KR20000030515A - 폐기물 매립지의 최종복토 방법 및 그 최종복토 내에서의매립가스 재순환 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐기물 매립지의 최종복토 방법에 관한 것으로 차단층의 상부와 하부에 단열기능을 추가하여 최종복토 외부와 매립지 내부의 온도변화로 인한 차단층의 건조 수축 및 극심한 기온차로 인한 동결융해 현상과 차단층 내부에서의 열응력 발생 및 변화에 의한 연직균열의 발생을 방지하고, 또한 단위 밀도가 낮은 물질을 사용하여 차단층 상부에 가해지는 하중을 완화시킬 수 있도록 한 최종복토방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 차단층 하부인 가스배제층에 다공질 재료를 사용하여 종래 가스배제층의 능력을 그대로 유지하면서 차단층에 가해지는 하중을 골고루 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라 급격한 압력변화에도 완만하게 대처할 수 있도록 함으로써 차단층의 부등침하 발생을 억제하여 차단층을 보호할 수 있도록 한 최종복토방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 매립지 내부에서 발생하는 매립가스를 블로와로 강제흡입하여 추출하는 과정에서 차단층 하단부에 부압(-)이 발생하는 것을 방지하여 차단층에 가해지는 전단력과 휨모멘트를 감소시켜 최종복토층 침하의 발생을 억제할 수 있도록 한 최종복토 내에서의 매립가스 재순환 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폐기물상단에 가스배제층을 형성하고, 그 상단에 차단층, 배수층, 여과층 및 표층을 형성시키는 최종복토방법에 있어서, 상기 차단층과 인접하여 상부 또는 하부에 적어도 1층의 단열층을 형성하고, 차단층 하단에 압력완충층을 형성하는 것에 의한 최종복토방법을 제공함으로써 달성할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 최종복토 내의 가스배제층에 매립가스를 추출 및 재주입할 수 있도록 유공관이 설치되고 상기 유공관에서 포집된 매립가스를 순환관을 통해 저장탱크로 이송하여 저장하고, 상기 저장탱크에 저장된 매립가스는 블로와, 컴프레샤 등 가스 이송 장치를 이용하여 상기 최종복토층 내의 가스배제층 재순환 시켜 가스배제층내의 압력이 0kg/㎠ 내지 0.3kg/㎠범위에서 적정압력으로 일정하게 유지시키는 것에 의한 폐기물 매립지의 최종복토 내에서의 매립가스 재순환 시스템을 제공함으로써 달성할 수 있다.
Description
본 발명은 폐기물 매립지의 최종복토 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 폐기물을 매립 완료한 후 매립지 내부로 우수침투 방지와 매립가스의 표면발산 방지 및 효율적인 회수 증진을 위해 실시하는 최종복토에서 차단층의 동결융해, 건조수축, 열응력 변화로 인한 차단층의 균열을 방지할 수 있도록 차단층 상ㆍ하부 및 내부의 온도변화를 최대한 줄이고, 최종복토에 가해지는 충격 및 이동 하중에 대해 차단층 하부로 전달된 하중을 흡수ㆍ분산시키며 차단층 하부의 가스배제층에서 매립가스의 압력변동을 적당하게 제어함으로써 장기간동안 최종복토의 기능이 수행될 수 있도록 한 폐기물 매립지의 최종복토 방법 및 그 최종복토 내에서의 매립가스 재순환 시스템에 관한 것이다.
근대의 공업화 이래로 산업이 급속하게 발달하고, 생활수준이 현격하게 향상됨에 따라 산업쓰레기 및 도시생활쓰레기를 포함한 각종 폐기물의 발생량이 기하급수적으로 증가하고 있으며, 발생되는 폐기물의 대부분은 매립하거나 소각에 의존하고 있는 실정이다.
특히, 폐기물을 매립하는 경우 매립된 폐기물은 수십년에 걸친 분해기간을 필요로 하는데, 이 분해기간 동안 매립폐기물 자체에 함유된 중금속 등의 오염물질이 용출되거나, 빗물의 유입으로 인하여 매립장으로부터 유출되는 침출수는 인근 토양 및 하천을 오염시키는 주원인으로 작용하고 있다.
또한 매립 폐기물의 분해과정에서 각종 유기물의 분해산물로 과량의 매립가스가 발생하게 되는데, 이 매립가스의 주성분은 메탄가스 및 이산화탄소로 이루어져 있으며, 이 이외에도 암모니아 황화수소 메르캅탄 등과 같은 악취물질과 인체에 유해한 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등과 같은 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds)이 함께 발생한다.
이때 매립지에서 발생하는 매립가스가 대기중으로 방출되어 대기오염의 원인으로 작용할 뿐만 아니라 온실효과를 초래하게 됨으로써, 라니냐 현상 및 엘리뇨 현상 등과 같은 이상기후 현상의 직접적인 원인으로 작용하는 문제점이 발생하고 있다.
특히 매립가스의 50% 내지 60%를 차지하는 메탄가스는 이산화탄소보다 약 21배 이상 온실효과에 영향을 미칠뿐만 아니라, 전세계의 메탄 발생량 중 약 5% 내지 20%정도가 폐기물 매립지에서 발생하는 것으로 알려져 있다.
그에 따라 폐기물 매립지에서 발생하는 매립가스를 소각시키는 방법과 함께 매립가스를 에너지로 재활용함으로써 폐기물을 자원화하는 방법에 대하여 다양한 연구가 진행되고 있다.
상기한 매립지에서 발생하는 매립가스의 재활용방법의 일환으로 본 발명자는 출원번호 제 98-57487호에서 매립처리된 폐기물의 분해 안정화 과정에서 지속적으로 발생되는 매립가스가 매립진행단계, 매립완료 후 단계 및 매립안정단계에 걸쳐 발생량을 최대한 일정하게 유지시킬 수 있도록 각 단계별로 재순환 되는 침출수의 온도와 수소이온 농도(pH) 등의 조건을 적절하게 감시 및 조절함으로써 상기 매립가스의 재활용에 필요한 정제시설 또는 발전설비 등의 시설을 적정한 규모로 설계할 수 있도록 하여 시설투자비용의 조기 회수가 가능하며 매립가스 자원의 재활용 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 매립지를 조기 안정화할 수 있도록 한 '폐기물 매립지의 매립가스 발생량 조절방법 및 그 장치'에 대하여 선출원한 바 있다.
일반적으로 폐기물 매립지에서 발생하는 매립가스 처리에는 수평 포집관과 수직 포집정을 통해 강제 추출하여 소각처리 또는 에너지로 재활용하는 적극적 방법과 매립지에 설치된 자연 배기 설비로 현장 소각하는 소극적 방법이 사용되고 있으며, 2가지 방법을 병행하여 사용하기도 한다.
이러한 매립가스 추출 설비와 더불어 복토는 매립지 표면으로부터 매립가스의 표면 발산을 억제하며, 매립지 내에 매립가스를 가두어 두는 중요한 역할을 하고 있다.
일반적으로 복토는 폐기물을 매립하는 과정에서 행하는 매일복토와 중간복토 및 폐기물을 매립 완료한 후 행하는 최종복토로 구분할 수 있으며, 매일복토는 매일 매립지로 운송된 쓰레기를 매립지 내에 야적한 다음 그 상부에 복토를 하는 것이며, 중간복토는 어느 정도 일일복토가 진행되면 그 상단에 다시 복토를 하여 그 복토층 위에 다시 일일복토가 진행될 수 있도록 하는 것이다.
상기와 같이 일일복토 및 중간복토를 반복하여 매립지 내에 폐기물의 매립이 완료되면 그 상단에 최종적으로 최종복토를 함으로써 매립지의 매립이 완료되는 것이다.
특히 폐기물 매립완료 후 최종복토에서는 매립지 외부로의 매립가스 방출과 매립지 내부로의 수분침투를 방지해야 하는 기능을 갖추어야 하며, 차단층 상부에서는 매립지 측면으로 배수가 쉽게 될 수 있도록 하고 차단층 하부에서는 매립가스의 포집 및 추출이 용이하도록 하고 있다.
상기한 종래의 일반적인 매립지의 복토방법을 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 도1에서 보는 바와 같이 폐기물매립지(100)는 매일 매립지로 운송된 폐기물(110)을 야적하고 그 위에 일일복토(120)를 하는 복토작업을 어느정도 진행한 다음, 상기 일일복토(120)층들이 완전히 덮히도록 폐기물(130)을 매립한 후 그 위에 중간복토층(140)을 형성하는 중간복토를 한 다음, 중간복토층(140) 상부에 다시 폐기물(110'), 일일복토(120'), 중간복토층(140') 형성을 반복하는 중간복토를 하고, 최종적으로 최종매립폐기물(130")의 매립이 완료되면 가스배제층(210) 및 최종복토층(220)을 형성하는 최종복토(200)를 하게 된다.
상기 복토를 하는 과정에서 폐기물(110, 110',110")의 매립완료 후 발생하는 매립가스를 포집하여 가스를 소각하거나 재활용 할 수 있도록 하기 위하여 매립지 내부에는 수평 포집관과 매립지 상부의 수직 포집정을 설치하고, 최종복토(200)에는 가스배제층(210)을 형성하여 매립가스를 포집하게 되는데, 이때 가스배제층(210)과 매립지 내부에 설치된 유공관(141, 141', 211) 및 수평 포집관을 연결하여 블로와(212) 및 가스 이송관(213)를 통하여 포집 추출된 매립가스를 가스 소각 설비나 발전시설로 이송한다.
특히 최종복토(200)는 도2에 도시된 바와 같이 일반적으로 상부로부터 표층(Top soil Layer)(221), 식생차단층(Biotic Barrier Layer)(2211), 여과층(Filter Layer)(222), 배수층(Drainage Layer)(223), 차단층(Barrier Layer)(226), 가스배제층(Gas Venting Layer)(210) 및 상기 가스배제층(210) 하단부에 최종매립폐기물(130")이 형성되는 구성을 가진다.
상기한 표층(221), 식생차단층(2211), 여과층(222), 배수층(223), 차단층(226), 가스배제층(210)은 매립지의 지역 여건 , 매립폐기물의 종류와 특성 , 강우ㆍ기온, 바람 등의 기후조건, 복토재료의 조달 여건에 따라 다양하게 조합하여 형성할 수 있으며, 그 기능이 더욱 전문화되고 있다.
상기 최종복토(200)를 구성하는 표층(221)은 식물의 식재가 가능한 층으로서 식생대층(Vegetation Layer)이라고도 하며, 바람과 물에 의한 매립복토의 침식을 방지하고, 식물의 성장이 가능하도록 하기 위하여 적절한 토질과 수분보유능력을 가진 유기물과 모래, 마사토 및 점토가 균형 있게 혼합된 양토를 60㎝ 이상의 두께가 되도록 하는데, 이때 그 표층(221)의 두께가 두꺼울수록 심근성 수목의 식재가 가능하고 토양의 수분보유능력과 증발산량을 늘림으로써 침출수 발생량을 감소시킬 수 있다.
상기 표층(221) 하단부에 식생차단층(2211)을 형성할 수 있는데, 이 식생차단층(2211)은 쥐, 여우 등 동물의 파헤침과 식물 뿌리에 의한 차단층(226)의 손상 방지를 위해 자갈 등으로 30cm정도 포설한다.
또한 여과층(222)은 강우로 인하여 빗물이 표층(221)으로 스며들어 배수층(223)으로 이동하는 경우 표층(221) 내의 미세입자들이 배수층(223)으로 씻겨 들어가 배수층(223)의 공극이 막히는 현상을 방지하고, 서로 다른 층간의 혼입을 억제하기 위하여 설치하는 것으로 통상적으로 골재나 토목섬유 등을 사용하고 있다.
배수층(223)은 상부 표층(221)으로부터 침투된 우수를 신속하게 수평이동시켜 매립지 경계선 밖으로 측면 배수하여 매립지 내에서의 침출수 발생량을 최소화시키기 위하여 설치하는 것으로, 특히 배수가 용이하도록 하기 위하여 배수층(223)을 구성하는 물질의 투수계수를 1×10-3cm/sec이상으로 제한하고 있으며, 통상적으로 자갈이나 모래 등을 30㎝정도 이상의 두께로 형성시키거나 토목섬유 등으로 사용하고 있다.
차단층(226)은 배수층(223) 하부에 위치하는 것으로 폐기물 내부로 우수가 침투하는 것을 방지하여 우수로 인한 침출수 발생량을 최소화시키고, 또한 매립 폐기물로부터 발생하는 매립가스가 매립지 표면으로 방출되는 것을 방지하기 위하여 형성된 것으로 주로 점토질의 토양, 토목섬유, 합성수지 차수막 등을 이용하여 폐기물의 종류와 특성에 따라 단층 또는 이중층으로 구성된다.
상기에서 차단층(226)을 합성수지 차수막층(Synthetic Membrane)(224)과 다짐 점토층(Compacted Clay Layer)(225)으로 조합하여 사용할 경우 합성수지 차수막층(224)은 상부 배수층(223)에서 배수되는 우수를 차단함으로써 신속한 배수가 가능하도록 하여 침출수의 발생을 최소화하며, 다짐 점토층(225)은 매립폐기물에서 발생하는 매립가스가 상부로 발산되는 것을 방지하고 적당한 투수계수를 유지하면서 합성수지 차수막층(224)을 지지하는 역할을 하게 되며 차단층(226)에서의 투수계수는 1.0×10-7cm/sec이하로 제한하고 있다.
또한 가스배제층(210)은 최종매립폐기물(130") 바로 상단에 위치하며 매립폐기물에서 발생하는 매립가스를 포집하여 포집된 가스를 소각 처리하거나 발전 등의 에너지원으로 재활용하기 위하여 설치하는 것으로 내부에 가스 포집 시설인 유공관(211) 및 가스 이송관(213)을 설치하며, 일반적으로 가스포집 및 추출 효율을 높이기 위해 배수층(223)에 사용된 재료인 자갈이나 모래 또는 토목섬유 재료 등을 이용하여 30cm이상의 두께를 가지도록 구성된다.
그러나 상기와 같은 구성을 갖는 최종복토(200)는 강우, 기온, 바람 등 외부조건에 의해 복토의 표면침식과 차단층(226) 상·하부 및 내부에 균열 등이 발생될 수 있고 매립지내 폐기물의 분해 및 압밀 등의 원인에 의해 최종매립폐기물(130")층의 부분적인 침하와 함몰이 시작되면 차단층(226)의 기능이 쉽게 손상되게 된다.
또한 차단층(226)의 투수계수가 증가함으로서 침출수의 발생증가, 지하수 오염, 매립가스의 대기중 발산 등 심각한 환경문제를 일으킬 수 있으며, 국부적인 지역의 폐기물 분해 촉진으로 매립폐기물의 침하와 함몰을 가속시킴으로서 최종복(200)토의 기능에 결정적 손상을 입힐 수 있다.
이러한 문제점을 종합적으로 분석하여 볼 때 최종복토(200)의 기능을 손상시키는 원인은 폐기물의 분해와 압밀에 의한 폐기물층의 침하와 더불어 차단층(226) 상ㆍ하부 및 내부의 급격한 온도 변화, 차단층(226) 상부의 하중과 충격 및 이동하중, 차단층(226) 하부의 부압 발생 등 압력변동 등 3가지 요인을 들 수 있다.
우선 첫째로 차단층(226) 상ㆍ하부 및 내부에서의 온도 변화는 매립지 내부의 혐기성 반응상태에 따라 차단층(226) 하부에 있는 매립폐기물 층의 온도가 10℃ 내지 50℃ 정도로 완만하게 변화하고 불균등한 폐기물층의 분해속도차로 최종 매립 폐기물층 상단에서 균일하지 않는 온도 분포를 갖으며, 차단층(226) 상부에서는 복토층 위의 기온ㆍ강우ㆍ바람 등 기후 조건에 따라 -20℃에서 50℃ 정도의 큰 범위에서 수시로 급격하게 변화하기 때문에 최종복토층에 많은 영향을 줄 수 있다.
일반적으로 시행하고 있는 최종복토(200)에서 사용되고 있는 토양, 모래, 자갈, 점토 등의 복토재료 열전도도는 표1에 나타나 있으며, 점토, 모래, 자갈, 흙 등은 열전도도가 높아서 최종복토(200) 외부 기후 여건에 많은 영향을 받을 수 있음을 알 수 있으며, 특히 모래나 자갈은 수분함유정도에 따라 열전도도가 변화하며, 수분을 많이 포함하면 열전도도가 높아진다.
따라서 최종복토(200)의 외부 온도와 매립지 내부 온도가 최종복토(200)에서 가장 중요한 역활을 하는 차단층(226) 상·하부 및 내부에 영향을 줌으로써 온도 변화로 인한 차단층(226)의 건조 수축, 추운지방에서의 동결 융해 현상, 각 지점에서의 열응력 발생 및 변화 등을 유발하고, 상기 균열에 의해 수분이 차단층(226) 하부의 폐기물 내부로 침투하여 폐기물 분해 촉진으로 인한 침하와 매립가스 유출을 증가시킴으로서 최종복토(200)로서 제 기능을 발휘할 수 없는 중대한 문제점이 발생하고 있다.
| 구분 | 열전도도(W/m·k) |
| 토양 | 0.5∼1.5 |
| 모래 | 0.2∼1.2 |
| 자갈 | 0.2∼1.5 |
| 점토 | 1.2∼1.8 |
| 물 | 0.5 |
| 공기 | 0.025 |
| 토목섬유 | 0.1∼0.5 |
상기한 표1을 토대로 하여 일반적으로 시행하고 있는 최종복토(200)시에 차단층(226) 상부에서의 평균 열전도도는 예를 들어 최종복토(200)에서 표층(221) 60cm, 모래로 구성된 배수층(223)이 30cm, 점토로 구성된 차단층(226)이 50cm인 최종복토(200) 일 때 수학식1 및 수학식2를 통해 산출할 수 있다.
상기에서 d1, d2, d3는 각 층의 두께, λ1, λ2, λ3는 각 층의 열전도도를 나타내며, 상기에서 d1을 표층의 두께인 0.6m, d2를 배수층(223)의 두께인 0.3m로 하고, λ1을 표층의 열전도도인 1.0W/mㆍK(상기 표1의 중간값을 취했을 때의 값임), λ2를 배수층(223)의 열전도도인 0.6W/mㆍK(상기 표1의 중간값을 취했을 때의 값임)로 했을 때 최종복토(200)의 평균열전도도는 수학식1에 의해 하기 수학식2와 같이 산출되어 0.82W/mㆍK가 됨을 알 수 있다.
두번째로는 차단층(226) 상부하중에 의한 영향으로 매립완료 후 폐기물 분해로 인한 침하에 의해서 차단층(226)과 가스배제층(210)에 공간이 형성될 때 차단층(226)의 자중과 상부에 형성된 표층(221), 여과층(222) 및 배수층(223)으로부터 하중이 차단층(226)에 가해진다. 상기 하중으로 인해 차단층(226)에 전단력과 휨응력이 발생하고 차단층(226)이 견디지 못하면 차단층(226)의 균열로 인하여 최종복토(200)가 함몰되며 폰딩(ponding) 현상과 합성수지 차수막 및 토목섬유의 파손을 초래하여 최종복토(200)로서의 기능을 수행치 못하는 문제점이 발생되고 있다.
일반적으로 시행하고 있는 최종복토(200) 재료의 단위중량을 표2에 나타내었으며, 표2를 토대로 최종복토(200)에서 표층(221) 60cm, 모래로 구성된 배수층(223)이 30cm, 점토로 구성된 차단층(226)이 50cm인 최종복토(200)일때 차단층(226) 하부로 가해지는 단위면적당 하중은 수학식3에 의해 다음과 같이 산출된다.
| 구분 | 단 위 중 량 (ton/㎥) |
| 토양 | 1.3∼2.0 |
| 모래 | 1.3∼2.1 |
| 자갈 | 1.4∼2.3 |
| 점토 | 0.9∼2.2 |
| 토목섬유 | 0.9∼1.2 |
이때 최종복토층의 차단층(226) 하부에서 가로 10m, 세로 10m의 부분 침하로 인한 공간이 발생할 때, 차단층(226)의 하부에 형성된 공간 면적 위의 상부 자중에 의해서 전단력이 발생되며, 그 때 전단력 계산은 다음 수학식4에 의해 수학식5와 같이 산출 할 수 있다.
상기 수학식4에서 WA는 정사각형일 때 0.5, ω는 단위면적 당 하중(ton/㎡), A는 가로길이(m), B는 세로길이(m)를 나타내며, 따라서 ω는 수학식3에서 계산한 값인 2.3ton/㎡, A는 10m, B는 10m를 각각 대입하면 수학식 5에서 보는 바와 같이 전단력은 5.75ton/m으로 산출된다.
따라서 상기와 같은 최종복토(200) 조건에서 가로 10m, 세로 10m의 부분침하에 의한 공간이 형성되면 상부 하중에 의해 차단층(226)의 전단력 발생으로 차단층(226)의 균열이 발생할 수 있다.
이때 전단력을 받는 점토층(225)의 두께가 0.5m이므로 전단 응력은 1.15 kg/㎠이며, 통상적으로 점토층(225)의 전단응력은 점토층(225)의 다짐상태인 N에 따라서 표3에 나타낸 바와 같다.
| 상태 | 전단응력 (Kg/㎠) | N 치 |
| 매우 연약 | 0.25이하 | 2이하 |
| 연약 | 0.25∼0.5 | 2∼4 |
| 중간 | 0.5∼1.0 | 4∼8 |
| 견고 | 1.0∼2.0 | 8∼15 |
| 매우견고 | 2.0∼4.0 | 15∼30 |
| 고결 | 4.0이상 | 30이상 |
상기에서 N치는 표준 관입 저항치를 의미한다.
세번째로는 매립지내에서 폐기물분해로 발생되는 매립가스를 수평포집관과 수직포집정등에 의해 포집하여 블로와에 의한 설비로 강제 추출할 때 차단층(226) 하단부에 부압(-)이 발생될 수 있고, 그에 따라 차단층(226) 하단부와 가스배제층(210) 사이에 틈이 발생하고 확대됨으로써 형성된 공간 윗부분의 하중과 차단층(226) 하부에 걸리는 압력에 의해서 차단층(226)에 미치는 전단력과 휨응력을 증가시켜 차단층(226)의 균열과 함몰을 초래하는 문제점이 발생하고 있다.
일예로 최종복토층(220)에서 차단층(226) 하부에 가로 10m, 세로 10m 정도의 부분침하가 시작되어 공간이 형성된 곳에 매립지 내부에서 매립가스 추출에 의한 0.1Kg/㎠의 부압(-)이 발생되었을 때에는 차단층(226)에 걸리는 전단력은 수학식4에 의해 수학식6과 같이 산출될 수 있다.
상기 수학식6의 계산결과는 수학식4에서 WA는 0.5, ω는 수학식3에서 계산한 값인 2.3ton/㎡에 1.0ton/㎡(매립가스 추출에 의한 부압인 0.1Kg/㎠)을 합한 값인 3.3ton/㎡, A는 10m, B는 10m를 각각 대입한 것으로 수학식6에서 보는 바와 같이 8.25ton/m으로 산출된다.
상기 전단력은 부압이 걸리지 않을 때 수학식5에서 계산한 값인 전단력 5.75ton/m보다 상당히 증가된 값으로 즉 매립가스 추출에 의해 부압이 발생할 경우 전단력을 증가시켜 차단층(226)의 함몰과 균열을 촉진시키는 작용을 한다는 것을 확인할 수 있다.
마찬가지로 전단력을 받는 점토층(225)의 두께가 0.5m이므로 부압이 발생한 경우의 전단 응력은 1.65 kg/㎠이 되어 부압이 걸리지 않은 경우의 1.15Kg/㎠보다 상당히 증가되었음을 알 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 차단층(226) 하부에 부압(-)이 발생되게 되면 전단력과 전단응력을 증가시켜 차단층(226) 하부의 부분침하 공간이 작더라도 차단층(226)이 쉽게 균열이 발생될 수 있음을 알 수 있다.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 차단층의 상부와 하부에 단열기능을 추가하여 최종복토 외부와 매립지 내부로부터의 온도변화로 인한 차단층의 건조 수축 및 극심한 기온차로 인한 동결융해 현상과 차단층 내부에서의 열응력 발생 및 변화에 의한 연직균열의 발생을 방지하고, 또한 단위밀도가 낮은 물질을 사용하여 차단층 상부에 가해지는 하중을 완화시킬 수 있도록 한 최종복토방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 차단층 하부인 가스배제층에 다공질 재료를 사용하여 종래 가스배제층의 능력을 그대로 유지하면서 차단층에 가해지는 하중을 골고루 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라 급격한 압력변화에도 완만하게 작용할 수 있도록 함으로써 차단층의 부등침하 발생을 억제하여 차단층을 보호할 수 있도록 한 최종복토방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 매립지 내부에서 발생하는 매립가스를 블로와로 강제흡입하여 추출하는 과정에서 차단층 하단부에 부압(-)이 발생하는 것을 방지하여 차단층에 가해지는 전단력과 휨모멘트를 감소시켜 최종복토층 침하의 발생을 억제할 수 있도록 한 최종복토 내에서의 매립가스 재순환 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 폐기물 매립지의 복토방법의 일실시예를 나타낸 개략도.
도 2는 종래 폐기물 매립지의 최종복토층의 구성을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 의한 최종복토의 매립가스 재순환 장치의 일실시예를 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명에 의한 최종복토내에서 매립가스 재순환시 지지층의 압력상태를 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 실시예를 위한 실험장치 개략도.
도 6은 온도변화 실험장치의 개략도.
도 7은 압력변화 실험을 위한 실험장치의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 매립가스 재순환 시스템
20, 20' 40 : 유공관 21, 21', 21" : 이송관 30 : 블로와
41 : 순환관 50 : 최종복토층 60 : 저장탱크
70 : 가스 이송 펌프 80, 80' : 자동밸브 90 : 가스배제층
91 : 함몰부분 92 : 차단층
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폐기물상단에 가스배제층을 형성하고, 그 상단에 차단층, 배수층, 여과층 및 표층을 포함하도록 형성시키는 최종복토방법에 있어서, 상기 차단층의 상부 또는 하부에 적어도 1층의 단열층이 형성되는 것을 포함하는 것에 의한 최종복토방법을 제공함으로써 달성할 수 있다.
이때 상기 차단층 상·하부의 단열층은 열전도도가 0.5W/m·K 이하인 재질 또는 혼합재질로 구성된다.
특히 상기 차단층 상부의 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우 차단층 상부의 단열층은 열전도도가 0.5W/m·K 이하, 투수계수가 1.0×10-3cm/sec 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성된다.
이때 상기 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우의 재질 또는 혼합재질은 단위중량이 1.0g/㎤이하로 하는 것이 바람직하다.
또한 차단층 하부의 단열층이 가스배제층의 기능을 갖는 경우 차단층 상부에서 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우와 같이 차단층 하부의 단열층은 열전도도가 0.5W/m·K 이하, 투수계수가 1.0×10-3cm/sec 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성된다
또한 본 발명은 차단층 하부에 별도의 압력완충층을 구성하여 최종복토를 형성할 수 있는데, 이때 상기 압력완충층은 전공극율이 30% 이상이면서 모관공극에 대한 비모관공극비율이 1:1 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성되는 것이 바람직하다.
특히 상기 압력완충층이 차단층 하부의 단열층 기능을 갖는 경우 상기 압력완충층은 열전도도가 0.5W/m·K 이하, 전공극율이 30% 이상, 모관공극에 대한 비모관공극비율이 1:1 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성되는 것이 바람직하다
또한 본 발명은 상기 최종복토 내의 가스배제층에 매립가스를 추출 및 재주입할 수 있도록 유공관이 설치되고 상기 유공관에서 포집된 매립가스를 순환관을 통해 저장탱크로 이송하여 저장하고, 상기 저장탱크에 저장된 매립가스는 블로와, 컴프레샤 등 가스 이송 장치를 이용하여 상기 최종복토층 내의 가스배제층 재순환 시켜 가스배제층내의 압력이 0kg/㎠ 내지 0.3kg/㎠범위에서 적정압력으로 일정하게 유지시키는 것에 의한 폐기물 매립지의 최종복토 내에서의 매립가스 재순환 시스템을 제공함으로써 달성할 수 있다.
이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 먼저 본 발명은 폐기물상단에 가스배제층을 형성하고, 그 상단에 차단층, 배수층, 여과층 및 표층을 포함하도록 형성시키는 최종복토방법에서, 상기 차단층의 상부 또는 하부에 적어도 1층의 단열층이 형성되고, 차단층 하부로 압력완충층이 형성되도록 구성하는 것을 포함한다.
상기에서 단열층은 최종복토 외부와 매립지 내부로부터의 온도변화로 인한 차단층의 건조 수축 및 극심한 기온차로 인한 동결융해 현상과 차단층 내부에서의 열응력 발생 및 변화에 의한 연직균열의 발생을 방지함으로써 차단층을 보호하기 위하여 형성하는 것으로 차단층 상부의 단열층은 배수층의 기능을 갖도록 하여 배수층 대용으로 사용하거나 별도로 단열층을 설치하여 사용할 수 있으며, 차단층 하부의 단열층은 가스배제층의 기능을 갖도록 하여 가스배제층을 대용하여 사용하거나 또는 가스배제층 및 압력완충층의 기능을 갖도록 하여 가스배제층 및 압력완충층을 대용하여 사용할 수 있으며, 별도로 단열층을 설치하여 사용할 수 있다.
이때 상기 단열층은 열전도도가 0.5W/m·K 이하인 재질 또는 혼합재질로 구성되게 된다.
상기에서 단열층을 구성하는 재질의 열전도도가 0.5W/m·K를 초과하는 경우 열전도도가 높아 최종복토 외부와 매립지 내부로부터의 온도가 차단층에 쉽게 전달됨으로써 온도변화로 인한 차단층의 건조 수축의 유발 및 극심한 기온차로 인해 동결융해 현상 및 차단층 내부에서의 열응력 발생 및 변화에 의한 연직 균열을 유발하게 되고, 상기 균열에 의해 수분이 차단층 하부의 폐기물 내부로 침투하여 침출수를 과다하게 발생시킬 뿐만 아니라, 매립폐기물 내부에서 발생하는 매립가스가 상부로 유출되는 문제점이 발생하게 됨으로 단열층을 구성하는 재질의 열전도도는 0.5W/m·K이하로 하는 것이 바람직하다.
이 때 열전도도가 0.5 W/mㆍK 이하인 재질이 단열층 내부에 채워질 경우, 일례로 만일 열전도도가 1.0 W/mㆍK인 토양으로 이루어진 표층이 60cm, 본 발명에 의한 열전도도가 0.035 W/mㆍK 재질로 배수층의 기능을 갖는 단열층이 30cm로 차단층 상부가 구성되었을 경우 차단층 상부에서의 평균 열전도도는 다음 수학식1에 의해 수학식7로 산출될 수 있다.
상기 수학식7의 결과는 수학식1에서 d1을 표층의 두께인 0.6m, d2를 배수층의 두께인 0.3m로 하고, λ1을 표층의 열전도도인 1.0W/mㆍK, λ2를 단열층의 열전도도인 0.035W/mㆍK 했을 때의 값으로 상기 수학식7에서 보는 바와 같이 토양으로 이루어진 표층이 60cm, 본 발명에 의한 재료로 구성된 단열층이 30cm, 점토층으로 구성된 차단층이 50cm인 최종복토가 형성될 경우 차단층 상부에서 평균 열전도도는 0.1 W/mㆍK로 종래 배수층이 모래로 구성된 경우의 0.82W/mㆍK보다 월등하게 열전도도가 낮음을 알 수 있다.
상기와 같이 열전도도가 0.5W/m·K 이하인 재질로 단열층을 형성하여 배수층의 기능을 동시에 수행할 경우 열전도도가 낮아 최종복토 외부의 온도가 차단층으로 쉽게 전달되는 것을 방지하여 점토층의 건조 수축의 유발 및 극심한 기온차로 인한 동결융해 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 점토층 상부와 하부간의 온도차이를 감소시켜 열응력 발생 및 변화의 감소로 인한 차단층 내부의 연직 균열 발생을 억제할 수 있게 된다.
특히 상기 차단층 상부의 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우 차단층 상부의 단열층은 열전도도가 0.5W/m·K 이하, 투수계수가 1.0×10-3cm/sec 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성된다.
상기와 같이 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우 단열층을 구성하는 재질의 투수계수가 1.0×10-3cm/sec 미만이면 투수율이 낮아 배수가 용이하지 않아 배수층의 기능을 수행할 수 없는 문제점이 발생하게 되므로 투수계수는 1.0×10-3cm/sec 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우 단열층을 구성하는 재질의 단위중량이 1.0g/㎤을 초과하는 경우 단위면적당 하중이 증가하여 차단층 하부에 공간이 형성될 때 형성된 면적에서 상재하중에 의해서 차단층에 전단력과 휨모멘트가 발생되고 또한 차단층 하부에 압력변동으로 인해 차단층의 파손이 가중되는 문제가 발생되므로 단열층을 구성하는 재질의 단위중량은 1.0g/㎤이하로 하는 것이 바람직하다.
이때 상기 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우 단위중량이 1.0g/㎤ 이하인 재질이 단열층 내부에 채워질 경우 일예로 만일 1㎥당 무게가 1.6ton인 토양으로 이루어진 표층이 60cm, 본 발명에 의한 1㎥당 무게가 0.1ton인 단열층이 30cm, 1㎥당 무게가 1.7ton인 점토로 구성되는 차단층이 50cm인 최종복토가 형성될 경우 차단층 하부로 가해지는 하중은 하기한 수학식8에 의해 산출될 수 있다.
상기 수학식8에서 보는 바와 같이 토양으로 이루어진 표층이 60cm, 본 발명에 의한 입자로 구성된 단열층이 30cm, 점토로 구성되는 차단층이 50cm인 최종복토가 형성될 경우 차단층 하부로 가해지는 단위면적당 하중은 1.84ton/㎡로 종래의 배수층이 모래로 구성된 경우의 2.35ton/㎡보다 현저하게 하중이 감소됨을 알 수 있다.
이때 차단층 하부에 가로 10m, 세로 10m의 공간이 형성되었을 때 차단층에 작용하는 전단력도 상부 하중의 감소로 인해 감소하게 되며, 수학식4에 의해 수학식9와 같이 산출된다.
상기 수학식9의 계산결과는 수학식4에서 WA는 0.5, ω는 수학식8에서 계산한 값인 1.8ton/㎡, A는 10m, B는 10m를 각각 대입하여 얻을 결과로 4.5ton/m로 산출되었다.
상기에서 산출된 전단력은 종래 최종복토에서 배수층이 모래층일 경우의 수학식5에서 계산한 5.75ton/㎡보다 상당히 감소된 값으로 즉 본 발명에 의한 경우 전단력을 감소시켜 차단층의 함몰과 균열을 억제시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한 차단층에서 점토층의 두께가 0.5m이므로 전단응력은 0.9kg/㎠으로 종래 배수층이 모래층일 경우의 전단응력 1.15 kg/㎠보다 상당히 감소한 것을 알 수 있다.
따라서 매립완료 후에 폐기물의 분해로 인해 폐기물 내부에 부분적으로 공간이 형성되게 되면 상재 하중의 감소로 인해 차단층에 가해지는 전단력과 휨모멘트가 감소되어 차단층의 기능이 유지되고 차단층 침하 발생도 억제할 수 있다.
또한 차단층 하부의 단열층이 가스배제층의 기능을 갖는 경우 차단층 상부에서 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우와 같이 차단층 하부의 단열층은 열전도도가 0.5W/m·K 이하, 투수계수가 1.0×10-3cm/sec 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성하여 가스배제기능을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 전공극율이 30% 이상이면서 모관공극에 대한 비모관공극비율이 1:1 이상인 재질 또는 혼합재질로 차단층 하단에 압력완충층을 구성할 수도 있다.
상기 압력완충층은 상부에서 차단층에 가해지는 하중을 골고루 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라 급격한 압력변화에도 완만하게 작용할 수 있도록 함으로써 차단층의 부등침하 발생을 억제하여 차단층을 보호하기 위하여 형성하는 것으로 가스배제층의 기능을 갖도록 하여 가스배제층을 대용하여 사용하거나 또는 단열층의 기능을 갖도록 하여 단열층을 대용하여 사용하거나 별도로 압력완충층을 차단층 하부에 설치하여 사용할 수 있다.
상기와 같이 압력완충층에서 전공극율이 30% 이상이면서 모관공극에 대한 비모관공극 비율이 1:1 이상이 되도록 하는 이유는 압력완충층에 형성되는 정압(+)과 부압(-)이 모관공극에 의해 적당한 마찰압력 손실을 유지함으로써 급격한 압력변화를 방지할 수 있도록 하기 위한 것이며, 이때 모관공극율에 대한 비모관공극율의 비율이 1:1 이하인 경우 매립지 내부에서 매립가스를 추출할 때 압력변동이 급격하게 변화되어 차단층의 균열발생을 유도하여 차단층을 파손시키게 되는 문제점이 발생하게 되므로 압력완충층을 구성하는 재질은 전공극율이 30% 이상이면서 모관공극에 대한 비모관공극 비율이 1:1 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
이때 상기 압력완충층이 단열층의 기능을 갖는 경우 압력완충층은 열전도도가 0.5W/m·K 이하, 전공극율이 30% 이상, 모관공극에 대한 비모관공극비율이 1:1 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성하여 압력완충기능과 단열기능을 함께 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 압력완충층이 단열층의 기능을 갖음과 동시에 가스배제층의 기능을 갖는 경우 압력완충층은 열전도도가 0.5W/m·K 이하, 전공극율이 30% 이상, 모관공극에 대한 비모관공극비율이 1:1 이상, 투수계수가 1.0×10-3cm/sec 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성하여 압력완충기능은 물론 단열기능과 함께 가스배제층의 기능을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기에서 단열층을 구성하는 재질로 사용 가능한 것은 단열재질의 기능만을 갖는 암면, 우레탄, 발포 폴리에틸렌, 진공 압출 발포 폴리스틸렌, 발포 폴리스틸렌 등과, 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 등의 단열기능에 배수기능이 포함된 것중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질을 혼합하여 사용할 수 있으며, 특히 단열기능만을 갖는 경우에는 표면에 방수 기능을 갖도록 알루미늄 등의 피막을 입힌 발포 폴리에틸렌, 진공 압출 발포 폴리스틸렌, 발포 폴리스틸렌 등의 수지 발포체를 사용하는 것이 바람직하다.
이때 단열재질의 기능만을 갖는 재질로 단열층을 구성할 경우 일반적으로 발포성 수지 단열재질의 특성인 낮은 흡수성, 낮은 투수계수를 고려하여 차단층 상부와 하부에 바로 밀착하여 차단층의 차수기능에 도움이 되도록 5mm이상의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 단열기능과 배수기능 또는 배가스 기능이 포함된 재질로 단열층을 구성할 경우 종래 배수층 또는 가스배제층을 형성하기 위한 두께 범위 내에서 형성하는 것이 바람직하다.
또한 차단층 상단의 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우 사용가능한 재질로는 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질을 혼합하여 사용할 수 있으며, 특히 왕겨를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.
이때, 혼합재질로 배수층의 기능을 갖는 단열층을 구성할 경우 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질과 모래나 자갈 또는 토목섬유를 혼합하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한 차단층 하단의 단열층이 가스배제층의 기능을 갖는 경우 사용 가능한 재질로 왕겨, 톱밥, 우드침 및 고무조각 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질을 혼합하여 사용할 수 있으며 특히 왕겨를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.
이때 혼합재질로 가스 배제층의 기능을 갖는 단열층을 구성할 경우 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질과 모래나 자갈 또는 토목섬유를 혼합하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한 압력완충층을 구성하는 재질로 사용 가능한 것은 왕겨, 톱밥, 우드칩, 고무조각 중에서 1종 이상의 재질을 혼합하여 사용할 수 있으며 특히 왕겨를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.
특히 차단층 하단의 압력완충층이 단열층의 기능을 갖는 경우 사용가능한 재질로는 왕겨, 톱밥, 우드칩, 고무조각 중에서 1종 이상의 재질을 혼합하여 사용할 수 있으며 특히 왕겨를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한 차단층 하단의 압력완충층이 단열층의 기능을 갖음과 동시에 가스배제층의 기능을 갖는 경우 사용가능한 재질로는 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 중에서 1종 이상의 재질을 혼합하여 사용할 수 있으며 특히 왕겨를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.
이때 혼합재질로 단열층 기능 또는 가스배제층 기능 중 적어도 하나 이상의 기능을 갖는 압력완충층을 구성할 경우 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질과 모래나 자갈 또는 토목섬유 재료를 혼합하여 구성하는 것이 바람직하다.
상기에서 혼합재질이라 함은 2종 이상의 재질을 충분히 섞이게 혼합하거나 각각 층을 이루어 사용하는 것을 포함하며, 상기 혼합재질에서의 열전도도, 투수계수, 단위밀도는 사용된 재료들에 의해서 형성된 평균 열전도도, 평균 투수계수, 평균 단위밀도를 계산 또는 측정한 수치를 기준으로 한다.
또한 본 발명은 최종복토 내의 가스배제층에서 매립가스를 포집하는 과정에서 차단층을 보호하기 위한 방법으로 매립가스의 재순환 시스템를 제공한다.
이하 본 발명의 매립가스 재순환 시스템을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하나 본 발명은 하기한 설명에 한정되는 것은 아니다.
도3은 본 발명에 의한 최종복토의 매립가스 재순환 시스템의 일실시예를 나타낸 개략도로 상기 도3에서 보는 바와 같이 본 발명은 매립지 내부에서 발생하는 매립가스를 포집할 수 있도록 수평포집관인 유공관(20, 20')이 설치되고 상기 유공관(20, 20')에서 포집된 매립가스는 블로와(30)와 연결된 이송관(21, 21')을 통해 가스소각시설에서 처리되거나 발전시설로 이송되어 재활용되고, 최종복토층(50) 하단에 형성된 가스배제층(90) 내부에서 발생하는 매립가스는 유공관(40)을 통해 포집하고, 포집된 매립가스는 순환관(41)을 통해 저장탱크(60)로 이송되어 저장되고, 상기 저장탱크(60)에 저장된 매립가스는 가스 이송 펌프(70)를 통해 가스배제층(90)의 유공관(40)으로 재순환시켜 가스배제층(90) 내의 가스압력이 0kg/㎠ 내지 0.3kg/㎠에서 적정압력이 일정하게 유지되도록 한다.
이때 최종복토 내부의 가스배제층(90)에서 추출된 매립가스는 압력게이지와 연결된 자동조절밸브(80, 80')에 의해 조절되어 저장탱크(60)로 이송되고, 그 남은 양의 매립가스는 이송관(21")을 통해 가스소각 및 발전시설 등으로 이송되어 재활용하게 된다.
도4는 본 발명에 의한 최종복토내에서 매립가스 재순환시 차단층의 압력상태를 나타낸 개략도로 상기 도4에서 보는 바와 같이 저장탱크(60)에 저장된 매립가스를 블로아(70)를 통해 가스배제층(90)내의 유공관(40)으로 재순환시켜 가스배제층(90)의 압력을 0내지 0.3kg/㎠ 범위중 적정압력으로 일정하게 유지시키게 된다.
상기와 같이 가스배제층(90)의 압력을 일정하게 유지시키면 종래의 매립지 내부에서 발생하는 매립가스를 블로와(30)로 강제흡입하여 추출하는 과정에서 차단층(91) 하단부에 부압(-)이 발생하는 것을 방지하여 가스배제층(90)에 유지되는 압력이 차단층(92) 하부에 형성된 공간에 작용하여 차단층(92) 상부에 작용하는 자중과 일부 상쇄하게 됨으로써 차단층(92)의 파손 발생을 억제할 수 있다.
일예로 표층 60cm, 배수층 30cm, 차단층 50cm, 가스배제층 30cm로 구성되는 최종복토에서 가스배제층과 배수층에 단위밀도가 0.1ton/㎥, 열전도도 0.035W/m·K인 재료를 사용하고, 가스배제층에 0.1kg/㎠의 압력이 유지되도록 할 때 페기물 분해 및 압밀에 의한 부분 침하가 가로 10m, 세로 10m의 공간이 형성되었을 때의 전단력은 수학식4에 의해 수학식10과 같이 산출될 수 있다.
상기 수학식10의 계산결과는 수학식4에서 WA는 0.5, ω는 수학식8에서 계산한 값인 1.8ton/㎡에 1.0ton/㎡(차단층 하부에 유지되는 0.1Kg/㎠)을 뺀 값인 0.8ton/㎡, A는 10m, B는 10m를 각각 대입한 것으로 수학식10에서 보는 바와 같이 2.0ton/m으로 산출된다.
상기 전단력은 부압이 0.1Kg/㎠이 걸렸을 때 수학식6에서 계산한 값인 전단력 8.25ton/㎡보다 상당히 감소된 값으로 즉 매립가스를 추출하는 과정에서 매립가스를 재순환시켜줌으로써 전단력을 감소시켜 차단층의 함몰과 균열을 억제시킬 수 있게 되는 것이다.
마찬가지로 전단력을 받는 점토층의 두께가 0.5m이므로 매립가스를 재순환하여 가스배제층의 압력을 0.1Kg/㎠의 압력으로 유지하였을 경우의 전단 응력은 0.4kg/㎠이 되어 부압이 걸렸을 때의 1.65Kg/㎠보다 상당히 감소되었음을 알 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이 차단층에 역학적 영향을 주는 차단층 상부의 하중과 차단층 하부에 걸리는 압력 변동에 대하여, 매립완료 후에 매립지에서 매립가스를 에너지원으로 재활용하기 위해 매립 가스를 강제 추출시에는 차단층 하부에서 매립가스 부압(-)발생을 방지하기 위하여 가스배제층에서 적정 압력을 유지할 필요가 있다.
이때 본 발명에서는 매립가스를 재순환시켜 가스배제층내의 압력을 0kg/㎠ 내지 0.3kg/㎠범위 중 적정압력으로 일정하게 유지하게 되는데, 이때 가스배제층내의 압력이 0kg/㎠ 미만으로 유지될 경우 부압 발생에 의한 차단층 파손의 원인이 되는 문제점이 발생하게 되고, 가스배제층내의 압력이 0.3kg/㎠를 초과할 경우 최종복토의 약한 부위로 매립가스가 누출될 수 있는 문제점이 발생될 수 있다.
이하 본 발명을 하기한 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
- 실험장치 제조 -
본 발명의 실시예를 위하여 도5에서 보는 바와 같이 장치를 설치하였으며, 상기 도5에서 보는 바와 같이 60cm의 두께로 토양를 이용하여 표층(310)을 형성하고, 그 하단에 30cm의 두께로 배수층(320)을, 그 하단에 50cm의 두께로 점토를 이용하여 차단층(330)을, 그 하단에 30cm의 두께로 가스배제층(340)을 형성하고, 그 하단에 50cm의 두께로 매립 완료 후 10년 경과된 폐기물 이용하여 폐기물층(350)을 형성하였으며,
표층(310) 외부의 온도 조건을 맞추기 위하여 블로아(311)를 통해 공급되는 공기의 온도를 가열기로(Heater)(312) 10℃ 내지 40℃로 조절하여 공급할 수 있도록 하면서, 일측으로 질소탱크(313)로부터 질소가스를 공급할 수 있도록 하여 표층(310) 외부의 온도를 0℃ 내지 -10℃로 조절할 수 있도록 장치하고,
또한 표층(310)에 강우 조건을 맞추기 위하여 급수탱크(314)와 연결된 급수펌프(315)로 적정 수분량을 공급하도록 하고 급수관(316) 말단에 분사노즐(317)을 설치하여 물이 분사 공급 될 수 있도록 장치하고, 이때 표층(310)과 배수층(320)으로 침투된 수분의 배수가 용이하도록 3%의 경사를 주었으며, 배수층(320)의 낮은 쪽에 표층(310)에 공급된 물이 밖으로 배수될 수 있도록 배수구(318)를 장치하고,
표층 상단에 온도 감지센서 T4, 배수층 상단에 온도 감지센서 T3, 점토층 상단에 온도 감지센서 T2, 가스배제층 상단에 온도 감지센서 T1, 폐기물층 상단에 온도 감지센서 T0를 각각 설치하고 실험장치 밖에서 측정된 수치를 확인할 수 있도록 지시조절계가 포함된 콘트롤박스(360)를 설치하고,
차단층(330) 하부 가스배제층(340) 내에 미량압력계(341)가 장치된 유공관(342)을 설치하여 가스배제층(340) 상단에 걸리는 압력변동을 측정할 수 있도록 함과 동시에 폐기물층(350) 하단에 진공압력계(351)가 장치된 진공펌프(352)를 설치하여 흡입압력을 확인할 수 있도록 하고,
또한 폐기물층 내부에 가열장치(Heater)를 하여 내부의 온도를 20℃ 내지 50℃ 범위에서 일정하게 유지 조절할 수 있도록 하고,
진공펌프(352)에 의해 가스추출 시 가스배제층(340)의 압력이 감소하면 가스배제층(340)으로 블로아(343)를 통해 공기를 주입할 수 있도록 온오프 피아이디 콘트롤(on - off/ PID controll)(344)이 작동되도록 장치하였다.
<실시예 1>
도5와 같이 설치된 장치에서 열전도도에 따른 차단층(330) 상ㆍ하부의 온도변화를 측정하기 위하여 배수층(320)은 왕겨만으로 구성하여 단열층의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 하고, 가스배제층(340)은 모래만으로 구성한 다음, 표층(310)외부의 블로아(311)에서 공급되는 공기를 가열기(312)로 또는 질소탱크(313)에서 질소가스를 공급하여 표층(310) 외부의 온도 조건 -10℃, 0℃, 10℃, 20℃, 30℃로 변화시키면서 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T2, T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<실시예 2>
차단층(330) 상ㆍ하부의 온도변화를 측정하기 위하여 배수층(320)을 왕겨만으로 구성하여 단열층의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 하고, 가스배제층(340)도 왕겨만으로 구성하여 단열층의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T2, T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<실시예 3>
차단층(330) 상ㆍ하부의 온도변화를 측정하기 위하여 배수층(320)은 왕겨만으로 구성하여 단열층의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 하고, 차단층(330) 하단에 왕겨만으로 구성된 10cm 두께의 단열층을 설치하여 가스배제층의 기능을 동시에 수행할 수 있도록 하고, 상기 단열층 하단에 자갈로 구성된 20cm 두께의 가스배제층(340)을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T1'(차단층 하단 단열층의 상부 온도센서), T2, T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<실시예 4>
차단층(330) 상ㆍ하부의 온도변화를 측정하기 위하여 차단층(330) 상부에 왕겨만으로 구성된 10cm 두께의 단열층을 설치하여 배수층의 기능을 동시에 수행하도록 하고, 상기 단열층 하단에 20cm 두께의 자갈로된 배수층(320)을 구성하고, 차단층(330) 하단에 왕겨만으로 구성된 10cm 두께의 단열층을 형성하여 가스배제층의 기능을 동시에 수행하도록 하고, 상기 단열층 하단에 20cm 두께의 자갈로 된 가스배제층(340)을 구성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T1'(차단층 하단 단열층의 상부 온도센서), T2, T2'(차단층 상단 단열층의 상부 온도센서), T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<실시예 5>
차단층(330) 상ㆍ하부의 온도변화를 측정하기 위하여 차단층(330) 상부에 왕겨만으로 구성된 10cm 두께의 단열층을 형성하여 배수층의 기능을 동시에 수행하도록 하고, 상기 단열층 하단에 20cm 두께의 모래로 된 배수층(320)을 구성하고, 차단층(330) 하단에 왕겨만으로 구성된 20cm 두께의 단열층을 형성하여 가스배제층의 기능을 동시에 수행하도록 하고, 상기 단열층 하단에 10cm 두께의 자갈로 된 가스배제층(340)을 구성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T1'(차단층 하단 단열층의 상부 온도센서), T2, T2'(차단층 상단 단열층의 상부 온도센서), T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<실시예 6>
차단층(330) 상ㆍ하부의 온도변화를 측정하기 위하여 배수층(320)에 왕겨와 모래를 1:1 비율로 충분히 혼합구성하여 배수기능과 단열기능을 동시에 수행하도록 하고, 가스배제층(340)을 모래로 구성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T2, T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<실시예 7>
차단층(330) 상ㆍ하부의 온도변화를 측정하기 위하여 배수층(320) 및 가스배제층(340)을 각각 왕겨와 자갈을 1:2 비율로 충분히 혼합하여 각층에서 단열기능을 동시에 수행하도록 구성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T2, T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<실시예 8>
차단층(330) 상ㆍ하부의 온도변화를 측정하기 위하여 차단층(330) 상부에 왕겨만으로 구성된 20cm 두께의 단열층을 형성하여 배수층의 기능을 동시에 수행하도록 하고, 상기 단열층 하단에 10cm 두께의 자갈로된 배수층(320)을 구성하고, 차단층(330) 하단에 왕겨만으로 구성된 20cm 두께의 단열층을 형성하여 가스배제층의 기능을 동시에 수행하도록 하고, 상기 단열층 하단에 10cm 두께의 자갈로 된 가스배제층(340)을 구성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T1'(차단층 하단 단열층의 상부 온도센서), T2, T2'(차단층 상단 단열층의 상부 온도센서), T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<실시예 9>
차단층(330) 상ㆍ하부의 온도변화를 측정하기 위하여 차단층(330) 상부에 왕겨만으로 구성된 20cm 두께의 단열층을 형성하여 배수층의 기능을 동시에 수행하도록 하고, 상기 단열층 하단에 10cm 두께의 자갈로된 배수층(320)을 구성하고, 차단층(330) 하단에 왕겨로 구성된 가스배제층(340)을 형성하여 단열층의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T2, T2'(차단층 상단 단열층의 상부 온도센서), T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<실시예 10>
차단층(330) 상ㆍ하부의 온도변화를 측정하기 위하여 배수층(320)에는 자갈만으로 구성하고, 가스배제층(340)은 왕겨만으로 구성하여 단열층의 기능을 동시에 수행하도록 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T2, T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<실시예 11>
폐기물 내부의 온도를 20℃로 유지하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T1'(차단층 하단 단열층의 상부 온도센서), T2, T2'(차단층 상단 단열층의 상부 온도센서), T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.
<실시예 12>
차단층(330) 상·하부의 온도 변화를 측정하기 위하여 차단층(330) 상단에 알루미늄 피막처리된 발포 폴리에틸렌 보온재로 50mm 두께의 단열층을 형성하고 상기 단열층 상단에 30cm 두께의 자갈로 된 배수층(320)을 구성하고, 차단층(330) 하단에 상부에서 사용한 발포 폴리에틸렌 보온재로 50mm 두께의 단열층을 형성하고 상기 단열층 하단에 30cm 두께의 자갈로 된 가스배제층(340)을 구성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T1'(차단층 하단 단열층의 상부 온도센서), T2, T2'(차단층 상단 단열층의 상부 온도센서), T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<비교예 1>
도5와 같이 설치된 장치에서 열전도도에 따른 차단층(330)의 온도변화를 측정하기 위하여 배수층(320)을 자갈만으로 구성하고, 가스배제층(340)은 모래만으로 구성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T2, T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.(이때 폐기물 내부의 온도를 40℃로 유지하였다)
<비교예 2>
폐기물 내부의 온도를 20℃로 유지하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 실시하여 각층 상단에 설치된 온도 감지센서(T0, T1, T2, T3, T4)를 통해 각층의 온도변화를 측정하여 하기한 표4에 나타내었다.
| 구분 | 외부온도(℃) | T0(℃) | T1(℃) | T1'(℃) | T2(℃) | T2'(℃) | T3(℃) | T4(℃) |
| 실시예 1 | -10.0 | 40 | 38.5 | - | 36.9 | - | -4.9 | -9.0 |
| 0.0 | 40 | 38.8 | - | 37.5 | - | 4.1 | 0.8 | |
| 10.0 | 40 | 39.1 | - | 38.1 | - | 13.1 | 10.6 | |
| 20.0 | 40 | 39.4 | - | 38.7 | - | 22.1 | 20.4 | |
| 30.0 | 40 | 39.7 | - | 39.4 | - | 31.0 | 30.2 | |
| 실시예 2 | -10.0 | 40 | 16.9 | - | 16.0 | - | -7.1 | -9.5 |
| 0.0 | 40 | 21.5 | - | 20.8 | - | 2.3 | 0.4 | |
| 10.0 | 40 | 26.1 | - | 25.6 | - | 11.7 | 10.3 | |
| 20.0 | 40 | 30.8 | - | 30.4 | - | 21.1 | 20.2 | |
| 30.0 | 40 | 35.4 | - | 35.2 | - | 30.6 | 30.1 | |
| 실시예 3 | -10.0 | 40 | 39.2 | 28.3 | 27.0 | - | -5.9 | -9.2 |
| 0.0 | 40 | 39.5 | 30.6 | 30.0 | - | 3.2 | 0.6 | |
| 10.0 | 40 | 39.5 | 32.9 | 32.1 | - | 12.4 | 10.4 | |
| 20.0 | 40 | 39.7 | 35.3 | 34.8 | - | 21.6 | 20.3 | |
| 30.0 | 40 | 39.8 | 37.6 | 37.4 | - | 30.8 | 30.1 | |
| 실시예 4 | -10.0 | 40 | 39.0 | 25.1 | 23.5 | 23.0 | -4.9 | -9.1 |
| 0.0 | 40 | 39.2 | 28.1 | 26.8 | 26.4 | 4.1 | 0.8 | |
| 10.0 | 40 | 39.4 | 31.1 | 30.1 | 29.8 | 13.1 | 10.6 | |
| 20.0 | 40 | 39.6 | 34.0 | 33.4 | 33.2 | 22.0 | 20.4 | |
| 30.0 | 40 | 39.8 | 37.0 | 36.7 | 36.6 | 31.0 | 30.1 | |
| 실시예 5 | -10.0 | 40 | 39.6 | 17.7 | 16.4 | 16.0 | -6.0 | -9.25 |
| 0.0 | 40 | 39.7 | 22.1 | 21.1 | 20.8 | 3.2 | 0.6 | |
| 10.0 | 40 | 39.8 | 26.6 | 25.8 | 25.6 | 12.4 | 10.5 | |
| 20.0 | 40 | 39.8 | 31.0 | 30.5 | 30.3 | 21.5 | 20.2 | |
| 30.0 | 40 | 39.9 | 35.5 | 35.3 | 35.2 | 30.8 | 30.1 | |
| 실시예 6 | -10.0 | 40 | 36.8 | - | 33.2 | - | -1.2 | -7.9 |
| 0.0 | 40 | 37.4 | - | 34.6 | - | 9.0 | 1.7 | |
| 10.0 | 40 | 38.1 | - | 36.0 | - | 16.8 | 11.3 | |
| 20.0 | 40 | 38.7 | - | 37.3 | - | 24.5 | 20.8 | |
| 30.0 | 40 | 39.4 | - | 38.7 | - | 33.2 | 30.4 | |
| 실시예 7 | -10.0 | 40 | 17.6 | - | 16.4 | - | -6.0 | -9.3 |
| 0.0 | 40 | 22.0 | - | 21.1 | - | 3.2 | 0.6 | |
| 10.0 | 40 | 26.6 | - | 25.8 | - | 12.4 | 10.4 | |
| 20.0 | 40 | 31.1 | - | 30.5 | - | 21.6 | 20.3 | |
| 30.0 | 40 | 35.5 | - | 35.3 | - | 30.8 | 30.1 | |
| 실시예 8 | -10.0 | 40 | 39.5 | 11.6 | 10.0 | 9.1 | -4.9 | -9.1 |
| 0.0 | 40 | 39.6 | 17.3 | 16.0 | 15.3 | 4.1 | 0.7 | |
| 10.0 | 40 | 39.7 | 23.0 | 21.9 | 21.3 | 13.0 | 10.5 | |
| 20.0 | 40 | 39.8 | 28.7 | 28.0 | 27.6 | 22.1 | 20.4 | |
| 30.0 | 40 | 39.9 | 34.3 | 34.0 | 33.8 | 31.0 | 30.2 | |
| 실시예 9 | -10.0 | 40 | 7.1 | - | 5.8 | 5.0 | -6.0 | -9.3 |
| 0.0 | 40 | 13.7 | - | 12.6 | 12.0 | 3.2 | 0.6 | |
| 10.0 | 40 | 20.2 | - | 19.5 | 19.0 | 12.4 | 10.4 | |
| 20.0 | 40 | 26.8 | - | 26.3 | 26.0 | 21.6 | 20.0 | |
| 30.0 | 40 | 33.4 | - | 33.2 | 33.0 | 30.8 | 30.1 | |
| 실시예 10 | -10.0 | 40 | -1.8 | - | -3.4 | - | -4.9 | -9.0 |
| 0.0 | 40 | 6.6 | - | 5.3 | - | 4.1 | 0.8 | |
| 10.0 | 40 | 14.9 | - | 14.0 | - | 13.1 | 10.6 | |
| 20.0 | 40 | 23.3 | - | 22.6 | - | 22.0 | 20.4 | |
| 30.0 | 40 | 31.6 | - | 31.3 | - | 31.0 | 30.2 |
| 구분 | 외부온도(℃) | T0(℃) | T1(℃) | T1 '(℃) | T2(℃) | T2 '(℃) | T3(℃) | T4(℃) |
| 실시예 11 | -10.0 | 20.0 | 19.8 | 6.6 | 5.8 | 5.6 | -7.6 | -9.6 |
| 0.0 | 20.0 | 19.9 | 11.1 | 10.6 | 10.4 | 1.6 | 0.3 | |
| 10.0 | 20.0 | 19.9 | 15.5 | 15.3 | 15.2 | 10.8 | 10.1 | |
| 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | |
| 30.0 | 20.0 | 20.1 | 24.5 | 24.7 | 24.8 | 29.2 | 29.9 | |
| 실시예 12 | -10.0 | 40 | 36.7 | 22.7 | 19.0 | 5.1 | 1.7 | -7.8 |
| 0.0 | 40 | 37.3 | 26.2 | 23.2 | 12.1 | 9.4 | 1.8 | |
| 10.0 | 40 | 38 | 29.6 | 27.4 | 19 | 17 | 11.3 | |
| 20.0 | 40 | 38.7 | 33.1 | 31.6 | 26 | 24.7 | 20.9 | |
| 30.0 | 40 | 39.3 | 36.5 | 35.8 | 33 | 32.3 | 30.4 | |
| 비교예 1 | -10.0 | 40 | 32.5 | - | 24.1 | - | 16.5 | -5.1 |
| 0.0 | 40 | 34.0 | - | 27.3 | - | 21.2 | 3.9 | |
| 10.0 | 40 | 35.5 | - | 30.4 | - | 26.0 | 13.0 | |
| 20.0 | 40 | 37.0 | - | 33.6 | - | 30.6 | 22.0 | |
| 30.0 | 40 | 38.5 | - | 36.8 | - | 35.3 | 31.0 | |
| 비교예 2 | -10.0 | 20 | 15.5 | - | 10.4 | - | 5.9 | -7.0 |
| 0.0 | 20 | 17.0 | - | 13.6 | - | 10.6 | 2.0 | |
| 10.0 | 20 | 18.5 | - | 16.8 | - | 15.3 | 11.0 | |
| 20.0 | 20 | 20.0 | - | 20.0 | - | 20.0 | 20.0 | |
| 30.0 | 20 | 21.5 | - | 23.2 | - | 24.7 | 29.0 |
상기 표4에서 보는 바와 같이 본 발명에 의해 차단층의 상부 또는 하부에 적어도 1층의 단열층을 구성한 실시예 1 내지 11의 경우 단열층을 형성하지 않은 비교예 1 내지 2의 경우 보다 온도변화에 따른 단열 효과가 뛰어난 것을 상기 표4을 통해 확인할 수 있다.
특히 실시예 1 내지 11의 경우 차단층 상부의 온도(T2)와 차단층 하부의 온도(T1(T1'이 있는 경우는 T1')) 차이가 3℃ 이하로 크지 않아 단열 효과가 큰 것을 확인할 수 있으나, 비교예 1 내지 2의 경우에는 차단층 상부의 온도(T2)와 차단층 하부의 온도(T1) 차이가 8℃ 이하로 크게 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.
또한 동일한 조건하에서 폐기물의 온도를 달리하여 실시한 실시예5와 실시예6을 비교하여 보면 외부의 온도가 동일한 경우의 온도차이가 11℃이하인 것을 확인할 수 있으나, 비교예1과 비교예2의 경우 외부의 온도가 동일한 경우 온도차이가 17℃이하인 것을 확인할 수 있다.
특히 동일한 외부조건에서 차단층 상부 또는 하부에 같은 단열재료로 단열층을 설치한 경우 하부 단열층의 두께가 상부 단열층의 두께보다 클 때 또는 하부에만 단열층을 설치하여 실시한 실시예 2, 5 및 7 내지 11에서는 비교예 1과 비교하여 최소한 5℃ 이하의 낮은 평균온도를 유지하고 있음을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 경우 최종복토 외부의 온도와 매립지 내부 온도가 차단층으로 쉽게 전달되는 것을 방지하여 차단층의 상부와 하부의 온도를 일정하게 유지하고 차단층의 평균 온도를 낮추어 줌으로써 차단층의 건조 수축의 유발 및 극심한 기온차로 인한 동결융해 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 차단층 상부와 하부간의 온도차이가 적어 열응력 발생으로 인한 차단층 내부의 연직 균열 발생을 억제할 수 있게 된다.
<실시예 13>
도5와 같이 설치된 장치에서 강우에 대한 배수실험을 위하여 배수층(320)을 왕겨만으로 구성하고, 배가스(340)층에는 모래만으로 구성한 다음, 표층(310)외부의 온도조건을 20℃로 하고, KS F 2322에서 정의한 정수위 투수시험 방법에 의해 투수계수를 산출하고 그 결과를 표5에 나타내었다.
<실시예 14>
배수층(320)을 모래와 왕겨를 1:2의 비율로 혼합하여 구성한 것을 제외하고는 실시예12와 동일한 방법으로 실시하여 투수계수를 산출하고 그 결과를 표5에 나타내었다.
<실시예 15>
배수층(320)을 자갈과 왕겨를 1:2의 비율로 혼합하여 구성한 것을 제외하고는 실시예12와 동일한 방법으로 실시하여 투수계수를 산출하고 그 결과를 표5에 나타내었다.
<실시예 16>
배수층(320)을 모래와 왕겨를 1:1의 비율로 혼합하여 구성한 것을 제외하고는 실시예12와 동일한 방법으로 실시하여 투수계수를 산출하고 그 결과를 표5에 나타내었다.
| 구분 | 배수계수(cm/sec) |
| 실시예 13 | 6.8×10-1 |
| 실시예 14 | 9.0×10-2 |
| 실시예 15 | 8.6×10-1 |
| 실시예 16 | 1.2×10-1 |
상기 표5에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 범위내에서 배수층을 형성한 경우 투수계수가 일반적인 배수층의 투수계수 기준인 1.0×10-3cm/sec 이상을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
- 압력변화 측정을 위한 장치의 제조 -
압력변화 측정을 위하여 도6에서 보는 바와 같이 내부에 여재를 교체 가능하도록 한 여재부(410)와, 상기 여재부(410) 상부와 하부에 공간(420, 420')을 형성한 탱크(400)를 장치하고, 상기 탱크(400) 상단에는 컴프레서(430)를 설치하여 일정한 압력으로 탱크(400)에 공기를 이송할 수 있도록 하고, 탱크(400) 하단에는 진공펌프(440)를 설치하여 일정압력으로 공기를 흡입할 수 있도록 장치하였다.
이때 상기 장치 상단에는 압력게이지(PG)를 설치하여 탱크(400)로 주입되는 압력을 측정할 수 있도록 하고, 하단에는 진공게이지(VG)를 설치하여 탱크(400) 내부의 진공압력을 측정할 수 있도록 하였으며, 이때 진공펌프(440) 이전에 유량계(441)를 설치하여 일정한 유량으로 공기가 빠져 나올수 있도록 조절하였다.
<실시예 17>
도6과 같이 설치된 장치에서 여재부(410)에 왕겨로 채운다음, 컴프레서(430)로 3,000mmH2O의 압력을 탱크(400) 내부로 주입한 다음, 유량계(441)를 통해 압력이 0mmH2O가 될 때까지 걸리는 시간을 측정하여 표6에 나타내었다.
<실시예 18>
도6과 같이 설치된 장치에서 여재부(410)에 모래와 왕겨를 1:1로 혼합하여 채우는 것을 제외하고는 실시예16과 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표6에 나타내었다.
<비교예 3>
도6과 같이 설치된 장치에서 여재부(410)에 모래를 채운다음, 컴프레서(430)로 3,000mmH2O의 압력을 탱크(400) 내부로 주입한 다음, 유량계(441)를 통해 압력이 0mmH2O가 될 때까지 걸리는 시간을 측정하여 표6에 나타내었다.
<비교예 4>
도6과 같이 설치된 장치에서 여재부(410)에 자갈을 채우는 것을 제외하고는 비교예3과 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표6에 나타내었다.
| 구분 | 시간(sec) |
| 실시예 16 | 16 |
| 실시예 17 | 14 |
| 비교예 3 | 13 |
| 비교예 4 | 13 |
상기 표6에서 보는 바와 같이 본 발명의 사용재료의 일예인 왕겨를 사용할 경우 압력이 0mmH2O)이 될 때까지 걸리는 시간이 16초로 가장 길게 나타났으며, 또한 왕겨와 모래를 1:1의 비율로 혼합한 경우 14초로 나타났으나, 모래나 자갈을 사용한 경우 13초로 나타났다.
상기와 같은 결과는 매립지에서 수평포집관과 수직포집정에 의해서 가스 추출을 할 때 압력완충층에서 마찰압력 손실이 크기 때문에 압력 감소가 서서히 진행되며 최종복토의 차단층 하부에서 부압(-)이 걸리는 시간이 길어지게 된다.
따라서 본 발명의 왕겨를 이용한 압력완충층을 설치하는 경우 차단층 하단의 압력의 변동이 급격하지 않게되어 차단층을 보호하게 되는 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 차단층 상부의 단열기능을 추가하여 최종복토 외부의 온도변화로 인한 점토층의 건조 수축 및 극심한 기온차로 인해 동결융해 현상의 발생을 방지하고, 차단층 하부의 단열기능을 추가하여서는 전체적으로 매립지 내부에서의 완만한 온도변화로 인한 차단층에서의 온도영향 억제와 지역적으로 불균등 폐기물층의 혐기성 분해 속도의 차이에 따라 차단층 하부에서의 균일하지 않은 온도차 감소와 차단층에서의 평균온도를 낮춤으로서 열응력의 감소로 차단층의 연직 균열의 발생을 억제시키고, 또한 비중이 낮은 물질을 사용하여 차단층 상부에서 가해지는 하중을 완화시킬 수 있도록 한 최종복토방법을 제공하는 유용한 발명이다.
또한 차단층 하부에 종래 가스배제층의 능력을 그대로 유지하면서 차단층에 가해지는 하중을 골고루 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라 급격한 압력변화에도 완만하게 대처할 수 있도록 함으로써 차단층의 부등침하 발생을 억제하여 차단층을 보호할 수 있도록 한 최종복토방법을 제공하는 유용한 발명이다.
또한 매립지 내부에서 발생하는 매립가스를 블로와로 강제흡입하여 추출하는 과정에서 차단층 하단부에 부압(-)이 발생하는 것을 방지하여 차단층에 가해지는 전단력과 휨모멘트를 감소시켜 최종복토층 침하의 발생을 억제할 수 있도록 한 최종복토 내에서의 매립가스 재순환 시스템을 제공하는 유용한 발명이다.
Claims (18)
- 폐기물상단에 가스배제층을 형성하고, 그 상단에 차단층, 배수층, 여과층 및 표층을 포함하도록 형성시키는 최종복토방법에 있어서, 상기 차단층의 상부 또는 하부에 적어도 1층의 단열층이 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 1항에 있어서, 단열층은 열전도도가 0.5W/m·K 이하인 재질 또는 혼합재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 2항에 있어서, 단열층을 구성하는 재질로 단열재질의 기능만을 갖는 암면, 우레탄, 발포 폴리에틸렌, 진공 압출 발포 폴리스틸렌, 발포 폴리스틸렌 등과, 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 등의 단열기능에 배수기능이 포함된 것중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 1항에 있어서, 차단층 상부의 단열층이 열전도도가 0.5W/m·K 이하, 투수계수가 1.0×10-3cm/sec 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성되어 배수층의 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 4항에 있어서, 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우의 재질 또는 혼합재질은 단위중량이 1.0g/㎤이하로 하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 5항에 있어서, 단열층이 배수층의 기능을 갖는 경우 사용가능한 재질로 왕겨, 톱밥, 우드칩, 고무조각 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 6항에 있어서, 혼합재질로 배수층의 기능을 갖는 단열층을 구성할 경우 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질과 모래나 자갈 또는 토목섬유를 혼합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 1항에 있어서, 차단층 하부의 단열층이 열전도도가 0.5 W/mㆍK이하, 투수계수가 1.0×10-3cm/sec 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성되어 가스배제층의 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 최종복토 방법.
- 제 8항에 있어서 차단층 하단의 단열층이 가스배제층의 기능을 갖는 경우에는 사용 가능한 재질로는 왕겨, 톱밥, 우드칩, 고무조각 중에서 선택된 적어도 1종이상의 재질을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 최종복토 방법.
- 제 9항에 있어서, 혼합재질로 가스배제층의 기능을 갖는 단열층을 구성할 경우 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질과 모래나 자갈 또는 토목섬유를 혼합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 1항 내지 10항중 어느 한 항에 있어서, 차단층 하단에 전공극율이 30% 이상이면서 모관공극에 대한 비모관공극비율이 1:1 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성되는 압력완충층을 형성하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 11항에 있어서, 압력완충층을 구성하는 재질로 왕겨, 톱밥, 우드칩, 고무조각 중에서 1종 이상의 재질을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 11항에 있어서, 압력완충층이 열전도도가 0.5W/m·K 이하, 전공극율이 30% 이상, 모관공극에 대한 비모관공극비율이 1:1 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성되어 단열층의 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 13항에 있어서, 압력완충층이 단열층의 기능을 갖는 경우 사용가능한 재질로는 왕겨, 톱밥, 우드칩, 고무조각, 모래, 자갈 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 11항에 있어서, 압력완충층이 열전도도가 0.5W/m·K 이하, 전공극율이 30% 이상, 모관공극에 대한 비모관공극비율이 1:1 이상, 투수계수가 1.0×10-3cm/sec 이상인 재질 또는 혼합재질로 구성되어 단열층 및 가스배제층의 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제 15항에 있어서, 압력완충층이 단열층의 기능을 갖음과 동시에 가스배제층의 기능을 갖는 경우 사용가능한 재질로 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각, 모래, 자갈 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 제16항에 있어서, 혼합재질로 단열층의 기능을 갖음과 동시에 가스배제층의 기능을 갖는 압력완충층을 구성할 경우 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 재질과 모래나 자갈 또는 토목섬유 재료를 혼합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 최종복토방법.
- 상기 청구항1 내지 청구항18의 최종복토방법에 의해 형성된 최종복토내에서 상기 최종복토 내의 가스배제층에 매립가스를 추출 및 재주입할 수 있도록 유공관이 설치되고 상기 유공관에서 포집된 매립가스를 순환관을 통해 저장탱크로 이송하여 저장하고, 상기 저장탱크에 저장된 매립가스는 블로와, 컴프레샤 등 가스 이송 장치를 이용하여 상기 최종복토층 내의 가스배제층 재순환 시켜 가스배제층내의 압력이 0kg/㎠ 내지 0.3kg/㎠범위에서 적정압력으로 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 최종복토 내에서의 매립가스 재순환 시스템.
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| KR1020000010938A KR100341609B1 (ko) | 2000-03-04 | 2000-03-04 | 폐기물 매립지의 최종복토 방법 및 그 최종복토 내에서의매립가스 재순환 시스템 |
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