KR100279802B1 - 폐기물 매립용 복토재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수산화칼슘, 산화칼슘 또는 탄산칼슘 같은 칼슘화합물과 백토, 제올라이트, 활성탄, 실리카겔, 알루미나와 같이 표면적이 커서 큰 흡착능력을 갖는 광물성 물질 및 하수스럿지(Sewage Sludge)를 주원료로 하는 폐기물 매립용 기능성 복토재(覆土材)에 관한 것이다.

폐기물 매립지용 복토재에 있어서, 칼슘화합물(수산화칼슘, 산화칼슘 또는 탄산칼슘) 40∼70wt%, 백토 10∼30wt%, 생석회 처리한 하수스럿지 5∼20wt%로 조성함을 특징으로 하는 폐기물 매립지용 기능성 복토재는 폐기처분에도 어려움을 격고 있는 하수스럿지를 재활용하고 매립지의 안정화 속도를 촉진시켜 줄 수 있고, 우수등 유입수가 쓰레기 매립장 내부로 침투되어 침출수가 발생되는 것을 억제하며, 유기물의 분해를 촉진시키고, 유기물 분해시 생성되는 산성물질들을 중화시켜 결과적으로 침출수의 COD, BOD 농도와 중금속의 함량을 감소시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

Description

폐기물 매립용 복토재

본 발명은 수산화칼슘, 산화칼슘 또는 탄산칼슘 같은 칼슘화합물과 백토, 제올라이트, 활성탄, 실리카겔, 알루미나와 같이 표면적이 커서 큰 흡착능력을 갖는 광물성 물질 및 하수스럿지(Sewage Sludge)를 주원료로 하는 폐기물 매립용 기능성 복토재(覆土材)에 관한 것이다.

일반적으로 쓰레기는 소각과 매립의 2가지 방법으로 처리되고 있다. 매립에 의한 쓰레기 처리방법은 소각장의 설치 및 운영에 따른 비용등을 고려시 소각방법에 비하여 비용이 적게 들고 일정 기간이 경과되어 매립지가 안정화되게 되면 대단위 택지 등으로 다시 활용할 수 있는 이점이 있어 국내의 경우는 쓰레기 처리의 90% 이상을 매립방법에 의존하고 있다. 쓰레기의 매립처리에 있어 대량의 복토재가 사용되므로 매립처리 기술은 물론 복토재의 효과적인 사용은 매립지의 조기안정화로 이어져 국토 재활용에 중요한 요인이 될 수 있다. 그러나 쓰레기 매립처리에 있어서 매립지의 2차 오염을 최소화 하는 것이 매우 중요한 과제이다.

이러한 쓰레기 매립처리에는 차수재(遮水材)와 많은 양의 토양이 사용되는데 차수재는 매립지 바닥에 설치하여 쓰레기로부터 침출되는 침출수가 토양에 침투되어 토양이 2차 오염되는 것을 막기 위해 사용하고, 복토재로 사용되는 토양(흙)은 설치류나 야생동물 및 병원균을 옮기는 곤충의 접근과 작업장 밖으로 쓰레기가 유출되는 것을 막고 지반을 조기 강화시키며 침출수에 의한 오염을 최소화하기 위해 매립된 쓰레기의 중간, 중간에 복토하여 사용된다.

매립시 상당한 양을 필요로 하는 복토로는 주로 매립지 주변의 흙을 사용하고 있어 방대한 양의 흙을 조달하기 힘든 것이 현 상황이며, 더욱이 흙만으로는 복토의 기능을 완전하게 수행할 수 없기 때문에 주변 지역이 매립지에서 다량 발생되는 침출수로 오염되거나 지반의 부분 함몰 현상이 일어나거나 인근 주민들이 악취에 시달리는 등 여러가지 2차 오염의 문제점이 야기되고 있다.

특히 토양만으로 복토한 매립지의 침출수는 다음 표에 나타낸 바와같이 40,000∼50,000mg/ℓ의 높은 BOD, COD값을 가지며 Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb 등의 중금속을 함유하고 있어 하천이나 바다로 유입될 경우, 식수나 생태계에 막대한 피해를 줄 것으로 우려된다.

본 발명은 이러한 문제를 저감시킬 수 있는 기능성 복토재에 관한 것이다.

본 발명은 쓰레기 매립지에 사용되는 복토재를 석회석, 생석회, 소석회 등의 칼슘화합물과 백토나 제올라이트 같은 표면적이 큰 광물성물질 및 생석회로 처리한 하수스럿지로 구성시켜 주므로서 쓰레기 매립장의 안정화 속도를 촉진시켜주고 우수등 유입수가 쓰레기 매립장 내부로 침투되어 침출수가 발생되는 것을 억제하여 주고 유기물의 분해를 촉진시켜 주며, 유기물 분해시 생성되는 산성물질들을 중화시켜 결과적으로 침출수의 COD, BOD 농도와 중금속의 함량을 감소시켜 줄 수 있는 복토제를 제공하는데 있다.

본 발명품의 주 구성 원료에 대한 기능을 살펴보면, 우선 복토재의 주성분을 이루는 석회석, 생석회, 소석회 등의 칼슘 화합물과 백토나 제올라이트, 활성탄 같이 표면적이 큰 광물성 물질들은 국내에서 쉽게 구할 수 있고 값이 싸서 쉽게 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 칼슘화합물은 우수와 같은 유입수를 흡수하는 능력이 우수하여 침출수 발생을 최소화할 수 있으며 중금속과의 수산화물을 쉽게 형성 하므로 중금속이 침출수내에 함유되는 것을 효과적으로 억제할 수 있으며 지반의 경화를 촉진시켜 매립장을 조기에 안정화시켜 줄수 있다. 아울러 높은 pH 값을 가진 칼슘화합물은 유기물 분해시 생성되는 산성물질들을 효과적으로 중화시켜 주므로서 폐기물의 분해를 촉진시켜 주기 때문에 쓰레기의 조기 분해에 의한 조기안정화를 유도하고 결과적으로는 침출수의 COD, BOD 농도를 감소시키는 기능을 가진다.

백토 또한 넓은 비표면적을 가진 물질로서 유입수 및 중금속, 유기물을 쉽게 흡착하며 토양에 혼합된 중금속 산화물 흡착에도 도움을 주므로 침출수내의 중금속 및 유기물 농도를 저하시키는 기능을 갖는다. 백토 또한 칼슘화합물과 결합되어 지반을 조기 안정시켜 주는 기능을 갖는다. 그 밖에도 전국에 걸쳐 산재되어 있는 도시하수처리장에서는 하수의 COD, BOD 함량을 낮춘 후 방출하여 주기 위하여 하수를 생물학적인 방법, 화학적인 방법 등 여러가지 방법으로 처리하고 있다.

이와같이 도시하수처리장에서 하수를 처리하게 되면 부산물로 수분함량 70∼80%의 하수스럿지가 발생되는데 이것을 생하수 스럿지라고 한다. 여기에는 여러종류의 미생물이 함유되어 있다. 이와같이 얻어진 하수스럿지를 현재에는 미생물이 자체 분해되도록 숙성시킨 후 건조시켜 매립방법으로 폐기 처리하고 있다.

본 발명에서는 미생물이 다량 함유된 생하수 스럿지 50중량부와 생석회(CaO) 50중량부를 혼합하여 생석회로 처리된 하수스럿지를 얻고 이를 복토재의 구성 성분으로 사용하였다.

이와같이 생하수 스럿지를 생석회와 혼합시켜서 된 혼합물은 생석회의 수화반응으로 소석회(Ca(OH)₂)가 생성되면서 pH를 상승시키는 역할을 하면서 염기성 미생물의 공급원으로 작용하여 유기물의 분해를 촉진시켜주는 역할을 하게 된다.

또한 생석회 처리한 하수스럿지는 스럿지 내에 존재하는 열에 약한 유해 병균을 스럿지 내의 수분과 반응하는 생석회의 수화열로 제거한 것으로, 복토재로 사용할 때 하수스럿지에 자생하는 분해 미생물의 활동으로 쓰레기 분해가 촉진되는 효과 및 소석회와 같이 산성물질들에 대한 pH 완충작용을 하므로 유기물의 분해환경에 도움을 주는 요소로 작용하고 있어 폐기물 재활용의 측면에서도 효과가 있다.

본 발명품은 이러한 이점을 가지는 물질들을 매립지의 복토로 사용할 경우 환경오염을 최소화 하고, 지반을 강화시켜주고, 매립지를 조기 안정화시키는 등 복토의 기능을 극대화하는 목적으로 개발되었으며, 더욱이 토양만을 복토재로 사용할 때 보다 중금속과 유기물 등의 침출수 오염원을 근복적으로 저감시킬 수 있고, 강우시 물의 침투속도를 느리게 하여 유출계수의 증가로 인한 침출수 발생량 감소효과를 볼 수 있다. 또한 유기물의 활발한 분해에 의해 메탄가스의 발생을 촉진시켜, 발생가스 중의 메탄농도를 높게 하여 가스 재활용에도 유리하게 작용할 수 있고, 아울러 부족한 토양의 대체효과를 가져올 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명을 실시예로 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

복토재가 매립 폐기물에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 모형매립조(이하 조)를 이용한 실험을 실시하였다. 조는 직경 300mm, 높이 1000mm로 체적이 70L인 투명아크릴로 제작하여 2기를 설치하였으며, 충진된 폐기물은 매립 후 6개월 경과된 것을 사용하였다.

각 조에 폐기물을 실제 폐기물 매립지의 밀도 범위인 390∼740kg/m³에 적합하도록 각각 40kg씩 충진하여 밀도를 600kg/m³로 하였고 1조에는 폐기물층 상부에 토양만으로 50mm 복토하였으며 2조에는 상부 복토층에 발명된 복토재(소석회 60Wt%, 백토 20wt%, 활성탄 5wt%, 제올라이트 5wt% 생석회로 처리한 하수 스럿지 10wt%를 혼합한 복토재)를 사용하였다. 일주일 간격으로 1000∼1100ml씩 인공강우를 살포하였고, 살포 후 약 60일 적응후 부터 180일까지 폐기물층을 통과하여 발생되는 침출수의 수질과 중금속 및 가스발생량을 조사하였다.

상기와 같이 구성된 실험장치에 의해 기능성 복토재의 처리능력을 다음과 같이 적용하여 조사 분석하였다.

200여일 간 인공강우에 의해 발생된 침출수의 수질과 중금속 함량, 그리고 가스발생량을 조사하였으며, 자세한 결과는 [표 1]와 같다.

[표 1]에서 보듯이 토양만을 복토한 조에 비해 발명된 복토재를 사용한 조의 침출수 수질이 양호함을 알 수 있다. 이것은 복토재에 함유된 석회류 화합물과 생석회 처리된 하수 스럿지가 폐기물의 혐기성분해시 발생되는 유기산을 중화시키는 pH의 완충작용을 해주므로 미생물의 분해를 활성화시키고, 이때 활성화된 미생물에 의해 폐기물의 분해를 촉진시킨 것이다. 또한 칼슘 화합물과 백토나 제올라이트 등을 자체의 중금속 흡착능력 뿐만 아니라 토양의 중금속 흡착능력을 증강시켜 발생되는 침출수내의 중금속 함유율을 저감시키는 것을 알 수 있다.

실시예 2

실시예 1에서 사용한 실험장치를 이용하여 기능성 복토재의 구성비를 달리한 실험을 하였다.

2조의 복토구성은 생석회 55wt%, 백토 15wt%, 활성탄 5wt%, 제올라이트 5wt%, 실리카겔 5wt%, 생석회 처리된 하수스럿지 15wt%를 혼합하여 복토하였다.

조사방법은 실시예 1과 같고, 그 결과는 [표 1]와 같다. [표 1]에서 알 수 있는 것은 실시예 1과 비교할 때, 처리능력은 비슷한 결과를 나타내었고, 토양만을 사용한 복토와 비교할 때 그 처리능력은 탁월한 것을 확인할 수 있다.

실시예 3

실시예 1의 실험장치를 이용하여 기능성 복토재의 구성비를 소석회 40wt%, 생석회 20wt%, 백토 10wt%, 활성탄 5wt%, 제올라이트 5wt%, 실리카겔 5wt%, 알루미나 5wt%, 생석회 처리된 하수 스럿지 10wt%를 입경 1∼10mm의 패럿형태로 압출시킨 후 입경의 1.5배 길이로 절단된 성형물을 반응조에 충진 후 침출수를 상부에서 하부로 통과시켰다. 실험결과는 [표 1]와 같다.

[표 1]에서 보듯이 발명된 기능성 복토재는 성형물로도 매립지의 안정화에 뛰어난 효과를 보여줌을 확인할 수 있었다.

분석항목	토양만으로 복토	본 발명의 기능성 복토재 사용조
		실시예 1	실시예 2	실시예 3
pH	6.47	7.35	7.25	7.43
SS(mg/ℓ)	620	320	590	90
BOD(mg/ℓ)	40800	25000	26400	175
COD(mg/ℓ)	57600	33000	34000	260
T-N(mg/ℓ)	582	960	860	·
T-P(mg/ℓ)	7.3	3.4	4.2	·
중금속(ppm)	Fe	350∼450	40∼80	70∼110	45∼75
	Mn	26∼37	2.5∼6.3	3.8∼8.2	3.7∼7.3
	Cr	1.3∼1.8	0.3∼0.7	0.3∼0.9	0.5∼0.9
	Pb	1.23∼1.77	0.5∼0.7	0.52∼0.68	0.48∼0.66
	Cd	0.04∼0.10	0.02∼0.05	0.02∼0.06	0.03∼0.06
	Cu	0.20∼0.26	0.12∼0.17	0.15∼0.20	0.14∼0.19
T-P : 총질소(Total Nitrogen) T-P : 총인산염(Total Phosphate)

본 발명의 복토재는 폐기처분에도 어려움을 격고 있는 하수스럿지를 재활용하고 매립장의 안정화 속도를 촉진시켜 줄 수 있고, 우수등 유입수가 쓰레기 매립장 내부로 침투되어 침출수가 발생되는 것을 억제하며, 유기물의 분해를 촉진시키고, 유기물 분해시 생성되는 산성물질들을 중화시켜 결과적으로 침출수의 COD, BOD 농도와 중금속의 함량을 감소시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 폐기물 매립지용 복토재에 있어서, 수산화칼슘, 산화칼슘 또는 탄산칼슘 중에서 선택된 칼슘화합물 40~70wt%, 백토 10~30wt%, 생석회 처리한 하수스럿지 5~20wt%로 조성함을 특징으로 하는 폐기물 매립지용 기능성 복토재.
2. 제1항에 있어서, 제올라이트, 활성탄, 실리카겔, 알루미나 중 적어도 하나 이상의 성분이 첨가하여서 된 폐기물 매립지용 기능성 복토재.
3. 제1항에 있어서, 복토재가 입경 1~10mm의 패럿형태로 압출시킨 후 입경의 1.5배 길이로 절단하여 된 기능성 복토재.