[논문]복합차수층에서 침출수에 의한 투수특성 변화에 관한 연구

정인호; 이재영; 하현중; 최상일

문제 정의

본 연구에서는 이러한 기능성 차수재로서 원지반토양에 고화재를 첨가한 차수층과, 원지반토양에 벤토나이트와 미생물 배양액을 주입한 차수층에 대하여 차수재로서의 기능을 평가하고, 미생물 배양액 주입에 따른 침출수에 대한 내구성을 평가하고자 한다.
본 연구에서는 현장 지반토양을 활용한 고화재 및 벤토나이트를 첨가하여 매립지 차수층으로서의 활용 가능성을 평가하고, 차수층에 첨가한 미생물에 의한 Bio-barrier의 형성과 차수능 개선 및 원지반 토에 벤토나이트와 미생물 배양액을 첨가한 차수층을 최종복토층의 차단층으로 적용할 경우 매립지 복토 층으로서의 기능을 평가하였다.

제안 방법

BLM층에 첨가된 미생물 배양액의 주입에 따른 Bio-barrier기능평가실험은 투수계수측정, 양이온 용출 특성, TOC 용출특성의 내용으로 진행하였다. 실험결과 투수계수의 변화에서 미생물 배양액을 첨가하지 않고 침출수를 주입한 컬럼에서 미생물 배양액을 첨가한 조건에 비해서 침출수 주입에 따른 투수 계수증가가 현저하게 나타나는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 원지반토양에 고화재를 첨가한 BLT(Bio-Liner, Top layer)층과 원지반토양에 벤토나이트와 미생물 배양액을 첨가한 BLM(Bio-Liner, Middle layer)층에 대하여 실험하였다. 각 층의 혼합비율 내용을 정리하여 Table 1에 나타내었다.
용출액의 양을 확인하여 투수계수 값을 산출하였다.
원지반토양에 대한 토질시험은 비중, 입도실험, 액성 · 소성 한계, 다짐시험을 실시하였다.
유출수의 유출량을 확인하여 투수계수를 산출하였으며, 1주일 단위로 시료를 취하여 pH, 전기전도도 (EC; Electrical Conductivity), 양이온(Na, Ca, K, Mg), TOC를 측정하였다.
컬럼에 증류수와 침출수를 주입하였다. 증류수를 주입한 컬럼에서는 시간의 경과에 따른 물리적인 조건 변화에 따른 투수계수변화를 관찰하였고, 침출수를 주입한 컬럼에서 미생물 배양액을 첨가한 조건과 첨가하지 않은 컬럼에서 투수계수 및 침출수의 오염물질 농도변화를 비교 시험하였다. 침출수를 주입한 컬럼에서 미생물 배양액을 첨가한 컬럼은 2개를 설치하여 실험을 진행하였다.
증류수를 주입한 컬럼에서는 시간의 경과에 따른 물리적인 조건 변화에 따른 투수계수변화를 관찰하였고, 침출수를 주입한 컬럼에서 미생물 배양액을 첨가한 조건과 첨가하지 않은 컬럼에서 투수계수 및 침출수의 오염물질 농도변화를 비교 시험하였다. 침출수를 주입한 컬럼에서 미생물 배양액을 첨가한 컬럼은 2개를 설치하여 실험을 진행하였다.
컬럼에 증류수와 침출수를 주입하였다. 증류수를 주입한 컬럼에서는 시간의 경과에 따른 물리적인 조건 변화에 따른 투수계수변화를 관찰하였고, 침출수를 주입한 컬럼에서 미생물 배양액을 첨가한 조건과 첨가하지 않은 컬럼에서 투수계수 및 침출수의 오염물질 농도변화를 비교 시험하였다.

대상 데이터

BLM-10% 시료와 동일한 조건으로 혼합한 토양을 직경 5cm, 높이 12cm stainless steel 컬럼에 다짐하여 충진하였다. 시험에 사용한 침출수는 K매립지에서 채수하여 시험 전 GFC 여과지를 이용하여 여과하여 약 10C 조건에서 보관하여 실험하였다.

이론/모형

본 연구에서는 BLT, BLM 시료 각각의 혼합비에 대하여 차수재로서의 적합성을 평가하기 위하여 ASTM D 5084 (Flexible-well permeameter)방법으로 투수계수를 측정하였다.

성능/효과

BLT, BLM 각 층에서 8% 혼합비율에서도 국내 폐기물 매립지 차수층 기준인 1 × 10-7cm/sec를 만족하는 투수계수를 나타내었다.
TOC(Total Organic Carbon) 측정결과 Blank-DW 컬럼에서는 TC(Total Carbon)의 대부분이 IC(Inorganic Carbon)임을 알 수 있었고 이는 컬럼의 토양으로부터 IC 성분이 용출되고 시간이 경과하면서 용출 농도가 낮아지는 것으로 판단된다. 침출수가 유입된 컬럼의 TC와 TOC 측정결과에서 BLM column에서도 3주 후 용출된 시료에서부터 농도가 증가하지만 IC의 측정값은 크게 변하지 않음을 알 수 있었다.
것을 알 수 있었다. 그러나 침출수가 유입된 컬럼에서는 농도가 증가하고 있으며, 특히 Blank-Le컬럼에서는 Na, Ca, Mg이 높은 농도로 용출되는 것이 확인되었다. 그러나 potassium의 경우 침출수가 유입된 모든 컬럼에서 비교적 낮은 농도만이 용출되는것을 알 수 있다.
29%로 세립토의 함량이 높은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에 사용된 지반 토양은 고화재 및 벤토나이트를 첨가할 경우 양호한 차수재로 적합한 것으로 사료된다.
미생물 배양액이 첨가되지 않은 Blank-Le column에서 BLM 10% column보다 침출수 유입에 따라 투수계수가 빠르게 증가하는 것을 확인하였다.
TOC 용출특성의 내용으로 진행하였다. 실험결과 투수계수의 변화에서 미생물 배양액을 첨가하지 않고 침출수를 주입한 컬럼에서 미생물 배양액을 첨가한 조건에 비해서 침출수 주입에 따른 투수 계수증가가 현저하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 투수계수의 증가와 더불어 TOC 값 또한 증가하는 것을 알 수 있었다.
실험에 사용된 원지반 토양의 물성시험결과 토양은 SC계열의 토양으로 분류되었고, NO. 200 체 통과량이 39.29%로 세립토의 함량이 높은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에 사용된 지반 토양은 고화재 및 벤토나이트를 첨가할 경우 양호한 차수재로 적합한 것으로 사료된다.
3.3 양이온 용출특성
용출액의 양이온농도를 측정한 결과 Blank-DW 컬럼에서는 시간이 지나면서 용출되는 농도가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 그러나 침출수가 유입된 컬럼에서는 농도가 증가하고 있으며, 특히 Blank-Le컬럼에서는 Na, Ca, Mg이 높은 농도로 용출되는 것이 확인되었다.
이는 첨가한 벤토나이트의 영향으로 판단된다. 전기전도도(EC; Electrical Conductivity) 측정결과 증류수가 유입된 column에서는 시간이 경과하면서 감소하는 경향을 보이지만, 침출수가 유입된 column에서는 증가하였다. 특히 Blank-Le column에서 BLM-Le column보다 전기전도도의 증가가 빠르게 진행되었다.
Carbon)임을 알 수 있었고 이는 컬럼의 토양으로부터 IC 성분이 용출되고 시간이 경과하면서 용출 농도가 낮아지는 것으로 판단된다. 침출수가 유입된 컬럼의 TC와 TOC 측정결과에서 BLM column에서도 3주 후 용출된 시료에서부터 농도가 증가하지만 IC의 측정값은 크게 변하지 않음을 알 수 있었다.
실험결과 투수계수의 변화에서 미생물 배양액을 첨가하지 않고 침출수를 주입한 컬럼에서 미생물 배양액을 첨가한 조건에 비해서 침출수 주입에 따른 투수 계수증가가 현저하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 투수계수의 증가와 더불어 TOC 값 또한 증가하는 것을 알 수 있었다.

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