매립지 침출수 재순환을 통한 매립가스 증산효과 분석

심낙종 ( O Nak-jong Sim ),류돈식 ( Don-sik Ryu ),김윤희 ( Yoon-hee Kim ),김창균 ( Chang-gyun Kim ) 한국폐기물자원순환학회 2017 춘계학술연구발표회 Vol.2017 No.-

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, 4c두 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.

바이오리액터형 매립지의 매립가스 발생특성 분석 및 예측

심낙종 ( Nak Jong Sim ),류돈식 ( Don Sik Ryu ),김창균 ( Chang Gyun Kim ),이경한 ( Kyung Han Lee ) 유기성자원학회 2018 학술대회 발표자료집 Vol.2018 No.1

매립지의 계절별 온도변화와 전기비저항값의 상관성 분석

심낙종(Nak Jong Sim),류돈식(Don Sik Ryu),김창균(Chang Gyun Kim),이철희(Chul Hee Lee) 대한환경공학회 2017 대한환경공학회지 Vol.39 No.9

바이오리액터형 매립지는 매립지 내부로 침출수나 폐수 같은 수분의 공급을 통하여 폐기물의 분해를 촉진하기 위하여 운영하며, 이러한 수분 공급은 매립가스를 증산하고 결국 매립지 조기안정화에 기여한다. 최근 바이오리액터형 매립지 운영을 위한 환경법이 제정되었으며 이에 따라 국내 최초로 수도권매립지에 도입하였다. 바이오리액터형 매립지의 안정적인 적용을 위하여는 매립지 내부의 수분분포 파악이 필수적이며 이를 통해 해당 구역에 적정하게 수분이 유지되도록 한다. 이를 위하여 매립지내부 수분분포 파악을 위하여 전기비저항탐사를 실시하였다. 본 연구에서는 수도권매립지 제2매립장 내에 침출수 재순환과 함께 장기간 전기비저항탐사를 수행하였다. 그 결과, 전기비저항값이 계절적 온도 변화에 큰 영향을 받고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라 본 연구를 통해 조사된 온도와 전기비저항값의 상관관계를 통한 보정방법을 이용하여 바이오리액터형 매립지를 안정적으로 운영할 수 있도록 하였다. The bioreactor type of landfill is to operate to enhance waste decomposition by continuously supplying water such as leachate and wastewater within the landfill, which helps increase the landfill gas production, which in turn prematurely stabilize the landfill. Recently, the environmental law for the operation of the bioreactor type of landfill has been enacted and thereafter the bioreactor type of landfill has been introduced for the first time in Korea to the SUDOKWON landfill site. In order to properly apply for bioreactor to the landfill, it is necessary to investigate the water distribution inside the landfill so that water recirculation should be optimally allocated with the zone of concern. In this regard, electrical resistivity survey has been suitably performed to delineate the water distribution in the landfill. That is, it has surveyed for long-term of period that the recirculation of leachate has been properly reflected from electrical resistivity within the second landfill of SUDOKWON landfill site. As a result, the electrical resistivity immediately corresponded to the variation of the extent of the seasonal temperature dynamics. From this, a calibratrion could be accomplished by correlating between temperature and electrical resistivity obtained from this study that can be applicable for optimally monitoring to keep the ideal operating condition for the bioreactor type of landfill.

바이오리엑터형 매립장 조성을 위한 실증연구

심낙종 ( Nak-jong Sim ),원종철 ( Jong-choul Won ) 유기성자원학회 2015 학술대회 발표자료집 Vol.2015 No.1

수도권매립지 반입폐기물 성상 조사결과에 의하면, 생활폐기물의 함수율이 2002년 36.1%에서 2013년 23.1%로 급감하여 건조화한 것으로 분석되었다. 또한 2003년 하수슬러지 직매립금지, 2005년 음식물류폐기물 직매립 금지와 그동안 진행되어온 정부의 가연성 폐기물 자원화·에너지화로의 전환 정책으로 인하여 매립되는 폐기물의 건조화·무기화는 매립지내 미생물 분해 활동에 저해로 작용 할 정도로 심각하게 되었다. 매립지 건조화는 최종복토 후 우수유입이 차단된 이후에는 더욱 급속히 이루어져 매립가스 발생량 감소에 따른 자원화사업에 차질이 발생할 수 있으며, 안정화에 장기간 소요되어 그만큼 매립지 사후관리에 오랜 기간이 소요된다. 이러한 문제로 미국, 유럽 등 주요 선진국에서는 이미 오래전 매립지내에 침출수 등을 재순환하여 매립가스 발생증대 및 안정화를 촉진시키는 바이오리엑터형 매립지를 도입하여 운영하고 있다. 본 연구는 이같은 바이오리엑터형 매립지 운영 제도의 국내 도입을 위하여 수도권매립지 제2매립장 7단 2개 블록(시험구역 3C, 4C, 대조구역 3D, 4D)에 침출수 재순환시설을 설치 운영한 결과로서, 제2매립장의 총 매립용량은 약 7,800만톤으로 2000년 10월부터 매립이 진행되었으며, 실증연구 대상블럭(3C, 4C)의 7단 매립면적은 3C 86,700m2, 4C 42,300m2 이며, 매립된 폐기물 용량은 3C 351만톤, 4C 263만톤 매립되었으며, 일평균 재순환수 주입량은 2013년 10월부터 2014년 8월까지 3C 블럭에는 침출수만 234톤/일, 4C 블록은 혼합폐수로 174톤/일 주입하였으며 혼합폐수는 침출수 113톤, RO농축수 22톤, 소화처리수 등 기타 39톤으로 혼합하여 주입하였다. 재순환수 주입에 따른 사면안정성은 SLOPE/W(Geo-slope International Ltd. Canada)을 이용한 한계평형 방법(Bishop Method)으로 검토하였으며, 매립층 7단까지 전체 포화시에도 폐기물관리법시행규칙[별표9]에 따른 매립시설 사면활동에 대한 안전율 기준인 1.3이상을 만족하는 것으로 나타나, 재순환으로 인한 사면안정성에는 문제가 없는 것으로 분석되었다. 또한, 침하량 계측결과 2013년 10월부터 2014년 8 월까지 측정된 누적침하량은 39.2∼70.6cm로 시험구역과 대조구역의 큰 차이가 나타나지 않았으며, 7단 매립 후 경과일에 따른 영향이 큰 것으로 나타나 재순환으로 인한 급격한 침하 현상은 일어나지 않았다. 2013.10월 이후 재순환에 따른 매립가스 중 순메탄량은 시험구역 및 대조구역 모두 동절기로 접어듦에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 이후 2014년 하절기부터 증가하여 시험구역에서의 순메탄 포집량은 재순 환전 2013년 8월 평균과 2014년 8월 평균값을 비교하였을 때, 시험구역은 평균 9.6% 증가하였으며, 이와 반대로 대조구역은 15.3% 감소하여 재순환에 따른 상대적 포집효율 향상율은 29.3% 분석되어 재순환으 로 인한 가스 증산효과를 확인할 수 있었다. 현재 장기적인 변화에 대한 모니터링을 위하여, 지속적인 재 순환수 주입과 함께 매립장내 폐기물 성상변화와 침출수질 변화 등 다양한 항목에 대하여 분석중에 있다. 한편, 2013년 3월부터 국내 매립지의 법정 사후관리기간이 20년에서 30년으로 연장되고, 침출수 처리 및 시설물 유지관리비용의 증가 등으로 매립지 사후관리를 중도에 포기하는 사례가 빈번히 발생되고 있 다. 이에 따라 침출수 재순환을 통한 수분공급으로 폐기물 분해촉진을 통한 사후관리기간 단축 및 매립가 스 자원화·에너지화 사업을 통한 경제성 확보 등 바이오리엑터형 매립장 제도 도입이 시급한 상황이다

오염총량 개념을 적용한 매립장 사후관리종료제도 개선 방안

천승규(Seung-Kyu Chun),심낙종(Nak-Jong Sim),전은정(Eun-Jeong Jeon),류돈식(Don-Sik Ryu) 한국지반환경공학회 2021 한국지반환경공학회논문집 Vol.22 No.2

오염총량 개념을 반영한 매립장 사후관리종료제도 개선방안을 수도권매립지 제1매립장을 대상으로 적용하여 분석하였다. 매립가스 모델을 통해 분석한 메탄 잔여비율은 총 발생 가능량인 2,521×10<SUP>6</SUP> Nm³에 대하여 2020년 8.8%, 2030년 7.0%, 2040년 6.5%이었다. 2020년 이후의 표면발산 메탄량에 2005~2019년의 평균 산화율 89.1%를 적용할 경우, 실제 배출기준 메탄 잔여율은 2020년 1.01%, 2030년 0.76%, 2040년 0.70%로서 2025년 이후 메탄이 전량 표면 발산되어도 2019년 기준 표면 발산량보다 적어 사후관리 종료가 가능하였다. 침출수 수질에 대한 추이분석 결과, BOD는 2024년, COD 2047년, T-N은 2117년경에 배출허용기준을 만족할 수 있을 것으로 추정되었다. 사후관리종료를 배출부하량을 기준으로 변경할 경우 BOD는 현 시점에서 그리고 COD도 수년 내 사후관리종료가 가능하나, T-N의 경우 2041년 이후에나 가능하여 근본적인 관리방식의 전환이 필요한 것으로 분석되었다. A method of improving the post-management end system of a landfill that reflected total pollutant load was applied to the SUDOKWON 1st Landfill Site. Modeling results showed that the ratio of remaining methane, when compared to the total maximum potential of 2,521 × 10<SUP>6</SUP> Nm³, was estimated to be 8.8% in 2020, 7.0% in 2030, and 6.5% in 2040. If the average oxidation rate of 89.1% in 2005-2019 was applied, the ratio decreased by 1.01% in 2020, 0.76% in 2030, and 0.70% in 2040. This suggests that if the amount of methane generated is all emitted from the surface of the landfill after 2025, the real amount emitted to the atmosphere is less than that in 2019; therefore, the post-management end is possible. According to the results of trend analysis of the quality of leachate water, effluent criteria for Biochemical Oxygen Demand (BOD) can be satisfied in 2024, while those for Chemical Oxygen Demand (COD) and Total Nitrogen (T-N) can be satisfied in 2047 and 2117, respectively. If the post-management end system changed based on total pollutant load, the post-management can be terminated BOD today and COD within a few years; however, the fact that T-N could be terminated only after 2041 shows the need to fundamentally change management methods.

수도권매립지에서의 침출수 처리 특성

이정우 ( Jung-woo Lee ),이환규 ( Hwan-kyu Lee ),원종철 ( Jong-choul Won ),함종훈 ( Jong-hun Ham ),조준호 ( Joon-ho Cho ),이원근 ( Won-keun Lee ),심낙종 ( Nak-jong Sim ) 한국폐기물자원순환학회 2002 APLAS Vol.2002 No.2

수도권 매립지에서 발생하는 침출수는 건기에 비해 우기에 30% 이상 증가하는 것으로 나타났다. 질적인 면에서 보면, 매립이 종료된 1993년에 약 7,000 mg/L이던 BOD(생화학적 산소 요구량) 농도가 2001년에는 약 270 mg/L로 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 반면, 1993년에 약 600mg/L였던 질소 농도는, 매립이 종료된 2000년에 2,200 mg/L로써, 점차 증가하는 것으로 나타났다. 탈질 및 질산화 공정 운전 결과를 보면, 유기물질은 MLVSS 7,000~9,000 mg/L, HRT 6.3 days, 수온 30~40℃ 조건에서 약 99%의 BOD 제거율, 약 94%의 CODcr 제거율을 나타내었다. 3.0 이상 C/N비(BOD/NH4+-N), 반송율 7Q 및 위에서 언급한 조건에서 질소 제거는 T-N으로써 약 80%, NH4+-N으로 약 99%의 안정적인 제거효율을 나타내었다. 응집 공정 결과를 보면, RC13의 농도가 약 400 mgFe3+/L로 유지될 때, 약 55%의 처리 효율을 나타내었다. 펜톤 산화 공정 결과를 보면, 펜톤 반응제 농도가 방류수의 색도와 경제적 특성을 고려시 140 mgFe2+/L, 100mgH2O2/L 를 나타내었다. 이러한 점으로부터, 반응제 (Fe2+/H2O2) 의 적정 농도는 약 1.4로 확인되었다. The quantity of leachate from Sudokwon landfill site was found to increase 30% in the rainy seasons than in dry seasons. With regard to water quality, BOD(Biochemical Oxygen Demand) was found to rapidly decrease to about 270 mg/L in 2001 when the landfill was completed from about 7,000 mg/L in 1993, one year after landfill started. On the other hand, nitrogen was found to gradually increase from about 600 mg/L in 1993, up to 2,200 mg/1 in 2000 when the landfill was completed.. As a result of operating denitrification and nitrification process, the organic material showed treatment efficiency of about 99% for BOD and 94% for CODCr at MLVSS of 7,000~9,000 mg/L, HRT of 6.3 days, and water temperature of about 30~40℃. Nitrogen showed stable treatment efficiency of over about 80% for T-N and about 99% for NH4+-N at C/N(BOD/NH4+-N) of over 3.0 and return ratio of about 7Q in addition to above conditions. As a result of operating coagulation process, it showed the treatment efficiency of about 55% when concentration of FeC13 was maintained at about 400 mgFe3+/L. As a result of operating fenton oxidation, fenton reagent concentration was about 140 mgFe2+/L, 100 mgH2O2/L in consideration of color and economic feature of discharge water. In this regard, proper concentration of reagent(Fe2+/H202) was found to be about 1.4.

Scholl Canyon 모델을 이용한 침출수 재순환의 매립가스 발생 영향 비교

이영민 ( Young-min Lee ),이경호 ( Kyung-ho Lee ),심낙종 ( Nak-jong Sim ),전은정 ( Eun-jeong Jeon ) 한국폐기물자원순환학회 2018 추계학술연구발표회 Vol.2018 No.-

수도권매립지는 혐기조건으로서 발생되는 매립가스를 50MW 발전에 이용하고 있다. 발전소를 원활하게 운영하기 위해서는 일정한 유량과 높은 메탄 농도가 필요하기 때문에, 매립가스 포집효율을 높이고 양을 늘리기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 그 중에서 바이오리엑터를 이용한 침출수 재순환 방식은 매립층 내부에 수분을 공급하여 가스 발생속도를 조절하는 방법으로써, 최적의 폐기물 분해환경을 만들어 매립지를 조기안정화하고 메탄가스량을 확보하는 방법이다. 현재 바이오리엑터 실증실험이 수도권매립지의 2매립장 일부 지역에서 수행중이다. 그 동안의 결과, 대조군과 비교하여 추가적인 가스가 발생하였으며 효과를 입증하였다. 수도권매립지 2매립장의 경우 Scholl Canyon Model과 유사한 가스 발생패턴을 보였다. 그에따라 본 연구에서는 Scholl Canyon Model을 이용하였고, 메탄발생속도상수(k)의 값을 변화시킴으로써 침출수 재순환의 영향을 반영하였다. 그리고 연도별 추가적인 가스발생량을 비교하였다. 재순환된 침출수가 매립지 내부에 침투되어 분해를 촉진시키는 데에는 일정한 시간이 필요하다. 따라서 매립가스의 발생량과 침출수의 재순환량과의 상관성을 시계열과 함께 통계적으로 분석하고, 재순환량에 따라 매탄발생속도상수의 변화를 적용한다면 침출수 재순환에 따른 더욱 정확한 메탄발생량을 예측할 수 있을 것이다. 사사: 이 논문은 수도권매립지관리공사의 “수도권매립지 온실가스 배출특성 파악 및 산정방법 개선”에서 지원받았으며 이에 감사드립니다.

국내외 건설폐기물로 인한 황화수소(H<SUB>2</SUB>S) 발생 및 저감방안

안상우(Sang Woo An),장순웅(Soonwoong Chang),전은정(Eunjeong Jeon),심낙종(Nak-Jong Sim),류돈식(Don Sik Ryu) 대한토목학회 2017 대한토목학회지 Vol.65 No.5