초록 ▼

본 연구에서는 먼저 생물학적 공정으로 처리가 어려운 침출수 중의 부식질을 분리하여 펜톤 산화반응을 실시하고 반응 전후에 젤크로마토그래피를 이용해유기물의 분자량 분포를 조사함으로써 분자량 영역별 부식질의 펜톤 반응 특성을 살펴보았다. 한편 펜톤반응시 유기물의 산화에 직접적으로 관여하는 ·OH와 부식질의 반응속도상수를 구하고 NO2-, Cl- 등과 같은 무기이온들의 ·OH와의 반응성을 검토 평가함으로써 펜톤 산화반응을 좀더 정확하게 이해하고, 반응모델을 만들어 침출수처리의 최적화에 기여하고자 하였다. 본 연구결과 확인된

본 연구에서는 먼저 생물학적 공정으로 처리가 어려운 침출수 중의 부식질을 분리하여 펜톤 산화반응을 실시하고 반응 전후에 젤크로마토그래피를 이용해유기물의 분자량 분포를 조사함으로써 분자량 영역별 부식질의 펜톤 반응 특성을 살펴보았다. 한편 펜톤반응시 유기물의 산화에 직접적으로 관여하는 ·OH와 부식질의 반응속도상수를 구하고 NO2-, Cl- 등과 같은 무기이온들의 ·OH와의 반응성을 검토 평가함으로써 펜톤 산화반응을 좀더 정확하게 이해하고, 반응모델을 만들어 침출수처리의 최적화에 기여하고자 하였다. 본 연구결과 확인된 중요한 결론은 다음과 같이 요약할 수 있다.첫째, 수도권매립지 침출수에서 생물학적처리를 거친 시료 중 난분해성 유기물인 부식질은 전체 용존유기물의 75%를 차지하고 있었으며, 부식질 중 부식산과 풀브산의 비율은각각 전체의 25%와 75%로 1:3의 비율을 나타내었다. TOC 기준으로는, Fraction 1(M.W.30,000이상)이 14%, Fraction 2(M.W. 20,000∼30,000)가 26%, Fraction 3(M.W. 15,000∼20,000)이 46%로서 분자량 범위 15,000∼20,000에 가장 높은 비율로 존재하였다. 또한, 부식산과 풀브산의 분자량 분포를 보면, 먼저 부식산의 경우에 전체 분자량 중에서 60%이상이20,000∼30,000이상에 분포하고 있었으며, 풀브산의 경우에는 50% 이상이 부식산보다 낮은15,000∼20,000사이의 분자량 분포를 나타내었다.둘째, 이들의 펜톤산화반응결과 전체 제거율은 40% 정도였으며, Fraction 1(M.W.30,000이상)은 제거율 56%로서 전체 TOC량에서 차지하는 비율이 21%에서 15%로 감소하였으며, Fraction 2(M.W. 20,000∼30,000)는 제거율 36%로 전체에 대해 차지하는 비율은 반응전후에 약 20%로 비슷하였고, Fraction 3(M.W. 15,000∼20,000)은 제거율 34%로서 전체중 차지비율이 반응 전인 51%에서 반응후 54%로 약간 증가하였다.셋째, 생물학적 처리수 내의 부식질과 ·OH의 반응속도상수 k(?OH, H,S)는 0.6∼0.88×109 M-1S-1로서, 시간의 경과에 따라 반응 속도상수 값이 전반적으로 감소하는 경향을보여주었다. 이러한 결과는 반응초기에는 ·OH과 유기물의 반응이 빠르게 진행되지만 반응이 진행되면서 점차로 분해되기 어려운 구조를 지닌 유기물이 상대적으로 많이 남기 때문이라고 판단된다. 또한 대부분의 무기이온들의 반응속도상수가 108∼1010M-1S-1임을 감안할 때, ·OH반응을 통한 유기물 제거의 공정을 적용할 경우에는 침출수내에 고농도로 포함되어 있는 각종 무기이온들에 의한 Scavenging Effect로 인하여 효율이 크게 저하되고 있는것으로 판단되므로 이에 대한 대책이 마련되어야 할 것이다.넷째, 펜톤반응을 설명하기 위한 모델이 유도되었으며 이 모델은 여러 인자의 영향을정성적으로 설명할 수 있었으나 정량적인 설명은 추후의 Calibration과 Sensitivity Analysis,Validation 등을 통하여 보완되어야 할 것이다.

Abstract ▼

Waste landfill leachates generally present a problem of reducingnon-biodegradable COD (NBCOD) to an acceptable level. In this study, the molecularweight characteristics of the NBCOD as affected by Fenton's process were investigatedwhich is currently being used at Metropolitan Landfill. The rat

Waste landfill leachates generally present a problem of reducingnon-biodegradable COD (NBCOD) to an acceptable level. In this study, the molecularweight characteristics of the NBCOD as affected by Fenton's process were investigatedwhich is currently being used at Metropolitan Landfill. The rate constant of hydroxylradical with the humic substances that made up the major fraction of the NBCOD wasalso determined to evaluate the radical consumption efficiency as high levels of inorganicions such as nitrite and chloride could potentially compete with NBCOD for the use ofthe hydroxyl radicals. Finally, a kinetics model involving inorganic and organicelementary reactions associated with Fenton's process was derived. The specific resultsand conclusion are summarized as follows.1. On the TOC base, humic substances represented 75% of the total dissolvedorganic matter in the biologically treated leachate. The ratio of the humic acid to fulvicacid was determined to be about 1/3. The molecular weight distribution of the humicsubstances as calibrated against well defined proteins indicated that the fractions withmolecular weight higher than 30,000, between 20,000 and 30,000, and between 15,000 and20,000 were 14%, 26%, and 46%, respectively. More than 60% TOC of the humic acidranged in its molecular weight from 20,000 to 30,000 whereas more than 50% TOCranged between 15,000 and 20,000 in the fulvic acid.2. Overall TOC removal efficiency by Fenton's process was limited to around 40%where 56%, 36%, and 34% were removed for the fractions with molecular weight higherthan 30,000, between 20,000 and 30,000, and between 15,000 and 20,000, respectively. Asthe result of the reaction, the molecular weight distribution shifted to the lower range.3. The rate constant of hydroxyl radical with the humic substances was determinedto be 0.6∼0.88×109M-1S-1. Although the magnitude was comparable with the valuesreported in other studies, notable was the rate constant decreasing with the reactiontime. It was probable that as the reaction time extended, the molecular structure of thehumic substances would change to the one with more stability, which would reduce therate constant. Comparing this rate constant with those of inorganic ions abundantlypresent in the leachate strongly suggested that only a minor portion of hydroxyl radicalproduced by Fenton's reagent should react with the target NBCOD. Therefore, it isessential to establish some countermeasures to enhance the hydroxyl radical consumptionefficiency.4. A total of 22 elementary reactions were coupled to derive a kinetics model of thisFenton's process. With a pseudo-steady state assumption applied to a number ofradical species, an analytical form of steady state concentration of hydroxyl radical wasderived. The model, however, was successful only in a qualitative sense as thecalibration, sensitivity analysis, and validation were not complete due to a lack ofexperimental data.

목차 Contents

• 1. 서론...7
• 2. 연구방법 및 이론...8
• 2.1 이론...8
• 2.2 연구 및 실험의 방법...12
• 3. 결과 및 고찰...20
• 3.1 부식질의 분리...20
• 3.2 생물학적 처리수내 유기물의 분자량 분포...21
• 3.3 부식산과 풀브산의 분자량 분포...24
• 3.4 펜톤반응에 따른 부식질의 분자량 분포 변화...26
• 3.5 부식질의 반응속도상수...27
• 3.6 펜톤산화반응의 kinetics model의 유도...30
• 4. 요약 및 결론...38
• 5. 인용문헌...40
• ${\blacksquare}$연구 수행관련 논문 발표 목록서...42
• ${\blacksquare}$자체평가서...43