[논문]단공주입양수 추적자시험을 이용한 폐기물매립장 주변의 침출수 확산 연구

강동환; 정상용; 김병우

단공주입양수 추적자시험을 이용한 폐기물매립장 주변의 침출수 확산 연구 원문보기

강동환 (부경대학교 환경지질과학과) , 정상용 (부경대학교 환경지질과학과) , 김병우 (부경대학교 환경지질과학과)

폐기물매립장에서 발생하는 침출수의 확산정도를 정량적으로 추정하기 위해 매립장 주변에 설치되어 있는 2개 지하수공(BWM-1, BWM-2)에서 단공주입양수 추적자시험이 실시되었다. 브롬(Br-) 이온이 추적자로 이용되었으며, 추적자시험은 주입단계, 체이서단계 및 양수단계의 과정으로 실시되었다. 시험대상 구간은 지표면하 $20{\sim}24m$에 해당하는 파쇄암반층이며, 주입율과 양수율은 추적자시험 이전에 실시되어진 양수시험 자료에 의해 산정되었다. BWM-1 지하수공의 단공주입양수 추적자시험에 의해 추정된 종분산지수는 공극율이 0.01, 0.05, 0.1 및 0.5인 경우에 각각 9.50, 4.25, 3.00, 1.34cm 이다. 시험대수층의 공극율은 대략 $0.05{\sim}0.20$의 범위이며, 따라서 종분산지수는 $2{\sim}4cm$인 것으로 추정된다. BWM-2 지하수공의 단공주입양수 추적자시험에 의해 추정된 종분산지수는 공극율 0.01, 0.05, 0.1 및 0.5인 경우에 각각 3.32, 1.49, 1.05, 0.47cm 이다. 시험대수층의 공극율은 대략 $0.05{\sim}0.20$의 범위이며, 따라서 종분산지수는 $1{\sim}2cm$인 것으로 추정된다. 폐기물매립장에서 침출수가 유출할 경우, BWM-2 지하수공 주변의 파쇄암반층이 BWM-1 지하수공 주변의 파쇄암반층보다 침출수 확산이 2배 정도 빠르게 발생할 것으로 추정되었다.

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문제 정의

내외에서 널리 실시되어 지고 있다. 본 연구에서는 폐기물매립장에서 유출되어지는 침출수가 주변대수층으로 확산되는 정도를 단공주입양수 추적자시험을 통해 정량적으로 추정하였으며, 향후에는 흡착(sorption) 반응에 의한 침출수확산의 지연(retardation) 정도를 연구하고자 한다. 또한, 본 연구는 매립장 침출수에 의한 주변지하수의 오염 및 확산 정도를 추정하고 예측함에 있어 시간과 비용적인 측면에서 매우 유용한 사례가 될 것으로 판단된다.

가설 설정

연구하기 위해서 처음으로 제시한 방법이다. 지하수 흐름조건은 방사상의 발산과 수렴이고, 자연적인 지하수 흐름 속도를 무시할 정도로 크다고 가정한다. 단공주입양수 추적자시험의 수행과정은 아래의 순서와 같다.

제안 방법

10이다. 그리고, 주입량은 0.2m1, 시험구간의 대수층 두께는 4m, 공극율은 0.01, 0.05, 0.1 및 0.5의 값을 적용하여 종분산지수를 추정하였다. 이상의 값들을 적용하여 구한 종 분산지수는 각각 3.
55로 나타났다. 그리고, 주입량은 0.2m2, 시험구간의 대수층 두께는 4m, 공극율은 0.01, 0.05, 0.1 및 0.5의 값을 적용하여 종분산지수를 추정하였다. 이상의 값들을 적용하여 구한 종 분산지수는 각각 9.
현장에서는 전기전도도의 측정 자료를 참고하여 시료채수 간격을 조절하였으며, 또한 시험종료 여부도 판단하였다. 단공주입양수 추적자시험의 과정은 추적자용액의 제조 → 추적자용액 주입 → 일반수 주입 → 양수 → 시료 샘플링 → 추적자농도 측정 순으로 실시되었다.
추적자용액의 주입이 완료됨과 동시에 추적자 성분이 함유되지 않은 물을 주입율과 동일하게 15분 정도 주입하였다. 양수율은 주입율과 동일하게 조절하였으며, 샘플시료는 180분 동안 연속적으로 양수하면서 1분 → 2분 → 4분 간격으로 채수하였다. 현장에서는 전기전도도의 측정 자료를 참고하여 시료채수 간격을 조절하였으며, 또한 시험종료 여부도 판단하였다.
용액의 주입 구간은 스크린이 설치되어 있는 지표면하 20~24m 구간이며, 시추조사 자료에 의하면 파쇄암반층에 해당된다. 추적자용액의 주입이 완료됨과 동시에 추적자 성분이 함유되지 않은 물을 주입율과 동일하게 15분 정도 주입하였다. 양수율은 주입율과 동일하게 조절하였으며, 샘플시료는 180분 동안 연속적으로 양수하면서 1분 → 2분 → 4분 간격으로 채수하였다.

성능/효과

1) BWM너 지하수공에서 실시한 단공주입양수 추적자시험 결과, 양수량/주입량 비에 대한 브롬 이온의 상대농도함수그래프를 이용하여 구한 무차원 양수부피증가분(ΔUp/Ui))은 3.55로 나타났으며, 주입량 0.2m2, 대수층 두께 4m, 공극율 0.01, 0.05, 0.1 및 0.5의 값을 적용하여 추정된 종 분산지수는 각각 9.50, 4.25, 3.00, 1, 34cm 이다. 시험대수층의 공극율은 대략 0.
2) BWM-2 지하수공에서 실시된 단공주입양수 추적자시험 결과, 양수량/주입량 비에 대한 브롬 이온의 상대농도함수그래프를 이용하여 구한 무차원 양수부피증가분(ΔUp/Ui))은 2.10으로 산정되었으며, 주입량 0.2m2, 대수층 두께 4m, 공극율 0.이, 0.05, 0.1 및 0.5의 값을 적용하여 추정한 종 분산지수는 각각 3.32, 1.49, 1.05, 0.47cm이다. 시험대수층의 공극율은 대략 0.
따라서, 폐기물매립장에서 대수층 내로의 침출수 유입 시 분산성은 낮을 것으로 판단된다. BWM-1 지하수공이 위치한 대수층에 비해 BWM-2 지하수공이 위치한 대수층에서의 침출수 확산의 지연정도가 2배 정도 높은 것으로 나타났다.
BWM-2공에서 실시되어진 단공주입양수 추적자시험에 의한 Up/Ui의 비율과 브롬이온의 농도값을 분석한 결과, 양수시작 16분 경과 후에 최고농도(6, 530mg/ℓ)에 도달하였으며, 16~90분 동안은 브롬이온의 농도값이 급격하게 감소하였고, 약 100분 후부터는 브롬이온의 농도가 안정화되어 160분 후에 시험을 완료하였다. 본 현장시험에서 산출된 Up/Ui 대 C/Co 함수그래프의 지수함수방정식은 Y = 1.
따라서, 폐기물매립장에서 대수층 내로의 침출수 유입 시 분산성은 낮을 것으로 판단된다. BWM너 지하수공이 위치한 대수층에 비해 BWM-2 지하수공이 위치한 대수층에서의 침출수 확산의 지연정도가 2배 정도 높은 것으로 나타났다.
BWM너공에서 실시되어진 단공주입양수 추적자시험에 의한 UJUi의 비율과 브롬이온의 농도값을 분석한 결과, 양수시작 8분 경과 후에 최고농도(5, 610mg/L)에 도달하였으며, 8~19분 동안은 브롬 이온의 농도값이 급격하게 감소하였고 약 160분 후부터는 브롬이온의 농도가 안정화되어 180분에 시험을 완료하였다. 본 현장시험에서 산출된 UP/UI 대 C/Co 함수그래프의 지수함수방정식은 Y = 1.
완료하였다. 본 현장시험에서 산출된 UP/UI 대 C/Co 함수그래프의 지수함수방정식은 Y = 1.06883911 X e-0.5627150046x 로 산정되었으며, 결정계수(R2)는 0.989341 로 매우 높게 나타났다(그림 1(a)). 양수량/주입량 비에 대한 브롬이온의 상대농도함수그래프를 이용하여 구한 무차원 양수 부피증가분(ΔUp/Ui))은 3.
시험을 완료하였다. 본 현장시험에서 산출된 Up/Ui 대 C/Co 함수그래프의 지수함수방정식은 Y = 1.333370357 x e-0-9620837395z 로 산정되었으며, 결정계수(lY)는 0.949206으로 매우 높게 나타났다 (그림 1(b)). 양수량/주입량 비에 대한 브롬이온의 상대농도함수그래프를 이용하여 구한 무차원 양수 부피증가분(ΔUp/Ui))은 2.
5의 값을 적용하여 종분산지수를 추정하였다. 이상의 값들을 적용하여 구한 종 분산지수는 각각 3.32, 1.49, 1.05, 0.47cm로 산정되었다. 공극율이 증가할수록 종분산지수는 낮게 나타났다.
5의 값을 적용하여 종분산지수를 추정하였다. 이상의 값들을 적용하여 구한 종 분산지수는 각각 9.50, 4.25, 3.00, 1.34cm로 산정되었다. 공극율이 증가할수록 종분산지수는 낮게 나타났다.

후속연구

본 연구에서는 폐기물매립장에서 유출되어지는 침출수가 주변대수층으로 확산되는 정도를 단공주입양수 추적자시험을 통해 정량적으로 추정하였으며, 향후에는 흡착(sorption) 반응에 의한 침출수확산의 지연(retardation) 정도를 연구하고자 한다. 또한, 본 연구는 매립장 침출수에 의한 주변지하수의 오염 및 확산 정도를 추정하고 예측함에 있어 시간과 비용적인 측면에서 매우 유용한 사례가 될 것으로 판단된다.
대수층 내로 폐기물매립장에서의 오염물 유입 시 분산성은 낮을 것으로 판단된다. 또한, 시험구간의 파쇄암반층에는 점토질 물질이 충진되어 있어 투수성이 매우 낮아 침출수의 확산을 상당히 지연시킬 것으로 판단되어 진다.

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