KR20010107507A - 미생물 활성 반응층을 이용한 매립가스 추출 및 매립가스산화처리 방법과 그 장치 - Google Patents
미생물 활성 반응층을 이용한 매립가스 추출 및 매립가스산화처리 방법과 그 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 미생물 활성 반응층을 이용한 매립가스 추출 및 매립가스 산화처리 방법과 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중간 복토층의 하부에 투수계수 및 공극율이 크고 비표면적이 넓은 재질로 이루어진 미생물 활성 반응층을 전면적으로 형성함으로써 매립가스의 추출 및 공기, 온도, 수분, pH조절물질 및 영양물질 등과 같은 미생물 반응조절물질의 주입을 용이하게 제어하여 매립진행 중인 매립지 내부에서 발생되는 매립가스를 효율적으로 추출하여 재활용 또는 가스소각하거나 매립가스에 포함되어 있는 온실가스, 악취물질 및 휘발성 유기화합물(VOCs) 등을 호기성 토양 미생물을 이용하여 보다 유해성이 적은 물질로 산화처리하는 미생물 활성 반응층을 이용한 매립가스 추출 및 산화처리방법 및 그 장치에 관한 것이다
또한 본 발명은 매일 복토층을 투수계수 및 공극율이 크고 비표면적이 넓은 재질로 조성하여 미생물 활성 반응층으로 형성하거나 최종 복토층 내에 투수계수 및 공극율이 크고 비표면적이 넓은 재질로 이루어진 미생물 활성 반응층을 형성함으로써 공기, 온도, 수분, pH조절물질 및 영양물질 등과 같은 미생물 반응조절물질의 주입을 용이하게 제어하여 매일 복토층과 최종 복토층을 통해 대기중으로 방출되는 매립가스에 포함되어 있는 온실가스, 악취물질 및 휘발성 유기화합물(VOCs) 등을 호기성 토양 미생물을 이용하여 보다 유해성이 적은 물질로 산화 처리하는 미생물 활성 반응층을 이용한 매립가스 산화처리방법 및 그 장치에 관한 것이다
Description
본 발명은 미생물 활성 반응층을 이용한 매립가스 추출 및 매립가스 산화처리 방법과 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중간 복토층의 하부에 투수계수 및 공극율이 크고 비표면적이 넓은 재질로 이루어진 미생물 활성 반응층을 전면적으로 형성함으로써 매립가스의 추출 및 공기, 온도, 수분, pH조절물질 및 영양물질 등과 같은 미생물 반응조절물질의 주입을 용이하게 제어하여 매립진행 중인 매립지 내부에서 발생되는 매립가스를 효율적으로 추출하여 재활용하거나 매립가스에 포함되어 있는 온실가스, 악취물질 및 휘발성 유기화합물(VOCs) 등을 호기성 토양 미생물을 이용하여 보다 유해성이 적은 물질로 산화 처리하는 미생물 활성 반응층을 이용한 매립가스 추출 및 산화처리방법 및 그 장치에 관한 것이다
또한 본 발명은 매일 복토층을 투수계수 및 공극율이 크고 비표면적이 넓은 재질로 조성하여 미생물 활성 반응층으로 형성하거나 최종 복토층 내에 투수계수 및 공극율이 크고 비표면적이 넓은 재질로 이루어진 미생물 활성 반응층을 형성함으로써 공기, 온도, 수분, pH조절물질 및 영양물질 등과 같은 미생물 반응조절물질의 주입을 용이하게 제어하여 매일 복토층과 최종 복토층을 통해 대기중으로 방출되는 매립가스에 포함되어 있는 온실가스, 악취물질 및 휘발성 유기화합물(VOCs) 등을 호기성 토양 미생물을 이용하여 보다 유해성이 적은 물질로 산화 처리하는 미생물 활성 반응층을 이용한 매립가스 산화처리방법 및 그 장치에 관한 것이다
각종 산업의 발전과 생활 수준의 향상으로 폐기물의 발생량은 계속하여 증가하는 한편, 발생된 폐기물을 친환경적으로 처리하기 위한 다양한 노력이 계속되고 있다. 예를 들어, 금속 및 유리와 같은 불연성 폐기물은 분리 수거하여 재활용하고, 목재나 종이 같은 가연성 폐기물은 소각하여 그 열을 발전이나 지역 난방 등에 활용하며 음식 쓰레기와 같은 유기성 폐기물은 사료나 퇴비로 활용하고 있다. 그러나 이러한 노력에도 불구하고 많은 양의 잉여 폐기물과 부산물은 최종적으로 매립에 의존할 수밖에 없다.
일반적으로 매립지는 침출수 집배수시설과 매립가스 추출시설이 갖추어지고 소정의 높이로 쌓아올린 폐기물 층 위에 매일 복토층이나 중간 복토층을 포설하여 다수의 폐기물 층을 적층한 다음 최상단 폐기물 층의 상부에 최종 복토층을 설치하여 빗물의 유입 및 매립가스의 방출을 방지하는 구조를 갖는다. 도1은 종래 기술에 따른 매립지의 구조를 보여주기 위한 개략적인 단면도로서, 도면에서 보는 바와 같이, 매립지(100)에는 폐기물 매립진행 중에 형성되는 매일 복토층(110) 및 중간 복토층(120)과, 폐기물 매립이 완료된 후 최종적으로 형성되는 최종 복토층(130) 등 다수의 복토층으로 구성되어 있다.
이때, 상기 매일 복토층(110)은 매일 반입되는 폐기물 위에 형성되어 폐기물이 비산되는 것을 방지하고, 상기 중간 복토층(120)은 다수의 셀 위에 포설되어 빗물의 유입과 악취의 발산을 일부 차단하는 것으로서, 매립지의 규모에 따라 매일 복토층(110)과 중간 복토층(120)이 모두 설치되는 경우와 매일 복토층(110)만 설치되는 경우가 있다. 특히, 중대형 매립지의 경우, 중간 복토층(120)은 폐기물 층의 상부에 형성되고 매일 복토층(110)은 폐기물 층의 경사면에 형성되는 것으로 볼 수 있다.
그리고, 상기 최종 복토층(130)은 매립이 완료된 매립지의 최상단 폐기물 층 위에 설치되는 것으로서 매일 복토층(110)이나 중간 복토층(120)과 달리 위로부터 식생대층, 배수층, 차단층 및 가스배제층 등으로 구성된 다층 구조를 가지면 빗물이 유입되거나 매립가스가 유출되는 것을 방지한다. 상기 가스배제층은 폐기물에서 발생하는 매립가스를 용이하게 추출할 수 있도록 하고, 상기 차단층은 매립지 내부로 빗물이 침투하거나 매립가스가 대기중으로 발산되는 것을 차단하며, 상기 배수층은 식생대층으로부터 침투되는 우수를 신속히 배수시켜 빗물의 유입을 방지하는 것이다.
한편, 이러한 구조를 갖는 매립지는 매립된 폐기물이 분해됨에 따라 침출수와 매립가스가 발생되어 2차 환경오염을 유발시킬 수 있으므로 침출수는 매립지 하부에 설치된 침출수 집배수시설을 통해 추출하여 처리하고, 매립가스는 매립가스 포집시설을 통해 추출하여 처리하게 된다. 즉, 도1에서 보는 바와 같이, 매립지(100) 내부에 매립가스 포집(140) 및 추출관(143)을 설치하고, 최종 복토층(130)의 가스배제층(135)에 매립가스 포집용 유공관(145)을 설치하여 매립가스를 추출한 다음 매립가스 이송관(147)을 통해 가스 소각 설비나 발전 설비로 이송하여 처리하는 것이다. 여기서 미 설명 부호(149)는 매립가스를 이송시키기 위한 송풍기이다.
그러나 이러한 매립가스 강제추출법은 매립이 완료되어 최종 복토층(130)이 형성된 매립지에서는 매우 효과적이나 최종 복토층(130)이 형성되지 않은 매립 진행중인 매립지에서는 외부의 공기가 폐기물 층으로 강제 흡입되어 적용하기 어려운 문제가 있었다. 즉, 최종 복토층(130)이 형성되지 않는 최상단 폐기물 층에서 매립가스를 강제 추출하면 폐기물 층으로 외부 공기가 흡입되어 추출된 매립가스 중 메탄가스의 함유율이 저하되어 경제성을 떨어질 뿐만 아니라 최상단 폐기물 층이 부분적으로 호기성 상태로 유도되어 매립지의 안정화에 지장을 초래하게 된다. 따라서 이러한 문제를 피하기 위해 종래의 매립지에서는 최상단 폐기물 층에서 매립가스를 추출하지 않고 있었다. 따라서 매립이 완료되어 최종 복토층(130)이 형성되었을 때에는 발생 매립가스의 75% 이상을 추출할 수 있으나, 매일 복토층(110)과 중간 복토층(120)만 형성된 매립진행 중인 매립지에서는 매립가스 포집 및 추출시설이 설치되어 있다 하더라도 발생되는 매립가스의 50%정도밖에 회수할 수 없다.
그러나 매립지에서 발생되는 매립가스의 50%정도가 매립 진행 중에 발생된다는 것은 매립지에서 발생되는 전체 매립가스의 20∼30%가 아무런 처리 없이 대기중으로 방출되고 있는 것이므로 매립가스의 재활용 측면 및 환경오염방지의 측면에서 매우 중요한 문제가 아닐 수 없다.
또한, 최종 복토층(130)이 설치된 매립지라 하더라도 매립 후 일정 기간이 경과되면 강우, 기온, 바람 등의 외부조건에 의해 최종 복토층의 표면이 침식되고 폐기물의 차등 분해 및 차등 압밀 등에 의한 부등침하로 차단층이 손상받게 되어 매립가스에 포함된 온실가스, 악취물질 및 휘발성 유기화합물(VOCs)이 대기중으로방출되어 심각한 환경문제를 야기하게 된다.
그러므로 매립이 완료된 매립지 뿐만 아니라 매립 진행중인 매립지로부터 발생되는 매립가스를 효율적으로 관리하는 것이 매우 중요한데, 최근 매립지에 관한 다수의 연구에서 대기와 접촉되어 있는 복토층은 토양 자체의 흡수, 흡착 성질과 복토층 상부에 존재하는 토양 미생물의 작용으로 매립가스에 포함된 유해물질의 상당량을 제거하는 기능을 하고 있음이 밝혀지고 있다. 예를 들어, 대기와 접촉되어 있는 최종 복토층의 표층에서 생존하는 메탄산화 미생물은 매립지 표면으로 방출되는 메탄을 이산화탄소로 전환시켜서 온실가스의 발생량을 감소시키고 질산화 미생물과 황산화 미생물은 매립가스 중에 포함된 암모니아나 황화수소 같은 악취물질을 제거시킨다. 따라서 본 발명자는 매립진행 중인 매립지로부터 방출되는 매립가스를 추출하여 매립가스의 이용효율을 높이거나 최상단 복토층을 통해 방출되는 매립가스를 토양 미생물을 이용하여 산화처리함으로써 환경오염을 감소시키는 새로운 형태의 매립지 복토층 구조 및 그 방법을 발명하기에 이르렀다.
즉, 종래의 복토층은 메탄산화 미생물과 같은 호기성 토양미생물이 활발하게 활동할 수 있는 공간과 온도, 산소, pH, 수분, 영양물질 및 활성미생물 등과 같은 반응조건을 충분히 만족시키기 어렵기 때문에 전체 매립가스의 극히 일부만을 산화처리할 수 있었다. 이에 본 발명은 매일 복토층, 중간 복토층 및 최종 복토층에 호기성 토양 미생물의 반응조건을 만족시켜 주는 환경을 인위적으로 만들어 주어 매립가스의 산화율을 높이는 것이다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 매립진행 중인 최상단 폐기물 층을 통해 대기 중으로 방출되는 매립가스를 용이하게 추출하거나 토양 미생물에 의해 산화시킬 수 있도록 적어도 한 층이상의 미생물 활성 반응층을 형성한 매립지의 복토층 구조 및 이를 이용한 매립가스 추출 및 매립가스 산화처리 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명은 중간 복토층의 하부에 투수계수 및 공극율이 크고 비표면적이 넓은 재질로 이루어진 적어도 한 층이상의 미생물 활성 반응층을 형성하여 최상단 폐기물 층을 통해 외부로 방출되는 매립가스를 추출하거나 토양 미생물에 의해 산화 처리할 수 있도록 된 매립지의 복토층 구조 및 이를 이용한 매립가스 추출 및 매립가스 산화처리 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 매일 복토층을 투수계수 및 공극율이 크고 비표면적이 넓은 재질로 조성하고 폐기물 층을 호기성 상태로 유지함으로써 상기 매일 복토층을 통해 방출되는 매립가스를 토양 미생물을 이용하여 산화 처리할 수 있도록 된 매립지의 복토층 구조 및 매립가스 산화처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 최종 복토층 내에 투수계수 및 공극율이 크고 비표면적이 넓은 재질로 이루어진 적어도 하나 이상의 미생물 활성 반응층을 형성함으로써 상기 최종 복토층을 통해 방출되는 매립가스를 토양 미생물을 이용하여 산화 처리할 수 있도록 된 매립지의 복토층 구조 및 매립가스 산화처리 방법을 제공하는 것이다.
그리고 본 발명은 미생물 활성 반응층에 메탄산화 미생물, 질산화 미생물, 황산화 미생물 등의 호기성 토양미생물이 활성화 될 수 있도록 공기, 온도, 수분,pH조절물질, 영양물질 및 미생물 등을 공급하여 토양 미생물에 의해 온실가스인 메탄과 암모니아, 황화수소, 메르캅탄 등 악취물질 및 인체에 해로운 휘발성 유기 화합물 등을 산화시켜 2차 환경 오염을 방지할 수 있는 매립지 복토층 구조 및 그 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 중간 복토층의 하부에 형성된 미생물 활성 반응층을 이용하여 매립가스를 추출하거나, 매립지를 잉여 매립가스 저장용기로 활용하거나, 매립지를 호기상태로 전환하여 조기에 안정화시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 폐기물 매립지의 구조를 보여주는 단면도,
도 2는 본 발명에 따라 미생물 활성 반응층이 형성된 폐기물 매립지의 구조를 보여주는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 미생물 활성 반응층을 보다 자세히 보여주기 위한 확대 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 미생물 활성 반응층의 공기주입수단과 반응가스추출수단를 보여주기 위한 개념도,
도 5는 본 발명에 따라 미생물 활성 매일 복토층이 형성된 폐기물 매립지의 구조를 보여주는 개략적인 단면도,
도 6은 본 발명에 따라 미생물 활성 최종 복토층이 형성된 폐기물 매립지의 구조를 보여주는 개략적인 단면도,
도 7은 본 발명에 따라 미생물 활성 반응층이 형성된 복토층의 설치방법을 보여주는 흐름도,
도 8은 본 발명에 따라 미생물 활성 최종 복토층의 설치방법을 보여주는 흐름도,
도 9는 본 발명에 따른 매립지의 매립가스 산화처리 및 매립가스 추출단계를 보여주는 흐름도,
도 10은 본 발명에 따른 미생물 활성 반응층을 이용하여 매립가스를 산화시키기 위한 방법을 보여주는 흐름도,
도 11은 본 발명에 따른 미생물 활성 반응층이 형성된 폐기물 매립지를 보여주는 단면도,
도 12는 본 발명에 따라 형성된 미생물 활성 반응층을 이용하여 매립가스를 추출하는 방법을 보여주기 위한 개념도,
도 13은 본 발명에 따라 형성된 미생물 활성 반응층을 이용하여 매립지를 조기에 안정화시키는 방법을 보여주기 위한 개념도,
도 14는 본 발명에 따라 형성된 미생물 활성 반응층을 이용하여 매립가스를 저장하는 방법을 보여주기 위한 개념도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
20 : 공기주입수단 30 : 반응가스추출수단
40 : 매립가스포집 및 추출수단 50 : 미생물 활성 반응층
60 : 단열층 70 : 차단막
105 : 폐기물층 110 : 매일 복토층
120 : 중간복토층 130 : 최종복토층
150 : 매립가스 순환관
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐기물 층과 상기 폐기물 층 상부에 형성된 중간 복토층으로 이루어진 매립지에 있어서, 상기 중간 복토층의 하부에 형성된 적어도 한 층 이상의 미생물 활성 반응층을 포함하여 구성됨으로써 매립진행 중인 최상단 폐기물 층을 통해 대기 중으로 방출되는 매립가스를 용이하게 추출하거나 토양 미생물에 의해 산화시키는 것을 특징으로 한다. 즉, 최상단 폐기물 층을 통해 발산되는 매립가스가 소량일 때는 상기 미생물 활성 반응층을 호기성 상태로 유지하여 각종 토양 미생물을 이용하여 온실가스인 메탄과, 암모니아, 황화수소, 메르캅탄 등의 악취물질 및 인체에 해로운 휘발성 유기 화합물 등을 산화시켜 보다 무해한 물질로 전환시켜 방출시키고, 매립가스의 발생량이 일정량 이상인 경우에는 상기 미생물 활성 반응층을 통해 매립가스를 추출함으로써 매립가스의 추출효율을 높이는 것이다.
본 발명에 따른 상기 미생물 활성 반응층은 공극율이 30%이상이고 투수계수가 1.0 ×10-3cm/sec이상인 재질 또는 혼합재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 즉, 일반 복토층이나 폐기물 층은 다짐등으로 공극율이 30%이하이고, 투수계수가 1.0 ×10-3cm/sec이하로 낮기 때문에 공기의 흐름이 자유롭지 못하여 호기성 토양 미생물은 복토층의 표층에서만 생존하므로 토양 미생물에 의한 매립가스 산화율이 극히 낮다. 따라서 복토층이나 복토층의 상하부에 공극율과 투수계수가 큰 재질로 이루어진 미생물 활성 반응층을 전면적으로 형성함으로써 주입된 공기가 원활하게 공급되어 호기성 토양 미생물을 활성화시킨다. 그리고 매립가스의 추출을 용이하게 하여 보다 낮은 압력으로 추출할 수 있도록 함으로써 매립가스 추출시 외부 공기가 폐기물 층으로 유입되는 것을 방지하여 매립가스의 경제성을 높이고 최상단 폐기물 층이 부분적으로 호기성 상태로 전환되지 않도록 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 미생물 활성 반응층은 입자의 비표면적이 30㎡/g 이상인 재질로 구성함으로써 매립가스 및 공기의 함유율 또는 수분의 보유율을 높이고 토양 미생물과 매립가스의 접촉 가능성을 향상시키는 것을 특징으로 한다. 즉, 토양 미생물에 의한 산화율을 높이기 위해서는 매립가스의 농도, 체류시간 및 매립가스와 산소 그리고 토양 미생물간의 접촉을 증대시키는 것이 요구되므로 미생물 활성 반응층의 비표면적을 가능한 한 크게 하여 산화 효율을 향상시키는 것이다.
따라서 본 발명에 따른 상기 미생물 활성 반응층은 왕겨, 톱밥, 우드칩, 고무조각, 모래, 자갈 등과 같이 공극율과 투수계수가 큰 재질과 퇴비, 이토, 규조토, 분쇄왕겨, 탄화왕겨, 팽윤왕겨 등과 같이 단위중량 당 입자의 표면적이 큰 재질 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 재질을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 미생물 활성 반응층은 10㎝ 내지 50㎝의 두께를 가지며 더욱 바람직하기로는 20㎝의 두께로 형성된다.
또한 본 발명에 따른 상기 미생물 활성 반응층은 상기 복토층 및 폐기물 층의 전면적에 걸처 포설됨으로써 공기 및 매립가스를 골고루 분배시켜 매립가스 및 공기의 공급과 추출을 원활하게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예는 소정 두께의 폐기물 층과 상기 폐기물 층의 상부에 형성된 중간 복토층으로 구성된 매립지에 있어서, 상기 폐기물 층과 중간 복토층 사이에 형성되며 투수계수가 큰 다공성 재질로 이루어진 미생물 활성 반응층과, 상기 미생물 활성 반응층에 설치되어 공기를 공급하는 공기주입수단과, 상기 미생물 활성 반응층에 설치되어 매립가스 및 미생물 산화반응에 의해 생성된 반응가스를 추출하는 가스추출수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 상기 공기주입수단은 상기 미생물 활성 반응층 내에 설치되어 공기를 공급하는 다수의 공기주입용 유공관과 상기 공기주입용 유공관을 통해 공기를 이송시키기 위한 블로와를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가스추출수단은 상기 미생물 활성 반응층 내에 설치되어 반응가스 및 매립가스를 포집하는 다수의 가스포집용 유공관과 상기 가스포집용 유공관을 통해 포집된 반응가스를 이송시키기 위한 블로와를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.
그리고 본 실시예에 따른 상기 공기주입수단은 상기 미생물 활성 반응층으로 주입되는 공기를 가열하기 위한 가열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 미생물 활성 반응층에서 활성화되는 메탄산화 미생물은 단원자 탄소를 에너지원으로 이용하는 화학무기 영양계의 그람음성 절대 호기성 미생물로서 에너지 및 기질 원인 메탄가스와 산소가 충분히 공급되고 20∼30℃의 온도범위에서 많은 양의 메탄을 산화시키므로 상기 온도범위를 유지하도록 한다.
또한 본 실시예에 따른 상기 가스추출수단은 상기 미생물 활성 반응층으로부터 추출된 반응가스의 온도와 메탄, 이산화탄소, 산소의 농도를 측정하는 측정장치와, 상기 측정장치의 측정값에 따라 상기 미생물 활성 반응층에 공급되는 공기, 수분, 온도, pH조절물질, 영양물질 및 미생물 등 반응조절물질의 주입량을 제어하는 주입량 조절장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 메탄산화 미생물의 최적 토양 함수비가 10∼20%이므로 함수율이 떨어지는 경우에는 침출수, 지하수 또는 하천수 등을 주입하여 적정 함수율을 유지시킨다.
한편, 본 실시예에 따른 상기 미생물 활성 반응층에는 매립가스 및 공기의 흐름을 차단할 수 있도록 공극율과 투수계수가 적은 재질로 이루어진 다수의 차단막을 설치함으로써 매립가스 및 공기의 흐름을 특정방향으로 유도하여 매립가스, 산소 및 미생물과의 접촉시간을 길게 하여 토양미생물에 의한 산화반응 효율을 높이는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 차단막은 미생물 활성 반응층의 하부에 소정의 간격으로 이격된수평 차단막이거나, 상기 미생물 활성 반응층을 수직으로 차단하는 수직 차단막으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 실시예에 따른 상기 공기주입수단의 공기주입용 유공관은 상기 수평 차단막 사이에 설치되고 상기 가스추출수단의 가스포집용 유공관은 상기 수평 차단막 상부에 이격되게 설치되어 매립가스의 이동 거리를 가장 길게 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 실시예에 따른 상기 미생물 활성 반응의 상부에는 적어도 한 층 이상의 단열층을 더 포함하도록 구성하여 중간 복토층 상부에서의 강우, 기온, 바람 등의 기후조건에 의한 영향을 차단하여 토양미생물의 최적온도를 유지하는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 단열층은 열전도율이 0.1W/mㆍk 이하인 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 5㎝ 내지 20cm 두께의 왕겨, 톱밥, 우드칩, 고무조각 등의 재질로 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 다른 실시예는 매일 복토층을 미생물 활성 반응층으로 조성하거나 최종 복토층 내에 적어나 하나 이상의 미생물 활성 반응층을 형성함으로써 매일 복토층과 최종 복토층을 통해 방출되는 매립가스를 토양 미생물을 이용하여 산화 처리함으로써 환경오염물질이 방출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 매립지는 소정 두께로 폐기물 층을 쌓고 그 위에 건설 폐기물 층을 형성하는 전처리 단계와, 상기 건설 폐기물 층의 상부에 매립가스 및 공기의 흐름을 차단하는 수평 또는 수직 차단막을 설치하는 차단막 설치단계와, 상기 수평 차단막 사이에 공기주입수단의 공기주입용 유공관을 설치하는 공기주입용 유공관 설치단계와, 상기 수평 차단막의 상부에 가스추출수단의 가스포집용 유공관을 설치하는 가스포집용 유공관 설치단계와, 상기 차단막과 유공관이 덮히도록 투수계수, 공극률 및 비표면적인 큰 재질를 사용하여 미생물 활성 반응층을 형성하는 미생물 활성 반응층 설치단계와, 상기 미생물 활성 반응층 상부에 열전도도가 낮은 재질로 단열층을 형성하는 단열층 설치단계와, 상기 단열층의 상부에 중간 복토층을 형성하는 중단 복토층 설치단계를 거쳐 만들어지게 된다.
또한 본 발명에 따른 미생물 활성 매일 복토층은 소정 두께의 폐기물 층의 하부에 공기공급수단을 설치하는 공기공급수단 설치단계와, 상기 폐기물 층의 상부에 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 우수한 왕겨, 톱밥, 우드칩, 퇴비 등과 같은 물질을 포함하여 이루어진 매일 복토층을 형성하는 미생물 활성 매일 복토층 설치단계와, 상기 미생물 활성 매일 복토층에 메탄산화 미생물을 접종하는 메탄산화 미생물 접종단계를 포함하여 이루어진다.
그리고 본 발명에 따른 미생물 활성 최종 복토층은 최상단 폐기물 층의 상단에 가스배제층 및 차단층을 형성하는 가스배제층 및 차단층 형성단계와, 상기 차단층의 상부에 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 우수한 모래, 자갈, 왕겨, 톱밥, 우드칩, 퇴비 등과 같은 물질을 포함하여 이루어진 배수층을 설치하는 미생물 활성 배수층 설치단계와, 상기 미생물 활성 배수층 내에 공기를 공급하기 위한 공기공급수단을 설치하는 공기공급수단 설치단계와, 상기 배수층 위에 식생대층을 설치하는 식생대층 설치단계를 포함하여 구성된다.
또한 본 발명에 따른 미생물 활성 최종 복토층은 최상단 폐기물 층의 상부에 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 우수한 모래, 자갈, 왕겨, 톱밥, 우드칩, 퇴비 등과 같은 물질을 포함하여 이루어진 가스배제층을 설치하는 미생물 활성 가스배제층 설치단계와, 상기 미생물 활성 가스배제층의 내에 공기를 공급하기 위한 공기공급수단을 설치하는 공기공급수단 설치단계를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 미생물 활성 가스배제층은 종래의 가스배제층과 달리 입자의 비표면적이 크기 때문에 미생물의 활성에 적합하고 매립가스와의 접촉율이 증대되어 매립가스의 산화율이 향상된다.
상기한 공정을 거치면서 형성되는 본 발명에 따른 매립지는 최상단 폐기물 층에 형성된 미생물 활성 반응층에 공기를 주입하여 호기성 상태로 유지시킴으로써 호기성 토양 미생물을 활성화시켜 상기 최상단 미생물 활성 반응층을 통해 방출되는 매립가스를 산화시켜 보다 무해한 물질로 전환시키는 것을 특징으로 한다. 이때 최상단 폐기물 층을 제외한 나머지 하부 폐기물 층은 혐기성 상태로 유지시켜 매립가스를 생성시키고 각 폐기물 층의 상부에 설치된 미생물 활성 반응층의 가스추출수단 및 공기공급수단을 통해 매립가스를 추출하여 매립가스 처리시설로 이송한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는 최상단 폐기물 층을 통해 방출되는 매립가스가 일정량을 초과하는 경우에 상기 최상단 폐기물 층에 형성된 미생물 활성 반응층을 혐기성 상태로 전환시키고 가스추출수단 또는 산소공급수단을 통해 매립가스를 추출하여 매립가스 처리시설로 이송시키는 것을 특징으로 한다. 즉, 최상단 폐기물 층을 통해 방출되는 매립가스가 소정 양을 초과하는 경우에는 미생물 산화에소요되는 공기량이 너무 많게 되어 미생물 활성 반응층을 호기성 상태로 유지하는 것이 비경제적이다. 따라서 이 경우에는 미생물에 의한 산화처리를 중단하고 매립가스를 직접 추출하여 재활용 또는 소각처리함으로써 오염물질의 방출을 방지하는 동시에 매립가스의 추출효율을 높이는 것이다.
또한 본 발명은 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 넓은 재질로 이루어진 최상단 미생물 활성 매일 복토층에 메탄산화 미생물을 접종하고 폐기물 층의 하부에 설치된 공기공급수단을 통해 공기를 주입함으로써 상기 미생물 활성 매일 복토층을 통해 방출되는 매립가스를 토양 미생물을 이용하여 산화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 실시예는 매립이 완료된 매립지의 최종 복토층에 설치된 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 우수한 재질로 이루어진 적어도 하나 이상의 미생물 활성 반응층 내에 설치된 공기공급수단을 통해 공기를 주입함으로써 상기 최종 복토층를 통해 대기 중으로 방출되는 매립가스를 토양 미생물을 이용하여 산화시키는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명에 따라 이루어진 매립지는 중간 복토층의 하부에 형성된 미생물 활성 반응층에 설치된 가스추출수단을 통해 반응가스 및 매립가스를 추출하는 매립가스 추출단계와, 상기 가스추출수단을 통해 추출된 매립가스의 온도 및 메탄가스, 이산화탄소, 산소의 농도를 측정하는 측정단계와, 상기 측정단계에서 측정된 값에 따라 공기, 수분, 온도, pH조절물질, 영양물질 및 미생물 등의 반응조절물질을 상기 공기주입수단을 통해 주입하는 물질공급단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 매립지는 중간 복토층의 하부에 형성된 미생물 활성 반응층에 설치된 공기주입수단의 공기주입용 유공관과 가스추출수단의 가스포집용 유공관을 통해서 공기를 주입함으로써 매립지 전체를 호기성 상태로 전환시켜 매립지를 조기에 안정화시키는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 중간 복토층의 하부에 형성된 미생물 활성 반응층에 매립가스 포집관과 추출관을 통해 추출하여 재활용되고 남은 잉여 매립가스를 상기 미생물 활성 반응층에 설치된 공기주입수단의 공기주입용 유공관 및 가스추출수단의 가스포집용 유공관을 통해 다시 주입함으로써 상기 미생물 활성 반응층을 매립가스 저장용기로 이용하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 도2는 본 발명에 따라 중간 복토층의 하부에 미생물 활성 반응층이 형성된 매립지의 일실시예를 보여주는 단면도로서, 종래의 것과 동일한 부분은 동일한 부호를 부여하였으며 상세한 설명은 생략한다. 도면에서 보는 바와 같이, 참조번호 50은 폐기물 층(105)의 상부와 중간 복토층(120)의 하부에 형성된 미생물 활성 반응층이다.
상기 미생물 활성 반응층(50)은 매립가스 및 산소의 흐름을 좋게 하기 위해공극율이 30%이상이고, 투수계수가 1.0×10-3cm/sec이상인 재질로 이루어진다. 상기 실시예는 비표면적인 큰 왕겨와 퇴비를 무게비 2:1의 비율로 혼합하여 20cm두께의미생물 활성 반응층(50)을 형성하여 공극율과 투수계수 조건을 모두 만족시키는 동시에 비표면적이 30㎡/g이상 되도록 하였다.
이와 같이 미생물 활성 반응층(50)은 공극율과 투수계수가 큰 재질로 이루어져 있어 폐기물에서 발생된 매립가스가 용이하게 유입되는 동시에 수직 및 수평방향으로 원활히 분배되어 상기 미생물 활성 반응층(50) 내에 균일하게 분포된다. 한편, 상기 미생물 활성 반응층(50)에는 공기를 주입하기 위한 다수의 공기주입용 유공관(23)이 설치되어 상기 미생물 활성 반응층(50)을 호기성 상태로 유지시킨다. 따라서 상기 미생물 활성 반응층(50)에서는 메탄산화 미생물, 황산화 미생물, 질산화 미생물과 같은 호기성 토양 미생물이 활성화된다. 즉, 상기 미생물 활성 반응층(50)에는 Methylomonas, Methanomonas, Methylococcus, Methylosius, Methylobater, Methylomicrobium, Methylocystis 등과 같은 메탄산화 미생물과, Thio bacillus, Thio oxidans, T.ferro oxidans, T.neapolitanus, T.kabobis, T.tepidarius, T.intermedius, Tacidopubilus, T.versutus, T.perometabolis 등과 같은 황산화 미생물 및 Chemoautotrophic Nitrogen Oxidizer, Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosoccus, Nitrococcus, Nitrospina, Nitrospira 등과 같은 질산화 미생물이 번성하게 된다.
그런데 이러한 호기성 토양 미생물은 매립가스에 포함되어 있는 메탄가스, 악취물질 및 VOCs를 산화시켜 보다 무해한 물질로 전환시키는 역할을 한다. 예를 들어, 메탄산화 미생물은 메탄을 메탄올로 산화시키고, 메탄올은 다시 포름알데히드로 산화된다. 그리고 포름알데히드는 포름산으로 산화되어 최종적으로 유해성이적은 이산화탄소로 전환된다. 또한 상기 메탄산화 미생물은 다탄소 결합을 갖는 유기화합물을 성장물질로는 이용하지 못하지만 메탄을 산화할 때 생성되는 효소인 Methane Monooxygenese(MMO)의 효소작용으로 많은 알칸족과 방향족 화합물도 산화시킬 수 있다.
따라서 메탄산화 미생물은 Benzene, Bromomethane, Chloromethane, Dichloromethane, Chloroform, Naphthalene, Styrene, Toluene, Vinylidene, Vinyl chloride, 1-Methylnaphthalene, 2-Methylnaphthalene, 1,2-Dichlorolethylene, 1,1-Dichlorolethylene, 1,1,1-Trichloroethane, 1,1,2-Trichloroethane, Ethane, Propane, Butane, Isobutane, Pentane, Hexane, Heptane, Octane, Hexadecane, Methane, Propene, 1-Butene,trans-2-Butene,cis-2-Butene, Butadiene, Isoprene, 2-Propanol, 2-Butanol등과 같은 물질을 산화시킬 수 있다. 이밖에 질산화 미생물은 암모니아를 산화시키고, 황산화 미생물은 황화수소를 산화시킨다.
이밖에 호기성 토양 미생물이 활성화되기 위해서는 온도, 수분, pH 및 영양 등과 같은 미생물 반응조건이 만족되어야 한다. 일반적으로 토양 미생물의 최적 성장온도 범위는 20℃ 내지 30℃이므로 상기 미생물 활성 반응층(50)의 온도는 최적 성장온도 범위내로 유지되는 것이 필요하다. 이를 위해 상기 실시예는 왕겨, 톱밥, 우드칩, 고무조각 등과 같이 열전도도가 낮은 재질 또는 이들의 혼합재질로 미생물 활성 반응층(50)을 형성함으로써 외부 온도의 영향을 억제한다.
즉, 토양, 모래 및 자갈 등과 같이 열전도율이 높은 재질로만 구성된 종래의 복토층은 기온, 바람, 강우 등의 외부 기온조건에 따라 중간 복토층(120)의 온도가 크게 변동되어 토양 미생물의 적정 성장온도 범위를 벗어나기 쉽다. 그러나 열전도율이 낮은 왕겨, 톱밥, 우드칩 및 고무조각 등으로 미생물 활성 반응층(50)을 형성하면 외부 기온 변동으로 인한 반응층 내의 온도변화를 완만히 유지시킨다. 또한 상기 미생물 활성 반응층(50)은 폐기물 분해속도의 차에 의해 발생되는 각 지점간의 온도 차이를 완화시켜 미생물 활성 반응층(50)의 온도를 균등하게 유지시킨다.
그리고 상술한 미생물 활성 반응층(50)만으로 외기의 영향을 차단하기 어려운 지역에서는 상기 미생물 활성 반응층(50)의 상부에 열전도도가 낮은 재질로 별도의 단열층(60)을 형성하여 미생물 활성 반응층(50)을 보온하는 것이 바람직하다. 상기 단열층(60)은 열전도율이 0.1W/m.k이하인 재료로 이루어지며, 상기 실시예에서는 왕겨를 주성분으로 하는 단열층을 5㎝두께로 형성하였다.
이와 같이, 단열층(60)으로 미생물 활성 반응층(50)을 단열하였음에도 불구하고 복토층 외부의 기온이 급격히 하강되어 미생물 활성 반응층(50)의 온도가 적정온도 범위를 벗어나는 경우에는 상술한 공기주입수단(20)을 통해 주입되는 공기를 가열하여 미생물 활성 반응층(50)을 적정 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 실시예에서는 공기주입수단(20)의 일측에 가열수단(25)을 부착하여 주입되는 공기를 가열하도록 하였다.
한편, 도3에서 보는 바와 같이, 상기 미생물 활성 반응층(50)의 하부에는 매립가스의 흐름을 차단하기 위한 차단막(70)이 적정간격으로 설치되어 있다. 즉,미생물 활성 반응층(50)은 공극율과 투수계수가 크므로 폐기물 층(105)에서 유입되는 매립가스는 가장 짧은 이동경로를 통해 복토층 상부로 신속히 배출되는 경향이 있다. 따라서 상기 실시예에서는 폐기물 층(105)의 상단에 공극율과 투수계수가 낮은 토양으로 매립가스 차단막(70)을 형성하여 매립가스의 경로를 인위적으로 연장시킴으로써 매립가스와 미생물이 접촉시간을 길게 하는 것이다.
상기 차단막(70)은 미생물 활성 반응층(50)에 수평으로 형성된 수평 차단막(73)과 미생물 활성 반응층(50)에 수직되게 형성된 수직 차단막(75)으로 구분될 수 있으며 필요한 경우 두 가지를 적절히 조합하여 실시할 수도 있다. 이 때 상기 차단막(70)은 공극율과 투수계수가 미생물 활성 반응층(50) 보다 낮은 재질를 사용한다. 예를 들어 복토층(120)에 사용되는 점토나 토양을 사용하거나 토목섬유를 사용할 수 있다. 그리고 상기 수평 차단막(73)의 폭은 매립지의 크기와 가스 발생량에 따라 달라 질 수 있으나 1m 이상의 크기로 설치한다.
한편, 상기 공기주입수단(20)의 공기주입용 유공관(23)은 상기 수평 차단막(73) 사이에 설치된다. 이와 같이 수평 차단막(73) 사이에 공기주입용 유공관(23)을 설치함으로써 매립가스와 산소가 잘 혼합되도록 하여 호기성 토양 미생물에 의한 산화를 촉진시킨다. 그리고 상기 가스추출수단(30)의 가스포집용 유공관(33)은 매립가스의 유입부, 즉 수평 차단막(73) 사이의 공간부에서 가장 먼 거리에 설치함으로써 매립가스의 수평이동을 유도하여 미생물 활성 반응층(50)의 전 공간을 활용하게 함으로써 매립가스의 산화 효율을 높일 수 있다.
한편, 상기 가스추출수단(30)에는 가스포집용 유공관(33)을 통해 추출된 가스의 온도와 메탄, 이산화탄소, 산소의 농도를 측정할 수 있는 측정장치(35)가 설치된다. 따라서 상기 측정장치(35)를 통해 측정된 값을 근거로 호기성 토양 미생물의 활성에 영향을 주는 산소, 온도, pH조절물질, 수분, 영양물질 및 미생물 등의 공급여부 및 공급량을 제어할 수 있게 된다. 이를 위해 도4에서 보는 바와 같이 상기 측정장치(35)에서 측정된 데이터는 마이크로프로세서(43)로 전송되고 상기 마이크로프로세서(43)는 메모리된 비교치(44)와 대조하여 상기 공급물질의 주입량을 결정한다. 이어 상기 마이크로프로세서(43)는 각 공급물질의 저장탱크(45)와 접속된 제어장치(47)를 작동시켜 공급물질의 주입량을 제어하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 미생물 활성 반응층(50)은 호기성 토양 미생물이 잘 성장할 수 있는 호기성 상태를 만들어주고, 토양 미생물의 적정 성장온도를 유지하며, 토양 미생물과 매립가스가 서로 접촉하도록 유도하고, 토양 미생물의 생육에 필요한 영양물질, pH조절물질, 미생물 등을 적절히 공급함으로써 매립지에서 표면 발산되는 매립가스를 상기 반응층에서 산화시킬 수 있게 된다.
그러나 상기 미생물 활성 반응층(50)이 형성된 최상단 폐기물 층에서 방출되는 매립가스의 양이 소정 값을 초과하는 경우에는 상기 미생물 활성 반응층(50)으로 공급되는 공기를 차단하여 혐기성 상태로 전환시키고 가스추출수단 또는 공기주입수단을 통해 매립가스를 추출하여 재활용한다. 상기 미생물 활성 반응층(50)으로 유입되는 매립가스가 증대되면 메탄가스의 산화에 필요한 공기량이 증대되어 미생물에 의한 산화처리의 경제성이 떨어지므로 매립가스를 직접 추출하여 재활용하는 것이다. 즉, 매립 초기나 말기와 같이 메탄가스의 함유비가 낮아 에너지원으로 이용하기 어려운 경우에는 미생물에 의해 산화 처리하여 방출시키고 메탄가스의 함유비가 매립가스에 메탄농도가 15%이상 함유되어 경제성이 있는 경우에는 이를 회수하여 재활용하는 것이 바람직하다.
그리고, 도5에서 보는 바와 같이, 매일 복토층(110)이 포설된 매립지의 경우에는 매립된 폐기물 층(105)을 호기성 상태가 되도록 제어함으로써 매일 복토층(110)을 통해 방출되는 온실가스, 악취물질 및 VOCs의 발생을 저감시킬 수 있다. 즉, 상기 매일 복토층(110)을 왕겨, 톱밥, 우드칩, 퇴비 등과 같이 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 우수한 물질을 혼합하여 포설하고 적당한 호기성 토양 미생물을 접종시키면, 상기 매일 복토층(110) 내에 온실가스와 악취물질 및 VOCs 등을 분해시키는 미생물이 번성하게 되어 오염물질을 산화처리할 수 있게 된다. 이때 상기 폐기물 층(105)의 하부에는 다수의 유공관을 설치하고 상기 유공관의 일측에는 블로와를 연통시켜 충분한 공기가 공급되도록 한다. 따라서 중간 복토층의 하부에 미생물 활성 반응층(50)을 형성하고 폐기물 층의 경사면에 형성되는 상기 매일 복토층을 미생물 활성 매일 복토층(110)으로 조성하면 매립중인 매립지로부터 발생되는 환경오염물질의 양을 크게 감소시킬 수 있게 된다.
그리고 매일 복토층(110)과 중간 복토층(120) 및 폐기물 층(105)을 반복 형성하여 최종 폐기물 층이 형성되면 그 위에 최종 복토층(130)을 설치한다. 즉, 도6에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 최종 복토층(130)은 최상단 폐기물 층(105)의 상부에 형성되어 매립가스의 추출 및 포집을 용이하게 하는 가스배제층(135)과, 상기 가스배제층(135)의 상부에 형성되어 우수의 유입 및 매립가스의 방출을 막는 차단층(137)과, 상기 차단층(137)의 상부에 설치되며 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 우수한 재질로 이루어진 미생물 활성 배수층(139) 및 상기 미생물 활성 배수층(139) 내에 설치되어 공기를 공급하는 공기공급수단(180) 그리고 상기 배수층(139)의 상부에 형성되는 식생대층(181)을 포함하여 구성된다. 따라서 매립 후 상당 기간이 경과되어 상기 식생대층 및 차단층이 손상되어 악취물질 등을 포함하는 매립가스가 상기 최종 복토층을 통해 방출되는 경우에는 상기 미생물 활성 배수층(139)에 공기를 공급하여 호기성 상태로 유지시킴으로써 매립가스를 보다 무해한 물질로 산화시켜 방출시키도록 한다. 이때 상기 최종 복토층(130)에 형성되는 미생물 활성 반응층은 상기 배수층에 한정되는 것이 아니며 상기 가스배제층 또는 상기 배수층의 상하부에 별도로 설치되는 것도 가능하다.
이하, 본 발명에 따라 미생물 활성 반응층이 포함된 매립지 복토층의 설치방법과 이를 이용한 매립가스의 추출 및 산화처리 방법을 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 매립지 복토층의 설치방법은 도7의 흐름도에서 보는 바와 같이, 폐기물 층의 하부에 공기공급수단을 설치하는 공기공급수단 설치단계(ST1)와, 상기 폐기물 층의 상부에 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 우수한 왕겨, 톱밥, 우드칩, 퇴비 등과 같은 물질을 포함하여 이루어진 미생물 활성 매일 복토층을 형성하는 미생물 활성 매일 복토층 설치단계(ST2)와, 상기 미생물 활성 매일 복토층에 메탄산화 미생물을 접종하는 메탄산화 미생물 접종단계(ST3)와, 상기 미생물 활성 매일 복토층 위에 건설 폐기물 층을 형성하는 전처리 단계(ST4)와, 상기 건설 폐기물 층의 상부에 매립가스 및 공기의 흐름을 차단하는 수평 또는 수직 차단막을 설치하는 차단막 설치단계(ST5)와, 상기 수평 차단막 사이에 공기주입수단의 공기주입용 유공관을 설치하는 공기주입용 유공관 설치단계(ST6)와, 상기 수평 차단막의 상부에 가스추출수단의 가스포집용 유공관을 설치하는 가스포집용 유공관 설치단계(ST7)와, 상기 차단막과 유공관이 덮히도록 투수계수, 공극률 및 비표면적인 큰 재질를 사용하여 미생물 활성 반응층을 형성하는 미생물 활성 반응층 설치단계(ST8)와, 상기 미생물 활성 반응층 상부에 열전도도가 낮은 재질로 단열층을 형성하는 단열층 설치단계(ST9)와, 상기 단열층의 상부에 중간 복토층을 포설하는 중간 복토층 설치단계(ST10)를 포함하여 구성된다.
그러나 상술한 매립지 복토층 설치방법은 본 발명에 따른 기술적 사상을 설명하기 위한 하나의 실시예를 보여주는 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니며 당해 분야의 전문가는 매립지의 규모나 특성에 따라 특정 단계를 생략하거나 변형하는 것이 가능하다.
한편, 상기 매립지 복토층 설치방법에 따라 다수의 매일 복토층(110) 및 중간 복토층(120)을 형성한 후에는 최상단 폐기물 층의 상단에 미생물 활성 최종 복토층(130)을 설치하게 된다. 즉, 도8의 흐름도에 도시된 바와 같이, 최종 폐기물 층의 바로 상단에 설치되어 폐기물 층에서 발생하는 매립가스를 포집할 수 있도록 내부에 수평가스 포집관이 설치되는 가스배제층 설치단계(ST11)와, 상기 가스배제층의 상부에 설치되어 매립가스가 매립지 표면으로 방출되는 것을 방지하고 우수가 침투되는 것을 방지하는 차단층 설치단계(ST12)와, 상기 차단층 상부에 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 우수한 재질로 이루어지고 그 내부에 공기를 공급하기위한 다수의 유공관이 형성된 미생물 활성 배수층을 설치하는 미생물 활성 배수층 설치단계와(ST13), 상기 미생물 활성 배수층 위에 식생대층을 설치하는 식생대층 설치단계(ST14)를 포함하여 구성된다. 이때 미생물 활성 반응층은 상기 배수층에 한정되지 않고 가스배제층이나 상기 배수층의 상하부에 설치하는 것이 가능하다. 따라서 상기 미생물 활성 반응층의 위치는 당해 분야의 전문가에 의해 용이하게 변경되는 것이므로 상술한 최종 복토층의 설치방법으로 본 발명의 권리범위가 제한 되는 것은 아니다.
이어서, 본 발명에 따라 미생물 활성 반응층이 형성된 매립지 복토층을 이용하여 매립가스를 산화 처리시키거나 매립가스를 추출하는 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 도9의 흐름도에 도시되어 있는 바와 같이, 매립 초기와 같이 매립지로부터 발생되는 매립가스가 소량인 경우에는 상기 미생물 활성 반응층을 호기성 상태로 유지시켜 매립가스를 산화처리하는 매립가스 산화처리 단계(ST100)와, 매립지로부터 발생되는 매립가스가 소정량 이상인 경우에는 상기 미생물 활성 반응층을 혐기성 상태로 유지하고 매립가스를 강제로 추출하는 매립가스 추출단계(ST200)와, 매립이 완료된 후 소정기간이 경과하여 최종 복토층의 차단층이 손상되어 매립지로부터 매립가스가 방출되는 경우에는 상기 최종 복토층에 형성된 미생물 활성 반응층을 호기성 상태로 전환시켜 매립가스를 보다 덜 유해한 물질로 전환시키는 매립가스 산화처리 단계(ST300)로 구성된다. 즉, 종래 기술에 따른 매립가스 강제추출법은 매립 진행 중인 매립지로부터 매립가스를 강제 추출할 때, 강한 압력으로 추출하기 때문에 외부 공기가 폐기물 층으로 유입되어 메탄가스의 함유비를 떨어뜨리므로 최상단 복토층에서는 매립가스를 추출하지 않았다. 그러나 본 발명에 따른 매립지는 다공성 재질로 이루어질 뿐만 아니라 폐기물 층의 전면적에 걸쳐 설치된 미생물 활성 반응층을 통해 약한 진공압력으로 추출하므로 매립진행 중인 최상단 폐기물 층에서도 매립가스를 추출할 수 있게 된다.
이어 도10의 흐름도를 참조하여 중간 복토층의 하부에 형성된 미생물 활성 반응층을 이용하여 매립가스를 산화처리하는 방법을 보다 자세히 설명하면, 먼저 상기 미생물 활성 반응층에 공기를 주입하여 미생물 활성 반응층이 호기성 상태가 되도록 한다.(ST1000) 그리고 상기 미생물 활성 반응층의 온도가 미생물 최적 성장온도 범위를 벗어나는 경우에는 공기주입수단을 통해 주입되는 공기를 가열하여 상기 미생물 활성 반응층의 온도가 최적온도를 유지하도록 한다.(ST2000) 이와 같이 미생물 활성 반응층에 공기를 충분히 공급하고 적당한 온도를 유지시키면 상기 미생물 활성 반응층 내에 호기성 토양 미생물이 활성화되게 된다.(ST3000) 그러나 상기 미생물 활성 반응층을 조기에 활성화시키기 위해서 미리 배양된 호기성 토양 미생물을 접종할 수도 있다.(ST4000) 그리고, 상기 미생물 활성 반응층에서 산화반응된 가스는 가스추출수단을 통해 외부로 추출된다.(ST5000). 이때 추출된 매립가스의 온도 및 메탄, 이산화탄소, 산소 등의 농도를 측정한다.(ST6000) 그리고 측정결과에 따라 상기 미생물 활성 반응층에 공급되는 공기, 온도, pH조절물질, 수분, 영양물질 및 미생물 등의 공급량을 조절한다.(ST7000) 즉, 미생물의 산화작용에 의해 발생되는 반응열에 의해 미생물 활성 반응층의 함수율이 감소되면 상기의 공기주입수단을 통해 수분을 공급하고, 상기 미생물 반응층에 영양물질이 부족하거나 pH 조건을 조절할 필요가 있을 때에는 상기 공기주입용 유공관 및 가스추출용 유공관을 통해 영양물질과 pH 조절물질 등을 주입한다. 그리고 매립가스에 메탄농도가 15%이상이고, 그양이 과다 발생할 때에는 공기공급을 중단하고 매립가스를 추출한다.
그리고, 상술한 바와 같이 미생물 활성 매일 복토층과 중간 복토층의 하부에 형성된 미생물 활성 반응층을 이용하여 매립가스를 산화처리하거나 매립가스를 추출하면서 순차적으로 다수의 폐기물 층을 쌓고 상술한 방법에 따라 최상단 폐기물 층의 상부에 미생물 활성 최종 복토층을 설치하여 도11에 도시된 바와 같은 매립지를 완성한다.
이와 같이, 최종 복토층(130)이 형성된 경우에는 각 폐기물 층에 형성된 미생물 활성 반응층을 통해 매립가스를 포집 및 추출하여 재활용한다. 이를 위해 도12에서 보는 바와 같이, 공기주입수단(20)과 가스추출수단(30)이 매립가스 순환관(150)을 통해 매립가스 포집 및 추출시설과 연통되어 있다.
그리고 소정기간이 경과되어 매립가스의 경제성이 상실된 경우에는 각 폐기물 층에 형성된 미생물 활성 반응층을 통해 공기를 주입하여 호기성 상태로 전환시킴으로써 매립지를 조기에 안정화시킨다. 이를 위해 도13에서 보는 바와 같이, 상기 미생물 활성 반응층(50)의 공기주입수단(20)과 가스추출수단(30)을 이용하여 공기, 수분, 영양물질 및 미생물을 공급하고 폐기물층의 내부로부터 매립가스를 추출하면 매립지 전체를 호기성 상태로 전환시켜 호기성 미생물에 의한 호기성 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한 최종 복토층의 매립가스 차단기능이 훼손되어 유해물질을 포함한 매립가스가 방출되는 경우에는 상기 최종 복토층에 형성된 미생물 활성 반응층에 공기를 주입하여 매립가스를 산화 처리한다.
한편, 매립지에서 추출되어 매립가스 재활용 시설로 이송된 매립가스 중 사용하고 남은 잉여 매립가스는 각 매기물 층에 형성된 미생물 활성 반응층을 통해 다시 주입함으로써 상기 미생물 활성 반응층(50)을 잉여 매립가스 저장용기로 활용할 수 있게 된다. 즉, 미생물 활성 반응층(50)은 다공성이고 다공성이기 때문에 많은 양의 매립가스를 보유할 수 있다. 따라서 폐기물 층(105)에서 추출된 매립가스를 공기주입수단(20) 및 가스추출수단(30)을 통해 상기 미생물 활성 반응층(50)에 주입하면 미생물 활성 반응층을 매립가스 저장용기로 이용할 수 있게 된다. 이를 위해 도14에서 보는 바와 같이, 매립가스 포집 및 추출시설은 매립가스 순환관(150)을 통해 공기주입수단(20)과 가스추출수단(30)과 연통되어 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 매립지의 중간 복토층에 메탄산화 미생물, 황산화 미생물, 질산화 미생물 등을 포함한 호기성 토양 미생물이 활성화될 수 있는 미생물 활성 반응층을 형성함으로써 매립지에서 발생되는 매립가스를 호기성 토양 미생물을 이용하여 산화 처리하여 보다 덜 유해한 물질로 전환시켜 방출할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 미생물 활성 반응층을 투수계수 및 공극율이 큰 다공성 물질로 형성함으로써 각 폐기물 층에서 발생되는 매립가스를 용이하게 추출할 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명은 상기 미생물 활성 반응층을 왕겨, 톱밥, 우드칩, 퇴비 등과 같은 유기물의 함량이 많고 비표면적이 큰 물질로 형성함으로써 미생물의 생육조건을 좋게 할 뿐만 아니라 분해시 메탄가스를 생성함으로써 메탄가스의 생산량을 증대시키는 효과가 있다.
본 발명은 매립진행 중인 매립지로부터 발생되는 매립가스를 산화처리하거나 추출하여 재활용함으로써 매립지 표면으로 발산하는 메탄가스를 감소시키고 암모니아, 메르캅탄 등의 악취물질과 인체에 해로운 VOCs 등을 제거하여 환경오염을 방지는 효과가 있다.
또한 본 발명은 매일 복토층 및 최종 복토층에 미생물 활성 반응층을 형성함으로써 매립진행 중인 매립지와 매립 완료된 매립지에서 발생되는 매립가스를 산화 처리할 수 있다.
본 발명은 미생물 활성 반응층에 폐기물 층에서 추출된 잉여 매립가스를 주입함으로써 매립지를 잉여 매립가스를 저장하는 저장용기로 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 각 폐기물 층에 형성된 미생물 활성 반응층에 공기, 수분, 영양물질 및 미생물을 주입하여 매립지를 조기에 안정화시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (25)
- 폐기물 층과 상기 폐기물 층 상부에 형성된 중간 복토층으로 이루어진 매립지에 있어서,상기 폐기물층과 중간복토층사이에 형성된 적어도 한 층 이상의 미생물 활성 반응층을 포함하여 구성됨으로써 폐기물 분해 과정에서 발생된 매립가스를 상기 미생물 활성 반응층으로 유입시켜 매립가스를 용이하게 추출하거나 토양 미생물을 이용하여 산화 처리하여 유해성이 적은 물질로 전환시키는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 미생물 활성 반응층은 공극율이 30%이상이고 투수계수가 1.0 ×10-3cm/sec이상인 재질 또는 혼합재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 미생물 활성 반응층은 입자의 비표면적이 30㎡/g 이상인 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 미생물 활성 반응층에 사용되는 재질은왕겨, 톱밥, 우드칩, 고무조각, 모래, 자갈 등과 같이 공극율, 투수계수가 큰 재질과 퇴비, 이토, 규조토, 분쇄왕겨, 탄화왕겨, 팽윤왕겨 등과 같이 단위중량 당 입자의 표면적이 큰 물질 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 재질을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 소정 두께의 폐기물 층과 상기 폐기물 층 상부에 형성된 중간 복토층을 포함하여 구성된 매립지에 있어서,상기 폐기물 층과 중간 복토층 사이에 형성되며 투수계수가 큰 다공성 재질로 이루어진 미생물 활성 반응층과, 상기 미생물 활성 반응층에 설치되어 공기를 공급하는 공기주입수단과, 상기 미생물 활성 반응층에 설치되어 매립가스 및 미생물 산화반응에 의해 생성된 반응가스를 추출하는 가스추출수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제5항에 있어서, 상기 공기주입수단은 상기 미생물 활성 반응층 내에 설치되어 공기를 공급하는 다수의 공기주입용 유공관과 상기 공기주입용 유공관을 통해 공기를 이송시키기 위한 블로와를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제5항에 있어서, 상기 가스추출수단은 상기 미생물 활성 반응층 내에 설치되어 반응가스 및 매립가스를 포집하는 다수의 가스포집용 유공관과 상기 가스포집용유공관을 통해 포집된 반응가스를 이송시키기 위한 블로와를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 공기주입수단은 상기 미생물 활성 반응층으로 주입되는 공기를 가열하기 위한 가열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 가스추출수단은 상기 미생물 활성 반응층으로부터 추출된 반응가스의 온도와 메탄, 이산화탄소, 산소의 농도를 측정하는 측정장치와, 상기 측정장치의 측정값에 따라 상기 미생물 활성 반응층에 공급되는 공기, 수분, 온도, pH조절물질, 영양물질 및 미생물 등 반응조절물질의 주입량을 제어하는 주입량 조절장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제5항에 있어서, 상기 미생물 활성 반응층에는 매립가스 및 공기의 흐름을 차단할 수 있도록 공극율과 투수계수가 적은 재질로 이루어진 다수의 차단막을 설치함으로써 매립가스 및 공기의 흐름을 특정방향으로 유도하여 매립가스, 산소 및 미생물과의 접촉시간을 길게 하여 토양미생물에 의한 산화반응 효율을 높이는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제10항에 있어서, 상기 차단막은 미생물 활성 반응층의 하부에 소정의 간격으로 이격된 수평 차단막이거나, 상기 미생물 활성 반응층을 수직으로 차단하는 수직 차단막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제6항, 제7항 또는 제11항에 있어서, 상기 공기주입수단의 공기주입용 유공관은 상기 수평 차단막 사이에 설치되고 상기 가스추출수단의 가스포집용 유공관은 상기 수평 차단막 상부에 이격되게 설치되어 매립가스의 이동 거리를 가장 길게 하는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 제5항에 있어서, 상기 미생물 활성 반응의 상부에 적어도 한 층 이상의 단열층을 더 포함하도록 구성하여 중간 복토층 상부에서의 강우, 기온, 바람 등의 기후조건에 의한 영향을 차단하여 토양미생물의 최적온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 소정 두께의 폐기물 층과 상기 폐기물 층 상부에 형성된 매일 복토층을 포함하여 구성된 매립지에 있어서,상기 매일 복토층을 왕겨, 톱밥, 우드칩, 퇴비, 분쇄왕겨, 탄화왕겨, 팽연왕겨 등에서 선택된 적어도 하나 이상의 재질을 혼합하여 조성함으로써 상기 매일 복토층을 통해 방출되는 매립가스를 토양 미생물을 이용하여 산화 처리하는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 다수의 폐기물 층과 상기 폐기물 층 상부에 형성된 최종 복토층을 포함하여 구성된 매립지에 있어서,상기 최종 복토층에 왕겨, 톱밥, 우드칩, 퇴비, 분쇄왕겨, 탄화왕겨, 팽윤왕겨 등에서 선택된 적어도 하나 이상의 재질로 이루어진 미생물 활성 반응층과, 상기 미생물 활성 반응층 내에 설치되어 공기를 공급하는 공기공급수단을 포함하여 구성됨으로써 상기 최종 복토층을 통해 방출되는 매립가스를 토양 미생물을 이용하여 산화 처리하는 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 구조.
- 소정의 두께로 폐기물 층을 쌓고 그 위에 건설 폐기물 층을 형성하는 전처리 단계와,상기 건설 폐기물 층의 상부에 매립가스 및 공기의 흐름을 차단하는 수평 또는 수직 차단막을 설치하는 차단막 설치단계와,상기 수평 차단막 사이에 공기주입수단의 공기주입용 유공관을 설치하는 공기주입용 유공관 설치단계와,상기 수평 차단막의 상부에 가스추출수단의 가스포집용 유공관을 설치하는 가스포집용 유공관 설치단계와,상기 차단막과 유공관이 덮히도록 투수계수, 공극률 및 비표면적인 큰 재질를 사용하여 미생물 활성 반응층을 형성하는 미생물 활성 반응층 설치단계와,상기 미생물 활성 반응층 상부에 열전도도가 낮은 재질로 단열층을 형성하는 단열층 설치단계와,상기 단열층의 상부에 복토하는 중간 복토층 설치단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 설치방법.
- 제16항에 있어서, 소정의 두께의 폐기물 층의 하부에 공기공급수단을 설치하는 공기공급수단 설치단계와, 상기 폐기물 층의 상부에 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 우수한 왕겨, 톱밥, 우드칩, 퇴비 등과 같은 물질을 포함하여 이루어진 미생물 활성 매일 복토층을 형성하는 미생물 활성 매일 복토층 설치단계와, 상기 미생물 활성 매일 복토층에 메탄산화 미생물을 접종하는 메탄산화 미생물 접종단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 설치방법.
- 제16항 또는 제17항에 있어서, 최상단 폐기물 층의 상단에 가스배제층 및 차단층을 형성하는 가스배제층 및 차단층 형성단계와, 상기 차단층의 상부에 투수계수와 공극율이 크며 비표면적이 우수한 모래, 자갈, 왕겨, 톱밥, 우드칩, 퇴비 등과 같은 물질을 포함하여 이루어진 미생물 활성 배수층을 설치하는 단계와, 상기 미생물 활성 배수층 내에 공기를 공급하기 위한 공기공급수단을 설치하는 공기공급수단 설치단계와, 상기 미생물 활성 배수층 위에 식생대층을 설치하는 식생대층 설치단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 매립지 복토층 설치방법.
- 소정두께의 폐기물 층과 상기 폐기물 층의 상부에 형성된 미생물 활성 반응층을 포함하여 구성된 매립지에 있어서,최상단 폐기물 층과 중간 복토층 사이에 형성된 미생물 활성 반응층에 공기를 주입하여 상기 미생물 활성 반응층을 호기성 상태로 유지시킴으로써 하부의 폐기물 층으로부터 발생하여 상기 미생물 활성 반응층으로 유입된 매립가스를 토양 미생물을 이용하여 산화 처리하는 것을 특징으로 하는 매립가스 산화처리 방법.
- 소정두께의 폐기물 층과 상기 폐기물 층의 하부에 형성된 미생물 활성 반응층을 포함하여 구성된 매립지에 있어서,최상단 폐기물 층과 중간 복토층 사이에 형성된 미생물 활성 반응층를 혐기성 상태로 유지시키고 하부의 폐기물 층으로부터 발생하여 상기 미생물 활성 반응층으로 유입된 매립가스를 가스추출수단 및 공기공급수단을 통해 추출하여 재활용하는 것을 특징으로 하는 매립가스 추출방법.
- 소정두께의 폐기물 층과 상기 폐기물 층의 상부에 형성된 미생물 활성 매일 복토층을 포함하여 구성된 매립지에 있어서,최상단 폐기물 층의 하부에 설치된 공기공급수단을 통해 공기를 주입함으로써 최상단 미생물 활성 매일 복토층을 호기성 상태로 유지시킴으로써 상기 매일 복토층을 통해 방출되는 매립가스를 토양 미생물을 이용하여 산화 처리하는 것을 특지으로 한는 매립가스 산화처리 방법.
- 다수의 폐기물 층과 최상단 폐기물 층의 상부에 형성된 최종 복토층을 포함하여 구성된 매립지에 있어서,상기 최종 복토층에 형성된 미생물 활성 반응층에 공기를 공급하여 상기 최종 복토층을 통해 방출되는 매립가스를 산화처리 하는 것을 특징으로 하는 매립가스 산화처리 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 미생물 활성 반응층에 설치된 가스추출수단을 통해 반응가스를 추출하는 반응가스 추출단계와, 상기 가스추출수단을 통해 추출된 반응가스의 온도 및 메탄, 이산화탄소, 산소의 농도를 측정하는 측정단계와, 상기 측정단계에서 측정된 값에 따라 공기, 수분, 온도, pH조절물질, 영양물질 및 미생물을 상기 공기주입수단을 통해 주입하는 물질공급단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 매립가스 산화처리 방법.
- 폐기물 층과 중간 복토층 사이에 형성된 적어도 한 층 이상의 미생물 활성 반응층을 포함하는 다수의 중간 복토층을 포함하여 구성된 매립지에 있어서,상기 미생물 활성 반응층에 설치된 공기주입수단의 공기주입용 유공관과 가스추출수단의 가스포집용 유공관을 통해서 공기를 주입함으로써 매립지 전체를 호기성 상태로 전환시켜 매립지를 조기에 안정화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 미생물 활성 반응층을 이용한 매립지 조기 안정화 방법.
- 폐기물 층과 중간 복토층 사이에 형성된 적어도 한 층 이상의 미생물 활성 반응층을 포함하는 다수의 중간 복토층을 포함하여 구성된 매립지에 있어서,상기 폐기물 층에 설치된 매립가스 포집관과 추출관을 통해 매립가스를 추출하고, 상기 미생물 활성 반응층에 설치된 공기주입수단의 공기주입용 유공관 및 가스추출수단의 가스포집용 유공관을 통해서 잉여 매립가스를 주입함으로써 상기 매립지를 매립가스 저장용기로 이용하는 것을 특징으로 하는 미생물 활성 반응층을 이용한 매립가스 저장방법.
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