埋立場 浸出水중 難分解性物質의 오존處理에 관한 硏究 = (A) study on the ozonization of non-degradable substances in landfill leachate

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• List of Table = ⅰ
• List of Figures = ⅲ
• 국문요약 = 1
• Ⅰ. 서론 = 3
• Ⅱ. 문헌연구 = 6
• 1. 매립장 침출수 = 6
• (1) 매립장 침출수의 특성 = 6
• (2) 매립장 침출수의 유기물 분해 = 10
• (3) 매립장 침출수의 용해성 이온 = 12
• (4) 매립장 침출수의 중금속 = 13
• (5) 매립장 침출수의 생물학적 난분해성물질 = 14
• 2. 우리나라 매립장 현황 = 16
• (1) 매립시설 현황 = 16
• (2) 차수시설 현황 = 17
• (3) 침출수 발생 및 처리현황 = 18
• 3. 매립장 침출수의 처리방법 = 20
• (1) 매립장 침출수의 처리방법 선택 = 20
• (2) 생물학적 처리방법 = 20
• (3) 물리·화학적 처리방법 = 22
• 4. 오존을 이용한 난분해성물질 처리방법 = 24
• (1) 오존의 물리·화학적 특성 = 24
• (2) 오존의 분해 메카니즘 = 26
• (3) 오존의 발생 방법 = 30
• Ⅲ. 실험방법 = 33
• 1. 시료 : 침출수(Leachate) = 33
• 2. 오존처리 실험장치 구성 및 조건 = 33
• 3. 오존 발생량 측정 = 36
• 4. 오존처리 실험방법 = 38
• 5. 시료분석 항목 및 방법 = 38
• (1) 시료분석 = 38
• (2) 분석방법 = 39
• (3) GC-MS 분석조건 = 40
• Ⅳ. 실험결과 및 고찰 = 42
• 1. 매립장 침출수의 성분분석 = 42
• 2. 분석 시간대별로 검출된 침출수의 난분해성물질 = 44
• (1) 침출수 난분해성물질의 Compound = 44
• (2) 침출수 난분해성물질의 Structure = 47
• 3. 오존처리 후 침출수 난분해성물질의 화학적변화 = 49
• (1) 10분 오존처리 후 난분해성물질의 Compound = 49
• (2) 10분 오존처리 후 난분해성물질의 Structure = 50
• (3) 60분 오존처리 후 난분해성물질의 Compound = 52
• (4) 60분 오존처리 후 난분해성물질의 Structure = 53
• 4. 오존처리 후 분석 시간대별로 검출된 난분해성물질의 Area값 = 55
• Ⅴ. 결론 = 57
• Ⅵ. 참고문헌 = 59
• ABSTRACT = 64
• 부록 = 66