유기규소화합물인 siloxane은 물리화학적으로 우수한 특성으로 인하여 화장품이나 세제 등과 같이 우리 생활에서 다양한 제품 형태로 사용된다. 이러한 제품의 사용 후 매립되어 분해되는 과정에서 매립가스에 포함된 siloxane은 매립가스 자원화 시설의 운영 시 악영향을 미친다. 본 연구에서는 국내 여러 매립지 특성에 따른 매립가스 내 실록산 발생특성을 파악하기 위하여 매립연령과 매립폐기물에 따른 siloxane 발생특성을 실록산의 농도, 구조 및 성분별로 고찰하였다. 시간에 따른 실록산 발생특성은 매립종료 전 후와 각 매립지의 매립연령별로 12개 매립지를 대상으로 검토하였으며, 매립폐기물에 의한 siloxane의 발생특성 변화는 6개 매립지를 대상으로 매립폐기물의 발생원 및 물리적 조성의 비율과 siloxane 농도를 비교하였다. 매립가스 내 total-siloxane의 농도는 평균 $6.75mg/m^3$ 이었으며, cyclic-siloxane이 이 중 93% 이상을 차지한 것으로 나타났다. 성분별 실록산은 매립연령과 관계없이 D4 및 D5가 순서대로 가장 높은 비율을 차지하였다. 본 연구에서 매립폐기물의 종류(조성)가 실록산 발생에 미치는 영향은 확인할 수 없었으나, total-siloxane 및 cyclic-siloxane의 농도는 매립가스 일차분해모델과 같이 매립연령이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다.
유기규소화합물인 siloxane은 물리화학적으로 우수한 특성으로 인하여 화장품이나 세제 등과 같이 우리 생활에서 다양한 제품 형태로 사용된다. 이러한 제품의 사용 후 매립되어 분해되는 과정에서 매립가스에 포함된 siloxane은 매립가스 자원화 시설의 운영 시 악영향을 미친다. 본 연구에서는 국내 여러 매립지 특성에 따른 매립가스 내 실록산 발생특성을 파악하기 위하여 매립연령과 매립폐기물에 따른 siloxane 발생특성을 실록산의 농도, 구조 및 성분별로 고찰하였다. 시간에 따른 실록산 발생특성은 매립종료 전 후와 각 매립지의 매립연령별로 12개 매립지를 대상으로 검토하였으며, 매립폐기물에 의한 siloxane의 발생특성 변화는 6개 매립지를 대상으로 매립폐기물의 발생원 및 물리적 조성의 비율과 siloxane 농도를 비교하였다. 매립가스 내 total-siloxane의 농도는 평균 $6.75mg/m^3$ 이었으며, cyclic-siloxane이 이 중 93% 이상을 차지한 것으로 나타났다. 성분별 실록산은 매립연령과 관계없이 D4 및 D5가 순서대로 가장 높은 비율을 차지하였다. 본 연구에서 매립폐기물의 종류(조성)가 실록산 발생에 미치는 영향은 확인할 수 없었으나, total-siloxane 및 cyclic-siloxane의 농도는 매립가스 일차분해모델과 같이 매립연령이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다.
Siloxane, organo-silicon compound, is used in the various forms of products such as cosmetics and detergents due to its quality physical chemistry attributes. Siloxane included in landfill gas which is caused in the process of decomposing of such products after landfill has imposed negative impacts ...
Siloxane, organo-silicon compound, is used in the various forms of products such as cosmetics and detergents due to its quality physical chemistry attributes. Siloxane included in landfill gas which is caused in the process of decomposing of such products after landfill has imposed negative impacts on the operation of landfill gas utility facilities. The objective of this study was to investigate the siloxane production characteristics depending on the features of various landfill site in Korea so that the analysis was made on the landfilling age and landfill waste by in terms of its concentration, structure and composition. As for the concentration of siloxane depending on time passage, 12 landfill sites were reviewed by landfilling age. As for production attributes change of siloxane by landfill wastes, the source of wastes, physical production ration and siloxane concentration were compared in 6 landfills. The average concentration of total-siloxane within LFG is $6.75mg/m^3$ and cyclic-siloxane out of it occupies over 93%. By element, D4 and D5 in order take the highest proportion regardless of total-siloxane concentration and landfilling age. Even though this study is not able to verify the different impact of each kind of wastes on the generation of siloxane, it is confirmed that total-siloxane and cyclic-siloxane decrease in line with the increase of landfilling age as it does in the first order decay model for landfill gas.
Siloxane, organo-silicon compound, is used in the various forms of products such as cosmetics and detergents due to its quality physical chemistry attributes. Siloxane included in landfill gas which is caused in the process of decomposing of such products after landfill has imposed negative impacts on the operation of landfill gas utility facilities. The objective of this study was to investigate the siloxane production characteristics depending on the features of various landfill site in Korea so that the analysis was made on the landfilling age and landfill waste by in terms of its concentration, structure and composition. As for the concentration of siloxane depending on time passage, 12 landfill sites were reviewed by landfilling age. As for production attributes change of siloxane by landfill wastes, the source of wastes, physical production ration and siloxane concentration were compared in 6 landfills. The average concentration of total-siloxane within LFG is $6.75mg/m^3$ and cyclic-siloxane out of it occupies over 93%. By element, D4 and D5 in order take the highest proportion regardless of total-siloxane concentration and landfilling age. Even though this study is not able to verify the different impact of each kind of wastes on the generation of siloxane, it is confirmed that total-siloxane and cyclic-siloxane decrease in line with the increase of landfilling age as it does in the first order decay model for landfill gas.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 폐기물매립지에서 매립가스 자원화시설 계획시 전처리 시설의 설치 필요성 검토, 적정 공정설계 등에 필요한 매립지 특성별 siloxane 의 발생량에 대한 정확한 정보를 제공하기 위하여 폐기물매립지에서 발생하는 매립가스 내 siloxane을 측정 . 분석하고, 매립지의 특성이 siloxane 발생에 미치는 영향을 매립폐기물과 매립연령에 대한 일차분해모델의 적용을 통해 간접적으로 파악하였다.
본연구에서는 이때 요구되는 매립지 특성별 siloxane 의 발생량에 대한 정확한 정보를 제공하기 위하여, 매립폐기물과 매립연령에 따른 siloxane 발생특성을 siloxane의 농도, 구조 및 성분별로 고찰하였으며 그 결과는 다음과 같다.
가설 설정
각 폐기물의 비율은 매립폐기물의 분류는 수도권매립지관리공사의 '수도권매 립지통계연감’의 연도별 자료와 환경부의 '전국 폐기물 발생 및 처리현황’의 최근 5년(2005~2009년)간 자료를 가중평균으로 계산하였으며 , 수도권매 립지를 제외한 광역시 또는 도시 간의 폐기물 이동은 없는 것으로 가정하였다15), 16).
수도권매립지의 분석결과 가상 관성이 낮게 나타난 원인은 [Table 2] 에 나타낸 바와 같이 제1매립지와 제2매립지에 매립된 폐기물의 조성 차에 의한 것으로 판단된다. 매립가스 내 siloxane 은 siloxane 이 함유된 매립폐기물의 분해에 의해 발생되기 때문에1)2) 매립폐기물의 종류별 매립량과 siloxane 의 함량은 매립가스 내 siloxane 발생에 있어서 가장 우선적으로 영향을 미칠 것이다. 그러나 매립연령에 따른 total-siloxane 의 농도의 비교결과가 일차분해모델과 유사한 지수함수의 형태임과 동시에 높은 상관성을 나타내는 것으로 미루어 매립연령이 siloxane 의 발생과 상관성이 있으며, 그에 미치는 영향 또한 큰 것으로 판단된다.
제안 방법
분석하였다. Total-siloxane 농도는 이 7가지 성분별 siloxane 의 농도를 합한 값을 사용하였으며, 구조별로 L2~L5를 linear-siloxane (L-siloxane), D4~D6 을 cyclic-siloxane (D-siloxane) 으로 구분하였다.
매립폐기물의 특성은 폐기물의 발생원에 따라 생활폐기물과 사업장폐기물로 분류하였으며 , 사업장폐기물은 사업장 생활폐기물, 사업장 배출 시설계 폐기물 및 건설폐기물로 재분류 하였다. 각 폐기물의 비율은 매립폐기물의 분류는 수도권매립지관리공사의 '수도권매 립지통계연감’의 연도별 자료와 환경부의 '전국 폐기물 발생 및 처리현황’의 최근 5년(2005~2009년)간 자료를 가중평균으로 계산하였으며 , 수도권매 립지를 제외한 광역시 또는 도시 간의 폐기물 이동은 없는 것으로 가정하였다15), 16).
없었다. 본 연구에 사용된 자료와 결과를 바탕으로 시간에 따른 실록산 발생특성 외에 필요한 인자를 파악하기 위하여 매립가스에 대한 일차분해모델을 다음 식과 같이 응용하였다.
내 siloxane을 측정 . 분석하고, 매립지의 특성이 siloxane 발생에 미치는 영향을 매립폐기물과 매립연령에 대한 일차분해모델의 적용을 통해 간접적으로 파악하였다.
앞선 매립지의 사용종료 여부에 따른 siloxane 의 농도결과와 매립연령에 따른 total-siloxane 의 감소를 보고한 선행연구를20) 근거로 매립지 특성 중 시간과 관련하여 siloxane 발생특성을 살펴보았다. 다음 [Fig.
한편 매립가스 내에서 다양한 형태로 존재하는 siloxane 의 분석을 위하여 선택성이 우수한 GC/MS (Shimadzu QP-5050, Japan)를 이용하였으며, 각각 L2~L5, D4~D6의 7가지 물질을 분석하였다. Total-siloxane 농도는 이 7가지 성분별 siloxane 의 농도를 합한 값을 사용하였으며, 구조별로 L2~L5를 linear-siloxane (L-siloxane), D4~D6 을 cyclic-siloxane (D-siloxane) 으로 구분하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 국내 수도권매립지, 구미, 광주, 영주 및 마산 매립지의 총 12개의 지점에서 발생하는 매립가스를 대상으로 하였으며 각 지점의 특성을 다음 [Table 2] 에 나타냈다. 각각 1992 년과 1990년에 매립을 시작한 수도권매립지의 제1 매립지와 구미 매립지는 매립이 종료 되어 사후관리 중이며, 수도권매립지의 제2매립지, 광주 매립지, 마산 매립지 및 영주 매립지는 현재 매립이 진행 중에 있다.
이론/모형
현재까지 매립가스중에 함유된 siloxane 시료 채취의 표준화가 이뤄져 있지 않기 때문에 선행연구를 바탕으로 Canister 법에 비하여 정밀도가 높고 검출한계가 10배 정도 낮은 장점을 가진임핀저 흡수법을 siloxane 시료 채취방법으로 사용하였다 12). 펌프를 통하여 일정한 유량을 유지한 매립가스는 각각 6 mL 의 메탄올을 흡수액으로 하는 4 단의 임핀저에 흡수되도록 하였다 13), 14).
성능/효과
1. 본 연구 대상 매립지의 매립가스 내 total siloxane 농도는 평균 6.75 mg/m3 (1.85~ 13.25 mg/m3) 으로 나타났으며, 현재 매립 중인 매립지의 total-siloxane 농도는 9.07 mg/m3 로 사용종료 매립지 (3.52 mg/m3) 에 비하여 높게 나타나 폐기물의 분해가 활발히 일어나고 있는 매립초기에 siloxane 의 발생량이 많은 것으로 판단하였다.
3. 매립연령에 따른 total-siloxane의 발생 특성은 시간에 따라 total-siloxane 농도가 감소하는 경향이 나타났으며, siloxane 발생예측을위한 일차분해모델에 수렴하였다.
4. 폐기물의 분류에 일반적으로 사용되는 발생원에 의한 분류나 물리적조성에 의한 분류가 siloxane 의 발생특성에 미치는 영향에 대해서는 상관성을 파악할 수 없었으나, 이는 탄소 원자를 중심으로 한 폐기물의 분류방법이 규소 원자를 중심으로 이루어진 siloxane 의 발생 특성을 예측하기 위한 변수로 적절하지 못함을 의미한다.
결국 매립종료 전 , 후 total-siloxane의 농도는 감소하지만 매립가스 내 cyclic-siloxane 과 linear-siloxane 의 비율이 일정하게 유지되는 것으로 미루어, 구조별 siloxanee 매립지의 특성 중 시간 외의 다른 인자에 의해 영향이 있을 것으로 판단된다.
구조별 siloxane 의 농도는 매립종료 여부나 매립지와 관계없이 선형구조의 linear-siloxane 농도(∑L) 에 비하여 고리구조의 cyclic -siloxane 농도(∑D)가 높게 나타났으며, cyclic-siloxane의 농도는 사용종료 매립지가 3.27 mg/m3 로 현재 매립이 진행 중인 매립지의 8.45 mg/m3에 비하여두 배 이상 차이가 났다. 그러나 total-siloxane 에서 cyclic-siloxane이 차지하는 비율은 사용종료 매립지평균과 사용중인 매립지의 평균 모두 93.
매립연령이 증가함에 따라 total-siloxane 은 감소하는 경향을 나타냈으며, 전체 매립지의 매립 연령에 따른 siloxane 의 농도는 [Fig. 2] 과 같이 결정계수가 0.81 로 매우 높은 상관성을 보였으나, 수도권매립지의 결과 (R2=0.74) 는 오히려 이보다 낮게 나타났다. 수도권매립지의 분석결과 가상 관성이 낮게 나타난 원인은 [Table 2] 에 나타낸 바와 같이 제1매립지와 제2매립지에 매립된 폐기물의 조성 차에 의한 것으로 판단된다.
수 있었다1)10)13)14). 본 연구대상 매립지별 siloxane 성분비는 마산 매립지에서만 D5, D4 순으로 높게 나타났으며, 마산 매립지를 제외한 모든 결과에서 D4 가 가장 높고 그 다음으로 D5 가 높게 나타났다.
4] 에는 매립연령에 따른 구조별 siloxane 의 발생 특성을 나타냈다. 수도권매립지의 구조별 siloxane 분석결과 매립연령에 따른 cyclic—siloxane 의 경향은 total—siloxane과 유사하게 나타났는데, 이는 total—siloxane 중 cyclic—siloxane 이 차지하는 비율이 93.4%로 매우 높기 때문에 충분히 예측 가능한 결과로 볼 수 있다. Linear-siloxane 의 경우에는 [Fig.
구조별 siloxane의 발생농도 또한 total- siloxane과 같이 사용종료 전 . 후로 큰 차이가 있었으나 구조별 실록산의 비율은 linear siloxane 이 6.6%, cyclic-siloxane 이 93.4%로 일정하게 나타났으며, 성분별 siloxane 의 농도는 사용종료 여부와 관계없이 D4 및 D5 성분이 순서대로 가장 높은 비율을 차지하였다.
후속연구
따라서 기존에 매립가스가 발생되고 있는 매립지에서 siloxane 의 발생 예측을 위해서는 폐기물 조성 별 siloxane 의 함유량에 대한 지속적인 연구가 필요하고, 추가적으로 siloxane 의 발생 원인매립지 내에서 siloxane 발생을 제어하기 위한 매립지 운영방법에 대한 개발이 필요할 것이다.
따라서 매립가스 내 siloxane 의 발생을 예측하기 위해서는 매립연령과 동시에 매립폐기물 내 siloxane 함유량에 대한 추후 연구가 필요하며, 더 나아가서 매립지의 적절한 운영을 통해 매립가스 내 siloxane 의 발생 자체를 저감시키기 위한 연구가 추가로 수행되어야 할 것이다.
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