[논문]매몰지 생물반응조 개조를 통한 사체의 안정화 촉진

김건하; 전해성

doi:10.4491/ksee.2014.36.10.679

매몰지 생물반응조 개조를 통한 사체의 안정화 촉진
Enhanced Stabilization of Carcasses by Retrofitting Burial Sites to Bioreactor 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.36 no.10, 2014년, pp.679 - 684

김건하 (한남대학교 건설시스템공학과) , 전해성 (한남대학교 건설시스템공학과)

초록
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가축전염병 확산을 방지하기 위하여 조성된 긴급매몰지의 경우 침출수 누출이 확인되면 원형저장조로 이설된 경우가 있는데, 저장조 내 낮은 함수율과 혼합문제로 인해 분해가 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다. 본 연구에서는 사체의 안정화를 촉진할 수 있도록 원형저장조를 생물반응조(Bioreactor)로 구조를 변경하였다. 침출수를 재순환하고 미생물을 공급하여 안정화에 필요한 미생물활동을 증가시켰다. 원형저장조 내부 유기물의 변형을 고려한 침하량 모형을 사용하여 예측한 침하량 최종치는 생물저장조 구조 변경 후 5년간 약 30%이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Many burial sites were constructed to suppress the spread of foot and mouth disease during outbreak. Defected burial sites were removed when leachate leak is presumed and carcasses were moved to the circular storage tanks. However, carcasses were not decomposed possibly due to low water content, low microbial activities, and poor mixing. In this research, storage tank containing carcasses in it was modified to bioreactor to accelerate stabilization. Liquids with nutrients were added and circulated to maintain the optimum water content while extraneous microorganisms were augmented. Settlement was used as the primary index for assessing stabilization rate, and the consolidation theory was utilized to estimate the expected final settlement. 30% of carcasses is expected to be decomposed and removed from the storage tank for five years of bioreactor operation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

긴급매몰지 조성의 목적은 공기로 전파되는 전염병 숙주를 환경으로부터 신속히 격리시키는 것이고, 감염사축을 잠재적인 전염병 발생원이 되지 않도록 관리하는 목적이다. 따라서 이설을 하거나 침출수를 양정하는 등의 행위는 방역법에 의하여 금지되어 있다.
본 연구에서 안정화의 주요지표로 침하량을 제시하였다. 원형저장조 내부 유기물의 변형을 고려한 침하량 모형을 사용하여 예측한 침하량 최종치는 생물저장조 구조 변경 후 5년간 약 30%이었다.
매몰초기 수개월간 침출수로 상당량 배출되며, 특히 원형저장조에 저장되어 있는 경우 상부가 원추형 합성비닐로 덮여 있어 수분공급 없이 증발산만 일어난다. 본 연구에서는 원형저장조에 이설된 매몰지(토양, 사체, 왕겨 등 총량)의 함수량을 약 35% 정도로 유지함을 목표로 하였다. 수분량(moisture content)은 초기수분량에 수분 증가량을 더한 값으로 하였다.
본 연구의 목적은 이설된 가축사체가 저장된 원형저장조를 생물반응조로 구조를 변경하고 유기물질 분해를 촉진시켜 조기안정화를 달성함에 있어, 물수지를 작성하여 유기물 분해에 필요한 함수율이 유지되고 있음을 확인하고, 조기안정화 설계 지표로서 침하량을 개발하는 것을 목표를 하였다.

가설 설정

저장조 상부는 완전히 건조되어 있는 상태이고, 하부에 설치되어 있는 배출구에서 침출수가 나오지 않으므로 초기수분은 없다고 가정하였다. 수분함량 증가를 위하여 운전초기는 목표함수량인 35%를 유지하기 위해 하천수를 양정하여 반응조에 주입하였고 그 이후는 인근 하수처리장 1차 하수 반송슬러지를 주입하여 목표 함수율을 유지하였다.

제안 방법

11) 침하량 측정은 연직변위말뚝을 이용하였다. 이는 말뚝을 설치하여 레벨과 표적을 이용해 지표면의 연직변위를 측정하는 것이다.
분해에 필요한 미생물을 식종하기 위하여 A시 하수처리장 반송슬러지를 일정량 주입하였다. 그 이후에는 원형저장조내에 구성요소의 공극량, 물수지를 고려하여 주변 하천수를 최적조건이 되도록 주입하였다. 또한 에어컴프레셔(AC)를 이용하여 압축공기를 원형저장조에 펄스(pulse)식으로 공급하였다.
그 이후에는 원형저장조내에 구성요소의 공극량, 물수지를 고려하여 주변 하천수를 최적조건이 되도록 주입하였다. 또한 에어컴프레셔(AC)를 이용하여 압축공기를 원형저장조에 펄스(pulse)식으로 공급하였다.
6에 표시된 삼각형은 최초부터 현재까지 실측한 변형률이다. 변형률은 총 5지점에서 약 16개월 동안 측정한 평균 침하량을 변형률로 변환하여 사용하였다. Fig.
본 연구에서는 이설된 원형저장조를 안정화를 촉진할 수있는 생물반응조(Bioreactor)로 구조를 변경하였다. 침출수를 재순환하여 적정한 수분 유지와 침출수 모니터링을 실시하여 미생물의 생육환경을 조성하고 미생물을 공급하여 안정화에 필요한 미생물 활동을 증가시켰으며, 침출수를 직접 포기하여 재순환시켰다.
저류된 침출수는 원형저장조에 관입된 관수 및 상부 관수를 통하여 매몰된 곳에 주입 및 살포 되도록 설치하였다. 분해에 필요한 미생물을 식종하기 위하여 A시 하수처리장 반송슬러지를 일정량 주입하였다. 그 이후에는 원형저장조내에 구성요소의 공극량, 물수지를 고려하여 주변 하천수를 최적조건이 되도록 주입하였다.
생물반응조 구조변경 세번째 작업은 사체분해에 필요한 미생물의 개체수를 증가시키는 것이며 이를 위하여 A시 하수처리장의 1차 하수 반송 슬러지를 투입하였다. 미생물 투입량의 기준이 없어 생물반응조의 최적조건인 1,000 ton 당 94.
2는 수분을 첨가하기 위한 프로그램을 개략적으로 보이고 있다. 생물반응조를 구성하기 위한 구체적인 방법으로 수분은 상부에 일부 살포하고 일부는 미리 시공되어 있는 여러 개 다공성 파일을 통하여 주입하였다. 고압주입된 공기는 같은 다공성 파일을 통하여 사체내로 분사되어 주입된다.
3에서 25일 이후 함수율이 급격하게 증가된 이유는 공기량 증가와 환경적인 증발량의 증가로 지속적이게 함수율이 감소하였다. 생물반응조의 최적함수비를 유지하기 위해 슬러지와 물을 주입하여 함수율을 증가시켰다.
저장조 상부는 완전히 건조되어 있는 상태이고, 하부에 설치되어 있는 배출구에서 침출수가 나오지 않으므로 초기수분은 없다고 가정하였다. 수분함량 증가를 위하여 운전초기는 목표함수량인 35%를 유지하기 위해 하천수를 양정하여 반응조에 주입하였고 그 이후는 인근 하수처리장 1차 하수 반송슬러지를 주입하여 목표 함수율을 유지하였다.
안정화를 평가하기 위하여 2013년 5월부터 매주 침출수 샘플링을 실시하였다. Fig.
이를 위하여 압축공기를 간헐적인 방법으로 주입하여 주변 사체의 분해를 촉진시켜 유체통로를 생성시키는 방법을 사용하였다. 에어컴프레서를 이용하여 최대 30 PSI의 압축공기를 350 m³/d의 유량으로 주입하였다. 공기주입은 생물학적 분해를 촉진시키는 역할도 하는 것으로 보고되고 있다.
생물반응조 구조변경 두번째 작업은 유체순환을 원활하게 하기위한 유체통로를 생성시키는 방법이다. 이를 위하여 압축공기를 간헐적인 방법으로 주입하여 주변 사체의 분해를 촉진시켜 유체통로를 생성시키는 방법을 사용하였다. 에어컴프레서를 이용하여 최대 30 PSI의 압축공기를 350 m³/d의 유량으로 주입하였다.
또한 하단에서 상단으로 침출수를 반송시키는 펌프도 1개 추가 시설하였다. 저류된 침출수는 원형저장조에 관입된 관수 및 상부 관수를 통하여 매몰된 곳에 주입 및 살포 되도록 설치하였다. 분해에 필요한 미생물을 식종하기 위하여 A시 하수처리장 반송슬러지를 일정량 주입하였다.
본 연구에서는 이설된 원형저장조를 안정화를 촉진할 수있는 생물반응조(Bioreactor)로 구조를 변경하였다. 침출수를 재순환하여 적정한 수분 유지와 침출수 모니터링을 실시하여 미생물의 생육환경을 조성하고 미생물을 공급하여 안정화에 필요한 미생물 활동을 증가시켰으며, 침출수를 직접 포기하여 재순환시켰다. 생물반응조로 구조를 변경하므로써 사체의 생물학적 분해를 촉진시켜 조기안정화를 달성할 수 있다.

대상 데이터

최하부 바닥부터 최상부까지 크게 5개 층으로 나눴다. 바닥층은 왕겨와 혼합토로 구성되었고, 높이는 0.4 m, 무게는 23.8 ton, 유효연직압력 16.1 kN/m²이다. 중간 3층은 혼합토와 가축사체로 구성되었고, 총 높이는 1.
6 kN/m²이다. 상부층은 왕겨, 혼합토, 생석회와 가축사체로 구성되었고, 높이는 0.6 m, 무게는 78.2 ton, 0.001 kN/m²이다. Table 3은 왕겨와 토양, 사체 등 원형저장조 내부의 폐기물성상에 대한 모델 입력값을 요약하고 있다.
이설매몰지 본 연구에서 사용한 원형저장조는 A시 행정구역 내 위치하고 있다. 연구대상 이설매몰지는 돼지 3,133마리가 살처분 후 긴급매몰지로 조성되었으나 침출수 누출로 인한 오염확산 우려가 있다고 판단되어, 매몰 12개월 경과 후 원형 저장조에 이설되었다. 원형저장조의 직경은 13.
이설매몰지 본 연구에서 사용한 원형저장조는 A시 행정구역 내 위치하고 있다. 연구대상 이설매몰지는 돼지 3,133마리가 살처분 후 긴급매몰지로 조성되었으나 침출수 누출로 인한 오염확산 우려가 있다고 판단되어, 매몰 12개월 경과 후 원형 저장조에 이설되었다.
1 kN/m²이다. 중간 3층은 혼합토와 가축사체로 구성되었고, 총 높이는 1.5 m, 무게는 170.5 ton, 유효연직압력 5.6 kN/m²이다. 상부층은 왕겨, 혼합토, 생석회와 가축사체로 구성되었고, 높이는 0.

이론/모형

저류조로 저장되어 순환되므로 저류조의 침출수 샘플링은 일주일 간격으로 채취하였다. 샘플링된 침출수는 Orion 710A를 사용하여 pH를 측정하였고, 수질공정시험기준에 준하여 BOD와 COD_Cr 항목을 측정하였다.
3은 운전기간 물수지 변화를 보이고 있다. 증발산양은 Blaney-Criddle법¹⁴⁾을 사용하여 추정하였다. 저장된 가축사체의 목표 함수율에 도달한 후, 반응기에서 제거된 침출수는 없으며, 전량 재순환하였다.

성능/효과

1) 매몰지에서 누출되는 침출수로 인한 지하수 오염에 대한 우려가 높아짐에 따라 침출수 누출이 확인되면 매몰지가 이설된 경우가 상당수 있다. 3년 관리기간이 끝난 매몰지 개장 결과 사체부패가 예상보다 느리게 진행되고 있는데, 이는 부패에 필요한 수분부족, 미생물활동 부족 등으로 인한 것으로 사료된다.
생물반응조 매립지의 함수율은 약 40~50%를 유지하는 것이 제안되고 있다.⁴⁾ 구조변경 이전 측정한 함수율은 건조한 상태이며, 안전과 위생을 위하여 최적조건의 약 10%를 공급하고, 침출수 재순환이 원활하지 않을 경우 수분을 보충하였다.
일반적으로 유기성 폐기물 분해 과정에서 발생되는 침출수의 양이 미생물 분해에 필요한 최적함수비와 비교하여 낮다고 보고되고 있으며,³⁾ 생물반응조의 기작을 최적화하기 위해 폐기물 파쇄, pH 조절, 영양 성분 첨가 등 사전 처리와 온도관리 등이 필요하지만 최적 함수비 유지는 비용대비 효율이 가장 높은 방법이다.^4,5) 생물반응조 매립지 안정화는 일반 매립지 보다 빠르며, 가스 생성 속도는 5~10년 이상이 되면 감소하는 추세를 보여 일반 매립지 약 30년에 비하면 비교적 종료시점이 빠르다.^3,4)생물반응조 매립지에 매립된 폐기물 체적대비 물의 부피인 함수율(water content)은 대략 35~45%를 유지하는 것이 권장되는데 이를 폐기물 전체 공극 부피대비 물의 부피 비율로는 대략 85%로 환산된다.
본 연구에서 안정화의 주요지표로 침하량을 제시하였다. 원형저장조 내부 유기물의 변형을 고려한 침하량 모형을 사용하여 예측한 침하량 최종치는 생물저장조 구조 변경 후 5년간 약 30%이었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생물반응조 매립지란 무엇입니까?	유기성 폐기물 매립지 안정화를 촉진하는 공법으로서 미생물 활동을 촉진시키기 위한 수분을 공급하는 침출수 재순환공법도 쓰여지고 있는데, 이를 생물반응조 매립지(Bioreactor landfill)라고 한다. 일반적으로 유기성 폐기물 분해 과정에서 발생되는 침출수의 양이 미생물 분해에 필요한 최적함수비와 비교하여 낮다고 보고되고 있으며,3) 생물반응조의 기작을 최적화하기 위해 폐기물 파쇄, pH 조절, 영양 성분 첨가 등 사전 처리와 온도관리 등이 필요하지만 최적 함수비 유지는 비용대비 효율이 가장 높은 방법이다.
	Grisolia 등이 다룬 매립지의 침하 양상에 대한 5가지 메커니즘의 각 내용은 무엇인가?	유기성 폐기물 분해에 의하여 발생하는 침하는 일반 지반에 비해 침하정도가 클 뿐만 아니라, 폐기물 성상의 비균질성으로 인해 침하량이 국부적으로 차이가 발생해 부등침하가 발생하기도 한다. Grisolia 등8)은 복잡한 매립지의 침하 양상을 다음과 같이 5가지의 메커니즘으로 구분하여 설명하였다: 1) 폐기물간의 재배치로 인한 즉시 침하; 2) 체적변형이 큰 물질의 변형에 의한 침하; 3) Creep와 유기성 물질 분해에 따른 침하; 4) 분해가 완료되는 단계에서의 침하; 5) 최종 잔존(residual) 침하. 또한, Edil 등9)은 매립지의 침하량에 영향을 미치는 인자를 다음과 같이 제시하기도 했다: 1) 초기밀도 및 간극비; 2) 폐기물 내의 분해성 물질의 함유량; 3) 응력 경로, 즉 매립 전후의 응력 변화량; 4)침출수의 수위 변화; 5) 함수비, 온도, 가스와 같은 환경 요인.
	생물반응조 매립지 안정화의 특징은 무엇입니까?	일반적으로 유기성 폐기물 분해 과정에서 발생되는 침출수의 양이 미생물 분해에 필요한 최적함수비와 비교하여 낮다고 보고되고 있으며,3) 생물반응조의 기작을 최적화하기 위해 폐기물 파쇄, pH 조절, 영양 성분 첨가 등 사전 처리와 온도관리 등이 필요하지만 최적 함수비 유지는 비용대비 효율이 가장 높은 방법이다.4,5) 생물반응조 매립지 안정화는 일반 매립지 보다 빠르며, 가스 생성 속도는 5~10년 이상이 되면 감소하는 추세를 보여 일반 매립지 약 30년에 비하면 비교적 종료시점이 빠르다.3,4)생물반응조 매립지에 매립된 폐기물 체적대비 물의 부피인 함수율(water content)은 대략 35~45%를 유지하는 것이 권장되는데 이를 폐기물 전체 공극 부피대비 물의 부피 비율로는 대략 85%로 환산된다.

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