물리화학적 공정을 이용한 고령화된 매립장 침출수처리

김종식□최준호

계명대학교 화학공학과

A Study on the Aged Landfill Leachate Treatment with Physicochemical Processes.

Jong Shik Kim□Joon Ho Choi

Department of Chemical Engineering Keimyung University

1. 서론

최근 경제성장과 인구의 도시집중 및 각종 제품의 life cycle의 단축화 경향으로 폐기물 발생량은 기하급수적으로 늘어나고 있으며, 이들 폐기물의 대부분이 매립처분되고 있는 실정이다. 침출수는 일반적으로 많은 양의 질소와 생물학적 난분해성물질을 함유하고 있어 하천으로 유입시 부영양화현상을 유발함과 동시에 용존산소를 고갈시켜 생태계에 악영향을 주기도 한다. 이러한 침출수를 처리함에 있어 문제점으로는 폐기물의 매립연령에 따라 수질의 변화가 심하다는 것이다. 매립 초기에는 생물학적으로 분해가 용이한 휘발성 지방산이 축적되어 pH가 4.5□6.5정도로 낮고, BOD5/CODCr값이 0.5 정도로 높아 활성슬러지 공법의 적용이 용이하지만 매립 연령이 10년 이상인 고령화된 매립장 침출수는 BOD5/CODCr값이 0.1정도로 낮아져 생물학적 처리가 어렵게 된다. 따라서 본 연구에서는 BOD5/CODCr값이 0.1 정도로 낮고, pH가 8.9 정도로 높은 노령화된  매립장 침출수를 처리하기 위하여 Ozone/Hydrogen peroxide를 이용한 산화공정과 활성탄 흡착에 의한 물리□화학적 처리공정을 도입하여 생물학적 난분해성 물질을 다량 함유한 노령화된 매립장 침출수를 적정 처리하기 위하여 실시 하였다.

2. 실험

2.1 Ozone/Hydrogen peroxide에 의한 산화

실험에 사용된 Hydrogen peroxide의 양은 10□ H2O2(34%)/□Leachate로, 그리고 오존주입량은 75mgO3/min으로 일정하게 유지하면서 실험을 실시하였다. pH변화에 따른 유기물질의 산화특성을 조사하기 위하여 pH를 3, 7, 12로 조절여 실험을 실시하였다.

2.2 활성탄흡착

침출수에 함유된 오염물질을 제거하기 위하여 분말 활성탄을 흡착제로 사용하여 회분식 실험을 통해 Freundlich Isotherm에서의 상수값 k와 n을 도출하여 본 실험에 사용된 침출수의 흡착특성을 규명하고, 입상활성탄을 이용한 칼럼실험을 통해 침출수 원수 및 처리수의 파괴곡선(Breakthrough Curves)을 그려 파과점에 이르는 침출수 처리유량(BVs;Bed Volumes)을 조사한다.

3. 결과 및 고찰

3.1 Ozone/Hydrogen peroxide에 의한 산화

침출수 원수의 오존단독처리 및 O3/H2O2 산화처리에 의한 CODCr 제거효율을 조사하기 위하여 침출수의 수온을 25℃로 조절하고 75mgO3/min으로 180분간 오존을 주입한 결과 오존단독처리에서는 단지 18.1%의 CODCr 제거효율을 얻었으나 10□ H2O2(34%)/□Leachate로 과산화수소수를 첨가한 O3/H2O2 산화처리에서는 오존단독처리시 보다 14.0% 높은 31.0%의 제거효율을 얻었다. 이는 오존에 과산화수소수를 첨가 함으로서 더 많은 양의 hydroxyl radical(OH□)이 생성되어 이들에 의해 CODCr 유발물질이 더 많이 산화된 것으로 판단되며, 이를 Fig. 1에 나타내었다. 오존단독처리 및 O3/H2O2 산화처리에서 침출수중의 HCO3-와 CO3-2를 제거하기 위하여 침출수의 pH를 3으로 조절한 후 NaOH를 사용하여 pH를 3, 7, 12로 조절하여 75mgO3/min으로 180분간 오존단독처리를 실시한 결과 각각 23.3%, 35.3% 및 56.0%의 CODCr 제거효율을 얻었다. 이는 침출수 원수를 대상으로한 오존단독처리 보다 더 높은 제거효율로서 hydroxyl radical(OH□)의 scavenger를 제거함에 따른 효과로 판단 되었으며, 특히 pH 12에서는 56%의 제거효율을 보였는데, 이는 OH-가 오존의 자기분해과정에서 initiator로 작용하였기 때문으로 사료된다. 그리고 10□ H2O2(34%)/□Leachate를 첨가한 O3/H2O2 산화처리에서 각 pH별 CODCr 제거효율은 각각 38.3%, 49.6%, 63.5%의 효율을 나타내었으며, 이를 Fig. 2에 나타내었다. 이러한 결과를 종합해 볼때 높은 알카리도를 나타내는 침출수의 처리에 있어 알카리분의 적절한 제거 없이 오존단독처리로는 침출수내의 유기물질 제거에 효과적이지 못한 것으로 나타났다.

3.2 활성탄흡착

침출수 원수를 대상으로 활성탄 흡착실험을 실시한 결과 Freundlich Isotherm에서의 k값과 n값은 Fig. 3과 같이 각각 10-11, 0.369로 도출되었으며, 난지도 매립장 침출수를 대상으로한 황의 연구와 유사한 값을 얻었다. 그리고 활성탄 흡착 칼럼실험에서 파과점에 도달하는 처리유량을 Fig. 4에 나타내었다.

Fig. 1  Comparision of Removal Efficiencies of CODCr with Ozone and                   Ozone/Hydrogen Peroxide Oxidation System.

Fig. 2  Removal of CODCr with Ozone and Ozone/Hydrogen Peroxide

Oxidation System at Various pH.

Fig. 3 Investigation of k and n in Freundlich Isotherm.

Fig. 4 Investigation of breakthrough curve for activated carbon adsorption.

참고문헌

1. 황규태 □도시폐기물 매립지의 침출수관리-문헌고찰□. 한국폐기물학회지 Vol.      10, No.3, pp.443-462 (1993)

2. Edited by Bruno Langlaise, David A. Reckhow, Deborah R. Brink              "Elimination of Synthetic Organic Chemicals" Ozone in water Treatment,      Cooperative Research Report, pp.177-189 (1991)