개념 한 쪽
매립지 사후관리에서 고려해야 할 핵심 요소는 발생하는 매립가스(LFG)와 침출수의 성상 및 처리법 선택이다. LFG는 메탄과 이산화탄소가 대략 절반씩 섞여 있어 발열량이 순수 메탄의 약 절반 수준이고, 침출수는 매립연한에 따라 생분해성 비율이 달라 처리 공정 선택에 영향을 준다. 현장 조건에 맞춰 가스 회수·재활용 가능성, 혐기성 또는 호기성 처리의 적합성, 고도산화와 물리·화학적 처리의 우선순위를 판단해야 한다.
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출제기준 단원 「사후 토지 이용 계획」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| LFG 회수조건 판별 | 1 | 매립가스의 성분·발열량으로 회수 적정성 가르기 |
| 매립단계별 현상 판단 | 1 | 메탄발효단계의 pH·가스 변화 특징 고르기 |
| 염소요구량 계산 | 1 | 주입량·잔류농도로 염소요량 계산하기 |
매립가스(LFG)는 매립된 쓰레기의 분해로 발생하는 가스로 주성분은 메탄(CH₄)과 이산화탄소(CO₂)이며 비율은 대체로 1:1 수준이다. 연소에 기여하는 것은 메탄뿐이므로 LFG의 발열량은 순수 메탄의 약 절반인 대략 4,000~5,000kcal/Nm³ 수준이라고 본다. 따라서 열회수나 연소 이용을 계획할 때 메탄 함량과 발열량을 근거로 평가해야 한다.
매립물질의 분해 진행은 초기조절 → 전이 → 산형성 → 메탄발효 → 숙성의 5단계로 구분된다. 산형성단계에서는 유기산 축적으로 pH가 하락하지만 메탄발효단계에서는 메탄생성균이 유기산을 소비해 pH가 중성으로 회복·약간 상승한다. 이 단계별 가스 생성과 pH 변화를 이해하면 가스 회수 시점과 안정화 평가에 도움을 준다.
침출수의 처리법 선택은 성상(예: COD, BOD/COD, TOC, TDS, 중금속, 황화물)에 의해 좌우된다. 오래된 매립지에서의 침출수는 BOD/COD가 0.1 이하로 낮아 난분해성 유기물이 우세하므로 생물학적 처리의 효율이 급감한다. 반대로 고농도 COD의 침출수는 혐기성 처리가 호기성보다 경제적일 수 있으며 메탄 회수의 가능성이 있다는 점을 고려해야 한다.
고도산화법 예로 펜톤 산화는 Fe2+와 과산화수소로 하이드록실 라디칼을 발생시켜 난분해성 유기물을 분해하고 COD를 감소시키며 생분해성 비(BOD/COD)를 높이는 효과가 있다. 펜톤 반응은 산성(pH 약 3.5) 조건에서 효과적이며 슬러지 발생량은 적은 편이라고 본다.
1) 염소요구량 계산 예시: 침출수 발생량 1,890m³/d에 염소 7.7kg/d를 투입하며 잔류염소가 0.2mg/L일 때 주입농도는 7.7kg ÷ 1,890m³ = 7,700,000mg ÷ 1,890,000L ≈ 4.07mg/L이다. 염소요구량은 주입농도 − 잔류염소이므로 약 4.07 − 0.2 ≈ 3.87mg/L, 즉 약 3.9mg/L이다.
2) 혐기성 분해로부터의 가스 발생 예시(표준상태 기준): C6H12O6 1kg이 혐기성 분해하면 반응식 C6H12O6 → 3CH4 + 3CO2에 따라 메탄은 (1000/180)mol × 3 = 16.7mol가 생기고, 표준몰부피 22.4L/mol을 적용하면 메탄 부피는 16.7 × 22.4 ≈ 373L = 0.37m³이다.
LFG(landfill gas)의 회수재활용을 위한 일반적인 조건과 가장 거리가 먼 것은?
정답 ④ · 매립가스(LFG)의 주성분은 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로, 일반적으로 메탄의 발열량을 기준으로 매립가스의 평균 발열량은 약 4,000~5,000kcal/Nm³ 수준입니다. 보기 4번에서 '기체의 발열량이 약 7,500kcal/Nm3이상이어야 한다'고 한 것은 순수 메탄 가스의 발열량에 가까운 과대평가된 수치로, 회수 재활용을 위한 일반적인 LFG의 발열량 조건으로는 틀린 설명입니다.
LFG는 메탄이 약 절반이므로 발열량은 약 4,000~5,000kcal/Nm³ 수준이다.
폐기물 매립지에서 매립시간 경과에 따라 크게 다음과 같이 초기조절단계, 전이단계, 산형성단계, 메탄발효단계, 숙성단계의 총 5단계로 구분이 되는데 이때 4단계인 메탄발효단계에서 나타나는 현상과 가장 근접한 것은?
정답 ④ · 매립지의 안정화 단계 중 4단계인 메탄발효단계는 혐기성 상태가 완전히 구축되어 메탄 생성균이 활발히 활동하는 시기입니다. 이때 메탄이 다량 발생하며, 유기산은 메탄으로 전환되어 소모되므로 산 생성 속도보다 메탄 생성 속도가 우위에 있게 됩니다.
메탄발효단계는 유기산이 메탄으로 소비되어 pH가 중성으로 회복·약간 상승한다.
슬러지 매립지 침출수에 함유되어 있는 암모니아를 염소로 처리하려고 한다. 침출수 발생량은 1890m³/d이고, 이를 처리하기 위해 7.7kg/d의 염소를 주입하고 잔류염소 농도는 0.2mg/L 이었다면 염소요구량은 몇 mg/L인가?
정답 ① · 염소 주입량과 잔류염소 농도로부터 염소요구량을 구하는 계산 문제이다. 염소요구량은 주입된 염소 농도에서 반응 후 남은 잔류염소 농도를 뺀 값으로 정의된다.
염소요구량 = 주입률 − 잔류염소 = 4.07 − 0.2 ≈ 3.9mg/L이다.
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