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문제 정의
- 본 연구는 자연상태의 석호 퇴적물질의 체적과 준설 오니의 체적변화에 약품투입랑이 미치는 영향을 평가하기 위하여 수행되었다. 퇴적물 시료는 동해안에 위치한 석호의 오염된 퇴적물(준설오니)을 이용하였으며 함니율 변화, 응집제 및 응결제 투입량 변화에 따른 준설오니의 체적변화는 실내실험을 통하여 정량적으로 분석하였다.
가설 설정
- 아래로 흔들었다. 현장에서의 응집제 및 응결제 투입방법을 감안하여 혼합정도를 조정하는 것이 가장 바람직하고 보다 현실적인 결과를 제시할 수 있을 것으로 사료되나, 본 연구에서는 응집제 및 응결제투입량 변화에 따른 체적변화 양상을 파악하는데 중점을 두고 실험실에서의 충분한 혼합을 가정하여 수행하였다. 이상과 같이 응결제와 응집제를 첨가하여 흔든 후 혼합 오니는 시간에 따른 오니 침강실험을 위하여 진동이 없는 실험대 위에 놓았다.
제안 방법
- 최적의 처리 수 탁도와 최소 침강오니 부피에 필요한 약품 투입량을 산정하여 본 연구목적의 실험에 적용하였다. 각 오니 함량에 대한 다양한 약품(침강제 및 응결제) 투입량에 따른 혼합오니의 침강오니 부피와 처리수의 탁도를 침강 시간에 대하여 정리하였다(Table 1참조).
- 또한, 지점별 차이를 파악하기 위하여 석호의 상류지역과 양어장으로 이용되는 잔잔한 수역의 퇴적오니에 대해서도 각 함니율의혼합오니를 이용하여 비교시험을 수행하였다. 각 오니 함량에 따른 약품 투입량은 3절에서 산정된 적정 투입량게준하여 투입하였으며, 적정 응결제와 응집제를 투입할 경우 각 함니율에 대한 준설에 따른 퇴적오니의 체적변화 정도를 분석 . 고찰하였다(Table 2, 3참조).
- 각 오니 함량에 따른 약품 투입량은 3절에서 산정된 적정 투입량게준하여 투입하였으며, 적정 응결제와 응집제를 투입할 경우 각 함니율에 대한 준설에 따른 퇴적오니의 체적변화 정도를 분석 . 고찰하였다(Table 2, 3참조). 실험개시 3시간 침강 후 자연침강과 약품투입에 따른 침강오니 부피의 변화를 각 함니율에 따라 사진을 촬영하였다(사진 1, 2).
- 약품을 첨가하였을 경우 약품을 첨가하지 않았을 때보다 수질에 미치는 영향과 어느 정도의 침강속도가 향상을 보이는지 확인하기 위하여 각 함니율의 혼합 오니를 이용하여 비교 시험을 수행하였다. 또한, 지점별 차이를 파악하기 위하여 석호의 상류지역과 양어장으로 이용되는 잔잔한 수역의 퇴적오니에 대해서도 각 함니율의혼합오니를 이용하여 비교시험을 수행하였다. 각 오니 함량에 따른 약품 투입량은 3절에서 산정된 적정 투입량게준하여 투입하였으며, 적정 응결제와 응집제를 투입할 경우 각 함니율에 대한 준설에 따른 퇴적오니의 체적변화 정도를 분석 .
- 실험개시 3시간 침강 후 자연침강과 약품투입에 따른 침강오니 부피의 변화를 각 함니율에 따라 사진을 촬영하였다(사진 1, 2). 사진에 물과 오니의 경계선이 뚜렷하게 보이고 있으며, 이 경계선을 기준으로 물과 오니의 체적을 산출하였다. 상대적인 체적변화율 비교를 위하여 국내 .
- 사진 1. 상류부 지역 오니함량에 따른 자연침강 및 약품투입후 침강시간 3시간후 비교사진.
- 고찰하였다(Table 2, 3참조). 실험개시 3시간 침강 후 자연침강과 약품투입에 따른 침강오니 부피의 변화를 각 함니율에 따라 사진을 촬영하였다(사진 1, 2). 사진에 물과 오니의 경계선이 뚜렷하게 보이고 있으며, 이 경계선을 기준으로 물과 오니의 체적을 산출하였다.
- 약품을 첨가하였을 경우 약품을 첨가하지 않았을 때보다 수질에 미치는 영향과 어느 정도의 침강속도가 향상을 보이는지 확인하기 위하여 각 함니율의 혼합 오니를 이용하여 비교 시험을 수행하였다. 또한, 지점별 차이를 파악하기 위하여 석호의 상류지역과 양어장으로 이용되는 잔잔한 수역의 퇴적오니에 대해서도 각 함니율의혼합오니를 이용하여 비교시험을 수행하였다.
- 약품을 투입하였을 경우, 동일한 과정으로 오니의 부피 변화를 분석하였다. 약품투입후 3시간후의 상류지역 오니 부피는 오니함량 20%, 30%, 40% 경우에 대하여 각각 165 mL, 255 mL, 344 mL 값을 보이고 있다.
- 사진 2. 양어장 지역 오니함량에 따른 자연침강 및 약품투입후 침강시간 3시간 후 비교.
- 이상과 같이 응결제와 응집제를 첨가하여 흔든 후 혼합 오니는 시간에 따른 오니 침강실험을 위하여 진동이 없는 실험대 위에 놓았다. 이후 정해진 시간대별로 침전 오니의 양 및 여액량을 20분 간격으로 최대 3시간까지를 측정하였다(Fig. 1). 이는 오니 준설공사의 준설부터 투기까지의 공사 싸이클 타임에 따라 침전조에 퇴적오니를 이송받아 약품처리후 침전시킬 수 있는 최대 시간이 2시간 50분이며 이러한 설계기준에 따라 적정 용량인 2, 400 m3 의 침전조를 설치후 시공시 준설오니의 최대 침전 체류 시간을 3시간으로 설정하였기 때문이다.
- 주 1) 처리수 탁도는 흡광광도계를 이용하여 측정하였으며, 탁도란 점토 콜로이드 입자, 조류, 미생물, 부유물질 등에 의한 물의 탁한 정도를 나타내며 1도(DEGREE)란 고령토(kaolin) 1㎎이 증류수 1L에 포함되어 있음을의미하며 도대신 PPM 단위를 사용하여도 무방함.
- 실험방법은 현장의 오니 준설시 교반 조건을 고려하여 500 mL 용량의 메스실린더 (mass cylinder:를 이용하여 오니와 상등수를 혼합하여 각 함니율로 실험용 혼합 오니를 준비하였다. 준비한 혼합오니는 응결제 (F-200)와 응집제(AE-4302)를 첨가하여 응결제 및 응집제 첨가 시 마다 10회씩 위 . 아래로 흔들었다.
- 채취하여 이용하였다. 채취한 퇴적 오니는 상등수와의 부피비로 1:4(함니율 20%), 1:2(함니율 30%) 및 1:1.5(함니율 40%)의 3가지로 분류하여, 각각의 함니율에 대하여 고루 혼합하여 고분자 응집제 및 응결제 약품을 투입한 후 시간별로 침강되는 오니의 부피를 측정하였다. 즉, 침전 오니층(침전층)과 청정층 사이에 존재하는 계면(interface) 의 시간변화를 관측하여 침전량 변화(부피변화)로 간주하였다(유남재, 2001).
- 최적 약품 투입량을 산정하기 위하여 오니를 임의로 선택하여 실험하였으며 , 다양한 투입 량에 대한 시간별 침강오니 부피와 여액 처리수의 탁도를 측정하였다. 최적의 처리 수 탁도와 최소 침강오니 부피에 필요한 약품 투입량을 산정하여 본 연구목적의 실험에 적용하였다.
- 부피와 여액 처리수의 탁도를 측정하였다. 최적의 처리 수 탁도와 최소 침강오니 부피에 필요한 약품 투입량을 산정하여 본 연구목적의 실험에 적용하였다. 각 오니 함량에 대한 다양한 약품(침강제 및 응결제) 투입량에 따른 혼합오니의 침강오니 부피와 처리수의 탁도를 침강 시간에 대하여 정리하였다(Table 1참조).
- 수행되었다. 퇴적물 시료는 동해안에 위치한 석호의 오염된 퇴적물(준설오니)을 이용하였으며 함니율 변화, 응집제 및 응결제 투입량 변화에 따른 준설오니의 체적변화는 실내실험을 통하여 정량적으로 분석하였다.
대상 데이터
- 즉, 침전 오니층(침전층)과 청정층 사이에 존재하는 계면(interface) 의 시간변화를 관측하여 침전량 변화(부피변화)로 간주하였다(유남재, 2001). 실험방법은 현장의 오니 준설시 교반 조건을 고려하여 500 mL 용량의 메스실린더 (mass cylinder:를 이용하여 오니와 상등수를 혼합하여 각 함니율로 실험용 혼합 오니를 준비하였다. 준비한 혼합오니는 응결제 (F-200)와 응집제(AE-4302)를 첨가하여 응결제 및 응집제 첨가 시 마다 10회씩 위 .
- 체적변화 분석을 위한 시료는'동해안 석호의 퇴적 오니를 채취하여 이용하였다. 채취한 퇴적 오니는 상등수와의 부피비로 1:4(함니율 20%), 1:2(함니율 30%) 및 1:1.
성능/효과
- 이는 약품 투입량이 증가될 경우, 오니입자의 크기가 상대적으로 커지며 이로 인하여 입자들 사이의 간극이 증가하여 침강오니 부피가 증가하는 것으로 파악되었다. 따라서, 각 함니율에서 최소 침강오니 부피를 나타내는 적정 응결제와 응집제의 투입 량은 함니율이 증가함에 따라 증가하는 것으로 파악되었다.
- 약품투입후 3시간후의 상류지역 오니 부피는 오니함량 20%, 30%, 40% 경우에 대하여 각각 165 mL, 255 mL, 344 mL 값을 보이고 있다. 반면, 양식장 지역 오니부피는 오니함량 20%, 30%, 40% 경우에 대하여 각각 160 mL, 255 mL, 342 mL 값을 보이고 있는 바와 같이, 약품 무투입시의 경우와 같이 지점에 따른 오니 부피는 큰 차이를 보이지 않고 있으나, 오니함량이 증가함에 따라 오니부피는 증가하고 있음을 알 수 있다. 그러나, 오니함량을 고려한 상류지역의 부피변화율은 165/100=1.
- 실험결과, 적정 응결제와 응집제의 투입에 의한 침강오니 부피는 가장 작은 부피를 나타내고 있는 것으로 나타났다. 그러나, 응결제 및 응집제를 적정량 이상 투입할 경우 오히려 침강오니 부피가 증가하였다.
- 분석하였다. 약품투입후 3시간후의 상류지역 오니 부피는 오니함량 20%, 30%, 40% 경우에 대하여 각각 165 mL, 255 mL, 344 mL 값을 보이고 있다. 반면, 양식장 지역 오니부피는 오니함량 20%, 30%, 40% 경우에 대하여 각각 160 mL, 255 mL, 342 mL 값을 보이고 있는 바와 같이, 약품 무투입시의 경우와 같이 지점에 따른 오니 부피는 큰 차이를 보이지 않고 있으나, 오니함량이 증가함에 따라 오니부피는 증가하고 있음을 알 수 있다.
- 68배 체적이 증가되는 시험결과를 확인할 수 있었다. 이러한 준설후 퇴적오니의 체적증가 현상은 함니율이 증가할수록 크게 나타나 현장의 시공조건을 고려할 때, 본 연구에서 얻은 시험수치보다 큰 체적변화율도 나타날 수 있을 것으로 판단된다.
- 상류지역, 약품 무투입시의 경우, 오니함량 20%, 30%, 40% 경우에 대하여 오니부피는 각각 325, 423, 480 mL 값을 보이고 있으나, 약품투입시에는 오니 함량 20%, 30%, 40% 경우에 대하여 오니부피는 각각 165, 255, 344 mL 값을 보이고 있다. 즉, 약품투입에 따른 상류지역의 준설오니 체적변화는 각각 165/325=0.51, 255/423=0.60, 344/480=0.72 값으로 준설오니 함량이 증가함에 따라 크게 증가하는 경향을 보이고 있다. 반면, 양어장 지역, 약품 무투입시의 경우, 오니함량 20%, 30%, 40% 경우에 대하여 오니부피는 각각 352, 421, 478 mL 값을 보이고 있으나, 약품투입시에는 오니함량 20%, 30%, 40% 경우에 대하여 오니부피는 각각 160, 255, 342 mL값을 보이고 있다.
- 정리하면 다음과 같다(Table 5참조). 표에 나타난 바와 같이 양어장 지역 및 상류부 지역에서 오니함량에 대하여 약품 투입후 40분내에 오니의 침강속도가 급격하게 증가함을 알 수 있으나 약품을 투입하지 않은 경우인 자연 침강 현상은 침강속도가 상대적으로 느림을 알 수 있었다.
- 한편, 시방기준 및 시공조건을 토대로 최대 체류시간을 3시간으로 설정한 경우, 동해 석호의 준설토는 오니 함니율 변화(20%~40%)에 대흐}여 초기 준설 퇴적오니량은 준설 후 평균적으로 1.68배 체적이 증가되는 시험결과를 확인할 수 있었다. 이러한 준설후 퇴적오니의 체적증가 현상은 함니율이 증가할수록 크게 나타나 현장의 시공조건을 고려할 때, 본 연구에서 얻은 시험수치보다 큰 체적변화율도 나타날 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- 일반적으로 체적변화율은 20- 60% 정도로 지역에 따라 큰 격차를 보이고 있으므로, 준설물질의 체적변화에 대한 연구는 현장의 오니를 이용하여 직접 추정하는 과정이 필요할 것으로 사료된다. 또한, 준설물질의 체적변화에 영향을 미치는 인자에 대한 연구를 보다 심층적으로 수행흐}여 실험조건이 현장조건에 최대한 근접하여 보다 정확한 결과를 제시할 수 있도록 하여야 할 것으로 사료된다.
- 일반적으로, 부피가 증가하는 경향을 보이고 있는더], 준설토를 매립 .투기하는 물량을 적절하게 산정하기 위해서는 저층에 있는 해저 퇴적물의 부피를 기준으로 산정하는 방법보다 퇴적물을 준설하여 약품 투입공정 등의 과정을 거친 후의 부피에 의거하여 매립장 규모 및 준설토 투기량을 산정하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
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