개념 한 쪽
매립지는 침출수와 매립가스 관리, 차수 설계와 운전관리로 안전하게 운영해야 한다. 매립지의 차수재 선택, Darcy 법칙에 따른 침출수 제어, 그리고 매립지 면적 산정 계산이 핵심 쟁점이다. 본 개념카드는 차수재의 특성, 침출수 발생과 저감 대책, 매립지 면적 계산 원리를 정리한다.
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출제기준 단원 「매립시설 설계 및 운전관리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 매립가스 성분 구별 | 1 | 혐기성 매립가스와 소각가스를 구별하는 성분 판단 |
| Darcy법칙 적용 대책 | 1 | Darcy 식 변수와 침출수 유출 저감 대책 연결 |
| 매립지 면적 계산 | 1 | 연간 폐기물량·밀도·층높이로 필요한 면적 계산 |
차단형 매립지에서는 침출수가 바깥으로 유출되지 않도록 차수 설비를 설치하는 것이 핵심이다. 차수재는 합성 멤브레인 계열(CSPE, HDPE)과 흙 계열(Clay Soil 등)로 구분되며, 합성 시트는 투수율이 매우 낮고 시트 시공으로 균일성이 높다는 장점이 있다. 반면 Clay Soil은 비용이 저렴하고 침출수 중 오염물질 흡착능력이 우수하나 투수율이 비교적 높고 다져서 시공하므로 불투수층을 균일하게 만들기 어렵다는 단점이 있다.
매립지에서 침출수의 유출량은 Darcy 법칙 Q = k·i·A로 표현되며, 여기서 k는 투수계수, i는 동수경사(수두차/이동거리), A는 유출의 단면적을 의미한다. 따라서 침출수 유출을 방지하려면 투수계수와 수두차를 줄이는 것이 원칙이며, 차수층 설치와 빗물 유입 차단 또는 침출수 펌핑이 대표적 방안이다.
매립지에서는 침투하는 강우가 침출수량에 가장 큰 영향을 미친다. 특히 강우가 집중되는 기후에서는 표토를 침투하는 빗물이 매립지 내부로 들어와 쓰레기층을 통과하면서 침출수를 대량으로 발생시키므로 설계 시 강수에 따른 침투를 우선적으로 고려해야 한다. 기타 요인인 쓰레기의 함수율, 지하수 유입, 분해에 의한 발생수는 보조적 요인으로 취급한다.
매립지의 필요한 면적 산정은 무게→부피→면적의 순서로 계산한다. 먼저 연간 폐기물량을 구하고 매립밀도로 나누어 부피를 산정한 뒤, 매립두께(층 높이 또는 총 높이)로 나누어 면적을 구한다. 이 계산 흐름은 단위 변환 실수로 인한 오답을 피하는 데 핵심 역할을 한다.
매립지 면적 계산 예시는 다음과 같다. 매일 200톤을 배출하는 도시의 연간 배출량은 200×365 = 73,000톤이다. 매립밀도를 0.8 ton/m³, 평균 매립두께를 5 m로 가정하면 필요한 면적은 73,000 ÷ 0.8 ÷ 5 = 18,250 m²가 된다. 계산 시 연간 일수 누락이나 밀도·두께의 곱셈·나눗셈 혼동으로 실수가 발생하므로 '무게 ÷ 밀도 = 부피, 부피 ÷ 두께 = 면적' 순서를 지키는 것이 중요하다.
차수재 선택 문제 예시는 다음과 같다. 문제에서 '흡착능 우수 + 투수율 상대적으로 높음 + 균일시공 곤란' 조건이 주어지면 이는 Clay Soil의 전형적 특성이므로 Clay Soil을 선택해야 한다. 반대로 CSPE나 HDPE는 저투수·균일시공 특성을 가지므로 해당 조건과 반대임을 근거로 소거한다.
Darcy 법칙 관련 문제 예시는 다음과 같다. Q = k·i·A의 형태를 떠올려 유출량 감소 대책으로는 k 감소(차수층 설치)와 i 감소(빗물 차단 및 침출수 펌핑)를 동시에 고려하면 된다는 점을 지적한다.
일반적으로 폐기물매립지의 혐기성상태에서 발생 가능한 가스의 종류와 가장 거리가 먼 것은?
정답 ③ · 매립지의 혐기성 상태에서 발생하는 가스가 아닌 것을 고르는 문제이다. 혐기성 매립지에서 발생하는 가스는 메탄과 이산화탄소가 주성분이고, 황화수소, 암모니아, 수소 등이 미량 동반된다.
혐기성 매립가스는 CH4, CO2, H2S, NH3 등이며 염화수소(HCl)는 소각 시 주로 발생하는 가스이다.
매립지내의 물의 이동을 나타내는 Darcy의 법칙을 기준으로 침출수의 유출을 방지하기 위한 내용으로 가장 적절한 것은 ?
정답 ④ · Darcy의 법칙에 따르면 침출수의 유속은 투수계수와 수두차에 비례합니다(Q = k × i × A). 따라서 매립지 내부로부터 외부로 침출수가 유출되는 것을 최소화하기 위해서는 차수층을 설치하여 투수계수를 최대한 감소시켜야 하며, 동시에 매립지 내외부의 수두차(수위차)를 줄이기 위해 빗물 유입을 차단하고 침출수를 적극적으로 펌프업하여 수두차 또한 감소시켜야 합니다.
Darcy 법칙 Q=k·i·A에서 유출량은 투수계수와 수두차에 비례하므로, 침출수 유출 방지는 둘 다 감소시키는 것.
'위생매립'의 단점과 가장 거리가 먼 것은 ?
정답 ④ · 위생매립의 단점과 거리가 먼 것을 고르는 문제이다. 매립지는 완료 후에도 침하가 계속되어 일정 기간 유지관리가 필요하고, 일일복토 등 위생매립 기준이 지켜지지 않으면 불법 투기와 다를 바 없으며, 폐쇄된 매립지에 건축할 때는 침하 대비 특수 설계와 시공이 요구되므로 1, 2, 3번은 대표적인 위생매립의 단점이다.
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