오존산화에 의한 매립장 침출수의 색도제거에 관한 연구

김종식□최준호

계명대학교 화학공학과

A Study on the Color Removal with Ozone Oxidation

in Landfill Leachate

Jong-Shik Kim□Joon-Ho Choi

Department of Chemical Engineering, Keimyung University

1. 서 론

오늘날 폐기물 발생량은 기하급수적으로 늘어나고 있으며, 이들 폐기물중 대부분이 매립처분되고 있는 실정이며, 이에 따른 침출수의 발생은 필연적이다. 침출수 처리에 있어서 가장 큰 문제점은 매립장에서 발생되는 침출수 유량의 예측이 어렵고, 매립장 침출수 수질은 매립 폐기물의 구성성분, 강우량, 매립연령(매립지의 안정화 정도), 폐기물의 입자 크기 및 다짐정도 등 여러 가지 요인에 따라 수질의 변화폭이 심하다는 점이다. 또한 침출수는 humic acid 및 fulvic acid 등의 색도 유발물질을 다량 함유하고 있어 침출수는 짙은 흑색 또는 짙은 갈색을 띠고 있다. 따라서 본 연구에서는 BOD5/CODCr값이 0.1정도로 낮은 노령화된 매립장 침출수를 대상으로 색도를 제거하기 위하여 오존처리를 실시하였다.

2. 실 험

2.1 실험장치

본 실험에 사용된 오존발생기는 산소를 원료로 하는 일본 오존사의 오존발생기를 사용하였고, 전압은 4A, 산소유량은 6□/min로 실험 전반에 걸쳐 일정하게 하여 오존발생량을 80mgO3/min으로 유지하였다. 오존반응기는 온도조절이 가능하도록 water bath 내부에 1.5□용량이 되게 유리로 제작하였으며, 반응기 내에서 기-액 접촉율을 높이기 위해 glass filter를 가공한 기체분산노즐을 반응기 저부에 설치하였고, 시료 채취를 위해 시료채취튜브를 설치 하였다.

2.2 실험방법

실험에 사용된 침출수는 1997년 12월에서 1998년 2월까지 2개월간 매립장 침출수 유출구에서 채취하였다. 오존처리 실험에서는 수온의 변화에 따른 오존의 자기분해속도를 일정하게 유지하기 위하여 20℃로 일정하게 유지하였으며, 산성, 중성, 알카리성에서 침출수의 색도 제거 특성을 조사하기 위하여 H2SO4와 NaOH를 사용하여 침출수의 pH를 각각 3, 7, 12로 조절한 후 오존을 주입하였다.

수질분석항목으로는 CODCr, BOD5, TOC, 색도, 탁도, SS, TS, VS, FS, pH 및 DO를 조사하였으며, 특히 색도는 Visual Comparison Method(Platinum-Cobalt)로 실시 하였으며, 색도를 측정하기 전에 탁도를 제거하기 위해 유리섬유여과지로 여과한 후 색도를 측정하였다.

3. 실험결과

본 연구에 사용된 침출수 원수의 수질을 분석하기 위해 5회에 걸쳐 채취□분석한 결과 Table 1과 같은 결과를 얻었다.

Table 1. Characteristics of the leachate.

	pH	BOD5 (mg/l)	CODCr (mg/l)	TOC (mg/l)	Turbidity (NTU)	Color (Pt-Co Units)
Range	8.9-8.4	2,500-1,300	20,000-11,000	1,100-820	2,000-850	3,700-3,100
Average	8.6	1,700	15,000	890	1000	3400
S.D*	0.19	490	4,500	76	320	320

S.D* : Standard Deviation (number of samples : 5)

TS 농도가 13,000mg/□인 침출수 중 SS는 250mg/□로 조사되어 98%이상이 용존성 물질로 구성되어 있음을 알수 있었고, TS중 98%가 VS로 조사되었다.

오존 주입에 따른 침출수 원수의 TOC변화를 측정한 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 7120ppm의 TC 중 IC가 85.8%이고 TOC는 단지 14.2%로 나타났으며, TOC의 경우 5g O3/g TOC에서 8.6%만이 제거되었으며, 51.9% 제거된 TC는 거의가 IC의 제거에 의한 것으로 나타났다. 이는 오존의 자기분해 과정에서 오존 보다 산화력이 강력하고 비선택적으로 반응하는 hydroxyl radical(OH□)이 침출수중의 carbonate 혹은 bicarbonate와 같은 scavenger에 의해 제거되었기 때문으로 판단된다. 그리고 오존 주입 시간에 의한 색도변화를 Fig. 3과 4에 나타내었다.

색도는 60분간 오존주입에 의해 pH 3과 pH 7에서 98.4%, pH 12에서 96.5%로 나타났다. 오존산화에 의한 색도의 반응차수는 Fig. 4를 통해 1차임을 알 수 있었고, pH 3, 7, 12에서 반응속도정수 K값은 0.0740, 0.0715, 0.0595로 조사되었어, 침출수의 pH가 증가할 수록 반응속도가 감소함을 알 수 있었다. 이는 침출수의 색도 유발물질이 오존의 자기분해 과정에서 생성되는 hydroxyl radical(OH□)에 의한 간접반응 보다 선택적으로 반응하는 오존에 의한 직접반응에 의해 제거된 것으로 판단된다.

Fig. 1  TOC Removal with Ozonation

Fig. 2  Color Removal with Ozonation

Fig. 3 Reaction rate constants at various pH.

4. 결 론

침출수 중 IC가 85.8%이고 TOC는 단지 14.2%에 불과하며, TOC의 경우 5g O3/g TOC에서 8.6%만이 제거되었다. 색도는 60분간 오존주입에 의해 pH 3과 pH 7에서 98.4%, pH 12에서 96.5%의 높은 제거효율을 보였으며, pH 3, 7, 12에서 반응속도정수 K값은 0.0740, 0.0715, 0.0595로 조사되었어, 침출수의 pH가 증가할 수록 반응속도가 감소함을 알 수 있었다. 이는 침출수의 색도 유발물질이 오존의 자기분해 과정에서 생성되는 hydroxyl radical(OH□)에 의한 간접반응 보다 선택적으로 반응하는 오존에 의한 직접반응에 의해 제거된 것으로 판단된다.

참 고 문 헌

1. W.C. Boyle and R.K. Ham:□Chemical Treatment of Leachate from Sanitary

Landfills□, J. WPCF, Vol. 46, No. 7, pp. 1776□1791 (1974)

2. R. A. Sierka, G. L. Amy and J. Renna:□Molecular Weight Characterization

of Color Constituents and Susequent Removal by Ozone and Actived

Carbon Adsorption□ Preceeding of the 9th Ozone World Congress, New

York, Ny, USA, Vol. 1, pp. 1□14 (1989)

3. H. Paillard, E. LeFebvre and B. Legube:□Effect of Ozonation on Organics

Removal by Cagulation-Flocculation□ Preceeding of the 9th Ozone World

Congress, New York, Ny, USA, Vol. 1, pp. 113□126 (1989)