2011 가축 매몰지 침출수 소각처리 방안...

발간 등 록번 호 NIER-RP2011-1332

11-1480523-000886-01

가축 매몰지 침출수 소각처리 방안 연구

환경자원연구부 폐자원에너지연구과

김기헌, 박재성, 류지연, 김삼권, 손준익, 정해영, 홍용희, 김민영, 차준석, 오길종

A Study on the Incineration Treatment of

Leachate from Livestock Carcass Areas

KiHeon Kim, JaeSung Park, JiYeon Ryu, SamCwan Kim, JunIK Son,

HeaYoung Jung, YongHee Hong, MinYoung Kim, JunSeak Cha, Giljong Oh

Waste-to-Energy Research Division

Environment Resources Research Department

National Institute of Environmental Research

2011

목 차❚

i

목 차

목 차 ························································································································ ⅰ표 목 차 ························································································································ ⅱ그 림 목 차 ·················································································································· ⅲAbstract ·························································································································· ⅳ

Ⅰ. 서 론 ······················································································································· 1

Ⅱ. 연구 내용 및 방법 ································································································ 2 1. 살처분 가축의 구성 및 침출수 특성 ································································· 2 2. 국내 ․ 외 가축 매몰지 침출수 관련 사례조사 ················································· 2 3. 오염 토양 열처리 기술 조사 ············································································· 2 4. 톱밥․토양의 기초 특성 조사 ················································································· 3 5. 침출수 소각 처리 방안 검토 ··············································································· 5 6. 열탈착 시설 실증 실험 ························································································· 5 7. 최적 투입량 산정 ··································································································· 9

Ⅲ. 연구 결과 및 고찰 ······························································································ 10 1. 살처분 가축의 구성 및 침출수 특성 ··························································· 10 2. 국내·외 가축 매몰지 침출수 관련 사례조사 ··············································· 12 3. 실증 실험 대상 침출수 ····················································································· 17 4. 톱밥의 특성 ········································································································· 18 5. 고정식 소각로 적용성 실험 결과 ····································································· 21 6. 열탈착 시설 실증 실험 결과 ············································································· 21 7. 최적 투입조건 산정 ····························································································· 27

Ⅳ. 결 론 ····················································································································· 31참 고 문 헌 ·················································································································· 32

목 차❚

ii

표 목 차

<표 1> 적용성 실험조건 ······························································································ 5<표 2> 실험 시설 현황 ································································································ 6<표 3> 실증실험 투입 조건 ························································································ 7<표 4> 가축별 물질 조성비 ······················································································ 10<표 5> 매몰지 침출수 농도 및 성상 변화추세 ···················································· 11<표 6> 가축별 침출수 발생량 ·················································································· 12<표 7> 영국 대량매몰지에서 침출수 조성 ···························································· 13<표 8> 캐나다 가축 매몰지 침출수 평균농도 조사결과 ···································· 14<표 9> 국내 가축매몰에 따른 침출수 발생 예측량 ············································ 15<표 10> 국내외 가축 매몰지 침출수 발생농도 ···················································· 16<표 11> 국내 침출수, 하수처리장 및 가축분뇨처리장의 평균농도 ················· 16<표 12> 사용 침출수 오염물질 분석 ······································································ 17<표 13> 톱밥의 삼성분 ······························································································ 18<표 14> 톱밥의 원소분석 ·························································································· 19<표 15> 톱밥의 발열량 ······························································································ 19<표 16> 각 시간대 별 톱밥의 흡수율 ···································································· 20<표 17> 시간 구간 별 톱밥 흡수량 ········································································ 20<표 18> 가스상 오염 물질 분석 결과 ···································································· 22<표 19> 입자상 오염 물질 분석 결과 ···································································· 23<표 20> 휘발성유기화합물(VOCs) 측정 ·································································· 24<표 21> 토양 삼성분 분석 ························································································ 25<표 22> 토양 강열감량 분석 ···················································································· 25<표 23> 토양오염검사 ································································································ 26<표 24> 혼합비율 별 처리량 및 연료 소모량 ···················································· 29

목 차❚

iii

그 림 목 차

<그림 1> 실증 실험 톱밥 ···························································································· 3<그림 2> 톱밥의 흡수율 측정 실험 ·········································································· 4<그림 3> 실증 실험 시설 공정 ················································································ 6<그림 4> 실증실험 시설 주요 부분 ·········································································· 7<그림 5> 배출가스 시료채취 방법 ············································································ 8<그림 6> 시료 전처리 및 분석 방법 ······································································ 9<그림 7> 강열감량 후 모습 ······················································································ 18<그림 8> 소형 열탈착 시설 적용성 실험 결과 ···················································· 21<그림 9> 다이옥신 배출 특성 ·················································································· 24<그림 10> 단위 연료당 침출수 처리량 ································································ 29<그림 11> 시간당 침출수 최대 처리량 ································································ 29

Abstract❚

iv

Abstract

본 연구는 구제역이나 AI 등과 같은 가축 전염병이 발생되었을 때 살처분

가축의 매몰지 주변에서 유출된 침출수를 현장에서 안정적으로 처리하여 침

출수에 의한 토양 오염이나 지하수 오염 등과 같은 2차 환경오염을 방지 하

고자 하였다. 이를 위하여 현재 국내․외에서 사용되는 토양정화 기술 조사를

통하여 본 연구의 상황에 맞는 토양 열탈착 기술을 선택하여 연구를 진행하

였다. 이동성이 있는 토양정화 기술 중 열탈착 시설에 톱밥과 토양, 침출수를 혼

합 ․ 투입하여 열적 처리의 가능성 유무와 그에 따르는 오염물질의 배출 특성

을 파악하였다. 그 결과 열탈착 시설에서 유류오염토양 처리 조건과 침출수 오염 토양의 처

리 조건의 대기오염물질 배출 특성은 큰 변화가 없었고 배출허용기준 또한

소각기준에 준하여서 비교해보아도 큰 무리가 없었다. 또한, 본 실증 실험 시

투입되는 침출수 오염 토양의 함수율이 해당 열탈착 시설에 투입되는 유류오

염토양의 함수율(15~25%)을 초과하는 점을 고려하여 시간당 투입량을 낮추어

수분 부하량을 조절한 결과, 투입된, 톱밥은 연소되고 정화된 토양만 배출되

었다. 투입량 산정에 있어서는 같은 용량의 시설에서 시간당 처리 가능한 최대 침

출수량과 단위연료 당 처리 가능한 최대 침출수량을 계산하여 최적의 혼합

비율을 구하였다. 이를 바탕으로 침출수 오염 토양을 처리할 경우, 해당 열탈

착 시설의 최적 운전조건과 설비의 안정성 문제 등을 만족시키면서 침출수를

가장 경제적으로 처리 할 수 있을 것으로 본다.

Ⅰ. 서론❚

1

Ⅰ. 서 론

구제역(口蹄疫, FMD: Foot and Mouth Disease)이란 소, 돼지, 양, 염소, 사슴

및 야생 반추류 등과 같이 발굽이 둘로 갈라진 우제류 동물에서 발생하는 가축

전염병으로 전염성이 매우 높다. 조류인플루엔자(AI: Avian Influenza)는 닭, 칠

면조, 오리 등 가금류에서 피해가 나타나는 전염병이다. 병원성 정도에 따라 저

병원성과 고병원성으로 크게 구분하고 있으며, 감염된 닭이나 칠면조는 급성의

호흡기 증상을 보이며 100%에 가까운 폐사를 나타내는 것이 특징이다. 구제역

및 고병원성 조류인플루엔자는 가축전염병 예방법상 제 1종 가축전염병이며 세

계동물보건기구(OIE)에서 관리대상 질병으로 분류 지정하고 있어, 발생시 OIE

에 보고해야하는 질병이다.

현재 국내에서 악성 가축전염병으로 발생되는 살가축은 2002년 발생을 기점

으로 매년 증가하는 추세에 있다. 악성가축전염병 발생 시 폐사나 긴급방역을

통해 살처분된 가축들은 전적으로 매몰을 통해 처리되고 있다. 매몰을 통한 살

가축 처리는 침출수를 발생시켜 토양, 지하수, 상수원수 오염 및 악취 등을 발생

시키며, 이로 인해 매몰지 주변의 2차 환경오염을 유발시키는 원인이 되고 있다.

살처분 가축 매몰지 침출수는 매몰지 상부로 용출된 침출수와 매몰지 내에

설치된 저류조의 침출수가 있다. 저류조 침출수는 배출관을 통해 뽑아내어 하

수 처리를 하고 있지만, 매몰지 상부로 용출된 침출수에 대해서는 현재 대책

이 미흡한 상황이다. 또한 살처분 가축 매몰지는 3년 이내에 발굴이 금지되어

있어 침출수가 유출되었다하더라도 매몰지를 이전 할 수 없고, 이동 처리 시

병원균의 2차 확산의 우려가 있기 때문에 적절한 대처방안이 요구된다.

본 연구에서는 토양정화 기술 중 이동성이 있는 열탈착 시설을 이용하여 매

몰지 상부로 용출된 침출수를 톱밥과 혼합하여 열적 처리의 가능성 평가와 그

에 따르는 오염물질의 배출 특성을 파악하였다. 살처분 가축의 매몰지 주변에

서 유출된 침출수를 현장에서 안정적으로 처리하여 침출수에 의한 토양 오염이

나 지하수 오염 등과 같은 2차 환경오염을 방지하고 열처리 기술로 처리하는

안정처리의 기반을 마련하는데 기초자료로 사용하고자 연구를 수행 하였다.

Ⅱ. 연구 내용 및 방법❚

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Ⅱ. 연구 내용 및 방법

1. 살처분 가축의 구성 및 침출수 특성

국내 ․ 외 문헌 및 인터넷 조사를 통하여 가축 구성 성분, 구제역바이러스

및 병원성 미생물의 사멸조건, 가축 매몰사체의 분해과정 및 특성, 가축 매몰

지 침출수 특성 등을 조사하였다. 국내 현실을 고려한 적합 처리방법 및 실

증대상시설을 선정하였다.

2. 국내 ․ 외 가축 매몰지 침출수 관련 사례조사 국내 ․ 외 문헌 및 인터넷 조사를 통하여 영국 등 외국의 살가축 처리 사례

및 국내 매몰지 침출수 현황을 조사하였다.

3. 오염 토양 열처리 기술 조사

가. 소각 기술 소각처리는 산소가 존재하는 통제된 환경에서 870 ℃ ~ 1200 ℃의 고온으로

오염 토양내의 유기 오염물질을 분해하는 열적 파괴 공정이며, 염소계 탄화

수소로 오염된 토양을 복원하는 데 많이 이용된다.

나. 열탈착 기술 열탈착은 통제된 환경에서 토양을 일정 온도로 가열하여 토양에 흡착된 오

염 물질을 증기화하여 분해하는 지상처리 기술로서 처리 온도에 따라 고온

열탈착법(400~800 ℃)과 저온 열탈착법(400 ℃ 이하)으로 구분된다. 열탈착법으로 처리된 토양은 토양이 가진 고유의 물리적 특성을 잃지 않는다

는 점과 토양 내 유기물이 보존되어 토양의 생물학적 활성을 그대로 유지할

수 있다는 점 등에서 소각이나 열분해 공법과는 차별되는 특징을 가지고 있다.


3

시설의 주요 구성은 전처리시설, 열탈착기, 열산화기, 방지시설과 처리된 토양

을 5~8 %의 수분 함량을 가질 수 있도록 하는 토양 냉각기로 구성되어 있다.

4. 톱밥․토양의 기초 특성 조사

우리나라에서 많이 사용하고 있는 톱밥의 종류로는 수피, 목분, 대패톱밥 등

이 있다. 이러한 톱밥들을 가공하거나 원형 그대로를 톱밥 장작, 축사용 깔개, 버섯 재배용, 미분화하여 플라스틱 성형, 주형용, 기타용도 등으로 사용한다. 가장 일반적으로 사용되는 톱밥 중 알톱밥과 대패밥을 선정하여 삼성분, 원소

분석, 발열량 등 기초 특성을 분석 하였고, 결과는 열탈착 시설 투입량 산정의

중요 인자로 사용하였다

.

알톱밥 대패밥

<그림 1> 실증 실험 톱밥

가. 삼성분 시료의 삼성분 분석은 폐기물공정시험방법 “제4장 제2항 수분 및 고형물

시험방법”과“제3항 강열감량 및 유기물 함량 시험방법”에서 제시하는 방

법에 준하여 실시하였다. 신뢰성 확보를 위해 1개의 시료 당 3회 반복실험을

하였다.

나. 원소분석 원소분석은 원소분석기(Elemental analyzer)를 이용하여 실측하였다.


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다. 발열량 발열량은 수분을 제거한 후 봄베 발열량계로 측정한 저위 발열량이며, 분석

방법은 ASTM D5468(기기명 : LECO, AC-350)에 의해 실시하였다.

라. 톱밥의 흡수율 톱밥 흡수율 실험은 증류수 200 ㎖에 알톱밥과 대패밥 10 g을 담궈 0.5시간

부터 24시간까지의 흡수율을 측정하였다.

<그림 2> 톱밥의 흡수율 측정 실험

마. 열처리 토양의 물성 분석 본 실증 연구에서 사용한 토양은 현장에서 열탈착 시설을 통해 정화된 토양

을 사용하였으며, 물성 시험으로는 삼성분 분석과 토양오염물질검사를 하였다. 토양오염물질검사는 토양환경보전법 시행규칙 별표 3의 토양오염우려기준

항목을 대상으로 하였으며, 시료는 유류오염토양 처리 전, 처리 후, 침출수

오염 토양 처리 후, 3개 시료를 채취하여 분석하였다. 실증 실험에 사용된 토양 및 침출수 오염 토양 처리 전 ․ 후의 열적특성 분석

과 토양오염물질검사를 통해 침출수 오염토양의 열처리 가능성을 판단하였다.


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5. 침출수 소각 처리 방안 검토

가. 고정식 소각로 적용성 실험 침출수 소각 처리 방안을 위해 스토커 방식, 유동상식, 로터리 킬른 방식, 고정상(회분식)식 등의 고정식 소각 시설에서 통상운전 조건과 동일한 조건으

로 톱밥과 물을 혼합한 시료를 투입하여 적용성 실험을 실시하였다.

6. 열탈착 시설 실증 실험

가. 소형 열탈착 시설 적용성 실험(1) 시설 개요 및 적용성 실험 조건

국내에 설치되어있는 로타리 킬른(Rotary Kiln) 방식의 소형 열탈착 시설에서 적

용성 실험을 실시하였다. 적용성 실험 대상시설은 오염토양을 시간당 최고 1.5 ton까지 처리할 수 있는 로타리 킬른(Rotary Kiln)의 고온 열탈착 시설이다. 대기

오염방지시설은 Cyclone 집진기에서 조대 입자의 먼지를 제거한 후 2차 산화실에

서 산성가스 대기오염물질을 제거하며, 열교환기에서 냉각을 거쳐 여과집진시설

로 미세 입자상 물질을 제거하는 시설이다. 적용성 실험 시 토양을 제외한 톱

밥과 침출수만을 혼합하여 사용하였으며, 톱밥과 침출수의 혼합비율은 실험

실 테스트의 결과인 1:4의 비율로 혼합하여 투입하였다. 운전조건은 온도, 체류시간, 투입량을 다르게 하여, 각 조건별 처리 효율을 알고자 하였다. 적용성 실

험의 조건은 다음 <표 1>과 같다.

온도(℃) 체류 시간(min) 투입량(kg/hr)1 400 10 602 400 20 603 500 20 404 550 30 405 550 30 45

<표 1> 적용성 실험조건


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나. 대형 열탈착 시설 실증 실험(1) 시설 개요

본 연구에 사용된 열탈착 실험 장치는 현재 A시에 소재되어 유류 오염토양

을 30 ton/hr(설계용량 40 ton/hr) 처리하고 있는 시설을 이용하였다. 시설의

현황은 다음 <표 2>와 같다.

처리시설용량

(실제 운영 용량)

40 ton/hr

(30 ton/hr)가동시간 24 hr/day

가동방식 연속식 형식 로터리 킬른(2기)

설계시공사 D 社 가동 개시일 2011년 1월 1일

처리대상 유류 오염 토양

<표 2> 실험 시설 현황

대상 시설은 두 개의 로터리 킬른(Rotary Kiln)이 직렬 구조를 가지는 이동

식 토양정화시설이다. 첫 번째 로터리 킬른(Rotary Kiln)은 건조단으로서 컨베

이어 이송으로 유류 오염 토양이 건조로 내에 연속적으로 투입 된다. 두 번

째 로터리 킬른(Rotary Kiln)은 연소단으로서 건조단에서 수분이 제거된 토양

이 투입되어 유류를 휘발시켜 토양을 정화한다. 수관식 폐열보일러에서 열교

환이 이루어지며, 방지시설은 Cyclone 집진기와 여과집진시설이 설치되어있

다. 연소단 후단에 설치되어 있는 Cyclone 집진기에서 1차적으로 조대 먼지

를 제거하고, 열교환기 후단에 설치되어 있는 여과집진시설에서 2차적으로

미세 먼지가 제거된다.

건 조 단 → 연 소 단 → Cyclone → 2차연소실

→ 냉각시설(폐열보일러&열교환기) →⇪ B/F →⇪ 연 돌

⇪ : 측정 지점

<그림 3> 실증 실험 시설 공정


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건조단 &

연소단

Cyclone &

폐열보일러

공랭식

열교환기여과집진시설 Stack

<그림 4> 실증실험 시설 주요 부분

(2) 실증 실험 방법

(가) 투입조건

투입 조건은 유류오염토양을 투입하는 통상조건과 본 실험인 톱밥, 침출수, 토양을 혼합(침출수 오염 토양)한 시료를 투입하는 두 가지 조건으로 실험을

하였다. 통상조건의 투입량은 운영용량인 시간당 30 ton을 투입하였고, 침출

수 함침 토양은 함수율을 고려하여 시간당 5.1 ton을 투입하였다. 투입조건은

<표 3>에 정리 하였다.

투입 조건

통상

운전

유류 오염 토양 투입

( 침출수 오염 토양과 비교를 위한 Blank Test)

침출수

오염

토양

․ 토양 : 3.75 ton/hr ☓ 14 hr = 52.5 ton

․ 톱밥(침출수 오염)

=(0.27 ton(톱밥)+1.0 8ton(침출수))/ hr ☓ 14 hr = 18.9 ton

․ 총 투입량(토양 + 톱밥 + 침출수) = 71.4 ton 투입

<표 3> 실증실험 투입 조건


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(나) 운전 조건

실증 실험이 진행되는 동안의 운전 조건은 건조단(1차 R/K)과 연소단(2차R/K)의 온도를 각각 250 ℃이상, 550 ℃ 이상으로 유지하고, 2차 연소실 온

도를 850 ℃ 이상으로 유지하였다. LNG 사용량은 평균 1214 m3/hr씩 사용

되었으며, 체류시간은 건조단과 연소단을 각각 30분씩, 총 1시간을 유지하여

실험을 진행하였다.

(다) 시료 채취 및 분석 방법

배출가스 중 대기오염물질 측정은 열교환기 후단과 굴뚝을 동시에 4회 측정

하였으며, 대기오염공정시험방법에 준하여 채취 및 분석 하였다. 열처리 토양

의 물성 분석은 유류오염토양 처리 전, 처리 후, 침출수 오염 토양 처리 후, 총 3개 시료를 채취하여 공업 분석과 토양환경보전법에서 관리하는 토양오염

물질을 분석하였다. U-POPs(PCDD/DFs)의 시료채취는“잔류성유기오염물질 공정시험방법(2008, 국립환경과학원) 중 배출가스 시료 중 비의도적 잔류성유기오염물질(U-POPs) 동시 시험방법-HRGC/HRMS"을 따라 채취 하였다.

<그림 5> 배출가스 시료채취 방법


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PCDD/DFs 분석을 위해서는 “잔류성유기오염물질 공정시험방법(2008, 국립환경과학원) 중 배출가스 시료 중 비의도적 잔류성유기오염물질(U-POPs) 동시 시험방법-HRGC/HRMS" 에 따라 분석을 실시하였다. PCDD/DFs의 분석을

위해 고분해능가스크로마토그래프/고분해능질량분석기(HRGC/HRMS)를 사용

하였다.

<그림 6> 시료 전처리 및 분석 방법

7. 최적 투입량 산정

톱밥과 토양의 혼합 비율을 4가지로 가정하고, 각 조건별로 처리 가능한 시

간당 최대 침출수량과 단위연료 당 최대 침출수량을 계산하여, 톱밥과 토양

의 최적 혼합비율 및 투입량을 산정하였다.

Ⅲ.연구 결과 및 고찰❚

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Ⅲ. 연구 결과 및 고찰

1. 살처분 가축의 구성 및 침출수 특성 가. 가축 구성 성분

가축의 구성 성분은 물 70 %, 단백질 20∼25 %, 지방 2∼5 %, 소량의 탄수화물

과 무기질 등으로 구성되어 있으며, 가축별 물질 조성비는 아래의 <표 4>와 같다.

성 분 돼지(%) 소(%)수 분 72.6±0.4 70.1±4.9

단백질23.0±0.9

(섬유 70, 수용성 30)21.2±0.8

지 방

4.4±2.2

(팔미틱산 28.4, 올레인산 38.4,

스테아릭산 13.9)

6.7±4.1

(팔미틱산 31.6, 올레인산 37.1,

스테아릭산 18.6)

탄수화물 소량(글리코겐) 소량(글리코겐)

무기질

1.6±0.3

(K 0.326, P 0.248, Na 0.05,

Ca 0.0067)

1.6±0.3

(K 0.335, P 0.155, Na 0.052,

Ca 0.0073)

<표 4> 가축별 물질 조성비

나. 구제역 바이러스 및 병원성 미생물의 사멸조건 가축 매몰지 사체는 방역을 위한 생석회 도포 및 일정기간 부숙, 분해과정

을 거치는 과정에서 고열이 발생되고 산성화되므로, 매몰된 상태의 구제역

및 AI 바이러스는 생존할 조건이 되지 않아 소멸하게 된다. 구제역 바이러스

는 50 ℃이상의 온도에서 파괴되고, 산이나 알칼리(pH 6이하 또는 pH 9이상)조건에서 쉽게 불화되며, 침출수를 pH 5이하, pH 10이상으로 조정하면 구제

역 바이러스는 대부분 사멸한다.


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다. 가축 매몰 사체의 분해과정 및 특성 매몰된 동물사체는 일반적으로 수분과 내장기관, 체지방, 단백질 조직, 피부 및 털 등의 순서로 분해가 일어난다. 분해 시기는 아래의 <표 5>와 같이

매몰 초기 1~2개월은 동물 소화기 내 잔재 분변물질, 2~4개월은 혈액과 체액, 4~14개월은 근육 등의 단백질, 골수 등의 분해가 일어난다. 사체가 부패하면

서 가스(메탄, 이산화탄소 등), 암모니아, 지방산, 용존 고형물, 침출수 등이

발생하고 사체의 염분은 침출수 속에 염소이온 상태로 존재하며 암모니아성

질소가 점차 산화되면서 질산성 질소로 변하게 된다. 사체의 분해속도는 온

도, 습도, 토질, 매몰깊이 등에 따라 달라진다.

기간 1주~2주 2~4개월 6개월 1년 2년 ~ 비고

사체

분해과정

소화기잔재, 분변

혈액 및 체액 분해근육, 조직, 단백질

무기물로

안정화

Vass

(2001)

침출수 발생

(가스 발생)

수분 50%

감소

(악취)

수분 95%

이상 감소

(악취감소)

급격한

감소

(가스발생)

미량 침출수 지속발생

(메탄가스 발생 및 매몰지

안정화)

USDA

(2004)

수질

변화

(㎎/L)

B

O

D

100,000~130,000과학원

(11.2)

360,000 50,000 5,000USDA

(2004)

4,000Glanville

(1993)

44,000

(유기탄소)

48,000~54,000

(유기탄소)

68,000

(유기탄소)

70,000

(유기탄소)

Dyan

(2009)

암

모

니

아

28,000~23,000과학원

(11.2)

2,000~10,000 3,000USDA

(2004)

740Glanville

(1993)

2400 5,831~12,600 15,200 16,300Dyan

(2009)

<표 5> 매몰지 침출수 농도 및 성상 변화추세


12

라. 가축 매몰지 침출수 특성 국내에서 가축 매몰에 대한 침출수 발생량을 구체적으로 조사한 사례는 없

으나, 동절기에는 낮은 온도 때문에 미생물이 활성화되지 않아 침출수 발생

량은 많지 않을 것으로 예상된다. 영국의 사례에는 1주일 만에 매몰 사체에

함유된 수분의 50 %가 유출되었으며, 2개월 정도면 거의 대부분이 침출수로

유출되며, 일반적으로 사체 매몰 후 2~3개월 동안 체액의 배출이 집중적으로

발생하다가 급격히 감소하는 특성을 보이고 있다. 국내 매몰지의 경우에도, 매몰 후 2~3개월 경과 후 침출수 발생량이 최대가 될 것으로 예측되며, 전국

매몰지에서 6만 톤 정도의 침출수가 발생할 것으로 예측되고 있다.

2. 국내·외 가축 매몰지 침출수 관련 사례조사가. 국외

(1). 영국

영국 EA 보고서는 2001년 FMD 매몰지의 환경 영향을 평가한 결과, 아래의

<표 6>과 같이 가축사체매몰 2개월 후 침출수는 100 마리의 암소(500~600 kg)는 17 m3, 1000 마리의 양은 약 16 m3가 발생된다고 보고하였으며, 침출수는

죽은 첫 주에 부피의 약 50 %가 유출되고 2달 이내에 거의 다 유출된다고

추정하고 있다.

가축종류가축 두당 나오는 침출수 양(L)

매몰 후 첫 일주일 매몰 후 2개월소(500~600㎏) 80 160

송아지 10 20

양 7~8 14~16

어린 양 1 2

돼지 6 12

발육이 덜 된 돼지 3 6

어린 돼지 0.4 0.8

<표 6> 가축별 침출수 발생량


13

항 목 농도 범위 전형적인 농도도축장

혈액세척폐수

BOD(㎎/L) 2,200~200,000 - 32,000

COD(㎎/L) 1,100~300,000 10,000 -

암모니아성질소(㎎/L) 140~9,600 600~6,000 205

칼륨(㎎/L) 20~3,100 130~2,300 -

염소(㎎/L) 75~1,400 75~1,400 4,047

TOC(㎎/L) 210~41,000 1,200~28,000 -

TON(㎎/L) 1~710 40~700 -

인(㎎/L) 10~334(평균 110,

시료수 7개)-

pH 5.8~9.0 6.0~8.0 -

※ Marshland et al, Draft R & D Technical Report " Jointly produced by National Groundwater & Contaminated Land Centre, Environment Agency and WRc, UK 2001

<표 7> 영국 대량매몰지에서 침출수 조성

(2) 캐나다

캐나다에서 가축매몰로 인해 발생되는 침출수를 가축의 종류별[가금류

(1,300 kg), 돼지(5,900 kg), 소(9,750 kg)]로 분석하여 매몰시간 경과(2년)에 따

른 오염물질 배출 특성을 파악한 결과, 아래<표 8>과 같은 결과가 보고되었

다. 유해중금속(구리, 카드뮴, 크롬, 납)의 평균농도는 ND∼1.7 ㎎/L로 매우

낮게 함유되어 있는 것으로 보고되었으며, 침출수 중 중탄산염 농도는 평균

46,000 ㎎/L로 나타났다. 침출수 중 황산염 농도는 평균 3,600 ㎎/L로 나타났

고, 나트륨 농도는 평균 1,800 ㎎/L로 나타났으며, 염소 농도는 평균 2,600 ㎎

/L, 칼륨염 농도는 소의 경우 2년 동안 가장 낮은 평균 농도(2,000 ㎎/L 전

후)를 보였고, 가금류와 돼지는 약간 더 높은 농도(2,500 ㎎/L)를 나타냈다.

침출수 중 인의 농도는 평균 1,200(소)~1,800(가금류)로 나타났으며, 이 값은

MacArthur et al.(2002)가 발표한 평균 55 ㎎/L와 최대 476 ㎎/L보다 훨씬

높은 농도였다.


14

항 목 단위 가금류 돼지 소 총평균

염소 ㎎/L 2,570 2,380 2,813 2,600

중탄산염 ㎎/L 39,133 48,467 50,733 46,100

pH 6.5 6.7 6.9 6.7

총알카리도 ㎎/L 22,500 39,700 41,600 34,600

암모니아성 질소 ㎎/L 10,400 13,300 14,100 12,600

질산성 질소 ㎎/L 2.3 3.1 3.8 3.1

무기탄소 ㎎/L 7,697 9,533 9,947 9,100

유기탄소 ㎎/L 79,000 65,000 68,000 71,000

알루미늄 ㎎/L 0.5 0.5 0.5 0.5

칼슘 ㎎/L 81 48 36 60

구리 ㎎/L 0.9 1.7 0.6 1.1

철 ㎎/L 18 19 18 20

마그네슘 ㎎/L 79 17 18 40

망간 ㎎/L 0.5 0.1 0.1 0.2

인 ㎎/L 1,927 1,513 1,150 1,500

칼륨 ㎎/L 2,400 2,400 2,000 2,300

용해성 규소 ㎎/L 20 24 26 20

나트륨 ㎎/L 1,600 1,700 2,000 1,800

황산염 ㎎/L 3,970 3,900 2,900 3,600

황 ㎎/L 1,300 1,297 963 1,200

아연 ㎎/L 2.2 1.8 1.7 1.9

카드뮴 ㎎/L ND ND ND ND

크롬 ㎎/L ND 0.03 ND 0.01

납 ㎎/L ND ND 0.13 0.04

니켈 ㎎/L 0.04 0.07 0.09 0.2

실리콘(용해성) ㎎/L 16.7 20.4 26.4 21.2

<표 8> 캐나다 가축 매몰지 침출수 평균농도 조사결과

나. 국내영국 EA 보고서에 근거하여 국내 구제역 감염 가축 매몰지에서의 침출수

발생량을 예측한 결과 <표 9>와 같이 매몰 1주일 내에 30,806.96 ~ 30,815.98

㎥가 발생되었으며, 2개월 후에는 61,613.25∼63,130.91 ㎥가 발생되는 것으로


15

추정되었다. 복토 시 사용된 흙이 머금은 물의 정도에 따라 달라질 수 있으

나, 일반적인 상태를 가정하여 복토된 불포화 토양층의 공극율을 20 %로 하

면 발생가능 침출수의 50~100 %를 머금을 수 있다. 실제 국내 매몰지내 침출

수의 발생량은 예측량보다 적게 발생되고 있는데, 아래와 같은 것들이 요인

이라고 사료된다.

① 차수막 위 1m 높이로 투입한 복토층에 침출수가 흡수됨 ② 유공관 깊이 부족 및 막힘에 의한 침출수 미 발생 ③ 가축사체잔존물, 지방성분 및 흙 등에 의해 유공관이 막힘

기간가축두수

매몰 후 첫 일주일 매몰후 2개월 비고

소 11,997.20 23,994.4∼25,494.1 소 발생량 적용

돼지 18,746.96 37,493.16 돼지 발생량 적용

기타 62.8∼71.82 125.69∼143.65 양 발생량 적용

총 계 30,806.96∼30,815.98 61,613.25∼63,130.91

※ 예측 가축수(‘11.2.17일 중대본 자료) : 3,282,336(소 : 149,965, 돼지 : 3,124,493, 기타 : 8,978)두

<표 9> 국내 가축매몰에 따른 침출수 발생 예측량 (단위 : ㎥)

가축으로부터 나오는 침출수는 가축분뇨와 같이 대부분 BOD와 같은 유기물

및 질소·인의 무기물로 구성되어 있으며, 국내․외 가축매몰지의 침출수 농도

는 <표 10>과 같다. 가축 매몰지내 침출수의 오염물질농도는 매몰경과기간에 따라 달라지는데

실제 국내 BOD 농도는 <표 11>과 같이 대략 10만 ㎎/L(최대 15만 ㎎/L)정도

로서 축산폐수의 5배, 하수의 500배 이상 높은 수준이다. 침출수에서 암모니

아성 질소의 경우는 국내 조사결과에서도 최고 14,400 ㎎/L까지 검출되었으

며, 질산성 질소는 국내 조사결과에서도 평균 1.0~2.2 ㎎/L 검출되었다.


16

항 목 스코틀랜드1)

('02)한국2) UK3) ('01)‘08 ‘09

전기전도도

(㎲/㎝)

11,210

5~45,000

29,617

833~78,557

11,998

686~44,570-

BOD

(㎎/L)

12,700

300~38,500

11,826

617~27,500

18,909

48.2~157,140

( - )4)

2,200~200,000

COD

(㎎/L)

20,414

500~134,200

21,235

1,853~50,367

7,346

51.2~55,524

(10,000)

1,100~300,000

암모니아성질소

(㎎/L)

3,294

28~19,200

3,922

6~13,618

1,356

2.4~8,062

(600~6,00)

140~9,600

질산성질소

(㎎/L)

2.1

0.2~10.0

2.2

0.0~4.6

1

0~2

(40~700)

1~710

염소이온

(㎎/L)

-

-

552.4

7.4~1,849.0

313

14~1,494

(75~1,400)

75~1,400

인산염인

(㎎/L)

55

1~476

486

0~3,464

7

0~45

(110)

10~334

pH 5.9~8.0 - - 6.0~8.0

1) 스코틀랜드 매몰지에 침출수의 화학적조성(MacArthur et al., 2002): 시료수 9~199개2) 국내 A.I 매몰지 침출수 조사 평균 결과(한국환경공단, '08~'09): 시료수 15개3) 대량매몰지에서 침출수 조성: Marshland et al, Draft R & D Technical Report " Jointly

produced by National Groundwater & Contaminated Land Centre, Environment Agency and WRc, UK 2001

4) 침출수의 전형적인 농도를 제시

<표 10> 국내외 가축 매몰지 침출수 발생농도

항 목 침출수(‘11.2) 가축․위생분뇨처리장(‘09)† 하수처리장(‘08)†

BOD(㎎/L) 82,000~148,000 17,650 161

COD(㎎/L) 29,300~48,600 10,355 104

TN(㎎/L) 16,700~23,472 3,837 44

TP(㎎/L) 600~1,246 543 5

†전국 하수처리장, 가축분뇨처리장 유입평균농도

※ 영국(‘01) 침출수 농도(㎎/L) : BOD(2,200~200,000), 암모니아성질소(140~9,600),

인산염인(10~334)

<표 11> 국내 침출수, 하수처리장 및 가축분뇨처리장의 평균농도


17

3. 실증 실험 대상 침출수

본 실험을 위해 매몰지 침출수 사용을 고려해보았으나, 방역과 이동으로 인

한 2차 전염의 문제로 매몰지 침출수보다 난분해성인 해당시설이 소재되어

있는 P시의 생활폐기물 매립지에서 발생하는 침출수를 대상 침출수로 실험하

였다. 본 실험에 사용한 침출수의 오염물질 분석 결과는 다음 <표 12>와 같

다.

측정항목 관련기준치(나지역 기준) 측정 분석값

pH 5.8 ~ 8.0 7.9

CODcr 800 2,402.4

BOD 70 120.3

SS 70 37.0

n-H(광우류) 5 0.6

n-H(동식물유지류) 30 0.2

페놀 3 0.202

시안 1 0.000

크롬 2 0.256

용해성 철 10 8.009

아연 5 0.064

구리 3 0.019

카드뮴 0.1 0.000

수은 0.005 0.000

유기인 1 0.000

비소 0.5 0.000

납 1 0.000

6가 크롬 0.5 0.000

용해성 망간 10 2.509

불소 15 0.523

PCB 0.005 0.000

총대장균수 3,000 군수/ml 72군수/ml

색도 300도 2,700

암모니아성 질소 100 1,541.899

무기성 질소 300 1,551.413

총인 8 8.466

트리클로로에틸렌 0.3 0.000

테트라클로로에틸렌 0.1 0.000

<표 12> 사용 침출수 오염물질 분석 (단위 : ㎎/ℓ)


18

알 톱 밥 대 패 밥

<그림 7> 강열감량 후 모습

4. 톱밥의 특성

가. 삼성분 삼성분 분석 결과 알톱밥과 대패밥의 수분은 큰 차이가 나지 않았으나, 회분의

경우 두 배 이상으로 나타났다.

수 분 회 분 가 연 분 합 계

알톱밥 6.95 15.20 77.95 100대패밥 7.66 6.35 85.99 100

<표 13> 톱밥의 삼성분 (단위 : %)

나. 원소분석 톱밥의 원소분석 결과 알톱밥의 경우, C, H, N, S, O의 3회 측정 평균이 각각

46.00 %, 7.67 %, 0.13 %, 1.41 %, 44.79 %가 나왔고, 대패밥은 46.69 %, 7.37 %, 0.23 %, 1.07 %, 44.63 %의 결과가 측정 되었다.


19

C H N S O 계

알

톱

밥

1차 45.26 7.99 0.13 1.80 44.81 100

2차 45.50 8.01 0.14 1.78 44.56 100

3차 47.22 7.02 0.11 0.65 45.00 100

평균 46.00 7.67 0.13 1.41 44.79 100

대

패

밥

1차 45.74 7.89 0.18 1.64 44.55 100

2차 47.66 6.86 0.27 0.38 44.83 100

3차 46.67 7.37 0.25 1.20 44.52 100

평균 46.69 7.37 0.23 1.07 44.63 100

<표 14> 톱밥의 원소분석 (단위 : %)

다. 발열량 분석 톱밥의 발열량을 각 2회 측정 평균치가 알톱밥은 4415.9 kcal/kg, 대패밥은

4385.7 kcal/kg으로 나탄 두 톱밥의 발열량이 비슷한 값을 보였다.

1회 2회 평균

알톱밥

1차 4408.6 4370.6 4389.6

2차 4438.2 4420.1 4429.2

3차 4439.5 4418.6 4429.0

평균 4428.8 4403.1 4415.9

대패밥

1차 4405.4 4348.8 4377.1

2차 4399.3 4368.3 4383.8

3차 4372.2 4420.4 4396.3

평균 4392.3 4379.2 4385.7

<표 15> 톱밥의 발열량 (단위 : kcal/kg)

라. 톱밥의 흡수율 시험 알톱밥과 대패밥의 평균 흡수율은 각각 489 %와 411 %로, 두 톱밥 모두 물

에 담구어 둔지 1~2시간 후에 수분흡수율이 포화상태에 도달하였다.


20

시간　 알톱밥 대패밥

0.5 459.1 366.6

1 488.9 396.1

2 489.7 411.2

3 453.9 370.1

4 451.1 440.0

5 445.4 430.7

7 490.8 429.5

8 509.7 385.4

10 514.6 393.1

12 503.1 405.2

21 495.1 409.4

22 513.1 451.5

23 505.7 442.6

24 525.3 422.4

평균 489.0 411.0

<표 16> 각 시간대 별 톱밥의 흡수율 (그래프 단위 : %, HR)

시 간　 알 톱 밥(%) 대 패 밥(%)

0.5~7 468.4 406.3

8~24 509.5 415.7

0.5~24 489.0 411.0 0

100

200

300

400

500

600

0.5~7 8~24 0.5~24

알톱밥 대패밥

<표 17> 시간 구간 별 톱밥 흡수량 (그래프 단위 : %, HR)


21

마. 톱밥의 선정 톱밥의 기초 특성 실험결과를 토대로 대패밥을 실증 실험에 사용할 톱밥으

로 결정하였다. 회분은 대패밥이 낮은 결과를 보였으나, 발열량과 흡수율에

있어서는 알톱밥이 다소 높은 수치를 보였다. 그러나 본 연구에서 사용될 톱

밥이 가축 매몰지 침출수를 흡수한 톱밥이라는 점을 고려할 때, 소각 잔재물

의 발생을 최소화하고자 하여, 가연분이 높고 회분이 낮은 대패밥을 실증 실

험에 사용하였다.

5. 고정식 소각로 적용성 실험 결과

스토커 방식, 유동상 방식, 로타리 킬른 방식, 고정상(회분식) 방식, 열분해가스

화용융방식 등 기존 고정식 소각시설에 톱밥과 물을 혼합하여 통상조건과 동일

하게 운전한 결과, 큰 문제없이 물을 흡수한 톱밥이 모두 연소되었다. 적용성 실험 결과를 비추어 볼 때, 매몰지에서 침출수 운반의 안전성 등이

문제가 없을 경우 고정식 소각로에서의 처리는 문제가 없을 것으로 판단된다.

6. 열탈착 시설 실증 실험 결과

가. 소형 열탈착 시설 적용성 실험 결과

400℃, 10min, 60kg/hr400℃, 20min, 60kg/hr 500℃, 20min, 40kg/hr 550℃, 30min, 40kg/hr

550℃, 30min, 45kg/hr<그림 8> 소형 열탈착 시설 적용성 실험 결과


22

<그림 8>과 같이 해당 시설에서 체류시간과 온도를 높였음에도, 톱밥이 연

소되지 않고, 탄화형태로 배출되었다. 이는 높은 수분량을 가진 톱밥의 연소

에는 본 시설의 규모가 작아 로타리 킬른 내 체류시간이 짧은 것으로 판단되

었다.

나. 대형 열탈착 시설 실증 실험(1) 대기오염물질 측정

(가) 가스상 ․ 입자상 오염물질

배출되는 대기오염물질은 먼지 등 11개 항목의 생활 폐기물 소각시설의 기

준치를 모두 만족하였다. 가스상 오염물질의 경우 통상조건보다 침출수 오염

토양 처리 조건이 높게 나왔으며, 이는 톱밥 연소에 의한 영향으로 판단된다. 입자상 오염물질의 경우 통상조건보다 침출수 오염토양 처리 조건이 낮게 나

타났다.

항목통상 조건

침출수 오염 토양 처리

(3회 평균)열교환기 후단 굴 뚝 열교환기 후단 굴 뚝

O2 % 4.71 5.33 8.86 9.17 CO2 9.05 8.70 6.73 6.55 CO

ppm

ND ND 0.04 NDNOx 23.12 24.56 45.91 49.12 SOx ND ND ND ND

암모니아 0.37 0.11 1.98 0.42 불소

화합물1.28 0.78 1.97 0.99

황화수소 0.12 0.08 0.10 0.07 염화수소 0.96 0.14 4.71 1.85

염소 0.19 0.09 0.53 0.06 수은

화합물mg/Sm³(12) 0.0011 0.0003 0.0013 0.0000

<표 18> 가스상 오염 물질 분석 결과


23

항목통상 조건



먼지

mg/Sm³(12)

1984.1 33.9 1872.13 16.633

크롬 0.995 0.027 0.04 0.007

납 0.019 ND 0.00 ND

카드뮴 ND ND ND ND

구리 0.263 0.006 0.01 0.005

수은

화합물0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

<표 19> 입자상 오염 물질 분석 결과

(나) 배출가스 중 다이옥신 배출 특성

굴뚝의 PCDD/DFs의 농도는 통상운전조건과 침출수 오염 토양 처리조건에서

각각 0.0060 ng I-TEQ/S㎥, 0.0061(0.0055-0.0070) ng I-TEQ/S㎥로 소각시각시

설 배출허용기준인 0.1ng I-TEQ/S㎥보다 아주 낮게 나타났다. 열교환기 후단에서 PCDD/DFs의 농도는 통상조건에 비해 침출수 오염토양처

리 조건에서 약 2배 이상 농도의 차이가 나타났으며, PCDD : PCDFs 의 비율

은 통상조건 약 50 : 50, 침출수 오염토양처리조건 약 43 : 57으로 침출수 오

염토양처리 조건이 고형폐기물 소각시설과 유사한 경향을 보였다. 굴뚝의 PCDD/DFs의 농도는 통상조건과 침출수 오염토양 처리조건이 비슷하

게 나타났다. PCDD : PCDFs의 비율은 통상조건에서 약 50 : 50, 침출수 오염

토양처리조건에서 약 38 : 62로 열교환기 후단의 배출특성과 유사성을 보였다. PCDD/DFs의 제거효율은 통상조건에서는 효율이 없고 침출수 오염토양 처리

조건에서 약 56.7 %의 제거 효율을 나타났다. 통상조건은 방지시설전단에서

가스상 다이옥신으로 대부분 존재하여 여과 집진기의 다이옥신 제거효율이

없는 것으로 나타났고, 침출수 오염 토양 처리조건은 입자상 다이옥신이 여

과 집진기에서 제거되어 제거 효율이 나타 난 것으로 판단된다.


24

Exchange Stack

<그림 9> 다이옥신 배출 특성

(다) 휘발성유기화합물질(VOCs) 휘발성 유기화합물의 분석 결과 일반폐기물 소각시설이나 사업장폐기물 소

각 시설에서의 배출농도와 크게 차이가 나지 않았다.

항목통상 조건



Benzene 0.002 0.002 0.0020 0.0020

Toluene 0.010 0.008 0.0067 0.0110

Chlorobenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0000

Ethylbenzene 0.001 0.003 0.0010 0.0007

m,p -Xylene 0.001 0.005 0.0010 0.0013

Styrene 0.000 0.000 0.0000 0.0000

o-Xylene 0.000 0.000 0.0003 0.0003

1,3,5-Trimethylbenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0003

1,2,4-Trimethylbenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0003

1,3-Dichlorobenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0000


1,2,4-Trichlorobenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0000


<표 20> 휘발성유기화합물(VOCs) 측정 (단위 : ppm)


25

(2) 열처리 토양의 물성 분석

(가) 토양의 삼성분 및 강열감량

유류 오염 토양과 침출수 오염 토양의 삼성분, 강열감량 분석 결과를 아래

<표 21>과 <표 22>에 나타내었다. 두 시료의 처리 후 강열감량 결과가 유사하

게 나온 것으로 볼 때, 침출수를 흡수한 톱밥이 거의 연소된 것으로 판단된다.

수분 회분 가연분 합계

유류 오염

토양

처리 전 18.20 80.01 1.79 100처리 후 15.74 83.15 1.11 100

침출수 오염

토양

처리 전 31.40 66.75 1.85 100처리 후 14.04 85.51 0.45 100

<표 21> 토양 삼성분 분석 (단위 : %)

유류오염 토양 침출수 오염 토양

처리 전 처리 후 처리 전 처리 후

강열감량 2.22 1.92 11.37 2.13

<표 22> 토양 강열감량 분석 (단위 : %)

(나) 토양오염물질검사

열탈착 처리된 침출수 오염 토양의 오염도는 토양오염우려기준 항목을 모두

만족하였고, 처리된 유류 오염 토양의 결과와도 유사한 경향이 나타났다. 이를

통해 침출수 처리를 열탈착 시설에 적용시 안전처리가 가능하다고 판단된다.


26

물 질 기 준유류 오염 토양

처리 전

유류 오염 토양

처리 후

침출수 오염 토양

처리 후

카드뮴(Cd) 4 1.43 1.50 1.47

구리(Cu) 150 13.63 10.63 5.23

납(Pb) 200 23.80 28.37 22.97

비소(As) 25 ND ND ND

아연(Zn) 300 65.27 69.50 72.40

니켈(Ni) 100 12.53 13.60 14.37

TPH 500 235.20 42.79 28.94

수은(Hg) 4 ND ND ND

6가크롬

(Cr6+)5 ND ND ND

불소(F) 400 116.80 97.45 58.75

유기인화합물 10 ND ND ND

PCB 1 ND ND ND

시안(CN) 2 ND ND ND

페놀류 4 ND ND ND

트리클로로

에틸렌(TCE)8 ND ND ND

테트라클로로

에틸렌(PCE)4 ND ND ND

벤조(a)피렌 0.7 0.03 0.01 ND

벤젠

(Benzene)1 ND ND ND

톨루엔

(Toluene)20 ND ND ND

에틸벤젠

(Etylbenzene)50 ND ND ND

크실렌

(Xylene)15 ND ND ND

<표 23> 토양오염검사 (단위: mg/kg)

※토양환경보전법 시행규칙 별표3항의 토양오염우려기준 1지역 기준


27

7. 최적 투입조건 산정

본 실험과 동일한 규모의 설비에서 처리 가능한 침출수의 양과 경제성을 검

토하여 최적 투입조건을 선정하기 위해, 네 가지 조건에서 처리량과 연료소

모량을 이론적으로 비교, 산정하였다. 연구의 목적에 부합하기 위해 처리량은 전체 혼합토양의 투입량이 아닌 투

입 침출수량을 기준으로 하였다. 연료소모량은 단위 연료 당 침출수 처리량

을 기준으로 하여, 동일한 시간과 연료로 최대한 많은 침출수를 처리할 수

있는 투입조건을 찾고자 하였다. 적용성 테스트를 통하여 과다한 토양의 혼합은 톱밥과 열풍의 접촉을 차단

함으로써 안정적인 처리를 방해하는 요인으로 확인되었기 때문에, 실증 실험

시 적용했던 톱밥 : 토양의 혼합비 1 : 14 보다 토양의 비율을 순차적으로 낮

추어 1 : 10, 1 : 5, 1 : 1 세 가지 조건을 추가로 적용하여 산정하였다.

가. 산정 조건 및 기준 투입량 산정 조건 및 기준은 다음과 같다. 첫 번째, 연료 소모량은 건조로, 열탈착로, 열산화기의 가동에 필요한 양으로 산

정하였다. 두 번째, 혼합토양의 투입량은 안전율을 고려하여 버너 용량의 75 % 이내에서

각 조건 별로 투입이 가능한 최대값으로 산정하였다. 세 번째, 운전 온도는 건조로 260 ℃, 열탈착로 550 ℃, 열산화기 850 ℃로 정하

였고, 톱밥의 수분 흡수율은 400 %, 토양 내 함수율은 15 %로 하였다. 세부 설비

별 열수지 계산식은 다음과 같다.

(1) 건조로 열수지 계산

건조로에 필요한 총 열량(qA) = 고형물 예열에 필요한 열량 (qA1) + 수분 예열에 필요한 열량 (qA2) + 수분 증발에 필요한 열량 (qA3) + 수증기 온도 상승에 필요한 열량 (qA4)

따라서, qA = qA1 + qA2 + qA3 + qA4

28

(2) 열탈착로 열수지 계산

(가) 입열 항목

열탈착로 입열(qB) = 유입 토양의 보유 현열(qB1) + 톱밥의 발열량(qB2) + 연소 공기의 지입 열량(qB3) + 연료 공급량(qB4)

(나) 출열 항목

열탈착로 출열(qB') = 착화 온도 도달 필요 열량(qB1') + 토양 반출 손실 열량(qB2') + 로벽 방산 열량(qB3')(입열의 10%) + 배기가스 보유 열량(qB4')

∴ 입열(qB) 총계 = 출열(qB') 총계

(3) 열산화기 열수지 계산

(가) 입열 항목

열산화기 입열(qC) = 열탈착 배기가스 보유열량(qC1) + 건조시설 배기가스 보유열량(qC2) + 열탈착 축열량(qC3)(입열의 30%) + 보조연료 지입 열량(qC4)

(나) 출열 항목

열산화기 출열(qC') = 배기가스 보유열량(qC1') ∴ 입열(qC)총계 = 출열(qC')총계

다. 비교 및 검토 결과

상기 조건으로 계산한 각 혼합비율 별 처리량 및 연료소모량 등을 아래 <표

24>에 나타내었고, 혼합비율 별 시간당 침출수 최대 처리량과 단위연료 당

침출수 처리량을 <그림 9>와 <그림 10>에 나타내었다.

Ⅲ.연구 결과 및 고찰

29

톱밥 : 토양혼합토양

최대처리량

침출수

최대처리량연료소모량

단위연료 당

침출수처리량

(kg/hr) (L/hr) (㎥/hr) (L/㎥) 1 : 14 7,000 1,400 627 2.23

1 : 10 7,500 1,800 697 2.58

1 : 5 10,000 3,600 1,026 3.51

1 : 1 9,800 6,272 1,192 5.26

<표 24> 혼합비율 별 처리량 및 연료 소모량

0

1

2

3

4

5

6

1:14 1:10 1:05 1:01

(L/㎥)

<그림 10> 단위 연료당 침출수 처리량

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

1:14 1:10 1:05 1:01

(L/hr)

<그림 11> 시간당 침출수 최대 처리량

단위 혼합토양 당 연료소모량은 1 : 1 비율이 가장 높고, 1 : 14 비율이 가

장 낮았다. 이는 토양보다 비열이 높은 침출수가 1 : 1비율에서 상대적으로

많이 혼입되었기 때문으로 판단된다. 그러나 침출수 처리 측면에서 보았을

때는, 톱밥 : 토양의 혼합비가 1 : 1 비율 이었을 때 가장 경제적인 것으로

나타났으며, 시간당 침출수 처리량은 타 조건에 비해 1.7~4.5배 높았다. 단위

연료 당 침출수의 처리량은 1.5~2.4배 가량 높았다. 위 결과들을 종합하였을


30

때, 침출수를 가장 경제적으로 소각처리 할 수 있는 혼합비율은 톱밥과 토양

의 비율이 1 : 1 이었을 때로 판단된다. 다만, 당해 시설은 여과 집진기(Bag Filter)가 설치되어 있는 시설이기 때문에 여과 집진기 수분 부하량을 고려하

여 투입량을 조절해야 한다. 당해 설비의 설계상 수분 부하량은 4.25 kg/㎡·hr 이며, 본 연구에서 제시한 조건에서의 수분 부하량은 3.54 kg/㎡·hr 이므로, 혼합토양의 투입량이 9,800 kg/hr을 초과하지 않는 범위 내에서 투입

량을 결정한다면, 설비의 안정적인 유지 측면에서도 큰 문제가 없을 것으로

판단된다.

Ⅳ. 결 론❚

31

Ⅳ. 결 론

본 연구에서는 매몰지 상단에 유출된 침출수를 안정적으로 소각처리하기 위

해 이동식 토양정화시설인 열탈착 시설(40 ton/hr)을 이용하여 실증 실험을

수행한 결과, 다음과 같은 결론을 도출 하였으며, 유출된 침출수 처리 방법으

로 적합하다고 판단되었다.

1. 매몰지에서 용출된 침출수를 톱밥에 함침시켜 소각로 적용성 실험을 수행

한 결과, 스토커 식, 유동상식, 로타리 킬른 방식, 고정상(회분식)식, 열분

해가스화용융방식의 시설에서 적용이 가능할 것으로 판단된다.

2. 열탈착 시설에 침출수 오염 토양을 처리하기 위해 톱밥과 혼합하여 실증

실험을 수행한 결과, 배출되는 대기오염물질의 배출 농도는 대기오염물질

배출허용기준을 만족하였다.

3. 열탈착 시설을 통해 처리되어 배출되는 잔재물(토양 등)의 오염물질을 분

석 한 결과, 토양오염우려기준 1지역 기준(1지역 : 과수원․목장용지 등)을

만족하여 열탈착 시설을 통한 침출수의 처리가 가능하다고 판단된다.

4. 톱밥과 토양의 비율(중량비)은 1 : 1로 혼합하였을 때 가장 연료 사용량이

낮은 것으로 조사되어 침출수 처리를 위한 최적의 혼합비율로 도출되었다.

5. 열탈착시설은 이동식으로 설치 및 운영이 가능하기 때문에 현장에서의 빠

른 처리가 가능하고 잔재물인 처리 토양도 재사용이 가능하여, 살처분 가

축 매몰지 침출수를 처리하는데 적합한 방법이다. 그러나, 시설의 이동시

방역문제 및 전염성 위험에 대한 대처는 필요하다.

참 고 문 헌❚

32

참 고 문 헌

1. 유류오염 토양 ․지하수의 저온열처리 및 생물학적 정화 기술를 연계한

동시 복원기술 개발, 환경부, (2009. 12)2. 미국 연방 정화 기술회의(FRTR : Federal Remediation Technology Roundtable), (2002)3. 한우 사육용 깔짚으로서 톱밥과 코코피트의 특성 및 송풍과 우사 내

위치가 이용성에 미치는 영향, 건국대학교 이강연, 석사학위논문, (2009)4. 유류오염토양 특성에 따른 저온 열탈착공정에 관한 연구, 신라대학교

강문환, 석사학위논문, 20085. 열탈착(Thermal Desorption) 적용사례, (주)대일이앤씨, (2010)6. 오염토양 정화 가이드라인, 환경부 토양지하수과, (2007) 7. 대기환경보전법, 환경부, (2009)8. 잔류성유기오염물질공정시험기준, 환경부, (2010)9. 토양환경보전법, 환경부, (2009)10. 저온 열탈착법(LTTD)에 의한 유류오염 토양의 처리효율과 운전조건,

여수대학교 김길훈, 석사학위논문, 200511. Dyan L.Pratt, Terrance A. Fonstad, 3rd International Symposium on Management of

Animal Carcasses, Tissue & Related By-products, Livestock Mortalities Burial Leachate Chemistry after Two Years of Decomposition, 2009

12. MacArthur A.J. and J.C.Milne, Proceedings Waste 2002, Integrated Waste Management and Pollution Control, Leachate Characteristics and Management Requirements Arising from the Foot & Mouth Operations in Scotland, 2002

13. Dyan Lindsay Pratt, Environmental Impact of Livestock Mortalities Burial, Thesis of Master Degree, 2009

14. Carcass Disposal; A Comprehensive Revies, National Agricultural Biosecurity Center, Kansas State University, 2004

참 고 문 헌❚

33

15. Marshland et al, Draft R & D Technical Report " Jointly produced by National Groundwater & Contaminated Land Centre, Environment Agency and WRc, UK 2001

16. Tatsi A.A and Zouboulis A.I, A field investigation of the quantity and quality of leachate from a municipal solid waste landfill in a Mediterranean climate, Adv.Environ.Res.6, 2007-219, 2002

17. Vass A.A, Beyond the Grave-Understanding Human Decomposition, Microbiology Today, 28/Nov., 2001

18. Marc S.Micozzi, Experimental Study of Postmortem Change under Field Conditions : effects of freezing, thawing and mechanical injury, J. Forensic Sciences 31(3), 953-961, 1986

2011 가축 매몰지 침출수 소각처리 방안...

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