생활폐기물매립지에서의 침출수 재순환에 의한 매립가스 발생특성 연구

홍세창 서울산업대학교 산업 대학원 2008 국내석사

바이오리엑터(Bioreactor) 매립공법은 폐기물 매립지를 하나의 거대한 생물반응기로 인식하여 매립지내 유기성 폐기물의 분해조건을 최적화함으로써 분해속도를 조절 또는 극대화하여 매립가스의 발생속도를 인위적으로 조절함으로써 에너지원으로서의 활용성을 극대화하거나 에너지회수 경제성이 없다고 판단될 경우 호기화등을 통해 매립지의 조기안정화를 유도하는 새로운 매립지 관리공법이다. 바이오리엑터공법 적용에 있어 가장 대표적인 운전인자는 수분과 온도이며 이를 조절하기위해 침출수를 재순환(Leachate Recirculation)한다. 매립된 생분해성폐기물의 혐기성 분해에 관여하는 제반 미생물의 이동과 증식에 가장 기여도가 높은 인자가 수분이며, 미생물의 분해과정은 발열반응으로서 매립지 내부 온도도 바이오리엑터 공법의 가장 핵심적인 인자로 관리되어야 한다. 즉 매립지 내부가 적정함수율(40~60%)을 유지하면 미생물의 활동성이 극대화되어 매립폐기물의 분해속도가 증가하면서 동시에 매립가스 발생량과 온도가 증가하게 된다는 이론적 배경을 근거로 하고 있다. 침출수 재순환에 의한 매립가스 발생(변동)특성을 분석하기 위하여 본 연구에서는 매립가스 포집설비가 구비된 대상매립지에 매립가스를 연속으로 포집하여 소각하면서 매립가스의 CH4, CO2, O2 농도와 포집유량 및 흡입압력을 모니터링할 수 있는 GBS(Gas Boosting Station)을 설치하였으며, 매립단 사이 중간복토층을 관통하는 수직 주입관 및 Inflitration Layer를 이용하여 침출수를 최적으로 분배할수 있는 침출수 균등 분배설비를 구축하였다. 또한 매립지 내부의 수분 및 온도변화를 모니터링 하기 위해 TDR센서를 침출수 주입지점을 중심으로 등간격으로 배치하였다. 침출수 주입전 수직정별 적정 포집유량을 파악하고자 매립가스 연속추출실험 및 수직정 영향반경 측정실험을 수행하였으며 침출수 주입 전?후에 매립폐기물을 Sampling하여 수분함량 및 총유기탄소량을 분석하여 비교하였으며, 재순환된 침출수의 분포상태를 확인하고자 전기 비저항 탐사를 수행하였다. 침출수 주입후 매립가스의 연속추출실험을 수행하여 포집량의 변화를 통해 침출수 주입에 의한 매립가스 발생특성의 변화도 분석하였다. Sanitary landfilling in the United States has made monumental strides in the last 20 years, moving from open dumps with little or no control to “state of the art” controlled facilities with sophisticated containment systems, environmental monitoring, improved operational practices, and increased regulation. The modern sanitary landfill is truly an important component of today’s integrated solid waste management system. However, in order to advance the field of solid waste management, new and innovative ways of managing solid waste disposal need to be continually evaluated. One idea that has gained significant attention in the last several years is the “bioreactor landfill.” The concept is seen as a way to significantly increase the extent of waste decomposition, conversion rates and process effectiveness over what would otherwise occur within the landfill. Other benefits include maximization of landfill gas (LFG) capture for environmental recovery projects; increased landfill capacity; improved opportunities for leachate treatment and storage; reduction of post-closure activities; and abatement of greenhouse gases.

막결합형 생물반응기를 이용한 매립지 침출수 처리

金漢來 아주대학교 2003 국내석사

본 연구는 B 위생 매립장에서 발생하는 침출수 처리를 위해 막결합형 생물 반응기(Membrane Bio-Reactor ; MBR)를 적용하여 고농도 유기물 및 질소 성분의 처리 특성을 살펴보고자 하였다. 막결합형 생물반응기의 최적 처리를 위하여 전처리/ 주처리, 후처리 공정으로 구분하여 실험하였으며 각 단위공정별 최적 처리방안을 제시하고자 하였다. 생물반응조로 유입되는 침출수의 오염부하를 저감시키기 위한 전처리 공정으로 화학적 응집과 장기 폭기를 비교하였다. 화학적 응집의 경우 FeCl₃를 1,200mg/L 주입했을 때 제거율은 COD_cr 33.0%, T-N 16.1%, 색도 92.5%를 나타내었고 7일간 장기 폭기 시킨 후 완전 혼합하여 500㎛의 체로 거른 경우엔 COD_cr 25.6%, T-N 24.7%의 제거율을 보여 화학적 응집공정이 효율이 높은 것으로 나타났으나 생물반응조 유입수의 적정 C/N비, 약품비의 과다 등을 감안할 때 장기 폭기 방법이 더 바람직한 것으로 나타났다. 주처리 공정으로는 고농도의 유기물 및 질소를 제거하기 위하여 고농도의 미생물 유지가 가능하고 슬러지의 침강성에 관계없이 안정된 처리수질을 확보할 수 있는 막결합형 생물반응기를 적용하여 적절한 운전조건 수립 및 처리특성을 조사하였다. 200일간 운전한 결과 C/N비 6.6, 수리학적 체류시간 5일에서 COD_cr 및 T-N 제거율은 90%이상을 보였다. 또한 Fn/M비 0.025, F/M비 0.2에서 95%이상의 질산화가 일어났으나, 그 이상의 값에서는 완전한 질산화가 일어나지 않았다. 막결합형 생물반응기의 T-P제거 특성은 수리학적 체류시간 7일에서 94%의 제거율을 보여 유출수의 T-P농도는 1.2mg/L를 나타냈으며 수리학적 체류시간 5일에서도 25mg/L를 나타내어 수리학적 체류시간이 비교적 짧은 경우에도 대부분 제거됨을 알 수 있었다. 본 실험에서는 한외여과막의 운전압력을 l.2atm으로 일정하게 유지하였으며 Flux는 25LMH를 기준으로 하여 그 이하로 떨어질 경우 NaOCl을 이용하여 화학적 세척을 실시하였으며 세척주기는 1개월에 1회 정도인 것으로 나타났다. 후처리 공정으로는 막결합형 생물반응기에서 제거가 어려운 난분해성 유기물질과 색도 성분을 제거하기 위하여 화학적 응집, Fenton 산화, 오존 산화 등을 대상으로 실험을 수행하였다. 화학적 응집 실험에서는 FeCl₃를 1,000mg/L 주입한 결과 COD_cr과 색도 제거율이 54% 및 84%로 나타났다. Fenton 산화 실험에서는 Fe^2+ : H₂O₂가 750mg/L : 1,500mg/L에서 COD_cr 제거효율은 51%, 색도 제거효율은 82%를 나타내었다. 오존 산화 실험에서는 10분 접촉 후 오존 발생량 550mg O₃/L에서 COD_cr의 농도가 368mg/L에서 256mg/L로 감소하여 32%의 제거효율을 보였으며 색도의 경우 490PtCo에서 98PtCo까지 감소하여 80%의 제거효율을 보였다. 이와 같은 후처리 공정들의 처리특성을 종합하여 비교한 결과 유기물 제거를 위해서는 FeCl₃에 의한 응집과 Fenton산화가 적합하고 색도 제 거를 위해서는 FeCl₃에 의 한 응집과 Fenton 산화, 오존 산화가 적합한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 최적 후처리 공정으로 유기물 제거 뿐만 아니라 색도 제거 효율이 뛰어난 FeCl₃에 의한 응집과 Fenton 산화중 비교적 운전이 용이하고 톤당 유지관리비가 적은 FeCl₃에 의한 응집을 최적공정으로 선정하였다 본 연구에서는 매립장 침출수의 적정 처리공정 도출을 위하여 앞서 수행된 실험결과를 종합하여 최적 침출수 처리공정을 구성하였다. 전처리 공정으로는 장기 폭기에 의해 유입 침출수의 유기물 및 암모니아성 질소의 부하량을 줄인 뒤 주처리 공정인 막결합형 생물반응기에 의해 유기물 및 T-N을 제거하고 후처리 공정으로 FeCl₃에 의한 응집 공정을 적용하여 막결합형 생물반응기에서 제거되지 못한 난분해성 유기물질을 처리하므로서 침출수를 법적 기준 이내로 처리할 수 있도록 처리공정을 계획하였다. This study was carried out to investigate the treatability of Membrane Bio-Reactor(MBR) process for B sanitary landfill leachate with high concentration of organic material and nitrogen compounds. For the optimal treatment of leachate, the process was classified into pre-treatment, main treatment, and post-treatment to provide optimal treatment methods and operating conditions of each unit process. As a pre-treatment process to reduce organic loading rate into membrane bio-reactor, chemical coagulation and extended aeration were compared. The optimal dosage for chemical coagulation was 1,200mg/L of FeC13 and the removal efficiency of COD,, T-N and Color were 33.0%, 16.1% and 92.5%, respectively. In case of extended aeration with detention time of 7days, the removal efficiency of COD, and T-N were 25.6% and 24.7% after screening with 500#m mesh screen. Even though chemical coagulation showed better efficiency than extended aeration, the latter one would be more prospective when considering C/N ratio of influent into bio-reactor and chemical cost. As a main treatment process, treatability study of MBR was carried out for removing high concentration of organic material and nitrogen compounds. From the operation of MBR for leachate during 200days, the optimum values for C/N ratio and HRT were obtained as 6.6 and 5days, respectively. At the optimum operation conditions, the removal efficiency of COD, and T-N were above 90%. During the experiments, nitrification rate was maintained above 95% at F?M ratio of 0.025, F/M ratio of 0.2. The effluent concentration of T-P was maintained as 1.2mg/L and 24mg/L for 7days and 5days of HRT, respectively. For the optimum operation of membrane in MBR system, linear velocity and transmembrane pressure was maintained at 1.8m/sec and 1.2atm, respectively. During the study, operating flux was maintained above 25LMH by applying chemical rinse every month. As a post-treatment process, chemical coagulation, Fenton oxidation, and ozone oxidation were examined to remove non-biodegradable COD and Color which were hard to remove in MBR process. Among the various chemical coagulation process, FeC13 showed best removal efficiency for COD,(54.0%) and Color(84.0%). In case of Fenton oxidation, the optimum mixture of reagent was 750mg Fee' and 1,500mg H202/L and the removal efficiency for COD, and Color were 51.0% and 82.0%, respectively. In case of Ozone oxidation, the removal efficiency for COD, and Color were 32.0% and 80.0%, respectively at the optimum conditions such as contact time of l0min and dosage of 550mg 03/L. From the results of post-treatment experiment, chemical oxidation with FeC13 would be the best unit process since it showed relatively high removal efficiency for both organic material and color. From the results of treatability studies for landfill leachate, the optimum processes could be composed of extended aeration as pre-treatment, MBR system as main treatment, and chemical coagulation using FeC13 as post-treatment.

침출수 재순환형 바이오리액터 매립지의 현장 적용성 평가 : 침출수 및 매립가스 특성 분석

심낙종 인하대학교 대학원 2018 국내박사

2003년 하수슬러지 및 2005년 음식물류폐기물의 직매립 금지 등으로 매립지로 반입되는 폐기물은 매우 건조화 되고 있다. 특히, 생활폐기물의 함수율은 2002년 36.1%에서 2016년 20.3%로 감소하는 등 매립되는 폐기물의 건조화는 생물학적 분해활동에 지장이 생길 정도로 심각한 상황에 도달하였다. 그리고, 관리형 매립지의 최종복토는 매립지로 인한 주변환경 영향 저감에 큰 기여를 하지만, 매립지 내부로의 수분유입도 차단하게 되어 최종복토 후 매립지 내부 건조화가 더욱 심화되고 있다. 이러한 매립지 내부 건조화는 폐기물의 분해를 지연시켜 매립지 안정화에 오랜시간을 소요시키며 매립가스 발생량도 감소시켜 매립가스 자원화 사업에도 악영향을 미친다. 1970년대 부터 미국 등에서 활발하게 연구되어온 침출수 재순환형 바이오리액터 매립공법은 이와 같은 문제의 좋은 해결책이다. 최근 환경부는 이와같은 문제를 인식하여 매립가스 발전·연료화시설이 설치된 매립지를 대상으로 침출수를 재순환 할 수 있는 제도를 2016년 마련하였다. 이에 본 연구에서는 실제 매립지를 대상으로 침출수 재순환이 매립지 건조화 방지에 얼마나 큰 영향을 미치는지와 건조화 방지를 통하여 매립 폐기물의 분해촉진과 그리고 침출수 수질변화, 매립가스 발생량 증대에 어떠한 영향을 미치는지를 파악하고자 하였다. 그 결과 매립면적 86,700 ㎡의 매립구역에 일평균 138.6 ㎥, 총 137,362 ㎥의 침출수를 재순환하여 매립폐기물의 함수율을 36.5%에서 37.8%로 기존대비 평균 1.3% 증가시켰으며 전기비저항탐사 결과 매립지 내 수분분포가 개선된 것을 확인하였다. 침출수 재순환에 따른 침하량과 침출수위의 변화는 크게 나타나지 않았으나 매립지 내부 온도측정 결과는 깊이 3 m에서 대조구역보다 온도가 10.2℃ 상승한 것으로 나타나 침출수 재순환으로 분해가 활성화된 것으로 판단되었다. 침출수질의 변화는 pH의 변화는 나타나지 않았으나 BOD, COD, T-N, NH4+-N의 농도는 시험구역(Test cell)이 대조구역(Control cell) 보다 높게 나타나 침출수 재순환으로 인한 폐기물내의 유기물질의 분해를 확인할 수 있었다. 그리고 BOD는 시간경과에 따라 감소추세였으나 나머지 항목은 증가하는 경향을 나타내었다. 매립가스 포집량은 순메탄량 기준으로 재순환전 시험구역(Test cell)이 대조구역(Control cell) 보다 포집량이 작았으나 재순환 이후 시험구역(Test cell)의 포집량이 더 많아지는 현상을 나타내어 대조구역(Control cell) 내부의 심각한 건조화 영향을 확인할 수 있었으며 재순환에 따른 매립가스 증산효과를 파악하기 위하여 전년동월 대비 각 월별 증감율을 비교한 결과, 대조구역(Test cell)의 감소율은 25.4%이고 시험구역(Control cell)은 12.7%로 12.7%의 감소율 차이를 보였다.이에 대한 T-test 결과, P(단측검증)값은 0.05이하인 0.001로 유의한 결과로 나타났다. 이와같은 결과를 바탕으로 침출수 재순환을 통하여 침출수 처리비용의 절감과 매립가스 포집량을 증가시켜 매립가스 에너지화 사업의 경제성을 높임으로써 매립지 운영관리의 효율성 강화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Landfill sites have been very dried since direct landfilling of sewage sludges and food wastes were prohibited in 2003 and 2005, respectively. Furthermore, the water content of the municipal solid waste dumped into the site has been decreased from 36.1% in 2002 to 20.3% in 2016 due to the separative disposal from household, which severely cause to dry the site to a extreme level, so that biodegradation efficiency should be hampered. In addition, the final coverage of the site that built to help reduce the amount of gases produced by the landfill, can block the inflow of water into the landfill. It may ascribe to obviously retarding full decomposition of the waste, which can not only take an extended period to stabilize the landfill but also reduce the amount of landfill gas production, adversely affecting the gasification for the site. Therefore, the leachate recirculating type of bioreactor landfill has been subject to active research in the US since the 1970s in an effort to solve such problems. The Ministry of Environment has recognized it since after 2016 so that they should enforce a specific regulation to facilitate the recirculation of leachate in landfills with the landfill gas recovery system has been operated. The purpose of this study is to investigate the effects of leachate recirculation on preventing landfill drying, as well as to characterize the effects of leachate recirculation on the degradation of landfill wastes, changes in its water quality, and an increase in landfill gas production. From this, 137,362 ㎥ of leachate was recirculated within the 86,700 m2 of test cell in an operating landfill, which can help increasing the portion of water content of the landfill wastes from 36.5% to 37.8%. The electrical resistivity survey showed that the water distribution throughout the site has been enhanced. There were no observed changes in settlement of physical structure of the site and leachate level. However, the internal temperature of the test cell was measured to be 10.2℃ higher than that of the control cell at a depth of 3 m, indicating that decomposition had been further activated by leachate recirculation. No changes in pH of the leachate were observed during the test period. However, COD (Chemical Oxygen Demand), T-N (Total Nitrogen), and NH4+-N (ammonia nitrogen) were all measured higher in the test cell than that in the control cell because organic matter in the waste was more readily dissolved in due to leachate recirculation. except for the values of BOD (Biochemical Oxygen Demand). The amount of landfill gas collected at the test cell before the recirculation was smaller than that of the control cell, but after the recirculation, the amount of gas produced in the test cell became larger compared to that in the control cell. This confirmed that it can overcome a serious drying phenomena within the control cell. From the comparison of the monthly increase/decrease ratio in the previous year, it was 25.4% for the test cell compared to 12.7% for the control. On the T-test for the decrease rate, the value of P (unilateral verification) was 0.001, which is less than 0.05. It clearly proves that the recirculation could be significantly meaningful. In summary, it is expected that the leachate recirculation can contribute to enhance the efficiency of landfill operation management by reducing leachate treatment cost and increasing the production of landfill gas, thereby improving the economics of landfill gas energy recovery project.

침출수 재순환시 매립폐기물 성상에 따른 침출수 수질 특성에 관한 연구

정종화 서울시립대학교 2005 국내석사

강우자료 분석을 통한 침출수 발생량 추정 및 유량조정조 용량 결정

김호철 연세대학교 산업대학원 1999 국내석사

본 연구에서는 일반적으로 사용하고 있는 침출수 발생량 공식이 실제 조사한 침출수 발생량과 비교하여 정확하게 예측하는지를 확인해 보았고, 현재 폐기물관리법에 의한 유량조정조 산정식이 실제 최대 침출수 발생량과 비교하여 적합성을 검토 하였다. 침출수 발생량 추정에 대한 연구방식은 전국에 흩어진 우리나라의 대표적인 매립장 9개소에 대한 실제적인 침출수 발생량을 조사하여 분석한 결과와 일반적으로 침출수처리장의 처리용량 설계시 사용하고 있는 합리식, 경험식, Ehris식, Stegemann식으로 계산된 용량을 비교 분석하였다. 유량조정조 용량 결정에 대한 연구방식은 현행 폐기물관리법 시행규칙 별표7의 규정에 의하여 합리식으로 산출되는 용량이 폐기물관리법 개정 취지인 실제 일일 최대 침출수 발생량의 7배 이상이 되는지에 대한 실제 입증적인 검토방식을 선택하였다. 연구결과 합리식, Ehrig식 Stegemann식 중 합리식과 경험식의 매립장 당 일일 오차가 각각 48 ㎥/일과 42 ㎥/일로 실제 발생량과 근접하게 나타났고, 그 중 경험식을 침출수 처리장 설계시에 적용하는 것이 가장 합당함을 알 수 있었다. 폐기물관리법에 따른 유량조정조 용량은 최근 10년간 1일 강우량의 10 mm이상인 강우일수 중 최다빈도의 1일 강우량의 7배 이상에 해당하는 침출수를 저장할 수 있는 유량조정조를 기준으로 하고 있고, 실제로 1일 강우량에 해당하는 최대 침출수 발생량에 8.3∼50.0배에 해당되므로 유량조정조의 용적은 법 개정 취지대로 설계 되었음을 알 수 있었다. The purpose of this study was to examine whether the formulas used generally to calculate the leachate amount estimates the actual leachate amount precisely, and thereby, review whether the formulas calculating the stream flow control reservoir capacity according to the "Wastes Management Code" are optimal against the actual maximum leachate amount. In order to test the efficiency of the formulas estimating the leachate amount, nine important burial sites throughout the nation were surveyed for their actual leachate amounts, which were compared with their design capacities. Rational formula, experimental formula, Ehrig formula, and Stegemann formula were used for local leachate water disposal plants. On the other hand, in order to test the effectiveness of stream flow control reservoir capacity, the capacities estimated from the "rational formula" as specified in Attached Table #7 of the current "Wastes Management Code" were tested if they would be as large as 7 times or larger than the actual daily maximum leachate amount. As a result, the least daily errors per burial were 48 ㎥/day and 42 ㎥/day when rational formula and experimental" formula are used, respectively. In particular, the experimental formula was found most reasonable as design formula for the leachate disposal plant. It was also confirmed that the capacity of stream flow control reservoir was designed as specified in "Wastes Management Code" amended, since the capacity of stream flow control reservoir specified in the code is based on the capacity storing the leachate 7 times as much as the daily rainfalls averaged from those days with 10 mm or more rainfalls for the recent 10 years, or 8.3-50 times as much as the maximum daily leachate amount.

국내 폐기물매립지 침출수의 질소제거 및 유기성폐액과의 병합처리 평가

배영신 건국대학교 대학원 2009 국내박사

Composition of wastes sent to landfill is rapidly changing due to changes in waste policies and life environment. thus it is expected that concentration ranges and fluctuations on the characteristics of leachate as a by-product of waste decomposition. This study focuses on effective methods of leachate treatment as well as on characteristic changes of leachate caused by sources of wastes. Generation and concentration range for both leachate and landfill gas composition were examined over 1,100 days using operation of a column reactor(30x120cm) filled with different types of wastes. Through this experiment, it is addressed that by-products of organic carbon decomposition can be converted into landfill gas, over 97%. This study also showed correlation of time function that enables mid-long term estimation of changes in organic pollutants in leachate. Two plans for effective leachate treatment were conducted. First, organic by-products from industrial processes were substituted for methanol as a carbon source and its feasibility was assessed. Second, co-treatment of leachate with dehydrated water of food waste(DWF) was successfully carried out. Processes which are currently used in Sudockwon-Landfill were applied to evaluate the performance of two plans. When carbon source was industrial by-products as a substitute for methanol under the load range of 0.13~0.39 ㎏COD/㎏VSS/day, 0.67~1.12 ㎏COD/㎥/day in denitrification process, there is a linear relationship between loading and removal of COD. It was shown that there is no inhibition on nitrification and removal. Organic compounds remained in the effluent of MLE, denitrification process, when the substitute replaced methanol by more than 50%. Coagulation process, however, was introduced to show better performance than the conventional process without methanol substitute. This is because a high molecular substance above a 30kD mass contained in by-products from a industrial process is not easily uptaken by microorganism. But, behaviour analysis of humic substance distribution has proven that the high molecular substance played an important role to improve the coagulation efficiency. It is extremely difficult to purify DWF, an average of its COD concentration is approximately 100 times higher than those of leachate generated from landfill, it is now subject to be treated in a facility due to execution of international agreement related to ocean dumping. In this study, merged treatment of the DWF with leachate took place in an additional anaerobic digestion tank at first, and then biological MLE followed by coagulation process in order to evaluate treatment efficiency. The anaerobic digestion tank was operated, using in the mixture ratio between the DWF & leachate, and HRT as control factor for raised inflow load of organic matters in phase. Under the circumstances, an average of over 92% removal efficiency for organic matters was sustained under 8.5 kg-SCOD/㎥/day and under 0.7 kg-SCOD/kg-VSS/day. 75% organic nitrogen in the DWF was converted into over 90% ammonium-nitrogen, thus water treatment condition for application of nitrogen removal process was created. Furthermore, coagulation, the final treatment process, was evaluated to play a significant role to effectively remove phosphorus, normal hexane, etc. as well as remove organics and color as it's primarily activity in merging application condition for the DWF. A dominant organism adopted and adjusted in each process was analyzed. Lactobacillus was dominant microorganism in the anaerobic digestion process where mixture of leachate and DWF were introduced and nitrifiers were dominant microorganism in MLE process: Paracoccus and Mesorhizobium sp. in processes with methanol and by-products, respectively. 국가폐기물관리정책과 생활환경 변화 등의 원인으로 국내 생활폐기물매립지의 매립대상 폐기물조성이 크게 달라지고 있다. 이러한 매립폐기물 조성변화는 폐기물 분해산물로 발생되는 침출수 수질특성의 변화를 예상케 하므로, 본 연구에서는 매립지침출수 원물질인 폐기물에서 기인되는 수질변화 영향을 조사하였다. 이러한 침출수 수질변화조사의 궁극적인 목적은 안전한 수준으로의 처리에 있으므로, 안전한 수준의 처리수질 확보를 기본으로 하는 효율적 처리방법을 위해 본 연구범위 내에서 두 가지 방법을 시도하였다. 질소제거공정에서 유기성폐액을 활용하여 경제성을 확보할 수 있는 방법과, 해양배출에 의존도가 높아 사회적 문제가 되고 있는 유기성폐액을 침출수와의 병합처리 시도가 그것이다. 폐기물종류에 의한 매립지침출수 수질영향 검토를 위해 ￠30㎝×H120㎝규모의 모형매립반응조에 폐기물종류별로 충전하여 1,100일 경과시간동안 침출수 및 매립가스 발생량과 조성성분 농도범위를 모니터링 하였다. 모형매립반응조에서 방출되는 탄소성분은 분해초기에는 침출수에 용해되어 높은 농도로 나타나다가 점차 메탄생성 조건이 정립되면서 매립가스형태로의 방출량이 대부분을 차지하는 것을 관찰할 수 있었다. 침출수의 유기물농도는 폐기물종류와 무관하게 분해초기 고농도를 나타내다가 급격한 농도저하현상에 이어 저농도 수준을 유지하는 비교적 단순한 변화패턴 특성을 확인하였다. 이러한 특성을 감안하여 매립경과시간과 폐기물종류별 함유도에 따른 침출수 유기오염도에 관한 상관관계식을 도출한 결과, 아래와 같은 기초모델식을 수립할 수 있었다. 매립지침출수의 효율적 처리방안 시도의 첫째는 매립지침출수에 고농도로 함유되어 있는 질소성분제거를 위해 종속영양탈질공정에 외부탄소원으로 메탄올을 대신하여 설탕제조공정에서의 유기성 제당폐액을 활용한 경제성 확보가능성을 평가하였다. 제당폐액을 탄소원으로 투입하는 0.13~0.39 kgCOD/kgVSS/d, 0.67~1.12 kg-COD/㎥/d 부하범위 조건에서 유입부하와 제거량은 선형적 비례관계를 나타내었고, 질소산화 및 제거반응에 저해영향은 없는 것으로 분석되었다. 대체비율 50%이상 투입조건에서는 질소제거공정 처리수에 탄소원투입량 증가로 인한 유기물농도의 잔류현상이 나타났다. 그러나, 후단의 응집공정을 통해 탄소원으로 메탄올을 사용한 동일경우와 비교하여 유사한 수준이거나 좀 더 개선된 수질을 나타내는 것으로 평가되었다. 이는 처리공정흐름에 따라 용존 유기물질, 휴믹물질의 분자량분포 거동분석을 통해 고분자량영역의 성분이 응집효율을 탁월하게 상승시켜 최종처리수질의 개선효과를 주는 것으로 확인하였다. 침출수의 효율적 처리방안 일환으로 진행된 두 번째 시도는 음식폐기물자원화 과정에서 발생되는 유기성폐액인 음식탈리액(음식폐기물 폐수, 일명 음폐수)을 침출수처리과정을 이용하여 침출수와의 병합처리를 유도하였다. 음식탈리액은 매립지침출수와 비교하여 COD 평균농도가 약 100배 이상 고도의 유기오염도를 함유하고 복합기질을 포함하는 특성이 있어 육상처리가 곤란하여 해양배출의존도가 높은 것으로 알려져 있으나, 점차 육상처리를 의무화 하는 방향으로 정책적 의지가 발표되고 있다. 이러한 유기성폐수의 육상처리 필요성이 강하게 요구되는 분위기에서 침출수와의 병합처리 가능성을 평가하기 위하여 질소제거공정의 대체탄소원 활용실험과 마찬가지 처리공정을 기본 모델로 하되, 선단에 혐기소화조공정을 추가 적용하여 처리성 평가를 수행하였다. 침출수와 음식탈리액의 혼합비율과 HRT를 조절인자로 유입부하를 단계적으로 상승시켜 혐기소화를 운영하였다. 그 결과 8.5 kgSCOD/㎥/d이하 및 0.7 kgSCOD/kgVSS/d이하 조건에서 유기물 제거효율이 평균 92%이상 지속 유지되었고, 음식탈리액에 포함된 75% 유기질소가 90%이상 암모니아성질소형태로 전환됨으로써 후단 질소제거공정에서 질소산화가 용이한 수질조건이 갖추어졌다. 특히, 음식탈리액 병합처리과정의 공정흐름에서 최종 응집공정은 잔류유기물질과 색도제거 외, 인(P)과 노르말헥산 성분의 완벽한 제거를 위해 중요한 의미를 갖는 것으로 평가되었다. 매립지침출수 처리효율화를 위한 상기 두 가지 내용의 검토과정에서 생물공정에 우점하고 있는 균주분석결과 침출수와 음식탈리액이 혼합·유입되는 혐기소화공정에서는 lactobacillus가 대부분을 차지하였다. 그리고, 정상적인 MLE공정이 유지되는 조건에서 탄소원으로 메탄올을 사용하였을 때 Paracoccus가, 제당폐액과 같은 복합조성의 탄소원을 투입한 경우에는 Mesorhizobium sp.과 같은 탈질세균이 우점종을 이루는 것으로 분석되었다. 이상의 실험결과를 통하여 매립대상폐기물의 종류별매립량 비율과 시간경과에 따른 침출수 유기오염도와의 상관성을 도출함으로써, 매립지침출수의 폐기물 원물질에 의한 수질영향과 중장기적 수질예측이 가능한 기틀이 마련된 데에 의미가 크다고 할 수 있다. 또한, “매립지침출수의 처리 효율화”를 위해 본 연구에서는 유기성폐액을 활용하였다. 고농도 질소성분 제거공정에 유기성폐수인 제당폐액을 외부탄소원으로 사용하였을 때 경제성 및 처리성 측면에서 효과적이었고, 고유기성폐액인 음식탈리액은 매립지침출수와의 병합처리 방법으로 많은 량을 육상처리 가능하다는 확인은 물론 ‘처리’라는 개념 그 이상의 의미를 갖는 성과를 거둘 수 있었다.

매립지 침출수 알칼리도가 조류 증식에 미치는 영향

Shi, Jing 경북대학교 대학원 2013 국내석사

Recently, the generation of landfill leachate in Korea is rapidly growing, due to improvement of life quality and industrialization. Landfill leachate typically contains high concentrations of organic, and the characteristics of landfill leachate depends on the content of waste. In addition, it is not easy to apply a standardized approach for dealing with landfill leachate, since the amount and characteristics of them can change over time. In order to overcome these problems, culturing algae in landfill leachate has been suggested. advantages of this method are not only to use nutrients from leachate but also to be able to produce bio-diesel from algae. This study was conducted for finding out the influence of landfill leachate alkalinity on the algae growth. The results were as follows; 1. When using algae Scenedesmus sp. for treatment of landfill leachate, pH was increased sharply to approximately pH 9 at the beginning of cultivation, and the number of algae from the moment reaching pH 9 was slowly reduced. 2. The most of nitrogen in the leachate present as the form of ammonia nitrogen. In the case of maintaining samples at pH 9.3 with 25℃ by addition of NaOH, the growing trend of algae became increasingly weaker with increase of total alkalinity. 3. At pH 7 at 25°C by addition of HCl and at 1500 to 2500㎎ CaCO3/ℓ of total alkalinity, it reached the maximum number of algae about 81000/㎖ after 48 hours in culture. 4. At pH 7 at 25°C and at 1500 to 2500㎎ CaCO3/ℓ of total alkalinity, total nitrogen decreased by 80% (from 2416㎎/ℓ to 480~720㎎/ℓ), and total phosphorus decreased by 85% (from 9.4㎎/ℓ to 1.4㎎/ℓ) after the culturing algae within landfill leachate. However, the treatment effect of the Chemical Oxygen Demand(COD) was not obvious.

쓰레기 埋立場의 浸出水 適正管理 方案 硏究

윤종 大田大學校 産業情報大學院 2001 국내석사

침출수는 각종 오염물질이 고농도로 함유되어 있을 뿐만아니라 발생량과 수질이 계절과 매립경과 시간에 따라 수시로 변화되므로 적절히 처리하기 어려운 폐수중의 하나로 쓰레기 처리방법이 매립에 의존하고 있는 우리나라의 여건상 이러한 침출수를 보다 안정적이고 효과적으로 처리하는 것은 필수적이다. 충청남도내의 5개 매립장에 대하여 침출수의 특성 및 방류수 수질상태, 침출수 처리 문제점 등을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 침출수의 BOD는 평균 61∼1032㎎/ℓ(최저 33㎎/ℓ, 최고 2809㎎/ℓ)으로, COD는 평균 124∼3084㎎/ℓ으로 BOD보다 높았으며 SS는 평균 73∼ 4792㎎/ℓ으로 나타났고 계절적 변화는 봄에 오염도가 높았으며 여름과 가을에 감소하였고 겨울에 상승하는 경향을 보였으며 BOD/COD비는 0.3∼1.7로 나타났고 매립장의 침출수 특성은 매립지와 매립경과년수, 조사시기에 따라 큰 차이를 보였다. 2. 중금속의 5개 매립장의 평균 농도는 Pb가 불검출∼1.510㎎/ℓ, Cu가 불검출∼0.049㎎/ℓ, Cd은 불검출∼0.012㎎/ℓ, Cr은 0.015∼0.190㎎/ℓ, Cr^6+은 불검출∼0.075㎎/ℓ, As은 불검출∼0.079㎎/ℓ로 나타났고 Zn는 0.032∼0.831㎎/ℓ, Fe은 0.156∼6.655㎎/ℓ, Mn은 0.098∼3.081㎎/ℓ 으로 나타났으며, Cr과 Zn, Fe, Mn 등은 조사 매립지에서 모두 검출되 었으며 NH₃-N는 평균 244∼954㎎/ℓ, T-P은 평균 1.9∼27㎎/ℓ로 나 타났고 서천, 예산 매립지는 타 매립지에 비해 NH₃-N가 높았으며 홍성, 예산 매립지는 타 매립지보다 T-P의 농도가 높았다. 3. 방류수는 pH가 5개 매립장에서 3.0∼5.7로 배출허용기준을 1회 초과하였고 COD는 3개 매립장에서 2∼3회, 1.2∼4.7배 초과하여 방류되고 있었으며 SS는 1개 매립장에서 1회 초과, NH₃-N는 2개 매립장에서 2∼3 회, 1.2∼2배 배출허용기준을 초과한 것으로 나타나 COD와 NH₃-N의 초과가 가장 많았으며 BOD와 Pb, Cr, Cu, Cd 등 중금속과 T-P은 기준 이내로 나타났다. 4. 위생매립지의 침출수 농도는 비위생매립지의 침출수 보다 높거나 비슷하였으나 조사자마다 조사시기, 조사방법, 조사지역에 따라 큰 차이를 보였으며 충남 매립장의 침출수는 도시지역 보다 유기물질, 중금속 등 대부분의 조사항목에서 낮게 나타났다. 5. 침출수 발생을 최소화하기 위하여 복토 및 우수 배제시설 관리가 철저히 시행되어야 하며 우기(장마)때 침출수의 유출이 없도록 보조 집수조의 설치가 필요하였고 획일적인 법률적 복토방법 등 보다 매립지의 복토재 특성, 매립지 구조, 지역 강우특성 등에 따라 매립지 관리를 하여야 하며 매립부지의 조기 활용을 위하여 매립장내에 산소를 공급하여 산화를 촉진하고 매립시 미생물을 공급하여 오염물질 분해를 촉진하는 등 체계적이고 전문적인 매립지 관리가 필요하다. 6. 침출수의 배출허용기준을 강화하여 장단기적 환경오염을 예방하여야하며 지하수 감시정 검사 항목을 침출수 검사 항목과 동일하게 확대하여 침출수의 지하수 유입을 철저히 감시하여야 한다. It is difficult to treat leachate as it contains high concentration of many pollutants and changes its discharge amount according to landfill lapsed-time and season. Effective and safe treatment of leachate in Korea is important because the wastes disposal method depends upon landfill. It is investigated the characteristics, disposal problems and water qualities of leachates for 5 sanitary landfill grounds in Chung cheong nam-do province. The obtained results were as follow: 1. The discharged leachate quality was avg. 61∼1032 ㎎/ℓ (max. 2809 ㎎/ℓ, min. 33 ㎎/ℓ) for BOD, avg. 124∼3084 ㎎/ℓ for COD that higher than BOD and avg. 73∼4792 ㎎/ℓ for SS. The seasonal variation was the highest at Spring, reduced at Summer and Autumn and rised at Winter. The ratio of BOD/COD was 0.3∼1.7 and the characteristics of leachate differed from landfill ground, lapsed years and investigation time. 2. The concentration of heavy metals were N.D ∼ 1.510 ㎎/ℓ Pb, N.D ∼0.049 ㎎/ℓ Cu, N.D ∼ 0.012 ㎎/ℓ Cd, 0.015 ∼ 0.190 ㎎/ ℓ Cr, N.D ∼ 0.075 ㎎/ℓ Cr^+6, N.D ∼ 0.079 ㎎/ℓ As, 0.032 ∼ 0.831 ㎎/ℓ Zn, 0.156 ∼ 6.655 ㎎/ℓ Fe, and 0.098 ∼ 3.081 ㎎/ ℓ Mn. Cr, Zn, Fe and Mn are defected at all investigated landfill. The average concentration of NH₃-N and T-P were 244∼954 ㎎ /ℓ and 1.9∼27㎎/ℓ and its high concentration region was Sucheon, Yesan for NH₃∼N and Hongsung, Yesan for T-P. 3. With discharged water of 5 sanitary landfill, pH range was 3.0∼ 5.7 that is exceeded once for discharge tolerance standard. The excess rate about the standard was 2∼3 times for COD and NH₃-N, once for SS. Heavy metals such as Pb, Cr, Cu and Cd, BOD and T-P were less than the standard. 4. Leachate concentration of sanitary landfill showed high or similar to unsanitary landfill ground. Such results differed from investigation time, method and region. Organics and heavy metals in Chung-nam landfill was less than municipal region. 5. It is required to systematic control - coversoil, facilities exclused rain, establishment of subwater-collecting reservoir to remove discharge of leachate, oxidation promotion by oxygen supply, microorganism decomposition in order to minimize the occurrence of leachate. 6. Environmental pollution is prevented as intensifying the discharge tolerance standard of leachate and expanding analysis items of underground water supervising well around landfill.

국내 일반폐기물 매립장 침출수의 특성 및 처리방안에 관한 연구

이미란 연세대학교 공학대학원 2003 국내석사

본 연구는 현재 매립장에서 발생되고 있는 침출수를 채수하여 침출수의 특성을 분석하고 이들 침출수중의 오염물질을 효과적으로 제거하기 위한 방안을 수립하기 위한 연구로서 실제 발생되는 침출수를 대상으로 파일럿을 설치하여 단위 공정별 처리효율을 평가하였다. 단위공정은 일반적으로 가장 많이 적용되고 있는 활성슬러지법을 기본대상으로 하였으며, 이후 제거대상 오염물질의 종류에 따라 별도의 실내실험을 수행하였다. 매립장에서 배출되는 침출수를 추출하여 분석한 결과 유기물질등의 평균농도가 농촌지역 매립지에서 발생하는 침출수의 경우 도시지역 매립지의 침출수 농도에 비해 오염물질 농도가 TBOD기준으로 40%수준이었으며, 도·농복합지역의 경우 50% 수준으로 나타났다. 도시지역과 도·농복합지역 매립지의 침출수의 경우 일일발생량이 인근의 하수처리장 운영에 영향을 미치지 않을 경우 경제성등을 고려하여 1차적인 전처리 설비후 하수처리장과 연계처리하는 것이 가장 효과적이었으며, 지역적 특성에 의해 하수처리장과의 연계처리가 불가능한 농촌지역 매립지의 경우 발생침출수는 지역기준에 적합하게 자체처리후 방류하는 것이 타당한 것으로 조사되었다. 이 경우 침출수 처리공정은 T-N등의 농도를 고려하여 R/O방식등의 고도처리 공정 추가가 효과적인 것으로 나타났다. The purpose of this study is to analyze the characteristics of the leachates in Domestic by sampling it and thereby, explore the ways to effectively eradicate the contaminants from the water. For this purpose, a pilot was set for the actual leachates to assess the treatment efficiency of the waterper unit process. For the unit process, the activated sludge method which is widely used was adopted, and then, a separate indoor test was conducted for each contaminant. As a result of sampling and analyzing the leachates, it was found that the average concentrations of the organicmaterials in the leachates generated in the agricultural waste burials was about 40% of that generated in the urban waste burials and about 50% of that of generated in the urban/agricultural waste burials in terms of TBOD. It was conceived that the leachates leaking out of the urban waste burials or the urban/agricultural waste burials should be pre-processed to be treated at the sewage processing terminals in consideration of economic treatment if the sewage processing operations nearby are not affected. If such a linked treatment is not feasible, particularly in case of the waste burials in the agricultural regions, the leachates needs to be treated appropriately before being discharged. In such a case, such intensive treatment processes as R/O method need to be added in consideration of the concentrations of T-N, etc.

埋立場 浸出水중 難分解性物質의 오존處理에 관한 硏究

송영섭 한밭大學校 産業大學院 2007 국내석사

우리나라 매립지에서 발생하는 침출수는 그 성분이 매우 다양하고 생물학적 처리방법으로 처리가 잘 되지 않는 난분해성물질이 다량 함유되어 있지만 대부분 생물학적 처리 공정을 거쳐서 처리하는 것이 일반적인 추세인데, 이 같은 처리공정에서 난분해성물질(Non-degradable COD)은 완전히 제거되지 않아 방류수에 상당한 색도를 지닌다. 이러한 색도를 유발하는 난분해성물질의 제거 공정은 현재까지 물리, 화학적 처리공정으로서 여러 가지 처리방법들이 선택되고 있으나, 그중 오존 산화법은 다른 공법에 비하여 월등한 산화력 및 색도제거 능력을 지니고 있어 humic acid와 같은 용존성 생물학적 난분해성유기물질을 쉽게 분해 시키므로 색도 제거에 탁월한 효율을 나타낸다. 이에 본 연구에서는 도시폐기물 매립장에서 발생되는 침출수 성분을 분석하고, 침출수내에 함유되어 있는 난분해성물질의 종류를 찾아내어, 오존을 통하여 산화시킴으로써 오존처리에 따른 난분해성물질의 화학적 변화 및 오존처리 효과를 조사 연구 하여 지금까지 난분해성물질이라고 규정되어온 매립장 침출수 처리공법을 선정에 기여하고자 본 연구를 진행하였다. 매립장 침출수 실험 분석결과, 톨루엔 15.8mg/ℓ, 벤젠 7.95mg/ℓ, 트리클로로에탄 0.94mg/ℓ, 트리클로로에틸렌 0.86mg/ℓ, 자일렌 0.54mg/ℓ순으로 나타났으며, 이중 벤젠과 톨루엔, 트리클로로에탄은 USEPA(United State Environment Police Act)에서 제시한 유기 독성물질이며, 검출된 벤젠과 톨루엔과 자일렌은 방향족화합물인 벤젠의 유도체로서 발암물질로 분류하고 있는 물질이므로 침출수의 안전한 처리가 시급함을 알 수 있었다. 오존처리 후 난분해성물질의 화학적 변화를 분석한 결과 10min에서 15종으로 원수의 16종보다 1종 감소하였다. 난분해성물질의 Structure는 원수에서 볼 수 없었던 Aliphatic이 4종 검출되었고, Cyclic 6종, Aromatic이 5종으로 나타났는데 Aliphatic Compound는 분자내의 탄소원자가 고리모양의 구조를 가지지 않는 유기화합물을 총칭하는 것으로 오존이 유기물질의 탄소-탄소이중결합, 방향족 고리 등의 분자결합력이 약한 곳을 공격함으로써 탄소사슬 구조를 가지는 유기물들의 결합을 끊고, 산화시켜 알데히드와 단순유기물과 CO2로 분해하여 그 수가 감소한 것으로 판단된다. 60min오존처리 후 Compound가 13종으로 감소하였고, Structure는 Aliphatic 1종, Cyclic 6종, Aromatic이 6종으로 나타나 오존처리 시간이 길수록 난분해성물질의 처리에 효과가 있는 것으로 나타났다. 검출된 물질의 대부분이 방향족 탄화수소(Aromatic hydrocarbon)인 벤젠 계열의 난분해성물질이 다량 검출되었다. 방향족 탄화수소는 석유를 촉매 하에 시클로 방향족화(탈수소화)하여 대량 생산되며 모든 공산품의 기초물질로 사용되기 때문에 합성화학산업(Synthetic chemical industry)과 플라스틱산업(Plastics industry) 등이 발달한 우리나라에서 산업화 부산물의 폐기물 침출수에서 다량 검출되는 것은 당연한 결과라 판단된다. In order to determine the removal rate of non-degradable substances and the change of their structural properties, this study carried out an ozone-treatment experiment on leachate from the landfill area of D City in Chungcheongnam-do and examined the change of the chemical properties of non-degradable substances. The conclusions of this study are as follows. 1. The main elements of non-degradable substances in landfill leachate were toluene, benzene, trichloroethane, trichloroethylene, xylene, etc. and the concentration of toluene was 15.8 ㎎/ℓ on the average, benzene 7.95 ㎎/ℓ, trichloroethane 0.94 ㎎/ℓ, trichloroethylene 0.86 ㎎/ℓ and xylene 0.54 ㎎/ℓ. Among them, benzene, toluene and trichloroethane are included in the list of organic toxic substances announced by USEPA. In addition, benzene, toluene and xylene, which are derivatives of benzene an aromatic compound, are classified as carcinogenic substances, so require safe disposal and management. 2. According to the result of analyzing the chemical change of non-biodegradable substances after ozonation, 15 kinds of compounds were observed after 10min of ozonation, which increased to 17 after 30min and again decreased to 13 after 60min. The decrease may be because ozone oxidizes organic matters by reacting with parts of weak molecular binding such as C-C double bond of and aromatic rings and decomposes them into aldehyde, simple organic matters and CO2. 3. According to the result of analyzing structural changes before and after ozonation using GC-MS, cyclic compounds and aromatic compounds were observed in the original water and aliphatic compounds were newly observed after ozonation. In addition, through ozonation, humic substances of high molecular weight were oxidized and decomposed and produced low-molecular compounds such as aldehyde, ketone and carboxyl acid and highly biodegradable aliphatic carbon, which suggests the bio-degradability of non-biodegradable substances. 4. Sixteen kinds of non-degradable compounds were found in the leachate and most of them had the characteristic of aromatic hydrocarbon. Among them dibutyl phthalate was identical with a substance included in the list of USEPA, which is classified as a mutagen that may cause the mutation of genes and disorders in chromosomes. In addition, 2,5- Cyclohexadiene- 1,4-dione, 1,2-Benzenedicarboxylic acid and butyl octyl ester were found to be similar to substances listed by USEPA.