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하천 수질정화를 위한 실험실 규모 다단식 토양여과 시스템에서 오염물질 제거에 미치는 운전인자의 영향
Effects of Operation Parameters on Pollutants Removal in a Lab-Scale Multi-Layered Soil Filtration System 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.34 no.2, 2012년, pp.91 - 96  

원세연 (한국과학기술연구원 물자원순환연구단) ,  기동원 (아리조나주립대학교 토목환경공학과) ,  윤민혁 (한국과학기술연구원 물자원순환연구단) ,  맹승규 (세종대학교 건설환경공학과) ,  안규홍 (한국과학기술연구원 물자원순환연구단) ,  박준홍 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ,  송경근 (한국과학기술연구원 물자원순환연구단)

초록
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본 연구에서는 하천의 수질오염물질을 처리하는 다단식 토양여과 시스템의 주요 운전인자인 여재 충전깊이, 선속도 및 연속 또는 간헐운전이 오염물질의 제거에 미치는 영향을 살펴보았다. 여재 충전깊이의 증가는 오염물질과 여재와의 접촉시간을 증가시켜 모든 항목의 제거효율을 증가시키는 역할을 하였다. 특히 물리화학적 제거에 기인하는 TP와 $NH_4$-N 항목의 제거효율이 상부의 생물학적 활성층에서의 제거에만 주로 기인하는 COD에 비하여 더 큰 증가를 보였다. 한편 선속도의 증가는 여재 내에서의 체류시간을 감소시키는 역할을 함에 따라 전반적인 제거효율의 저하를 가져왔으며, 특히 전체 여재층에 걸친 접촉시간에 영향을 받는 TP와 $NH_4$-N 항목에 비하여 표층부의 생물학적 제거에만 기인하는 COD의 경우는 상대적으로 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서 오염물질의 효율적인 제거를 위해서는 체류시간을 증가시키는 방향으로 운전인자들을 조절하는 것이 중요할 것으로 판단된다. 연속운전과 간헐운전으로 운전방법을 달리하는 것은 모든 항목에서 큰 영향을 미치지는 않았으나, 안정적 운전을 위해서는 생물학적 조건의 유지와 막힘 현상의 가속화 등을 고려할 필요가 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study we investigated the effects of operational parameters of a multi-layered soil filtration (filter depth, filtration velocity, and continuous/intermittent operation) on removal of pollutants in river water. As filter depth increased removal of all the pollutants (COD, TP, TN, and $N...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 앞에서 살펴 본 영향인자인 충전깊이 외에도 다단식 토양 여과 시스템의 오염물질 제거에 영향을 미치는 중요한 영향 인자의 하나는 선속도이다. 따라서 본 절에서는 중요한 영향인자의 하나인 선속도가 오염물질의 제거에 미치는 영향을 살펴보았다. Fig.
  • 다단식 토양여과 시스템의 운전에 있어서 연속적인 운전을 하는 경우 지속적인 유기물의 공급은 토양여과층에서의 미생물의 활동을 활성화시켜 생물학적 clogging 현상을 유발할 수 있을 뿐만 아니라 미생물 활동의 활성화로 산소공급 등에 영향을 미쳐서 오염물질의 제거에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 연속운전과 간헐운전으로 운전방법을 달리하였을 때의 오염물질의 제거 특성을 살펴보았다. Fig.
  • 본 연구에서는 다단식 토양여과 시스템의 영향인자 중 중요한 인자인 선속도와 충전깊이 그리고 연속 및 간헐운전의 변화가 오염물질의 제거에 미치는 영향을 살펴보았다. 이를 위하여 본 연구에서는 운전조건을 Table 2와 같이 변화시키며 실험을 진행하였다.
  • 본 연구의 목적은 다단의 토양층을 이용하여 수질오염물질을 처리하는 다단식 토양여과 시스템에서 오염물질의 제거에 미치는 중요한 운전인자들의 영향을 살펴봄으로서 다단식 토양여과의 설계 및 운전에 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우리나라의 하천수질이 과거에 비해 많이 개선된 이유는 무엇인가? 수질규제의 강화와 하수처리장과 같은 환경기초시설의 꾸준한 확충으로 우리나라의 하천수질이 과거에 비하여 많이 개선되고 있다. 그러나 그동안 추진하여 온 점오염원 중심의 하천수질관리 만으로는 한계를 보이고 있어, 비점오염원에 대한 오염관리가 매우 중요한 문제로 대두되고 있다.
여재 충전깊이의 증가의 역할은 무엇인가? 본 연구에서는 하천의 수질오염물질을 처리하는 다단식 토양여과 시스템의 주요 운전인자인 여재 충전깊이, 선속도 및 연속 또는 간헐운전이 오염물질의 제거에 미치는 영향을 살펴보았다. 여재 충전깊이의 증가는 오염물질과 여재와의 접촉시간을 증가시켜 모든 항목의 제거효율을 증가시키는 역할을 하였다. 특히 물리화학적 제거에 기인하는 TP와 $NH_4$-N 항목의 제거효율이 상부의 생물학적 활성층에서의 제거에만 주로 기인하는 COD에 비하여 더 큰 증가를 보였다.
토양을 주요 정화재료로 활용하는 자연친화적인 수질정화 기술 중, 다단식 토양여과 기술의 목적은 무엇인가? 3~6) 이러한 자연친화적인 기술 중에서 토양여과는 하천변에 잘 발달되어 있는 홍수터의 토양층을 이용하여 하천수질을 정화하고자 하는 것으로서4,7,8) 자연적인 토양층을 이용할 뿐만 아니라 적극적으로 표층토양을 치환하거나 적절한 자연친화적인 여재를 대체하여 사용함으로써 처리효율과 처리속도를 증가시킬 수 있다.9) 이러한 토양여과의 처리용량 증대 및 처리효율 개선을 목적으로 시도하고 있는 방법이 다단식 토양여과 기술이다.10~12) 다단식 토양여과란 혼합토양층과 투수층(permeable layer)이 연속적으로 여러 단으로 구성되어 있는데, 혼합토양층은 토양과 다양한 기능성 첨가물질들을 섞어서 벽돌모양으로 만들어져 구성되어 있는 층을 말한다.
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참고문헌 (18)

  1. 환경부, "자연형 하천수질 정화기술 개발,"(2004). 

  2. 신창민, 최지용, 박철휘, "도시지역에서의 토지이용별 비점오염물질 유출특성," 대한환경공학회지, 26(7), 729-735 (2004). 

  3. Uhl, M. and Dittmer, U., "Constructed wetlands for CSO treatment: an overview of practice and research in Germany," Water Sci. Technol., 51(9), 23-30(2005). 

  4. Chung, J.-B., Kim, S.-H., Jeong, B.-R. and Lee, Y.-D., "Removal of organic matter and nitrogen from river water in a model floodplain," J. Environ. Qual., 33, 1017-1023(2004). 

  5. 손대희, 정윤철, 신정훈, 정진영, 안대희, "다단토양층을 이용한 하수처리에 관한 연구," 한국물환경학회지, 20(3), 215- 222(2004). 

  6. 안규홍, 손동빈, 김승현, "하상여과 모형에서 유기물과 질소의 제거," 대한환경공학회지, 27(5), 525-534(2005). 

  7. 김호석, 김승현, "홍수터여과에서 원수공급체계의 설계요소에 대한 실험연구," 대한환경공학회지, 31(11), 957-964 (2009). 

  8. 하현수, 김상태, 김승현, 정종배, 정병룡, 이영득, 엄진석, 지승환, "홍수터 여과 모형을 이용한 하천수중의 유기물과 질소 제거," 한국응용생명화학회지, 45(2), 84-91(2002). 

  9. 기동원, 조강우, 원세연, 송경근, 안규홍, "하천수질정화용 토양여과의 여과용량 증대와 수질 개선을 위한 친환경 여재 특성비교," 상하수도학회지, 24(4), 453-462(2010). 

  10. Chen, X., Luo, A. C., Sato, K., Wakatsuki, T. and Masunaga, T., "An introduction of a multi-soil-layering system: a novel green technology for wastewater treatment in rural areas," Water and Environ. J., 23(4), 255-262(2009) 

  11. Sato, K., Masunaga, T. and Wakatsuki, T., "Water Movement Characteristics in a Multi-Soil-Layering System," Soil Science and Plant Nutrition, 51(1), 75-82(2005) 

  12. APHA, AWWA and WPCF, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th. Ed., APHA, Washington, D.C.(1998) 

  13. Bunsri, T., Sivakumar, M. and Hagare, D., "Numerical modelling of tracer transport in unsaturated porous media," J. of Applied Fluid Mechanics, 1(1), 62-70(2008). 

  14. 김승현, 정종배, 하현수, Prasher, O. S., "불포화 사질토양을 이용한 도시하수의 3차처리," 한국환경농학회지, 22(2), 111- 117(2003). 

  15. Kim, S. H. and Corapcioglu, M. Y., "A kinetic approach to modeling mobile bacteria facilitated groundwater contaminant transport," Water Resour. Res., 32, 321-331(1996). 

  16. Chen, X., Sato, K., Wakatsuki, T. and Masunaga, T., "Effect of structural difference on wastewater treatment efficiency in multi-soil-layering systems: Relationship between soil mixture block size and removal efficiency of selected contaiminants," Soil Sci. and Plant Nutrition, 53, 206-214(2007). 

  17. Masunaga, T., Sato, K., Wakatsuki, T., Zennami, T., Fujii, S. and Wakatsuki, T., "Direct treatment of polluted river water by the multi-soil-layering method," J. Water and Environ. Technol., 1(1), 97-104(2003). 

  18. Chi, N., Dong, B. and Liao Y., "Advanced phosphate removal by adsorption onto activated alum pocelain in simulation water," Bioinformatics and Biomedical Engineering (iCBBE), 4th International Conference on, 1-4, (2010). 

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