선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 COD, TN, TP, SS, chlorophyll-a 와 같은 일반 수질항목의 분석과 더불어 저질의 개선 효과를 검증하기 위한 SOD, 저질용출 실험을 병행하여 수중폭기 및 미세기포 발생이 가능한 산소용해장치(Oxygen solubilization device)를 통한 수체 전반적인 수질 개선 효과를 분석해 보고자 한다.
- 본 연구에서는 서울시립대학교 소재 연못을 대상으로 COD, TN, TP, SS, chlorophyll-a와 같은 일반 수질항목의 분석과 더불어 저질의 개선효과를 검증하기 위한 SOD, 저질용출 실험을 병행하여 수중폭기 및 미세기포 발생이 가능한 산소용해장치(Oxygen solubilization device)를 통한 수체 전반적인 수질 개선 효과를 분석해 보았다.
제안 방법
- 시료는 파일럿 플랜트의 실험구와 대조구의 저니를 채취하여 반응조 바닥에 5cm 깔고, 각각 현장수를 여과하여 포기시킨 후 사용하였다. DO 농도는 반응조 바닥으로부터 5cm 상부에 위치한 곳에 유출관을 DO미터(YSI 2100)와 연결하여 6~10 hr 동안 연속 측정하였다.
- SOD는 실험구와 대조구에서 시간에 따른 용존산소 소모량(mg·L–1·d–1)을 연속적으로 측정함으로써 현장수의 부피와 반응조의 단면적을 이용하여 아래와 같은 방법으로 산출하였다.
- 78mg/L에서 실험을 시작하였다. 반응조는 아크릴로 가로, 세로, 높이가 각각 0.3m로 제작하였으며 저니는 지름이 5mm인 스테인레스 체(sieve)로 걸러 입자가 큰 불순물을 제거하여 PO4- P, NO3-N, NH3-N, Fe2+의 각각 초기농도를 측정한 후 1~2일 간격으로 20일 동안 측정하여 단위면적당 흡착 및 용출정도를 화학적 반응에 의한 플럭스로 산출하였다.
- 산소용해수 발생장치에 의한 시간별 저니의 자정력 복원정도를 조사하기 위하여 SOD 및 유기물 함량을 비교 분석하였다.
- 서울시립대학교 소재 연못을 대상으로 pH 7~8로 정하고 온도는 18~20℃에서 DO를 실험구는 8mg/L로 산소용해장치를 이용하면서 유지하였고 대조구는 성층화시 저층의 조건으로 유지하기 위하여 질소가스를 이용하여 탈기시킨 후 0.78mg/L에서 실험을 시작하였다. 반응조는 아크릴로 가로, 세로, 높이가 각각 0.
- 저니 내의 중금속 농도, 저니 표면의 미생물의 활동 및 입도분포도는 흡착 및 용출의 중요한 원인이 되기도 하는데, 이를 위해 인과 유기물의 용출을 확인하기 위한 시스템을 구성하여, 실험을 실시하였다.
- 코어를 이용하여 실험구와 자연상태의 대조구의 저니를 각각 5곳을 무작위로 채취한 시료를 일정한 비로 혼합하여 SOD를 측정하였다.
대상 데이터
- SOD 실험은 2004년 3월부터 서울시립대학교 소재 연못에 산소용해장치를 가동한 후, 저니의 산소요구량(SOD)을 파악하기 위하여 8, 9, 10월 3개월간 산소용해장치를 운전한 실험구와 자연상태의 대조구의 저니에 대하여 코어를 이용하여 각각 5곳을 무작위로 선택하여 채취하였다.
- 사용된 산소용해수 발생장치(OSD)는 시간당 8m3/hr, HRT는 63hr, 연못은 양방향으로 수체의 이동이 없도록 펜스를 설치한 후 장치를 설치한 실험구와 원 상태로 유지시킨 대조구로 분리하였다. 본 연구에 사용된 연못은 물의 유입과 유출은 없으며 강수와 증발에 의해서만 이루어지는 상태로 1,000m3 이상으로 유입량이 증가할 경우 맨홀로 자동 유출되어 배출되는 구조를 가지고 있다.
- 9m이었다. 사용된 산소용해수 발생장치(OSD)는 시간당 8m3/hr, HRT는 63hr, 연못은 양방향으로 수체의 이동이 없도록 펜스를 설치한 후 장치를 설치한 실험구와 원 상태로 유지시킨 대조구로 분리하였다. 본 연구에 사용된 연못은 물의 유입과 유출은 없으며 강수와 증발에 의해서만 이루어지는 상태로 1,000m3 이상으로 유입량이 증가할 경우 맨홀로 자동 유출되어 배출되는 구조를 가지고 있다.
- 4L였다. 시료는 파일럿 플랜트의 실험구와 대조구의 저니를 채취하여 반응조 바닥에 5cm 깔고, 각각 현장수를 여과하여 포기시킨 후 사용하였다. DO 농도는 반응조 바닥으로부터 5cm 상부에 위치한 곳에 유출관을 DO미터(YSI 2100)와 연결하여 6~10 hr 동안 연속 측정하였다.
- 실험 대상 연못은 용적 1,000m3, 개방 면적 1,200 m3이며, 평균수심 0.8~0.9m이었다. 사용된 산소용해수 발생장치(OSD)는 시간당 8m3/hr, HRT는 63hr, 연못은 양방향으로 수체의 이동이 없도록 펜스를 설치한 후 장치를 설치한 실험구와 원 상태로 유지시킨 대조구로 분리하였다.
- 실험은 회분식 조건으로 실시하기 위하여 배양기는 아크릴로 제작였으며, 지름 8cm, 높이 34cm로 총 용량은 2.4L였다. 시료는 파일럿 플랜트의 실험구와 대조구의 저니를 채취하여 반응조 바닥에 5cm 깔고, 각각 현장수를 여과하여 포기시킨 후 사용하였다.
데이터처리
- 연못의 COD는 유기물 변화의 지표로서 사용되었고 실험은 3월부터 분석하기 시작하여 월 2회 시료를 채취하여 분석한 결과를 평균치로 나타내었다. Fig.
이론/모형
- 수질분석은 수질 오염 공정시험법과 Standard Methods에 준하여 이루어졌고, 세부 내용은 Table 2.2와 같은 방법으로 시료를 채취하여 분석을 수행하였다.
성능/효과
- 1) 저니의 SOD는 온도 및 저질에 함유된 유기물의 영향을 많이 받으나, 산소용해수를 운전한 실험구의 경우 계절적으로 큰 변화 없이 일반적으로 SOD가 상승하는 27°C에서 12.18gO2∙m–2∙d–1로 대조구의 16°C에서의 21.23gO2∙m–2∙d–1의 50% 정도 수준으로 나타나 산소용해수를 가동한 연못의 SOD가 3~4배정도 줄어든 것을 확인할 수 있었다.
- 2) 저니의 유기물 함량이 운전 시간이 증가할수록 저감되어 유기물 분해에 의한 산소 소비량을 감소시켜 저니가 산소 용해수로 인하여 자정력이 향상됨을 확인하였다.
- 20일 동안 날짜별로 P와 Fe의 농도를 측정하여 도시한 결과 P와 Fe의 용출은 DO농도에 많은 영향을 받음을 알 수 있었다. 단위시간에 대한 단위 면적당 용출량은 질소가스로 탈기시킨 무산소 조건의 경우가 산소용해수를 주입한 경우보다 P과 Fe이 각각 약 4배와 3배 높은 용출량을 보였다(Table 3.
- 3) 인과 철의 용출은 DO농도에 많은 영향을 받고, 무산소조건의 경우 단위시간에 대한 단위 면적당 용출량이 산소용해수를 주입한 경우보다 인과 철이 각각 4배와 3배 정도 높은 용출량을 보이며, 이때 저질의 P와 Fe의 농도는 초기 582mgP/kg sediment와 176 mgFe/kg sediment에서 반응이 종료된 20일 후 실험구의 경우 357mgP/kg sediment와 91mgFe/kg sediment, 대조구의 경우 12mgP/kg sediment와 8mgFe/kg sediment로 낮아져 무산소 조건에서 용출량과 속도가 호기조건보다 높음을 확인 할 수 있었다.
- 4) 수질 변화에서 COD는 대조구에 비하여 8~20%, TN은 10~20%, TP 40% 내외로 감소하였고, 특히 저질의 건조 중량 무게 당 인농도가 284mg/Kg 에서 306mg/Kg으로 증가한 결과가 이를 입증하여 주었다. SS는 대조구와 차이가 거의 없었으나 조류 (algae)는 평균 40% 감소하였다.
- 5) 부영양화 지표중 하나인 N/P 비는 실험구의 저질 내 인 흡착에 의한 농도 감소로 20 이상으로 인이 제한 조건이 되었고 대조구는 16을 연중 유지하여 부영양화 상태였다.
- Chlorophyll-a의 농도는 전체적으로 실험구에서 낮은 농도로 관찰되었고, N/P ratio가 과영양화 상태에서 인이 제한 요인으로 작용한 부문은 대조구에 비해 50% 내외로 감소하였다.
- SOD는 유기물 함량이 증가할수록, 온도가 증가할 수록 증가하는 경향을 보였다(Table 3.1). 유기물 함량은 탄소 함량(%, Carbon contents)로 나타내었으며, 저질의 일부를 110℃에서 건조 후 550℃로 태워 무게차를 이용하여 다음 식으로 계산 하였다.
- , 1988). SOD와 영양염 용출에 관한 실험 결과에 의하면 SOD는 온도의 상승에 따라 직선적으로 증가하고, 저질에서 영양염 용출은 호기/빈산소 조건, 온도, 유기물의 함량에 따라 영향을 받으며, NH4+와 SiO2는 용존산소와 관계없이 용출이 일어나지만, 25℃ 이상에서 PO43–는 빈산소 조건에서 용출량이 많고, 호기조건에서는 적은 것으로 나타났다. 또한 NH4+, SiO2와 PO43–는 온도증가에 지수적으로 늘어난 반면, NO3–는 무산소에서 호기 상태보다 흡수가 빠르고 온도의 증가에 비례하는 것으로 나타났다(정과 조, 2003).
- 앞에서 실험한 결과를 토대로 분석해 보면 산소용해수는 저층뿐만 아니라 전 수체에 용존산소를 공급함과 동시에 저층의 유기물을 이산화탄소로 산화시켜 유기물 함유량을 저감시킴으로써 저질에서의 SOD를 감소시켜 포화상태에 가까운 용존 산소 농도의 유지가 가능하였다. pH는 영양염류 및 미량원소를 용출시키는 주된 원인이 되기 때문에 가능한 한 pH 7의 중성 부근에서 유지하고 충분한 상태의 용존 산소 농도를 유지함으로써 인산과 철 등의 영양염류 용출을 억제한 결과 Fig. 3.4에 나타난 바와 같이 chlorophyll-a 농도는 실험구에서 보다 낮게 나타났고, Fig. 3.5와 같이 조류의 생육에 저해를 받아 성장이 억제된 것으로 판단된다.
- 20일 동안 날짜별로 P와 Fe의 농도를 측정하여 도시한 결과 P와 Fe의 용출은 DO농도에 많은 영향을 받음을 알 수 있었다. 단위시간에 대한 단위 면적당 용출량은 질소가스로 탈기시킨 무산소 조건의 경우가 산소용해수를 주입한 경우보다 P과 Fe이 각각 약 4배와 3배 높은 용출량을 보였다(Table 3.2).
- 대조구의 경우 계절적인 요인에 따른 온도 상승으로 유기물 함량은 증가되었고, 그에 따른 SOD는 높게 나타났음에도 불구하고 산소용해수 장치를 가동한 실험구의 경우 일정한 경향이 나타나지 않았으며, 그 변화량도 0.5% 내외로서 온도의 영향은 인지하기 어려웠다. 저니에서의 온도에 의한 영향도 배제할 수 없으므로 그에 따른 추가의 연구가 필요하다.
- 본 연구에 적용된 연못은 일반적인 연못에 비하여 수중에 부유물질이 많아 30NTU 이상의 비교적 높은 탁도를 유지하고 있는 것으로 나타났는데, 이는 수심이 낮은 상태에서의 분수의 가동이 저질층을 교란시켜 미세입자의 점토질과 콜로이드성 입자의 부상을 유발시켰기 때문으로 판단된다. 계절적인 요인으로서 하절기에 증가하는 경향은 3.
- 조류의 생체량에 대한 지표로 사용되는 chlorophyll-a는 N/P 비율에 따라 성장에 영향을 받는데, 일반적으로 조류의 성장에 대한 N/P 비율은 8~16 또는 8~21가 최적 조건으로 알려져 있다. 본 연구에서 OSD 장치를 사용한 실험구의 초기 N/P 비는 평균 12로 조류의 성장 적정조건이었으나, 산소용해장치 가동한 3개월 후에는 20 이상으로 인이 제한 요인으로 작용할 수 있는 조건이 되었다.
- 앞에서 실험한 결과를 토대로 분석해 보면 산소용해수는 저층뿐만 아니라 전 수체에 용존산소를 공급함과 동시에 저층의 유기물을 이산화탄소로 산화시켜 유기물 함유량을 저감시킴으로써 저질에서의 SOD를 감소시켜 포화상태에 가까운 용존 산소 농도의 유지가 가능하였다. pH는 영양염류 및 미량원소를 용출시키는 주된 원인이 되기 때문에 가능한 한 pH 7의 중성 부근에서 유지하고 충분한 상태의 용존 산소 농도를 유지함으로써 인산과 철 등의 영양염류 용출을 억제한 결과 Fig.
- 저니에서의 온도에 의한 영향도 배제할 수 없으므로 그에 따른 추가의 연구가 필요하다. 여름철에는 저층의 산소고갈로 영양염류 용출이 초래 할 수 있으나, Table 3.1을 보면 산소용해수의 운전이 호소 저니의 유기물 함량을 평균 75% 저감시켜 유기물 분해에 소모되는 산소 소비량이 감소하는 것으로 나타나 산소 용해수로 인하여 저니의 자정력이 향상되고 있음을 알 수 있었다.
- 저니의 산소소모량은 온도의 변화에 따라 민감하게 반응하여 산소용해수 발생장치를 가동한 연못에서의 산소소모량이 3~4배 정도 줄어든 것을 확인할 수 있었다.
- 초기 저질의 P와 Fe의 농도는 582mgP/kg sediment 와 176mgFe/kg sediment였으나 반응이 종료된 20일 후의 농도는 실험구의 경우 357mgP/kg sediment와 91 mgFe/kg sediment, 대조구의 경우 12mgP/kg sediment와 8mgFe/kg sediment로 낮아져 무산소 조건에서 용출량과 속도가 호기조건보다 높음을 확인 할 수 있었다.
- 탄소 함량과 SOD관계를 OSD 장치 실험조건과 대조조건을 비교하여 도시한 결과, 탄소함량이 증가할 수록 SOD는 비례적으로 증가함을 알 수 있었으며, OSD 장치를 이용 시에서는 R2 = 0.952로 나타났고, 대조구에서는 R2 = 0.916으로 나타났다. 또한 2003년 조 등의 연구내용의 온도와 SOD를 Fig.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.