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도심지역 내 중·소하천 수질 개선을 위한 가압부상 및 관로형 미생물 부착 공정 적용에 관한 연구
Improvement of Medium and Small Urban Stream Water Quality and Applicability of Design Factor Using Biological and Physicochemical Processing 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.35 no.7, 2013년, pp.509 - 517  

김문기 (경기대학교 일반대학원 환경에너지시스템공학과) ,  최정수 (경기대학교 일반대학원 환경에너지시스템공학과) ,  김삼주 (안성시청) ,  김현구 ((주) 젠트로)

초록
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본 연구의 목적은 도심지역 중소하천의 효율적인 수질정화를 위해 물리화학적, 생물학적 처리공정을 결합한 장치형 하천수질정화공법의 적용성을 평가하는데 있다. 본 연구의 하천정화시설은 TSSTP 제거를 위한 가압부상(Micro Bubble Process, MBP)공정과, BOD 제거를 위한 관로형 미생물 부착(Attached Microbial Pipe System, AMPS)공정으로 구성하였다. 각 장치의 실험 조건은 MBP 공정의 부상조 체류시간 및 초미세기포 주입량 변화와 AMPS 공정의 체류시간의 변화를 설정하였다. 또한 계절 변화에 따른 각 공정의 오염원 제거효율을 평가하였다. 각 공정의 연속운전 결과 MBP 공정에서는 최대 TSS 83.69%, TP 95.15%의 처리효율을 나타냈으며, AMPS 공정의 TBOD5 제거효율은 최대 53.0%를 나타냈다. 또한 각 공정의 순환운전 결과 MBP 공정에 의해 최대 TSS 69.75%, TP 70.17%의 처리효율을 나타냈으며, AMPS 공정에 의해 TBOD5 제거효율은 최대 68.58%를 나타냈다. 따라서 본 하천정화시설은 도심지역 내 오염된 하천의 수질을 개선하는데 효과적이라고 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to assess the applicability of device-type stream coagulation process which combines physiochemical, biological processing for efficient improvement of water quality in small, middle-sized urban streams. The stream purification facility of this study is compose of pressu...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 셋째, 현재 설치되어 있는 대부분의 자연형 하천정화 공법은 하천의 계절별 변화(유량, 수온 등)를 고려하지 않은 일괄적인 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)의 적용으로 여름철, 겨울철 오염원 처리효율의 변화가 크며, 설계인자 적용의 불명확성 등 설치의 논리성이 부족하다는 지적을 받고 있다.5) 따라서 본 연구의 목적은 자연형 하천 정화 공법의 문제점으로 지적되고 있는 계절별 오염물질 제거효율 변동 문제를 부분적 해결로 일조하고자 한다. 또한 공정 처리수를 하천 상류로 재순환하여 하천의 건천화 현상을 방지하는데 있다.
  • 본 연구의 목적은 기존 하천 정화 공법의 문제점으로 지적되고 있는 계절별 하천정화효율, 건천화 현상, 유지관리, 소요부지 측면을 해결하고자 물리학적 생물학적 처리 방식을 적용하여 하천 오염원 제거효율 평가에 있다. 이에 물리화학적 처리시설로 가압부상공정을 적용하여 TP와 TSS를 제거하였으며, 생물학적 처리시설로 관로형 미생물 부착 반응 공정을 적용하여 BOD를 제거하였다.
  • 또한 공정 처리수를 하천 상류로 재순환하여 하천의 건천화 현상을 방지하는데 있다. 이에 따라 본 연구에서는 물리화학적처리 방식과 생물학적처리 방식을 적용하여 각 단위 공정별 체류시간 변화에 따른 TBOD5, TP 및 TSS의 제거 효율을 평가하고자 한다.
  • 2(e))를 위해 처리수의 배출 배관을 분리하였다. 처리수 순환에 의한 공정 평가의 경우 본 연구의 목적으로 제시한 건천화 현상 방지를 위해 최종 처리수를 상류로 이송 후 상류지점의 수질을 평가하는데 있다. 하천수질의 주요 변화는 크게 계절적 요인 및 하도의 특성에 따라 좌우되며, 본 연구의 경우 파일럿 플랜트라는 제한적 조건때문에 계절적 요인에 중점을 두어 운전 조건을 수립하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
급격한 경제 성장에 동반된 물이용의 증가와 도시개발은 어떤 결과를 초래하였는가? 이로 인해 하천 고유의 형태를 획일화하여 본래 자연하천의 생태적, 환경적 기능을 상실하게 되었으며, 하류의 홍수량 증가, 하천 유량 감소, 수질악화 등과 같은 문제가 발생되고 있는 실정이다. 또한 급격한 경제 성장에 동반된 물이용의 증가와 도시개발은 수문 순환 구조를 변형시켰고, 그 결과로써 평상시의 하천 유출량이 감소하는 건천화 현상이 나타나고 있다.1) 물 부족 국가인 우리나라는 하천의 오염을 최소화하고, 부족한 수량을 확보하기 위해 오수 및 하수관거를 지속적으로 정비하고 있다.
자연형 하천정화 공법은 유지관리 및 제거효율 측면 등 다양한 문제점들을 지적받는데 그 이유는? 4) 그러나 자연형 하천정화 공법은 유지관리 및 제거효율 측면 등 다양한 문제점들이 지적받고 있는 실정이다. 그 이유로는 첫째, 자연형 하천정화 사업 시행 이후 설치 대상하천에 대한 지속적인 모니터링 자료의 부족과 그 효과를 객관적으로 입증하기 어려운 점에 있다. 둘째, 여름철 집중 호우로 인해 인공습지, 식생수로 등의 시설물이 매년 유실되어 유지관리비, 시설관리비 등의 문제점들이 지적되고 있으며, 겨울철의 경우 하천 건천화로 인해 수질정화습지로 유입되는 수량이 거의 없어 관리의 어려움을 겪고 있는 점이다. 셋째, 현재 설치되어 있는 대부분의 자연형 하천정화 공법은 하천의 계절별 변화(유량, 수온 등)를 고려하지 않은 일괄적인 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)의 적용으로 여름철, 겨울철 오염원 처리효율의 변화가 크며, 설계인자 적용의 불명확성 등 설치의 논리성이 부족하다는 지적을 받고 있다.5) 따라서 본 연구의 목적은 자연형 하천 정화 공법의 문제점으로 지적되고 있는 계절별 오염물질 제거효율 변동 문제를 부분적 해결로 일조하고자 한다.
물리학적 생물학적 처리 방식을 적용하여 하천 오염원 제거효율 평가를 위해 가압부상공정을 적용하여 TP와 TSS를 제거하고, 관로형 미생물 부착 반응 공정을 적용하여 BOD를 제거하는 연구를 통해 도출된 결론은? 1) 대상하천의 계절별 오염원 수질 조사 결과 생활하수 및 계절별 하천유량 변동으로 인해 계절적 오염물질 농도의 차이가 큰 것으로 나타났다. 이는 도심지역 내 오염된 하천의 정화를 위해서는 계절별 일정한 제거효율 달성이 필요할 것으로 판단된다. 따라서 계절별 부하량 변동에 대처가 가능한 장치형 정화시설이 적합할 것으로 사료되며, 처리시설 설치의 경제성을 고려하여 생물학적처리 공정을 함께 운영하는 것이 타당할 것으로 판단된다. 2) 본 연구는 수질오염총량제도 실행 및 조류 발생의 제한인자인 TP와 BOD, TSS 제거를 위해 MBP와 AMPS 공정을 적용하였다. MBP 연속 운전을 통한 오염원 제거 효율을 비교한 결과 TSS의 경우 최대 83.69%로 나타났으며, TP의 경우 최대 95.15%로 나타났다. AMPS 공정 적용에 따른 BOD 제거효율의 경우 최대 52.95%로 나타났으며, 체류시간 30 min 이하에서 제거효율이 급격하게 감소하는 것을 볼 수 있었다. 3) MBP와 AMPS 공정의 순환방식의 운전결과를 종합해보면 TBOD5는 최대 68.58%, TSS의 경우 최대 69.75%, TP는 70.17%의 처리효율을 나타냈다. 따라서 공정의 순환운전을 오염부하가 높은 하천에 적용할 경우 하천수질개선에 기여 할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 Qrecycle/Qinfluent 비와 각 오염물질 제거효율과의 상관관계를 토대로 향후 실증 Plant 설계에 필요한 유입 유량대비 처리유량, 제거효율 및 제거량 등을 산정하는데 활용이 가능할 것으로 사료된다. 4) 본 연구는 금석천의 실제 일 평균 유량 5,000 m3/day 중 500 m3/day 만큼을 Pilot Plant로 유입하고 수온을 고정하여 운전하였기 때문에 하도 특성 및 수온에 따른 결과도출이 불가능 하였다. 향후 2차년도 실증 규모 하천정화시설 연구 과제 수행 시 위의 문제들을 평가해야 할 것이며, Pilot Plant의 운전결과 및 설계인자를 기준으로 하여 2차년도 실증 Plant를 설계하여 구축 및 운영을 계획 중에 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Lee, S. H., Park, J. P., Lee, J. M. and Woo, H. J., "Cause Analysis on Dry of Stream Flow for the Cheongdocheon," Korean Soc. Civil Eng., pp. 2472-2477(2003). 

  2. Korea Ministry of Environment, "Statistics of Sewerage," http://library.me.go.kr 

  3. Korea Ministry of Environment, "Total Water Pollution Load Management," pp. 12-13(2011). 

  4. Gyeonggi research institue, "A Strategy for Efficient Management and Maintenance of River," pp. 3-5(2005). 

  5. Lee, E. K., "A Study on River Construction Method & its Problem; with Special Reference to the Domestic Nature-Centered Method," Kwan Dong University Master's degree, pp. 30-33(2009). 

  6. Cho, J. Y., "A Study on the Water Quality Improvement System for Small Stream," Seoul National University of Science and Technology Master's degree, pp. 21-22(2001). 

  7. APHA, "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater," 21st Edition, American Public Health Association, USA. 

  8. Heo, N. J., "A Study on the Effecting Factors to Phosphorous Removal in the Dissolved Air Flotation using Micro-bubble," Yeung Nam University Master's degree, pp. 66-69(2011). 

  9. Lee, K. C., "Characterictics of phosphorus Removal in Treated Sewage using Micro-Bubble Flotation System," The University of Seoul Ph. D. Dissertation, pp. 86-87(2010). 

  10. Kim, H. Y., "Stream Purification by using String Type Media,"Ajou University Master's degree, pp. 40-43(2000). 

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