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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 부레옥잠의 적정 재배밀도를 선정하기 위하여 회분식 반응기를 이용하여 하수처리에 적합한 부레옥잠의 재배밀도 실험을 실시하였다. 부레옥잠의 재배밀도 실험에 사용된 반응 기는 두께 1 cm의 아크릴을 원료로 가로 50 cm, 세로 50 cm 그리고 높이 50 cm가 되게 회분식으로 제작하였으며, 수위는 부레옥잠의 뿌리가 완전히 잠길 수 있도록 30 cm로 하여 실험을 수행하였다.
- 따라서 본 연구에서는 중소도시에서 발생되는 생활하수를 자연 친화적 공법인 수생식물을 이용한 하수처리공법의 적용 타당성을 검토하고, 하수처리 효율을 분석하기 위하여 부레옥잠을 이용한 하수처리 실험을 실시하였다. 이러한 연구 결과는 수생식물을 이용한 생활하수처리의 기초적 자료로 활용도가 클 것으로 판단된다.
- 본 연구는 중소도시에서 발생되는 생활하수를 자연 친화적 공법중 하나인 수생식물을 이용한 하수처리공법의 적용 타당성을 검토하고, 하수처리효율을 분석하기 위하여 실시하였다. 이때 사용된 수생식물로는 질소 및 인의 흡수율이 높은 것으로 알려진 부레옥잠을 이용하였으며, 실험결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
제안 방법
- 그리고 실험장치는 건물옥상의 간이 온실(greenhouse)을 설치하여 실험을 수행하였으며, 이때 온실 내 온도는 28-37°C, 습도는 65-97%로 유지되었다.
- 설치하였다. 그리고 유출부에는 침전물의 유출을 방지하고 편류를 제거하기 위해 웨어(weir)를 설치하였고, 웨어를 통과한 유출수는 일정 용기에 유입되게 제작하였으며, 그 모식도를 Fig. 1에 나타내었다.
- 이는 성장기에 있는 어린 부레옥잠이 성장한 부레옥잠보다 질소 및 인의 흡수가 빠르기 때문이다12,16). 또한 연속실험장치에는 수리학적 체류시간을 3 day, 6 day, 9 day, 12 day로 조절하면서 수 처리효율을 분석하였다.
- 본 연구에 사용된 실험장치는 1 cm두께의 아크릴판으로 길이 120 cm, 넓이 40 cm, 그리고 높이 50 cm가 되게 제작하였으며, 수위는 부레옥잠의 뿌리가 충분히 잠길 수 있도록 30 cm가 되게 그리고 전체 용량은 144 L가 되게 제작하였으며, 체류 시간 별 하수처리효율을 조사하기 위하여 4개의 동일 규격의 부레옥잠 재배조를 제작하여 실험을 수행하였다.
- 부레옥잠의 재배밀도 실험에 사용된 반응 기는 두께 1 cm의 아크릴을 원료로 가로 50 cm, 세로 50 cm 그리고 높이 50 cm가 되게 회분식으로 제작하였으며, 수위는 부레옥잠의 뿌리가 완전히 잠길 수 있도록 30 cm로 하여 실험을 수행하였다.
- 부레옥잠의 재배밀도에 따른 수처리 효율을 분석하기 위하여 회분식 반응기를 사용하여 실험을 수행하였다. 이때 부레옥잠의 재배기간은 30일까지로 하였으며, 부레옥잠의 재배밀도는 1, 2, 3, 4 kg/m'(±50g)로 하여 재배밀도 별 수질의 변화를 조사하였다.
- 부레옥잠의 재배밀도에 따른 수처리 효율을 조사하기 위하여 부레옥잠의 재배밀도를 1, 2, 3, 4 kg/㎡(±50g)로 증가시키면서 수질정화능력을 조사하였으며, 실험에 사용된 부레옥잠은 생체중량이 20-30g/개 정도의 어린 부레옥잠을 이용하였다. 이는 성장기에 있는 어린 부레옥잠이 성장한 부레옥잠보다 질소 및 인의 흡수가 빠르기 때문이다12,16).
- 이때 부레옥잠의 재배기간은 30일까지로 하였으며, 부레옥잠의 재배밀도는 1, 2, 3, 4 kg/m'(±50g)로 하여 재배밀도 별 수질의 변화를 조사하였다. 그리고 실험에 사용된 생활하수의 수질은 Table 1과 같은 것으로 조사되었다.
- 이러한 결과를 토대로 초기 부레옥잠 재배밀도를 3 kg/㎡ 로 일정하게 한 후 수리학적 체류시간을 3 day, 6 day, 9 day, 12 day로 달리한 4개의 부레옥잠 재배조를 대상으로 BOD, T-N 및 T-P의 제거 실험을 수행한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 재배밀도 실험에서는 각 재배밀도 별 CHoropyll-a 농도의 변화를 조사하고, 부레옥잠의 생체중량 kg 당 질소와 인의 제거정도를 조사하여 하수처리에 적합한 재배밀도를 선정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 시료는 대구광역시 인근의 중소도시로 분류되는 Y시의 하수종말처리장으로 유입되는 유입수를 대상으로 2003년 5월부터 2003년 8월까지 5회에 걸쳐 채수하여 실험을 수행하였다. 분석항목은 BOD, CODMn, TOC, SS, T-N, T-P 및 Chloropyll-a를 분석하였으며, TOC는 Shimadzu사 TOC-5000을 사용하여 분석하였으며, BOD, CODmh, SS, T-N, T-P 및 Chloropyll-a는 수질오염 공정 시험법21)에 준하여 실험을 실시하였다.
- 분석하기 위하여 실시하였다. 이때 사용된 수생식물로는 질소 및 인의 흡수율이 높은 것으로 알려진 부레옥잠을 이용하였으며, 실험결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
이론/모형
- 수행하였다. 분석항목은 BOD, CODMn, TOC, SS, T-N, T-P 및 Chloropyll-a를 분석하였으며, TOC는 Shimadzu사 TOC-5000을 사용하여 분석하였으며, BOD, CODmh, SS, T-N, T-P 및 Chloropyll-a는 수질오염 공정 시험법21)에 준하여 실험을 실시하였다.
성능/효과
- 3. 0.2, 0.1 ng/L로 조사되어 T-P성분은 부레옥잠에 의하여 효과적으로 제거되는 것으로 조사되었으며, 부레옥잠 kg당 T-P의 제거정도를 재배밀도 3 kg/㎡ 그리고 재배기간 30일을 기준으로 산정한 결과 8.6 mg T-P/kg . day로 계산되어, 인의 제게에도 부레옥잠이 효과적인 것으로 조사되었다.
- 1. 부레옥잠을 이용한 생활하수의 처리에 적합한 재배밀도는 수처리에 악영향을 미치는 조류의 성장이 없이 BOD, T-N 및 T-P의 제거효율이 우수한 3 kg/㎡가 적합한 것으로 조사되 었다.
- 2. 부레옥잠의 재배 초기밀도를 3 kg/㎡로 하고, 재배기간을 30일로 하였을 경우 부레옥잠 kg당 BOD, T-N 및 T-P의 제거량을 산출한 결과 각각 267.2 mg BOD/kg . day, 72 mg T-N/kg - day 그리고 8.
- 3. 부레옥잠의 재배밀도를 3 kg/㎡로 일정하게 유지하면서 수리학적 체류시간의 변화에 따른 수처리 효율을 분석한 결과 9일이 적합한 것으로 조사되었으며, 수리학적 처류시간 9일을 기준으로 BOD는 75%, T-N는 88% 그리고 T-P는 97%가 제거된 것으로 조사되었다.
- 6 mg T-P/kg . day로 계산되어, 인의 제게에도 부레옥잠이 효과적인 것으로 조사되었다.
- 그리고 2 kg/㎡의 재배밀도에서는 1 kg/㎡에서와 유사한 경향을 보였으며, 재배기간 30일을 기준으로 약 70%의 BOD가 제거된 것으로 나타났으며, 이는 부레옥잠의 뿌리에 부착되거나 혹은 재배조내의 호기성 미생물에 의하여 BOD성분이 제거된 것으로 판단된다.
- 그리고 BOD제거 효율이 가장 우수한 3 kg/㎡ 의 재배밀도에서 30일간의 재배기간을 기준으로 부레옥잠 kg당 BOD제거량을 산출한 결과 267.2 mg BOD/kg·day로 계산되었다.
- 본 실험을 통하여 수처리에 영향을 주는 조류의 번식 없이 T-N을 적절히 제어하기 위한 최적 부레옥잠의 재배밀도는 3 kg/㎡로 조사되었으며, 이때 부레옥잠 kg당 T-N의 제거량을 재배기간 30일을 기준으로 계산하면 72 mg T-N/kg , day로 조사되었다. 이러한 결과는 생활하수 뿐만 아니라 호소 등의 부영양화 제어에 부레옥잠이 효과적으로 적용될 수 있음을 의미하는 것으로 판단되었다 부레옥잠의 재배밀도에 따른 T-P의 제거효율을 조사하기 위하여 초기 T-P의 농도가 5.
- 6 mg/L인 생활하수를 대상으로 실험을 실시한 결과 T-N의 제거 경향과 유사한 결과를 얻었다. 부레옥잠 재배밀도 1, 2 kg/nS의 경우 T-N의 경우와 같이 재배 기간 8일까지는 3, 4 kg/㎡의 재배밀도와 동일한정 도의 제거효율을 나타내었으나, 8일에서 14일까지는 농도가 증가한 후 서서히 농도가 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 T-N의 경우와 같이 재배기간 8일까지는 부레옥잠 재배조내 T-P 성분이 부레옥잠의 생육에 소비됨과 동시에 낮은 재배밀도에 따른 조류성장에 소비된 것으로 판단되며, 재배기간 8일에서 14일까지의 T-P성분의 증가는 광합성 차단에 따른 조류의 사멸로 T-P 성분의 방출의 결과로 판단되었다15).
- 부레옥잠 재배밀도에 따른 하수처리의 실험 결과 조류 발생의 억제, BOD성분의 제거 및 영양염류의 제거효율을 검토한 결과 적정 초기 재배밀도는 3 kg/㎡이 가장 적합한 것으로 조사되었다. 이러한 결과를 토대로 초기 부레옥잠 재배밀도를 3 kg/㎡ 로 일정하게 한 후 수리학적 체류시간을 3 day, 6 day, 9 day, 12 day로 달리한 4개의 부레옥잠 재배조를 대상으로 BOD, T-N 및 T-P의 제거 실험을 수행한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 부레옥잠의 재배기간 30일을 기준으로 3 kg/㎡ 에서는 약 80%의 BOD성분이 제거되었으며, 4 kg/㎡에서는 10일까지는 가장 높은 제거효율이 관측되었으나, 15일 이상에서는 현저히 제거효율이둔화되는 것으로 나타났으며, 이는 부레옥잠의 재배밀도가 높음에 따라 대기중 산소의 공급을 저해한 결과로 판단되었다.
- 7과 같은 결과를 얻었다. 부레옥잠의 재배밀도 1, 2 kg/㎡의 경우 재배기간 8일까지는 3, 4 kg/㎡의 재배밀도와 동일한 정도의 제거효율을 나타내었으나, 8일에서 14일까지는 농도가 증가한 후 서서히 농도가 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 재배기간 8일까지는 부레옥잠 재배조내 T-N성분이 부레옥잠의 생육에 소비됨과 동시에 낮은 재배밀도에 따른 태양광의 침투에 의해 조류성장에 소요된 것으로 판단되며, 재배 기간 8일에서 14일까지의 T-N성분의 증가는 부레옥잠의 성장에 따른 광합성의 차단으로 조류의 사멸에 따라 T-N성분의 방출에 기인된 결과로 판단되었다.
- 부레옥잠의 재배밀도 별 생활하수의 BOD 제거 경향을 조사한 결과 1 kg0㎡의 재배밀도에서는 재배 기간 15일까지 급격한 제거 경향을 보였는데, 이는 부레옥잠의 재배초기에 부레옥잠잎이 수표면을 완전히 덮지 못함으로서 재배조내의 용존산소에 의해 유기성 오염물질이 제거된 결과로 판단되며, 그 이상의 재배기간으로는 부레옥잠의 성장에 따른 수표면 차단에 따라 용존산소가 급격히 저하함으로서 BOD제거효율이 저하된 결과로 판단되었으며, 재배기간 30일을 기준으로 약 62%의 BOD 가 제거된 것으로 조사되었다.
- 생활하수의 초기 용존산소는 3.0 mg/L로 조사되었으며, 재배기간 8일까지는 재배밀도가 낮을 수록 용존산소 농도는 상승하는 것으로 나타났다.
- 4에서 보는바와 같이 재배기간 8일째 pH가 최대치를 나타내는 것으로 조사되었으며, 재배밀도가 낮을수록 pH상승이 큰 것으로 조사되었다. 이러한 결과 또한 재배조내의 조류 성장에 의해 수중의 CO2소비에 기인된 결과로 판단되었으며, 재배 기간 8일 이후부터 pH가 서서히 낮아지는 것으로 나타났다. 특히 재배기간 20일 이후부터는 pH 하강 폭이 현저히 감소하는 것으로 조사되었으며, 이는 20일의 부레옥잠 재배기간으로 부레옥잠 이수 표면을 대부분 덮는 것으로 나타났으며, 이는 광합성작용을 차단함에 따라 조류의 CO2 소비가 감소됨과 동시에 재배조 내에서 하수 중 유기성 오염물질들이 호기성 미생물에 의해 분해되는 과정에서 수중의 CO2농도가 증가한 결과로 판단되었다.
- 이러한 결과는 부레옥잠 재배조 내의 조류성장에 기인된 결과로 판단되었으며, 재배기간 20일 이후에는 거의 일정한 농도로 유지되는 것으로 나타났는데, 이는 부레옥잠의 성장에 따라 조류의 광합성이 이루어지지 않고 있음을 의미함과 동시에 조류의 제어가 이루어진 것으로 판단되었다. 특히 재배밀도를 4 kg/㎡로 유지하였을 경우 용존산소의 증가 없이 점차적 감소되는 경향을 보였다.
- 이러한 결과는 생활하수 뿐만 아니라 호소 등의 부영양화 제어에 부레옥잠이 효과적으로 적용될 수 있음을 의미하는 것으로 판단되었다 부레옥잠의 재배밀도에 따른 T-P의 제거효율을 조사하기 위하여 초기 T-P의 농도가 5.6 mg/L인 생활하수를 대상으로 실험을 실시한 결과 T-N의 제거 경향과 유사한 결과를 얻었다. 부레옥잠 재배밀도 1, 2 kg/nS의 경우 T-N의 경우와 같이 재배 기간 8일까지는 3, 4 kg/㎡의 재배밀도와 동일한정 도의 제거효율을 나타내었으나, 8일에서 14일까지는 농도가 증가한 후 서서히 농도가 감소하는 것으로 나타났다.
- 이러한 결과를 미루어 볼 때 재배기간 20일 이상에서는 용존산소가 2 mg/L이하로 조사되어 부레옥잠재배 조 내의 호기성 미생물에 의한 유기오염물질의 제거를 위해서는 포기(Aeration)의 필요성이 절실히 요구되는 것으로 판단되었다.
- 이러한 결과를 토대로 부레옥잠을 이용한 생활하수의 BOD성분 제거시 초기 재배밀도 3 kg/㎡o] 최적 재배밀도인 것으로 조사되었다.
- 체류시간 9일을 기준으로 BOD는 75%, T-N는 88% 그리고 T-P는 97%가 제거된 것으로 조사되었으며, 그 이상의 체류시간에서는 단지 경미한 제거효율의 상승만이 관측되어 부레옥잠을 이용한 생활하수의 처리에 적합한 수리학적 체류시간은 9 일로 조사되었다.
- 9와 같은 결과를 얻었다. 체류시간을 9일로 하였을 경우 12일과 거의 유사한 정도의 제거효율을 보였으나, 6일 이하에서는 제거효율의 현저한 저하가 관측되었다.
- 특히 부레옥잠의 재배밀도를 3 kg/㎡ 이상으로유지하였을 경우 재배기간 중 SS의 증가 없이 미량 제거된 것으로 조사되었으나, 재배밀도를 2 kg/㎡이하로 유지하였을 경우 재배기간 4-8일 사이에 높은 SS의 증가가 관측되었으며, 10일 이후. 부터 급격한 SS의 감소가 나타났다.
- 이러한 결과 또한 재배조내의 조류 성장에 의해 수중의 CO2소비에 기인된 결과로 판단되었으며, 재배 기간 8일 이후부터 pH가 서서히 낮아지는 것으로 나타났다. 특히 재배기간 20일 이후부터는 pH 하강 폭이 현저히 감소하는 것으로 조사되었으며, 이는 20일의 부레옥잠 재배기간으로 부레옥잠 이수 표면을 대부분 덮는 것으로 나타났으며, 이는 광합성작용을 차단함에 따라 조류의 CO2 소비가 감소됨과 동시에 재배조 내에서 하수 중 유기성 오염물질들이 호기성 미생물에 의해 분해되는 과정에서 수중의 CO2농도가 증가한 결과로 판단되었다. 재배기간 30일을 기준으로 재배밀도 1 kg/㎡ 에서는 7.
후속연구
- day로 조사되었다. 이러한 결과는 부레옥잠이 생활하수처리뿐 아니라 호소 등의 부영양화 제어에 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.
- 실험을 실시하였다. 이러한 연구 결과는 수생식물을 이용한 생활하수처리의 기초적 자료로 활용도가 클 것으로 판단된다.
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