KR19980065219A - 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법 - Google Patents

Abstract

쓰레기 매립지의 침출수에 전자선을 조사하여 침출수 중의 유기물질을 제거하는 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법에 관하여 개시된다. 개시된 침출수 처리방법은 유기물질을 함유하는 매립지의 침출수에 전자선 가속기로부터 발생된 전자선을 조사함으로써, 침출수 중의 유기물질을 산화시켜 제거하는 것을 특징으로 한다. 여기에서, 상기 전자선 조사 이전에 쓰레기 매립지 침출수의 pH를 1.5 ~ 2.5로 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전자선 조사 이전에, 침출수 중의 상기 산화된 유기물질을 응집하기 위하여 응집제로서 철염을 투입하고, 침출수와 응집제를 혼합시키며 전자선이 효율적으로 조사되도록 하기 위하여 침출수내에 공기를 불어넣어 침출수를 버블링(Bubbling) 시키는 것이 바람직하다. 따라서, 종래 방법에 비해 단순한 공정과 간단한 장치로 침출수 중의 유기물질을 제거할 수 있으며, 특히 난분해성인 휴믹물질을 효율적으로 제거할 수 있게 된다.

Description

전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법

본 발명은 쓰레기 매립지에서 발생하는 침출수 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 쓰레기 매립지의 침출수에 전자선을 조사하여 침출수 중의 유기물을 제거하는 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법에 관한 것이다.

오늘날 물질문명의 눈부신 발달과 더불어 물질의 풍요와 삶의 질이 더욱 더 향상되고 있다. 이러한 물질문명의 발달은 인류의 생활에 매우 유익하다고 할 수 있으나, 반면에는 산업의 발달과 문명의 이기로 파생된 각종 산업 폐기물과 생활 쓰레기로 인해 인류의 생활 터전인 자연환경에 심각한 악영향을 미쳐 왔다.

따라서, 이러한 산업 폐기물 및 생활 쓰레기 등과 같은 환경오염물질은 별도로 회수하여 소각하거나 매립처리하고 있다. 또한 소각처리후의 잔류물도 재사용 불가능한 경우에는 매립처리에 의존하고 있다. 그러나, 이와 같이 매립된 산업 폐기물 및 생활 쓰레기는 우수 등에 의해 2차적 오염원인 침출수를 발생시켜 지하수 및 지표수를 오염시키고 있는 실정이다.

이러한 침출수 중의 유기물질 처리 방법으로는 활성 슬러지법 등의 생물학적 처리방법이 주로 사용되고 있다. 생물학적 처리방법은 자연침전 또는 화학약품을 이용한 침전처리를 한 후에 호기성 미생물 또는 혐기성 미생물을 이용하여 침출수중의 유기물질을 제거하는 방법이다.

표 1은 침출수 원액의 유기물 농도와 상기 침출수를 종래의 생물학적 처리방법인 활성슬러지법에 의해 처리한 결과를 나타낸 것이다.

[표 1]

침출수 종류분자량 범위	침출수 원액	활성슬러지 공정의 유출수
	용존유기탄소 농도(mg/ℓ)	백분율(%)	용존유기탄소 농도(mg/ℓ)	제거율(%)	백분율(%)
분자량 1,000 이하	349	31.9	71	79.7	19.3
분자량 1,000 ~ 10,000 사이	95	8.7	48	49.5	13.0
분자량 10,000 ~ 30,000 사이	113	10.3	65	42.5	17.6
분자량 30,000 이상	537	49.1	185	65.5	50.1
총 용존유기탄소농도	1094	100	369	66.4	100

상기 침출수는 김포의 수도권 매립지에서 발생한 침출수를 기준으로 하였고, 종래의 활성슬러지법에 의해 상기 침출수를 처리한 후, 침출수 원액과 처리후의 유출수 중의 유기물질의 분자량 분포를 한외여과장치로 조사하였다.

표 1에 나타난 바와 같이, 쓰레기 매립지의 침출수는 주로 분자량 1,000 이하의 저분자 유기물질과 분자량 30,000 이상의 난분해성 고분자 유기물질을 다량 함유하고 있음을 알 수 있다. 또한, 종래 활성슬러지법에 의한 유기물질의 제거율은 약 66%를 나타내고 있으며, 그 유출수의 용존유기탄소농도는 300mg/ℓ이상으로 법적 허용 농도인 100mg/ℓ를 훨씬 넘는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 유출수를 방류하기 위해서는 다량의 희석수가 필요하게 된다.

표 2는 생물학적 처리 전 침출수 원액의 수중 휴믹물질 함량과 생물학적 처리를 거친 유출수의 수중 휴믹물질(생활쓰레기가 부식되어 생성된 고분자 유기물질) 함량을 비교하여 나타낸 것이다.

[표 2]

시료명	용존유기탄소농도(mg/ℓ)	수중 유기물중의 휴믹물질 비율(%)
침출수 원액	1273	57.5
활성슬러지 공정의 유출수	298	64.1

상기 침출수는 표 1과 다른 시기에 채취한 김포의 수도권 매립지의 침출수를 기준으로 하였고, 종래의 활성슬러지법에 의해 상기 침출수를 처리한 후, 침출수 원액과 처리후의 유출수 중의 용존유기탄소농도와 그 중의 휴믹물질 비율을 미국의 표준시험법에 의거해 분석하였다.

표 2에 나타난 바와 같이, 수중 휴믹물질은 침출수 중 유기물질의 50% 이상을 차지하고 있음을 알 수 있으며, 침출수 원액에 비해 생물학적 처리후의 수중 휴믹물질 비율이 약 6.6% 증가한 것을 알 수 있다. 이것은 수중 휴믹물질의 생분해도가 다른 유기물질에 비해 상대적으로 낮다는 것을 의미한다.

상술한 바와 같이, 종래의 생물학적 처리방법은 약품 소요량 및 희석수의 소요량이 많으며, 처리 시간이 매우 많이 소요되는 등 문제점이 있을 뿐 아니라, 특히 침출수의 유기물질중 난분해성 휴믹물질은 종래의 생물학적 처리방법에 의해 효과적으로 제거되지 않기 때문에 현재 운영중인 처리시설로는 법적으로 허용된 방류수 수질기준인 COD_Mn100mg/ℓ를 만족하기 어려운 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 매립지의 침출수 처리방법으로 펜톤(Fenton) 산화처리 방법이 도입되고 있다. 이 방법은 산화력이 강한 펜톤 시약(H₂O₂+ FeSO₄)을 이용하여 난분해성 유기물질을 산화시켜 제거하는 방법이다.

그러나, 이 방법 또한 펜톤 시약의 주입량 및 주입비에 따른 지속적인 처리효율에 일관성이 나타나지 않으며, 과다한 약품 주입시 철염에 의한 슬러지 발생량의 증대, 탈리액의 증가로 인한 처리수량의 증가, 잔존과수에 의한 COD 유발 및 슬러지 부상, 반응조에 거품이 과다하게 발생하는 등 문제점이 많아 현실적으로 그 적용에 어려움이 많은 실정이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 이러한 종래의 침출수 처리방법은 공정이 복잡하여 처리 시간이 장시간 소요되고, 다량의 약품이 필요하게 되어 처리비용이 고가이며, 또한 잔류 슬러지가 다량 발생하는 문제점이 있다. 특히, 침출수중의 난분해성 유기물질은 종래의 생물학적 처리방법에 의해 효과적으로 제거되지 않기 때문에 법적으로 허용된 방류수 수질기준을 만족하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 쓰레기 매립지로부터 발생된 침출수 중의 유기물질을 보다 간편하게 제거할 수 있으며, 특히 휴믹물질과 같은 난분해성 유기물질을 효율적으로 제거할 수 있는 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 침출수 처리 장치 개략 구성도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10...펌프 20...밸브

30...유량계 40...전자선 반응기

50...전자선 가속기 60...공기 공급장치

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법은; 유기물질을 함유하는 매립지의 침출수에 전자선 가속기로부터 발생된 전자선을 조사함으로써, 상기 침출수중의 상기 유기물질을 산화시켜 제거하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 전자선 조사 이전에 상기 쓰레기 매립지 침출수의 pH를 1.5 ~ 2.5로 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전자선 조사 이전에 상기 침출수 중의 상기 산화된 유기물질을 응집하기 위하여 응집제로서 철염을 투입하고, 상기 침출수와 상기 응집제를 혼합시키며 상기 전자선이 효율적으로 조사되도록 하기 위하여 상기 침출수내에 공기를 불어넣어 상기 침출수를 버블링(Bubbling) 시키는 것이 바람직하다. 여기에서, 상기 철염은 FeCl₃인 것이 효과적이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리장치에 대한 개략적인 구성도이다.

도 1에 따르면, 쓰레기 매립지에서 발생된 침출수를 펌프(10)등의 공급 수단에 의해 전자선 반응기(40)로 도입한다. 이 과정에서 상기 침출수의 유량을 조절하기 위한 유량계(30) 및 밸브(20)가 구비된 것이 바람직하다. 상기 전자선 반응기(40)에 도입된 상기 침출수는 전자선 가속기(50)로부터 발생된 전자선에 의해 조사된다. 상기 침출수에 고에너지의 전자선이 조사되면, 침출수 내에 H₂O^*, H₂O⁺, e^-와 같은 여기된 상태의 화학종이 생성되며, 이들 화학종과 전자가 2차적으로 반응하여 e^-, H°, OH°와 같은 반응성이 매우 큰 자유 라디칼(Radical)이 생성된다. 이 라디칼은 침출수내의 유기물질을 산화시키며, 특히 난분해성 유기물질인 휴믹물질을 산화시키게 된다. 이와 같이 산화된 유기물질은 침전 등에 의해 제거됨으로써, 침출수내의 유기물질의 농도를 낮추게 된다.

여기에서, 상기 유기물질의 제거율을 높이기 위해, 상기 전자선을 조사하기 이전에 미리 침출수의 pH를 적정하게 조정하여 주는 것이 바람직하다. 일반적으로 쓰레기 매립지의 침출수의 pH는 약 8.5 정도로서 약염기성을 나타내므로, 황산 등의 첨가제를 투입하여 침출수의 pH를 1.5~2.5 정도의 강산성으로 미리 조정하게 된다. 그러면 다음의 전자선 조사에 의한 유기물질의 제거율이 가장 높게 나타난다.

또한, 상기 전자선 조사 이전에 상기 산화된 유기물질을 응집하기 위하여 응집제를 투입하는 것이 바람직하다. 상기 투입된 응집제는 산화된 유기물질을 응집하여 빠른 속도로 침전하게 되므로, 유기물질의 제거 효율 및 침전,제거 속도를 높이는 작용을 한다. 여기에서, 상기 응집제로는 철염을 주로 사용하게 되며, 그 중에서도 FeCl₃를 사용하는 것이 가장 효과적이다.

그리고, 전자선 반응기(40)에는 공기 공급장치(60)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 공기 공급장치(60)는 전자선 반응기(40)에 도입된 침출수내에 공기를 공급하여 침출수를 버블링(Bubbling)시키는 작용을 한다. 따라서, 침출수와 응집제를 혼합시켜 반응효율을 높이고, 전자선이 침출수내에 효율적으로 조사되도록 하여 상기 유기물질과 전자선의 반응효율을 높이게 된다.

이상과 같은 본 발명에 따르면 종래 방법에 비해 보다 간단한 장치와 단순한 공정으로 침출수 중의 유기물질을 제거할 수 있다.

표 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쓰레기 매립지 침출수 처리 결과를 나타낸 것이다.

[표 3]

항목종류	용존유기탄소 농도(mg/ℓ)	CODMn(mg/ℓ)
전자선 조사전 침출수	300	256
전자선 조사후 유출수	104	78
제거율(%)	65.3	69.5

종래의 활성슬러지법에 의해 전처리된 김포매립지의 침출수를 처리 대상으로 하여, 상기 침출수의 pH를 2.0으로 조정한 뒤에, 응집제로서 FeCl₃를 500mg/ℓ 투입하고, 침출수 내에 공기를 투입하여 버블링시키면서, 전자선을 조사한다. 상기 전자선 조사선량은 20kGy로 하였다. 그리고 전자선 조사후의 유출수 중의 용존유기탄소 농도와 COD_Mn을 분석하였다.

그 결과, 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의하면 침출수 중의 용존유기탄소 농도는 104mg/ℓ로 감소하고 COD_Mn은 78mg/ℓ감소하여, 상기 침출수를 법정 방류수질기준인 COD_Mn100mg/ℓ이하로 처리할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 용존유기탄소의 제거율(65.3%)에 비해 생분해도가 낮은 휴믹물질에 의해 많은 영향을 받는 COD_Mn의 제거율(69.5%)이 높은 것으로 나타나 있다. 이는 본 발명이 난분해성 휴믹물질의 제거에 특히 효과적이라는 것을 의미한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 생분해도가 낮은 난분해성 휴믹물질의 제거에 효과적이며, 생물학적 처리방법에 의해 전처리된 침출수를 전자선 조사에 의해 재처리할 경우에는 법정 방류수질기준인 COD_Mn100mg/ℓ이하로 효율적으로 처리할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법은 종래 방법에 비해 단순한 공정과 간단한 장치로 침출수중의 유기물질을 제거할 수 있으며, 특히 난분해성인 휴믹물질을 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 유기물질을 함유하는 매립지의 침출수에 전자선 가속기로부터 발생된 전자선을 조사함으로써, 상기 침출수 중의 상기 유기물질을 산화시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전자선 조사 이전에 상기 쓰레기 매립지 침출수의 pH를 1.5 ~ 2.5로 조정하는 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자선 조사 이전에 상기 침출수 중의 상기 산화된 유기물질을 응집하기 위하여 응집제로서 철염을 투입하고, 상기 침출수와 상기 응집제를 혼합시키며 상기 전자선이 효율적으로 조사되도록 하기 위하여 상기 침출수내에 공기를 불어넣어 상기 침출수를 버블링(Bubbling) 시키는 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 철염은 FeCl₃인 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기물질은 난분해성 휴믹물질인 것을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 침출수는 전자선 조사 이전에 생물학적 처리방법에 의해 전처리된 것임을 특징으로 하는 전자선 조사에 의한 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법.