우라닌의 경우 MSL-2에서는 지속적으로 배경농도의 값과 비슷하거나 낮게 도출되었다(표 3).
본 연구는 사용종료매립장의 지오멤브레인 차수시스템에 대하여 추적자 조사 및 인장강도시험을 통하여 매립장 운영 및 사후관리 기간 동안 침출수와 하중조건에 노출되었던 지오멤브레인의 안정성 및 손상도에 대하여 평가하였다. 총괄 연구결과에 따른 결론은 다음과 같다.
가설 설정
햇빛과 염소원소에 의해 가장 크게 영향을 받으나 이들은 자연지하수계에는 존재하지 않는다. ③ pH가 6 이상이면 형광 강도에 영향을 받지 않는다. ④ 미국환경청에 따르면, 연방 기록문서(Federal Register)에 기재된 국가위생지침만 따른다면 로다민 WT를 추적자로 사용하여도 건강상 위해는 없다.
제안 방법
본 연구에서는 사용종료매립장 부지의 재활용을 위한 기본 전제조건인 침출수의 누출여부 평가기법에 대하여 연구를 수행하였다. 기존 사용종료매립장의 차수시스템의 안정성 및 손상여부를 평가하기 위하여 추적자 조사를 실시하였으며, 추적자 조사결과에 따른 대책 방안을 제시하였다. 본 조사대상매립장은 경상남도 00군에 위치한 사용종료매립장으로 비위생 및 위생매립구간이 복합적으로 구성되어 있다.
이러한 추적자들은 이류에 의해 지하수의 공극 유속과 비슷한 상태로 움직이거나 미시적 규모에서 비반응용질은 매체의 불규칙성과 공극크기의 차이에 의해 발생하는 역학적인 분산과 농도구배 및 지하수의 이류현상이 동시에 발생하는, 즉 이류와 수리분산이 지배되는 조건하에서 움직이게 된다. 본 연구의 추적자 시험 목적은 지하수 흐름구간에 설치된 소규모 매립시설의 차수시설 손상파악이 일차적인 목적으로 하고 있어, 매립시설 내에 약 5m 깊이의 트렌치와 지하수 관측정, 가스 측정공 등에 추적자를 주입하고, 지하수 흐름 하류부에서 추적자 검출 여부를 모니터링 하도록 계획하였으며, 적용추적자는 염료 추적자인 로다민 WT(Rhodamine WT)와 플루어레시언(fluorescein; 별칭 우라닌(uranine)) 두 가지 형광추적자를 이용하였다. 로다민 WT는 적색을 띄는 형광물질로서 최소 검출능력, 광화학적, 미생물학적 분해 비율, 흡착성 등에서 가장 유용한 추적자로 사용되고 있으며, 추적자 시험에 사용되는 염료 중 가장 보존성이 높다.
추적자를 현장에 적용하기에 앞서 추적자로 사용된 로다민 WT와 우라닌이 현장에서 추적자 시험의 수행에 적절한지를 확인하기 위하여 지하수와 침출수, 지표수에서 배경농도를 측정하였다. 표 2에서 보는바와 같이, 추적자의 배경농도는 침출수와 가스 측정공에서 높은 값을 보였다.
우라닌의 경우 E-U-1에 약 48g을 물 2,000L와 함께 주입하고, 물을 충분히 주입하여 추적자의 이동이 용이하게 하였다. MSG-U-2와 MW-U-3은 각각 20g의 우라닌을 사용하여 추적자 용액을 각각 375L, 300L 제조하여 정량펌프를 이용하여 주입하였고, 주입 후 물을 약 75L씩 주입하였다. 로다민 WT는 E-R-1, E-R-2, E-R-3에는 농도가 20%인 로다민 WT를 각각 250g씩 물 2,000L와 함께 주입하였고, 주입 후 물을 충분히 주입하였다.
MSG-U-2와 MW-U-3은 각각 20g의 우라닌을 사용하여 추적자 용액을 각각 375L, 300L 제조하여 정량펌프를 이용하여 주입하였고, 주입 후 물을 약 75L씩 주입하였다. 로다민 WT는 E-R-1, E-R-2, E-R-3에는 농도가 20%인 로다민 WT를 각각 250g씩 물 2,000L와 함께 주입하였고, 주입 후 물을 충분히 주입하였다. E-R-4, E-R-5의 경우에는 농도가 20%인 로다민 WT를 각각 50g 씩 물 2,000L와 함께 주입한 후 물 약 5,000L 주입하였다.
추적자 주입 후 추적자 검출여부를 확인하기 위하여 2일에 1회씩 모니터링을 실시하였다. 추적자 모니터링을 위한 시료채취 지점은 그림 5와 같다.
추적자 모니터링을 위한 시료채취 지점은 그림 5와 같다. 지하수 흐름의 하류부로 예상되는 지점의 지하수 관측정 MW-3, MW-4, MW-5와 침출수, 지표수, 주변 지하수 관정 등에서 추적자 농도 관측을 실시하였고, 주입정 MW-1에서 주입농도의 변화를 살펴보았다.
현재 매립장 하부에 설치되어 있는 기존 차수시트의 인장강도를 평가하기 위하여 현장조사 시 시트를 샘플링 하여 인장강도 시험을 실시하였다. 인장강도 시험은 ASTM D 6693에 의하여 수행하였으며, 시험 시편의 초기 길이(l0)는 75mm이며, 시험속도는 50mm/min로 수행하였다(Koerner, 1997; Triplett and Fox, 2001).
인장강도 시험은 ASTM D 6693에 의하여 수행하였으며, 시험 시편의 초기 길이(l0)는 75mm이며, 시험속도는 50mm/min로 수행하였다(Koerner, 1997; Triplett and Fox, 2001). 시험은 MD(Machine direction)방향과 CD(Cross machine direction)방향에 대하여 수행하였으며, 현재 생산되고 있는 일반적인 차수시트에 대한 인장강도 시험을 병행하여 수행하였다. 표 5와 그림 7은 인장강도 시험결과를 나타낸 것으로 항복인장강도가 약 11.
대상 데이터
기존 사용종료매립장의 차수시스템의 안정성 및 손상여부를 평가하기 위하여 추적자 조사를 실시하였으며, 추적자 조사결과에 따른 대책 방안을 제시하였다. 본 조사대상매립장은 경상남도 00군에 위치한 사용종료매립장으로 비위생 및 위생매립구간이 복합적으로 구성되어 있다. 매립시설 운영은 1991년 1월～1995년 7월까지 4년 7개월이며, 매립대상 폐기물은 생활폐기물로 사용종료 후 현재 사후관리중인 매립장이다(마산시, 2003, 2008).
로다민 WT는 적색을 띄는 형광물질로서 최소 검출능력, 광화학적, 미생물학적 분해 비율, 흡착성 등에서 가장 유용한 추적자로 사용되고 있으며, 추적자 시험에 사용되는 염료 중 가장 보존성이 높다. 본 연구에서는 Turner Designs사(미국)에서 농도 20%로 제조된 표준 시약을 사용하였다. 화학식은 C29H29N2O5-Na2Cl이며, 분자량은 567이다.
본 연구에서는 Turner Designs사(미국)에서 농도 20%로 제조된 표준 시약을 사용하였다. 화학식은 C29H29N2O5-Na2Cl이며, 분자량은 567이다. 이 형광추적자가 지하수 연구에 세계적으로 광범위하게 적용되고 있는 이유를 Sutton et al.
본 시험에서 시료의 농도 분석에 사용된 장비는 Turner Designs사(미국)의 10-AU-005-CE Field Fluorometer(그림 2)이며, 로다민 WT와 우라닌의 분석에 0.01μg/L의 검출능을 가지고 있다.
추적자 주입은 차수시설이 설치되어 있지 않은 비위생 매립지역이 흐름특성 파악과 멤브레인 차수시스템이 설치된 위생 매립지역의 차수시스템 안정성 파악을 위하여 각각 다른 추적자를 사용하였다. 차수시설이 설치되지 않은 1, 2단계 지역에는 우라닌을 주입하였고, 차수시설이 설치되어 있는 지역(3, 4단계)에는 로다민 WT를 주입하였다(그림 3, 그림 4).
이론/모형
현재 매립장 하부에 설치되어 있는 기존 차수시트의 인장강도를 평가하기 위하여 현장조사 시 시트를 샘플링 하여 인장강도 시험을 실시하였다. 인장강도 시험은 ASTM D 6693에 의하여 수행하였으며, 시험 시편의 초기 길이(l0)는 75mm이며, 시험속도는 50mm/min로 수행하였다(Koerner, 1997; Triplett and Fox, 2001). 시험은 MD(Machine direction)방향과 CD(Cross machine direction)방향에 대하여 수행하였으며, 현재 생산되고 있는 일반적인 차수시트에 대한 인장강도 시험을 병행하여 수행하였다.
성능/효과
따라서 주입한 추적자가 매립층 하부에 존재할 수 있는 구하천(지하수 흐름이 빠른 구간)을 만나지 못한다면 매립지 하부 관측지점에서 추적자 우라닌이 검출되는데 좀 더 시일이 필요할 수 있음을 의미한다. 반면 비위생 매립구간인 1, 2단계에 인접하며, 위생매립시설 외측에 존재하는 주변지하수 이용관정 F-1, F-2의 경우 주입 후 약 25일이 경과한 시점부터 농도가 약간 증가하는 경향을 보였으며, 지표수(SW-2)와 MW-2에서도 1, 2단계 지역에서 주입한 추적자(우라닌)의 영향을 받은 것으로 판단된다.
위생 매립구간인 3, 4 단계의 차수시설 손상여부를 확인하기 위해 매립시설 3, 4단계의 폐기물 매립층에 주입한 추적자 로다민 WT는 주입 후 약 9일이 경과한 3월 6일부터 침출수(MSL-1) 및 지하수 관측정(MW-2, MW-3, MW-4, MW-5)에서 로다민 WT의 농도가 약간 증가하는 경향을 보였다(표 4, 그림 6). 침출수(MSL-1)에서는 주입 후 약 20일까지 농도가 증가하는 경향을 보이다가 20일이 경과한 후부터 약간 감소하는 경향을 보였다.
위생 매립구간인 3, 4 단계의 차수시설 손상여부를 확인하기 위해 매립시설 3, 4단계의 폐기물 매립층에 주입한 추적자 로다민 WT는 주입 후 약 9일이 경과한 3월 6일부터 침출수(MSL-1) 및 지하수 관측정(MW-2, MW-3, MW-4, MW-5)에서 로다민 WT의 농도가 약간 증가하는 경향을 보였다(표 4, 그림 6). 침출수(MSL-1)에서는 주입 후 약 20일까지 농도가 증가하는 경향을 보이다가 20일이 경과한 후부터 약간 감소하는 경향을 보였다. 지점별로 시료채취 시기에 따라 추적자 농도의 편차가 약간씩 나타나지만 매립지 하류부 관측정과 침출수에서 로다민 WT가 검출된 것으로 판단된다.
(1) 연구대상 사용종료 매립장의 지오멤브레인 손상여부 파악을 위하여 수행한 추적자 조사결과, 1, 2구역에 주입한 추적자(우라닌)는 검출이 되지 않았으나, 3, 4구역에 주입한 추적자(로다민 WT)는 주입 9일 경과 후 부터 모니터링 지점에서 검출되었다. 따라서, 비위생 매립구역으로부터의 지하수 및 침출수 유입은 없는 것으로 판단되며, 위생매립구간의 기존 지오멤브레인 차수시스템은 손상이 발생된 상태인 것으로 사료된다.
(2) 사용종료 매립장의 사면부에 설치된 기존 차수시트를 샘플링하여 인장강도를 실험한 결과, 매립장 조성 당시의 시방기준 및 현행폐기물관리법에 적정하게 항복 인장강도를 유지하고 있는 것으로 나타났다. 따라서, 차수시설 손상원인은 침출수에 대한 장기노출 및 하중재하에 따른 강도감소보다는 1990년대 폐기물매립 시설 설치기준에 차수시설 상부 보호층 시설기준이 부재하여 매립장 시공 및 운영과정에서 펀칭 등의 손상이 발생된 것으로 판단된다.
(2) 사용종료 매립장의 사면부에 설치된 기존 차수시트를 샘플링하여 인장강도를 실험한 결과, 매립장 조성 당시의 시방기준 및 현행폐기물관리법에 적정하게 항복 인장강도를 유지하고 있는 것으로 나타났다. 따라서, 차수시설 손상원인은 침출수에 대한 장기노출 및 하중재하에 따른 강도감소보다는 1990년대 폐기물매립 시설 설치기준에 차수시설 상부 보호층 시설기준이 부재하여 매립장 시공 및 운영과정에서 펀칭 등의 손상이 발생된 것으로 판단된다.
(3) 본 연구대상 사용종료매립장의 차수쉬트 안정성 및 손상평가 결과, 인장강도는 설계 및 시공 시 인장강도를 유지하고 있었으나, 차수시설이 전체적 기능에 대한 추적자조사 및 주변수질분석결과, 침출수 누출이 발생되고 있는 것으로 도출되었다. 따라서, 침출수의 외부유출 및 확산을 방지할 수 있도록 안정화조치가 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하수에서 추적자의 이동은 무엇에 의해 일어나는가?
본 과업에서 수행된 추적자 시험은 전자에 해당하는 시험으로 특히 위생매립지의 차수시설 손상파악을 목적으로 수행하였다. 지하수에서 추적자의 이동은 크게 이송(Advection)과 분산(또는 확산, Dispersion)에 의해 일어난다. 이송은 지하수의 흐름에 따라 오염물질이 함께 움직이는 작용(Bulk movement)으로 오염물질의 이동을 예측하는 중요한 역할을 한다.
추적자 조사의 목적은 무엇인가?
추적자 조사의 목적은 지하 매질의 관심 있는 두 지점 사이의 수리적인 연결성을 확인하거나 대수층에서 용질의 이동특성을 반영하는 물리･화학･생물학적 매개변수를 추정하고자 하는 것이다. 본 과업에서 수행된 추적자 시험은 전자에 해당하는 시험으로 특히 위생매립지의 차수시설 손상파악을 목적으로 수행하였다.
기계적 분산과 분자확산은 어떠한 현상을 의미하는가?
분산은 기계적 분산과 분자확산(diffusion), 두 가지 과정으로 구분할 수 있다. 기계적 분산은 오염물질이 지하매질을 통과할 때 경로에 따라 속도의 차이를 보이는데 이러한 속도와 경로 차이로 인하여 오염물질이 퍼져나가는 현상을 말하며, 분자확산은 지하수 흐름방향과 무관하게 높은 농도에서 낮은 농도로 퍼져나가는 현상을 의미한다. 일반적으로 수리지질학적 조건에서는 기계적 분산이 지배적이며 대부분의 지하수 연구에서 분자확산은 그 규모가 작아 무시한다.
참고문헌 (14)
마산시 (2003), 마산시 사용종료매립장 주변환경영향종합 조사 보고서. 마산시 환경시설 사업소.
마산시 (2008), 마산시 사용종료매립장 주변환경영향종합 조사 보고서. 마산시 환경시설 사업소.
이기택 (2006), $SF_6$ 를 이용한 매립지 침출수 누출 영향범위 측정 및 평가에 관현 연구, 포항공대 산학협력단.
환경부 (2008), 폐기물관리법, 시행규칙 제54조, pp. 126-127.
Koerner, R.M. (1997), Design with Geosynthetics, 4th Ed, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey.
Singh, S. and Murphy, B.(1990), Evaluation on the Stability of Sanitary Landfills, Geotechnics of Waste Fills : Theory and Practice, ASTM STP 1070, pp.240-258.
Sutton M.A., Asman W.A.H., Ellerman T., van Jaarsveld, J.A., Acker K., Aneja V., Duyzer J.H., Horvath L., Paramonov, S., Mitosinkova M., Tang Y.S., Achermann B., Gauger T., Bartnicki J., Neftel A. and Erisman J.W. (2001), "Establishing the link between ammonia emission control and measurements of reduced nitrogen concentrations and deposition.", In: UNECE Ammonia Expert Group (Berne, 18-20 September 2000) Proceedings (Eds. Menzi H. and Achermann B.), SAEFL, Berne, pp.57-84.
Triplett, E.J. and Fox, P.J. (2001), "Shear Strength of HDPE Geomembrane/Geosynthetic Clay Liner Interfaces", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.127, No.6, pp.543-553.
Wiedemeier, T.H., Rifai, H.S., Newell, C.J., Wilson, J.T. (1999), Natural Attenuation of Fuels and Chlorinated Solvents in the Subsurface, John Wiley and Sons, New York, pp.504.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.