침출수 재순환에 따른 관리형매립지의 매립가스 증산효과 분석

심낙종,원종철 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2014 No.11

국내 폐기물 매립시설은 하수슬러지(2003년) 및 음식물류 폐기물의 직매립금지(2005년)로 인하여 매립 폐기물 특성이 수분이 많은 폐기물 중심에서 소각재, 건설폐기물 등 건조한 폐기물 중심으로 바뀌었고, 또한 매립지의 최종복토층 설치기준 강화로 인해 강우 침투가 제한되어 매립지의 건조화는 급속히 진행되어 미생물 분해 활동에 제한이 생길 정도록 건조화 되고 있다. 이같은 현상이 지속되면 매립가스 발생량이 감소하며, 안정화에 장기간 소요되어 그만큼 매립지 사후관리에 오랜시간이 소요될 것이다. 이에따라 주요 선진국들에서는 일찍이 매립지내에 침출수 등을 재순환하여 매립가스 발생증대 및 안정화를 촉진시키는 제도를 도입하여 바이오리엑터 공법 기술개발에 노력을 기울이고 있으며, 국내에서는 수도권매립지관리공사를 중심으로 활발히 실증연구가 진행중에 있다. 한편, 수도권매립지 제2매립지 7단 2개 블록에 약 9개월간 일평균 408.7m³, 총 7.4만m³ 주입한 결과, 폐기물 층내 함수율 변화는 3m 깊이에서 주입 전 대비 평균 3.25%증가, 8m 깊이에서는 주입전 대비 4.68% 증가하였으며, 같은 기간 매립가스 포집량은 순메탄 기준으로 대조구역 대비 평균 29.3% 증대되었으며, 전년 동월대비 기준으로는 약 10% 증가하는 것으로 나타나 침출수 재순환으로 인한 함수율 증가로 매립지내 생물분해가 촉진되고 있는 것으로 판단된다.

침출수매립시설환원정화설비 설치·운영 경제성 평가

심낙종,전은정,이형돈,이재일,류돈식,김윤희 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

최근 환경부는 생활폐기물매립시설의 조기안정화와 사후관리비용 절감을 위하여 침출수매립시설환원정화설비 설치근거를 폐기물관리법 시행규칙 개정을 통하여 마련하였다(2016년). 침출수매립시설환원정화설비는 국내 폐기물 매립시설이 하수슬러지(2003년) 등 유기성폐기물의 직매립 금지로 인하여 매립지 내부가 매우 건조화됨에 따라 이를 해결하기 위하여 매립지에서 발생되는 침출수를 매립지 내부로 다시 재순환해 주는 바이오리액터형 매립장 조성을 위한 설비이다. 이같이 매립지내에 수분 공급을 통하여 생물학적 반응을 촉진하게 되면 가스 발생량은 증가된다. 이에 따라 동 시설은 생활폐기물 매립시설 중 매립가스 발전·연료화 처리시설을 설치·운영하는 매립시설에 한해 설치할 수 있도록 제한되었다. 수도권매립지관리공사는 일찍이 침출수매립시설환원정화설비 현장적용을 위하여 2013년 수도권매립지 제2매립장 7단 3C, 4C 두 개 블럭 약 15만 m²에 침출수 재순환시설을 설치하여 그해 10월부터 2016년 현재까지 약 20여만 m³의 침출수를 재순환하고 있으며, 그 결과 폐기물층내 함수율 변화는 주입 전 대비 평균 약 3% 증가하였고, 같은 기간 매립가스 포집량은 순메탄 기준 대조구역 대비 평균 36.7% 증대되었다. 이러한 운영결과를 토대로 수도권매립지 제2매립장 전체 면적에 동 설비를 설치하여 10년간 운영 하였을 때의 경제성을 평가하였다. 경제성 평가에 사용된 비용중 직접공사비는 실증연구사업에서 도출된 건설비를 기준으로 각 블록별 면적을 고려하여 산출하고 재순환수 공급, 환경관리비 및 통합감시 제어시스템 비용을 반영하였다. 또한 운영비는 실증연구사업 수행기준 전력비, 인건비, 기타비용 등을 포함하여 10년간 일일 4200톤 재순환을 기준으로 산출하였다. 수도권매립지 제2매립장에 침출수매립시설환원정화설비 설치·운영에 따른 편익은 침출수의 매립지 내 재순환에 따른 침출수 처리비용 절감 편익과 매립가스 증산에 따른 발전판매비용 편익의 직접적인 편익과 동 설비 운영에 따라 사후관리비용 절감, CERs 판매수익 등의 간접편익을 고려할 수 있다. 그러나 본 경제성 평가에서는 이러한 간접편익은 제외하고 직접편익만을 기준으로 경제성 평가를 실시하였다. 그 결과 침출수 처리비용 절감편익은 896억원, 매립가스 발전 편익 1,527억원이 발생하였고 비용으로 침출수 매립시설환원정화설비 건설비용 522억원, 운영비용 436억원(10년기준)이 소요되어 순편익 604억원, 편익/비용 (B/C rario)은 1.81로 매우 경제성이 높은 것으로 평가되었다. 최근 전력 계통한계단가(SMP)가 하락추세이므로 실제 매립가스 발전 편익은 낮아질 수 있겠지만, 매립지 조기 안정화에 따른 사후관리비용 절감과 매립부지 조기 이용효과 등의 추가적인 기대효과를 고려한다면 경제성이 매우 높은 것으로 평가된다.

침출수 재순환에 따른 매립가스 증산효과 평가

심낙종,류돈식,이호연 대한환경공학회 2018 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2018 No.11

바이오리액터 매립장에 대한 전기비저항 탐사 기법 고찰

심낙종,전은정,이재일,류돈식,김윤희,김철희 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2016 No.11

수도권매립지의 경우 하수슬러지 등 유기성 폐기물의 직매립금지로 인하여 매립되는 폐기물의 건조화가 심각한 상태이다. 현재 매립지 내부 함수율은 미생물에 의해 분해활동이 원활히 이루어지는 45%에 크게 못미치는 30% 수준으로 나타났다. 이같은 현상은 비단 수도권매립지에 국한된 문제가 아닌 전국 매립지에 해당되는 현상일 것이다. 또한, 매립종료 후 최종복토 후에는 우수의 유입도 차단됨에 따라 매립지 내부 건조화 문제는 더욱 더 심화되는 것은 자명한 사실이다. 이와같이 건조화가 심화되면 폐기물분해 지연에 따라 매립지 사후관리 기간은 더욱 길어지게 되며 그만큼 각 매립지 관리주체들의 비용부담은 증가하게 될 것이다. 정부는 이러한 문제점의 해결을 위해 금년 4월 폐기물관리법 시행규칙을 개정하여 매립지 내부로 침출수를 재순환할 수 있는 침출수매립시설환원정화설비 관련 규정을 시행하였으며, 침출수를 매립지로 재순환하여 매립지 건조화 문제를 최소화할 수 있는 방안을 마련하였다. 비록 침출수외에 폐수 같은 다른 수분 공급원의 재순환까지 허용하는 적극적인 수단은 아니지만, 침출수를 재순환함에 따라 매립지 건조화가 심화되는 것은 방지할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 침출수 재순환에 따른 매립지 내부 수분 분포파악을 위하여 전기비저항 탐사를 수행하여 매립지 내부의 수분분포 특성 파악을 위한 적정 탐사기법을 개발하고자 하였다. 일반적으로 전기비저항 탐사는 지하 매설물이나 지질현황 파악을 위하여 쓰이며, 저수지 등의 제방 안정성 파악에도 많이 사용되고 있다. 그러나 매립지의 경우 다양한 폐기물들이 매립되어 있어 토질이나 저수지 제방과 같이 매질이 균질한 상태가 아닌, 매우 불균질한 상태이며, 계절에 따른 온도변화, 중간 복토층에 따른 비저항 탐사 값의 간섭현상 등 다양한 변수가 존재하여 결과값의 해석에 많은 어려움이 있다.

바이오리엑터형 매립장의 매립가스 발생특성 분석

심낙종,류돈식,김윤희,이경한 한국폐기물자원순환학회 2015 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2015 No.11

바이오리엑터형 매립장은 1970년대 석유파동(Oil-shock) 이후 미국 등을 중심으로 석유를 대체할 수 있는 에너지원의 하나로서 폐기물 분해과정에서 발생되는 메탄가스를 매립지로부터 최대한 단시간에 많이 회수하고자 하는 목적으로 활발히 개발 되었다. 즉, 매립지를 바이오리엑터라는 거대한 생물반응조의 개념으로 접근하여 폐기물이 활발하게 분해가 될 수 있도록, 수분 등을 인위적으로 공급하는 등의 방법을 통하여 폐기물 분해를 촉진하는 새로운 매립지 관리방식이다. 한편, 국내 폐기물 매립시설은 하수슬러지(2003년) 등 유기성폐기물의 직매립 금지로 인하여 매립지에 반입되는 폐기물의 특성이 무기화, 건조화 되고 있으며, 또한 악취방지 등 주변지역 환경개선을 목적으로 매립지 복토기준을 강화하여 시행하고 있다. 이에 따라 매립지로 유입되는 수분은 급격히 감소하여 매립층 내부는 매우 건조화 되고 있다. 만약 이 같은 현상이 지속되면 매립가스 발생량이 감소하여 매립가스 발전사업에 차질이 발생하고, 또한 안정화에 오랜 시간이 소요됨에 따라 그만큼 매립지 사후관리에 어려움이 발생할 것이다. 이와 같은 이유로 국내에도 바이오리엑터형 매립장 제도의 도입이 절실히 요구되고 있다. 수도권매립지관리공사는 이 같은 바이오리엑터형 매립지의 현장적용을 위하여 2013년부터 수도권매립지 제2매립장 7단 3C, 4C 두 개블럭 약 15만㎡에 침출수 재순환시설을 설치하여 2013년 10월부터 2015년 8월말 현재까지 약 18개월간 일평균 약 428㎥, 총 168,570㎥의 침출수를 재순환하였다. 그 결과, 폐기물층내 함수율 변화는 주입전 대비 평균 약 3% 증가하였으며, 같은 기간 매립가스 포집량은 순메탄 기준으로 대조구역의 상대적 감소량 대비 평균 36.7% 증대된 것으로 나타나 침출수 재순환으로 인한 수분공급으로 매립지내 생물분해가 촉진되고 있는 것으로 판단된다.

바이오리엑터형 매립장의 매립가스 발생특성 분석

심낙종,류돈식,김윤희,이경한 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2015 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2015 No.-

바이오리엑터형 매립장은 1970년대 석유파동(Oil-shock) 이후 미국 등을 중심으로 석유를 대체할 수 있는 에너지원의 하나로서 폐기물 분해과정에서 발생되는 메탄가스를 매립지로부터 최대한 단시간에 많이 회수하고자 하는 목적으로 활발히 개발 되었다. 즉, 매립지를 바이오리엑터라는 거대한 생물반응조의 개념으로 접근하여 폐기물이 활발하게 분해가 될 수 있도록, 수분 등을 인위적으로 공급하는 등의 방법을 통하여 폐기물 분해를 촉진하는 새로운 매립지 관리방식이다. 한편, 국내 폐기물 매립시설은 하수슬러지(2003년) 등 유기성폐기물의 직매립 금지로 인하여 매립지에 반입되는 폐기물의 특성이 무기화, 건조화 되고 있으며, 또한 악취방지 등 주변지역 환경개선을 목적으로 매립지 복토기준을 강화하여 시행하고 있다. 이에 따라 매립지로 유입되는 수분은 급격히 감소하여 매립층 내부는 매우 건조화 되고 있다. 만약 이 같은 현상이 지속되면 매립가스 발생량이 감소하여 매립가스 발전사업에 차질이 발생하고, 또한 안정화에 오랜 시간이 소요됨에 따라 그만큼 매립지 사후관리에 어려움이 발생할 것이다. 이와 같은 이유로 국내에도 바이오리엑터형 매립장 제도의 도입이 절실히 요구되고 있다. 수도권매립지관리공사는 이 같은 바이오리엑터형 매립지의 현장적용을 위하여 2013년부터 수도권매립지 제2매립장 7단 3C, 4C 두 개블럭 약 15만㎡에 침출수 재순환시설을 설치하여 2013년 10월부터 2015년 8월말 현재까지 약 18개월간 일평균 약 428㎥, 총 168,570㎥의 침출수를 재순환하였다. 그 결과, 폐기물층내 함수율 변화는 주입전 대비 평균 약 3% 증가하였으며, 같은 기간 매립가스 포집량은 순메탄 기준으로 대조구역의 상대적 감소량 대비 평균 36.7% 증대된 것으로 나타나 침출수 재순환으로 인한 수분공급으로 매립지내 생물분해가 촉진되고 있는 것으로 판단된다.

매립지 침출수 재순환에 따른 매립가스 발생특성 분석

심낙종,전은정,류돈식,김윤희,이경한 대한환경공학회 2016 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2016 No.11

매립지 침출수 재순환을 통한 매립가스 증산효과 분석

심낙종,류돈식,김윤희,김창균 한국폐기물자원순환학회 2017 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2017 No.05

핀란드 등의 유럽국가와 미국에서는 이미 오래전부터 매립지로 침출수를 재순환하고 있다. 이들 국가는 크게 두가지 목적으로 침출수를 재순환한다. 첫째, 소규모 매립지의 경우 별도의 침출수 처리시설이 없어 침출수처리 목적으로 매립지 내부로 침출수를 재순환하는 것이고, 두 번째는 건조한 지역의 매립지에서 수분공급을 통한 폐기물 분해활성화를 위해 재순환하는 것이다. 이러한 분해활성화는 매립가스 증산과 매립지 조기 안정화에 기여한다. 이들 국가의 재순환 방법은 단순히 살수차를 이용하여 매립현장에 침출수를 직접 살포하는 방식에서부터, 매립지 내 폐기물 층에 수평형 또는 수직형의 주입시설을 설치하여 매립지 내부로 주입하는 형태의 방식도 적용하고 있다. 국내의 경우, 최근까지 침출수를 매립지로 재순환할 수 있는 법적 근거가 없었으나, 2016년 4월에 그 근거가 마련되었다. 즉 매립지로 반입되는 폐기물의 성상이 하수슬러지 등 유기성 폐기물의 직매립 금지로 인해 매우 건조화 되었고, 또한 복토 기준 강화로 인해 매립지 내부로 우수의 유입도 크게 차단되어 매립지 내부가 많이 건조화 되었다는 것을 정부에서도 인식한 것이다. 본 연구에서는 수도권매립지 제2매립장내 2개블럭에 대하여 침출수 재순환을 통한 함수율 변화와 이에따른 매립가스 포집량 변화를 관찰하여 매립가스 증산에 어떠한 영향을 미치는지 파악하고자 하였다. 이에 3c, 4c 두 개 블록에 침출수 재순환시설을 설치하여 2013년 10월부터 2016년 12월까지 약 24만 m³의 침출수를 재순환하고 매립량 및 매립경과기간이 유사한 3d, 4d 블록과 함께 매립가스 포집량 등을 조사하였다. 그 결과 매립가스 포집량이 순메탄량 기준으로 대조구역 대비 1차년도 28.2%, 2차년도 36.7%, 3차년도에 60.6%의 증가율을 나타낸 것으로 조사되어 침출수 재순환이 매립가스 증산에 크게 영향을 미치며 이를 통해 매립가스 자원화사업에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 판단되었다.

소각재 및 고화슬러지의 매립가스 중 H2S 흡착능 평가

심낙종,심명화,이경호,류돈식 대한환경공학회 2017 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2017 No.11

D-32 : 온실가스(CO2) 탄산화를 통한 생활폐기물 소각 바닥재의 매립지내 순환골재 이용가능성 연구

심낙종,전은정,원종철,천승규,계상범 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

제4차 전국폐기물 통계조사(‘13.3, 환경부)에 따르면 현재 국내에서는 년간 1,593천톤의 소각재가 발생하며 그중 대부분인 1,227천톤(약 77%)은 단순매립으로 처리되고 있고, 단지 366천톤(약 23%)의 소각재만이 재활용되고 있다. 그러나 최근 수도권 자치단체의 “매립폐기물 제로화” 선언, 매립부담금, 순환자원 사용 확대 등을 주요골자로 하는 “자원순환사회 전환촉진법” 제정 등이 추진되고 있어 그 어느 때 보다도 더욱 새로운 대안모색이 절실히 요구되고 있다. 본 연구는 대부분 매립에 의존하던 생활폐기물 소각 바닥재를 매립지내 매립가스 소각후 발생되는 배가스를 이용하여 탄산화과정을 통해 지구온난화물질인 CO2는 소각재에 포집하고 소각재는 유해 중금속의 용출이 억제된 순환골재로 재활용하고자 하는 실증연구로 진행되었다. 반입된 소각재는 불순물 제거, 입도선별, 철분류 등의 전처리를 거친후 2차 입도선별을 통하여 100 mesh 이상의 큰 입자는 입자표면에 탄산염층을 생성하는 건식 탄산화 공정과 탈염 공정 등 안정화 과정을 거쳐 순환골재로 재생되며, 생산된 순환골재의 도로용 보조기층재로서의 적합여부를 확인하기 위하여 한국건설생활환경시험연구원에 순환골재 시험분석을 의뢰한 결과 도로보 조기층용 순환골재(KS규격 KS F 2474)와 비교한 결과 기준에 적합한 것으로 확인되었다. 본 연구는 환경부 차세대 핵심환경기술 개발사업의 연구비 지원으로 수행되었으며, 이에 감사드립니다.