폐기물 매립지의 장기침하거동에 관한 연구 = A Study of Long-term Settlement Behavior of Waste Landfill

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 1990년대 이후 국내 폐기물 관련 정책변화에 따른 매립지 폐기물의 조성변화를 분석하고 이를 반영하여 다단계 매립지인 수도권 제1, 2매립지 폐기물의 침하거동 및 특성을 파악하였다. 이를 위하여 제1, 2매립지에 매립된 폐기물의 수분, 매립량 및 반입비율, 물리적 조성의 변화를 분석하고, 매립지에 설치된 토압계 자료를 통하여 폐기물 단위중량을 산정하였다.
제1매립지 사면부 13개 블록, 제 2매립지 총 14개 블록에서의 폐기물 단별 침하량 자료들을 이용하여 폐기물 침하특성이 반영된 압축지수를 산정하고, 폐기물 정책변화와의 연관성을 분석한 결과 제 1매립지 생활폐기물의 1차 압축지수(Cc)는 생활폐기물 내 연탄재 함량이 감소한 반면 압축성이 큰 음식물, 종이, 플라스틱 비율이 소폭 증가함에 따라 증가하였다. 제2매립지의 1차 압축지수(Cc)는 생활폐기물을 감소시키는 정책들이 꾸준히 제정 및 시행됨에 따라 생활폐기물의 양이 꾸준히 줄어들며 감소하였다. 제1, 2매립지에 매립된 폐기물의 2차 압축지수(Cα)는 폐기물 감소정책들의 영향에 따라 감소하였다.
제1매립지 중앙부 E, H, K블록에서 약 27년간 계측된 장기침하데이터와 기존에 제안된 5가지 침하모델들을 이용하여 폐기물의 장기침하거동을 분석한 결과 Sowers 모델로 예측된 침하량은 실측침하량보다 과소평가되었고, Logarithmic function 모델과 Power creep law 모델을 이용하여 산정한 예측침하량은 실제 침하량보다 과대평가되는 것으로 나타났다. 또한, 매립완료이후에 생물학적 분해와 잔류침하를 함께 모사하는 침하모델을 포함한 복합압축모델을 제안하였다. 제안한 모델은 현장실측데이터를 이용하여 검증한 결과 실측침하량을 잘 모사하는 것으로 나타났다.
마지막으로 바이오리액터 공법연구의 일환으로 모형매립조를 이용한 실내침하실험을 수행하여 음폐수가 폐기물의 생물학적 분해촉진에 미치는 영향을 검토하였다. 그 결과 음폐수를 침출수와 함께 폐기물에 재순환하는 경우 강우조건만을 재현한 경우와 침출수만 재순환한 경우보다 폐기물 침하를 각각 약 2.9배, 약 2배 가속화할 수 있음을 확인하였다. 실험결과를 통하여 음폐수를 침출수와 함께 폐기물 매립지에 재순환하는 경우 폐기물 침하를 가속화시켜 추가 매립공간을 확보할 수 있고 매립지 조기안정화에 도움이 될 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, the composition of wastes was investigated based on the changes in domestic waste-policies after the 1990s, and the settlement behavior and characteristics of wastes in Sudokwon landfills #1 were analyzed. Moisture content, amounts& content of disposal, and the change in the physical composition of wastes was collected and examined to reach the research goal. The unit weight of wastes was determined through data analysis of earth-pressure cells which are placed in landfills #1 & #2.
The compression indices, which characterize the waste settlement, were determined using settlement data. They were measured at each lifts from 13 blocks of landfill #1’s slope and 14 blocks of landfill #2. The compression indices were then compared with the changes of waste policy. According to the results the primary compression indices(Cc) on MSW of landfill #1 showed a downward trend due to a reduction in reclaimed coal briquette ashes and a slight increase in the proportion of foods, papers, and plastics, which have large compressibility, in the landfill wastes. The primary compression indices on landfill #2 also presented a decreasing tendency based on enactment and enforcement of waste policies which MSW could reduce. The secondary compression indices(Cα) showed a downward trend depending on the effect of waste policy to reduce the wastes.
The settlement behavior of the waste landfill was analyzed using long-term settlement data measured during 27 years at E, H, and K blocks in landfill #1’s center and the five settlement models proposed by other researchers. As a result, it showed that the settlement predicted by Sower model was underestimated and the settlement from Logarithmic function & Power creep law models was overestimated in comparison with the measured settlement. The composite compression model was also proposed in this study. This model could simulate both the biological degradation and the residual settlement of wastes. On the validation stage, the proposed model in this study was demonstrated to simulate well the field data measured at landfill #1.
Subsequently, laboratory-scale settlement tests were performed as a part of the study on the bioreactor landfilling method in order to examine the acceleration of the wastes' biological degradation based on the recirculation of food waste leachate(FWL). As a result, it was confirmed that the recirculation of FWL with leachate can accelerate the waste settlement 2.9 times and 2 times when compared to distilled water injection or leachate recirculation, respectively. From the results of the experiment, it was determined that recirculation FWL with leachate could be beneficial to obtain additional reclamation spaces from the acceleration of waste settlement and would lead to early stabilization of waste landfills.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 개요 1
• 1.2 연구범위 및 내용 3
• 제 2 장 매립지 침하관련 문헌 연구 7
• 2.1 개요 7
• 2.2 폐기물 매립지 분류와 국내ㆍ외 매립지 비교 8
• 2.2.1 설치위치에 따른 매립지 분류 8
• 2.2.2 운영방식에 따른 매립지 분류 9
• 2.2.3 국내ㆍ외 매립지 14
• 2.3 국가 폐기물 관련정책 17
• 2.3.1 폐기물 관련법 및 정책의 변화 17
• 2.3.2 폐기물의 정의 및 분류 20
• 2.3.3 폐기물 종류에 따른 매립지 차수시스템 21
• 2.4 폐기물의 침하메커니즘 22
• 2.4.1 즉시 침하 또는 응력작용에 따른 침하 25
• 2.4.2 역학적인 크리프에 의한 침하 26
• 2.4.3 생물학적인 분해에 의한 침하 27
• 2.4.4 최종 역학적 크리프에 의한 잔류침하 30
• 2.5 폐기물 침하 예측과 제안된 예측 모델 31
• 2.5.1 토질역학에 기반한 모델 34
• 2.5.2 경험적 모델 40
• 2.5.3 유동학적 모델 44
• 2.5.4 생물학적 기작을 포함한 모델 46
• 2.5.5 복합압축모델 48
• 2.6 폐기물의 침하관련 공학적 특성 50
• 2.6.1 폐기물 단위중량 50
• 2.6.2 폐기물 포장용수량 55
• 제 3 장 연구대상 매립지 현황 61
• 3.1 대상 매립지의 지반특성 63
• 3.2 폐기물 매립방식 64
• 3.3 매립지 매립가스 변화 65
• 3.4 매립지 폐기물의 성상 변화 66
• 3.4.1 매립지 반입폐기물의 삼성분 변화 67
• 3.4.2 함수율과 함수비 71
• 3.4.3 매립지 폐기물의 매립량 및 반입비율 변화 73
• 3.4.4 매립지 반입폐기물 비중산정을 위한 물리적 조성 변화분석 77
• 3.5 매립지에 설치된 계측기기와 자료분석 81
• 3.5.1 계측기기 81
• 3.5.2 매립지 토압계 분석 85
• 3.5.3 폐기물의 단위중량 산정 87
• 3.5.4 폐기물의 비중 및 초기 간극비 산정 93
• 3.5.5 매립지 침출수위 99
• 제 4 장 폐기물 매립지의 장기침하분석 111
• 4.1 개요 111
• 4.2 매립고에 따른 매립지 폐기물의 단별 침하량 분석 112
• 4.2.1 제1매립지 중앙부 폐기물 단별침하 분석 114
• 4.2.2 제1매립지 사면부 폐기물 단별침하 분석 122
• 4.2.3 제2매립지 폐기물의 단별침하 분석 126
• 4.3 2000년 10월 운영종료 후 19년이 경과한 제1매립지의 침하분석 128
• 4.3.1 회귀분석을 이용한 폐기물 8단 침하량 예측 129
• 4.3.2 E, H, K 블록 폐기물의 시간에 따른 매립고 및 전체침하량의 변화 분석 130
• 4.4 폐기물의 생분해성 물질함량과 함수율에 따른 침하분석 137
• 4.4.1 제1매립지 E, H, K블록 137
• 4.4.2 외국사례 139
• 4.5 제1매립지 장기침하 분석에 의한 잔류침하일의 결정 142
• 4.5.1 개요 142
• 4.5.2 폐기물의 잔류침하메커니즘 142
• 4.6 소결 149
• 제 5 장 폐기물 압축지수 분석 151
• 5.1 개요 151
• 5.2 폐기물 압축지수 산정을 위한 Sowers 모델의 적용 151
• 5.3 폐기물 1, 2차 압축지수의 분석 157
• 5.3.1 압축지수의 연도별 변화 157
• 5.3.2 제1, 2매립지 폐기물 압축지수와 초기간극비의 관계 161
• 5.4 폐기물 분해용이성과 2차 압축지수 간의 상관관계 174
• 5.4.1 현장 데이터에서 산정된 2차 압축지수를 이용한 분석 174
• 5.4.2 전통적인 방식 및 바이오리액터형 매립지 폐기물의 분해용이성에 따른 2차 압축지수의 차이분석 179
• 5.5 Sowers 모델을 이용한 폐기물 예측침하량과 실측침하량의 비교 181
• 5.6 소결 183
• 제 6 장 폐기물 장기침하모델 적용 및 제안 185
• 6.1 개요 185
• 6.2 침하모델로 예측한 폐기물 침하량과 실측 침하량의 비교 187
• 6.2.1 E블록의 단별 실측침하량과 예측침하량의 비교 190
• 6.2.2 H블록의 단별 실측침하량과 예측침하량의 비교 195
• 6.2.3 K블록의 단별 실측침하량과 예측침하량의 비교 199
• 6.2.4 E, H, K블록전체 실측침하량과 예측침하량의 비교 203
• 6.3 다단계 매립지의 잔류침하거동 모사 모델 제안 210
• 6.3.1 잔류침하거동 모사 모델의 개념과 구성 210
• 6.3.2 침하모델링 결과 및 적용 파라메터 214
• 6.3.3 잔류침하거동을 모사한 Hossain and Gabr(2005) 모델과 본 연구에서 제안한 침하모델의 비교 219
• 6.4 소결 223
• 제 7 장 바이오리액터 공법 적용성 분석을 위한 실내 침하모형실험 225
• 7.1 실험개요 225
• 7.2 바이오리액터 공법에 음폐수 적용 연구배경 및 동향 226
• 7.3 모형매립조 및 실험재료 229
• 7.3.1 모형 매립조와 측정기기 229
• 7.3.2 폐기물 233
• 7.3.3 복토재와 자갈층 237
• 7.4 실험조건 239
• 7.4.1 모형매립조 운용방식 239
• 7.4.2 인공강우조건 주입율 239
• 7.4.3 침출수 재순환량 241
• 7.4.4 음폐수 주입량과 적정농도의 결정 245
• 7.5 실험 결과 249
• 7.5.1 침출수 수질분석 249
• 7.5.2 시간경과에 따른 폐기물 침하곡선 254
• 7.5.3 모형매립조와 실제 매립지 현장의 폐기물의 침하특성 분석 255
• 7.6 소결 258
• 제 8 장 결 론 259
• 참 고 문 헌 261
• 부 록 284

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