KR100426924B1 - 자가복원 기능 및 중금속 흡착능력이 우수한 폐기물매립장 차수층의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자가복원 기능 및 중금속 흡착능력이 우수한 폐기물 매립장 차수층의 시공방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 원 지반토를 최적의 다짐조건으로 준비한 뒤 원 지반토를 정리하고 분쇄하는 원 지반토 준비단계; K₂O 0.5~5.0중량%, CaO 10.0~15.0중량%, SiO₂60.0~70.0중량%, MgO 1.1~4.0중량%, Na₂O 10.0~12.0중량%, Al₂O₃2.0~5.0중량%, Fe₂O₃0.5~3.0중량% 및 SO₃1.0~3.5중량%를 포함하는 반응 차수제 PA 및 K₂O 0.05~1.0중량%, CaO 80.0~85.0중량%, SiO₂2.5~10.0중량%, MgO 1.0~3.0중량%, Na₂O 0.03~1.0중량%, Al₂O₃0.2~3.0중량%, Fe₂O₃0.2~3.0중량% 및 SO₃0.3~0.5중량%를 포함하는 차수제 PB를 운반한 뒤 원지반토에 각각 투입 및 교반시키는 단계; 상기 차수제 PA 및 차수제 PB를 20~30cm 두께의 차수제 PB1층→15~25cm 두께의 차수제 PA층→15~25cm 두께의 차수제 PB2층의 순서로 포설하고 소정횟수로 다짐시키는 포설 및 전압단계; 및 양생 및 표면 처리단계를 포함하는 폐기물 매립장 차수층의 시공방법에 관한 것이다. 상기 시공방법에 따라 시공된 차수층은 우수한 자가 복원능력 및 침출수 중에 포함되어 있는 중금속에 대한 높은 흡착능력을 가지고 있으며, 산업폐기물을 일부의 차수층 재료로 활용함으로써 경제적, 환경 보호적 측면에서 장점이 있다.

Description

자가복원 기능 및 중금속 흡착능력이 우수한 폐기물 매립장 차수층의 시공방법{Method for constructing coffering layer of waste filled-up land having excellent self recovering and absorptivity of heavy metal}

본 발명은 자가복원 기능 및 중금속 흡착능력이 우수한 폐기물 매립장 차수층의 시공방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 두 개 이상의 서로 다른 화학물질에 의한 자가복원 기능 및 중금속 흡착능력이 우수한 폐기물 매립장 차수층을 시공하는 방법에 관한 것이다.

종래의 매립장에서의 차수제를 이용한 매립장 차수공법 및 조성물은 다음과 같다.

점토와 벤토나이트 혼합물의 차수제인 어스 라이닝(earth-lining) 공법은 우리나라의 매립장 공사에서 많이 채용하고 있으나, 고결력이 약해서 지지력이 떨어지고, 유실과 같은 분리 현상을 초래하며, 기온변화에 따라 균열이 많이 발생하는 문제점을 가지고 있다.

폴리에틸렌계 합성수지 HDPE(고밀도폴리에틸렌) 차수제를 이용한 시이트 라이닝(sheet-lining) 공법은 투수계수가 1×10^-12cm/sec 로서 차단 성능이 뛰어나지만 불균등한 바닥면 위에 시이트를 깔고 점토층으로 마감하므로 천공 등의 손상이 발생되기 쉽고 손상부의 발견 및 복구가 어려운 문제점이 있다. 또한, 응력균열에 민감하고 열팽창 및 수축이 되며 표층 차수제 공법에 비해서 고가이다. 고도의 접합기술이 요구되며, 타 구조물과의 접합부 시공이 힘든 문제점도 내포하고 있다.

개량된 HDPE + 점토(clay)의 경우에는 미세한 청공이 발생한 경우는 물리적 방법에 의한 자기치유가 가능하지만 나머지 대부분의 경우에는 자가치유가 불가능한 문제점이 있다.

지오텍스타일(Geotextile)과 벤토나이트 결합재, 지오 멤브레인과 벤토나이트 결합제인 GCL차수제 공법은 HDPE의 단점인 이음부분을 수용성으로 전환시킬 수 있으나, 개량된 HDPE+점토처럼 미세한 천공일 때 한하여 물리적 화학적 자가치유가 가능할 뿐이다.

폐주물사, 석탄회, 시멘트, 기타 산업 폐기물에 비 스타(Bee star), 콘도르 SS(Condor SS) 등을 첨가하는 토질 안정차수제 공법은 기온 변화에 따른 균열이 발생하기 쉽고 지반의 부등침하 및 매립물에 의한 손상이 발생될 경우 경제적, 현실적으로 복구가 사실상 불가능하다.

이와 같이 국내에서 채택하고 있는 공법들은 전술한 바와 같은 문제점들을 가지고 있을 뿐 아니라 상기 공법 모두가 연약지반상 매립장 축조시 이용될 경우 필연적으로 발생하는 부등 침하에 기인하여 광범위한 손상이 유발되며 이 경우 보수는 현실적으로 불가능한 상태이므로 침출수에 의한 매립장 주변의 토양 및 지하수가 오염될 가능성이 크게 된다.

전술한 문제점을 극복하기 위해 자가형성 및 자가치유(self-sealing and self healing)기능을 가지면서 중금속 흡착기능이 좀 더 우수하고, 시공방법이 간단하면서 시공비용이 저렴한 차수층의 시공방법의 개발이 계속적으로 요구되어 지고 있다.

이에 본 발명에서는 두개 이상의 서로 다른 화학물질 PA 및 PB를 적절한 비율로 원지반토에 투입 및 교반하여 20~30cm 두께의 차수제 PB1층→15~25cm 두께의 차수제 PA층→15~25cm 두께의 차수제 PB2층의 순서대로 적층시키면, 낮은 투수능력 및 주행성을 가질 뿐 아니라, 종래의 차수층에 비해 우수한 자가복원 기능 및 침출수 중에 포함되어 있는 중금속에 대한 높은 흡착능력을 나타냄을 발견하였으며, 본발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 자가복원 기능 및 중금속 흡착능력이 우수한 폐기물 매립장 차수층의 시공방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 원 지반토를 최적의 다짐조건으로 준비한 뒤 원 지반토를 정리하고 분쇄하는 원 지반토 준비단계; K₂O 0.5~5.0중량%, CaO 10.0~15.0중량%, SiO₂60.0~70.0중량%, MgO 1.1~4.0중량%, Na₂O 10.0~12.0중량%, Al₂O₃2.0~5.0중량%, Fe₂O₃0.5~3.0중량% 및 SO₃1.0~3.5중량%를 포함하는 반응 차수제 PA 및 K₂O 0.05~1.0중량%, CaO 80.0~85.0중량%, SiO₂2.5~10.0중량%, MgO 1.0~3.0중량%, Na₂O 0.03~1.0중량%, Al₂O₃0.2~3.0중량%, Fe₂O₃0.2~3.0중량% 및 SO₃0.3~0.5중량%를 포함하는 차수제 PB를 운반한 뒤 원지반토에 각각 투입 및 교반시키는 단계; 상기 차수제 PA 및 차수제 PB를 20~30cm 두께의 차수제 PB1층→15~25cm 두께의 차수제 PA층→15~25cm 두께의 차수제 PB2층의 순서로 포설하고 소정횟수로 다짐시키는 포설 및 전압단계; 및 양생 및 표면 처리단계를 포함하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명의 시공과정을 나타낸 공정 개략도이다.

도 2는 본 발명의 차수층 단면을 나타낸 단면도이다.

도 3은 차수제 PA층과 PB층의 결합부에 화학물질이 반응하여 생성된 침전물(AB)에 의해 재 확산-침전 작용이 지속되어 공극이 극히 미세한 상태가 되게 하는 자가형성 종결과정을 나타낸 개략도이다.

이하, 본 발명의 방법을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 차수층 시공방법은 모토준비→모토분쇄→운반→교반→운반→선별→운반→포설 고르기→다짐→양생 및 표면처리의 순서로 이루어지며(도 1참조), 공정 순서에 따라 각 공정에 적합한 장비를 활용하여 시공한다.

선별-배합-교반의 공정은 시공 규모에 따라 경제성을 감안하여 소규모와 대규모 작업으로 구분하여 소규모 일때는 선별기와 스테빌라이저(Stabilizer)를 이용하여 시공하며, 대규모 작업일 때는 플랜트(plant/공정 자동화 기계)를 설치하여 시공하게 된다.

먼저, 차수제로 사용되는 모토는 실트와 점토로 구성된 세립토의 함유량이 적어도 10% 이상인 양질의 토사가 바람직하다. 상기 범위를 유지시키기 위해, 외부 토취장의 양질토사를 반입하거나, 벤토나이트 등의 혼합량을 증가시며 조절하고, 또는 기타 첨가물질을 사용하여 조절할 수 있다.

모토의 소성지수는 5%~30%가 바람직하며, 소성지수가 30%를 상회할 경우에는 점성이 증가하여 현장 작업성이 저하되고 건조시 완전한 혼합이 어려우므로 상기 범위를 유지시키는 것이 바람직하다.

또한, 투수계수 및 강도 규정을 만족하기 어려운 토사 재료에 대해서는 벤토나이트 등의 기타 첨가재료를 혼합하여 사용할 수 있다.

공사에 필요한 모토를 확보하기 위해 야적된 토사의 자연건조를 위하여 배수로를 설치하여 함수비를 저감시키고 B/H(BACK HOE)와 D/Z(DOZER)를 이용하여 검토한다. 준비된 모토의 불순물(호박돌, 나무, 비닐 등)을 제거하고 스테빌라이저로 6회 분쇄 및 건조시켜 함수비를 30% 이하로 만든다.

그런 다음, 준비된 모토에 차수제들을 혼합 및 교반하는데, 본 발명에 사용되는 차수제들은 폐유리병, 폐석회, 플라이애쉬 등을 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 산업 폐기물을 재활용 할 수 있다는 장점 및 이로 인해 시공비용이 절감될 수 있는 장점이 있다.

상기 준비된 원 지반토에 서로 다른 화학물질인 차수제 PA 및 PB를 각각 투입시켜 교반시킨다. 이때 상기 PA제 및 PB제는 정확히 계량하여 투입하여야 하며, S/T(STABILIZER, 스테빌라이저)를 이용 6회 이상 교반하거나 승인된 기계를 사용하여 충분한 교반이 이루어지도록 한다.

상기 투입량은 차수제 PA는 150~200kg/m³이고, 차수제 PB는 240~260kg/m³가 바람직하다.

차수제 PA는 K₂O 0.5~5.0중량%, CaO 10.0~15.0중량%, SiO₂60.0~70.0중량%, MgO 1.1~4.0중량%, Na₂O 10.0~12.0중량%, Al₂O₃2.0~5.0중량%, Fe₂O₃0.5~3.0중량% 및 SO₃1.0~3.5중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 차수제 PB는 K₂O 0.05~1.0중량%, CaO 80.0~85.0중량%, SiO₂2.5~10.0중량%, MgO 1.0~3.0중량%, Na₂O 0.03~1.0중량%, Al₂O₃0.2~3.0중량%, Fe₂O₃0.2~3.0중량% 및 SO₃0.3~0.5중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 반응 차수층의 화학조성은 시공현장의 토질상태나 요구특성에 따라 다르지만, 상기 범위 이내에서 조절하는 것이 차수층의 자가복원 기능 및 중금속 흡착 기능을 위해 바람직하다.

상기 PA성분과 PB성분은 각각 탄산계 무기물과 칼슘계 무기물이며, 이들에 의해 불투수 차수층의 실(Seal: 불투성 차수)이 생성된다. 차수제 PA층과 PB층이 현장토에 함유된 조성물과 함께 각각 음이온(CO₃ ^-2와 OH^-)과 양이온 (Mg⁺²와 Ca⁺²)으로 용해됨에 따라 미세확산-침전반응의 순환주기를 이루는 화학반응이 진행된다. 이러한 이온은 접합부위에서 PA, PB층의 화학물질에 비하여 상대적으로 비 용해성 광물질인 불루 사이트{Mg(OH)₂}와 칼사이트(CaCO₃)를 형성하게 되는 것이 본 공법의 기본 반응원리이다.

특히, 불투수 차수층을 형성하는데 중요한 기능을 갖는 CaO와 SiO₂의 역할은 PB 및 토양 중에 주로 함유된 알칼리계의 Ca와 Pa 및 토양 중에 실리카 성분인 SiO₂(수산기 또는 특정구조 규산질)가 수분에 공존하여 장기적으로 서로 반응하여 새로운 물질을 형성 즉, 불투수성 차수층 및 실을 형성시킨다(도 3참조).

충분히 교반된 차수제 PA 및 차수제 PB는 20~30cm 두께의 차수제 PB1층→15~25cm 두께의 차수제 PA층→15~25cm 두께의 차수제 PB2층의 순서로 포설되고 소정의 횟수로 다짐된다. 상기 차수층의 배열 방법은 다양하게 변경 적용할 수 있으나, 본 발명의 자가복원 및 중금속 흡착 기능의 최대 효율을 위해서는 상기 적층 순서를 따르는 것이 바람직하다.

충분히 교반된 토사는 15mm 체를 통하여 큰 덩어리 및 불순물(나무, 돌, 비닐 등)을 완전히 제거한다. 선별이 완료된 토사는 OMC(최적 함수비)상태를 만족하기 위하여 수시로 SMT(Speedly Moisture Test)로 확인한다.

선별이 완료된 토사를 운반할 때에는 선별 토사의 다짐이 발생하지 않도록 난폭 운전을 자제하여야 하며, 지지층의 파괴가 일어나지 않도록 각별한 주의가 요구된다.

운반된 교반토를 D/Z를 이용하여 적절한 두께로 고르기를 실시한다. 이때, 운반된 교반토의 건조를 방지하기 위하여 최대한 빠른 시간에 다짐을 완료하는 것이 바람직하다. 또한, 1차 다짐 후에 보조 다짐 기계를 사용하여 95% 이상의 다짐을 확보하도록 한다.

표면 건조로 인한 크랙 발생을 방지하기 위하여 양생포를 이용하여 습윤상태를 유지하도록 한다.

전술한 반응원리에 따라, 우수한 자가복원 및 중금속 흡착기능을 갖는 본 발명의 차수층은 차수층 PB1, 실층 1, 차수층 PA, 실층 2 및 차수층 PB2층으로 구성된다(도 2참조).

본 발명의 차수층은 특히 사질토성분의 지반위에 중금속등 특히 유해한 물질을 포함하는 폐기물 매립장 기반 시설에 적합하며, 좀 더 구체적으로는 광산 폐기물 매립, 특수 폐기물 매립, 산업 폐기물 매립장등의 차수층으로 적합하지만, 이에 한정되지는 않는다.

PA층과 PB층의 강도 및 투수계수는 각 층별로 측정되며, PA층과 PB층의 강도는 각각 2.2~6.6 kg/cm², 6~10kg/cm²이며, 투수계수는 전층(PA, PB 및 실층)의 두께로 평균치를 측정하였으며, 그 값은 1×10^-8cm/sec 이하이다.

본 발명의 차수층은 2개의 실층을 가지고 있으므로 침출수의 차수 효과 및 흡착, 침전효과는 종래의 단일층에 비해 2배 이상 나타나며, 침출수가 극히 미량이다. 따라서, 본 발명의 차수층 시공방법은 완전한 자정 능력을 부여할 수 있다.

연약지반의 부등 침하에 대비하기 위하여 하부와 상부층은 일정한 탄력성, 유연성, 신축성을 유지하도록 조성되어 있으며, 상부층은 주행성 확보를 위하여 하부층보다 높은 강도를 유지하도록 조성되어 있다.

투수계수도 강도 특성과 유사하게 상부층이 하부층보다 낮은 투수계값을 갖게 된다. 자가형성 및 자가치유 치수막인 실층은 바닥/사면의 차수층 PA와, PB층의 차수제의 상호 화학 반응에 의한 침전층으로 PA와 PB층 보다 현저히 낮은 불투수성 투수계수 값을 나타낸다.

본 발명에 의한 차수층은 신축성, 적정 강도 및 아주 낮은 투수계수(k=1×10^-8cm/sec이하)의 값을 나타내는 실층의 형성을 용이하게 하기 위하여 허용입도는 현장토일 경우에는 평균입경 10mm이하, 화학 조성물은 건조 분말 상태로 평균 #200체(0.074mm) 이하로 가능한 균일하게 하여야 하며, 입자가 작을수록 효능이 뛰어나기 때문에 차수층 계면부의 화학반응 면적을 확대시킴으로써 교반 및 다짐율을 높였다.

함수비는 현장토(모토)와 조성물의 배합-교반과 포설정형-다짐의 공정상 시차를 고려하여 최적 함수비(OMC)를 기준으로 하여 ±2% 범위로 살수, 건조시켜서함수비를 조절한다.

교반율(mixing ratio)은 평균 85%이상으로 한다. 차수층의 특성에 따라서 ±10%의 오차를 허용한다.

전압은 평균 20cm의 펴고르기 두께를 기준으로 장비의 접지압 및 압밀정수를 환산하여 대각선 방향, 교차형으로 평균 8회의 전압 다짐을 시행, 최적 다짐율 95% 이상으로 하고 현장조건에 맞추어 조정한다.

특히, 전압 다짐시 표면 입자를 균일, 조밀하고, 매끈하게 처리하여 표면수막 현상을 일으키도록 한다.

전술한 허용입도, 함수비, 교반율 및 전압율에 규정된 원칙은 자가형성 및 자가치유 차수제 공법의 모든 방법에 적용되는 공통된 차수제 품질 관리 원칙이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

하기 실시예는 경기도 김포군 백석동에 위치한 사업면적 3,811,753m²매립면적 53,400,000m²규모의 수도권 매립지 3공구 조성공사를 위해 면적 150m×30m의 규모로 1997년 6월~1997년 8월 까지 2개월 간 타사 4개사와 성능비교를 위한 시험 시공을 실시한 것이다.

실시예 1

고화처리의 총두께는 75m이며, 하부로부터 소일-시멘트층(soil-cemet(S/C층)을 45cm 부설하고, 상기 표 1과 같은 조성을 갖는 차수제 PA층 및 PB층을 각각15cm씩 부설하였으며, 각층의 원 지반토와 화학 물질의 혼합 상태는 S/C층에 대해서는 원 지반토 1m³를 기준으로 시멘트 120kg를 혼합함과 동시에 원 지반토 건조 단위 중량(rd)의 3% 내외에 해당하는 차수제 PB 4kg의 화학물질을 섞었다.

차수제 PA 및 차수제 PB의 조성은 하기 표 1과 같다.

(표 1)차수제 PA 및 차수제 PB의 조성

조성물질	조성비율(중량%)
	PA	PB
K2O	0.86	0.07
CaO	11.2	83.7
SiO2	64.4	2.89
MgO	1.16	1.53
Na2O	11.9	0.04
Al2O3	2.31	0.25
Fe2O3	0.54	0.27
SO3	3.11	0.31
쓰레기 소각재	2.19	5.81

차수제 PA층은 원 지반토 1m³에 대하여 차수제 PA 화학물질을 약 0.2rd인 251kg을 혼합하였다. 차수제 PB층(300)은 원 지반토 1m³에 대하여 차수제 PB 화학물질의 약 0.15rd인 188kg이 되도록 하였다.

부설시 함수비(w)는 실내 다짐 시험 결과 최적 함수비(OMC)가 21%였으므로 그 기준에 맞추어 w=20~25%의 범위를 유지하게 하였다. 허용입도는 원지방토(모토)가 10mm미만 각 차수제는 #200체(0.074mm)이하로 하였고, 평균 전압 다짐율은 95%를 유지하도록 하였으며, 모토와 차수제의 배합율은 85%이상이 되도록 하였다. 대규모시공시에는 플랜트를 설치하여 혼합이 되도록 하여야 하나 본 시험 시공에서는 시공량이 소량이므로 편법으로 장비를 이용하여 혼합 실시하였다.

실시예 2

강도 시험

한국 건설품질 연구소에서 시험 시공후 42일이 경과한 시점에서 "자가형성및 자가치유" 차수제 공법시공 구간의 대표적인 3개 지점에서 강도 시험 측정용 시료를 채취하여 일축 압축 강도 시험을 하였다.

상기 실시예 1의 차수층 강도는 2.2~9.9kgf/cm³로서 평균 6.2kgf/cm³이었으며, 이는 허용기준 5kgf/cm³를 충분히 만족할 만한 결과를 얻었다.

실시예 3

투수 시험

한국건설품질 연구소와 서울시립대학교에서 실층과 계면부 무반응 차수제 보강층의 시료를 채취하여 투수계수를 측정하였으며, 상기 실시예 1의 차수층의 투수계수는 1.0260×10^-8~ 9.9525×10^-8cm/sec의 값을 나타내어 폐기물관리법에서 요구하고 있는 매립시설 차수층의 기준치인 1×10^-7cm/sec 보다 낮은 투수계수를 나타내며, 양호한 상태를 유지하고 있는 것으로 나타났다.

실시예 4

주행성 및 균열 시험

1997. 10. 6~1997. 10. 8(3일간)에 걸쳐 25톤 규모의 덤프트럭을 120회 주행시킨 후 상기 실시예 1의 차수층 상태를 점검한 결과 주행전에 표면균열이 0.8mm~2.0mm폭으로 발생해 있었으나, 주행에 따른 추가적인 크랙의 진행은 발견 할 수 없었으며, 역으로 주행 종료 후에 표면 크랙이 감소하는 경향이 나타났다.

본 발명의 고화처리공법은 시공시 포졸란반응을 유도하는 방법이 아니기 때문에 강성체가 아닌 유연성을 지닌 단면을 형성하며 따라서 균열의 정도는 타사에 비해 발생하지 않았음을 증명해 보였다.

균열 발생부분도 타사의 심층 균열과는 달리 깊은 균열이 아닌 표면균열인바 이는 균열부에 실이 형성됨에 따른 것이며, 본 발명의 자가복원 공법에 의한 표층고화처리 시험시공에 있어서는 표면균열로 침출수 누출을 원천적으로 봉쇄할 수 있는 공법임을 확인해 주고 있다.

실시예 5

자가복원 시험

1997. 8. 8~1997. 8. 23(16일간)에 걸쳐 특수현장투수시험장치(Sealed Single Ring Infiltrometer, SSRI)를 이용하여 상기 실시예 1의 자가복원 능력을 실시하였으며, 본 발명의 경우, 자가복원된 층의 투수계수는 a×10^-8cm/sec로 나타났다. 외국 문헌으로는 a×10^-11cm/sec인 점을 감안하면 본 발명의 고화처리방법은 균열에 대한 대응성은 매우 뛰어나다고 할 수 있다. 자가치유 능력에 관한 시험은 실내시험과 현장 시험으로 나누어 실시하였다. 실내시험은 구멍을 뚫은(punching) 후 1×10^-5cm/sec의 투수계수를 나타낸 것이 96시간(4일) 경과 후 투수계수가 1/10로 저하되어 가는 경향을 나타내어 자가형성 및 자가치유 차수제의 자가치유 기능이 뛰어남을 알 수 있다.

실시예 6

중금속 흡착시험

침출수에서 검출되고 있는 구리 및 납에 대하여 상기 실시예 1의 중금속 흡착시험을 실시하였다. 시험재료로는 24시간 이상 풍건시킨 원 지반토와 각각의 차수제 PA 및 차수제 PB를 중량비로 8:2로 혼합하여 각각을 2g씩 취하였고 실층은 같은 방법으로 조성된 PA 및 PB충을 이용하여 현장에서 인위적으로 실층을 형성시켜 이 반응으로 형성된 실층을 분리하고 이것을 가루로 만들어 2g씩 취하였다.

이렇게 형성된 각각의 시료에 대한 중금속의 흡착능력을 알아보기 위해 구리, 납 0.1N HNO₂에 1,000ppm씩 녹아있는 Stock Solution으로 50 , 75, 100, 200, 300ppm의 용약을 만들어 20㎖취한 후 각각의 시료와 25㎖ 바이얼에 섞어 24시간 이상 Shaking incubator를 이용하여 20℃의 온도에서 150rpm으로 교반하였다. 반응 후 용액은 종이필터(Whatmon 44, 150mm)를 이용하여 거른 후 ICP(Inductively coipled plasma spectrophotometer, Model; GBC Integra XMP)를 이용하여 분석하였으며, 구리의 흡착시험 결과 및 납의 흡착시험 결과를 하기 표2 및 표 3에 각각 나타내었다.

(표 2)흡착반응 후 구리의 잔류 농도

초기농도(ppm)	50	70	100	200	300
잔류농도	PA	49.8	70.8	91.5	181.0	274.3
	PB	0	0.12	0.05	0.2	0.2
	실(Seal)층	0.7	1.9	2.3	3.5	34.2

(표 3)흡착반응 후 납의 잔류 농도

초기농도(ppm)	50	70	100	200	300
잔류농도	PA층	34.6	52.5	82.2	13.9	229.8
	PB층	0.2	0.3	0.4	1.6	1.9
	실(Seal)층	0.2	0.4	0.9	0.2	0.9

상기 표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 구리의 흡착은 PA층은 크지 않았지만, PB층은 99%, 실층은 89~99%의 구리 흡착 능력을 나타내어 PA층에 비해 매우 우수함을 알 수 있었다.

또한, 표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 실층이 납의 흡착능력이 가장 우수하였다. PA층이 평균 27%로 크지 않았지만, PB층은 평균 99% 이상이었고, 실층도 99% 이상의 흡착능력을 나타내었다.

수도권 매립지 3공구의 차수층 시험시공에서 본 발명의 차수층은 타4개사가 가지고 있는 어떠한 공법보다도 탁월함이 입증되었으며, 본 발명이 가지고 있는 자가 복원공법이 수도권 매립지 3공구 본 공사에 적용되어 이미 시공이 완료, 현재 매립이 진행되고 있고, 아울러 매립된 부분을 정부 관계 기관 및 학계가 참여하여 일부 절토하여 확인한 결과 크랙이 진 부분은 엄청난 두께로 자가 복원되어 침출수의 누출이 근본적으로 차단되고 있음이 확인되었다.

이에 따라 국내에 수도권 매립지 3 공구를 비롯하여 김해, 청소, 영양등지에 본 공법이 적용되어져 본 발명의 시험과 시공형장에 확인된 바와 같이 PA 및 PB의 상이한 두개의 층으로 인하여 그 사이에 화학반응에 의하여 투수계수가 아주 높은 실층이 형성되어 기존의 HDPE의 기능을 가지고 있어 침출수의 유출을 막고 있을 뿐 아니라 만일 지반 침하 등으로 크랙이 발생한다 하더라도 두 층간의 상이한 차수제(PA 및 PB) 간의 화학반응에 의해 역시 실이 형성되어 크랙을 메꾸어 줌으로써 침출수의 유출을 원천봉쇄하고 본 시험에 나타난 바와 같이 본 발명에 사용되는 차수제는 침출수 중에 포함되고 있는 구리, 납 등의 중금속류를 거의 대부분 흡착하여 중금속으로 인한 토양 및 지하수, 하천오염을 방지하는 부수적인 발명의 효과를 얻고 있다고 하겠다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 차수층 시공방법은 생성 차수층은 물론 반응 차수층 자체도 매우 낮은 투수성을 가질 뿐만 아니라, 월등히 낮은 투수성을 갖는 생성 차수층은 두 반응 차수층 계면상에서 오염물질을 차단하기에 적합한 두께 만큼 만들어지고 차수층의 손상이 발생할 경우 또 다시 반응이 일어나 손상된 부분을 복구시켜 주기 때문에 대단히 안정적이고 효율적으로 오염물질을 차단할 수 있어 보다 안정적이고 효율적인 오염물질 차단능력을 갖고 있다. 또한, 본 발명의 차수층 시공방법은 경제성이 매우 높다. 즉, 폐기물 매립지에 가장 중요한 요소인 차수층이 전체 공사비에 차지하는 비율은 그다지 높지 않지만, 이러한 차수층이 본 공법으로 시공될 경우 차수층의 파손으로 인해 주변지역에 야기될 수 있는 2차 오염이나 재시공 가능성을 현저히 낮추어 전체 폐기물 매립지의 경제성을 크게 높일 수 있다. 한편, 대상지역의 지반조건이나 사용자, 설계자 및 시공자의 요구사항, 예산 등에 따라 시공방법을 다양하게 적용시킬 수 있기 때문에 넓은 적용가능성을 가지고 있다. 또한, 자체 및 외부연구 시험결과에 따르면 반응 차수층과 생성 차수층은 매우 낮은 투수성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 침출수와 같은 각종 오염물질에 포함된 중금속과 유기화합물질에 대해 높은 흡착능력을 가지고 있음을 확인할 수 있었으며, 따라서 본 발명의 공법은 보다 향상된 오염물질 저감능력을 가진다는 장점이 있다. 아울러, 본 발명의 공법은 완공된 차수층에 대한 주행성이 매우 양호하다는 장점을 가진 것으로 나타났다.

따라서, 지금까지 쓰레기 매립장에서 문제시 되어 온 오염수 침출에 기인하여 주변의 토양 및 지하수, 하천 등의 오염을 완전히 해결할 수 있으며 산업폐기물을 일부의 차수층 재료로 활용함으로써 경제적 효과는 물론 환경보호측면에 기여하는 바가 매우 크다 할 것이다.

Claims (1)

1. 폐기물 매립장의 시공 방법에 있어서,

   원 지반토를 최적의 다짐조건으로 준비한 뒤 원 지반토를 정리하고 분쇄하는 원 지반토 준비단계;

   K₂O 0.5~5.0중량%, CaO 10.0~15.0중량%, SiO₂60.0~70.0중량%, MgO 1.1~4.0중량%, Na₂O 10.0~12.0중량%, Al₂O₃2.0~5.0중량%, Fe₂O₃0.5~3.0중량% 및 SO₃1.0~3.5중량%를 포함하는 반응 차수제 PA 및 K₂O 0.05~1.0중량%, CaO 80.0~85.0중량%, SiO₂2.5~10.0중량%, MgO 1.0~3.0중량%, Na₂O 0.03~1.0중량%, Al₂O₃0.2~3.0중량%, Fe₂O₃0.2~3.0중량% 및 SO₃0.3~0.5중량%를 포함하는 차수제 PB를 운반한 뒤 원지반토에 각각 투입 및 교반시키는 단계;

   상기 차수제 PA 및 차수제 PB를 20~30cm 두께의 차수제 PB1층 →15~25cm 두께의 차수제 PA층 →15~25cm 두께의 차수제 PB2층의 순서로 포설하고 소정횟수로 다짐시키는 포설 및 전압단계;

   및 양생 및 표면 처리단계를 포함하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가복원 기능 및 중금속 흡착능력이 우수한 폐기물 매립장 차수층의 시공방법.