본 연구에서는 현재 사용 종료된 매립지 재사용을 위해 정비를 실시 중인 전국 매립지 중에서 충남 공주시 금홍동에 위치한 사용 종료된 매립지를 대상으로 하여 사업 지구 및 그 주변지역의 환경질 평가를 위하여 토양에 관한 오염도 조사를 실시하였다. 시료는 매립지 내 1개 지점과 주변 논 2개 지점, 밭 1지점으로 총 4개 지점에서 채취하였다. 토양시료의 분석항목은 토양환경보전법에서 제시하는 총 11개 항목으로 하였으며, 실험방법은 토양오염공정시힘방법에 준하여 실시하였다. 실험결과 토양환경보전법상 농경지에 대한 우려기준과 비교하여 전 항목이 기준에 크게 미치지 못하는 것으로 나타났다. 토양질의 면에서 된다면 이 매립지 부지는 일반적인 용도의 토지로써 사용이 가능하다고 사료된다.
본 연구에서는 사용종료 매립지인 G 매립지를 대상으로 환경질에 대한 평가를 실시하였다. 대상 매립지는 현재 재개발을 위해 공사중에 있는 매립지로서 공사에 앞서 오염도에 대한 정확한 평가가 필요로 할 것이다. 환경질 평가로서 매립지 및 주변 토양, 지하수 그리고 침출수에 대해서 분석하였다. 분석은 현재 기준상에 있는 항목을 위주로 실시하였다. 분석결과 토양시료의 경우 토양오염기준을 만족하였으나 지하수 및 침출수의 경우 일부 항목에서 기준치 이상의 결과를 나타냈다. 따라서 매립지 복원공사시 전체적인 오염도를 고려하여 정화를 하는 노력이 필요할 것으로 판단되어 진다.
가정 및 산업폐기물 등은 매년 급격한 증가 추세에 있으며, 이에 따라 쓰레기 매립지의 수요가 점점 늘어가는 실정이다. 그러나 매립지 건설은 차수층의 고비용으로 인하여 많은 문제점이 발생되고 있으며, 매립지에서 발생하는 침출수는 주변 토양 오염은 물론 지하수 오염 등 2차 오염의 원인이 되고 있다. 이에 본 연구는 매립지 후보지로 선정된 현지토를 주 재료로 사용하고 플라이애시, 벤토나이트, 시멘트를 혼합재료로 사용하여 차수재 조건($1{\times}10^{-7}cm/sec$ 이하)을 만족시킬 수 있는 적정 혼합비를 결정하고 매립지 차수재로서의 이용 가능성을 규명하는데 그 목적이 있다. 적정 혼합비를 산정하기 위하여 기본 물성 시험과 함께 다짐 시험, 압밀 시험 및 일축 압축 실험을 실시하였으며, 실험 결과 벤토나이트 혼합비의 증가에 따라 투수계수가 감소하고 있으나 플라이애시의 혼합비의 증가에 따라 투수계수는 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 이유는 각각 벤토나이트의 팽창에 의한 간극 충진과 플라이애시 입자의 모양이 구형이고, 점착성이 없어 간극을 충진하지 못하기 때문으로 판단된다. 결론적으로 벤토나이트의 함량비가 15% 이상일 때 매립지 차수재 조건을 만족하는 최적 투수계수인 것으로 나타났으며 플라이애시를 혼합하는 경우 벤토나이트를 15% 이상 첨가한 상태에서 플라이애시를 20% 이하로 대체할 경우 매립지 차수재 조건을 만족하여 그 적합성이 판명되었다.
본 연구의 목적은 사용종료 비위생매립지의 안정화 정도를 평가하고 안정화되지 않은 사용종료 매립지의 재정비 방안을 도출하는데 있다. 안정화 정도는 기존 사용종료 비위생매립지 21개소의 매립폐기물 시료를 채취하여 그 성상을 분석하여 평가하였다. 물리적 성상으로는 토사, 유기물, 가연성 및 불연성으로 분석하였다. 그 결과 매립폐기물 시료를 채취한 9개소의 비위생매립지는 사용종료 후 10년 이상 경과되었음에도 완전한 안정화가 이루어지지 않았으며, 사용종료 비위생매립지의 재정비가 시급함을 알 수 있었다. 비위생매립지의 물리적 성상중 토사 함량이 높았으며 가장 높은 함량은 89.96%이었다. 이와는 달리 위생매립지의 경우는 9.89~11.12%로 토사함량이 낮았다. 따라서 선별이적처리에 의해 회수된 토사는 재정비를 해야하는 비위생매립지의 복토재나 건설재료로의 재활용할 수 있을 것으로 평가되었다.
폐기물 매립지에서 발생하는 침출수는 주변 환경오염은 물론 지하수 오염등 2차적 환경오염을 발생시킬 우려가 매우 크다. 따라서, 쓰레기 매립지에서는 차수층을 설치하여 침출수를 차단 정화시켜서 2차적인 환경오염을 막고 있다. 차수층으로 사용되는 재료는 불투수성재료로서 일반적으로 투수계수가 $1{\times}10^{-7}$ cm/sec 이하가 되는 재료를 사용한다. 이러한 저 투수성을 갖는 자연상태의 점성토를 현장 부근에서 대량으로 확보하기는 매우 힘들기 때문에 그에 상응하는 저투수성 재료를 확보하는 방법으로 수밀성이 좋은 혼화재를 현장에 분포하는 현장토에 혼합하여 사용한다. 즉 벤토나이트와 MCG 고화재를 이용한 혼합토는 폐기물매립지에서 차수층으로 널리 이용되는 재료로서 차수효과와 내구성에서 크게 인정받고 있는 재료이다. 본 연구는 배합재료(혼합토)에 따른 폐기물매립지 차수층의 변화를 벤토나이트, MCG 고화재를 이용하여 실험하였다. 이들 재료의 혼합비가 현장에 미치는 영향을 다양한 공학적 실험을 통하여 분석하였다.
최근 국내 폐기물 매립지는 대규모의 부지를 조성할 수 있는 해안의 점토지반 상에 시공되고 있으며 차수층의 강도증진과 차수층 바닥을 통한 침출수의 유출을 방지하기 위해 시멘트 고화 차수재를 많이 사용하고 있다. 그러나 점토 차수층에 비해 큰 강성을 가지고 있는 시멘트 차수층은 매립되는 쓰레기 하중에 따라 침하가 동반되고, 부등 침하가 발생할 경우 차수층에 균열이 발생될 수 있다. 본 연구에서는 폐기물 침출수의 유출을 방지하기 위해 Go매립지 점토를 혼합하여 만든 자가형성(Self-Sealing) 및 자가치유(Self-Healing) 차수층의 적용성을 평가하기 위해 삼축투수시험과 일축압축시험을 실시하였으며, 국내에 폭 넓게 분포하는 화강풍화토를 혼합하여 SSSH 차수층을 시공할 경우, 본 공법이 적용 가능한지를 평가하기 위해 자가형성(Self-Sealing)에 대한 시험을 실시하였다. 그 결과 점토가 혼합된 SSSH 차수재의 투수계수는 폐기물 관리법에서 요구하는 기준치보다 작은 값을 갖고 있었으며 일축압축강도 역시 증가되는 경향을 나타내었고, 화강풍화토와 벤토나이트가 혼합된 SSSH 차수재는 점토만을 사용한 경우보다 좋은 개량효과를 보였다.
폐기물 매립지의 조기 안전화를 위해 여러 가지 Chemical Oxidation법이 개발되어 왔지만, 이 방법을 폐기물 매립지에 적용하고 난 후에 생성될 수 있는 부산물들이 주변 환경에 영향을 줄 가능성이 있다. 그래서, 이 방법을 실제 매립지에 적용하기 전에, 일본 키타큐슈에 있는 소각재가 묻혀 있는 모형 매립지에 다섯 가지 조건 -A, 콤포스트 추가; B, 과산화수소수 살수; 과산화수소수+공기주입; D, 공기주입; E, control- 을 적용하여 그 효능을 테스트하였고, 이 매립지에서 이 방법들의 적용 후에 생성되는 침출수의 급성 독성을 세 가지 microbiotests를 이용하여 monitoring하였다. 테스트 기간 중, 침출수의 수질은 개선되었고, 그 급성 독성은 점차적으로 감소하였다. 과산화수소수와 공기의 조합을 적용한 후 생성된 침출수의 급성 독성이 가장 빨리 감소하여 폐기물 매립지의 조기 안정화에 도움을 주었다. 이러한 독성 시험 결과는 몇 가지 화학적 parameters와 상관성이 있었고 여기에 사용된 급성 독성 테스트법은, 매립지 안정화를 위한 Chemical Oxidation법의 적용 후, 침출수 수질을 monitoring하는데 적절하였다. 그러므로 폐기물 매립지의 조기 폐지 기준에 독성 시험의 포함을 고려해 볼 필요가 있다고 생각한다.
본 논문에서는 매립지의 복합 차수 및 덮개 시스템의 안정성 평가를 위하여 개별요소법이 적용되었다. 이 방법은 차수재들의 접촉면에서 유발되는 전단응력과 차수재에 발생하는 인장력을 예측할 수 있어 각각의 차수재에 대한 전단 및 인장파괴에 대한 안전율을 산정할 수 있다. 해석에서 덮개나 차수재료로 사용된 흙의 경우 절편으로 나눈 다음 각 측면들에 탄소성 Winkler 스프링으로 연결되는 것으로 가정하였으며, 지오맴브레인과 같은 차수재들의 경우 절편으로 나뉘어져 인장스프링으로 연결되었다고 가정하여 거동을 모델링하였다. 제안된 방법을 사용한 사례연구와 함께 예제해석에 대한 한계평형법에 근거한 기존 해석방법들과 비교를 통하여 제안된 방법의 적용성을 검토하였다.
매립장의 침하메카니즘은 매우 복잡하여 전통적인 토질역학적 방법으로만 해결하는 것은 적절한 방법으로 판단되지 않는다. 매립장은 다량의 유기물질이나 유기질토로 이루어졌기에 분해에 의한 침하방법도 고려하여야한다. 매립장의 유기물질 분해는 혐기성상태에서 분해가 이루어지는데 분해시 발생 가스는 이산화탄소($CO_2$)와 메탄($CH_4$)등의 성분으로 이루어진다. 매립장에서의 유기물질의 분해는 침하와 관계를 가지며 분해는 가스를 생성하므로 발생가스량에 따른 침하예측모델을 제안할 수 있었다. 또한 매립장의 조기안정화 방법으로 사용하는 침출수 재순환법을 적용하여 침출수를 재순환 한 매립조와 재순환을 하지 않은 매립조를 제작하여 가스발생과 침하특성을 비교 분석하였다. 제안한 가스모델을 침출수가 재순환하지 않은 매립조와 재순환한 매립조에 적용할 때는 각각 보정계수 1.4, 1.7이 필요하며 재순환 매립조의 침하촉진효과는 22% 증가하는 것으로 나타났다.
포항 일원을 포함하여 신생대에 형성된 지역의 경우, 매립을 위한 양질의 재료원이 부족하며, 미고결된 신생대 퇴적 이암을 도로성토재나 항만공사의 매립재로 활용하려는 시도가 진행되고 있다. 그러나 매립재로 사용되는 미고결 이암의 공학적 특성 및 환경적 영향 등이 아직까지도 명확하게 밝혀지지 않고 있다. 이암을 매립재로 활용하기 위해서는 흡수, 연화, 슬레이킹과 지질학적 메커니즘을 파악해야 하며 침하나 수침에 따른 강도 저하 등에 대한 특성 파악이 필요하다. 본 연구에서는 실내시험과 현장 시험시공을 통해 도로성토재나 매립재로 사용되는 이암의 적합성을 여부를 파악코자 하였다. 특히, 이암을 매립재로 활용하는 경우, 이암의 환경적인 영향을 반드시 고려해야 함을 알 수 있다. 본 연구결과, 이암을 도로성토재나 매립재로 활용하는 경우 발생할 수 있는 문제들을 미리 예방하는데 활용 할 수 있을 것으로 본다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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