KR200315992Y1 - 방수정화매트 및 매립지 차수층의 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 매립지 등의 오염된 침출수의 유출을 방지하기 위한 방수정화매트와 이를 이용한 매립지의 차수층의 구조에 대한 것이다. 본 고안의 방수정화매트는, 벤토나이트와 상기 벤토나이트 중량의 5~15% 정도의 제올라이트가 혼합 투입되는 방수정화층과; 상기 방수 정화층을 양측에서 감싸서 투수성 시트를 포함하여 구성되어 있다. 상기 방수정화매트는 벤토나이트 등이 혼합되어 형성된 혼합차수층에 적층 설치되어 침출수에 대한 방수기능 및 정화기능을 동시에 갖는다.

Description

방수정화매트 및 매립지 차수층의 구조{A Waterproof-Purification Mat and A Structure of Waterproof Layer For Waste Landfills}

본 고안은 방수정화매트에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 매립지 등의 침출수에 대해 방수기능 및 정화기능을 수행하는 방수정화매트 및 매립지의 차수층에 대한 것이다.

일반적으로 방수정화매트는 쓰레기 매립장, 오염수 저류장 등의 바닥과 지하 시설물의 바닥 및 천정 등과 같이 오염지나 지하수 등이 유입되거나 유출되는 곳에 설치되어, 침출수의 유입을 차단함과 동시에 이를 통과 하는 소량의 침출수를 정화시키는 기능을 수행한다.

방수정화매트에서 침출수에 대한 방수기능을 수행하기 위한 장치와 방법은 다양하게 제안되고 있는데, 그 중에서도 벤토나이트를 이용하는 방법이나 구조물이 널리 사용되고 있다.

벤토나이트는 진흙의 일종으로서 물과 접촉시 수분을 흡수하여 수 십배로 팽창했다가 수분이 제거되면 다시 수축하는 특성을 가지고 있다. 따라서, 이러한 벤토나이트 가루나 입자를 유로에 가로질러 설치하게 되면, 팽창하여 유로를 차단하는 기능을 가지게 된다.

벤토나이트는 직접 매립지 등의 토양에 혼합되어 차수기능을 수행하게도 하지만, 벤토나이트는 매립지 등에 용이하게 설치 가능하고 균일한 방수기능을 수행할 수 있도록 방수매트로 만들어지는 것도 가능하다.

그런데, 이러한 벤토나이트를 사용하여 차수층을 형성하는 경우에도 오염물질을 포함하는 침출수 일부가 상기 차수층을 통과하여 외부로 유출될 우려가 있다.따라서, 벤토나이트를 이용하여 차수층을 형성하는 경우에는 정화기능을 가지는 물질을 추가하여 동시에 정화기능을 수행하게도 할 수 있다.

또한, 벤토나이트 등의 방수물질에 침출수 등에 대한 정화기능을 가지는 물질을 추가하여 방수기능과 정화기능을 동시에 구비하는 방수정화매트를 제작하기도 한다.

도 1은 매립지 등에 사용되는 일반적인 방수정화매트의 예시 단면도이고, 도 2는 일반적인 매립지 구조를 보여주는 예시 단면도이다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 방수정화매트(1)는 방수기능을 가지는 물질인 벤토나이트(2)가 투입되는 방수정화층(3)이 중앙에 위치하고 있으며, 그 방수정화층(3)을 부직포(5)가 감싸고 있다. 방수정화층(3)에는 벤토나이트(3)와 함께 오염물질의 정화를 위하여 정화기능을 가지는 물질인 제올라이트가 혼합되는 것이 가능하다. 상하측의 부직포(5)는 방수정화층(3)이 매트(1)내에 균일한 분포를 가지며 고정되게 하기 위하여 니들펀칭 등의 방법에 의해 결합되어 있다.

상기와 같은 구조의 방수정화매트는 다음과 같이 작용한다.

침출수가 방수정화매트(1)에 유입되게 되면, 매트(1) 내부로 유입되는 수분과 벤토나이트(2)가 결합하게 된다. 이때 벤토나이트(2)는 팽창하여 침출수가 유출되는 것을 방지하게 된다. 그러나, 일부의 침출수는 매트 내부를 통과하여 유출되게 되는데, 방수정화매트(1)의 내부에 함유된 제올라이트가 침출수로부터 오염물질을 제거하게 된다.

한편, 도 2에서 일반적인 매립지는, 토질을 안정화시키지 않은 상태에서 단순히 원지반(10)상에 잡석(12a)으로 유공관(12b)를 매립하여 형성된 잡석층(12), 부직포(14), 차수층(16), 보호토층(18)을 순차적으로 적층하여 형성되었다.

일반적으로 매립물에서 발생된 침출수의 유출을 방지하는 차수층(16)은 다짐점토층으로 이루어진다. 이러한 다짐점토층은 그 상부에 고밀도 폴리에틸렌 필름(20)을 설치하는 경우 약 50cm로 형성하나, 그 상부에 고밀도 폴리에틸렌 필름(20)을 형성하지 않을 경우는 다짐점토층은 약 100cm정도 형성하여야 한다.

종래의 폐기물 매립지의 건설에 있어서는 현장토의 다짐점토층에 벤토나이트 등을 혼합한 혼합차수층(24)을 포함하는 경우도 많다. 그런데, 이처럼 혼합차수층을 사용하는 경우는 다짐점토층에 포함되는 벤토나이트에 의해 차수기능을 현격하게 상승시키는 것이 가능하게 한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 방수정화매트 및 벤토나이트를 혼합하여 사용하는 종래의 혼합차수층에는 다음과 같은 문제가 제기되고 있다.

방수정화매트(1) 및 혼합차수층(24)에 사용되는 벤토나이트와 제올라이트의 구성비에 따라서 그 투수 특성과 정화 특성이 달라지지만, 그 적절한 구성비가 알려지지 않아 방수 및 정화 기능의 저하 및 원재료의 낭비를 초래하는 문제가 있어 왔다.

또한, 매립지의 혼합차수층(24)은 50~100cm로 두꺼워서 그 제작의 곤란이 있으며, 고밀도 폴리에틸린(20)이나 혼합차수층(24)이 지반침하등에 의해 유실되는 경우에는, 침출수가 매립지 외부로 유출되게 되어 토양과 강물등을 오염시키게 되는 문제가 발생한다.

상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 고안의 목적은, 적정한 중량비의 벤토나이트와 제올라이트를 혼합하여 방수 및 정화특성이 우수한 방수정화매트를 제작하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은, 적정한 중량비의 벤토나이트와 제올라이트를 혼합하여 구성된 방수정화매트를 이용하여, 방수 및 정화특성이 우수하고, 유실될 우려가 없는 견고한 매립지의 차수층 구조를 구현하는 것이다.

본 고안은 벤토나이트와 그 벤토나이트 중량의 5~15% 의 제올라이트를 혼합하여 방수기능과 정화기능이 우수한 방수정화매트를 구현하고 있다. 또한 상기 방수정화매트를 벤토나이트 등이 혼합된 혼합차수층에 이용하여 보다 우수한 방수 및 정화 특성을 가지게 함과 동시에 유실 우려가 없는 견고한 혼합차수층을 설치하는 것을 가능하게 한다.

도 1은 일반적인 방수정화매트의 예시 단면도이다.

도 2는 일반적인 매립지의 구조를 예시한 단면도이다.

도 3은 본 고안에 의한 방수정화매트의 바람직한 실시예의 구성을 보인 단면도이다.

도 4a, 4b, 4c는 각각 방수정화매트를 제올라이트가 포함되지 않은 혼합차수층에 설치한 경우 암모니아성 질소, 납, 구리에 대한 정화특성을 예시한 그래프이다.

도 5a, 5b, 5c는 각각 방수정화매트를 제올라이트가 포함된 혼합차수층에 설치한 경우 암모니아성 질소, 납, 구리에 대한 정화특성을 예시한 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100........방수정화매트 102........방수정화층

104........투수성 시트 106........벤토나이트

108........제올라이트

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 방수정화매트는, 벤토나이트 및 제올라이트가 혼합 투입되는 방수정화층과; 상기 방수정화층을 양측에서 감싸는 투수성 시트를 포함하며; 상기 방수정화층에 투입되는 제올라이트의 중량은 상기 방수정화층에 투입되는 벤토나이트 중량의 5~15% 해당하여 침출수에 대한 방수기능 및 정화기능을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 제올라이트는 벤토나이트 중량의 8~12%의 것을 특징으로 한다.

본 고안에 의한 실시예의 매립지의 차수층의 구조는, 상기 방수정화매트와;그 자체의 중량의 15~20% 의 벤토나이트를 함유하고, 상기 방수정화매트와 평행하게 적층되는 혼합차수층을 포함하여, 침출수에 대한 방수기능 및 정화기능을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 의한 실시예에서는 상기 혼합차수층에서 벤토나이트를 제외한 주요성분은 화강토인 것을 특징으로 한다.

본 고안에 의한 다른 실시예의 매립지의 차수층의 구조는, 상기 방수정화매트와; 그 자체 중량의 15~20% 이상의 벤토나이트와, 상기 베토나이트 전체 중량의 5~10%에 해당하는 제올라이트를 함유하고, 상기 방수정화매트와 평행하게 적층되는 혼합차수층을 포함하여, 침출수에 대한 방수기능 및 정화기능을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 실시예에서는 상기 혼합차수재에서 벤토나이트 및 제올라이트를 제외한 주요 구성 성분은 화강토인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 고안은, 방수특성을 가지는 벤토나이트에 정화기능을 가지는 적정한 중량비(벤토나이트 중량의 5~15%)의 제올라이트를 추가하여 방수기능과 정화기능을 동시에 가지는 방수정화매트를 구현할 수 있게 한다. 또한 상기 방수정화매트를 혼합차수제에 함께 사용하여 방수 및 정화특성을 배가하는 것이 가능하다.

이하 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 방수정화매트 및 매립지 차수층의 구조의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시예에서 사용되는 벤토나이트는 진흙의 일종으로서 물과 접촉시 수분을 흡수하여 수 십배로 팽창했다가 수분이 제거되면 다시 수축하는 특성을 가지고 있다. 따라서, 이러한 벤토나이트 가루나 입자를 유로에 가로질러 설치하게 되면, 팽창하여 유로를 차단하는 기능을 가지게 된다.

또한 본 실시예에 사용되는 제올라이트는 흡착, 흡습, 양이온 교환성 등의 특성이 있어 배기가스등의 유해성분의 제거나 공장의 폐수정화등 다양한 용도로 사용되어진다.

다음은 상기와 같은 특성을 가지는 벤토나이트와 제올라이트를 이용하여 제작되는 방수정화매트에 대해 설명한다.

도 3은 본 고안에 의한 실시예의 방수정화매트의 예시 단면도이다. 도시된 본 실시예의 방수정화매트(100)는 방수물질과 정화물질의 투입되는 방수정화층(102)과 상기 방수정화층(102)을 감싸는 투수성 시트(104)를 포함한다.

상기 방수정화층(102)에는 벤토나이트(106) 및 그 벤토나이트(106) 중량의 10% 정도에 해당하는 중량의 제올라이트(108)가 혼합 투입되어 있다.

본 실시예에서 투수성 시트(104)는 지오테스타일 부직포가 사용되고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니고 다양한 종류의 투수성 시트가 사용될 수 있다.

본 실시예에서 방수정화매트(100)에 투입되는 제올라이트(108)의 양은 벤토나이트(106) 중량의 10% 정도로 선택되고 있다. 이는 제올라이트(106) 함량에 따른 오염물질의 정화특성에 대한 다음의 실험결과를 토대로 한 것이며, 사용되는 벤토나이트(106) 및 제오라이트(108)의 종류나 성분함량 및 품질 등에 따라 그 수치는 달리 적용될 수 있다.

아래의 도표 1은 방수정화매트(100)가 화강토 다짐 혼합차수층에 추가 설치되는 경우, 매트 내의 제올라이트(108)의 함량에 따른 암모니아성 질소, 납, 구리 등의 제거효과를 보여주고 있다. 도표 1에 도시된 오염물질의 제거효과는 화강토 다짐점토층에 벤토나이트를 혼합한 혼합차수재에 의한 오염물질의 제거효과를 100%로 가정하여 계산된 것이다.

<도표 1>

오염물질의 종류	혼합차수재	매트내 제올라이트함량(0%)	매트내 제올라이트함량(5%)	매트내 제올라이트함량(10%)
암모니아성 질소	100%	125%	150%	153.8%
납	100%	148%	160.5%	175%
구리	100%	149%	160.7%	164.7%

상기 도표 1에서 알 수 있는 것처럼 제올라이트(108)의 함량이 커짐에 따라 오염물질의 제거특성은 커짐을 알 수 있는데, 오염물질 제거 효과는 제올라이트(108)가 5% 이상에서 효과가 현저하게 나타나며 10%정도 함유된 경우 그 특성이 가장 우수하게 나타났으며, 그 효과도 간극체적 등에 무관하게 지속적인 것으로 나타났다.

본 실시예에서 혼합차수층은 다짐점토층으로 형성되며, KS F 2312의 A 다짐을 실시하였으며, 다짐점토층의 토양은 현지토인 화강토를 사용하고 있다. 상기 화강토 다짐점토층에는 벤토나이트가 혼합된다.

벤토나이트가 혼합되는 비율은 침출수에 대한 법적 허용치 이하의 투수 특성을 가질 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 벤토나이트가 혼합차수층의 전체 중량에 대해 15%에 해당하는 중량을 가진다. 여러 실험 결과들에 의하면, 상기 비율의 벤토나이트를 혼합하는 경우, 침출수의 대한 법적 허용치 1×10^-7㎝/sec 이하의 투수특성이 얻어짐을 알 수 있다(참고,혼합반응차수재의 투수특성, 이강원, 석사학위논문,단국대학교대학원, 2002).

도 4a는 벤토나이트 15%를 포함하는 혼합차수층에 상기 방수정화매트(100)를 설치한 경우에, 방수정화매트(100)에 투입된 제올라이트(108)의 중량비에 대한 암모니아성 질소의 제거율을 예시한 그래프이다. 그리고, 도 4b와 도 4c는 각각 같은 조건에서의 납, 구리의 제거율을 예시한 그래프이다.

도시된 바에 따르면 간극체적에 따라 전체적으로 오염물질 제거율이 증가 하였으며, 간극체적이 5인 경우에 전체적으로 가장 높은 오염물질 제거율을 기록하고 있다.

또한 각각의 경우에, 방수정화매트(100) 내에 벤토나이트(106) 중량의 0,5 10% 에 해당하는 함량의 제올라이트에 대해 실험한 결과, 5% 정도 이상의 제올라이트를 추가한 경우 오염제거 효과가 현저하게 나타났으며, 10% 정도에 해당되는 제올라이트(108)를 추가하는 경우, 가장 뛰어난 정화특성을 보여주며 그 효과가 지속적인 것으로 나타났다.

본 고안의 다른 실시예에서는 혼합차수층에는 벤토나이트와 제올라이트가 모두 포함되어 다짐점토층을 형성하고 있다. 이 실시예에서 벤토나이트는 전체 화강토의 중량의 15%에 해당하는 비율로 혼합되어 있으며, 제올라이트는 그 투입된 벤토나이트 중량의 5%가 투입되어 있으나 제올라이트의 비율은 이에 한정되는 것이 아니라 벤토나이트 중량의 5~10% 정도 범위에서 선택적으로 취하는 것이 가능하다.

다음의 도표 2은 벤토나이트 중량의 5%에 해당하는 제올라이트가 첨가된 혼합차수층에 방수정화매트(100)를 설치한 경우의 실험 결과를 예시적으로 보여준다. 여기서는, 벤토나이트 및 제올라이트가 혼합되어 형성된 혼합차수층의 오염물질 제거율을 100%로 가정하고 있는데, 도표 2에 기재된 수치는 그 혼합차수층에 방수정화매트(100)를 추가 설치한 경우의 오염물질 제거율을 나타낸다.

<도표 2>

오염물질의 종류	혼합차수재(제올라이트 5%)	매트내 제올라이트함량(0%)	매트내 제올라이트함량(5%)	매트내 제올라이트함량(10%)
암모니아성 질소	100%	140%	150%	166.7%
납	100%	157.8%	180%	188.6%
구리	100%	131.1%	158.1%	169.3%

도표 2에 도시된 바에 의하면, 방수정화매트(100) 내에 있는 제올라이트(108)의 비율이 증가함에 따라 정화특성이 우수하게 나타남을 알 수 있다. 그리고, 제올라이트를 추가하지 않은 혼합차수재에 방수정화매트(100)를 설치하는 경우(상기 도표2)와 비교할 때, 방수정화매트(100) 내의 제올라이트가(108) 5% 정도인 경우에 현저한 효과가 나타났으며, 10% 정도인 경우에는 암모니아성 질소, 납, 구리의 제거율이 현저하게 상승되었음을 알 수 있다.

도 5a는 각각 15%의 벤토나이트 및 그 벤토나이트 중량의 5%에 해당하는 제올라이트가 화강토에 혼합된 혼합차수층에 방수정화매트(100)를 적층한 차수층의 암모니아성 질소의 제거율이다. 도 5b는 같은 조건에서 납의 제거율을 예시한 그래프이고, 도 5c는 같은 조건에서 구리의 제거율을 예시한 그래프이다.

도시된 바에 따르면, 이 경우에도 간극체적이 증가함에 따라 그 정화특성은 증가하는 것으로 나타나 있으며, 간극체적이 5인 경우에 암모니아성 질소, 납, 구리의 제거율이 각각 가장 크게 나타남을 알 수 있다.

그리고, 제올라이트를 5% 함유한 혼합차수층에 비하여 방수정화매트(100)를 추가 설치한 경우의 정화특성이 현저하게 우수하게 나타난다. 그리고, 방수정화매트(100)에 투입된 제올라이트(108)의 비율이 0, 5, 10%로 증가함에 따라 제올라이트가 5%정도 포함된 경우 정화특성이 크게 향상되며, 매트 내의 제올라이트(108)가 벤토나이트(106) 중량의 10%에 해당하는 경우 정화특성이 가장 좋게 나타남을 알 수 있다.

다음은 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 방수정화매트(100)와 매립지 차수층의 구조의 작용을 설명한다.

벤토나이트(106) 및 벤토나이트(106) 중량의 5~15%에 해당하는 제올라이트(108)를 혼합한 방수정화매트(100)를 벤토나이트가 혼합된 혼합차수층에 적층 설치하는 경우, 도 4a,4b,4c에 도시된 바처럼 방수 정화특성은 방수정화매트(100)을 설치하지 않은 경우나 다른 비율로 제올라이트(108)를 추가한 경우에 비해 우수하게 나타남을 알 수 있으며, 바람직하게는 8~12%에서 가장우수한 정화특성이 나타남을 알 수 있다.

혼합차수층을 투과하는 침출수가 방수정화매트(100)에 유입되게 되면, 침출수의 일부는 방수정화층(102)의 벤토나이트(106)와 결합하게 되는데, 이 경우 벤토나이트(106)는 부피팽창을 하여 침출수의 유출을 방지하게 된다. 그리고, 방수정화매트(106)를 투과하는 소량의 침출수의 오염물질은 방수정화층(102)에 투입된 제올라이트(108)에 의해 제거된다.

도 5a,5b,5c의 경우처럼, 혼합차수층에 벤토나이트 및 제올라이트를 혼합한 경우에는 혼합차수층에 있는 벤토나이트 및 제올라이트의 방수정화특성에 의해 소량의 오염물질만이 침출수에 잔존한 상태로 방수정화매트로 유입되게 된다. 따라서, 그 침출수가 방수정화매트(100)를 통과하게 되면, 매립지의 외부로 유출되는 오염물질의 비율은 현저하게 감소되게 된다.

본 고안은 벤토나이트(106)와 그 벤토나이트(106) 중량의 5~13% 의 제올라이트(108)를 혼합하여 방수기능과 정화기능이 우수한 방수정화매트(100)를 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한 상기 방수정화매트(100)를 벤토나이트 등이 혼합된 혼합차수층에 이용하여 보다 우수한 방수 및 정화 특성을 가지는 것을 가능하게 한다.

본 고안의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해지며, 특허청구범위에 기재된 사항과 동일성 범위에서 당업자가 행한 다양한 변형과 개작을 포함함은 자명하다.

상기와 같은 구성의 본 고안에 의하는 경우, 적정한 비율의 제올라이트를 추가한 방수정화매트를 제작하는 것이 가능하여 침출수로부터 오염물질의 제거를 효과적으로 행할 수 있게 된다.

또한, 적정한 비율의 제올라이트를 다짐점토층에 추가하여 방수정화매트를 설치하는 경우에 얻을 수 있는 방수정화 기능을 배가시킬 수 있게 된다.

더 나아가, 방수정화특성이 우수한 방수정화매트를 매립지의 혼합차수층에설치함으로서 지반 침하 등에 의해 차수층이 유실되는 등의 우려없이 견고하게 혼합차수층을 형성하는 것이 가능하여 매립지의 안전성을 도모할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 벤토나이트 및 제올라이트가 혼합 투입되는 방수정화층과;

   상기 방수정화층을 양측에서 감싸는 투수성 시트를 포함하며;

   상기 방수정화층에 투입되는 제올라이트의 중량은 상기 방수정화층에 투입되는 벤토나이트 중량의 5~15% 해당하여 침출수에 대한 방수기능 및 정화기능을 가지는 것을 특징으로 하는 방수정화매트.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제올라이트는 벤토나이트 중량의 8~12%의 것을 특징으로 하는 방수정화매트.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서의 방수정화매트와;

   그 자체의 중량의 15~20%의 이상의 벤토나이트를 함유하고, 상기 방수정화매트와 평행하게 적층되어 침출수의 유출을 차단하는 혼합차수층를 포함하여,

   침출수에 대한 방수기능 및 정화기능을 가지는 것을 특징으로 하는 매립지 차수층의 구조.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 혼합차수층에서 벤토나이트를 제외한 주요성분은 화강토인 것을 특징으로 하는 매립지 차수층의 구조.
5. 청구항 1 또는 2에 있어서의 방수정화매트와;

   그 자체 중량의 15~20%의 벤토나이트와, 상기 벤토나이트 전체 중량의 5~10%에 해당하는 제올라이트를 함유하고, 상기 방수정화매트와 평행하게 적층되어 침출수의 유출을 차단하는 혼합차수층을 포함하여,

   침출수에 대한 방수기능 및 정화기능을 가지는 것을 특징으로하는 매립지의 차수층의 구조.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 혼합차수재에서 벤토나이트 및 제올라이트를 제외한 주요구성 성분은 화강토인 것을 특징으로 하는 매립지의 차수층의 구조.