KR100934350B1 - 이동 가능한 침출수 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생물학적 반응조를 통해 침출수내의 유기물 제거와 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시킬 수 있고, 화학적 반응조를 통해 침출수에서 난분해성 유기물질 등을 제거하고, 재순환조를 통해 생물학적 처리수를 매립지로 재순환하여 상기 아질산성 질소를 탈질시키는 단축질소제거 공정이 적용된 이동 가능한 침출수 처리장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 침출수의 재순환 뿐만 아니라 침출수의 일부분을 수처리하는 시스템을 차량과 같은 이동장치에 탑재할 수 있는 효과가 있다. 또한, 침출수 발생량 조절 및 재순환을 통해 불량 매립지 내 최적 생물분해환경을 유도함으로써 조기안정화시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
매립지, 침출수, 재순환

Description

이동 가능한 침출수 처리장치{MOVABLE APPARATUS FOR TREATING LANDFILL LEACHATE}
본 발명은 매립지의 침출수 중의 질소 및 유기물질을 제거하여 매립지 내부로 재순환시켜 오염물질의 조기 안정화를 유도할 수 있는 이동 가능한 침출수 처리장치에 관한 것이다.
우리나라는 1990년대에 들어와 폐기물 매립과정에서 야기될 수 있는 환경오염을 최소화시키기 위하여 차수시설, 침출수 처리시설, 매립가스의 포집 및 처리시설, 철저한 복토작업, 폐기물매립지에 대한 체계적 운영시스템을 갖춘 위생매립방식이 정착하게 되었다.
그러나 그 이전에 조성된 대다수의 폐기물매립지는 환경오염방지시설을 제대로 갖추지 않은 소위 불량매립지로 볼 수 있으며, 이중 일부는 근래에 와서 매립이 종료되었다.
불량매립지란 폐기물의 위생적 처리를 위해 필수적으로 요구되는 폐기물의 저류, 침출수 및 지하수의 차수 및 처리, 매립가스제어 등과 같은 기능을 갖추지 못하여 매립폐기물의 안정화가 지연되거나 주변환경을 오염시키는 매립지를 말한 다.
환경부에서는 이러한 사용종료된 불량매립지에 대해 1995년부터 오염확산 방지 및 오염원 제거와 함께 해당 부지를 복원하기 위한 정비사업을 적극적으로 추진하고 있다.
사용종료매립지에 대해 적용된 정비기술로는 현지안정화와 선별이적 방법이 채택되고 있다. 정비사업 시행초기에는 불량매립지의 선별이적방법이 많이 적용되었으나, 정비사업의 본질이 오염확산 방지에 근간을 두고 있고, 선별이적의 사업비가 막대하게 소요되는 문제점으로 인해 환경부에서는 현지안정화를 원칙으로 정비토록 유도하여 점차 현지안정화 비율이 늘어나고 있는 추세이다.
불량매립지에 대한 현지안정화 방법으로 주로 적용되고 있는 기술은 최종복토와 연직차수를 통한 우수, 지하수 유입 최소화와 침출수 강제집수를 통한 지하수 오염확산 방지 등이 주류를 이루고 있으며, 매립지의 조기 안정화를 위한 기술은 거의 적용되지 않고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 더욱 상세하게는, 생물학적 반응조를 통해 침출수내의 유기물 제거와 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시킬 수 있고, 화학적 반응조를 통해 침출수에서 난분해성 유기물질 등을 제거하고, 재순환조를 통해 생물학적 처리수를 매립지로 재순환하여 상기 아질산성 질소를 탈질시키는 단축질소제거 공정이 적용된 이동 가능한 침출수 처리장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동 가능한 침출수 처리장치은 매립지의 조기안정화를 위해 침출수를 재순환하는 침출수 처리장치에 있어서,
유량조정조(2)에서 유입된 상기 침출수를 호기처리하여 상기 침출수의 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 아질산성 질소(NO2 --N)로 부분질산화하는 아질산화 공정을 거친 생물학적 처리수를 재순환조(30)로 이송하는 생물학적 반응조(10)와;
상기 생물학적 반응조에서 유입된 상기 생물학적 처리수를 미리 정해진 시간 동안 저장한 후 상기 생물학적 처리수의 미리 정해진 성상에 대응하여 상기 매립지 또는 상기 화학적 반응조로 상기 생물학적 처리수를 이송하는 재순환조(30)와;
상기 생물학적 반응조(10)를 거친 상기 생물학적 처리수 내의 난분해성 유기물질을 제거하는 펜톤산화공정을 통해 처리된 화학적 처리수의 미리 정해진 성상에 대응하여 상기 매립지로 이송하거나 외부로 방류하는 화학적 반응조(50)와;
상기 생물학적 반응조(10)로의 상기 침출수의 유입과 상기 아질산화공정의 실행을 제어하는 생물학적 반응조 제어부와,
상기 재순환조에서 상기 생물학적 처리수의 미리 정해진 상기 성상을 판단하여 상기 생물학적 처리수를 상기 매립지 또는 상기 화학적 반응조로의 이송을 제어하는 재순환조 제어부와,
상기 화학적 반응조(50)의 상기 펜톤산화공정의 실행을 제어하고, 상기 화학적 반응조에서 상기 화학적 처리수의 미리 정해진 상기 성상을 판단하여 상기 화학적 처리수를 상기 매립지 또는 상기 외부로의 이송을 제어하는 화학적 반응조 제어부를, 구비하여 응급상황 시 경고 메시지 출력을 수행하는 컨트롤러부와;
상기 생물학적 반응조(10), 상기 재순환조(30), 상기 화학적 반응조(50) 및 상기 컨트롤러부를 상부에 탑재하여 이동이 가능한 이동장치를; 포함하고,
상기 아질산성 질소 또는 상기 난분해성 유기물질이 제거되어 산소가 용존된 상기 생물학적 처리수 또는 상기 화학적 처리수를 상기 매립지 내로 재투입시키는 것을 특징으로 한다.
상기 펜톤산화공정은 과산화수소(H2O2)와 황산 제1철(FeSO4·7H2O)을 산화반응을 위한 Fenton 시약으로 하여, 상기 생물학적 처리수를 고도산화처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 화학적 반응조(50)는, 상기 화학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 미리 정해진 상기 성상이면, 상기 화학적 처리수를 상기 매립지로 이송하는 공정; 또는 상기 화학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 상기 성상이 아니면, 상기 화학적 처리수를 외부로 방류하는 공정을; 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 재순환조(30)는 상기 생물학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 미리 정해진 상기 성상이면, 상기 생물학적 처리수를 상기 매립지로 이송하는 공정; 또는 상기 생물학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 상기 성상이 아니면, 상기 생물학적 처리수를 상기 화학적 반응조로 이송하는 공정을; 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동장치의 상부에 탑재되어, 상기 화학적 반응조(50)를 거친 상기 화학적 처리수에서 중금속을 제거하는 중금속제거공정을 수행하는 중금속 처리부를 더 포함하고, 상기 중금속제거공정은 상기 중금속을 생체흡착할 수 있는 미생물에 의한 생물학적 흡착에 의해 상기 중금속을 제거하고, 상기 컨트롤러부는 상기 중금속제거공정의 실행을 제어하는 중금속 처리부 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 침출수의 재순환 뿐만 아니라 침출수의 일부분을 수처리하는 시스템을 차량과 같은 이동장치에 탑재할 수 있는 효과가 있다.
또한, 침출수 발생량 조절 및 재순환을 통해 불량 매립지 내 최적 생물분해환경을 유도함으로써 조기안정화시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 재순환 침출수 내 질소와 난분해성 유기물질을 본 발명을 이용하여 지 상에서 동시에 처리함에 따른 침출수 처리효율 향상되는 효과가 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
매립지의 조기안정화를 위해 침출수를 재순환하는 침출수 처리장치에 있어서, 유량조정조(2)에서 유입된 상기 침출수를 호기처리하여 상기 침출수의 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 아질산성 질소(NO2 --N)로 부분질산화하는 아질산화 공정을 거친 생물학적 처리수를 재순환조(30)로 이송하는 생물학적 반응조(10)와; 상기 생물학적 반응조에서 유입된 상기 생물학적 처리수를 미리 정해진 시간 동안 저장한 후 상기 생물학적 처리수의 미리 정해진 성상에 대응하여 상기 매립지 또는 상기 화학적 반응조로 상기 생물학적 처리수를 이송하는 재순환조(30)와; 상기 생물학적 반응조(10)를 거친 상기 생물학적 처리수 내의 난분해성 유기물질을 제거하는 펜톤산화공정을 통해 처리된 화학적 처리수의 미리 정해진 성상에 대응하여 상기 매립지로 이송하거나 외부로 방류하는 화학적 반응조(50)와; 상기 생물학적 반응조(10), 상기 화학적 반응조(50) 및 중금속 처리부를 상부에 탑재하여 이동이 가능한 이동장치를; 포함하여 상기 질소 또는 상기 난분해성 유기물질이 제거되어 산소가 용존된 상기 생물학적 처리수 또는 상기 화학적 처리수를 상기 매립지 내로 재투입시킨 다.
그리고, 본 발명은 상기 재순환조에서 상기 생물학적 처리수의 미리 정해진 상기 성상을 판단하여 상기 생물학적 처리수를 상기 매립지 또는 상기 화학적 반응조로의 이송을 제어하는 재순환조 제어부와; 상기 화학적 반응조(50)의 상기 펜톤산화공정의 실행을 제어하고, 상기 화학적 반응조에서 상기 화학적 처리수의 미리 정해진 상기 성상을 판단하여 상기 화학적 처리수를 상기 매립지 또는 상기 외부로의 이송을 제어하는 화학적 반응조 제어부를; 구비하여 응급상황 시 경고 메시지 출력을 수행하는 컨트롤러부를, 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 이동 가능한 침출수 처리장치의 구성도이다. 도 1을 참조하여 이하 설명한다. 상기 생물학적 반응조(10)는 컨트롤러부의 제어에 의해 상기 침출수가 유입되어 처리되는 공정으로서 침출수가 처리 중 DO 농도, pH 등이 자동 측정제어되어 이상적인 조건을 유지시켜 침출수 처리의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 화학적 반응조(50) 역시 컨트롤러부의 제어에 의해 운전될 수 있고, pH 조정, 주입 약품량 조정, 중화 등이 실시간으로 측정제어되어 침출수 처리의 안정성을 확보하였습니다.
상기 생물학적 처리와 상기 화학적 처리에 의해 산소가 용존된 처리수의 재순환으로 상기 매립지 내 호기성 미생물의 활성화로 인해 상기 매립지의 안정화기간 단축되는 장점이 있다.
이 경우, 상기 처리수의 침전물(예, 미생물 등)을 상기 매립지 내로 재순환하는 것이 바람직하다.
유량조정조를 제외한 모든 장비, 계측기는 차량에 탑재되는 것이 바람직하다.
상기 침출수의 처리목적에 따라 본 발명을 이용한 상기 침출수의 처리공정이 달라진다.
첫째, 상기 침출수를 재순환하는 목적인 경우, 본 발명에 상기 침출수를 상기 생물학적 반응조(10)에 유입하는 단계와; 상기 생물학적 반응조(10)에서 상기 침출수를 포기하는 단계와; 포기된 상기 생물학적 처리수를 침전하는 단계와; 본 발명에서 상기 생물학적 처리수를 유출하는 단계를; 본 발명이 수행하여, 상기 매립지 내로 상기 침출수를 재순환시켜 상기 매립지 내의 수분조절과 유기물질, 암모니아성 질소의 제거를 할 수 있다.
둘째, 상기 침출수를 방류하는 목적인 경우, 본 발명에 상기 침출수를 상기 생물학적 반응조(10)에 유입하는 단계와; 상기 생물학적 반응조(10)에서 상기 침출수를 포기하는 단계와; 포기된 상기 생물학적 처리수를 침전하는 단계와; 상기 생물학적 처리수를 상기 화학적 반응조(50)에 유입하는 단계와; 상기 화학적 반응조(50)에서 상기 생물학적 처리수의 pH를 조정하는 단계와; 상기 화학적 반응조(50)에서 상기 생물학적 처리수를 화학적 처리를 통해 반응시키는 단계와; 상기 화학적 반응조(50)에서 처리된 화학적 처리수의 pH를 중화하는 단계와; 상기 화학적 반응조(50)에서 상기 화학적 처리수를 침전하는 단계와; 상기 화학적 반응 조(50)에서 상기 화학적 처리수를 배출하는 단계를; 본 발명이 수행하여, 생물학적으로 제거가 어려운 중금속 및 난분해성 유기물질 등 오염물질을 침출수 배출허용기준에 부합하도록 처리할 수 있다.
상기 컨트롤러부는 상기 이동장치 또는 별도의 장소에 구비되어 본 발명의 작동을 제어할 수 있다.
상기 경고 메시지 출력은 상기 응급상황 시 관계자의 휴대폰으로 경보 전송이고, 이 경우 컨트롤러부는 본 발명의 작동이 자동으로 shut-down 되도록 제어할 수 있다.
상기 아질산화 공정은 생물학적 반응조(10)에서 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 아질산성 질소(NO2 --N)로 부분질산화하고, 상기 생물학적 처리수는 상기 매립지로 재순환되어 상기 매립지 내부에서 상기 아질산성 질소는 질소가스로 환원된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 이동 가능한 침출수 처리장치에 따른 생물학적 반응조의 단면도 및 상부 평면도이다. 도 2를 참조하여, 상기 생물학적 반응조를 설명한다. 상기 생물학적 반응조(10)는 원형의 형상의 몸체(12)가 구비되고, 모터(22)에 의해 구동되어 유입된 상기 침출수를 교반하는 교반기(14)가 내부에 구비되고, 상기 몸체의 하부에는 슬러지 배출관(16)이 형성된다. 상기 몸체의 측면에는 상기 생물학적 처리수의 수위에 대응하기 위한 배출관(18)이 구비된다.
상기 몸체의 상부에는 상기 생물학적 반응조의 포기를 위한 공기가 흡입되는 공기 흡입구가 구비될 수 있다.
이하, 상기 생물학적 반응조(10)를 통한 침출수의 생물학적 처리 후 재순환에 대한 실험을 설명한다.
1). 실험 재료 및 방법
도 3은 김포모형매립조의 재순환 시스템 개요도를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하여, 김포모형매립조의 재순환시스템 개요도에 대해 설명한다. 본 실험에 사용된 실험 장치는 1차년도 연구에서 김포수도권 매립지 내 설치운전되었던 pilot scale의 모형 매립조와 SBR(Sequential Batch Reactor)을 이용한 재순환 공정으로서 침출수 내 질소제거(매립 후기)를 목적으로 운전되었다.
상기 모형 매립조에서 발생된 침출수는 집수조에서 SBR로 유입되었으며, SBR 유출수는 재순환조를 거쳐 매립지로 다시 순환되도록 하였다. 모든 과정은 컨트롤러부에 의해 자동으로 수행되었으며, SBR 유출수인 상기 생물학적 처리수는 발생 즉시 전량 재순환되었다.
본 실험에서는 상기 모형 매립조의 침출수 발생량 및 농도를 고려하여, 상기 SBR의 1 cycle을 fill(2 hrs)-reaction(5 hrs)-침전(0.6 hrs)-유출(0.2 hrs)-재순환(유출 즉시)으로 하였으며, 3 cycles/day로 운전되도록 하였다. 1회 유입 및 유출량은 0.25 m3로 하였으며, 유입 완료 후 총 용적은 0.5 m3이 되도록 하였다.
일 처리량은 0.75 m3이었으며, 상기 SBR에서의 HRT는 0.67일로 하였다. 침출수 재순환 공법 적용 후 침출수 발생량이 감소함에 따라 1 회/주 김포수도권매립지 침출수를 이용하여 집수조에 보충해 주었다.
보충용 침출수는 모형 매립조 침출수의 질소 농도와 동일하게 희석하여 사용하였다. 1회/주 집수조의 침출수 및 SBR 유출수를 채취분석하였으며, 1회/월 암모니아 산화 시 아질산 축적 영향 인자 및 질산화 속도를 구하기 위해 반응시간 동안 일정한 간격으로 시료를 채취하였다.
또한, 1회/주 매립지 내부의 메탄, 질소, 암모니아 가스 발생량과 습도 및 온도를 측정하였다. [표 1]에는 김포모형매립지의 침출수 성상을 나타내었다.
Contents Unit Concentration
NH4 +-N mg/L 35 - 120
NO2 --N mg/L 0 - 3
NO3 --N mg/L 0 - 3
TCODcr mg/L 100 - 230
SCODCr mg/L 70 - 140
SS mg/L 20 - 80
2). 실험 결과
도 4 내지 도 7은 모형매립조 침출수와 생물학적 처리수의 수질농도를 나타내는 도면이다. 도 4 내지 도 7을 참조하여 모형매립조에서 발생되는 침출수와 SBR 처리 후의 수질 변화를 설명한다.
SCODCr(난분해성 유기물질의 처리효율)의 경우 침출수와 상기 SBR 처리수의 농도 변화가 없는 것으로 나타나 침출수 내 유기물질의 대부분이 난분해성인 것으로 판단하였다.
반면에 암모니아성 질소의 경우, 상기 SBR의 운전 약 20일부터 제거가 일어났으며, 제거된 암모니아성 질소는 대부분이 질산성 질소 형태로 전환되었으며, 일분은 아질산성 질소의 축적도 일어났다.
상기 펜톤산화공정은 과산화수소(H2O2)와 황산 제1철(FeSO4·7H2O)을 산화반응을 위한 Fenton 시약으로 하여, 상기 생물학적 처리수를 고도산화처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 화학적 반응조(50)는, 상기 화학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 미리 정해진 상기 성상이면, 상기 화학적 처리수를 상기 매립지로 이송하는 공정; 또는 상기 화학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 상기 성상이 아니면, 상기 화학적 처리수를 외부로 방류하는 공정을; 수행할 수 있다.
이에 앞서, 상기 화학적 반응조(50)는 이송관(36)을 통해 상기 생물학적 처리수를 상기 재순환조(30)에서 유입 받는 단계와; 상기 황산을 펌프의 제어에 의해 약품탱크에서 주입하여 pH를 조절하는 단계와; 상기 과산화수소 및 상기 황산 제1철을 정량펌프(54)의 제어에 의해 약품탱크(52)에서 주입받는 단계와; 상기 화학적 반응조(50)의 내부에 설치되어 140~160rpm 으로 구동되는 교반기(58)에 의해 교반하는 단계와; 상기 생물학적 처리수를 중화, 응집 및 침전하는 단계를; 수행한다.
도 8을 참조하면, 상기 화학적 반응조(50)는 모터(60)에 의해 구동되는 교반기(58)가 상기 화학적 반응조(50)의 내부에 구비되어 상기 이송관(36)을 통해 상기 재순환조(30)에서 유입된 상기 생물학적 처리수를 교반하면서 처리한다.
이 경우, 상기 화학적 반응조(50)는 정량펌프(54)의 제어에 의해 약품탱크(52)의 상기 Fenton 시약를 유입 받아 상기 생물학적 처리수를 화학적 처리한다.
처리된 상기 화학적 처리수는 배출관(62) 또는 드래인관(64)를 통해 상기 화학적 처리수의 수위에 대응하여 배출될 수 있다.
상기 화학적 반응조(50)의 상기 펜톤산화공정은 상기 생물학적 처리수에서 상기 난분해성 유기물질을 제거하는데, 상기 화학적 반응조(50)는 생물학적 처리 효율의 저하 또는 침출수의 방류가 불가피할 경우에만 가변적으로 운전되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 화학적 처리수의 미리 정해진 상기 성상이 상기 생물학적 처리수에서 난분해성 유기물질의 처리효율이 약 50% 미만이면 상기 외부로 상기 화학적 처리수를 방류할 수 있다.
이 경우, 상기 화학적 반응조(50)는 컨트롤러부의 제어에 의해 운전될 수 있고, 필요하면 수동으로의 전환도 가능하다.
이하, 대상 폐수는 김포수도권매립지 침출수를 사용하고, 상기 침출수를 상기 생물학적 반응조를 거치지 않은 상기 화학적 반응조에서 상기 펜톤산화공정 만을 거친 실험에 대해 설명한다.
1). 실험 재료 및 방법
Fenton 산화반응 실험은 jar tester를 이용하여 수행하였다. 산화반응 시 Fenton 시약으로는 과산화수소(H2O2)와 황산 제일철(FeSO4·7H2O)을 사용하였다. 대상폐수는 김포수도권매립지 침출수를 이용하였으며, [표 2]에 각 침출수의 CODCr과 DOC(Dissolved Organic Carbon) 농도를 정리하였다.
대상폐수 CODCr(mg/L) DOC(mg/L)
김포수도권매립지 1650 430
Fenton 산화반응은 pH 3 ~ 5 범위의 산성 영역에서 효과적이므로 본 실험에서는 초기 pH를 3.5로 유지하면서 실험을 수행하였다. pH 조정을 위해 6N, 1N의 H2SO4와 6N, 1N의 NaOH를 사용하였다. 5L 비이커에 분취된 시료를 6N의 H2SO4를 주입하여 pH를 4로 조정한 후 1N의 H2SO4을 조금씩 주입하여 pH를 정확히 3.5로 조정하였다.
pH 조정이 끝난 시료를 용적이 1L인 비이커에 분취하여 산화반응 시료로 사용하였다. 실험은 jar tester에서 수행하였으며, 산화반응에서는 150rpm으로 급속교반을 하였고, pH 중화 후 응집공정에서는 30rpm으로 완속교반을 해 주었다.
산화반응 30분, 응집 20분, 그리고 침전시간을 40분으로 총 반응 시간을 90분으로 하였다. 산화반응이 완료된 후 6N, 1N의 NaOH를 이용하여 시료의 pH를 8로 중화시켰다.
Fe2+과 H2O2의 주입비(농도기준)에 따른 효율과 동일한 주입비에서 주입량에 따른 유기물질의 제거 효율을 하기의 [표 3]에서 비교하였다.
대상시료 주입 mol비 Fe2+:H2O2 Fe2+주입농도 H2O2주입농도
김포수도권매립지 0.365:1 180 300
0.365:1 600 1000
0.486:1 240 300
0.486:1 800 1000
0.608:1 1000 1000
0.608:1 1000 1500
2). 실험결과
도 9는 김포수도권매립지 침출수의 펜톤산화처리를 나타내는 도면이고, 도 10 및 도 11은 김포수도권매립지 침출수의 펜톤산화처리의 효율을 나타내는 도면이다. 도 9 내지 도 11을 참조하여, 이하 설명한다.
도 9는 펜톤산화처리 결과를 나타낸 것으로 펜톤시약 주입 직후 5~10분의 빠른 시간 안에 산화반응이 완료되었다. 김포수도권매립지 침출수를 대상으로 한 실험에서 Fe2와 H2O2가 동일한 주입비를 갖더라도 주입농도가 높을수록 제거율이 증가하는 것으로 나타났다.
CODCr의 주입비와 주입농도에 따른 제거율의 큰 차이를 보이지는 않았으나, 동일한 주입비에서 주입농도가 증가할수록, 그리고 Fe2+의 농도가 증가할수록 제거율이 다소 증가하는 것으로 나타났다.
과산화수소의 주입농도를 1,000, 1,500 mg/L 한 실험에서 제거율의 차이는 크지 않았으며, 오히려 과수농도가 증가할수록 제거율이 약간 감소하는 것으로 나타났다.
DOC(Dissolved Organic Carbon)의 경우, H2O2의 주입농도를 300 mg/L으로 하여 Fe2의 주입농도를 180, 240 mg/L으로 하였을 때 각각의 제거효율은 약 17%, 약 40% 정도로 주입농도 240 mg/L이 2배 정도 높은 것으로 나타났다.
또한, H2O2의 주입농도를 1,000 mg/L으로 하여 Fe2+의 주입농도를 600, 800 mg/L 하였을 때 각각의 제거율은 약 21%, 약 43%로 동일한 과수농도에서 Fe2+의 주입농도가 높을수록 제거율이 증가하는 것으로 보여주었다.
그러나 Fe2+의 주입농도를 1,000 mg/L으로 한 실험에서는 더 이상의 제거율의 증진은 없는 것으로 나타났다.
이하, 대상 폐수를 김포수도권매립지 침출수하고, 상기 침출수를 상기 생물학적 반응조를 거치고, 상기 화학적 반응조에서 상기 펜톤산화공정을 거친 실험에 대해 설명한다.
1). 실험재료 및 방법
본 실험은 김포수도권매립지의 생물학적 처리수를 대상으로 실험을 수행하였으며, 상기 펜톤산화에 의한 효율평가 실험과 동일하게 수행하였다. 그리고 생물학적 처리시 아질산의 축적을 고려하여 아질산 및 질산의 존재에 따른 펜톤산화 처리효율을 비교하였다.
대상시료는 아질산을 함유하고 있지 않아, 아질산성 질소를 주입하여 시료에서의 아질산성 질소의 최종 농도를 100 mg/L이 되도록 하였으며, 질소 농도에 따른 영향을 배제하고자 질산성 질소도 주입한 실험을 수행하였다. 실험조건을 하기의 [표 4]의 Fenton 산화 반응 조건에 정리하였다.
대상폐수 CODCr (mg/L) DOC (mg/L) NO2 --N (mg/L) NO3 --N (mg/L) Total N (mg/L) 주입농도(mg/L) Fe2 : H2O2 (주입비)
생물학적 처리수 750 275 - 130 130 1000:1000 (1:1)
NO2 -주입 750 275 100 130 230
NO3 -주입 750 275 - 230 230
2). 실험결과
도 12는 생물학적 처리수의 CODCr 및 DOC 제거를 나타내는 도면이고, 도 13은 NO2-를 함유한 생물학적 처리수의 Fenton 산화 반응를 나타내는 도면이고, 도 14는 NO3-를 함유한 생물학적 처리수의 Fenton 산화 반응을 나타내는 도면이다. 도 12 내지 도 14를 참조하여, 생물학적 처리수의 Fenton 산화 반응 결과를 설명한다.
Fenton 산화 반응 초기 5~10분 만에 종료되었다. 생물학적 처리를 거치면서 분해성 유기물이 거의 제거되어 생물학적 처리수에 난분해성 유기물이 대부분을 차지하는 것을 감안할 때 펜톤산화처리로 약 50%의 CODCr 제거율을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
아질산을 주입한 실험에서는 CODCr제거율이 38%로 31%로 낮게 나타나 아질산이 scavanger로 작용한 것으로 판단되었다. 반면에 질산성 질소를 추가로 주입해준 실험에서는 CODCr 제거율이 47%로 나타나 질산성 질소의 농도는 증가하더라도 CODCr의 제거율에 감소에는 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
침출수 원수에 대하여 펜톤산화처리 실험을 수행한 결과에서도 CODCr 제거율이 약 50%(주입비 1:1, 주입 농도 1,000 mg/L)로 나타나 제거효율에서는 본 실험과 차이를 보이지 않았다.
그러나 처리 후의 CODCr 농도는 원수 약 800 mg/L, 생물학적 처리수 약 360 mg/L으로 나타나 최종 방류 시 펜톤산화 공정을 생물학적 처리 후단에 설치하여 최종 방류수 내에 난분해성 유기물질 줄이기를 도모하는 것이 유리할 것으로 판단되었다.
상기 재순환조(30)는 상기 생물학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 미리 정해진 상기 성상이면, 상기 생물학적 처리수를 상기 매립지로 이송하는 공정; 및 상기 생물학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 상기 성상이 아니면, 상기 생물학적 처리수를 상기 화학적 반응조로 이송하는 공정을; 수행할 수 있다.
상기 재순환조는 유입가능한 미리 정해진 성상의 일 예로 도 7에서와 같이 침출수와 상기 SBR 처리수의 농도 변화가 없을 때, 침출수 내 유기물질의 대부분이 난분해성인 것을 컨트롤러부의 제어에 의해 상기 생물학적 처리수를 상기 화학적 반응조(50)로 이송할 수 있다.
상기 생물학적 처리수를 상기 매립지로 이송하는 상기 공정에서는, 교반기(32)와 수위센서가 구비되어 상기 수위센서의 측정 수위에 대응하여 재순환 펌프(34)의 펌프력을 이용해 상기 생물학적 처리수를 상기 매립지로 유입시킬 수 있다.
상기 생물학적 처리수를 상기 화학적 반응조로 이송하는 상기 공정에서는, 상기 화학적 반응조(50)와 상기 재순환조(30)를 연통 되게 연결하는 이송관(36)을 통해 수두차이에 의해 상기 생물학적 처리수가 이송된다.
본 발명은, 상기 이동장치의 상부에 탑재되어, 상기 화학적 반응조(50)를 거친 상기 화학적 처리수에서 중금속을 제거하는 중금속제거공정을 수행하는 중금속 처리부를 더 포함하고, 상기 중금속제거공정은 상기 중금속을 생체흡착할 수 있는 미생물에 의한 생물학적 흡착에 의해 상기 중금속을 제거하고, 상기 컨트롤러부는 상기 중금속제거공정의 실행을 제어하는 중금속 처리부 제어부를 더 구비할 수 있다.
상기 중금속을 함유한 상기 매립지의 상기 침출수가 생태계로 유출될 경우 토양 및 지하수의 오염뿐만 아니라 생체 축적을 통해 먹이사슬에서 최종 소비단계에 있는 인간에게까지 영향을 미칠 수 있다.
이하, 상기 화학적 반응조를 거친 처리수에서 중금속을 제거하는 실험에 대해 설명한다.
1). 실험재료 및 방법
본 실험은 회분식으로 수행하였으며, 안산산단에 위치한 WWTP의 산업폐수 처리 계열의 포기조 반송슬러지를 원심분리하여 수세한 후 사용하였다. 대상 폐수로는 김포수도권매립지의 침출수를 사용하였으며, 대상 중금속으로는 1차년도에 조사된 매립지에서 공통적으로 발견되는 구리와 납을 사용하였다. 즉, Cu(NO3)2와 Pb(NO3)2을 사용하여 구리와 납의 초기 농도를 2, 5, 10 mg/L로 하였다.
1L의 플라스크에 슬러지, 상기 침출수, 상기 중금속을 넣은 후 shaking incubator에서 온도 30℃, 150 RPM으로 교반하면서 실험을 수행하였다. 실험시 상기 침출수의 pH 조건을 유지하기 위하여 pH는 조정하지 않았다. 실험기간 동안 pH는 약 8 정도로 나타났다. 일정 간격으로 시료를 채취하여 유리섬유 여과지(GF/C, Whattman)로 여과한 후 여액의 상기 중금속의 농도를 측정하였다. 상기 중금속의 분석에는 AA(Atomic absorption spectrometer, Varian)를 이용하였다.
2). 실험결과
도 15는 구리의 초기 농도에 따른 생물학적 흡착을 나타내는 도면이고, 도 16은 납의 초기 농도에 따른 생물학적 흡착을 나타내는 도면이고, 도 17은 구리와 납의 초기 농도에 따른 흡착률을 나타내는 도면이다. 도 15 및 도 16을 참조하여, 상기 미생물에 의한 중금속흡착 실험결과를 설명한다.
모든 실험에서 반응 초기 15분 이내에 주입한 구리와 납의 제거가 일어났으며, 그 이후에는 제거가 없는 것으로 나타났다.
도 17을 참조하면, 구리의 초기 농도를 2, 5, 10 mg/L으로 하여 실험한 결과 24시간 경과 후 최종 농도는 각각 1, 2.02, 2.55 mg/L였으며, 제거율은 각각 46, 52, 71%였다. 이 결과에서 구리의 초기 농도가 증가할수록 제거율이 증가하는 것으로 나타났다. 납은 구리와 동일하게 초기 농도를 2, 5, 10 mg/L하여 실험한 결과 최종 농도는 각각 0.13, 0.58, 1.46 mg/L였으며, 제거율은 각각 93, 86.6, 83.7%였다. 납의 경우 구리와는 달리 초기 농도가 증가할수록 제거율이 감소하는 것을 보여주었다. 한편, 구리와 납 모두 초기 농도가 증가할수록 미생물에 의한 중금속 흡착량은 증가하는 것으로 나타났다.
일반적으로 상기 매립지 침출수의 상기 중금속 농도가 본 실험에서 수행된 10 mg/L미만임을 감안할 때, 생물학적 흡착에 의해 중금속의 제거는 충분히 가능할 것으로 기대된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 당해 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 첨부된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 이동 가능한 침출수 처리장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 이동 가능한 침출수 처리장치에 따른 생물학적 반응조의 단면도 및 상부 평면도이다.
도 3은 김포모형매립조의 재순환 시스템 개요도를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 7은 모형매립조 침출수와 생물학적 처리수의 수질농도를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예인 이동 가능한 침출수 처리장치에 따른 화학적 반응조의 단면도 및 상부 평면도이다.
도 9는 김포수도권매립지 침출수의 펜톤산화처리를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 김포수도권매립지 침출수의 펜톤산화처리의 효율을 나타내는 도면이다.
도 12는 생물학적 처리수의 CODCr 및 DOC 제거를 나타내는 도면이다.
도 13은 NO2-를 함유한 생물학적 처리수의 Fenton 산화 반응를 나타내는 도면이다.
도 14는 NO3-를 함유한 생물학적 처리수의 Fenton 산화 반응을 나타내는 도면이다.
도 15는 구리의 초기 농도에 따른 생물학적 흡착을 나타내는 도면이다.
도 16은 납의 초기 농도에 따른 생물학적 흡착을 나타내는 도면이다.
도 17은 구리와 납의 초기 농도에 따른 흡착률을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10: 생물학적 반응조 30: 재순환조
50: 화학적 반응조

Claims (5)

  1. 매립지의 조기안정화를 위해 침출수를 재순환하는 침출수 처리장치에 있어서,
    유량조정조(2)에서 유입된 상기 침출수를 호기처리하여 상기 침출수의 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 아질산성 질소(NO2 --N)로 부분질산화하는 아질산화 공정을 거친 생물학적 처리수를 재순환조(30)로 이송하는 생물학적 반응조(10)와;
    상기 생물학적 반응조에서 유입된 상기 생물학적 처리수를 미리 정해진 시간 동안 저장한 후 상기 생물학적 처리수의 미리 정해진 성상에 대응하여 상기 매립지 또는 화학적 반응조로 상기 생물학적 처리수를 이송하는 재순환조(30)와;
    상기 생물학적 반응조(10)를 거친 상기 생물학적 처리수 내의 난분해성 유기물질을 제거하는 펜톤산화공정을 통해 처리된 화학적 처리수의 미리 정해진 성상에 대응하여 상기 매립지로 이송하거나 외부로 방류하는 화학적 반응조(50)와;
    상기 재순환조에서 상기 생물학적 처리수의 미리 정해진 상기 성상을 판단하여 상기 생물학적 처리수를 상기 매립지 또는 상기 화학적 반응조로의 이송을 제어하는 재순환조 제어부와,
    상기 화학적 반응조(50)의 상기 펜톤산화공정의 실행을 제어하고, 상기 화학적 반응조에서 상기 화학적 처리수의 미리 정해진 상기 성상을 판단하여 상기 화학적 처리수를 상기 매립지 또는 상기 외부로의 이송을 제어하는 화학적 반응조 제어부를, 구비하여 응급상황 시 경고 메시지 출력을 수행하는 컨트롤러부와;
    상기 생물학적 반응조(10), 상기 재순환조(30), 상기 화학적 반응조(50) 및 상기 컨트롤러부를 상부에 탑재하여 이동이 가능한 이동장치를; 포함하고,
    상기 아질산성 질소 또는 상기 난분해성 유기물질이 제거되어 산소가 용존된 상기 생물학적 처리수 또는 상기 화학적 처리수를 상기 매립지 내로 재투입시키고,
    상기 재순환조(30)는
    상기 생물학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 미리 정해진 상기 성상이면, 상기 생물학적 처리수를 상기 매립지로 이송하는 공정; 및
    상기 침출수의 난분해성 유기물질과 대비하여 상기 생물학적 처리수의 난분해성 유기물질의 농도 변화가 없어, 상기 생물학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 상기 성상이 아니면, 상기 생물학적 처리수를 상기 화학적 반응조로 이송하는 공정을; 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 침출수 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 펜톤산화공정은 과산화수소(H2O2)와 황산 제1철(FeSO4·7H2O)을 산화반응을 위한 Fenton 시약으로 하여, 상기 생물학적 처리수를 고도산화처리하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 침출수 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화학적 반응조(50)는,
    상기 화학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 미리 정해진 상기 성상이면, 상기 화학적 처리수를 상기 매립지로 이송하는 공정; 또는
    상기 화학적 처리수가 상기 매립지로 유입가능한 상기 성상이 아니면, 상기 화학적 처리수를 외부로 방류하는 공정을; 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 침출수 처리장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 이동장치의 상부에 탑재되어, 상기 화학적 반응조(50)를 거친 상기 화학적 처리수에서 중금속을 제거하는 중금속제거공정을 수행하는 중금속 처리부를 더 포함하고,
    상기 중금속제거공정은 상기 중금속을 생체흡착할 수 있는 미생물에 의한 생물학적 흡착에 의해 상기 중금속을 제거하고,
    상기 컨트롤러부는 상기 중금속제거공정의 실행을 제어하는 중금속 처리부 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 가능한 침출수 처리장치.
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