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문제 정의
- 건설중인 터널 건설사업에 적용하는데 다소 어려움이 따른다. 따라서, 본 연구에서는 터널 세척폐수의 효과적인 관리방안을 구축하기 위한 기초연구로 터널 세척폐수의 발생현황과 이를 처리하기 위한 기본적인 방법과 그에 대한 처리효율에 대해 자료를 획득, 제공하고자 한다.
- 본 연구에서는 서울 시내에 위치한 A, B, C 터널세 곳을 조사지 점으로 선정하여 , 각 터널의 세척작업 시 발생되는 실제 터널 세척폐수를 채취하여 터널 세척폐수의 배출성상을 알아보았고, 이를 처리하기 위한 방법으로 침전.분리 및 흡착방식을 이용한 저감효율 및 적용 타당성 에 대해 검토하였다.
- 방법으로 침전.분리 및 흡착방식을 이용한 저감효율 및 적용 타당성 에 대해 검토하였다.
가설 설정
- 한편, 터널 세척폐수의 발생유량은 세척폐수가이송되는 배수구조물 상에서 유량즉정을 수행하고자했으나, 배수구조물 내 다량의 분진 및 침사물이 적체되어 그 적용이 어려웠다. 따라서, 본 연구에서는세척작업 시 소요된 세척용량(터널 세척시의 살수량과 폐수발생량이 동일하다는 가정)을 이용하여 , 이를 작업시간, 이동거 리를 기준으로 환산하였다.
- 발생하는 부하량을 산정 할 수 있다. 우선, 계절별 특성 , 세척빈도, 작업방법 등 다양한 요소들을 감안하여, 발생부하량을 산정해야 하나, 본 연구에서는 상기 한 조건들이 동일하다는 가정 에 의해 산정하였음을 미리 밝혀 둔다(서울 시내 터널의 경우 전술한 바와 같이 연 6회 터널 세척을 실시함).
제안 방법
- 수행하였다. GAC 소재의 흡착효율은 제조사에 따라 일부 차이가 있는 것으로 드러났으나, 차후 범용적인 적용을 위하여 각 제조사별 효율 차이에 초점을 두기 보다는 사용 소재인 GAC 자체의 전반적인 제거효율을 범위로서 표시하여 GAC 소재의 터널 세척폐수 내 오염원흡착능력 평가를 실시하였다.
- 흡착실험은 정해진 GAC 투입량(1, 3, 5, 10, 20, 50,100, 200g)을 시료 U와 함께 비이커 (2 n에 넣어서 jartestei로 혼합 교반하여 실시하였다. 교반 속도는 200rpm으로 온도 및 pH의 변화를 관찰하며 3시간 동안 수행하였다. 교반 시작과 종료 시에는 일정량(50ml)의 시료를 샘플링하여 0.
- 교반 속도는 200rpm으로 온도 및 pH의 변화를 관찰하며 3시간 동안 수행하였다. 교반 시작과 종료 시에는 일정량(50ml)의 시료를 샘플링하여 0.45㎛의 필터로필터 작업을 거친 뒤 CODm T-N, Zn, Cu, Mn, Mg, Phenol, CN 등의 항목에 대하여 분석을 실시하였다. CODm T-N, Phenol, CN 분석은 수질오염 공정시험법(환경부, 1999)과 Standard Method(APHA, 1998)에 준하여 분석하였다.
- 내집수.배수 구조물인 U형 수로상에서 채취한 방법으로 채취방법에 따라 표 2와 같이 뚜렷한 오염물 성상차이를 확인할 수 있다(채취방법론의 차이에 따라크게 그룹 I (터널 A)과 그룹 II (터널 B, C) 2개 그룹으로분류됨).
- 분리 및 흡착에 따른 터널 세척폐수 내 오염원의 저감 현상을 분석하기 위하여 , 전체 조사지점 중 시료의 양과 농도가 확보된 터널 C의 세척폐수 여분을 혼합하여 시료를 제작하였다.
- 터널 세척폐수의 시료 채취는 주변 방해물질이 포함되지 않은 세척수만을 수집하기 위하여, 세척작업이 진행되는 동안 동일한 동선으로 이동하면서, 미리 준비된 수집통을 내벽에 밀착하여, 원위치 (On-situ)에서 세척수를 바로 채취하였다(실제 배수 U형 트렌치에 상당량의 입자성 오염물질이 퇴적되어 u형 트렌치를 통한 시료채취가 어려운 실정임). 이 때, 채취한 시료는 터널 위치에 따른 특성을 무시하고, 구간별로 25 liter 용량의 물통에 보관하였고, 분석 시에는 이를 동일한 부피 비율로 희석하여(최종 composite 시료 구성), 각 터널별 세척폐수농도 및 오염물질 배출특성을 분석하였다. 터널 세척작업 시 , 수행된 채취방법은 그림 1과 같다.
- 입자성 오염물(SS)의 분리를 위하여 자연 중력침전을 수행하였으며, 이때 침전에 의한 오염물질별 제거효율(입자성 물질에 부착되어 있는 성분)은 아래 그림 2와 같이 표현하였다. 유기오염물을 나타내는 CODCr 는 약 80%, 영양염류를 나타내는 T-N, T-P는 각각 30, 90% 제거되었다.
- 입자성 오염물의 분리작업이 끝난 시료에 대하여 연속적으로 GAC 소재(제조사별 석탄계 1제품, 총 3 개 제품)를 이용한 흡착실험을 수행하였다. 흡착실험은 정해진 GAC 투입량(1, 3, 5, 10, 20, 50,100, 200g)을 시료 U와 함께 비이커 (2 n에 넣어서 jartestei로 혼합 교반하여 실시하였다.
- CODm T-N, Phenol, CN 분석은 수질오염 공정시험법(환경부, 1999)과 Standard Method(APHA, 1998)에 준하여 분석하였다. 중금속 항목인 Zn, Cu, Mn, Mg 분석은 StandardMethod에 의하여 전처리를 실시한 다음 유도분극플라즈마 원자발광광도계 (ICP, JobinYvon, Ultima2) 를 통하여 분석하였다.
- 채취된 시료는 실험실로 운반하여 C*, OD BOD5,부유물질(Suspended solid; SS), 총질소, 총인, 질소산화물(배기가스 농축 오염물질), 중금속, 페놀, 시안 등에 대하여 수질분석을 실시하였다. 각 분석은공정시험법 및 Standard Methods에 준하여 수행되었다.
- 터널 세척폐수 내의 용존상 오염원 제거방안의 하나로 GAC 소재를 이용한 흡착실험을 수행하였다. GAC 소재의 흡착효율은 제조사에 따라 일부 차이가 있는 것으로 드러났으나, 차후 범용적인 적용을 위하여 각 제조사별 효율 차이에 초점을 두기 보다는 사용 소재인 GAC 자체의 전반적인 제거효율을 범위로서 표시하여 GAC 소재의 터널 세척폐수 내 오염원흡착능력 평가를 실시하였다.
- 터널 세척폐수 저감을 처리시설 설계를 위한 기초자료 제공을 위해 앞서 측정된 개별 터널 세척폐수의 발현농도 및 발생유량을 바탕으로 각 터널의 오염항목별 부하량을 산정하였다.
- 터널 세척폐수의 배출 부하량은 교통량, 내벽 면적 등의 변수에 따라 결정될 것으로 판단된 바 이를 감안하여 조사지점을 선정하였다.
- 해당 시료는 상당량의 부유물질 성분을 내포하고있어, 흡착실험 시 이에 대한 영향을 최소화하기 위하여 24시간 동안 단순 중력침전을 수행하였다. 침전된 침전물의 부상을 최소화한 상태에서 상등액만을 분리하여 옮기는 방식으로 진행되었으며, 최종적인 분리효율은 단순 중력침전 전.
- 제품)를 이용한 흡착실험을 수행하였다. 흡착실험은 정해진 GAC 투입량(1, 3, 5, 10, 20, 50,100, 200g)을 시료 U와 함께 비이커 (2 n에 넣어서 jartestei로 혼합 교반하여 실시하였다. 교반 속도는 200rpm으로 온도 및 pH의 변화를 관찰하며 3시간 동안 수행하였다.
대상 데이터
- 본 조사연구에서 중점적으로 검토된 지역은 터널 B, C 지점으로 앞서 이야기 한 세척폐수 시료채취방법과 같이 수행하였으며, 터널 A의 경우, 터널 내집수.배수 구조물인 U형 수로상에서 채취한 방법으로 채취방법에 따라 표 2와 같이 뚜렷한 오염물 성상차이를 확인할 수 있다(채취방법론의 차이에 따라크게 그룹 I (터널 A)과 그룹 II (터널 B, C) 2개 그룹으로분류됨).
- 서울 중심에 위치한 터널 3개 지점을 선정하고, 터널 내벽 세척시 발생하는 터널 세척폐수에 대한 유량 /수질분석 및 오염원 저감을 위한 분리.흡착실험을수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 조사지점은 서울 중심부에 위치한 터널들로 조사기간 중, 유지관리가 잘되고 있는 A터널, B터널, C 터널, 총 3개 지점이 선정되었다. 각 지점들의 기본현황 및 특성은표 1에 제시되어 있다.
이론/모형
- 45㎛의 필터로필터 작업을 거친 뒤 CODm T-N, Zn, Cu, Mn, Mg, Phenol, CN 등의 항목에 대하여 분석을 실시하였다. CODm T-N, Phenol, CN 분석은 수질오염 공정시험법(환경부, 1999)과 Standard Method(APHA, 1998)에 준하여 분석하였다. 중금속 항목인 Zn, Cu, Mn, Mg 분석은 StandardMethod에 의하여 전처리를 실시한 다음 유도분극플라즈마 원자발광광도계 (ICP, JobinYvon, Ultima2) 를 통하여 분석하였다.
- 등에 대하여 수질분석을 실시하였다. 각 분석은공정시험법 및 Standard Methods에 준하여 수행되었다. 한편, 터널 세척폐수의 발생유량은 세척폐수가이송되는 배수구조물 상에서 유량즉정을 수행하고자했으나, 배수구조물 내 다량의 분진 및 침사물이 적체되어 그 적용이 어려웠다.
성능/효과
- 1. 터널 세척폐수의 발생량은 터널 연장 lm의 단위 길이 당 6.9 /로 나타났으며 , 서울 시내 평균 터널 연장인 585m 길이의 터널 세척을 가정할 경우 약 4ton 가량의 터널 세척폐수가 발생하는 것으로 나타났다.
- 2. 터널 세척폐수의 수질분석결과 고농도의 유기오염물 및 입자성 오염물질이 포함되어 있으며 미량유해물질도 다소 포함되어 있는 것으로 나타났다. 터널 세척폐수의 성상은 도로노면 유출수의 성상과 상당히 유사한 것으로 나타났으며, 이는 터널세척폐수와 도로노면 유출수 모두 오염원의 대부분이 차량 또는 도로노면상의 오염원에 기인하기 때문인 것으로 나타났다.
- 3. 중력침전을 이용한 분리실험(SS성분 제거) 결과,CODcr는 약 80%, 영양염류 T-N, T-P는 각각30, 90% 제거되어 단순 침전만으로 상당량의 오 염물을 제거할 수 있음을 확인하였으나, 일부 중금속 및 Phenol, CN 등은 용존상의 형태로 배출되어 제거되지 않는 것으로 나타났다.
- 4. GAC 소재를 이용한 흡착실험결과, 터널 세척폐수 μ에 대하여 GAC를 50g 투입하였을 때 가장 경제적으로 오염원을 제거할 수 있는 것으로 나타났으며, 이때의 CODcr, T-N, Zn, Cu, Mn, Phenol, CN 항목의 제거율은 모두 80% 이상으로 나타났다. 하지만 Mg 항목의 흡착 효율이 매우 낮아 20% 정도로 나타났다.
- 일부 중금속 및 기타 오염항목또한 미량 제거되었다. SS성분 제거만으로도 전체 오염물의 상당량을 차지하는 대부분의 유기오염물 및 영양염류를 제거할 수 있음이 밝혀졌으며, 터널 세척폐수 내 오염원 저감을 위하여서는 보다 효율적인 침전시설의 설계가 핵심요건일 것으로 판단되었다.
- 각 그룹 간 개별 오염항목의 농도를 비교한 결과, 터널 A의 분석결과 값이 터널 B, C 값에 비하여 상당히 높은 것을 볼 수 있다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 시료채취방법의 차이에서 비롯된 것으로, 터널 A의 경우, U형 수로 내에 기존에 누적/존치되어 있던 분진 오염물들이 함께 유출되어 상대적으로 터널 B, C 에 비하여 높게 나타난 것이다.
- 그림 3과 같이 GAC 투입량에 따른 오염원 제거율을 살펴본 결과 터널 세척폐수 H에 GAC를 50g 투입하였을 때까지는 개별 오염원의 제거율이 급격히 증가하나 50g 이상 투입 시부터는 제거율의 증가가 투입량 대비 매우 작은 것을 확인할 수 있었다. 또한 대체로 터널 세척폐수 1 /에 GAC를 50g 투입할 경우 대다수의 오염물질들이 80% 이상 제거됨을 확인하였다.
- 그러나, T-N 성분의 경우, 용존성 이 높은 물질들을 다량 포함하고있기 때문에 침전방법에 의해 해당성분을 제거하기에는 다소 어려움이 있다. 따라서, 효과적이고 종합적인 터널 세척폐수의 관리를 위해서는 침전 이외에용존상의 오염물질을 정화할 수 있는 방식이 병행 적용하는 것이 유용할 것으로 판단된다(비록 미량으로배출되나 높은 독성을 지니는 중금속 및 페놀, 시안등의 오염원 상당량이 용존되어 배출되는 배출특성을 나타내며, SS성분의 제거만으로 이러한 용존 형태의 오염물을 제거하기 어려움).
- 또한 대체로 터널 세척폐수 1 /에 GAC를 50g 투입할 경우 대다수의 오염물질들이 80% 이상 제거됨을 확인하였다. 따라서 가장 경제적인 GAC 소재의 투입량은 50g/1 정도로 판단된다.
- 6임을 감안 한다면, 실제 터널 세척폐수를 하수처리공법과 유사한 방법으로 처 리하는데 있어서 한계점 이 있을 것으로 판단된다. 또한, 터널 B, C만을 비교한 경우, 터널 C에서 오염물질 농도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있는데, 이는 통행량(총 배기가스 배출량 및 차량 부속마모에 따른 분진발생량과 상관됨), 세척주기, 터널 개보수 시점 (터널의 내구성 저하 측면), 터널 내벽의 도장 방법 (흡착정도에 영향)의 차이에서 비롯되는 것으로 추정된다(실제로 터널 C의 경우 터널 B에 비하여 일평균 통행량이 2배 이상이며, 개보수 시기도 훨씬 오래된 것으로 조사됨). 또한 이러한 결과는 도로 노면 유출수의 성상과 유사한 특성을 지니고 있음을 알 수가 있다(박상우 등, 2007).
- 수질 항목별로 검토하였을 경우, 유기 오염물의 간접적인 농도지표로 활용되는 CODcr, BOD5 중 CODCr 성분의 경우 매우 고농도로 배출되었음을 확인 할 수 있으며, 따라서, CODcr /BOD5 비율 또한매우 높다고 할 수 있다. 이는 하수처리장으로 유입되는 하수의 그것이 1.
- 같이 표현하였다. 유기오염물을 나타내는 CODCr 는 약 80%, 영양염류를 나타내는 T-N, T-P는 각각 30, 90% 제거되었다. 일부 중금속 및 기타 오염항목또한 미량 제거되었다.
- 중금속 항목의 경우 Zne 약 90%, Cu 와 Mne 약 80% 제거되는 것을 확인할 수 있었으나, Mg 항목만은 흡착 효율이 매우 낮아 약 20% 제거되 었다. 일부 제조사에 따라 GAC를 200g까지 투입할 경우 Mg의 제거율이 90% 가까이 증가하기도 하였으나 대체로 낮은 효율을 나타냈다. Phen이의 경우 최대 80%까지 비교적 많은 양이 제거되는 것을 볼 수 있었으며.
- 전반적으로 터널 폐수량을 종합해 보았을때, 평균적으로 약 6.9 liter/m의 세척수가 사용됨을추정하였다.
- 터널 세척폐수의 수질분석결과 고농도의 유기오염물 및 입자성 오염물질이 포함되어 있으며 미량유해물질도 다소 포함되어 있는 것으로 나타났다. 터널 세척폐수의 성상은 도로노면 유출수의 성상과 상당히 유사한 것으로 나타났으며, 이는 터널세척폐수와 도로노면 유출수 모두 오염원의 대부분이 차량 또는 도로노면상의 오염원에 기인하기 때문인 것으로 나타났다.
후속연구
- 있다. 보다 정밀한 연구결과를 확보하기 위해서는 추가적인 반복조사가 필요하나, 터널 세척폐수의 기초적인 배출 현황 제시를 위한 자료로는 충분할 것으로 판단된다.
- 따라서, 터널 폐수를 별다른 처리 없이 인근수계로 직배출하는 것은 수환경에 부정적인 결과를초래할 것이며, 이에 대한 효과적인 관리 방안이 제시 되어야 한다고 판단된다. 연간 오염항목별 부하량자료는 향후 터널 세척폐수 내 오염원 저감을 위한저감 시스템의 개발 시 시스템의 설계 및 유지관리주기 판단에 매우 유용한 자료로 활용될 수 있다.
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