폐기물의 관리 처분

□ 폐기물 관리 및 처분

 

• 폐기물과 오염물

 

(1) 폐기물(waste)

- 지구자원을 활용하고 남은 불필요하고 쓸모 없게 된 잔여물과 부산물

- 또 다른 일종의 자원이 될 수 있다.

 

(2) 오염물(pollutant, contaminant)

- 현재 부적절한 상태로 있어 환경을 파괴하고 악영향을 주는 물질

- 자원으로서의 잠재적 효용성이 있을 수 있다.

 

• 폐기물의 발생

 

(1) 원료물질의 생산과정에서의 폐기물 발생

- 광물자원 및 에너지자원의 추출 및 가공과정

- 기타 제품의 생산 및 운반과정

- 발생된 폐기물을 방치할 경우 → 오염물질이 됨 (예, 폐석 → .빗물과 반응하여 오염물질 유출)

(2) 소비과정에서 발생되는 폐기물

- 양적인 면과 위해성 측면에서 생산과정에서 발생되는 폐기물에 비해 적음.

- 현실적 문제이며, 지역사회에 대한 특별한 유화정책이 필요로 하는 문제.

 

• 폐기물관리에 대한 접근방법

- 1인당 발생되는 폐기물 양과 함께 소각 및 재활용 비율을 보아야 함.

 

(1) 세 가지 "R"s ; 폐기물 처리의 단계

- 발생원 축소(Source Reduction)

가. 원천적으로 폐기물의 발생 량을 줄이는 방법.

나. 생산물의 부피를 줄이는 것.

다. 상품의 내구성을 늘리는 것.

라. 포장의 양을 줄이는 것.

마. 소비를 줄이는 것.

 

- 재사용(Reuse) ; 상품을 버리는 대신에 반복해서 사용하는 것.

- 재활용(Recycling) ; 오래된 물건을 분해해서 새로운 상품의 원료로 사용하는 것.

- 소각

- 매립

 

☞ 네 번째 R → 거부(Refuse) → 과도하거나, 환경적으로 유해한 포장제로 된 제품에 대해 소비자가 거부하는 권한을 갖는 것.

 

(2) 라이프사이클 분석

- 출하 때부터 폐기될 때까지 상품에 대한 분석

- 산업적 측면과 소비적 측면에서 이루어짐.

- 예) 기저귀

가. 일회용 기저귀

- 매립지 공간의 1% 미만만을 차지

- 생물학적으로 분해되지 않음.

- 유해한 박테리아 같은 병원성 물질로 작용. → 매립지에서 병원성물질의 처리가 적절히 이루어지지 않음.

나. 면기저귀

- 공기오염, 수질오염, 오물 등을 훨씬 많이 발생시키는 것으로 나타남.

- 면은 농업생산물로 화학비료와 살충제의 사용이 요구됨.

 

(3) 사회적 접근방법

- NIMBY(Not In My Back Yard) 태도(혐오시설 기피현상)에 대한 설득

가. 안전성 및 고용 창출효과 설득

나. 세금감면 및 기타 혜택 제공

 

- 재사용 및 재활용의 생활화 ; 자원재활용프로그램의 유도

가. 자원 재회수(Resource Recovery)

- 폐기물로부터 유용한 물질과 에너지를 뽑아낼 수 있는 수단.

- 예) 쓰레기 분해할 때 발생하는 메탄가스의 연료화.

나. 자원순환을 촉진할 수 있는 다양한 혜택(정보, 교육, 세금, 벌금, 관대한 정책, 법률, 규제 등) 제공.

 

• 폐기물 처분

 

(1) 폐기물의 종류

- 물리적 형태에 따른 분류 ; 고체형, 액체형, 기체형

- 화학적 특성에 따른 분류 ; 방사성폐기물, 독성폐기물, 의료폐기물 등.

 

(2) 폐기물 관리 및 처분에 있어 지구과학의 역할 ; 폐기물 처리에 있어 지구환경에 대한 기본적인 이해가 필수적인 이유.

- 폐기물은 지구의 구성물질을 사용함으로써 발생하는 것. → 구성물질의 성질을 이해하는 것이 중요함.

- 폐기물과 오염물은 지구환경 내에서 발생한다. → 지구환경과 그 안에서의 오염물질 이동메커니즘 이해가 필수적임.

- 대부분의 폐기물 관리대책은 지구환경 내에 폐기물을 저장하거나 지구과학적인 과정을 통하여 폐기물을 확산 또는 희석시키는 방안을 포함한다.

 

(3) 고체폐기물(Solid Waste)

- 광의의 정의 ; 관을 통하여 배출될 수 없는 폐기물.

- 다양한 배출원 및 형태를 갖는다.

- 주요 배출원 ; 농업, 광업, 공업, 지역사회 순으로 공급량 감소.

- 폐기물의 배출원, 양, 물리적 및 화학적 성질이 고체 폐기물 처리의 중요한 요소.

- 고체와 액체폐기물 사이의 구분이 힘든 경우.

가. 고체폐기물로부터의 용출되는 액체

나. 하수나 부유퇴적물과 같이 액체폐기물이었던 것이 폐기물 처분과정 또는 자연적인 퇴적과정을 통해 고체폐기물 형태로 변형된 경우

- 농업폐기물

가. 고체폐기물의 반 이상 차지

나. 배출원 ; 농장, 과수원, 축사

다. 폐기물 농지로부터 침식된 퇴적물

- 지표수 통과 시 액체폐기물의 형태로 시작.

- 다시 퇴적되어 주변 수로를 막음.

- 유출토양에는 다량의 살충제, 살균제, 제초제, 화학농약 등 다양한 유해물질 포함함.

라. 퇴적물에 포함된 유기물

- 동물의 분뇨, 시체, 왕겨, 그루터기 등 여러 동․식물들의 잔해로 구성됨.

- 극히 일부만이 수거되어 소각되거나 폐기물 처리장에서 처리된다.

- 농업폐기물에 의한 하천수 오염은 인구 조밀지역 주변 농업지역에서 주요 관심사임.

마. 생물학적 분해(biodegradation) - 적절한 환경하에 직접될 경우 가능. → 산소 소모 → 부영양화(eutrophication) 초래

 

- 광상폐기물

가. 다량의 맥석

나. 선광 및 제련 후의 잔류물인 광석찌꺼기와 슬러지(sludge)로 구성된 tailing. → 산성수의 배출원 및 바람에 의한 주변환경 오염원

다. 최근의 관리 개선에도 불구하고 폐광지역의 경우 많은 문제 야기.

 

- 산업폐기물

가. 형태 ; 종이, 골판지, 금속조각, 목재, 플라스틱, 유리, 정원폐기물, 폐타이어, 기타(표 16.1)

나. 작은 소각로에서 태워지거나 공장주변 부지에 매립, 또는 지역폐기물 처리장으로 운반 처리됨.

다. 고액의 처리비가 소요됨.

 

- 지역폐기물

가. 주로 가정이나 상업시설, 그리고 작은 공장으로부터 발생하는 폐기물로 다른 폐기물과 중복되기도 함.

나. 대부분 지방자치단체나 지방자치단체로부터 용역을 받은 용역업체에 의해 수거 및 처리됨.

다. 지정된 장소에 버리기 위해 수거되거나, 폐기물 처리장에 가져다 버릴 수 있는 폐기물.

라. 양은 적지만, 다음 이유 때문에 매우 중요

- 지역폐기물류의 총량이 가장 빠르게 증가.

- 폐기물 처분장소의 부족(특히 인구밀집 지역).

- 매립장 시설의 부실 시공, 또는 부적절하게 처분된 폐기물에 의한 환경 및 건강문제 발생 가능.

마. 지역폐기물의 구성(그림 16.3)

- 종이, 판지를 이용한 생산품, 기타 포장물질 → 폐기물의 약35% 차지

- 가정 발생 유기서 폐기물 → 지역폐기물의 주성분

- 유리, 철, 알루미늄, 플라스틱 → 생물학적 분해가 어려움 → 증가

- 폐타이어, 나무, 건축 폐기물

- 소각 후의 재

- 플라스틱 → 부피로는 18%, 무게로는 7%

- 유리, 금속 → 무게비가 높다.

- 유독성 화학물질 배출할 수 있는 가정용 폐기물 → 손톱광택제, 전지, 가정용 및 정원용 살충제와 비료, 페인트, 청정제, 용매

 

(4) 고체 폐기물의 처분 ; 일반적인 방법들만 논의.

- 일반투기(open dump)

가. 허가된 장소에 구덩이 파고 버리는 것.

나. 과거 대부분의 도시에서 일반적으로 행하여 짐.

다. 현재에도 교외지역에서 행하여지고 있음.

라. 미관상 나쁘고, 해충 증가요인, 비위생적(악취 등 유해물질 발생)

- 방치(non-disposal)

가. 숲 및 도로변에 부적절하고, 통제되지 못한 폐기물

나. 처분 비용 줄이기 위해 행하여짐.

다. 토지 소유주에 의한 투기

- 매립지(landfills)

가. 폐기물 관리의 가장 보편적인 방법

나. 일반투기보다 신중하게 선택된 장소에 공학적 설계

다. 주변지역에 환경문제가 발생하지 않도록 설계

라. 매립지에 매립 후 토양층으로 복토 → 해충의 접근 및 강수의 침투 최소화 → “위생매립지(sanitary landfill)”

- 위생매립지 설계에 중요한 사항

가. 침출수(leachate)의 이동 조절

- 침출수 → 강수와 매립지 내의 고체폐기물과의 반응에 의해서 생성된 유해한 액체폐기물

- 고체 폐기물 더미를 통과하며 용존물질을 다량 함유하게됨.

- 매립지 설계 및 유지에 가장 중요한 요소

- 폐기물의 성분에 따라 유독성일수도 있고, 전염성 매체를 포함할 수도 있다.

- 침출수가 매립지 밖으로 유출되어 지하수 및 지표수, 혹은 생물권과 접촉하게 되면 환경문제가 발생한다.

나. 적절한 부지의 선정

- 침출수의 이동이 방지될 수 있는 적절한 부지의 선정이 요구됨.

- 선정요인

① 지하수의 깊이 ; 지하수면이 깊은 건조지역이 유리.

② 매립지 주변의 암석과 토양의 특성

③ 강수량

④ 지하수계의 특성

☞예)

- 건조지역의 경우 → 지하수면 깊이 깊고, 강수량 적음 → 침출수의 생성량이 적음 → 지하수 유동속도가 느려, 침출수의 확산도 느림 → 지하로 이동되는 침출수는 지하수면 도달 전에 자연 여과, 흡착, 생분해 등으로 중화 혹은 분산됨(그림 16.5A).

- 습윤지역의 경우 → 강수량 많고, 지하수면 깊이 얕음 → 침출수의 생성과 유동이 원활(그림 16.5B) → 침출수의 이동이 방지되도록 난대수층인 불투수층, 또는 저투수성 암반이나 퇴적물의 상부에 매립지가 위치하여야 함.

- 이러한 매립지 하부의 침출수의 이동을 느리게 하는 불투수층을 “차수층(attenuation layer)”이라 한다.

- 점토가 풍부한 불투수층이 적합 → 투수성이 낮고, 점토에 의한 중금속원소의 흡착이 용이

- 지하수면이 얕고, 지하매질이 다공질이며, 투수성이 높은 지역 → 침출수의 이동이 용이 → 매립지로 부적당한 지역(그림 16.5C, D)

- 해안지역, 혹한지역(자연적 분해작용이 거의 없음) → 부적당.

다. 처분시설의 공학적 설계와 지속적인 관측(그림 16.6)

- 침출수를 통제할 수 있는 장치의 설계가 요구됨.

- 불투수성 덮개와 차수막 → 침출수의 생성과 이동 방지

- 배수관과 침출수 회수시스템

- 침출수 처리시스템

- 매립지 주변지역의 지하수 관측정

- 폐기물의 분해로 생성되는 가스(주로 메탄→공기와 섞여 폭발성을 갖음; 상당량의 일산화탄소→유독성) 포집시스템

(메탄가스의 자원화→대기오염 감소효과, 자원재활용, 경제적 이득)

- 기술의 발전 및 운영의 철저 → 매립지에 의한 부정적인 환경피해가 효과적으로 줄고 있다.

- 불량 설계된 침출수 통제시스템(그림 16.7) → 불투수성 차수막은 있으나, 회수배관이 없거나 회수배관의 손상으로 침출수의 집적 및 매립지 밖으로의 용출 유발 → “목욕통 효과(bathtub effect)”

 

- 소각로

가. 소각(incineration) - 보편화된 폐기물 처분 방법

나. 근래의 소각로 → 고온소각 → 유해가스(표 16.2A)의 효과적인 통제가 가능

다. 소각 후의 재(ash) → 중금속원소, 다이옥신(dioxins), 푸란(furans), 방향성 유기물 등 유해성분 포함(표 16.2B) → 재의 유해성 여부에 따라 일반매립지, 혹은 특수매립지에 매립됨(정확한 유해성 판단이 중요)

라. 현대화된 소각로 → 고체폐기물의 소각을 통한 자원화 → 주민들의 NIMBY 설득효과

 

- 퇴비화

가. 유기물을 줄이는 방법이 필요

나. “퇴비화” → 박테리아와 자연미생물을 이용한 유기폐기물의 분해방법

다. 가정폐기물의 퇴비화 → 공기 중(산화환경)에서 진행의 효과적.

라. 유기폐기물 분해 후 남은 퇴비는 깨끗하고 유기물이 풍부

- 재활용

가. 고체폐기물의 양을 줄일 수 있는 방법

나. 자원과 에너지의 절약

다. 종류 ; 신문, 유리병, 판지, 캔(알루미늄, 혹은 철), 다양한 형태의 플라스틱

라. 재사용(reuse)보다는 효과적이지 못하다(그림 16.9).

마. 원래 물질과 동일한 재활용

바. 원래 물질과 전혀 다른 물질로의 재활용(2차 활용)

 

(5) 액체폐기물

- 생활하수

가. 물 소변, 세제, 그리스, 기타 액체

나. 정화조(septic tank)(그림 16.10)

- 가정하수를 저장하기 위해 만들어진 장치

- 폐기물 내의 유기물이 부분적으로 분해되고 고체가 침전될 수 있을 기간만큼 하수를 저장한 후 비교적 맑은 액체를 주변으로 서서히 배출하는 장치

- 1차 정화 후 오수조(cesspool, 다공질 관) 통과 → 여기서 오염물질의 생화학적 분해나, 흡착작용 등을 통한 정화가 이루어짐.

- 정화조가 효과적인 지질조건

① 주변토양 및 퇴적물이 투수성이 높아야함.

② 정화되기 전에 지하수면에 도달할 정도로 높으면 안됨.

③ 지하수면이 깊이 위치해야 함.

- 지역하수

가. 도시지역일수록 문제 심각함.

나. 예) 매사추세츠 - 1985-1990년 사이 하수로 인한 녹조현상, 오염 → 조개채취량 반감 → 1992년 하수에 의한 배설물 박테리아(fecal bacteria) 오염이 심각해져서 2600여 곳 이상의 해안선이 폐쇄됨.

다. 하수의 처리

- 1차 처리 → 하수로부터 쓰레기, 미립자 등 고체폐기물 제거하는 물리적 과정

- 2차 처리 → 용존 유기물질을 박테리아를 이용하여 분해하는 생물학적 과정

- 3차 처리 → 질소, 인 등 과잉유기물, 중금속원소 등 용존 무기물 등 잔여 오염물질을 제거하는 화학적 과정

라. 정화 처리된 하수 수질

- 이론상 음용수 수준까지 가능하지만, 실질적으로는 어려움.

- 2차, 혹은 3차 처리 하수는 물부족 지역에서는 잔디의 수분공급 및 도시미화용으로 쓰임.

마. 하수 정화 후의 잔유물(슬러지) 처리

- 소각

- 매립

- 규모 큰 수계에의 투기

- 비농업용(공원 및 골프장 유지, 혹은 도시미화 등)목적의 비료로 재활용

→ 유해성 물질이나 중금속원소가 많이 포함되어 있는 경우 → 유해오염원 → 특별한 처리가 요구됨.

 

(6) 유해폐기물(Hazardous waste)

- 인류 및 생태계에 직접적, 혹은 잠재적 위험성이 있는 폐기물(표 16.3)

- 유독성(독성 및 발암성), 부식성, 산성, 폭발성, 전염성, 방사성 물질 → 특별한 취급 및 처리가 요구됨 ⇒ “특수폐기물”

- 산업화된 선진국 및 개발도상국의 주요 환경문제 중의 하나.

- 유해 폐기물의 관리 및 처리 소홀로 인한 막대한 피해사례 → 예) 뉴욕주 러브캐널지역 → 1940년대에 21톤의 유해한 화학물질을 투기 → 학교 건축 후 침출수 유출 → 인근지역 주민들의 건강 이상(기형아 출산, 유산) 발생 → 1978년 정화작업 시작 → 1980년 연방 비상처리장소로 지정(자연재해를 제외한 미국내 최초의 비상사태) → 1000가구 이상 강제 이주 → 광범위한 정화작업 후 안정판정 받음.

- 미국의 경우 30,000-50,000 여개의 오염된 처분장이 존재 → 관리소홀 상태

- 유해폐기물의 발생원

가. 산업활동(그림 16.12)

- 가장 큰 유해폐기물 생산자

- 고체, 액체, 기체 형태

- 제련과정의 산, 펄프나 제지공장의 부식제, 제련과정의 찌꺼기

- 대기 방출 유해물질 → 휘발성 유기물, 미립자, 납

- 석유, 그리스, 페놀, 산, 암모니아 등 → 자연에서 빨리 분해됨.

- 중금속원소(Cd, Hg, As, Pb), 염화유기물(PCBs, Dioxin, TCE), 방향성 유기물(PAHs) → 자연에서 오랜 시간동안 잔류

나. 가정생활

- 전지, 폐인트, 용매, 살충제 등

- 양은 적으나, 일반 매립지에서 특수처리가 필요한 유독성 물질이 자주 나타나는 원인 제공

- 별도 수거하는 방법 등이 논의, 운영됨.

다. 농업활동

- 농약, 살충제, 제초제, 살균제 등

- 비점오염원의 형태, 장기간 지속 → 관리가 힘듬.

- 유기체 내에 축적

- 일반적으로 주요 통제대상이 아닌 식물 및 동물에 유해

 

- 유해폐기물의 처분

가. 사업장 내 처분

- 소량인 경우

- 소각, 매립, 가스형태의 대기 배출

- 오염정도가 법정기준치 이하인 경우 주변하천에 처리

나. 지표투기

- 용기 채로 지표, 호수, 범람원 등에 투기

- 대부분의 경우 용기 부식으로 인한 유출로 환경문제(수계 오염) 야기

다. 저수조(surface impoundment)를 이용한 액체폐기물 처리

- 인공적(차수막 설치), 혹은 자연적인(불투수성 점토층) 구덩이에 액체폐기물 처분 → 일정기간동안 방치 → 폐기물 내의 휘발성 성분 제거, 유해성분의 미생물학적 분해

- 과거에 많이 사용되었으나, 유해물질의 지하유출 등의 문제로 현재 사용이 되지 않는다.

라. 안전매립지(secure landfills)

- 위생매립지와 유사하나 침출수 회수시스템, 덮개, 차수막, 관측정 등의 수가 강화됨.

- 매립 전처리 시설(소각, 중화, 안정화) 설치

- 위생매립지와 동일한 적절한 부지선정이 중요

마. 지구과학적 격리(geological isolation)

- 오염물질의 흡수 및 저장능력이 있는 지하의 암석 내에 유해폐기물을 처분하는 방법

- 적절한 장소 선정 시 매우 안정

- 그러나 지하수(약산성)와의 반응, 지하의 온도, 압력, 화학적 조건 등으로 저장용기의 부식 및 오염물 유출이 일어남 → 이를 최소화 시킬 수 있는 장소 선정

바. 심부 관정 처분(그림 16.14)

- 주입관정(injection well)을 이용하여 액체폐기물을 지하 심부에 주입 처리

- 독성이 매우 높거나 양이 많을 경우 사용

- 예) 유전 개발 시 나오는 염수의 처리

- 콘크리트로 둘러싸여진 관정을 700m 이상 굴착

- 처분 대상 지하매체(저류암) → 다공질, 높은 투수성이 요구됨 → 사암이나 석회암

- 저류암이 셰일, 암염 등에 의해 상부의 대수층과 격리되어 있어야 함.

- 문제점

① 적절한 지질학적 요건을 갖는 곳이 많지 않다.

② 심부관정 자체의 파열이나 누수의 우려가 있다.

③ 폐기물의 화학성분에 따라 저류암에 효율적으로 흡수되지 않을 수 있다.

④ 저류암 내의 공간이 충분하지 않을 수 있다.

⑤ 주입 시의 압력 등에 의한 단층 및 절리 등의 활성화 (예) 1962년 로키산맥 아스날 지역 → 미 육군이 주입관정을 통해 액체폐기물 처분 후 동시에 인근 덴버지역의 지진이 자주 발생 → 진앙지가 주입관정임이 확인됨.

 

(7) 방사성폐기물(radioactive waste, radwaste)

- 더 이상 경제적 가치가 없는 잔류 방사성물질이나 원자력발전소 운영 시 사용한 장비 등.

- 강한 방사능에 의해 경우에 따라서는 단 1분의 피폭으로도 치명적일 수 있다.

- 대부분이 장기간의 오염원이며, 유독성이다.

-방사성폐기물의 운송 및 처분은 국제적인 기준과 협약에 근거하여야 함.

 

- 방사능 붕괴(그림 16.15)

가. 핵분열

- 방사성 원소(radionuclide)가 자연적으로 붕괴과정을 거쳐 다른 원소를 만들고 이 같은 과정이 안정한 원소가 만들어질 때까지 계속된다(핵분열). → 인위적인 핵분열을 통해 에너지를 얻음.

- U, Th 등을 함유한 암석, 토양, 퇴적물 등에서 자연적으로도 발생.

나. 방사능(radiation) (그림 16.15)

- 알파입자 → 가장 무거우며, 2개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성됨.

- 베타입자 → 전자, 질량은 알파입자에 비해 아주 적다.

- 감마선 → X선과 유사, 고에너지 전자기 방사능, 질량은 없음.

- 방사능 피폭량(dose)에 따라서 유전자 이상, 질병, 사망 등 발생

다. 방사능 측정단위

- 큐리(curie, Ci)

① 단위시간 내에 일어나는 방사능 붕괴의 수

② 1Ci = 1초당 방사능 붕괴가 370억번 일어났음을 의미 → 1g의 라돈이 붕괴하는 비율로 매우 많은 양의 붕괴

③ 1μCi(100만분의 1), 1pCi(피코큐리, 10억분의 1) 단위 주로 사용

- 래드(rad)

① 생물조직에 흡수되는 방사능 에너지를 측정하는 단위

② 1rad → 1kg의 생체조직에 흡수된 0.01J(joule)의 에너지의 양

- 램(rem)

① 방사능 종류에 따른 피해 차이를 고려한 단위

② 알파입자 → 베타입자나 감마선보다 약 10배정도 피해 량이 큼.

③ 피폭량이 500램 → 노출된 사람의 50%가 치명적

④ 100-200램 → 구토, 자연유산, 남성의 일시적 불임

⑤ 1인당 연평균 최대허용 방사능 피폭 가능량 → 5램

라. 투과력(그림 16.16)

- 효과적인 폐기물 처분을 위해 고려해야할 중요 사항

- 알파입자 → 투과력인 크지 않음. 호흡기 통해 유입시 폐 손상

- 베타입자 → 알파입자보다 강하다.

- 감마선 → 1m 두께의 콘크리트나 동일부피의 물이 필요

마. 반감기(half life)

- 한 방사성 원소가 붕괴되어 원래 양의 절반이 될 때까지의 시간

- 방사성 원소마다 차이가 있다(백만분의 1부터 수천억년까지 다양).

- 예)147Sm ; 반감기가 1천6백억년, 214Po ; 0.2 microsecond

- 주변환경과는 무관하게 일정함.

- 핵종의 반감기에 따라 격리 기간이 고려되어야 함.

 

- 방사능 노출원

가. 환경방사능(environmental radiation)

- 일상생활에서 받게되는 방사선 양

- 암석, 토양 내의 방사성원소의 자연붕괴, 우주방사선(cosmic radiation), 의학적 활동(예, X-선), 낙진(원전사고, 핵무기 실험 등에 기인한 공기 중의 방사성 물질), 기타 일상생활에 의해 발생

- 1인당 받는 연평균 환경방사선량 → 106milliram

- 같은 양의 에너지를 얻기 위해 석탄을 연소하는 것이 정상적인 원전 가동보다 더 많은 양의 방사성 물질과 발암성 물질을 배출함.

- 공기 중의 라돈 오염

나. 저준위 폐기물(LLW ; low level waste)

- 정상적인 원자로 가동 과정에서 나오는 물질

- 고체폐기물 ; 의복, 장비

- 액체폐기물 ; 냉각수

- 기체폐기물 ; 환기 배출가스 등

- 액체 및 기체폐기물은 규제기준치 이하로 한 후 주변 대기 및 수계로 직접 방출됨.

- 고온가스 → 주변 지역에 농집되어 열역전(thermal inversion) 유발

- 고온 액체폐기물 → 수계의 열오염 발생

- 저준위 고체폐기물 → 금속용기에 넣어 허가된 지역에 천부매립

다. 중준위 폐기물(ILW ; intermediate level waste)

- 자연 배출하기엔 방사능 정도가 높은 폐기물

- 화학적 처리를 통하여 고준위 혹은 저준위 폐기물로 전환

- 저준위로 붕괴될 때까지 현장에 보관

라. 고준위 폐기물(HLW ; high level waste)

- 핵종 연료 사용 후 생성된 것.

- 우라늄 덩어리를 포함하는 합금 연료봉(원자로 내의 핵분열을 연속적으로 일어나게 하는 역할. 일정기간 사용→자원자에 의한 중성자 흡수로 핵분열속도 느려짐→ 제거)의 집합체 형태

- 연료봉 내에는 아직 핵분열 일으킬 수 있는 물질이 남아 있음.→원칙적으로 새 연료로 재활용 가능

- 자원자 중에는 반감기가 24000년이며, 독성인 239Pu, 뼈의 칼슘을 치환하는 90Sr 등이 포함되어 있다.

 

- 고준위 폐기물 처분방안

가. 현재 수조(water pools), 콘크리트 석실, 또는 지하저장탱크에 임시로 저장되어 있음.

나. 영구처분을 위하여는 반감기의 최소 10배 이상의 기간동안 수권 및 생물권으로부터 격리되어야 함. → 수백 내지 수십만년 동안 격리가 필요 → 일반적으로 최소한도의 격리기간은 1만년.

다. 영구 격리 처분장의 요건

- 적절한 부지의 선정

- 공학적 설계와 시공 → 예) 처분용기 및 주변물질의 열 저항력이 커야 함.

- 일반인의 접근이 없는 곳

- 테러 등의 대상이 안 되는 곳

- 충분한 양 처리를 위한 넓은 공간 확보

- 경제적이어야 함.

라. 처분방안

- 활성이 낮은 고정된 형태로 만듬. → 완충물질로 포장 → 부식저항성이 강한 처분용기에 저장 → 영구저장시설에 처분

마. 영구저장시설 후보지

- 외계

① 이론적으로 가능하나, 현재의 기술력으로는 미흡

② 고비용, 위험성 등이 문제

- 침강대

① 해양지각과 대륙지각이 충돌하는 판의 경계면(그림 1-17)

② 많은 양의 퇴적물이 빠른 시간 내에 이동 퇴적됨 → 폐기물의 퇴적물에 의한 매몰이 용이 → 맨틀로의 섭입 가능

③ 해구에서 일어나는 지질학적 현상에 대한 완전한 이해가 미흡

④ 해구까지의 이동기술 미흡

⑤ 폐기물 처분에 대한 국제적 동의 필요

- 극빙하

① 극비하에 처분하면 자체 무게 및 발생열로 빙하를 녹이면서 수년 내에 빙하 최하부(tnkm 심도)로 이동될 수 있다는 계산 결과에 근거

② 장거리 이동에 따른 위험성

③ 국제적 동의 필요

④ 빙하 최하부 도달 후의 발생될 수 있는 문제의 불확실성

- 지구과학적 격리 요건

① 처분 암은 균열이 적고 투수성이 낮아야 한다.

② 열분산이 용이해야 하고, 잠재적 유출성분의 화학적 흡착이 용이하여야 한다.

③ 현재 또는 미래에 경제적 가치를 지닌 광물을 포함하지 않아야 한다.

④ 지하수 유동이 최소이어야 하고, 이동방향도 생물권에서 멀어야 한다.

⑤ 강수량이 적어야 한다.

⑥ 통기대가 두터워야 한다.

⑦ 지역의 침식률이 낮아야 한다.

⑧ 지진 또는 화산활동의 가능성이 아주 적어야 한다.

⑨ 지역 기후변화가 지하수환경에 심각한 영향을 주지 않아야 한다.

- 대상 가능한 암석

① 셰일

- 투수성 낮고, 화학적 흡착성이 높다.

- 가봉의 셰일 내의 자연적 방사능물질 광상으로부터 실험결과 적합함이 입증됨.

② 암염동굴

- 암염 → 퇴적층의 층리, 혹은 돔 형태 → 채굴 후 형성된 동굴 이용

- 암염층의 존재 → 지하수와의 접촉이 없었음을 의미

- 암염의 연성 → 잘깨지지 않음.→ 균열의 형성 및 이로 인한 유출 가능성이 낮음.

- 양호한 전도체 → 열 분산이 용이

- 예) 독일 → 암염저장소 운영, 캐나다, 미국은 고려 중

③ 화산 응회암(그림 16.19) - 예) 네바다주 유카산

- 불투수성

- 암석 내에 불석(zeolite) 함유 → 오염물질 흡착력 탁월

- 문제점 제기(유카산의 경우) → 지하수 유동속도, 균열가능성, 화산활동 가능성, 침식률, 미래의 잠재적 자연자원 가능성 등

④ 결정질암 내의 동굴

- 선캠브리아기의 순상지 내에 발달된 안정된 화성암체에 지하 심부동굴 건설하여 폐기물 처분

- 구조적으로 안정

- 인간활동으로부터 격리

- 잠재적 자원분포지역으로부터 격리

- 단점 → 열에 의한 균열 가능성

- 미래의 문제

① 미래의 사건들에 대한 예측이 필요

② 지역적, 광역적 지하수 유동에 대한 정보 필요 → 지각의 움직임, 기후변화, 처분시설의 안정성 등에 미치는 영향이 큼

③ 폐기물 저장시설 문제의 해결을 위하여는 과학자와 정책입안자, 정치가 등 관련자들간의 유기적 협조가 요구됨

 

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