개념 한 쪽
매립지의 침출수와 가스 관리는 매립지 안정화 검토의 핵심 사항이다. 펜톤 산화와 같은 고도처리법은 난분해성 유기물을 대상으로 적용되며, 매립지 내부에서는 유기물의 분해 단계와 그에 따른 가스 조성이 시간에 따라 변한다. 또한 침출수의 분해거동은 1차 반응 가정 하에서 반감기 개념으로 계산할 수 있다.
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출제기준 단원 「매립지 안정화 검토」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 공정 추가 원인 판정 | 1 | 펜톤·RBC 추가로 COD 초과 원인을 진단한다 |
| 매립 분해 단계 판별 | 1 | 매립지 분해 4단계의 산소 조건과 시기를 구별한다 |
| 펜톤 반응 조건 확인 | 1 | Fenton 산화법의 pH 조건과 작동 원리를 판단한다 |
펜톤(Fenton) 산화법은 철 이온과 과산화수소수를 반응시켜 강한 산화력의 하이드록실 라디칼(·OH)을 생성하고 난분해성 유기물을 산화하여 분해하는 고도처리 기술이다. 이 반응은 산성 조건, 대략 pH 3 내외에서 최적으로 진행되며 알칼리 상태에서는 철이 수산화철로 침전되어 촉매 역할을 하지 못하므로 사전 pH 조건을 확인해야 한다.
바이오벤트 공법은 불포화 토양층에 공기를 주입하여 산소를 공급하고 그 산소를 이용하는 미생물이 오염물질을 생분해하도록 유도하는 기술이다. 바이오벤팅은 추출 중심의 토양증기추출(SVE)과 달리 분해 중심의 방식으로 설계 시 부지의 산소소모율을 고려해야 한다.
매립지 내부의 유기물 분해는 일반적으로 네 단계로 진행된다. 첫 단계는 매립 직후에 남아 있는 산소 하에서 일어나는 호기성 초기조절단계로 수일에서 수주 정도 지속된다. 이후 산소가 소진되면 혐기성 비메탄화 단계에서 유기산이 생성되고, 그 다음 단계에서 메탄 생성·축적이 일어나며 온도가 상승한다. 마지막으로 메탄과 이산화탄소의 생성비가 일정한 정상상태에 도달한다.
혐기성 분해로 생성되는 매립가스는 주로 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 구성되며, 분자식으로 표현되는 유기물의 원소수지 계산으로 메탄·이산화탄소의 몰비를 유도할 수 있다. 또한 침출수의 분해가 1차 반응을 따른다고 가정하면 반감기를 이용해 특정 잔류율에 도달하는 소요시간을 계산할 수 있다.
1) 합성식 C9H11O2N이 혐기성 완전 분해되어 메탄(b)과 이산화탄소(a) 및 NH3가 생성될 때, 원소수지로 b + a = 9과 혐기성 분해에서 b = a + 1 관계를 사용하면 b = 5, a = 4가 나온다. 따라서 메탄의 부피백분율은 5/(5+4) × 100 ≈ 55.5%로 약 55~60% 수준임을 도출할 수 있다.
2) 침출수 농도가 반감하는 데 3.5년이 걸리는 1차 반응에서 90% 분해(잔류 10%)에 소요되는 시간은 t = t½ × log₂(10) = 3.5 × 3.32 ≈ 11.6년이다. 같은 조건에서 95% 분해(잔류 5%)는 t = t½ × log₂(20) ≈ 3.5 × 4.32 ≈ 15.1년이 소요된다는 계산 절차를 사용한다.
A 매립지의 경우 COD가 방류수 수질기준을 초과하고 있기때문에 기존공정에 펜톤처리공정과 RBC공정을 추가하여 운전하고 있다면 다음 중 추가 원인으로 가장 적합한 것은?
정답 ① · 매립지 침출수의 COD 초과 원인과 추가된 고도처리 공정의 목적을 연결하는 문제이다. 펜톤 공정은 과산화수소와 철 이온으로 강한 산화력을 발휘하여 생물분해가 잘 안 되는 난분해성 유기물을 산화 분해하는 고도처리 기술이며 RBC는 후단의 생물막 보강 처리이다.
펜톤 공정은 난분해성 유기물을 산화 분해하는 고도처리이므로 COD 초과의 원인은 난분해성 유기물 과다유입이다.
폐기물 매립지의 매립 후 4단계 분해과정의 경과기간에 대한 설명으로 옳지 않는 것은?
정답 ① · 매립지의 유기물 분해는 총 4단계로 구분되며, 1단계는 초기 매립 직후 산소가 존재하는 상태에서 일어나는 초기조절단계입니다. 이 단계는 '혐기성' 조건이 형성되기 전의 호기성 조건 단계로 며칠에서 몇 주 지속됩니다.
1단계는 산소가 남은 호기성 초기조절단계이므로 '초기혐기성'이라 한 설명이 옳지 않다.
침출수 처리를 위한 Fenton 산화법에 관한 설명으로 틀린 것은?
정답 ② · 침출수 처리의 Fenton 산화법에 대한 틀린 설명을 고르는 문제이다. Fenton 산화는 2가 철이온과 과산화수소가 pH 3 내외의 산성 조건에서 반응하여 강한 산화력의 수산화 라디칼을 생성하고, 이로써 난분해성 유기물을 생분해성으로 전환시킨 후 응집제를 첨가해 침전 처리한다.
Fenton 산화는 산성(pH 3 내외)에서 Fe²⁺+H₂O₂가 ·OH 라디칼을 만들어 난분해 유기물을 분해한다.
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