전해공정에 의한 도시쓰레기 매립지

침출수의 COD제거에 관한 연구

김홍철, 홍정선*, 오치훈, 송연호**, 이철태

단국대학교 공과대학 화학공학과, 국립환경연구원*,

조선대학교 공과대학 화학공학과**

A study on COD removal of the municipal waste

landfill leachate by using electrolytic process

Kim hong Chul, Hong Jeng Sun*, Oh Chi Hoon

Song Yon Ho**, Lee Chul Tae

Dept. of Chem. Eng., College of Eng., Dankook Univ.

National Institute of Environment Research*

Dept. of Chem. Eng., College of Eng., Chosun Univ.**

서 론

쓰레기 매립지의 건설 및 이의 효율적인 운용은 쓰레기 발생량이 증대됨에 따라 피할 수 없는 중요한 일이며 쓰레기매립지에서 필연적으로 발생되는 매립지 침출수의 처리는 매립지의 운영에 있어 가장 핵심적인 사한의 하나이다. 그러나 매립지 침출수처리는 발생지역에 따라 다소의 차이는 있을 수 있으나 일반적으로 침출수의 화학적 구성성분이 매우 복잡하고 난분해성 물질을 포함하고 있어 결코 용이하지 않으며 고도의 처리기술이 요구된다[1, 2].

우리 국내의 김포 수도권 매립지의 경우 생물학적, 화학적처리 공정을 통하여 침출수를 처리하고 있으며 BOD는 90%이상이 제거되고 있다. 그러나 COD는 난분해성 물질로 인해 현재까지 여러가지 방안을 시도하고 있으나 법적허용기준을 만족시키지 못하고 있어 이를 위한 해결책이 시급한 실정이다[3]. 따라서 이러한 성상이 복잡하고 난분해성 물질을 포함하고 있는 침출수의 경우 COD제거를 위해서는 보다 강력한 강제 산화능력을 지니고 있는 공정이 필요하며 이에 대한 방법의 하나로서 전해공정이 최근 관심이 되고 있으나 침출수에 적용한 연구의 경우는 미미한 단계이며 보고된 경우도 거의 없는 상태이다.

따라서 본 연구에서는 난분해성 물질을 다량 함유하고 있는 김포 수도권 매립지 침출수의 특성에 따른 침출수의 안전한 처리공정의 확립 및 최적관리 방안을 위하여 전해공정에 의해 김포 수도권 매립지 침출수의 COD제거 공정의 가능성 및 이의 공정개발을 위한 기초자료를 얻고자하였다.

이 론

철과 알루미늄 전극을 사용하는 경우 전해반응 중에 이들 전극이 산화되어 이온상태로 용출되며 음극에서 물의 전해에 의해 생성되는 OH-와 결합하여 응집제 역할을 할 수 있는 Fe(OH)2, Fe(OH)3 또는 Al(OH)3를 생성함으로써 무기물 및 유기물 등의 오염물질을 응집 침전 시킨다[4].

Fe → Fe3+ + 3e-               (1)

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3↓          (2)

Al → Al3+ + 3e-               (3)

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3↓           (4)

더구나, 이 경우 전해법으로 생성된 여러 가지 수산화물은 화공약품 첨가시 사용되는 가수분해 방식의 수산화물과는 구조상으로 차이가 있어 각각 생성되는 스러지의 함수율의 측면에서 전해법으로 생성된 수산화물로 생기는 슬러지의 함수율이 60%정도로 가수분해방식의 경우 70%∼80%에 비해 낮아서 이후 슬러지의 탈수공정에 보다 효과적이므로 추후 처리공정에 있어 보다 경제적이라고 할 수 있다. 또한 전해과정에서 생성된 수산화물은 흡착력이 매우 강해서 고체 또는 액체형 미립자와 용해된 성분까지도 흡착해 버리는 또 하나의 장점을 가지고 있다.

실 험

본 연구의 전기적 산화처리의 대상시료는 김포의 수도권 매립지 침출수 처리 공정에서 매립지로부터 유입된 침출원수와 펜톤산화공정으로 유입되는 침출수(소화조와 폭기라군조를 거친 2차처리 침출수) 그리고 펜톤산화공정[5]을 거친 침출수를 대상으로 삼고 각각의 경우에 COD제거를 위해 전해공정의 적용가능성 여부를 타진하고자 하였으며 각각의 경우 그 최적 조건을 조사하고자 하였다. 본 연구의 COD측정은 Standard method[6]의 Cr법을 사용하였으며 분석에 사용된 시약은 특급을 사용하였다. 전해조는 아크릴을 이용하여 제작하였으며 전극간의 거리가 1cm∼5cm가 되도록하는 전해조를 각각 제작하였다. 연구에 사용된 전극은 알루미늄 전극, 철 전극 및 실험실에서 자체 제작한 DSA전극을 이용하여 실험하였다. COD분석은 전해 반응이 끝난 직후 이루어졌다.

결과 및 고찰

Fig. 1은 침출원수를 별도의 처리없이 양극과 음극을 DSA를 사용하였으며, pH=7.3이므로 별도의 pH조정을 하지 않은 조건으로 2V□8V까지 변화시키고 각각에 따라 전극간의 거리를 1cm□5cm변화시키며 전해반응을 10분간 실시하여 COD변화를 조사한 것이다.  그림에 나타난 바와 같이 침출원수의 전기화학적처리를 통한 COD제거효율은 매우 낮은 것으로 나타났다. 그러나 색도에 대한 제거효율은 매우 좋게 나타남을 확인할 수 있었다.

2차처리 침출수의 전기화학적 산화처리공정은 COD제거효율에 매우 효과적이었으며 단지 전기산화처리공정만으로도 배출허용기준에 맞는 처리가 가능하다.

Fig. 2는 2차처리 침출수를 인가전압 4V로서 양극으로 Al전극을 사용한 경우 CaCl2첨가량에 따른 COD제거효율을 조사한 것이다.  그림에 나타난 바와 같이 첨가하지 않은 경우보다 0.5%를 첨가한 경우가 COD제거에 효과가 있음을 알 수 있다.  이러한 효과가 있는 것은 CaCl2존재하에 전해반응에서 Ca(OCl)2를 생성에 의한 산화력에 의한 것이다.  이때의 COD제거율은 74%에 이르렀다.

Fig. 3은 펜톤산화처리수를 인가전압 4V, 전해시간 10분, pH 2.6의 조건하에서 전극간의 거리에 따른 첨가제의 영향을 나타낸 것이다.  그림에 나타낸 바와 같이 DSA의 전극보다는 Al전극을 사용하는 것이 효과적이었으며 Al전극을 사용한 경우 NaCl의 첨가는 별다른 효과를 얻지 못함을 알 수 있었다.

Fig. 4는 펜톤산화처리수를 양극을 Al전극으로 하고 인가전압 4V, 전해시간 10분의 조건으로 전극간의 거리 1□3cm로 변화시키고 CaCl2의 첨가량에 따른 COD변화를 나타낸 것이다.  그림에 나타낸 바와 같이 CaCl2의 첨가가 큰 효과를 기대키는 어려운 것으로 나타났으나 펜톤산화처리수를 전해공정처리하는 것은 효과가 있는 것으로 나타났다. 이때의 CODCr은 303mg/l로서 이는 CODMn으로는 60mg/l에 해당하는 수치이다.  이때의 제거율은 81%에 이르렀다.

결 론

1. 침출원수의 전해처리는 그 효율은 떨어졌으나 색도제거에는 효율적이었다.

2. 2차처리 침출수의 전해처리는 효과적이었으며 조건은 인가전압 4V, 전극간거    리 1□1.5cm, 전해시간 10min이었다.  이 조건하에서 Al전극을 사용한 경우      COD제거율은 74%이었다.

3. 펜톤산화공정을 거친 침출수라도 추가 전해공정을 통해 COD제거가 가능하며    이때의 COD제거율은 81%이었다.  이 경우의 최적조건은 2차처리수의 전해공    정의 적용조건이 적용되었다.

참고문헌

1. 환경부, 수도권 매립지 침출수 처리 대책에 대한 공청회, pp 11∼42(1995).

2. 환경처 : 국가폐기물처리종합계획(1993)

3. 환경관리공단, □수도권매립지 실험연구 보고집□, 수도권매립사업본부(1995).

4. 김동연, 김수생, □폐수처리□, 1st ed, p. 111, 녹원출판, 서울(1988).

5. 이철태, 홍정선, 김홍철, □Fenton's reagent에 의한 도시쓰레기 매립지 침출      수의 COD제거에 관한 연구□, 한국폐기물학회지, 13(3)(1996).

6. Peter Metzing, Giseiher Klose, Werner Voigtlander, Sonderdruck aus

WasserAbwasser Praxis 5(1993).