KR20030003190A - 매립장 조기 안정화 방법 및 이에 따르는 연직차수벽 공법 - Google Patents
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Abstract
[과제]
종래의 기술보다 분해 능이 우수한 신균주 미생물을 이용하여 단시간에 효과적으로 매립장내의 폐기물 및 오염물질을 신속하게 분해하여 조기에 안정화하고, 연직차수벽을 이용하여 침출수의 유출방지 기술을 제공한다.
[해결수단]
본 발명의 여러 단계로 매립된 폐기물 층에 폐기물의 분해 능이 우수한 신균주 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와, Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와, 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP) 포함된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 것과 영양 미네랄과 공기를 매립장 심부에 주입하여 신균주 미생물의 우점적 활성화로부터 신속하게 안정화하고, 연직차수벽을 설치하여 침출수 또는 공해물질 배출을 방지할 수 있는 기술이다.
Description
[산업상 이용분야]
본 발명은 기능적으로 폐기물의 분해능이 우수한 신균주 미생물을 이용하여 오염된 매립장을 조기에 안정화할 수 있을 뿐만 아니라 침출수를 차단할 수 있는 연직차수벽을 제공하여 안전하게 봉쇄함으로서, 매립장을 유용한 토지(택지, 화화단지, 축사, 경작지, 공원, 체육시설, 주차장 등)로 이용함과 동시 토양오염 및 지하수오염을 방지할 수 있다,
[종래 기술]
본 발명은 종료된 쓰레기 매립장에서 침출수 유출을 방지하고 조기 안정화 과정에 있어서, 혐기성 상태인 매립 폐기물에 공기와 영양물질을 주입하여 자연적으로 출연하는 호기성 미생물을 활성화함으로서 매립 폐기물에 포함된 각종 유기물을 생물분해하여 매립장을 안정화시키는 방법이 주류였다.
따라서 국내에서도 안정화 방법의 특허가 보고되었으나 이들의 상당수가 특정한 미생물을 사용하지 않고 자연적으로 출연하는 미생물로부터 처리하는 방법으로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-027578호는 호기성 미생물을 이용한 쓰레기 매립장 조기 안정화 방법으로 자연적 출연하는 호기성 미생물을 이용하는 것이 특징이고, 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0308814호는 매립장 복원을 위한 쓰레기 안정화 방법으로서 자연적으로 출연하는 호기성 미생물을 이용하여 안정화 하는 것이 특징이고, 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0278094호는 중온성/고온성 미생물을 이용한 매립지 호기적 처리방법으로 자연적으로 출연하는 중온성/고온성미생물을 활성화하여 안정화 하는 방법 등이 개시되고 이용되고 있다
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
본 발명은 in-situ 방식으로 폐기물 매립장에 공기공급 및 가스배기관정을 설치하여 여기에 생물학적으로 분해 능이 우수한 신균주 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와 Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP)로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 것과 질소와 인 등이 포함된 영양 미네랄과 공기를 주입하여 신균주 미생물의 우점적 활성화로부터 유기성 폐기물을 신속하게 분해시킴으로서 악취 및 LFG를 저감하고 침출수 발생을 최소화하여 매립장을 조기에 안정화한다.
특히 본 발명의 또다른 목적은 침출수 유출방지를 위하여 매립장 상부의 밀폐 시트와 연직차수벽을 시공하여 침출수를 근원적으로 차단할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 안정화 시스템 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 연직차수벽의 강널말뚝 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 연직차수벽의 그라우팅 파일 시스템도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 매립장 11 : 급기/배기 관정
12 : 콤프레셔 유닛 13 : 콘덴서
14 : 부스터 유닛 15 : 모니터링 관정
16 : 신균주 ＆ 영양제 공급장치 17 : 가스처리 장치
18 : 연직차수벽 19 : 밀폐 시트
101 : 바이브로 해머 102 : 가이드 빔
103 : 강널말뚝(sheet pile) 104 : 바이스
105 : 보링 머신 106 : 압력유량 측정장치
107 : 그라우트 펌프 108 : 그라우트 믹서
109 : 그라우팅 파일(grouting pile)
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 목적을 달성하고자 본 발명에서는 매립장의 조기 안정화와 동시에 연직 차수벽을 이용하여 침출수를 차단하는 방법에 있어서 기술적 사상을 첨부된 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다. [도 1] 은 본 발명의 실시예에 의한 안정화 시스템 개략도 이고, [도 2] 는 본 발명의 실시예에 의한 연직차수벽의 강널말뚝 사시도 이고, [도 3] 은 본 발명의 실시예에 의한 연직차수벽의 그라우팅 파일 시스템도 이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 폐기물 매립장(10) 급속 안정화 방법은 공기의 급기/배기 관정(11)과, 콤프레셔 유닛(12)과, 부스터 유닛(14)과, 신균주 미생물 ＆ 영양제 공급장치(16)와, 우수배재 시설과 공기공급 효과의 극대화를 위한 매립장 표면 밀폐 시트(19)와, 배출되는 가스처리 장치(17)와, 침출수 유출방지를 위한 연직차수벽(18) 시설을 포함하는 매립장의 호기적 조기 안정화를 위하여 운영되는 자동제어 시스템에 의하여 수행될 수 있다.
일반적으로, 공기 및 가스의 급기/배기 관정(11)은 수직형태의 설치가 바람직하며, 급기/배기 관정(11)을 통하여 대기중의 공기를 폐기물 매립층내에 주입하고, 생성된 LFG를 배출하고, 따라서 신균주 미생물과 영양미네랄, 수분 등을 상기 관정을 통하여 공급된다. 한편 유기물 분해 능이 우수한 신균주 미생물로는 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와 Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP)에 포함된 군 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 것을 주입한다. 따라서 영양미네랄 및 수분을 공급하고, 상기 신균주의 우점적 활성화로부터 급속 안정화 한다. 또한 모니터링 관정(15)을 설치하여 내부의 가스 농도를 측정 이 측정된 결과를 이용하여 매립장 내부의 호기성 상태 여부를 판단하고, 이를 기초로하여 공기공급량과 LFG 배기량, 미생물 공급량의 증가 또는 감소를 결정할 수 있다.
상기 매립장의 침출수 유출을 장기적으로 방지할 수 있는 연직차수재를 지반 하부의 불투수층까지 설치하여 차수가 되도록 하고, 연직차수재는 강널말뚝(SheetPile)(103) 또는 그라우팅 파일(Grouting Pile)(109) 등이 현장에 따라 선택적 사용이 바람직하다.
따라서 강널말뚝(103)의 차수성을 확보하기 위해서 이음부에 팽창차수재를 도포하고 지하수 또는 침출수의 접촉에 의하여 지수재가 팽창하여 차수기능 발휘하게 한다. 또한, 그라우팅 파일(109)은 일정한 간격으로 매립장 지반을 천공한 후 액상 상태의 그라우팅재를 압력주입방식으로 쓰레기와 차수지반내에 주입하여 주변흙과 그라우트재가 혼합 고결되어 차수벽을 형성하는 것이다.
이하 다음과 같은 실시예를 통하여 본 발명의 특징에 대하여 상세히 설명한다
[실시예]
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다.
그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
본 실시예는 [도 1] 에 나타낸 것과 같이 콤프레셔 유닛(12) 및 부스터 유닛(14)와 복수개의 공기 급기/배기 관정(11)과 장치들을 연결하는 연결관과 분배관으로 이루어져, 여기에 신균주 ＆ 영양제 공급장치(16)로부터 신균주 미생물과 질소와 인이 포함된 영양미네랄을 일정량 주입하여 우점적 활성화를 유도한다. 대기중에 공기를 콤프레셔 유닛(12)으로부터 동일 압력으로 공기 급기/배기 관정(11)을 통한 가압/주입과 생성 LFG의 흡입/배출을 일정시간의 간격으로 교대 운전하며,침출수 또는 지하수의 유입으로 안정화에 방해 요인으로 작용하는 수분을 제거하기 위하여 공기 급기/배기 관정(11) 하부에 부착된 유입관을 부착하여 밸브를 통해 주기적으로 관내에 응축수를 제거할 수 있다.
실험에서 사용된 공기 급기/배기 관정(11), 모니터링 관정(15), 연직차 수벽(18), 콤프레셔 유닛(12) 및 부스터 유닛(14), 우수배제 및 밀폐 시트(19) 등을 안정화 시설로 사용하여 매립장내 공기의 압력은 0.05∼0.5bar와, 수분 함량은 20∼40% 범위로 조절하였으며, 신균주 미생물 Bacillus khr-10-mx, Cellulomonas khr-15-mx, 복합균주 khr-5-mx의 군 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 것을 관정(11) 1개소당 50∼1,000g/hr, 영양제의 영양 성분비를 TOC : TKN : P가 100 : 10∼5 : 5∼1, pH 7∼8이 되도록 조절하여 신균주 ＆ 영양제 공급장치(16)를 통해 주입하고, 매립장 안정화 결과를 종래의 매립장 처리 결과와 비교하였다.
상기 신균주 미생물에 의한 분해 메카니즘은 하기와 같다.
가)탄수화물 분해
Bacillus Subtilis 는 탄수화물을 분해하는 Amylase를 분비하여 탄수화물을 분해 용이한 6% Glucose, 30% Maltose, 64%의 Dextrin 등으로 분해하여 분해된 단당류는 미생물의 먹이가 되어 미생물 증식의 기본 요소가 되며 미생물은 단당류를 섭취하여 분열 증식하고 게속해서 Amylase를 분비하여 결국 단당류는 미생물의 먹이가 되며 분해하여 물(H2O) 및 탄산가스(CO2)로 된다.
[반응식 Ⅰ]
C6H12O6→6CO2+ 6H2O + 685.5Kcal
나)단백질 분해
Bacllus Subtilis 및 Bacillus Polymyxa에서 단백질 분해효소인 Protease를 분비하여 단백질을 분해 용이한 아미노산으로 변화시켜 변화된 N기를 함유한 아미노산은 Bacillus Subtilis 및 Bacillus Polymyxa의 증식성장에 기본 요소인 먹이가 된다. 아미노산류를 섭취분해하며 성장분열하여 계속 Protease를 분비한다. 결국 아미노산 계열의 물질은 미생물에 의해 포식되고 분해하여 물(H2O), 탄산가스(CO2), 암모니아가 된다.
[반응식 Ⅱ]
다)지방질 분해
Rodopseudmonss 속과 Bacillus Licheniformis는 Lipase를 분비하여 지방분을 알콜과 지방산으로 분해하여 알콜과 지방산은 미생물의 먹이가 되며 미생물은 알콜과 지방산을 먹이로 계속 증식하며 Lipase를 분비한다. 결국 알콜과 지방산은 미생물에 의해 분해하여 물(H2O)과 탄산가스(CO2)로 된다.
[반응식 Ⅲ]
라)유화수소 가스(H2S)의 분해
Autotrophic Bacteria류인 Beggiatoacea에 의하여 HO4로 변환되므로 유화수소 가스의 악취를 제거한다.
[반응식 Ⅳ]
H2S + H2O →H2↑+ H2SO4
마)암모니아의 분해
Nitrobactor, Pseudomonas에 의하여 암모니아를 NO2로 변환시켜 결국 NO3를 N2gas로 방출하여 암모니아에 의한 악취 및 자극성을 해소한다.
[반응식 V]
바)셀루로우즈의 분해
셀루로우즈는 Tricchoderma Viride가 Cellulase C1효소를 강하게 분비하여 고분자 탄수화물 구조인 셀루로우즈의 비결정형 부분의 분자 구조를 공격하고 연결을 단절하면 다시 Cellulase Cx형 효소에 의하여 결정부분이 분해되어 결국 분해 용이한 단당류로 전환된다. 단당류는 다시 미생물에 의하여 가수분해되고 유기성탄소의 대부분은 부식되어 남는다.
한편, 본 처리대상 지역의 안정화도를 판단하기 위하여 안정화 개시 약 30일 후의 시료를 채취하였다. 이를 폐기물의 유해성 판단을 위한 용출법인 PCLP법(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)으로 용출하여 분석한 유기성 오염물질의 농도 변화를 검사하였다. 총 유기탄소원(TOC)의 농도가 안정화가 실시되지 않은 지역의 경우 평균 2,775m/ℓ의 농도를 나타내었으나, 본 발명의 안정화가 실시된 지역의 경우에는 3개 지점에서 시료를 채취하여 분석한 결과 233∼653m/ℓ의 농도를 나타내어 안정화 개시 약 30일 후의 유기성 폐기물의 70∼90% 정도 감소된 것으로 나타났다.
안정화 기간 중의 대기 온도는 15∼30℃의 범위를 보여주고 있으나 처리지역 매립장내의 온도는 25∼65℃의 범위로 상당한 차이가 있음을 알 수 있었다.
이러한 처리지역내에서의 온도상승은 심균주 미생물의 우전적 활성화에 의하여 유기물을 분해하는 과정에서 생성된 반응열에 의한 것으로 매립장 내부에서 활발한 생물분해 활동이 진행되고 있음을 나타내고 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 신균주 미생물을 이용하여 오염된 매립장을 조기에 안정화할 수 있을 뿐만 아니라 침출수 차단 연직차수벽을 제공하여 안전하게 봉쇄함으로서 안정화된 매립장을 유용한 토지(택지, 화화단지, 축사, 경작지, 공원, 체육시설, 주차장 등)로 이용 함과 동시 토양오염 및 지하수 오염을 방지할 수 있다.
Claims (3)
- 매립장 조기 안정화 방법과 이에 따르는 연직차수벽 공법에 있어서,매립장을 일정 넓이로 구획하여 쓰레기 매립 깊이의 공기 급기/배기 관정(11)으로부터; 콤프레셔 유닛(12) 및 부스터 유닛(14)와 신균주 ＆ 영양제 공급장치(16)와 가스처리 장치(17)를 연동하여 신균주 미생물 Bacillus khr-10-mx, Cellulomonas khr-15-mx, 복합균주 khr-5-mx에 포함된 군 중에서 선택된 적어도 하나 이상을 공기 급기/배기 관정(11) 1개소당 50∼1,000g/hr로 주입하는 단계와; 영양 성분비를 TOC : TKN : P가 100 : 10∼5 : 5∼1로 주입 조절하는 단계와; 매립장내 공기의 압력을 0.05∼0.5bar로 유지하여 상기 신균주 미생물의 우점적 활성화로부터 급속 안정화 하는 단계와; 안정화 단계에서 생성된 LFG를 콘덴셔(13)를 통과 가스처리 장치(17)에서 LFG를 안전하게 처리하는 것을 특징으로 하는 매립장 안정화 방법.
- 제1항에 있어서,상기 매립장 모니터링 관정(15)의 센서로부터 검출된 값에 따라 제어하는 제어장치로부터; 콤프레셔 유닛(12), 부스터 유닛(14), 신균주 ＆ 영양제 공급장치(16), 가스처리 장치(17)등을 자동으로 제어하는 시스템
- 제1항에 있어서,상기 매립장의 우수배제를 위한 매립장 표면 밀폐 시트(19)와; 이에 따르는 침출수 유출을 차단하기 위한 연직차수벽(18)으로는 공지된 강널말뚝(103) 또는 그라우팅 파일(109)을 선택적으로 설치하여 침출수 유출을 방지할 수 있는 연직차수벽 공법.
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2002
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