KR200401659Y1 - 매립장 침출수를 위한 차수벽 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 이미 조성되어 있는 기존 비위생 폐기물 매립장에서 침출수가 유출되는 것을 방지하기 위한 차수벽 시스템에 관한 것으로, 특히 본 고안은 3축 오거와 같은 보링장치를 이용하여 상호 연결된 다수의 주입공을 침출수 깊이 이상으로 천공하여 매립장 외곽에 장입부를 형성하고, 여기에 수용성 바인더와 토사(土砂)의 혼합물을 장입하여 차수 벽체를 형성함과 아울러, 식생을 위한 복토층을 매립장 상부에 형성한 연직 차수벽 시스템에 관한 것이다.

본 고안에 따른 매립장 침출수를 위한 차수벽 시스템은 기존 폐기물 매립장의 외곽을 따라 보링장치를 이용하여 침출수 저수부 깊이를 넘는 깊이를 갖고 상호 연결되도록 형성된 주입공들로 이루어진 장입부와, 수용성바인더와 토사(土砂)의 혼합물이 상기 장입부에 주입 경화되어 이루어진 벽체를 포함하여 이루어진다.

Description

매립장 침출수를 위한 차수벽 시스템{WATER SCREEN SYSTEM FOR LEACHATE FROM LANDFILL}

본 고안은 이미 조성되어 있는 기존 비위생 폐기물 매립장에서 침출수가 유출되는 것을 방지하기 위한 차수벽 시스템에 관한 것으로,

특히 본 고안은 3축 오거와 같은 보링장치를 이용하여 상호 연결된 다수의 주입공을 침출수 깊이 이상으로 천공하여 매립장 외곽에 장입부를 형성하고, 여기에 수용성 바인더와 토사(土砂)의 혼합물을 장입하여 차수 벽체를 형성함과 아울러, 식생을 위한 복토층을 매립장 상부에 형성한 연직 차수벽 시스템에 관한 것이다.

비위생 매립장은 폐기물 관리법에 의하여 적법한 설치승인이나 중간 및 최종 검사 또는 사용허가 등의 대상이 되는 어떠한 침출수 방지시설이 없이 폐기물이 단순 투기되어 무분별하게 매립이 진행되어 그 주변 지역의 토양 및 지하수의 오염원이 되는 기존 쓰레기 매립시설을 의미한다.

현재 국내에는 1990년대 이전에 조성된 대부분의 매립장이 현 폐기물 관리법에서 정한 차수시설이 설치되지 않은 불량 매립장으로, 침출수로 인한 주변 토양과 지하수의 오염원이 되고 있다.

또 차수시설이 설치된 위생매립장에서도 차수시설의 부실공사와 파손으로 인하여 침출수의 유출이 발생되어 오염의 원인이 될 수 있다.

이에 따라 정부 차원에서 비위생 매립장의 정비사업이 적극적으로 추진되기 시작했으며 정비 대상 매립장은 전국적으로 1,072개에 달하는 것으로 파악되고 있다.

기존 비위생 매립장의 정비 방안으로는

먼저, 매립된 쓰레기를 굴착하여 선별한 후 재활용, 소각, 또는 매립하는 방법으로, 가장 안전한 방식처럼 보이지만 재매립 부지조성의 비용발생과 소각 설비 설치에 따른 2차 공해유발시설물 설치 등을 채택할 경우 충분한 기술방안 및 예산상의 검토가 필요하여 가장 고비용의 처리방안이 될 수 있는 선별-소각-매립-오염토양&지하수처리 방법,

쓰레기층 내에 생분해를 촉진시키는 미생물을 주입하여 배양하고, 미생물의 활발한 배양을 위하여 영양물질과, 산소, 기타 첨가제를 사용하는 방법으로, 지하수와 지표수의 양을 조절할 수 있는 시설 공사가 선행되어야 한다는 문제점을 갖는 생분해 촉진 산소 주입법,

쓰레기를 시멘트, 석회, 벤토나이트 등의 고화재료를 이용하여 현장에서 고화하는 방법으로, 생활 쓰레기의 경우 효과가 불확실하다는 문제를 갖는 현장고화법,

수직 및 수평 차수층을 설치하여 쓰레기층을 통과하는 물의 양을 제어하여 침출수 발생량을 최소화하고 가스는 별도로 처리하여 오염물질을 일정 구획 내에 포획하여 자체 안정화를 유도하는 방법으로, 수동적이며 차수벽 내의 침출수 배출시설을 별도로 설치하여야 한다는 단점을 갖는 안정화처리법이 있다.

본 고안은 연직 차수벽을 활용한 안정화처리법에 해당한다.

본 고안은 기존 비위생 쓰레기 매립장의 정비 방법 중 연직차수벽 시공을 통한 안정화 처리법의 일종으로서 차수벽 시스템을 제공하고자 한다.

이를 통하여 수많은 비위생 쓰레기 매립장의 폐기물 처리에 있어 이송 처리법을 택할 경우 엄청난 예산과 시간 소요, 2차 환경오염 유발 등의 문제점 없이 가장 경제적이면서 주변 환경 오염을 최소화시키고 조기 안정화를 유도할 수 있으며,

보다 완벽한 침출수 발생 방지를 위하여 침출수 발생의 원인인 지하수와 우수의 직접적인 유입을 차단할 수 있는 수단을 제공하여 비위생 매립장의 오염 확산 인자를 보다 완벽하게 차단함으로써,

단순히 침출수의 임시저장이 아닌 영구 폐쇄 후 토지의 재활이 가능하도록 한 시스템을 제공하도록 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 매립장 침출수를 위한 차수벽 시스템은 기존 폐기물 매립장의 외곽을 따라 보링장치를 이용하여 침출수 저수부 깊이를 넘는 깊이를 갖고 상호 연결되도록 형성된 주입공들로 이루어진 장입부와, 수용성바인더와 토사(土砂)의 혼합물이 상기 장입부에 주입 경화되어 이루어진 벽체를 포함하여 이루어진다.

본 고안의 처리 대상인 침출수는 폐기물로부터 생성되는 고농도의 복합 화학성 폐수로,

일차적으로는 폐기물 자체에 함유된 수분이 기인한 것이 있으나 양이 많지 않고, 이차적으로는 매립장 외부에서 유입되는 빗물이나 지하수의 침투로 발생되는 것으로 외부로부터 유입이 차단되지 않으면 안정화기간(20~30년) 동안 지속적으로 발생한다.

따라서 외부로부터 우수나 지하수가 매립장으로 유입되고 유출되는 것을 원천적으로 차단하는 것이 필요하다.

그 외에도 매립장에서는 폐기물의 미생물 분해 과정에서 일산화탄소, 이산화탄소, 수소가스, 메탄가스 등의 다양한 가스가 발생되는데, 이를 제거하지 못할 경우 화재로 인한 폭발 위험이나 심한 악취로 주변 동식물 식생에 심각한 피해를 주거나 주요 민원발생 원인이 될 수 있다.

또 폐기물 매립장에서는 비산먼지 또는 분진 발생이나 모기, 파리 등의 해충 발생원이라는 문제점을 안고 있다.

그러므로 기존 비위생 매립장에서는 주요하게는 침출수의 유출방지 뿐 아니라 가스 제거 등도 해결하는 것이 필요하다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 고안을 상세히 설명하도록 한다.

먼저 도 1에서, 기존 폐기물 매립장(W)은 생활 또는 산업 폐기물층(W1)이 퇴적되어 있고, 상기 폐기물층(W1) 하부에는 특히 우수 및 지하수의 침투로 폐기물 침출수 저수부(W2)가 형성되어 있다.

차수벽 시스템 설치를 위해서는 먼저 매립장(W)의 현장조사에 이은 설계를 진행하는데 그 구체적인 단계는

매립 및 오염 이력 조사 등의 현장조사와,

지질, 토성, 투수성, 암반층절리, 대수층, 지하수 흐름방향 등의 지질조사를 거쳐,

오염지역의 지하수, 토양, 지표수 등의 오염범위, 오염물질 등의 오염도 조사를 수행하고,

차수벽 시스템에서 연직 차수벽의 설치 위치, 강도, 투수계수, 오염 지하수 채수정, 검사장 위치 선정 등의 설계과정을 거친다.

이러한 설계과정을 거쳐 도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 3축 오거 등의 보링장치(B)를 이용하여 침출수 저수부(W2)를 넘는 깊이를 갖고 보링장치의 로트(B1)의 외경에 상응하는 주입공(11)을 천공한다.

상기 매립장(W)의 외곽을 따라 형성되는 다수의 상기 주입공(11)들은 상호 연결되어 장입부(10)를 이룬다. 상기 주입공(11)은 요구되는 차수벽의 두께와 로트(B1)의 외경을 고려하여 도 1에서와 같이 종2열이거나 종3~5열로 배열될 수 있다.

상기 주입공(11)의 천공에 있어, 먼저 보링장치(B)의 믹싱플랜트를 조립한 후 시운전을 거쳐 보링위치를 결정단계와,

최초 심도와 수직도를 확인하고, 강제압입장치를 구동하고 시공속도를 확인하는 관입단계를 거쳐,

이어서 저부를 보강하면서 그라우트 유량을 확인하고 최종 수직도를 확인하는 저부보강단계를 진행하고,

그라우트 유량과 시공속도의 재확인 과정을 반복하여 진행되는 인발단계,

그리고 최종적으로 주입공의 수직도와 심도 확인을 거쳐 인발이 완료된다.

상기 매립장(W)을 모두 둘러싸는 장입부(10)를 형성한 후, 또는 매립장 둘레의 일부에 해당하는 장입부(10)를 형성한 후, 상기 장입부에 토사(土砂)와 바인더의 혼합 슬러리를 투입하여 실제 차수 벽체(20)를 형성하게 된다.

토사, 즉 흙을 고화시키기 위하여 통상의 포틀랜트 시멘트만 사용하면 장기간 퇴적으로 토립자 표면의 흡착수에 녹아 있는 유기물질(Humic acid)의 영향으로 시멘트 입자와 토립자의 혼합과 접촉이 차단되어 시멘트 수화물과 토립자의 직접적인 반응이 일어나지 않거나 극히 미약한 결합만이 이루어질 뿐이다.

지반개량재의 일반 성분인 염화칼슘, 염화마그네슘, 황산칼슘 등은 음전하로 대전되어 있는 유기성 물질과 분리시켜 다량의 결합수를 가진 에트린가이트(etteringite)의 생성을 촉진시켜 함수비를 저하시키고, C-compound계 계면활성 물질은 액성이 서로 다른 물질인 시멘트나 석회와 흙의 균질한 혼합이 가능하게 하고, 마이크로실리카계 충진물질은 흙의 포졸란 반응을 촉진하고 고밀도 생성물로 변환시켜주는 역할을 하게 된다.

본 고안의 고안자 중 일인인 김종학 등에 의한 특허등록 제0406896호(2003.11.12) 『고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조방법』에는

유기성물질을 용매로 용해·교반한 후 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반시킨 주제(A)와,

유기성 경화제를 용매에 첨가하여 혼합한 후, 통상의 이형제, 유화제를 첨가하여 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반시킨 경화제(B)로 구성된 수용성바인더가 제시되어 있는데,

이와 같은 상기 등록특허의 수용성바인더를 이용할 경우 매립장의 고화 차수층, 연약지반, 해안(뻘), 간척지 해성점토 등에 광범위하게 적용할 수 있으며,

투수계수 또한 7.57× 10^-9cm/sec이어서 만족스럽다.

본 고안의 출원인에 의하여 상품명 ‘PARAFIX'로 생산되는 상기 특허 바인더를 활용할 경우에는 외부 반입토 없이 광범위한 토사의 적용이 가능하고 시멘트와 병행하여 융합성(공유결합 구조)이 좋아 시멘트만으로 고화가 어려운 지반의 고화가 가능하고, 시공성이 우수하며, 양생기간이 빨라 공기 단축에 기여할 수 있다.

그 외 역시 본 고안의 고안자 중 일인인 김종학 등의 특허등록 제0468907호(2005.01.20) 『벤토나이트 폐액 고화 처리용 고화제와 그 제조방법 및 이을 이용한 고형화 처리방법』 또는 특허등록 제0477289호(2005.03.08) 『폐액 및 폐기물과 안정화처리를 하기 위한 고화제와 그 제조방법 및 이를 이용한 고형화 처리방법』에 제시된 고형화 방법을 사용할 수도 있다.

다음으로 도 3에서와 같이, 상기 장입부(10)의 외곽선을 따라 먼저 매립장(W) 폐기물층(W1) 상부에 복토층(31)을 형성하고, 그 위로 식물을 심기 위한 식생대층(35)을 형성한다.

상기 복토층(31)은 점토광물 혼합토 등으로 두께 30~45cm 이상의 두께를 가지며 다짐되어 우수 또는 표층수가 폐기물층(W1)으로 침투되는 것을 방지하여야 한다.

폐기물 관리법에 따르면 상기 복토층(31)의 두께가 30cm 정도일 경우에는 투수계수가 1.0× 10^-6cm/sec 이 이하가 되도록 통상적으로 두께 1.5mm 이상의 합성고분자(예: HDPE)차수막(33)을 설치하도록 규정하고 있다.

이때 상기 복토층(31) 흙과의 마찰력으로 차수막(33)에 과도한 인장력이 작용하는 경우를 대비하여 최소 500g/㎡ 이상의 부직포(미도시 됨)를 개재시키는 것이 합리적이다.

아울러 상기 복토층(31) 하부에는 가스가 매립장 상부로 발산되는 것을 방지하기 위하여 30cm 이상의 가스배제층(미도시 됨)을 설치하는 것이 바람직하다.

상기 복토층(31) 상부에 형성되는 식생대층(35)은 법적으로 60cm 이상이어야 하지만, 토지 이용계획에 따라 수목을 식재하거나, 잔디를 이식하는 등 수목의 종류에 따라 착근 깊이가 달라지므로 조경 설계자와 협의 후 두께를 결정하는 것이 바람직하다.

상기 복토층(31)과 상기 식생대층(35) 사이에는 모래를 30cm 이상의 두께로 포설하거나, 투수계수가 3.0 × 10^-4cm/sec 이상인 지오컴포지트, 지오네트 또는 지오텍스타일 등의 토목 합성수지를 설치하여 배수층을 설치하는 것이 바람직하다.

상기 고인장력의 토목 합성수지는 폐기물의 분해로 인한 침하로 최종 복토층에 부등침하가 발생하여 상부에 연못처럼 물이 고이는 현상(ponding 현상)이 발생하는 것을 방지하는 기능을 할 수 있는데, 이러한 ponding 현상 방지는 식생층의 두께를 보다 두껍게 하여 경사를 급하게 조성하는 방법으로도 가능하다.

상부에 떨어지는 빗물의 침투를 최소화하기 위하여 상기 식생대층(35)의 상부 경사도를 최소 2% 이상으로 하고, 또 침식 방지를 위하여 최대 5% 이하로 하는 것이 바람직하다.

표면 침식이 발생되지 않도록 침식 방지 대책을 수립하여야 하며 침식의 기준은 2톤/에이커/년 이하가 되어야 한다.

일반적으로 성토재는 식물의 생장에 필요한 자양분이 부족한 경우가 많으므로 식생대층 상부 15cm는 부식토 등으로 이루어져서 식물의 착근이 쉬워야 하고, 식생대층 전체는 비(非)다짐층인 것이 바람직하다. 또 바람이 심하고 강우량이 많은 지역은 지표면에 자갈을 약 15cm 덮어 빗물에 의한 침식과 바람에 의한 침식을 방지하여야 한다.

나아가 동결 심도를 조사하여 60cm를 초과하면 식생층의 두께를 높여 주어야 하고, 쥐나 두더쥐의 서식이 확인될 경우 저면에 잔 자갈을 깔아 식물의 뿌리를 갉아 먹지 못하도록 하여야 한다.

나아가 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 비위생 매립지에서 시간 경과에 따라 발생하는 가스를 포집 처리하기 위하여 상기 매립장(W)의 폐기물층(W1)에는 가스배출관(41)을 매설하고, 최종적으로 복토층(31) 및 식생대층(35) 시설 후 상기 가스배출관(41)을 연소처리시설(41A)과 연결한다.

일반적으로 상기 가스배출관은 고강도 수직 유공관(φ600mm) 내에 유공관(φ150mm)으로 이루어진 포집관과 재생골재를 충진하여 약 30m 간격으로 배열하고,

상기 수직 유공관의 상단부가 위치하는 상기 가스 배제층(미도시 됨)에는 상기 수직유공관과 연결되어 있고 상기 연소처리시설(41A)까지 이어진 SUS 수평 무공관(φ150mm)을 설치한다.

상기 차수벽체(20)에 둘러싸여 있는 침출수 저수부(W2)에는 침출수 배출관(43)이 매설되어 있고 식생대층(35) 상부의 펌프(43A)에 의하여 침출수 처리장 또는 신설 위생 매립 시설의 침출수 이송관로로 이송되어 침출수가 비위생 매립지 내에 체류하지 않고 최대한 신속히 배제되어 처리될 수 있도록 한다.

또 비위생 매립장의 상부에는 우수 및 지표수의 유입을 차단할 수 있도록 우수배제관로(45)(도 1 참조)를 설치하고, 최종 식생대층(35)의 경사각도에 의하여 외곽 집결관로를 거쳐 배제되도록 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 따른 매립장 침출수를 위한 차수벽 시스템은 기존 비위생 쓰레기 매립장의 정비 방법 중 연직차수벽 시공을 통한 안정화 처리법의 일종으로서 차수벽 시스템을 제공하여 수많은 비위생 쓰레기 매립장의 폐기물 처리에 있어 이송 처리법을 택할 경우 엄청난 예산과 시간 소요, 2차 환경오염 유발 등의 문제점 없이 가장 경제적이면서 주변 환경오염을 최소화시키고 조기 안정화를 유도할 수 있다.

이상에서 본 고안을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 차수벽 시스템을 위주로 설명하였으나 본 고안은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 고안의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 고안에 따른 기존 매립장의 침출수 유출 방지를 위한 차수벽의 설치 초기 상태를 나타내는 개략도,

도 2는 보링장치를 이용하여 주입공을 형성하는 과정을 나타낸 개략도,

도 3은 차수 벽체와 함께 식생을 위한 복토층을 형성한 차수벽 시스템의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 장입부 11: 주입공

20: 벽체 31: 복토층

W: 매립장 W1: 폐기물층

W2: 침출수 저수부 41: 가스배출관

43: 침출수배출관 B: 보링장치

Claims (3)

1. 기존 폐기물 매립장의 외곽을 따라 보링장치를 이용하여 침출수 저수부 깊이를 넘는 깊이를 갖고 상호 연결되도록 형성된 주입공들로 이루어진 장입부와,

   수용성바인더와 토사(土砂)의 혼합물이 상기 장입부에 주입 경화되어 이루어진 벽체를 포함하여 이루어진 매립장 침출수를 위한 차수벽 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 장입부의 외곽선을 따라 다짐되어 투수를 방지하도록 복토층이 매립장 폐기물층 상부에 더 구비되어 있되,

   상기 복토층 상부에는 다짐되지 않은 식생대층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 매립장 침출수를 위한 차수벽 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 매립장의 폐기물층에는 가스배출관이 매설되어 있고,

   상기 침출수 저수부에는 침출수 배출관이 매설되어 있으며,

   상기 매립장의 상부에는 우수배제관로가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 매립장 침출수를 위한 차수벽 시스템.