본 연구는 소각재 주체의 준호기성 매립지를 대상으로 폐기물 매립지가 보유하고 있는 오염물질에 대한 정화능력을 최대한 활용할 수 있는 조기안정화 매립공법을 개발하기 위한 기초적 연구로, 대형 모의 매립실험을 약 4년간 실시하여 폐기물 매립고의 차이에 따른 오염물질의 정화능을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다. TOC 성분은 폐기물 매립고가 증가할 수록 매립지내에서의 분해량이 많아지는 것으로 나타났으며, T-N의 경우에는 매립고 6m까지는 매립고가 증가할수록 폐기물의 분해능이 향상되는 것으로 나타났으나, 6m 이상부터는 매립고의 증가와는 무관한 것으로 나타났다. 따라서 모의 매립조 내부에서의 TOC와 T-N 성분의 물질수지를 평가할 때 폐기물 매립고가 6m정도 일때 오염물질에 대한 정화능이 가장 뛰어난 것으로 평가되었다.
매립장 침출수로 인해 오염된 매립장 주변 지하수 정화를 위한 실내실험을 실시하였다. 오염물로는 대표적 염화용제인 TCE와 PCE, 그리고 중금속인 As, Cd, Cr, Pb에 대하여 Air-sparging, 오존 산화법, 화학적 처리방법에 의한 정화효율 실험을 실시하였다. Air-sparging은 TCE, PCE에서 높은 제거효율을 가졌으며, 오존 산화법은 Cr, Pb에서 제거 효율이 좋았다. 반응제를 첨가한 공침방법의 경우, 모든 중금속에 대하여 소석회 첨가시 매우 높은 제거효율을 보였으며, As는 황산제일철에서, Cd, Cr, Pb는 탄산칼슘과 제올라이트 첨가시 높은 제거효율을 나타내었다. 실험결과로부터, 유기오염물과 중금속이 혼합되어 나타나는 매립장 주변 오염 지하수의 경우 휘발성 유기오염물의 제거를 위해서는 폭기방법이, 중금속의 경우에는 공침방법에 의해 수산화물, 탄산염으로 만들어 고형물로 처리하는 방법이 제거효과가 좋은 것으로 나타났다.
본 연구는 공기주입에 의한 고형 폐기물의 빠른 안정화를 달성할 수 있는 매립지의 호기성 공정을 평가하는 것을 목표로 하였다. 실험은 매립지에서 최적의 공기주입방법을 평가하기 위해 선별토사를 충전한 4개의 모의 매립조(혐기성, 1PV(pore volume/day)공기주입, 5PV 공기주입, 10PV 공기주입)를 운영하였다. 선별토사를 충전한 bioreactor를 호기성으로 운전한 경우에 공기를 주입하지 않은 bioreactor에 비해 유기물 분해가 뛰어난 것으로 나타났다. 매립가스의 발생량 및 조성변화와 soil respiration test 결과로부터 5 PV/day으로 공기를 주입한 bioreactor가 유기물 분해율이 가장 높은 것으로 나타났다.
우리나라는 폐기물매립지의 사용이 종료되면 즉시 차단형 최종복토층을 설치하고 30년간 사후관리를 하도록 규정하고 있다. 하지만 우수의 침투를 차단하는 최종복토층의 설치는 매립된 유기성 폐기물의 분해를 지연시키고, 침출수로 용출되는 오염물질의 양을 저감시킴에 따라 사후관리가 종료된 이후에 오염물질이 배출되어 주변을 오염시킬 우려가 있다. 본 연구에서는 실험실 규모의 모의매립조를 이용하여 약 7개월간 동일한 조건에서 인공우수를 주입한 후, 이후 8.4개월 동안 최종복토를 가정하여 매립지 내부로 유입되는 강수량을 달리한 경우에 침출수로 배출되는 오염물질의 양을 관찰하였다. 실험 결과로부터 폐기물 매립지의 사용종료 후 즉각적으로 차단형 최종복토층을 설치하는 것보다는 어느 정도 우수의 침투를 허용하는 임시복토층을 설치하는 것이 사후관리기간이 종료된 이후의 환경관리 측면에서 유리할 것으로 판단된다.
본 연구의 목적은 호기성 매립지에서 함수율 및 수분주입 방법이 폐기물 분해에 미치는 영향을 평가하는데 있다. 초기 함수율(20%, 30%, 40% 및 50%)이 매립 폐기물 분해에 미치는 영향을 평가하기 위해 호흡율 실험을 수행하였다. 그 결과 누적 산소소모량과 산소 소모율은 초기 함수율에 의해 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며, 초기 함수율이 증가할수록 증가하였다. 둘째, 매립지 내부 수분주입 방법으로서 드라이포그 시스템의 효율을 평가하기 위해 모의매립 실험을 수행하였다. 실험 결과 수분의 수직 주입방법과 비교하여 드라이포그 시스템이 유기성 폐기물의 분해를 촉진함을 보여 주었다. 또한 드라이포그 시스템은 수직 주입방식보다 매립지 내부에서 더욱 균일한 수분 분포를 나타내었다.
비위생 매립지의 단층형 복토시스템을 위한 산업부산물의 응용성과 적합성을 평가하기 위하여 건설폐기물, 석탄회, 폐석고(인산석고), 슬래그(고로, 제강)와 석분슬러지를 대상으로 연구하였다. 먼저 대상 산업부산물들의 다양한 물리화학적, 수리역학적 특성들이 조사되었다. 그리고 배치실험과 장기간 용출시험을 통하여 이들 산업부산물들의 환경안정성도 검토하였다. 뿐만 아니라, 대상 산업부산물들에 식물을 조성해 봄으로써 식생의 적응성도 평가해 보았다. 산업부산물들의 물리화학적 특성 분석결과, 연구대상인 산업부산물 대부분이 매립지 복토재로 적합한 것으로 나타났다. 특히 모든 연구대상 산업부산물들에서 폐기물관리법에서 규정한 유해한 무기원소 종들의 농도가 규제치를 초과하지 않은 것으로 조사되었다. 이와 더불어, 석분슬러지만 제외하고 그 외 모든 대상 물질들에서 토양환경보전법에서 규제하는 원소들의 농도가 기준치 이하로 검출되었다. 배치실험과 장기간 용출시험 결과로부터 석탄회와 건설폐기물이 고려한 산업부산물들 중에서 매립지 복토재로서 가장 적합한 것으로 선정되었다. 식물 육종실험 결과, 석탄회가 가장 빠른 발아와 가장 큰 생육지표를 보여서 매립지 복토재로 이용될 경우 식생 조성에서 가장 효과적일 것으로 평가되었다. 일반토사와 석탄회로 혼합된 최종복토시스템에서 최적의 축분퇴비 시비는 헥타르당 40$\sim$50톤인 것으로 조사되었다.
가스와 물이 공존하는 쓰레기 매립지에 개설된 여러개의 포집정으로부터 매립가스와 침출수의 추출량을 정확히 예측한다는 것은 매우 어렵다. 그러나 매립지 공극에 포함된 침출수와 가스의 상대적인 투과능력을 파악할 수 있다면 추출량을 어느정도 예측할 수 있다. 즉, 현장과 유사한 실험환경에서 침출수와 가스의 상대유체투과도를 측정하여 이 값을 다공질 매질을 통과하는 다상 유체유동방정식의 입력자료로 사용함으로써 포집정으로부터 각상의 추출량을 얻을수 있다.
본 연구에서는 펜톤산화반응에서 과산화수소의 분해촉매로 일반적으로 쓰이는 Fe(II) 형태의 철염대신 Fe$^{\circ}$형태의 분말 철을 이용한 펜톤유사반응(Fenton-like oxidation)에 의한 매립지 침출수(sCODcr 1,100 mg/L, pH 8)의 CODcr 제거특성에 관한 회분식 처리실험을 수행하였다. 실험조건으로는 상온, 상압조건에서 Jar tester를 사용하여 분말 철의 주입 량과 산 세척도, 초기 반응 pH, 과산화수소의 주입 량을 변화시켜가며 침출수의 CODcr 제거효율 의 변화를 관찰하였으며, 이때 과산화수소의 분해 특성과 반응 중 pH의 변화도 함께 분석하였다. 반응은 모든 조건에서 대부분 약 30분 이내에 종료되었으며 그 이후의 반응변화는 미미하였다. 산 세척에 의한 분말 철 표면의 개질로 반응성의 향상을 관찰할 수 있었으며, 분말 철 주입 량을 증가함에 따라 반응속도가 일정하게 증가함을 알 수 있었다. 본 연구에 서 CODcr의 제거 효율에 가장 큰 영향을 보여준 실험변수는 pH 였으며, 원수의 pH(8)를 2-4까지 조절하여 반응을 시켰을 때 최대 75%의 CODcr 제거효율을 얻을 수 있었다. 반응중 pH는 모든 조건에서 시간에 따라 증가하여 약 pH 9에서 더 이상 변화하지 않았다. 용액내 과산화수소의 잔류농도의 곡선은 반응 중 CODcr의 곡선과 유사한 변화를 나타내었다.
저강도고유동화재는 다짐이 필요 없고 유동성이 큰 물질로 일반적으로 시멘트, 비회, 잔골재, 물, 혼화제 등을 혼합하여 만들어진다. 기존의 CLSM은 잔골재로 모래를 사용하고 있으나 때문에 모래가 점점 구하기 어려워지는 현재 우리나라 실정에서는 그대로 사용하기 곤란하다. 본 연구에서는 모래대신 매립회를 이용하여 매립회, 비회, 시멘트, 물의 혼합물로 만들어진 CLSM의 강도특성을 조사하여 사용가능성을 제시하고자 한다. 일축압축강도실험결과 기준 일축압축강도(0.5MPa~1.0MPa)를 만족하는 배합비는 매립회와 비회의 혼합비 0:100~70:30, 시멘트비 3.0~5.0%, 함수비 31~34%로 나타났다. 플로우시험 결과 매립회와 비회를 혼합하여 사용하는 모든 경우(매립회와 비회의 비 30:70~70:30)에서 기준 플로우값(0.2m)를 만족하였다.
본 연구는 준설매립과정에서의 관중혼합 거동을 3차원 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 통해 분석한 연구로 준설토 배송관과 개질재 주입관이 합류하며 발생되는 이상(2-phase)유체의 혼합효율을 사전 평가함으로써 관중혼합 양상을 고찰하는 물리실험의 시행착오를 줄여 경제성을 증진시키는데 연구목적을 두고 있다. 수치해석에 이용된 CFD 코드는 OpenFOAM$^{(R)}$이고, 몇 가지의 기본가정 하에 배송관-주입관의 관경과 합류각을 변화시켜 총 18가지 경우에 대한 삼상(3-phase)유체 거동을 모의하였다. 그 결과 혼합효율에 대한 우열은 있었으나 그 차이는 미미하였고, 모든 경우에서 각 재료 사이의 경계층이 뚜렷하게 형성되었다. 이러한 현상을 극복하기 위한 보완 실험을 통해 경계층 파쇄(破碎)를 위한 관 내 부속 구조물이 고안되었으며, 본 연구에서 제시된 구조물은 단거리 배송관로 내 준설토와 개질재의 혼합효율을 크게 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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