KR100750585B1 - 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 매립지 및 폐광산 침출수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바닥차수층과 연직차수벽으로 둘러싸여 있거나 또는 연직차수벽이 없는 매립장이나, 폐광산 등에서 발생되는 침출수를 처리하기 위해, 침출수가 반응벽체로 흘러들 수 있도록 유도한 후 침출수의 성상에 따라 영가 철과 제강슬래그의 혼합으로 이루어진 반응벽체, 미생물 처리된 폐타이어로 이루어진 반응벽체 또는 영가 철과 제강슬래그의 혼합으로 이루어진 전단부 반응벽체와 미생물 처리된 폐타이어로 이루어진 후단부 반응벽체로 이루어진 다층 구조의 반응벽체를 통과시켜 침출수를 처리하여 염소계 화합물인 TCE, 중금속, 질소 처리 및 BOD의 수치를 낮춤으로써 침출수의 처리 효율을 높일 수 있도록 하는 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 매립지 또는 폐광산의 침출수 처리방법 및 그 시공방법에 관한 것이다.

다층, 투수성, 반응, 벽체, 침출수, 차수, 성상, 양, 깊이, 두께

Description

다기능 투수성 반응벽체를 이용한 매립지 및 폐광산 침출수 처리방법{DS-MPRB SYSTEM}

제 1도는 종래 매립시설 침출수 정화장치를 도시한 단면도.

제 2도는 본 발명에 따른 반응벽체가 설치되어 있는 매립시설 침출수 정화장치를 도시한 단면도.

제 3도는 본 발명에 따른 반응벽체가 설치되어 있는 매립시설 침출수 정화장치를 도시한 측단면도.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

1 : 반응벽체 11: 전단부 반응벽체 12: 후단부 반응벽체

10: 연직차수벽 20: 제방 30: 집수정

40: 정화장치 50: 바닥차수층 60: 매립층

본 발명은 바닥차수층과 연직차수벽으로 둘러싸여 있거나 또는 연직차수벽이 없는 매립장이나, 폐광산 등에서 발생되는 침출수를 처리하기 위해, 침출수가 반응벽체로 흘러들 수 있도록 유도한 후 침출수의 성상에 따라 영가 철과 제강슬래그의 혼합으로 이루어진 반응벽체, 미생물 처리된 폐타이어로 이루어진 반응벽체 또는 영가 철과 제강슬래그의 혼합으로 이루어진 전단부 반응벽체와 미생물 처리된 폐타이어로 이루어진 후단부 반응벽체로 이루어진 다층 구조의 반응벽체를 통과시켜 침출수를 처리하여 염소계 화합물인 TCE, 중금속, 질소 처리 및 BOD의 수치를 낮춤으로써 침출수의 처리 효율을 높일 수 있도록 하는 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 매립지 또는 폐광산의 침출수를 처리하는 방법에 관한 것이다.

침출수는 매립장이나 폐광산 등 폐기물 최종처분장에서 침출되어 나온 더러운 물을 지칭하는 것으로, 부패성 유기물 때문에 생화학적 산소요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD)값이 높다. 이러한 산업폐기물 매립지에서 나온 침출수는 폐기물의 종류나 질에 따라서 각종 수질오염 물질을 포함하는 경우가 많다.

이와 같은 침출수를 처리하기 위해 많은 연구 및 시도가 다양하게 이루어지고 있다. 종래에는 매립장의 외둘레를 따라 연직차수벽 및 제방을 설치하고 바닥에 바닥차수층을 설치하며, 상기 바닥차수층에 집수관을 설치하여 발생되는 침출수를 집수정으로 유도하고, 집수정으로 유도된 침출수는 이송관을 통해 인근 하수종말 처리장으로 이송되어 수처리 되는 시스템을 갖고 있었다. 그러나 이와 같은 침출수 처리 시스템은 처리량에 대해 능동적인 대처가 어려워 여름철과 같은 집중호우가 발생할 시에는 우수와 섞여 그 처리량의 과부하로 인한 주변시설 및 토양의 오염을 가져오게 되어있어 그 처리효율면에서 떨어지는 문제점을 갖고 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 대한민국공개특허 10-2005-0117479(공개일자:2005.12.14)에서는 매립장의 바닥을 깊게 파서 바닥차수층을 설치하고 상기 매립장의 외둘레로 연직차수벽을 설치하고, 상기 연직차수벽에 연속하여 설치되며 정화장치의 내부에 복수개의 내부흡착정화부를 구비하여 정화효율을 높이도록 구성되어 있는 침출수 정화장치에 대해 개시되어 있다.

그러나, 상기 공개특허는 생화학적 산소요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD)값이 높은 침출수를 처리하기에는 부족한 구성을 가지며, 또한 집중 호우 등에 의한 수처리에 있어 처리공간의 제한성으로 인해 침출수 처리양에 있어 많은 한계를 가짐으로써, 여전히 침출수 처리에 있어서 많은 문제점을 갖고 있었다.

이와 같은 문제는 본 발명자가 출원한 대한민국등록특허 10-0476115호(등록일자 2005.03.02)의 영가 철과 제강슬래그를 이용한 투수성 반응벽체를 통해 어느 정도 해결이 가능하나, 이와 같은 상기 특허에 개시되어 있는 반응벽체를 사용할 경우 그 활성수명이 길지 않다는 문제점을 갖는다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 종래 침출수 처리에 따라 발생하는 문제점과 침출수 처리에 사용되는 반응벽체의 기능의 개선을 통해, 종래 바닥차수층과 연직차수벽으로 구성되어 있는 매립장 시설의 경우 연직차수벽 일 부분에 설치하고 바닥차수층과 연직차수벽 등이 없는 불량매립장이나 폐광산의 경우 매립장 주위 전체 및 침출수 흐름방향 일 부분에 다기능성 반응벽체를 구성하고, 침출수의 양이나 성상에 따라 반응벽체의 깊이나 두께를 다르게 하여 현장 여건에 따라 시공함으로써, 침출수를 더욱 효율적으로 처리할 수 있도록 하여 침출수 처리장 없이도 방류 가능하도록 하거나 또는 침출수 처리장으로 보내기 전의 전처리 역할을 하는 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 매립지 및 폐광산 침출수 처리 방법 및 그 시공방법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 매립장시설의 저부에는 바닥차수층이 형성되고, 상기 매립장시설의 측면 둘레를 따라 연직차수벽이 설치되어 침출수가 집수정이 설치되어 있는 방향으로 모이도록 한 후 침출수를 정화처리하는 것에 있어서,

상기 집수정에 연속하여 설치하고, 상기 집수정에서 집수된 침출수를 영가철과 제강슬래그가 혼합된 물질을 부직포에 충진 후 밀봉하여 이루어진 전단부 반응벽체를 통과시켜 침출수 내의 질산염을 영가철 입자와의 반응에 의해 각각 환원되어 질소가스로 변환되어 탈기되고, 인산염은 침출수 중의 칼슘과 결합하여 하이드록시아파타이드를 형성하여 침전제거되는 1차 처리단계와,

상기 1차 처리된 침출수를 상기 전단부 반응벽체와 연속하여 일체로 형성된 미생물처리 폐타이어로 이루어진 후단부 반응벽체를 통과시켜 폐타이어 박편으로 오염물질을 흡착처리하거나 폐타이어 박편의 표면에 형성된 생물막과의 반응에 의 해 오염물질을 무기화하여 제거하는 2차 처리단계를 거침으로써, 침출수 처리장이 없어도 바로 외부로 방류가능하도록 처리하는 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 매립지 침출수 처리방법을 그 주요 기술적 구성으로 한다.

상기 전단부 반응벽체는 영가철 95 ~ 97중량%와 제강슬래그 3 ~ 5중량%를 혼합하여 부직포에 충진한 후 프레임을 이용하여 팩 형태로 제조되는 것으로,

상기 영가철은 철 박편에 2몰 농도 염산 용액에 담가서 표면을 부식시킨 후 물로 세척하여 그 입도를 2.0 ~ 5.0mm로 균일화시키고, 그 영가철을 질소 충진하여 산소와의 접촉을 차단시킨 것이며,

상기 제강슬래그는 제철소의 부산물로써 물로 세척하여 pH 10으로 유지하여 그 입도가 1.5 ~ 1.9mm로 균일화된 것을 특징으로 한다.

상기 폐타이어 박편은 입경 2 ~ 3mm의 크기로 성형한 후 표면에 질소 분위기 하에서 700℃로 열처리한 1 ~ 10㎛ 입도의 활성탄으로 코팅하여 비표면적을 크게 하여 미생물 부착에 의한 생물막 형성을 촉진시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 구성 외에 본 발명의 침출수 처리 방법은 매립장이나 폐광산에서 발생되는 침출수의 성상이나 흐름을 측정하여 연직차수벽의 일부 또는 전체를 투수성 반응벽체로 설치하며, 상기 투수성 반응벽체는 침출수가 투수성 반응벽체로 흘러들 수 있도록 유도한 후 침출수의 성상에 따라, 영가 철과 제강슬래그 를 혼합한 반응벽체와 미생물 처리된 폐타이어를 이용한 반응벽체를 전단과 후단에 다층구조로 동시에 설치하거나, 또는 상기 영가 철과 제강슬래그를 혼합한 반응벽체와 미생물 처리된 폐타이어를 이용한 반응벽체를 단독으로 설치함으로써, 침출수 처리 현장 여건에 맞춰 침출수 반응벽체를 단독 또는 다층구조로 구성하여 설치하는 시공방법을 그 구성으로 한다.

이하, 상기한 구성을 더욱 상세히 살펴보도록 한다.

매립장이나, 폐광산 등에서 발생되는 침출수 중 특히 금속 폐광산에서는 과거 채광이나 선광, 제련과정 등의 광산 활동으로 인하여 배출된 폐석, 광미, 광석광물 등의 광산폐기물이 광산주변에 그대로 방치되어 있으며, 이러한 광산폐기물은 황화광물들을 포함하고 있으며 황화광물은 공기와 물에 접촉하면 산화하고 구성성분은 물에 녹게 된다.

이로 인해 발생하는 산성광산배수(Acid Mine Drainage:AMD)는 낮은 pH(2.5~5.0)와 고농도의 황산염과 중금속을 함유하게 되어 결국 토양이나 지하수 및 하천수를 오염시켜 농작물의 성장은 물론 궁극적으로 이를 섭취하는 인간의 건강에 심각한 문제를 야기하며, 이와 같은 문제는 영가철과 제강슬래그를 이용하여 고농도의 황산이온과 중금속을 포함하고 있는 광산배수 및 산성광산배수에 의해 오염된 지하수의 중화와 중금속(Al, Fe, Cd, Zn,Mn, Cu, Pb)의 제거할 수 있다.

산성광산배수는 광산활동에 의해 발생하는 커다란 환경적인 문제 중의 하나로 인식되고 있는 것으로, 산성광산배수는 지질학적으로 황화물을 함유하고 있는 광산에서 물과 산소의 복합적인 작용과 생물학적인 작용에 의해 산화되면서 발생하고, 황철석은 광산지역에서 널리 존재하는 황화광물로서 아연, 구리, 우라늄, 금, 은 등을 포함하고 있으며,주변 환경에 의해 여러 가지 구조형태를 가지고 있다. 이러한 황철석은 환경적으로 풍부하게 존재하므로 산성광산배수의 주요 발생원인으로 인식되고 있으며, 발생된 산성광산배수에는 많은 중금속이 포함되어 있다.

이러한 산성광산배수 등 침출수에 포함되는 다량의 중금속을 처리하기 위해, 본 발명에서는 다층형 반응벽체가 사용되며, 그 반응벽체는 전단부와 후단부의 구성을 갖는다.

상기 전단부 반응벽체는 전단부 반응벽체는 영가철 95 ~ 97중량%와 제강슬래그 3 ~ 5중량%를 혼합하여 부직포에 충진한 후 프레임을 이용하여 팩 형태로 제조된다.

상기 영가철은 광산배수에 많이 포함되어 있는 중금속을 처리하는 데 있어 매우 중요한 기능을 갖는 것으로, 제강슬래그에 대해 95 ~ 97중량%로 사용되는 것으로, 95중량% 이하로 사용할 경우에는 TCE(trichloroethene), PCE(perchloroethene), CT(carbon tetrachloride)와 같은 염소계 유기화합물의 분해능력이 떨어지고, 97중량% 이상으로 사용할 경우에는 중금속 분해능력이 떨어지 므로, 오염물질의 제거속도와 반응벽체의 활성 수명 연장을 고려하여 95 ~ 97중량%의 범위에서 영가철을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 영가철은 철 박편을 2몰 농도의 염산 용액에 담가서 표면을 부식시킨 후 물로 세척하여 그 입도를 2.0 ~ 5.0mm로 균일화시키고, 그 영가철을 질소 충진하여 산소와의 접촉을 차단시킨 것을 사용한다.

상기 철 박편을 염산(HCl) 용액에 담갔을 경우, 철 박편의 표면에는 아래의 화확식 1에서와 같이 수소 기체가 발생한다.

Fe_(s) -----------------------→ Fe^{2 +} + 2^e-

2e^- + 2H⁺ -----------------------→ H_{2 (g)}

Fe_(s) + 2H⁺ -----------------------→ Fe^{2 +} + H_{2 (g)}

위의 반응에서 H⁺가 감소하므로, pH가 상승하여 OH^-농도가 높아지고, pH가 상당히 높은 경우에는 수산화 제일철이 화학식 2에서와 같이 양극 표면에 침전되고,

Fe^{2 +} + 2OH^- -----------------------→ Fe(OH)_2(s)

또한, PH가 상승할 경우 침출수 내의 중금속이 pH와 결합하여 침전되어 처리된다.

상기 제강슬래그는 제강공정에서 발생되는 폐기물 중 양적으로 가장 많이 배출되는 부산물로서 철강의 제조공정에서 철의 원료인 철광석 등으로부터 철을 분리하고 남은 암석성분이다.

이러한 제강슬래그는 석회성분과 마그네시아(Magnesia, MgO) 그리고 기타 알칼리 성분으로 인해 물의 pH를 생성(pH 10 ~ 11) 시킬 수 있고, 높은 중화능력을 갖고 있기 때문에 산을 유발하는 물질에 알카리도를 제공할 수 있는 능력이 있어, 낮은 pH의 광산배수의 중화에 사용가능한 것으로,

영가 철에 대해 3 ~ 5중량%로 사용되는 것으로, 3중량% 이하로 사용할 경우에는 폐수 속에 포함되어 있는 인산염 제거효율이 떨어지고, 5중량% 이상으로 사용할 경우에는 과도한 pH의 증가로 인해 영가철에 의한 중금속 처리효율이 떨어지는 문제점이 발생하므로, 이와 같은 점을 고려할 때 3 ~ 5중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제강슬래그는 제철소의 부산물로써 물로 세척하여 pH 10으로 유지하여 그 입도가 1.5 ~ 1.9mm로 균일화된 것으로, 그 제강슬래그는 철 성분 함량이 22%인 것을 사용한다. 제강 슬래그의 pH를 10으로 유지하는 이유는 영가 철에 의한 중금속 처리 효율을 고려한 것이며, 그 입도는 영가 철의 적절한 배합을 고려한 것이다.

상기 후단부 반응벽체는 폐타이어 박편으로 오염물질을 흡착처리하거나 폐타이어 박편의 표면에 형성된 생물막과의 반응에 의해 오염물질을 무기화하여 제거하는 것으로, 상기 전단부 반응벽체와 후단부 반응벽체는 필요에 따라 각각 독립적으로 사용할 수도 있다.

상기 폐타이어 박편은 입경 2 ~ 3mm의 크기로 성형한 후 표면에 질소 분위기 하에서 700℃로 열처리한 1 ~ 10㎛ 입도의 활성탄으로 코팅하여 비표면적을 크게 한 것으로 이와 같은 조건에서의 폐타이어 박편은 미생물 부착에 의한 생물막 형성을 촉진시킬 수 있어 침출수 처리효율이 높아지게 된다.

이하, 상기한 구성을 도면을 통해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 1은 종래 매립시설 침출수 정화장치를 도시한 단면도에 해당하는 것으로써, 각종 쓰레기를 매립하는 매립시설이나 폐광산과 같은 곳에서 발생되는 오폐수 등의 침출수를 처리하기 위한 장치로써, 도 3에서와 같이, 저부면에 바닥차수층(50)이 경사지도록 하여 집수정(30)과 연결 형성되며, 또한 매립시설의 외측둘레를 따라 제방(20)에 연직차수벽(10)이 형성되어 있어, 쓰레기등이 매립되어 있는 매립층(100)으로 발생된 침출수는 바닥차수층(50)을 따라 집수정(30)에 집수되도록 구성된다.

이와 같이 집수정(30)에 집수된 침출수는 침출수 정화장치(40)를 통해 정화하거나, 인근 하수종말처리장으로 이송관을 통해 이송하여 정화 처리된 후 하천으로 방류하도록 한다.

상기와 같은 종래 구성으로는 정화장치의 설치 및 운영비용이 매우 높다는 문제점을 가지며, 인근 하수종말처리장으로 이송하여 처리하기에는 그 처리용량의 한계가 있어, 집중호우 등으로 인해 처리불능 상태가 되어 시설 주변 토양 및 인근의 하천 등을 오염시키는 문제점을 발생시키게 된다.

상기와 같은 설치 및 운영비용, 처리효율 등의 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 집수정(30)에 집수된 침출수를 2단 구성으로 이루어진 다층구조의 반응벽체를 통해 처리함으로써, 설치비용 및 처리효율의 문제점을 해결할 수 있는 것으로, 도 2는 본 발명에 따른 반응벽체가 설치되어 있는 매립시설 침출수 정화장치를 도시한 것이다.

도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 침출수는 집수정(30)에 집수된 후 다기 능 투수성 반응벽체(1)에 통과시켜 처리되는 것으로, 상기 침출수는 도 2에 도시된 바와 같이, 제방(20) 및 연직차수벽(10)에 의해 화살표 방향으로 유도되어 집수정(30)으로 집수된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 다층 구조의 다기능 투수성 반응벽체(1)는 전단부 반응벽체(11)와 후단부 반응벽체(12)로 구성되는 것으로,

전단부 반응벽체(11)는 질산염을 영가철 입자와의 반응에 의해 각각 환원되어 질소가스로 변환되어 탈기되고, 인산염은 침출수 중의 칼슘과 결합하여 하이드록시아파타이드를 형성하여 침전시켜 처리하며, 또한 침출수 중에 포함되어 있는 다이옥신 분해기능을 갖으며,

후단부 반응벽체(12)는 폐타이어 박편으로 오염물질을 흡착처리하거나 폐타이어 박편의 표면에 형성된 생물막과의 반응에 의해 오염물질을 무기화하여 제거하는 기능을 갖는다.

또한, 철 입자에 의한 중금속의 제거는 중금속의 침전(precipitation)과 흡착(adsorption)의 과정에 의하여 이루어지는 것으로, 침출수 내에 존재하고 있는 많은 중금속들은 이온형태로 존재하며, 페하(pH)에 따라 그 존재형태가 매우 다양하게 변화한다.

중성의 페하(pH)를 나타내는 침출수가 철 입자와 반응할 경우 수소 이온의 소모에 의하여 페하(pH)가 상승하고, 페하(pH)가 상승함에 따라 침출수 내 이온형태로 존재하던 중금속들은 OH기와 결합하여 비결정질(amorphous)의 침전물을 형성하여 철 입자 표면에 흡착되어 침출수 내에서 제거된다.

침출수 내의 질산염(NO₃ ^-)은 철 입자와의 반응에 의하여 각각 환원되어 질소가스(N₂)로 변환되어 탈기되고, 인산염(PO₄ ^{3 -})은 침출수 중의 칼슘(Ca) 또는 다른 중금속과 결합하여 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite, Ca₁₀(PO₄)₆(OH))를 형성하여 침전 제거된다.

오염된 침출수 내에 존재하는 니켈, 아연과 같은 중금속은 철 입자의 반응만으로는 제거하기 어려운 문제점이 발생하여, 본 발명에서는 철 입자와 함께 제강슬래그를 사용한다.

상기 제강슬래그는 매우 높은 페하(pH)를 가지고 있어, 다양하고 많은 중금속을 침전시켜 흡착 제거할 수 있으며, 특히, 제강슬래그에서 제공되는 칼슘은 오염된 침출수 내에 다량 함유된 인산염을 더욱 빠르게 제거한다.

이상에서 살펴본 전단부 반응벽체(11)만으로는 침출수 처리 능력에 있어 그 한계점이 발견됨에 따라 본 발명에서는 상기 전단부 반응벽체(11)의 후단에 연속하여 후단부 반응벽체(12)를 구비하여 일체형의 다층구조의 다기능성 투수성 반응벽체를 구성한다.

상기 후단부 반응벽체(12)는 침출수 내에 존재하고 있는 오염물질을 보다 확실하고 안정적으로 처리하기 위하여 영가 철과 혼합슬래그로 구성된 전단부 반응벽체(11)의 그 후단에 미생물 처리된 폐타이어로 이루어진 생물학적 반응벽체를 구성한 것이다.

그 후단부 반응벽체(12)에 사용되는 폐타이어는 산업의 발달과 자동차 보급의 증가로 인하여 매년 꾸준히 증가하는 것으로, 이러한 폐타이어는 대부분이 소각으로 처리되고 있으며, 그 처리에 따른 환경오염이 2차적으로 발생하여 많은 문제를 야기하는 것으로, 이와 같은 처리에 많은 문제점을 갖는 폐타이어를 침출수 처리에 이용함으로써 환경오염 개선비용을 절약할 수 있다.

상기 폐타이어는 분쇄기를 이용하여 지하수 흐름을 방해하지 않으면서 미생물에 의해 막히지 않도록 2.0 ~ 3.0㎜ 크기로 가공하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 폐타이어 박편의 표면에는 미생물의 성장을 저해하고 폐타이어 박편의 공극을 막는 이물질들이 많이 묻어 있기 때문에 이들을 제거하고, 폐타이어 박편에 미생물을 부착시키기 위한, 폐타이어 박편 표면을 친수성 처리하기 위해서는 5.0 ~ 7.0mm 크기의 폐타이어 박편을 증류수로 세척한 후 0.01 ~ 0.3N HNO₃의 약산에 24시간 동안 침수시킨 후 다시 증류수로 페하(pH)가 중성이 될 때까지 여러 번 세척한다.

상기 약산은 0.01N 이하의 HNO₃을 사용할 경우에는 폐타이어 박편 내부의 공극 활성화가 잘 이뤄지지 않으며, 0.3N 이상의 HNO₃을 사용할 경우에도 역시 활성화가 잘 이뤄지지 않으므로, 0.01N ~ 0.3N의 HNO₃을 사용하고, 특히 0.1N의 HNO₃을 사용하는 것이 바람직하다.

이 같은 폐타이어 박편의 친수성 처리는 미생물이 잘 부착될 수 있도록 함은 물론 폐타이어 내부에 많은 공간을 형성하여 많은 미생물이 부착될 수 있도록 한다.

친수성 처리된 폐타이어는 질소 분위기 하에서 700℃로 열처리한 1 ~ 10㎛ 입도의 활성탄으로 코팅하여 비표면적을 크게하고 이와 같이 비표면적을 크게 시킨 폐타이어 박편을 반응용기에 담고 하수처리장의 혐기성 또는 호기성 슬러지를 영양액과 함께 넣은 후 25℃의 조건에서, 28 ~ 32일간 배양하면 폐타이어 표면 및 내부공극에 많은 미생물이 부착하여 생물막(biofilm)을 형성함으로써 생물학적 담체가 제조된다.

상기 영양액은 1L의 용량플라스크에 증류수를 50%정도 채운 후, 소디윰 아세 테이트(Sodium Acetate) 2.126g과, 글루코스(Glucose) 1.857g과, 누트리언트 4mL를 첨가하고, 증류수를 1L에 맞도록 채워 제조한 것을 사용한다.

상기와 같은 과정을 통해 제조된 폐타이어를 이용한 후단부 반응벽체는 침출수 내의 오염물질과 반응시, 그 오염물질은 폐타이어 박편으로 흡착 제거하거나, 폐타이어 박편의 표면에 형성된 생물 막과의 반응에 의해 무기화(mineralization)하여 제거된다.

또한, 후단부 반응벽체(12)는 생물학적 담체를 이용한 것으로, 전단부에 형성된 영가 철 및 제강슬래그로 구성된 전단부 반응벽체(11)에 의해서 미생물의 활동이 더욱 촉진된다.

영가 형태로 존재하는 철은 오염된 침출수에서 화학식 1에서와 같이 반응하고, 이때 영가 철이 2가의 철로 산화되면서 2개의 전자를 내놓게 된다. 본 발명의 투수성 반응벽체(1)에서는 전단 부의 영가 철과 제강슬래그 반응벽체에서 발생하는 전자가 후단부의 폐타이어와 미생물의 생물학적 반응벽체로 이동하게 되어 미생물의 성장 및 활동에 필요한 전자공여체(electron donor)로서 역할을 하게 되며, 침출수 내에 존재하는 유기물 및 무기물 등도 미생물의 성장과 활동에 필요한 전자공여체로 사용될 수 있다. 그러나 상기 투수성 반응벽체(1)에서는 전단부의 반응에 의하여 기존의 침출수 내에 존재하는 전자공여체보다 더 많은 전자공여체를 제공함으로써 그만큼 미생물이 더 많이 증식 및 활동하여, 전단 부에서 처리되지 못한 유 기물 및 염소계 유기화합물들의 중간생성물 등을 더욱 효과적이고, 장기간 안정적으로 처리할 수 있는 장점을 갖는다.

이상에서 살펴본 전단부 반응벽체(11)와 후단부 반응벽체(12)가 일체로 형성된 다층구조의 투수성 반응벽체를 이용한 침출수 처리과정을 살펴보면 다음과 같다.

각종 폐기물이 매립되어 있는 매립장에서는 일정시간의 경과함에 따라 쓰레기 자체에서 발생되는 물과 빗물 등이 섞이면서 저부로 다량의 침출수가 침출되고, 상기 침출수는 매립장의 저부에 설치되어 있는 바닥차수층(50) 매립장시설의 외둘레로 형성되어 있는 연직차수벽(10)을 통해 토양과 섞이지 않도록 차단하고, 이와 같이 토양으로 유출되는 것을 차단한 침출수는 집수정(30)으로 집수된다.

상기 집수정(30)에 모여있는 침출수는 부패성 유기물 때문에 생화학적 산소요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD)이 매우 높은 것으로, 1차적으로 영가철과 제강슬래그를 혼합하여 팩 형태로 제조된 전단부 반응벽체(11)로 이동하게 되고,

상기 전단부 반응벽체(11) 내로 이동된 침출수는 영가철에 의해 TCE, PCE, 중금속류가 분해되고, 질산염이 영가철 입자와의 반응에 의해 각각 환원되어 질소가스로 변환되어 탈기되고, 인산염이 침출수 중의 칼슘과 결합하여 하이드록시아파 타이드(hydroxyapatite, Ca₁₀(PO₄)₆(OH))를 형성하여 침전처리된다.

상기와 같이 전단부 반응벽체(11)에서 1차 처리된 침출수는 연속하여 일체로 형성되어 있는 후단부 반응벽체(12)로 이송되어 폐타이어 박편으로 흡착처리하거나 폐타이어 박편의 표면에 형성된 생물막과의 반응에 의해 오염물질을 무기화하여 제거한다.

상기와 같은 과정을 거친 침출수는 CE, PCE, 중금속류 및 산소요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD)값의 수치를 매우 낮춤으로써, 별도의 침출수 처리장을 거치지 않고도 바로 방류가 가능하다.

또한, 상기와 같은 다층구조의 반응벽체는 현장에서 검토되는 침출수의 양이나 성상에 따라 반응벽체의 깊이나 두께를 다르게 하여 현장 여건에 따라 시공함으로써, 침출수를 더욱 효율적으로 처리할 수 있게 구성된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 침출수 처리방법은 영가철과 비표면적을 넓힌 폐타이어 박편을 이용하여 반응벽체의 활성 수명 연장과 침출수 처리 효율이 높였으며, 바닥차수벽과 연직차수벽에 의해 외부로의 침출수 유출을 방지하여 일측에 구비되어 있는 집수정으로 침출수를 유도한 후, 다층 구조의 반응벽체를 통과시켜 침출수를 처리하여 그 처리효율이 뛰어나고, 집수정에서 따로 하수 종말처리장으로 이송하여 처리하지 않기 때문에 발생되는 경제적 효과가 뛰어나며, 또한 다층 구조의 반응벽체를 통해 침출수에 포함되어 있는 염소계 화합물인 TCE, 중금속, 질소를 완벽하게 제거되고, 중금속, 다이옥신, BOD 등이 종래의 처리시설에 비해 현저히 감소하는 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 매립장시설의 저부에는 바닥차수층이 형성되고, 상기 매립장시설의 측면 둘레를 따라 연직차수벽이 설치되어 침출수가 집수정이 설치되어 있는 방향으로 모이도록 한 후 침출수를 정화처리하는 것으로,

   상기 집수정에 연속하여 설치하고, 상기 집수정에서 집수된 침출수를 영가철과 제강슬래그가 혼합된 물질을 부직포에 충진 후 밀봉하여 이루어진 전단부 반응벽체를 통과시켜 침출수 내의 질산염을 영가철 입자와의 반응에 의해 각각 환원되어 질소가스로 변환되어 탈기되고, 인산염은 침출수 중의 칼슘과 결합하여 하이드록시아파타이드를 형성하여 침전제거되는 1차 처리단계와,

   상기 1차 처리된 침출수를 상기 전단부 반응벽체와 연속하여 일체로 형성된 미생물처리 폐타이어로 이루어진 후단부 반응벽체를 통과시켜 폐타이어 박편으로 오염물질을 흡착처리하거나 폐타이어 박편의 표면에 형성된 생물막과의 반응에 의해 오염물질을 무기화하여 제거하는 2차 처리단계를 거침으로써, 침출수 처리장이 없어도 바로 외부로 방류가능하도록 처리하는 방법에 있어서,

   상기 폐타이어 박편은 입경을 2 ~ 3mm로 성형한 후 질소분위기하에서 700℃로 열처리한 1 ~ 10㎛의 입도를 갖는 활성탄으로 코팅하여 비표면적을 크게 함으로써 미생물부착에 의한 생물막 형성을 촉진시켜 오염물질이 생물막과의 반응에 의해 무기화되어 제거되는 것을 특징으로 하는 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 매립지 침출수 처리방법.
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