[논문]도시폐기물 매립지의 LFG 특성이 침하에 미치는 영향

안태봉; 진한규; 박대효

문제 정의

매립 현장에서는 여러가지 조기 안정화 방법을 이용하여 침하를 빠른 기간 내에 일으키고자 한다. 본 실험에서는 침출오수 순환살포방법을 채택하여 매립지 내부를 수분이 충분한 상태로 만들어 수분증가로 인해 혐기성 분해가 촉진되어 더 많은 양의 %4, 가 발생하게 하였다.
또한 폐기물 매립장에서 발생하는 침출수와 매립 가스의 복합적인 작용으로 매립지침하에 영향을 끼친다. 본 연구에서는 실내실험을 통해 매립지의 가스조성과 가스 발생량을 측정하여 LFG특성이 매립장의 장기적인 침하와 어떠한 관계가 있는지 규명하고 발생침출수의 재순환이 매립자의 조기 안정화에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다. 그리고 차후 매립가스발생량을 추정함에 있어 중요한 인자인 가스발생속도상수(&財G를 구하여 차후 가스발생랑(Qmg)을 예측하였다 이는 매립지에서 발생하는 가스발생패턴과 발생량을 추정하여 예상 잔존침하량을 예측할 수 있는 기초자료가 될 것이다.

가설 설정

인공 강우의 주입량은 Christensen과 Kjeldsen (1989)°] 제시한 일반적인 복토재를 사용한 경우에 지하로 침투하는 양에 준하여 주입하였으며 국내의 10년간 평균 강우량 중 20%가 지하로 침수되는 양이라 가정하여 lZ/如成로 결정하였으며 A, B매립조 모두 주입하였다 (한국수자원 공사, 1993).

제안 방법

, 。2의 조성은 gas meter(LMSx, gas data ltd)# 이용하여 측정하였으며 이때의 발생가스량은 가스압에 의한 상방치환 방법을 이용하여 발생량을 구하였다.
4. ^I매립조의 가스발생량과 가스조성이 침하에 어떠한 영향을 미치는지 연구해 보기 위해 침하량-가스 발생량과 침하량-일일가스성분을 알아보았다. 가스발생량이 증가하면서 침하도 함께 증가하며 A, B매립조 모두 운행 후 200일이 지난시점에서 침하량보다 증가하는 것을 알 수 있었으나 아직 혐기성 미생물에 의한 분해가 활발히 일어나지 않아 미량의 %4만이 발생하여 가스발생곡선을 예측하기에는 무리가 있었다.
B매립조의 침출수의 재순환양의 결정은 재순환양이 지나치게 많을 경우 매립조 내부의 온도를 하락 시켜 가수분해 및 산 형성반응을 저해하며 매립조내 침출수의 짧은 체류시간으로 미생물의 고정 성장이 저해되고 미생물의 유실현상이 발생하므로 본 실험에서는 우수 주입율인 '씨观아癌 기준으로 하여 5 배에 해당하는 5^ /weeks- 주입하였다 (신항식 등, 1996). 침출수의 재순환 및 인공우수의 정기적인 주입은 매립지 내 미생물의 성장을 위하여 30일 이후에 하루에 한번씩 재순환이 이루어졌다.
매립조내의 발생가스성분의 성상은 그림 5와 같이 A, B매립조 모두 비슷한 양상을 보인다. 가스의 구성비와 침하량과의 관계를 유추해 보기 위해 그림 6과 같이 침하량-매립조내 일일가스성분의 관계를 알아보았다. 이는 실험 중 매일 배출되는 가스의 성분변화를 측정하기 위한 것이다.
방법 중 침출수 재순환을 실시하였을 경우와 비교하였다. 매립지내에서 유기물이 분해하면서 발생하는 이산화탄소와 메탄가스가 시간이 경과함에 따라 변화하는 가스발생속도상수(為以心)및 가스 조성 및 가스발생량을 측정하였고 침하경향과의 관계를 얻고자 하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
한다. 본 실험에서는 침출오수 순환살포방법을 채택하여 매립지 내부를 수분이 충분한 상태로 만들어 수분증가로 인해 혐기성 분해가 촉진되어 더 많은 양의 %4, 가 발생하게 하였다. Wall and Zeiss(1995) 과 신항식 등(1996)은 침출수 재순환이 매립지의 분해, 안정화 종료 시간과 침하 발생에 미치는 영향을 연구하였으며 침출수 재순환이 초기 Cf妇 발생량의 증가에 미치는 영향도 확인을 하였다.
본 연구에서는 폐기물 모형 매립조를 제작하여 분해조건이 좋은 상태에서의 실내실험을 수행하였으며 조기 안정화 방법 중 침출수 재순환을 실시하였을 경우와 비교하였다. 매립지내에서 유기물이 분해하면서 발생하는 이산화탄소와 메탄가스가 시간이 경과함에 따라 변화하는 가스발생속도상수(為以心)및 가스 조성 및 가스발생량을 측정하였고 침하경향과의 관계를 얻고자 하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

모의 매립조 실험에 사용한 쓰레기 시료는 대전, 경주, 동해, 수원, 서우 수도권 등에서 발생하는 일반 쓰레기의 구성비를 참고하여 침출수를 재순환 시키지 않은 A(Leachate not recycled)매립조와 침출수를 재순환 시킨 B(Leachate recycled)매립조로 구분하여 같은 성분의 시료를 충진시켜 넣었다 (박현일과 이승래, 2000).

성능/효과

1. 현재까지 운전결과 폐기물 모형 매립조의 침하양상은 선형으로 증가하였으며 A매립조가 B 매립 조보다 초기수직변형(Vertical strain)이 느슨한 입자의 압축 및 구성물질의 재배열에 의해 크게 나타났으나, 침출수 재순환을 시킨 이후 시간이 경과함에 따라 분해에 의한 침하효과는 작게 나타났지만 그 차이가 감소하여 오히려 B매립조에서 더 많은 침하가 일어났다. 이는 침출수 재순환이 매립지 내의 침하향상에 효과가 있는 것으로 판단되며 유기성고형물이 분해에 의한 가스발생량이 많을수록 침하량 또한 이에 비례하여 증가하는 것을 확인하였다.
2. 매립조내의 발생가스의 성분은 A, B매립조 모두 비슷한 양상을 보였다.는 산소에 의한 유기물의 분해에 의해 초기 호기성 상태에서 95%까지 급격히 증가하였고 A매립조는 240일 이후 50~45%, B매립조에서는 270일 이후 35~30%를 유지하고 있다.
3. _■매립조내의 가스발생량은 유기물의 분해에 의해 증가하며 온도가 상승할 경우 A매립조보다 상대적으로 수분의 함량이 높은 B매립조에서 가스의 발생이 많았다. 이는 온도가 분해에 크게 영향을 미치며 수분의 함량이 높을 경우 미생물의 성장에 적합한 환경이 조성되는 것을 알 수 있었다.
6. 폐기물 모형 매립조를 제작하여 실내실험으로 실제 매립지보다 좋은 분해조건에서 실험을 수행하여 여러 가지 결론을 얻었으나 유기성 고형물의 실제 분해기간은 매우 길게 소요되며 이에 비하여 매립 조의 운전시간이 현재까지 그리 길지 않았기 때문에 침출수 재순환에 의한 유기물의 분해량의 차이 또한 그리 크지 않았다. 이에 따라 혐기성 분해에 의한 %4의 발생도 미량만이 검출되었다.
^I매립조의 가스발생량과 가스조성이 침하에 어떠한 영향을 미치는지 연구해 보기 위해 침하량-가스 발생량과 침하량-일일가스성분을 알아보았다. 가스발생량이 증가하면서 침하도 함께 증가하며 A, B매립조 모두 운행 후 200일이 지난시점에서 침하량보다 증가하는 것을 알 수 있었으나 아직 혐기성 미생물에 의한 분해가 활발히 일어나지 않아 미량의 %4만이 발생하여 가스발생곡선을 예측하기에는 무리가 있었다.
초기 침하량이 작게 측정된 B매립조에서 침출수를 재순환 시킨 30일 이후부터 시간에 따라 수직변형(Vertical strain)이 증가하여 A매립조와의 차이가 점차 감소하여 240일 이후에는 B매립조에서 더 큰 침하가 발생하였다. 또한, 이시기가 B매립조가 A매립조보다 가스량이 더 많이 발생한 시점이라는 것을 알 수 있었다 (그림 7. 매립조내의 가스발생량).
현재까지 운전결과 폐기물 모형 매립조의 침하양상은 선형으로 증가하였으며 A매립조가 B 매립 조보다 초기수직변형(Vertical strain)이 느슨한 입자의 압축 및 구성물질의 재배열에 의해 크게 나타났으나, 침출수 재순환을 시킨 이후 시간이 경과함에 따라 분해에 의한 침하효과는 작게 나타났지만 그 차이가 감소하여 오히려 B매립조에서 더 많은 침하가 일어났다. 이는 침출수 재순환이 매립지 내의 침하향상에 효과가 있는 것으로 판단되며 유기성고형물이 분해에 의한 가스발생량이 많을수록 침하량 또한 이에 비례하여 증가하는 것을 확인하였다.

후속연구

여기서 A, B매립조 모두 가스발생이 증가하면서 침하량 또한 함께 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나 현재 진행된 운전과정은 분해에 의한 침하초기단계이고 혐기성분해에 의한 如4의 발생이 미비한 상태이므로 차후 장기간 매립조운전이 이루어져야 할 것이다.
본 연구에서는 실내실험을 통해 매립지의 가스조성과 가스 발생량을 측정하여 LFG특성이 매립장의 장기적인 침하와 어떠한 관계가 있는지 규명하고 발생침출수의 재순환이 매립자의 조기 안정화에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다. 그리고 차후 매립가스발생량을 추정함에 있어 중요한 인자인 가스발생속도상수(&財G를 구하여 차후 가스발생랑(Qmg)을 예측하였다 이는 매립지에서 발생하는 가스발생패턴과 발생량을 추정하여 예상 잔존침하량을 예측할 수 있는 기초자료가 될 것이다.
이에 따라 혐기성 분해에 의한 %4의 발생도 미량만이 검출되었다. 와 %4발생곡선을 예측하여 매립장의 잔존침하량과의 연관성을 알기에는 차후 장기간의 매립조운전이 수행되어야 할 것이다.
추후 매립가스발생량(@〃心)을 예측하는 일차 분해모델에서 가스발생속도상수( A乙殆)는 매 립지가 위치한 환경조건에 기초한 값으로 매립가스가 발생하는 속도를 결정하는 매우 중요한 추정인자이다. 식 (1)에 필요한 인자들( f, C, R, OC )을 실내 매립조실험을 통하여 구하였으며, A (Leachate not recycled) 매립조 0.

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