KR20010044571A - 생활쓰레기 매립지의 침출수 정화처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생활쓰레기의 매립기간과 강우량에 따라 달라지는 침출수의 조성변화를 고려하여 생활쓰레기 매립지의 침출수를 보다 효과적으로 처리하기 위한 것으로서, 단기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수를 혼합시켜주는 공정, 혼합된 침출수의 고농도 난분해성 유기물질을 탈질에 적정한 수준까지 소화제거하는 혐기성소화공정, 질소와 난분해성 유기물질을 제거하는 탈질/질산화공정, 잔류하는 난분해성 유기물질을 응집하여 침전시키는 화학응집공정, 잔류하는 난분해성 유기물질과 색도를 제거하기 위한 펜톤산화공정을 순차적으로 실시하는 생활쓰레기매립지의 침출수 정화처리방법을 제공하려는 것으로서, 본 발명에 의해 난분해성 유기물질의 처리효율은 93.5%로 암모니아성질소의 처리효율은 98.9%로 증대되었다.

Description

생활쓰레기 매립지의 침출수 정화처리방법{Treatment of leachate}

본 발명은 생활쓰레기 매립지에서 발생되는 침출수의 정화처리방법에 관한 것이다.

이를 보다 상세히 설명하면, 생활쓰레기의 매립기간과 강우량에 따라 달라지는 침출수의 조성변화를 고려하여 생활쓰레기 매립지의 침출수를 보다 효과적으로 처리하기 위한 것으로서, 단기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수를 혼합시켜주는 공정, 혼합된 침출수의 고농도 난분해성 유기물질을 탈질에 적정한 수준까지 소화제거하는 혐기성소화공정, 질소와 난분해성 유기물질을 제거하는 탈질/질산화공정, 잔류유기물질을 응집하여 침전시키는 화학응집공정, 잔류유기물질과 색도를 제거하기 위한 펜톤산화공정을 순차적으로 실시하는 생활쓰레기매립지의 침출수 정화처리방법을 제공하려는 것이다.

국내에서는 일반적으로 발생하는 생활쓰레기의 대부분을 매립지에 매립하는 방법으로 처리하는데, 매립지에서 발생하는 침출수에는 유기물질과 암모니아성 질소가 고농도로 혼합되어 있으므로 이를 그대로 유출할 경우에는 지하수등이 오염되어지며, 따라서 침출수를 정화처리하여 배출하는 것이 바람직하다.

국내 생활쓰레기 매립지에서 발생하는 침출수에는 중금속과 인화합물의 농도는 낮고 유기물질 및 암모니아성질소의 농도는 높게 구성되어 있으므로, 일반적인 정화처리방법으로는 적정한 처리가 어려운 실정이다. 특히, 국내 매립장에서 발생하는 생활쓰레기의 침출수를 외국의 쓰레기 매립지의 침출수와 비교해 볼 때, 양이 많고 그 조성물의 성분도 판이하게 달라서 외국에서 사용하는 침출수 정화처리공정을 적용하여 실시하더라도 정화처리 능률과 효율이 현저하게 떨어지게 되고, 우리나라와 생활문화가 비슷하여 생활쓰레기침출수의 성상이 가장 유사할 것으로 생각되어지는 일본의 경우에는 쓰레기를 소각의 방법으로 처리하므로 매립에 따른 침출수 처리공정을 두지 않고 있다.

또한, 침출수는 매립기간이 경과함에 따라 침출수에 함유된 오염성분이 변화하게 되므로 기존의 단일 처리공정에 따른 처리 방법은 많은 문제점이 노출되었다.

따라서 국내 생활쓰레기에 적합한 별개의 침출수의 정화처리방법이 절실히 필요되고 있는 실정이다.

이러한 문제를 고려하여 제안된 종래 기술로서는 국내특허출원 제 1996-0032913호의 '쓰레기 매립장의 침출수 처리방법'알려져 있다.

이는 침출수의 유량을 조정하는 침출수 유량 조정공정과, 유입 폐수중의 유기물질을 고형미생물에 의해 산화 분해시키는 생물학적 처리공정과, 생물학적 처리공정에서 발생된 슬러지를 침전시켜 분리하는 활성슬러지 침전공정 및 활성슬러지 침전공정에서 분리된 잉여슬러지를 처리하는 잉여슬러지 처리공정으로 구성된 쓰레기 매립장 침출수 처리방법에 있어서, 유량조정공정과 상호연계되어 다량으로 발생된 침출수를 일시 저장하는 저류공정과, 유량공정으로 유입된 침출수의 특성을 파악하기 위해 침출수 중의 유기물농도를 측정하는 유기물 농도측정 공정과, 상기 유량조정공정으로 유입된 침출수의 특성에 따라 소화공정 또는 혼합교반공정으로 침출수를 공급하는침출수 공급제어공정과, 유량조정공정에서 이송된 침출수를 호기적인 분위기에서 호기성 미생물에 의해 처리하되 질소를 제거하는 무산소 구역이 침출수의 유입부에 형성된 포기공정과, 포기공정을 마친 처리수에 포함된 난분해성 유기물을 응집시켜 제거하기 위한 화학응집공정과, 상기 화학응집공정을 마친 처리수에 포함된 잔여 난분해성 유기물을 산화제로 산화 분해하는 펜톤산화공정 및 펜톤산화공정에서 응집된 슬러지를 고액분리하는 제3침전공정으로 처리하는 방법으로 이루어진다.

그러나, 이와 같은 종래의 처리방법은 쓰레기의 매립기간에 따른 침출수의 성상의 변화를 고려하여 처리공정의 변경은 가능하지만 장,단기 침출수의 혼합처리공정이 없으므로 침출수 처리공정이 단일화되지 않아 공정이 복잡하고, 이로 인해 설치비와 유지관리비가 많이 들어 경제적이지 못하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 더욱 개선된 생활쓰레기 매립지의 침출수 정화처리방법을 제공하려는 것이다.

본 발명은 단기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수를 혼합시켜주는 공정과, 혼합된 침출수의 고농도 유기물질을 탈질에 적정한 수준까지 소화시켜 제거하는 혐기성소화공정과, 소화공정을 마친 처리수의 질소와 난분해성 유기물질을 제거하는 탈질/질산화공정과, 탈질/질산화공정을 마친 처리수의 잔류유기물질을 응집하여 침전시키는 화학응집공정과, 화학응집공정을 마친 처리수의 잔류유기물질과 색도를 제거하기 위한 펜톤산화공정으로 이루어지는 생활쓰레기 매립지의 침출수 정화처리방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 단기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수를 성상이 소정의 비율로 되도록 혼합시켜준 후 차후의 공정들을 단일화하여 일괄적으로 처리할 수 있도록 된 생활쓰레기 매립지의 침출수 처리방법을 제공하려는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 장기 및 단기 매립 쓰레기의 침출수를 혼합하여 유기물질과 질소의 농도를 적정하게 하여 줌으로써 메탄올과 같은 외부탄소를 첨가시키는 것을 원천적으로 배제시킬 수 있도록 하고, 하고, 화학응집공정을 실시할 때 응집제로 펜톤산화공정의 슬러지 일부를 재사용할 수 있도록 된 생활쓰레기 매립지의 침출수 처리방법을 제공하려는데 있다.

본 발명의 상기 목적은,

혐기성소화공정과 탈질공정과 화학응집공정공정과 펜톤산화공정으로 이루어지는 생활쓰레기 매립장의 침출수 정화처리방법에 있어서,

단기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수를 성상이 소정의 비율로 되도록 혼합시켜주는 침출수 집수혼합공정과,

혼합된 침출수에 혐기성균을 첨가시켜 탈질이 용이하도록 고농도 유기물질을 제거하는 통상의 혐기성소화공정과,

소화공정을 마친 처리수의 질소와 유기물질을 제거하는 통상의 탈질/질산화공정과,

탈질/질산화공정을 마친 처리수에 응집제와 응집보조제를 첨가시켜 잔류유기물질을 응집하여 침전시키는 화학응집공정과,

화학응집공정을 마친 처리수에 통상의 펜톤시약과 응집보조제를 첨가시켜 잔류유기물질과 색도를 제거하여 주는 펜톤산화공정을 순차적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 생활쓰레기 매립지의 침출수 정화처리방법에 의해 달성된다.

특히, 상기 화학응집공정을 실시할 때, 응집제로는 펜톤산화 슬러지를 재순환하여 이용함을 특징으로 하는 생활쓰레기 매립지의 침출수 정화처리방법에 의해 달성된다.

도 1은 본 발명에 따른 생활쓰레기 매립지의 침출수 정화처리공정의 전체 공 정도.

도 2은 본 발명에 따른 탈질/질산화 공정을 보여주는 공정도.

도 3는 본 발명에 따른 화학응집공정과 펜톤산화공정을 보여주는 공정도.

도 4는 매립기간별 침출수 수질분석 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

1. 침출수 집수혼합공정 2. 단기 매립 쓰레기

3. 장기 매립 쓰레기 4. 단기 침출수 추출관

5. 장기 침출수 추출관 8. 혼합집수조

10. 침출수처리공정 11. 교반혼합조

12. 혐기성소화조 13. 탈질/질산화공정

14. 화학응집공정 15. 펜톤산화공정

본 발명의 상기 목적과 특징은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명에 의하여 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

첨부도면 도 1내지 도 4는 본 발명에 따른 생활쓰레기매립지의 침출수 정화처리방법의 구체적인 실현예를 보인 것으로서, 도 1은 본 발명의 전체처리공정을 보여주고, 도 2는 탈질/질산화 공정을 도 3은 화학응집공정과 펜톤산화공정을 보여주며, 도 4는 매립기간별 침출수의 수질분석 그래프를 보여주는 것이다.

본 발명에 따른 생활쓰레기 매립지의 침출수 정화처리방법은 단기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수를 혼합시켜주는 공정에 있어서, 단기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수의 매립연수는 1~3년, 장기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수의 매립연수는 3년 이상인 침출수를 혼합하여 주는 공정을 실시하는 것과,

화학응집공정의 응집제 사용에 있어서, 펜톤산화공정의 침전조 슬러지를 응집제로 재활용하여 실시하는 것이 주지적인 특징이다.

도 1에 도시된 바와 같이 침출수처리공정(10)을 실시하기 전에 먼저 단기 매립 쓰레기(2)에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기(3)에서 발생되는 침출수를 혼합시켜 주는 침출수혼합공정(1)을 실시하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 쓰레기 매립층의 상부에 위치한 매립기간이 1~3년 된 단기 매립 쓰레기(2)에서 발생되는 침출수는 중간에 단기침출수 수집탱크(6)가 구비된 단기침출수 추출관(4)와 혼합이송관(7)을 통해 혼합집수조(8)로 집수되어지도록 하였고, 쓰레기매립층의 하부에 위치한 매립기간 3년 이상인 장기 매립 쓰레기(3)에서 발생되는 침출수는 중간에 장기침출수 수집탱크(6-1)가 구비된 장기침출수 추출관(5)와 혼합이송관(7)을 통해 혼합집수조(8)로 집수되어지도록 하였다.

특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 단기매립쓰레기(2)에서 발생되는 단기침출수는 난분해성 유기물질의 함량이 높고 질소함량이 낮은 반면에 장기매립쓰레기(3)에서 발생되는 장기침출수는 상대적으로 난분해성 유기물질의 함량은 낮으나 질소함량이 높기 때문에 이를 단기 침출수와 장기침출수를 7~5 : 3~5의 비율로 혼합하여 난분해성 유기물질과 질소의 농도(BOD/NH⁴⁺-N)가 4 : 1 정도의 비율이 되도록 조절하여 주며, 따라서 종래에는 탈질/질산화공정을 실시할 때 별도로 투입해 주어야 했던 외부탄소원(대개 메탄올을 사용)을 전혀 투입시키지 않고도 탈질/질산화공정을 실시할 수 있게 된다.

상기와 같이 단기 매립 쓰레기(2)에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기(3)에서 발생되는 침출수를 혼합시켜 주는 공정을 실시한 처리수는 침출수처리공정(10)에서 혐기성소화공정(13), 탈질/질산화공정(15)등을 순차적으로 실시한다.

혼합집수조(8)에 집수된 혼합침출수를 통상의 교반장치(9)에 의해 지속적으로 교반을 실시하면서 교반혼합조(11)로 공급한다.

상기 교반혼합조(11)에도 통상의 교반장치(구체적으로 도시하지 아니함)을 설치하여 지속적으로 교반을 실시하여 주며, 상기과정을 실시할 때 혼합침출수를 혼합집수조(8)에서 교반혼합조(11)를 거치지 않고 다음에 설명하는 혐기성소화조(12)에 직접 공급하여도 무방하다.

혐기성소화공정(12)은 고농도의 난분해성 유기물질을 제거하기 위한 공정으로서 혐기성조건에서 통상의 혐기성 미생물에 의해 실시한다.

탈질/질산화 공정(13)은 도 2에 구체적으로 도시된 바와 같이, 2개조로 구성된 탈질조(13-1)와 5개조로 구성된 질산화조(13-2)에 의해 실시하며, 미생물을 재사용하기 위한 외부반송(13-5)은 50~100%, 질산성질소를 환원탈기하기 위한 내부반송(13-4)은 400~600%로 실시한다.

상기와 같은 혐기성소화공정(12)과 탈질/질산화공정(13)은 통상적으로 실시하는 공정이므로 보다 구체적인 설명은 생략키로 한다.

상기 탈질/질산화공정(13)을 마친 처리수를 도 4에 도시된 바와 같이 화학응집공정(14)을 실시하였다.

화학응집침정공정(14)은 상기 탈질/질산화공정(13)을 마친 처리수에 잔류되어 있는 난분해성 유기물질을 침전제거하기 위한 공정으로서, 상기 탈질/질산화공정(13)을 마친 처리수를 최적의 응집조건인 pH5.5로 유지시키기 위해 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하여 pH5.5로 조절한 후 응집제의 역할을 하는 염화제이철(FeCl₃) 600~1000mg/L와 차후에 구체적으로 설명되는 펜톤산화공정(15)에서 발생되는 철염슬러지를 재순환하여 15~25분 동안 급속 교반하고, 염화제이철이 혼합된 처리수에 응집보조제인 음이온고분자(anion)를 5~15mg/L 투입하여 6~14분 동안 교반하며, 상기와 같이 염화제이철과 고분자음이온이 혼합된 처리수를 2시간 동안 침전시켜 준 후 슬러지는 인발 탈수처리하고, 상장수(상측에 위치하는 처리수)는 펜톤산화공정(15)으로 유입시킨다.

상기와 같이 화학응집공정(14)의 응집제로 펜톤산화 후 침전분리된 철염슬러지의 중 25~35%를 재순환시켜 사용함으로써 기존과 같이 응집제만을 투여한 경우에 비해 난분해성 유기물질의 처리효율을 8~12% 향상시킬 수 있고, 슬러지발생량을 25~35% 저감하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

본 발명에서 상기와 같이 화학응집공정(14)시 응집제로 사용하는 펜톤산화공정(15)에서 침전분리된 철염슬러지는 다음과 같은 반응식에 의해 재사용이 가능하여 진다.

상기식에서 보는 바와 같이 화학응집공정(14)을 실시할 때 FeCl₃수용액에서 실제로 응집반응에 관여하는 성분은 금속염(Fe³⁺)이므로 응집제로 펜톤산화조의 슬러지(Fe(OH)₃)를 사용할 수 있게 된다.

상기와 같이 화학응집공정(14)에서 응집제로 펜톤산화공정(15)에서 침전분리된 철염슬러지의 중 25~35%를 재순환시켜 사용하는데, 응집제로 25%이하의 철염슬러지를 사용할 경우에는 슬러지재순환 효과가 떨어지며, 35%이상의 철염슬러지를 사용할 경우에는 유량부하에 따른 응집처리시설의 반응시간이 감소되므로 처리효율이 떨어지게 된다.

상기 화학응집공정(14)을 마친 처리수를 도 3에 도시된 바와 같이 펜톤산화공정(15)을 실시하였다.

펜톤산화공정(15)은 상기 화학응집공정(14)을 마친 처리수에서 처리수에 잔류하는 난분해성 유기물질과 색도를 제거하기 위한 것으로서, 상기 화학응집공정(14)을 마친 처리수에 펜톤시약(황산제일철과 과산화수소)과 pH조절제(황산 또는 가성소다)를 동시에 투입하여 pH3~4로 유지하도록 하며 3.5~4.5시간 교반한다. 이때 펜톤시약으로 황산제일철과 과산화수소를 350~450mgFe²⁺/L와 250~321mgH₂O₂/L씩 첨가하여 실시하였다. 상기 과정을 실시한 후 가성소다(NaOH)를 사용하여 pH가 6~7로 유지되도록 바람직하게는 pH6.5로 유지되도록 중화하였으며 완속교반시 응집보조제인 고분자음이온(anion polymer)을 약 5~15mg/L투입하였다.

상기와 같은 펜톤산화공정(15)에서 일반적으로 종래에는 펜톤산화공정 반응단계이전에 pH를 조정하였으나, 본 발명에서는 펜톤시약과 동시에 pH조절제를 투입하여 산화와 pH조정을 동시에 실시하였다. 그러므로 기존에 비해 pH조절제가 소량으로 사용되어지고, 반응시에 적정 pH로 유지하기가 용이해졌다.

또한 펜톤산화공정(15)시 충분한 반응시간을 줌으로서 펜톤반응시 발생되는 과산화수소가 감소되어 과산화수소로 의한 악영향(침전슬러지의 부상, 처리수의 유기물질 증가)을 줄일 수 있었다.

종래 사용되어오던 처리공정에 의해서는 난분해성 유기물질의 처리효율은 50~70%이고, 질소의 처리효율은 30~50%인데 반해 본 발명에 의해서는 아래 표에서 확인되는 바와 같이 난분해성 유기물질의 처리효율은 93.5%로, 질소의 처리효율은 98.9%로 증대되었다.

구분 항목	BOD	CODcr	T-N	NH3-N
유 입	1334	3596	1990	1450
처 리	17	234	572	16
처리효율(%)	98.7	93.5	71.3	98.9

본 발명은 생활쓰레기 매립지의 침출수를 처리함에 있어서, 각기 판이하게 다른 단기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수를 혼합시켜 침출수 처리공정 전에 처리수의 성상을 일정하게 해줌으로서, 침출수에 탈질공정에서 요구되는 탄소원을 별도로 공급할 필요없이 혼합한 단기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수에 의해 탄소원을 충분히 공급해 줄 뿐만 아니라 공정의 전체구성을 간편화하여 경제성을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 화학응집공정은 응집제를 사용함에 있어서, 침출수 처리공정중 펜톤산화공정시에 발생되는 펜톤산화슬러지를 종래와 같이 매립시키지 않고 응집제로 재사용하므로 펜톤산화슬러지의 처리비용을 절감할 수 있고, 응집을 위해 첨가하는 응집제의 양을 적게 사용하게 되어 약품 비용 또한 줄일 수 있다.

또한 본 발명의 펜톤산화공정에서는 펜톤시약과 동시에 pH조절제를 투입하여 산화와 pH조정을 동시에 실시함으로 기존에 비해 pH조절제가 소량 사용할 수 있고, 반응시에 용이하게 적정pH로 유지할 수 있다.

또한 종래 사용되어오던 처리공정에 의해서는 난분해성 유기물질의 처리효율이 50~70%었고, 질소의 처리효율이 30~50%이었는데 반하여, 본 발명에 의해 침출수를 처리함으로서, 난분해성 유기물질(COD_CR)의 처리효율이 93.5%로, 질소(NH₃-N)의 처리효율DL 98.9%로 월등하게 증대되므로, 생활쓰레기매립지에서 발생하는 침출수를 보다 깨끗하게 정화시켜 배출시킬수 있으며, 따라서 수질오염을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 혐기성소화공정과 탈질공정과 화학응집공정과 펜톤산화공정으로 이루어지는 생활쓰레기 매립장의 침출수 정화처리방법에 있어서,

   단기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기에서 발생되는 침출수를 집수하여 혼합시켜주는 침출수혼합공정(1)과,

   혼합된 침출수의 고농도 난분해성 유기물질을 소화시켜 제거하는 혐기성소화공정(12)과,

   소화공정을 마친 처리수의 질소와 난분해성 유기물질을 제거하는 탈질/질산화공정(13)과,

   탈질/질산화공정을 마친 처리수의 잔류유기물질을 응집하여 침전시키는 화학응집공정(14)과,

   화학응집공정을 마친 처리수의 잔류유기물질과 색도를 제거하기 위한 펜톤산화공정(15)을 순차적으로 실시하도록 하는 것을 특징으로 하는 생활쓰레기 매립지의 침출수 정화처리방법.
2. 제 1항에 있어서,

   단기 매립 쓰레기(2)에서 발생되는 침출수와 장기 매립 쓰레기(3)에서 발생되는 침출수집수혼합공정(1)은,

   단기 매립 쓰레기(2)에서 발생되는 침출수의 매립연수는 1~3년인 것과 장기 매립 쓰레기(3)에서 발생되는 침출수의 매립연수는 3년 이상인 것을 혼합하는 것을 특징으로 하는 생활쓰레기 매립지의 침출수 정화처리방법.
3. 제 1항에 있어서,

   화학응집공정(14)에서 응집제로는 펜톤산화공정(15)에서 발생되는 슬러지를 재사용함을 특징으로 하는 생활쓰레기 매립장의 침출수 정화처리방법.
4. 제 3항에 있어서,

   화학응집공정(14)에서 응집제로 펜톤산화공정의 슬러지를 재사용할 때 그 양은 펜톤산화슬러지의 25~35%로 함을 특징으로 하는 생활쓰레기 매립장의 침출수 처리방법.
5. 제 1항에 있어서,

   펜톤산화공정(15)에서 pH조절제와 펜톤시약을 동시에 투입함을 특징으로 하는 생활쓰레기 매립장의 침출수 처리방법.