[논문]오염총량 개념을 적용한 매립장 사후관리종료제도 개선 방안

천승규; 심낙종; 전은정; 류돈식

doi:10.14481/jkges.2021.22.2.15

오염총량 개념을 적용한 매립장 사후관리종료제도 개선 방안
Improvement Method for the Post-Management End System of a Landfill by Applying Total Pollutant Load Concept 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.22 no.2, 2021년, pp.15 - 23

천승규 (Graduate School of Energy & Environment, Seoul National University of Science & Technology) , 심낙종 (SUDOKWON Landfill Site Management Corporation) , 전은정 (SUDOKWON Landfill Site Management Corporation) , 류돈식 (SUDOKWON Landfill Site Management Corporation)

초록
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오염총량 개념을 반영한 매립장 사후관리종료제도 개선방안을 수도권매립지 제1매립장을 대상으로 적용하여 분석하였다. 매립가스 모델을 통해 분석한 메탄 잔여비율은 총 발생 가능량인 2,521×106 Nm3에 대하여 2020년 8.8%, 2030년 7.0%, 2040년 6.5%이었다. 2020년 이후의 표면발산 메탄량에 2005~2019년의 평균 산화율 89.1%를 적용할 경우, 실제 배출기준 메탄 잔여율은 2020년 1.01%, 2030년 0.76%, 2040년 0.70%로서 2025년 이후 메탄이 전량 표면 발산되어도 2019년 기준 표면 발산량보다 적어 사후관리 종료가 가능하였다. 침출수 수질에 대한 추이분석 결과, BOD는 2024년, COD 2047년, T-N은 2117년경에 배출허용기준을 만족할 수 있을 것으로 추정되었다. 사후관리종료를 배출부하량을 기준으로 변경할 경우 BOD는 현 시점에서 그리고 COD도 수년 내 사후관리종료가 가능하나, T-N의 경우 2041년 이후에나 가능하여 근본적인 관리방식의 전환이 필요한 것으로 분석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A method of improving the post-management end system of a landfill that reflected total pollutant load was applied to the SUDOKWON 1st Landfill Site. Modeling results showed that the ratio of remaining methane, when compared to the total maximum potential of 2,521 × 106 Nm3, was estimated to be 8.8% in 2020, 7.0% in 2030, and 6.5% in 2040. If the average oxidation rate of 89.1% in 2005-2019 was applied, the ratio decreased by 1.01% in 2020, 0.76% in 2030, and 0.70% in 2040. This suggests that if the amount of methane generated is all emitted from the surface of the landfill after 2025, the real amount emitted to the atmosphere is less than that in 2019; therefore, the post-management end is possible. According to the results of trend analysis of the quality of leachate water, effluent criteria for Biochemical Oxygen Demand (BOD) can be satisfied in 2024, while those for Chemical Oxygen Demand (COD) and Total Nitrogen (T-N) can be satisfied in 2047 and 2117, respectively. If the post-management end system changed based on total pollutant load, the post-management can be terminated BOD today and COD within a few years; however, the fact that T-N could be terminated only after 2041 shows the need to fundamentally change management methods.

주제어

표/그림 (8)

표 Table 1. Design structure and specifications of LS1
표 Table 2. Disposed decomposable waste W, optimum L, k, and maximum CH₄ generation potential of LS1
그림 Fig. 1. CH₄ generation and estimated remained ratio (R) of LS1
그림 Fig. 2. Trends of LFG (CH₄) generation, collection rate, and oxidation rate
그림 Fig. 3. Estimated satisfying years for environmental impact assessment consultation criteria of major water quality items of leachate
표 Table 3. Satisfaction level of each water quality item of leachate to regional legal criteria (2019)
표 Table 4. The variation of concentration and total pollutant load of major leachate water quality items (1993-2019)
그림 Fig. 4. Annual trends of total pollutant load of major water quality item

AI 본문요약
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문제 정의

COD의 경우 개정된 배출허용기준이 환경영향평가협의기준보다 엄격하고, T-N의 경우 신설된 항목이며, BOD의 경우 환경영향평가 협의 기준과 배출허용기준이 동일하다. 따라서 이들 3 개 항목 모두 가장 엄격한 청정지역의 배출허용기준 만족시기에 대하여 분석하였다. BOD의 경우 2024년, COD 2047 년, T-Ne 2117년경이 되어야 배출허용기준을 만족할 수 있을 것으로 추정된다.
따라서 기존 매립장들이 사후관리종료 기간을 넘기기 시작함에 따라 이에 대한 법제적 및 기술적인 개선조치를 마련하지 않으면 많은 매립장들이 사후관리종료가 불가능할 것이며, 이는 사회적인 비용의 증가와 행정 및 재정의 낭비 요인이 될 것이다. 본 연구는 상기 지침의 별표에 따른 안정화도 평가기준 중 매립가스와 침출수 부문을 대상으로 매립장 구조변경이 없는 경우에 적용 가능한 새로운 평가방식을 제시하고자 하였다. 새로운 평가방식은 수도권매립지 제1매립장(LS1)에 적용･평가하였으며, 이를 통해 장기간에 걸친 경제적 낭비요인을 제거하고, 환경적 문제가 없으면서 보다 현실에 부합한 매립장 사후관리종료 제도의 정립에 착안할 수 있는 사항들을 제시하고자 하였다.
본 연구는 상기 지침의 별표에 따른 안정화도 평가기준 중 매립가스와 침출수 부문을 대상으로 매립장 구조변경이 없는 경우에 적용 가능한 새로운 평가방식을 제시하고자 하였다. 새로운 평가방식은 수도권매립지 제1매립장(LS1)에 적용･평가하였으며, 이를 통해 장기간에 걸친 경제적 낭비요인을 제거하고, 환경적 문제가 없으면서 보다 현실에 부합한 매립장 사후관리종료 제도의 정립에 착안할 수 있는 사항들을 제시하고자 하였다.

제안 방법

Eq. (2) O_x의 경우 표면발산되는 메탄의 유량에 따라 다르겠으나(Feng et al., 2017), 이에 대한 연구 결과가 없기 때문에 2005~2019년 측정된 표면발산량의 산화율을 적용하였다.
다만, 2020~2024년 사이에 포집 중단 시 전량 표면 발산되는 양은 2025년보다 많고, 그 경우 산화율은 떨어질 수 있다. LS1에서의 표면 발산량과 산화율 간의 관계에 대한 조사 자료가 없으므로 표면 발산량과 산화율의 관계를 역 선형적이라고 보수적으로 가정하고, 2005~ 2019년의 평균 표면 발산량 대비 2020~2024년의 전량 표면 발산 시의 비를 89.1%에 반영하여 계산하였다. 이를 적용하여 모델 값을 수정할 경우 2020년 이후 총 발생 가능한 ³로 6 6메탄량은 기존 2, 521×10 Nm ³에서 2, 317×10 Nm어들며, 이에 따른 메탄 잔여율 Re 2020년 1.
현 상태에 대한 분석을 위해 우선, 2019년을 기준으로 침출수 원수의 수질 항목별로 환경영향평가협의기준 및 배출수역 지역 기준별 배출허용기준에 대한 만족여부를 평가하였다. 그리고 연평균 수질이 환경영향평가협의기준 등을 준수하지 못하고 있는 주요 수질항목에 대한 추이분석을 통해 기준 만족 예상 시기를 추정하였다. 또한 현재의 오염농도 중심의 사후관리종료 제도를 오염총량기준으로 전환하는 경우에 대한 차이점을 평가하였다.
이때 사후관리종료 기준배출부하량은 특정 매립장의 총 매립기간 동안의 연도별 침출 원수 발생량에 환경영향평가협의기준 또는 배출허용기준 수질을 곱해서 구한 배출부하량의 평균값에 필요 시 정책적 또는 지역적 특성의 판단에 따른 안전율을 고려한 값으로 하였다. 그리고 이와 같은 방법에 의하여 LS1에 대한 생물화학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 총질소 (T-N)의 사후관리종료 가능 시점을 추정하였다.
생활폐기물 기타와 건설폐기물의 종이, 목재, 섬유, 그리고 슬러지는 1997년 당시 연구되지 못하였다. 따라서 이후 LS1에서 세 차례 수행된 각 성상별 L의 최대와 최소값을 각 난수 발생의 상･하한으로 하였다. 이상의 조건에서 10, 000회 계산을 하여 현장 실측값과의 평균편차의 절대값이 가장 작은 L, k를 찾아 Eq.
그리고 연평균 수질이 환경영향평가협의기준 등을 준수하지 못하고 있는 주요 수질항목에 대한 추이분석을 통해 기준 만족 예상 시기를 추정하였다. 또한 현재의 오염농도 중심의 사후관리종료 제도를 오염총량기준으로 전환하는 경우에 대한 차이점을 평가하였다. 이를 위해 현재 기준을 초과하고 있는 주요 수질 항목에 대하여 1993~2019년의 각 월별 침출수 발생량에 수질농도를 곱하여 월별 오염 부하량을 구하였으며, 동 기간의 최고 및 평균값 등을 2019년의 침출 원수의 오염부하량과 비교･평가 하였다.
, 2015)을 사용하여 구하였다. 이때 난수발생 범위는 k는 IPCC의 k 불확도 범위 30%를 적용하였고, L의 경우 생활폐기물의 음식물, 종이, 목재, 섬유는 LS1에서 1997년도에 수행한 BMP 실험값(SLA, 1997)을 적용하되 IPCC의 불확도 범위 20%를 적용하였다. 생활폐기물 기타와 건설폐기물의 종이, 목재, 섬유, 그리고 슬러지는 1997년 당시 연구되지 못하였다.
(4)와 같이 매립종료 후의 특정연도에서 침출 원수의 특정 수질항목 배출부하량이 사후관리종료 기준배출부하량보다 작을 때로 하였다. 이때 사후관리종료 기준배출부하량은 특정 매립장의 총 매립기간 동안의 연도별 침출 원수 발생량에 환경영향평가협의기준 또는 배출허용기준 수질을 곱해서 구한 배출부하량의 평균값에 필요 시 정책적 또는 지역적 특성의 판단에 따른 안전율을 고려한 값으로 하였다. 그리고 이와 같은 방법에 의하여 LS1에 대한 생물화학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 총질소 (T-N)의 사후관리종료 가능 시점을 추정하였다.
또한 현재의 오염농도 중심의 사후관리종료 제도를 오염총량기준으로 전환하는 경우에 대한 차이점을 평가하였다. 이를 위해 현재 기준을 초과하고 있는 주요 수질 항목에 대하여 1993~2019년의 각 월별 침출수 발생량에 수질농도를 곱하여 월별 오염 부하량을 구하였으며, 동 기간의 최고 및 평균값 등을 2019년의 침출 원수의 오염부하량과 비교･평가 하였다.
1월부터 시작된 월별 평균 발생량 및 수질항목별 분석 자료를 사용하였다. 현 상태에 대한 분석을 위해 우선, 2019년을 기준으로 침출수 원수의 수질 항목별로 환경영향평가협의기준 및 배출수역 지역 기준별 배출허용기준에 대한 만족여부를 평가하였다. 그리고 연평균 수질이 환경영향평가협의기준 등을 준수하지 못하고 있는 주요 수질항목에 대한 추이분석을 통해 기준 만족 예상 시기를 추정하였다.

대상 데이터

이때 실측값은 매립가스의 포집량, 간이소각기 소각량, 표면발산량 세 가지의 합이어야 하나, 표면발산량은 LS1에서 2005년부터 측정이 시작되었다. 따라서 비교를 위한 현장 실측값은 2005~2019년의 것이다.
연구대상 매립지인 LS1은 수도권 발생 생활 및 사업장 일반폐기물 등을 처리하기 위해 조성된 것으로서 주요 특징은 Table 1과 같다. 1992.
침출수 자료는 LS1에서 1993.1월부터 시작된 월별 평균 발생량 및 수질항목별 분석 자료를 사용하였다. 현 상태에 대한 분석을 위해 우선, 2019년을 기준으로 침출수 원수의 수질 항목별로 환경영향평가협의기준 및 배출수역 지역 기준별 배출허용기준에 대한 만족여부를 평가하였다.

데이터처리

k 의 경우 기존 연구결과(SLC, 2017b)를 참조하여 음식물을 이분 해성으로 나머지는 중분해성으로 하였다. 모델 결과 값은 실제 발생된 매립가스 실측값과의 비교를 통해 L과 k를 조정하여 보정하였다. 이때 실측값은 매립가스의 포집량, 간이소각기 소각량, 표면발산량 세 가지의 합이어야 하나, 표면발산량은 LS1에서 2005년부터 측정이 시작되었다.

이론/모형

(2)에서 R을 구하기 위해서 Eq. (3)의 매립가스 모델을 사용하였다. ｢온실가스 배출권거래제의 배출량 보고 및 인증에 관한 지침｣의 ‘별표6 배출활동별 온실가스 배출량 등의 세부산정방법 및 기준’은 기본적으로 IPCC 방법론 (Park et al.
최적 L, k는 몬테카를로법(Giner-Sanz et al., 2015)을 사용하여 구하였다. 이때 난수발생 범위는 k는 IPCC의 k 불확도 범위 30%를 적용하였고, L의 경우 생활폐기물의 음식물, 종이, 목재, 섬유는 LS1에서 1997년도에 수행한 BMP 실험값(SLA, 1997)을 적용하되 IPCC의 불확도 범위 20%를 적용하였다.

성능/효과

(1) 모델을 통해 분석한 2020년까지 발생된 메탄은 2,300× 106 Nm3 로서, 메탄 잔여비율 R은 총 발생가능량인 2,521× 106 Nm3 대비 2020년 8.8%, 2030년 7.0%, 2040년 6.5% 가 될 것으로 추정된다.
L_max는 최적 L을 Eq. (1)과 같이 성상별 매립폐기물량에 곱하여 구한 폐기물 성상별 최대 메 ³이며, 기여율에 있탄 발생 가능량으로서 총 2, 521×10 Nm어서 생활폐기물이 94.6%로서 대부분을 차지하고 있고, 건설폐기물 2.8%, 슬러지 2.6% 이다. 이는 분해 가능한 폐기물 매립량 가운데 생활폐기물의 비율이 크고 동일 성상이라 하여도 건설폐기물의 L이 생활폐기물에 비하여 작기 때문이다(GRENCO, 2016).
2020년까지 발생된 메탄은 2, 300×10 ³에Nm , 그리고 Table 2의 총 발생가능 메탄 2, 521×10 Nm 대한 Eq. (1)의 메탄 잔여비율 Re 2020년 8.8%, 2030년 7.0%, 2040년 6.5%로 추정되며, 폐기물분해와 매립가스 전환 속도가 시간이 흐를수록 느려지기 때문에 감소폭은 점점 작아지는 것으로 나타났다.
(2)2020년 이후의 표면발산 메탄량에 2005~2019년의 평균 산화율 89.1%를 적용하여 모델 값을 수정 시, 메탄 잔여율 Re 2020년 1.01%, 2030년 0.76%, 2040년 0.70% 이었다. 따라서 안정화 기준을 총량방식으로 전환할 경우, 2025년 이후 메탄이 전량 표면 발산되어도 2019년 기준 표면 발산량보다 적어 사후관리 종료가 가능하다.
(3)BOD, COD, T-N의 추이분석 결과, BOD는 2024년, COD 2047년, T-Ne 2117년경에 배출허용기준을 만족할 수 있을 것으로 추정된다.
(4)오염부하량 계산결과 1993~2019년까지 배출허용기준농도로 방류 시의 배출부하량 평균치 대비 2019년도의 BOD, COD, T-N의 침출원수 배출부하량은 각각 57.2%, 116.1%, 1, 303%이었다.
(5)사후관리종료를 배출부하량 기준으로 변경할 경우 BOD 는 현 시점에서 그리고, COD도 수년 내 가능하나, T-N 의 경우 기간이 크게 단축되기는 하나 2041년 이후에나 가능하여 근본적인 관리방식의 전환이 필요하다.
1993~2019년 기간 중 BOD, COD, T-N의 침출원수 총 배출부하량은 각각 34, 245 Mg, 81, 290Mg, 36, 893Mg이고, 청정지역의 배출허용기준에 따른 처리 시의 배출부하량은 각각 656Mg, 4, 372Mg, 656Mg이다. 3개의 수질항목별로 배출허용기준에 맞추기 위한 총량기준에 의한 동 기간 최소 처리율은 각각 98.1%, 94.6%, 98.2%이다.
연구결과가 없다. 다만, 매립종료 후 시간이 지날수록 매립가스 발생량이 감소하므로 2020년 이후 표면 발산량이 2019년 이전보다 증가하지 않는다면 이후의 표면발산메탄량에 2005~2019년의 평균 산화율 89.1%를 적용할 수 있을 것이다. 모델 적용결과에 의하면 2024년의 메탄발생 ³로서, 2025년 이후에는 발생하는은 2025년 4, 391×10 Nm메탄을 포집 중단하여 전량 표면 발산된다.
하여도 2005~ 2019년 평균 표면 발산량 이하이다. 따라서 2025년 이후의 표면 발산되는 메탄에 대해서 2005~2019년의 평균산화율 89.1%를 적용하였다. 다만, 2020~2024년 사이에 포집 중단 시 전량 표면 발산되는 양은 2025년보다 많고, 그 경우 산화율은 떨어질 수 있다.
배출부하량은 침출수량 및 침출원수의 수질 농도의 저하로 인해 전반적으로 감소하고 있는데, BOD의 경우 최고시점에 비할 때 2019년 농도는 0.7%, 배출부하량은 0.2% 수준이며, COD는 농도는 3.3%, 배출부하량은 1.5% 수준으로 크게 감소했다. 1993~2019년까지 배출허용기준 농도로 방류했을 경우 배출부하량 평균치와 비교하면 2019년도의 BOD 의 침출원수 배출부하량은 57.
필요할 것이다. 예로서 현 관련지침의 안정화 척도인 메탄 함량 5% 이하, 폐기물 내 유기물 함량 5% 이하, 그리고 메탄의 GWP 21을 고려할 때 R을 최소 5%로 보고 여기에 모델링 및 각종 자료의 불확실성, 안전율 등을 감안하여 그 이하로 할 수 있을 것이다.
1%에 반영하여 계산하였다. 이를 적용하여 모델 값을 수정할 경우 2020년 이후 총 발생 가능한 ³로 6 6메탄량은 기존 2, 521×10 Nm ³에서 2, 317×10 Nm어들며, 이에 따른 메탄 잔여율 Re 2020년 1.01%, 2030 년 0.76%, 2040년 0.70%이다. 표면발산 유량과 산화율의 관계는 매립장 조건에 따라 큰 차이가 나므로 향후 이에 대해서는 후속연구가 필요하다.
이상에서 본 바와 같이, LS1의 경우 매립가스를 이용하려는 목적이 아닌 경우 포집을 중단하여도 향후 복토층 산화 후 대기로 배출될 양은 총 메탄 발생 가능량의 2% 미만이다. 따라서 향후 포집율을 줄여 포집 매립가스 내 외기함량을 낮추는 것이 바람직하다.

후속연구

LS1의 경우 안전율의 적용여부에 따라 다르겠으나 Eq. (4)의 안전율을 1로 할 경우 BOD는 2020년, COD도 수년 내 사후관리종료가 가능할 것으로 판단된다.
하여도 현재의 매립장 사후관리방식을 근본적으로 변화시킬 필요가 있다. 새로운 사후관리방안으로는 매립장의 호기화, 저 질소함유 폐수 공급방식의 바이오리엑터형 매립공법, 탈질유도를 위한 바이오리엑터형 매립공법 등에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. (Bae et al.
(2)와 같이 표현할 수 있다. 이는 실질적인 메탄 배출량의 반영이라는 측면과 함께 매립장 운영조직에서 복토관리에 대한 관심을 기울이게 하는 유인책이 될 수 있을 것이다.
최대 매립가스 발생 가능량 대비 잔존량의 비율인 R이 어느 수준 이하일 때 사후관리종료가 가능한지 그 기준을 정해야 하며, 이를 위해서는 과학적 근거에 기반한 정책적 판단이 필요할 것이다. 예로서 현 관련지침의 안정화 척도인 메탄 함량 5% 이하, 폐기물 내 유기물 함량 5% 이하, 그리고 메탄의 GWP 21을 고려할 때 R을 최소 5%로 보고 여기에 모델링 및 각종 자료의 불확실성, 안전율 등을 감안하여 그 이하로 할 수 있을 것이다.
70%이다. 표면발산 유량과 산화율의 관계는 매립장 조건에 따라 큰 차이가 나므로 향후 이에 대해서는 후속연구가 필요하다.

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Won, C. H., Kim, Y. K. and Kim Y. D. (1999), Removal of carbon and nitrogen within the crushed stones layer of simulated columns and construction proposal of columns and construction proposal of semi-aerobic landfill, J. Korea Society of Waste Management, Vol. 16, No. 6, pp. 604-613.
Zheng, Q. T., Kerry Rowe, R. and Feng, S. J. (2018), Design of vertical landfill gas collection wells considering non-homogeneity with depth, Waste Management, Vol. 82, pp. 26-36.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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