KR100308814B1

KR100308814B1 - 쓰레기매립장복원을위한쓰레기안정화방법

Info

Publication number: KR100308814B1
Application number: KR1019980002805A
Authority: KR
Inventors: 라인하드 괴슬
Original assignee: 이혜경; 주식회사 아이유티환경
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 2001-12-28
Also published as: KR19990006333A

Abstract

본 발명은 공기주입/흡입장치, 공기조절장치, 바이오필터 및 랜스로 이루어진 쓰레기 안정화 시스템을 이용하여 쓰레기 매립지 내부의 혐기성 상태를 호기성 상태로 전환시켜 쓰레기를 안정화하는 방법에 있어서, 주변공기를 매립장내의 압력과 동일압력으로 매립지에 타입된 랜스를 통하여 매립지 내부로 주입하고, 매립지 내부의 공기를 흡입하여 바이오필터를 거쳐 방출하며, 랜스를 통한 공기의 주입과 흡입을 주기적으로 교대운전하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 안정화 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명에서는 랜스로서 외주벽에 복수개의 공기통로 구멍이 난 랜스를 사용하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 랜스와 공기조절장치 사이의 연결부 위에 밸브가 부착된 분배관을 경사지게 설치하여 분배관의 밸브를 통해 주기적으로 관내에 응축된 물을 제거하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 쓰레기 안정화 방법에 의하면, 쓰레기 매립장내의 악취 및 유해가스를 효과적으로 제거함과 동시에 관내에 흐르는 공기중의 수분으로 인해 안정화 시스템에 나쁜 영향을 미치는 문제점과 메탄가스에 의한 폭발위험성등을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

쓰레기 매립장 복원을 위한 쓰레기 안정화 방법

본 발명은 기존의 쓰레기 매립장을 복원하여 재매립지로 이용하기 위한 매립장 복원과정에 있어서, 혐기성 상태인 매립지 내부에 호기성 박테리아가 함유된 공기를 주입하여 매립지 내부를 단기간내에 호기성 상태로 전환시켜줌으로써 악취 및 유해가스와 같은 위해요소를 제거하여 쓰레기를 안정화시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 쓰레기 매립장은 일단 쓰레기로 포화상태가 되면 더 이상 쓰레기를 매립할 수 없게 되며, 이런 경우 다른 새로운 매립장을 선정하여야 하는데, 최근에는 지역적인 여건이나 지역주민들의 반발로 쓰레기 매립장을 확보하는 것이 점점 더 어려워지고 있어 하나의 사회적인 문제점으로 대두되고 있다.

이러한 상황에서 새로운 매립장 확보의 어려움을 해소하기 위한 하나의 방법으로서 기존의 매립장을 복원하여 재매립지로 활용하는 방법이 개발되었다.

“매립장 복원”이라는 개념은 쓰레기가 매립된 기존의 매립장을 굴착하여, 쓰레기를 일단 전부 파내어 매립공간을 확보하여 기존의 매립장을 재활용할 수 있게 하는 것을 말한다. 매립장 복원시에 발생되는 굴착 쓰레기는 처리플랜트에서 분류, 세별화하고, 유해 폐기물은 선별해 내며 재활용가능한 쓰레기는 재활용하며, 재활용이 불가능한 것은 비활성화하여 부피를 최대로 줄인 다음, 재매립할 수 있다.

이러한 매립장 복원에 의하여 새로운 매립장의 확보없이도 쓰레기 매립을 위한 부가적인 매립공간의 재확보가 가능하게 되고, 또한 매립지 여건을 개선하여 환경영향을 최소화하는 것 외에도 향후 매립지 관리에 대한 노력을 최소화할 수 있다.

그런데 생물학적으로 활성화되어 있는 매립장은 일반적으로 매립지 내부에 공기의 유입이 없는 혐기성 상태로 존재하며, 이에 따라 매립지내 유기물질은 혐기성 분해에 의하여 대부분이 CH₄및 CO₂로 분해되며, 일부 H₂S와 같은 악취유발 및 독성을 가진 가스상 물질로 전환되어 매립장 복원공사를 위해 오래된 매립장을 오픈하여 굴착할 때 악취와 유해가스가 대량으로 방출된다.

따라서 매립장 복원시 별도의 전처리없이 굴착 및 쓰레기 이송작업을 시행할 경우 주변주거지역에 악취에 의한 공해가 예상되고, 화재, 폭발, 유해가스의 흡입등에 의하여 작업인부들에게도 안전사고 및 건강상 위해를 유발하게 된다.

이러한 위해요소를 제거하기 위해서는 매립지 복원과정에 있어서 굴착전에 매립지 내부의 혐기성 분해가스를 미리 추출, 처리함과 동시에 매립지 내부를 호기성화하고 그 상태를 일정기간동안 유지토록 하여 혐기성 가스의 생성원인을 사전제거하는 과정이 반드시 필요하며, 이와같은 악취제거를 위한 전처리과정을 “쓰레기 안정화” 또는 “악취 안정화”라고 한다.

쓰레기 안정화를 위하여 종래에는 폐쇄되어 혐기성 상태로 있는 매립지에 여러개의 공기주입용 랜스(lance)를 박아서, 이 랜스를 통하여 산소가 포함된 가스를 강제로 또는 펄스의 형식으로 고압으로 주입하여 기존의 혐기성 발효상태를 호기성 발효상태로 전환시키고, 동시에 흡입 펌프를 통하여 매립지 내부의 가스를 흡입하여, 빨아올린 가스를 바이오필터를 거쳐 미생물에 의해 분해시킨 후 공기로 방출시키는 방법이 사용되었다. 그러나, 이러한 방법은 공기주입용 랜스를 통해 매립지 내부로 산소 함유 공기를 계속 주입하기 때문에 매립지 내부에 공기의 채널이 형성되어 주입된 산소 함유 공기가 매립지 전체로 확산되지 못하고 공기채널을 통해 외부로 빨리 빠져나가 버리게 되어 매립지의 내부 전체를 호기성 상태로 바꾸지 못하는 단점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 유럽특허공보 0 564 434에는, 랜스를 통한 공기의 흐름을 주기적으로 주입과 흡입의 흐름으로 교대시켜 줌으로써 공기채널의 형성을 방지하여 매립지 내부에서 산소 함유 공기가 확실하게 확산되게 하여 매립지 내부를 전체적으로 호기성화시키는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 특허에 개시된 방법은 혐기성 박테리아의 활동을 중지시키기 위해 주입되는 공기에 산소를 섞어서 주입하는데, 이러한 방식으로 주입되는 공기에 산소를 섞어서 산소의 농도를 높여주면 매립지내의 메탄가스가 낮은 농도에서도 폭발을 일으킬 위험성이 있는 등 안전상의 문제점이 있다. 또한 매립장 내부에는 수분이 많이 포함되어 있는 상태이어서 공기를 흡입하는 과정에서 매립지 내부의 수분이 따라 올라와서 랜스 또는 랜스와 공기조절장치 사이의 연결관에서 응축되어 물이 모이게 되며, 이와같이 모인 물이 공기의 통로를 막아서 랜스를 통한 공기의 주입 및 흡입이 방해되어 안정화의 효율성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 쓰레기 안정화 방법의 문제점을 해결함과 동시에 장치면에서나 안정화 효율면에서 보다 향상된 쓰레기 안정화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 본 발명의 쓰레기 안정화 시스템을 나타내는 개략도이다.

제2도는 본 발명에 사용되는 랜스의 단면도이다.

제3도는 본 발명에 사용되는 분배관의 단면도이다

제4도 내지 제6도는 본 발명의 실시예에 따른 안정화 과정에서의 가스측정결과를 나타내는 그래프이다.

제7도는 본 발명의 실시예에 따른 안정화 과정에서의 냄새 측정을 위한 샘플 채취장치를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1′ : 랜스 2 : 소분배관

3 : 대분배관 4 : 밸브

5 : 공기조절장치 6 : 공기주입/흡입장치

7,7′ : 바이오필터 8 : 가스자동측정장치

본 발명의 쓰레기 안정화 방법은 제1도에 나타낸 바와 같이, 공기주입장치 (Blower container)와 공기조절장치(Air requlating container)와 복수개의 랜스와 복수개의 바이오 필터 및 각각의 장치들을 연결하는 연결관과 분배관(distributor)들로 이루어진 안정화 시스템에 의해 수행되며, 상기 바이오필터를 거친 주변공기를 매립지내의 압력과 동일압력으로 매립지에 타입된 랜스를 통하여 매립지 내부로 주입하고, 매립지 내부의 공기를 랜스를 통하여 흡입하여 바이오필터를 거쳐 대기중으로 방출하며, 랜스를 통한 공기의 주입과 흡입을 주기적으로 교대운전하며, 매립지내에서의 공기의 확산범위를 넓히고, 공기의 수평적인 확산을 보다 효율적으로 하기 위해 외주벽에 다수의 공기통로 구멍이 있는 랜스를 사용하다. 또한 안정화 시스템에 악영향을 줄 수 있는 수분을 효과적으로 제거하기 위하여 랜스와 공기조절장치 사이의 연결부위에 밸브가 부착된 분배관을 경사지게 설치하므로써 분배관의 밸브를 통해 주기적으로 관내에 응축된 물을 제거할 수 있다.

상기와 같은 시스템에 의한 본 발명의 쓰레기 안정화 방법을 이용한 매립장 복원과정을 예시적으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

[쓰레기층내의 침출수 사전제거]

매립지내의 쓰레기층이 침출수로 포화된 상태에서는 쓰레기 안정화작업시 공기전달 방해로 인해 안정화 효율이 크게 저하될 수 있다. 따라서 침출수위가 형성된 매립지역에서는 안정화 작업시행전에 웅덩이를 파서 침출수의 존재여부를 확인하고, 안정화 공사구역을 따라 고랑 및 웅덩이를 형성하여 자연배수를 시행하는 것이 바람직하다.

[안정화설비의 설치]

(1) 공기주입/흡입장치 및 공기조절장치의 설치

본 발명의 쓰레기 안정화 시스템에 있어서, 공기주입/흡입장치(6) 및 공기조절장치(5)는 바이오필터(7, 7´)를 거친 주변공기를 매립지 내부로 주입하고, 매립지 내부의 공기를 흡입하여 바이오필터(7, 7´)로 보내는 역할을 하는 장치이다. 특히 공기조절장치는 공기의 주입과 흡입을 교대로 전환시켜주는 기능을 한다. 이러한 공기주입/흡입장치 및 공기조절장치는 제작소에서 제작된 후 운반되어 매립장에 설치되는데, 이를 설치하는데에는 호이스트(hoist)가 필요치 않고, 전체 장치를 지게차(fork lift)로 날라 움직일 수 있다. 공기주입/흡입장치와 공기조절장치는 연결관으로 연결된다.

(2) 바이오필터의 설치

본 발명의 쓰레기 안정화 시스템에 있어서, 바이오필터(7, 7´)는 이동식 컨테이너내에 퇴비물질을 포함하는 다층구조의 내용물을 적층한 구성으로서, 나무의 잔가지등을 잘게 자른 것을 하부층으로 하고 중간층에 퇴비물질을 적층하고, 상부층에 나무껍데기를 적층한 구조로 되어 있다.

본 발명에서는 외부공기를 일단 바이오 필터를 거치게 한 후 매립장내에 주입하므로써 바이오필터에서 자라는 호기성 박테리아가 주입공기에 섞여서 매립장내로 공급되어 매립장의 호기성화를 촉진하게 된다. 또한 매립장으로부터 흡인된 혐기성 상태의 공기는 바이오필터로 보내져서 바이오필터내에서 메탄가스와 유해가스등이 분해되어 유해가스 및 악취가 제거된 상태로 대기중으로 방출된다.

각각의 바이오필터는 일정시간 동안은 매립장에서 흡입되어 나오는 가스를 분해하는데에 사용되고, 그후 일정시간동안은 외부공기를 통과시켜서 매립장에 주입하는 공기를 공급하는데에 번갈아 사용된다. 이렇게 하나의 바이오필터를 주기별로 그 역할을 바꿈으로써 바이오필터내의 호기성 균들이 메탄가스의 분해시에 입은 피해를 회복하는 여유를 주게 되어 바이오필터의 수명이 연장된다 이러한 바이오필터의 역할교대는 공기조절장치에 의한 공기주입 및 흡입의 주기적인 조정에 의해 이 루어진다.

이 바이오필터는 공기의 주입과 흡입을 조절하는 공기조절장치와 연결관으로 연결되며, 공기조절장치와 바이오필터의 연결부위 중간에 가스자동측정장치(8)를 설치하여 바이오필터로 유입 또는 유출되는 공기중의 유해가스농도를 측정할 수 있다.

(3) 랜스의 설치

매립장 내부로의 공기의 주입 및 흡입을 위해 제2도에 나타낸 바와 같이 공기통로용 구멍들이 외주벽에 천공되어 있는 랜스 적정 갯수를 매립장의 굴착대상지역의 상부에 적정 간격으로 타입한다. 본 발명에서 사용하는 랜스는, 랜스의 끝부분에만 공기통로 구멍이 있는 종래의 랜스와는 달리 랜스의 외주벽에 다수의 공기통로용 구멍들이 천공되어 있는데, 이로써 매립지내로의 공기의 주입 및 매립지내에서의 공기의 수직, 수평방향으로의 확산을 최대화할 수 있다.

본 발명에서 랜스의 길이는 특별히 한정되지는 않으나, 굴삭기로 1차 굴착하기에 가장 편하게 파낼 수 있는 깊이가 3m 정도이므로 랜스의 길이는 3.5m 이상이면 되고, 바람직하게는 3.5∼5m, 특히 바람직하게는 3.5∼4m가 적절하다. 랜스의 길이를 3.5∼5m로 하여 안정화를 행하면, 굴착작업이 보다 용이하고, 굴삭기로 3m의 안정화된 쓰레기층을 파낸 후에도, 0.5∼2m의 쓰레기층이 안정화된 상태로 남아서 자연적으로 매립장 자체의 필터역할을 할 수가 있다.

이와같이 안정화된 상부의 쓰레기 층을 1차 굴착한 다음에 다시 랜스를 설치하고 안정화시킨 후 다시 안정화된 쓰레기층을 일정깊이 굴착하는 과정을 반복하여 전체 매립지 복원이 진행된다.

랜스 타입방법으로는 진동식다짐매(Vibration rammer)로 타입하는 방식을 택한다. 즉, 랜스의 헤드(head)부분을 굴착차에 장치된 유압에 의해 가동되는 진동식 다짐매에 우선 연결하여 장착시키고, 이 랜스를 굴착대상면에 대해 직각으로 세운 다음 타입한다. 하나의 랜스의 타입 과정이 완료되면 랜스의 헤드부분을 다짐매에서 이탈시킨 후, 다른 랜스의 헤드부분을 다짐매에 연결시키고 동일과정을 반복하여 랜스를 타입한다. 타입후에는 타입과정에서 랜스의 공기통로용 구멍에 낀 이물질을 제거한다. 이물질 제거방법으로는 이동식 압축공기 컴프레서를 이용하여 랜스로 압력공기를 불어넣어 이물질을 밀어내는 방법을 이용할 수 있다. 랜스를 모두 설치한 후에는 약 1∼2시간 동안 설치된 모든 랜스를 통하여 외부공기를 쓰레기층내에 주입시켜 쓰레기층 내부의 압력을 증가시킴으로써 침출수의 강제배제를 시행한다. 안정화 작업중 침출수 발생량이 크게 증가할 경우 상기한 침출수 강제배제를 수차례 반복한다. 이러한 침출수 배제를 시행하는 시기, 기간, 세부방법 등은 감독관 및 현장 엔지니어의 판단에 의한다.

한편 종래방법에서는 랜스타입시 매립장에 보링을 하여 구멍을 내고 랜스를 박은 다음 랜스 주위에 남은 공간을 자갈로 메우는 방법이 이용되었으나, 이 방법은 비용이 많이 들고 오랜시간을 요하며, 자갈로 메운 부분을 표면에서 밀폐하여 공기가 빠져 나가지 않도록 하는 것이 용이하지 않는 등의 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 유압에 의해 작동되는 진동 다짐매를 이용하여 랜스를 타입하므로, 보링작업에서와 같은 보링 작업중의 가스 누출사고의 발생위험이 없고, 랜스주위를 자갈로 채울 필요가 없으며 저렴하고 신속하게 랜스의 타입을 수행할 수 있는 장점이 있다.

설치된 각각의 랜스(1, 1´)는 일정 갯수씩 소(小)분배관(2)에 연결되고, 다시 몇 개의 소분배관들(2)은 대(大)분배관(3)에 연결된다.

소분배관(2)과 대분배관(3)의 모든 출구에는 밸브가 장착되어 있어서 필요에 따라 각 연결부위를 막을 수 있도록 되어 있으며, 또한 분배관은 경사지게 설치되어 공기 흡입시 랜스와 연결관을 거쳐 빨려 올라온 매립장 내부의 수분이 물로 응축되어 고이게 되면 밸브를 열어 고인 물을 제거할 수 있다. 이와 같이 분배관에서 응축된 물을 제거함으로써 매립장 내부로부터 흡입된 공기에 포함된 수분을 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 이로 인해 흡입공기중의 수분이 공기조절장치나 공기주입장치에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있고, 공기의 유통이 방해받는 것도 방지할 수 있으며, 결과적으로 매립장 내부의 안정화 효율을 높일 수 있다. 대분배관(3)은 공기조절장치(5)에 연결된다.

[공기의 주입 및 흡입]

공기의 주입은 공기주입/흡입장치(6)를 통해 매립지내의 압력과 동일 압력으로 다량의 공기를 불어 넣어 이 공기가 공기조절장치(5)와 소분배관(2) 및 대분배관(3)을 통해 랜스(1, 1´)로 주입되고, 랜스 외주벽의 공기통로 구멍들을 통해 매립장 내부로 확산되게 된다.

본 발명에서는 공기주입시 고압방식을 채택하던 종래의 방법과는 달리 저압으로 다량의 공기(종래 방법보다 약 20배 이상의 공기량)를 주입하므로써 주입되는 공기에 산소를 함유시키지 않고도 안정화 효율을 놓일 수 있고, 또한 고농도의 산소에 의한 메탄가스 폭발의 위험성을 배제할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 쓰레기 안정화 방법에 있어서 공기주입 및 흡입에 관해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 쓰레기 안정화방법에서는 주변공기를 랜스를 통해 매립지 내부로 일정량 주입하며, 동시에 일정한 저압으로 공기 및 매립지 내부가스 혼합물을 빨아들여 이를 바이오필터로 여과하여 방출한다. 이러한 일련의 작동에 의하여 매립장 내부 쓰레기의 생물학적 환경을 변화시킨다. 즉, 악취유출의 원인이 되는 물질을 생산하는 혐기성 박테리아의 활성은 산소가 풍부한 공기의 유입으로 인하여 활동이 중지되며, 주변에 차가운 공기는 바이오필터를 통과하면서 따뜻한 공기로 전환, 매립지내로 주입되고, 매립지내의 쓰레기는 이로써 호기성 상태로 전환되며, 혐기성 박테리아가 다시 성장하는 것을 방지한다.

또한 바이오필터를 통과하는 공기가 따뜻한 상태로 호기성 박테리아를 포함함으로 쓰레기층내의 호기성균의 접종 효과를 극대화 할 수 있다. 본 발명의 방법에서 주입하는 공기의 양을 결정하는 요소는 매립장내에 남아 있는 유기물의 양이며 이는 안정화시키고자 하는 것이 생물학적으로 활성이 있는 유기물이기 때문이다.

공기흐름의 방향은 안정화 작업을 하는 동안 주기적으로 주입과 흡입을 교대로 바꾸어 주어야 한다.

공기주입과 흡입공정의 교환을 위해 공기주입/흡입장치의 컴프레서는 일정 방향으로 흡입과 주입의 관계를 고려하여 공기를 주입하여야 한다. 이때 주입과 흡입을 바꾸는 것은 공기조절장치에서 하게 된다. 흡입에서 주입으로 바뀌는 과정은 자동으로 작동되는 밸브로 조정가능하며, 이는 프로그램 되어 있는 컴퓨터를 통해 시행된다.

이와 같이 공기흐름방향을 주기적으로 바꾸어 줌으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

1) 바이오필터의 수분이 조절된다. 공기흐름의 방향을 교대로 조절하지 않으면 공기를 대기에서 빨아들이는 쪽의 바이오필터는 건조하게 되고 공기를 매립장에서 빨아내는 쪽의 바이오필터는 매립장에서 올라오는 습기로 너무 습하게 된다.

2) 매립장 공기에는 수분이 다량 함유되어 있으므로 매립장에서 공기를 빨아들이는 쪽의 경우 수분이 함께 따라 올라와서 물이 응결되어 관속에 모이게 된다. 이렇게 장기간 흡입하는 동안에 물이 모이게 되고 그 양이 많아져서 관을 막게되고 또한 공기조절장치나 공기주입/흡입장치의 컴프레서에도 물이 들어가게 되어 고장이 발생할 수 있다. 공기흐름방향을 교대로 바꾸어 줌으로써 이러한 문제점을 해소할 수 있다. 즉, 공기 흡입용 랜스가 공기주입용 랜스로 주기적으로 바뀜으로써 관에 모인 수분을 다시 빼주게 되어 물로 막히는 것을 어느정도 방지할 수 있다.

3) 바이오필터내의 호기성 박테리아는 공기방향을 바꾸어 외부에서 공기를 빨아들여 주는 동안 회복상태로 들어갈 수 있으므로, 공기주입 방향을 바꾸어 주므로써 바이오필터는 훨씬 더 긴 기간 사용유지가 가능하다.

4) 공기 주입방향을 바꾸어 주면 매립장 내에서 공기 채널이 생기는 것을 막을 수 있다. 공기를 한 방향으로만 불어넣게 되면 매립장의 일부가 건조하게 되고, 이렇게 건조한 부분에 공기 채널이 형성되므로 매립장내에 골고루 공기주입을 하기가 어렵게 된다.

공기의 흡입과 주입방향을 바꾸는 시간 간격은 매립장내의 수분함유 상태에 따라 결정 하여야하며, 이렇게 해야 관이 물로 막히는 일이 없고 바이오필터가 물에 잠기는 일이 없다.

[안정화 작업]

상기와 같이 안정화 설비를 설치하고 공기주입 및 흡입을 통해 매립장을 안정화시키는데, 실험에 의하면 약 1일이면 매립장 내부가 호기성화되어 메탄가스등의 농도가 허용기준치 이하로 급격히 감소되는 것으로 나타났다.

그러나 안정화를 더욱 확실히 보장하기 위하여 약 3∼5일 정도의 기간동안 안정화작업을 시행하는 것이 바람직하다. 안정화 기간 동안 안정화 시스템은 하루 24시간 쉬지 않고 가동한다.

굴착대상 쓰레기를 안정화하는 동안 일부 구역에서는 계획된 안정화 기간(3∼5일간)이 쓰레기를 안정화시키는데 충분하지 않을 수 있다. 이는 유기물 함량에 관한 평균치가 실제 국부적으로 훨씬 높을 경우에 일어날 수 있는데 이때에는 해당부분에 대한 안정화기간을 연장하여 좀더 오래 안정화시켜야 한다.

[랜스 옮겨박기]

매립장 면적중에서 제일 처음 안정화를 시작하는 지점에서 100여개의 랜스를 꽂고 약 3∼5일간 안정화 시스템을 가동한 후에는 안정화된 지역에 꽂았던 랜스들을 뽑아서 예정된 굴착공사 방향에 맞추어 새로운 안정화 예정지에 랜스들을 다시 꽂아 안정화 작업을 연속적으로 반복하여 나간다. 이때 공기주입/흡입장치와 공기조절장치 및 바이오필터 컨테이너는 랜스를 뽑아서 새로 꽂아나가는 방향으로 함께 이동시킨다.

[굴착작업]

본 발명의 안정화 방법으로 3∼5일동안 공기의 주입/흡입을 계속 반복하여 안정화를 하면 처리된 매립물은 굴삭기로 약 3.0m 단위로 층층이 굴착해 내게 된다.

예를 들어, 3.5∼4m 길이의 랜스를 사용한 경우, 안정화된 매립지의 깊이 역시 3.5∼4m가 되며, 굴삭기로 최적 굴착깊이인 3m 정도를 굴착하더라도 이미 안정화된 매립물이 0.5∼1m 정도 남아 있어서 완충층 역할을 하기 때문에 굴착작업중이나 굴착작업 후에 굴착면에서 악취나 유해가스가 외부로 방출될 염려가 없다. 굴착물은 별도의 처리 플랜트에서 비활성물, 석재와 콘크리트, 유해성 폐기물, 플라스틱과 목재등의 가용성 물질, 가연성 물질 등으로 분류/선별된다.

[가스측정분석]

안정화 작업동안 공사현장에서 발생하는 매립가스의 농도는 인근 지역환경 및 작업장 내부의 안전을 유지하기 위하여 주어진 기준치를 초과하여서는 안된다. 따라서 안정화 작업중 굴착면과 바이오필터의 배출구에서의 가스측정 분석을 주기적으로 행하여야 하며, 이로써 안정화의 수준을 평가할 수 있다. 안전기준은 굴착면 및 배출공기를 기준으로 설정하며 추출가스 각각에 대한 안전 기준치는 다음과 같다.

(1) 굴착면에서의 안전 기준치

1) CH₄: 메탄농도는 대기중에서 5%(부피기준) 이상이 될 경우 폭발 가능성이 있으므로, 안전을 위한 최대 허용치는 이 폭발한계 농도에 어느 정도 이상의 차이를 두고 설정되어야 한다.

예를들어 안정화 설비 중 디젤동력에 의한 기계가 가동될 경우에는 메탄농도 안전 기준치를 최대 2.5%(부피기준) 이하로 설정할 수 있다.

2) 그외 각각의 가스상 물질에 대한 안전 기준치는 다음과 같다.

H₂S : 〈 5.0 ppm

CO₂: 〈 5,000 ppm

CO : 〈 30 ppm

O₂: 〉 17%(부피기준)

3) 굴착면상의 작업원의 안전을 위하여 추가로 제어되어야 할 가스상 미량 유해 물질의 안전 기준치는 다음과 같다.

1-1-1 Trichlorethene : 〈 50 ppm

Tetrachlorethene : 〈 50 ppm

Ethylmercaptan : 〈 0.5 ppm

(2) 바이오필터 배출공기의 안전 기준치

바이오필터가 설치되는 장소는 작업원들이 계속적으로 작업을 수행하는 곳이 아니므로 굴착면상의 안전 기준 설정항목에 비하여 항목을 다소 축소 조정하며, 각각의 가스상 물질에 대한 안전 기준치는 다음과 같다.

CH₄: 〈 2.5%(부피기준)

H₂S : 〈 5.0 ppm

CO₂: 〈 5,000 ppm

CO : 〈 30 ppm

O₂: 〉 17%(부피기준)

[실시예]

본 발명의 쓰레기 안정화 방법의 효과를 실험하기 위하여 시험 매립장에 대하여 본 발명의 방법에 따라 안정화를 시행한 후 메탄가스 등의 유해가스를 측정, 분석하고, 냄새를 모니터링하였다.

본 실시 예에서 사용된 랜스 및 바이오필터에 관한 사항은 다음과 같다.

1. 공기주입용과 주입공기 흡입용의 랜스

랜스의 수 : 공기 주입용과 주입공기 흡입용 각 한 개로 총 110개를 한 시스템에 연결함.

항시 가동되는 안정화의 면적단위 : 3,335㎡

랜스간의 간격 : 5∼6m

랜스의 길이 : 3.5m

랜스의 재질 : 강철

2. 바이오필터

바이오필터의 수 : 공기 주입구쪽과 주입된 공기의 흡입구쪽에 각 4개의 바이오필터 컨테이너(이동식)를 연결

사용가능기간 : 한 번 조성하여 연결시킨 후로 12개월간 별도의 수분공급이나 조성물의 변경없이 운영이 가능.

수분 배출용 밸브 : 바이오필터내에 수분이 과다하게 생겨서 바닥에 고일 경우, 필요에 따라 이를 빼낼 수 있게 고안.

[안정화작업]

2,000㎡/일의 용량으로 매립물을 안정화시키기 위해 매일 약 667㎡의 면적을 5일간 안정화하여, 5일동안 약 3,325㎡의 면적을 처리하였다.

처음 안정화 시작 지점에서 110개의 린스를 꽂고 5일 가동후 매일 25개씩 랜스를 새로 굴착할 방향으로 옮겨 박으면서 안정화를 연속적으로 실시하였다.

[가스측정 분석]

(1) 안정화 과정중의 가스 성분의 변화를 매립장내에서 직접 채취하여 측정하였다. 랜스들이 꽂혀 있는 곳에 두 개의 가스채집기 그룹을 설치하였다. 각 측정기 그룹은 깊이 0.7, 1.3, 1.9 그리고 3.5m 깊이의 가스채집기로 구성되며, 랜스에서 가능한 멀리 떨어진 거리에 설치하여 일정 시간간격을 두고 채집하였다. 이렇게 채집된 가스는 가스크로마토그라프로 측정하여 주 성분(메탄, 이산화탄소, 산소)의 조성을 찾아내었다. 정확성을 기하기 위하여 첫 번째 측정은 Infraredanal ysator로 병행하여 측정하였다. 조사는 1) 안정화(공기주입) 시작전 = 0 점, 2) 안정화시작부터 처음은 20분 간격으로, 후에는 좀더 긴 시간간격으로 시행하였다.

매립장 내에서 안정화후 가스조성분들의 변화를 3번에 걸쳐 상이한 위치와 일시에 1690분간 측정한 결과중에 대표적인 세 데이터를 제4도 내지 제6도에 표시하였다. 제4도 내지 제6도에 나타난 바와 같이 혐기성에서 호기성상태로의 전환은 상당히 빨리 진행되며, 늦어도 1440분에는 완전한 호기성으로의 전환이 일어났다.

측정깊이에 따라서는 별로 큰 차이를 보이지 않았는데 이는 깊이에 상관없이 공기주입이 골고루 되었음을 보여준다.

(2) 안정화과정중 3-gas-측정기로 매일 3번 메탄, 산소 그리고 황화수소를 굴착물처리장, 굴착지 그리고 바이오필터 통과 전과 후에 각각 측정하였다.

이 매립장가스 측정은 모두 측정할 곳의 외부면에서 직접 시행하여 이를 매립가스유출의 정도로 삼았다. 또한 모든 경우 가스의 유출이 가장 심하다고 여겨지는 부위에서 측정을 하였다. 굴착부분에서의 가스 유출정도는 굴삭기에 의하여 방금 굴착한 부위에서 측정하였다. 측정된 메탄가스 농도는 굴착지정에서 가장 높았지만, 그럼에도 이 측정치는 안전한계치인 0.5Vol .%(=5,000 ppm) 보다 훨씬 낮은 수치 였다.

그리고 측정된 가장 낮은 산소의 농도는 굴착물처리장에서 18.9 Vol .%, 굴착지점에서 19.1 Vol .% 였다. 그러나 이 수치는 모두 안전한계치인 17 Vol .%를 넘는 것으로 대부분의 경우 측정치가 21 Vol .% 정도로 대기의 산소농도와 비슷하였다. H₂S의 농도는 대개의 경우 0에서 1 ppm 사이로 한계치인 10 ppm을 밑도는 수치였다.

(3) 미량유해물질들의 농도를 상기 (2)의 가스측정지의 바로 근접한 위치에서 측정하였다. 이때에 굴착물 처리장치에서의 측정치는 한계치에 근접하나 어떤 때에는 기준치를 훨씬 넘는 수치가 측정되기도 하였다. 굴착지점의 경우 그 표면에서 직접 채취된 미량유해물질의 농도가 기준치를 넘기고 있었다.

그러나 미량유해물질의 농도는 바이오필터를 거치기전에 허용치를 훨씬 넘는 것도 필터를 거쳐서는 거의 측정치 이하로 떨어지는 것을 관찰할 수 있었다. 중간치인 26 ppm의 미량유해물질의 농도가 바이오필터를 거치며 1 ppm 이하로 떨어지는 것을 알 수 있었다. 폐기물처리의 가장 엄격한 안전기준치로 5 ppm이 해당되며, 특정 위험물질이 매립된 경우 해당물질의 안전기준치가 바뀌어야 하는데, 예를들어 매립장가스에 섞여나올 수 있는 독성가스인 벤졸과 염화비닐의 안전치는 각각 1과 2 ppm이다. 본 발명의 안정화과정에서 측정된 황화수소(측정가능치 0.7 ppm), 염화비닐(0.4 ppm) 그리고 벤졸(0.15 ppm)의 측정치는 모든 경우에 측정가능치 이하였다.

한편 매립장의 공기이동에 의해 미량유해물질들의 희석효과는 매우 큰데, 50cm의 거리에서도 거의 측정이 불가능하였고, 측정된다하여도 매우 낮은 농도(최대치 2ppm으로 이 수치도 일정하지 않고 대개 낮음)였다.

사람의 키높이인 숨쉬는 높이인 약 1.5m 에서는 어떤 경우에도 측정가능한 농도의 미량유해물질이 측정된 적이 없었다.

이와같이 미량유해물질들에 대한 측정치들은 모두 한계치들에 미치지 못하였으므로 작업시에 특별한 조치나 가스마스크등은 필요하지 않았다.

[냄새의 측정]

냄새의 유출을 측정하기 위하여 냄새물질들을 그 원인이 되는 곳의 표면에서 직접 채취하였다. 이를 위하여 제7도에 도시된 바와 같은 냄새 샘플 채취 장치를 이용하였는데, 이 장치로 저압을 이용하여 주위의 공기를 흡입하였다. 냄새측정은 GE/㎡ = h 또는 GE/㎡ = 5(GE는 냄새의 단위)로 표시되며, 그 단위를 GE/s로 표현한다.

매립장내에서 가장 심한 냄새의 정도를 측정하기 위하여 여러 위치에서 일정 간격을 두고 측정하여 이를 수집하였다. 표 1은 본 발명의 방법으로 안정화된 매립지의 정리복원시에 나는 냄새의 정도를 새로 매립하는 가정쓰레기를 100으로 하였을 때를 기준으로하여 비교수치로 표시하였다.

[표 1]

바이오필터를 거친 후에는 거의 냄새가 없었고 심지어는 바이오필터의 자체 냄새보다도 더 냄새 정도가 낮았다. 바이오필터를 거친후의 공기는 굴착물처리장이나 굴착지의 경우보다 factor 2∼5 정도 냄새의 정도가 낮았다.

매립장 복원공사시의 냄새의 발생정도는 새로 매립한 가정쓰레기의 냄새보다는 factor 15 정도가 낮았다.

본 발명의 쓰레기 안정화 방법에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

1) 매립지내부의 가스가 교환되면서 혐기성 매립지에서 생산되는 메탄, 이산화탄소 및 그외 H₂S와 같은 미량가스가 빨려나오고 주변공기가 매립지 내부로 공급된다.

2) 공기를 매립지 내부로 투입시키게 되면 그 안의 혐기성 박테리아가 생존할 수 있는 여건이 형성되지 못하여 혐기성 박테리아를 사멸시키고, 또한 바이오필터를 통하여 주입공기에 접종되는 호기성 박테리아는 호기성 상태로 매립장이 전환되는 것을 촉진하여 준다.

3) 종래 방법에서 처럼 산소를 인위적으로 섞은 공기를 이용하지 않고 주변 공기를 그대로 저압(매립지 내부의 압력과 동일압력)으로 대량 매립지 내부로 주입하므로써 고농도의 산소에 의한 메탄가스 폭발의 위험성이 없어진다.

4) 가스의 교환을 통하여 냄새의 정도가 심하게 감지되는 H₂S 같은 가스들이 제거되어 굴착작업시 냄새의 정도가 현저하게 줄어든다.

5) 메탄을 제거하므로써 굴착공사시 폭발의 위험성을 현저히 감소시킨다.

5) 외주벽에 다수의 공기통로 구멍이 천공된 랜스를 사용하여 공기의 주입 및 확산을 최대화하므로써 안정화 효율을 높일 수 있다.

7) 분배관에 밸브를 설치하여 안정화 과정중 수시로 밸브를 열어 응축된 물을 제거하여 줌으로써 응축된 물로 인한 공기유통의 방해 및 안정화 설비의 고장등을 방지할 수 있고 안정화 효율을 높일 수 있다.

8) 접종되는 호기성 균과 계속되는 공기의 주입으로 안정화 기간동안 쉽게 분해될 수 있는 물질들은, 퇴비화 과정중 분해가 왕성한 상태(intensive composting phase)에서 처럼 분해된다. 이 호기성 분해는 냄새가 나지 않고 따라서 혐기성 분해에 비하면 현저하게 냄새의 유출이 적다. 분해된 물질은 무기성화되면 더 이상 분해가 이루어지지 않는다. 안정화된 물질은 반응력이 적어지고 생물학적 반응도 적어져 냄새의 유출도 적어진다.

9) 매립장을 안정화하는 동안 공기의 흐름에 따라 수분도 빠져나오게 됨으로써 안정화 후 굴착해낸 쓰레기를 다시 매립할 경우 쓰레기의 함수비가 높지 않아 처리하기 좋고 신규 매립지에 다짐을 하여 매립할 경우 잘 다져진다.

Claims

공기주입/흡입장치, 공기조절장치, 바이오필터 및 랜스를 포함하는 쓰레기 안정화 시스템을 이용하여 쓰레기 매립지 내부의 혐기성 상태를 호기성 상태로 전환시켜 쓰레기를 안정화하는 방법에 있어서, 주변공기를 매립지내의 압력과 동일압력으로 매립지에 타입된 랜스를 통하여 매립지 내부로 주입하고, 매립지 내부의 공기를 흡입하여 바이오필터를 거쳐 방출하며, 랜스를 통한 공기의 주입과 흡입을 주기적으로 교대운전하며, 상기 랜스로서 외주벽에 복수개의 공기통로용 구멍이 천공된 3.5∼5m 길이의 랜스를 사용하여, 안정화된 쓰레기 층을 굴착해 낸 다음 다시 랜스를 설치하여 안정화시킨 후 굴착하는 과정을 반복하며, 랜스와 공기조절장치 사이의 연결부위에 밸브가 부착된 분배관을 경사지게 설치하여 분배관의 밸브를 통해 주기적으로 관내에 응축된 물을 제거하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 안정화 방법.
제1항에 있어서, 상기 바이오필터는 이동식 컨테이너에 퇴비화물질과 나뭇가지 및 나무껍데기를 다층으로 적층하여 구성된 것임을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 바이오필터를 거친 주변공기를 매립지 내부로 주입하는 것을 특징으로 하는 방법.