[국내논문]직렬연결 수직 및 수평 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에 의한 생활하수 처리 Evaluation of Combined Vertical and Horizontal Flow Zeolite-Filled Reed Bed with Intermittent Feeding for Sewage Treatment원문보기
본 연구의 목적은 직렬연결 수직 및 수평 흐름 갈대 제올라이트인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하였을 때 처리효율을 조사하는 것이다. 각 항목별 유입수에 대한 평균 처리효율은 수직 흐름 인공습지 유출수에서 BOD 92.42%, $COD_{Cr}$ 79.02%, $COD_{Mn}$ 80.62%, SS 98.33%, T-N 37.06%, $NH{_4}^+-N$ 99.45%, T-P 57.96%이었으며 수평 흐름 인공습지 유출수에서 BOD 95.56%, $COD_{Cr}$ 91.02%, $COD_{Mn}$ 87.78%, SS 99.22%, T-N 45.87%, $NH{_4}^+-N$ 99.88%, T-P 71.17%이었다. 최종 유출수 중 T-N은 대부분이 $NO{_3}^--N$이었으며 $NO{_2}^--N$은 평균 0.04mg/L 이하이었다. 특히, 갈대 제올라이트 인공습지는 SS와 $NH{_4}^+-N$의 처리에 탁월하였다.
본 연구의 목적은 직렬연결 수직 및 수평 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하였을 때 처리효율을 조사하는 것이다. 각 항목별 유입수에 대한 평균 처리효율은 수직 흐름 인공습지 유출수에서 BOD 92.42%, $COD_{Cr}$ 79.02%, $COD_{Mn}$ 80.62%, SS 98.33%, T-N 37.06%, $NH{_4}^+-N$ 99.45%, T-P 57.96%이었으며 수평 흐름 인공습지 유출수에서 BOD 95.56%, $COD_{Cr}$ 91.02%, $COD_{Mn}$ 87.78%, SS 99.22%, T-N 45.87%, $NH{_4}^+-N$ 99.88%, T-P 71.17%이었다. 최종 유출수 중 T-N은 대부분이 $NO{_3}^--N$이었으며 $NO{_2}^--N$은 평균 0.04mg/L 이하이었다. 특히, 갈대 제올라이트 인공습지는 SS와 $NH{_4}^+-N$의 처리에 탁월하였다.
A sewage was treated using serially combined vertical and horizontal flow zeolite-filled reed bed. The sewage from the student dormitory of Changwon National University was fed into the reed bed for 10 minutes every 6 hours at the hydraulic load of 314 $L/m^2{\cdot}day$. The reed bed dept...
A sewage was treated using serially combined vertical and horizontal flow zeolite-filled reed bed. The sewage from the student dormitory of Changwon National University was fed into the reed bed for 10 minutes every 6 hours at the hydraulic load of 314 $L/m^2{\cdot}day$. The reed bed depth was 100cm and the zeolite mixture was filled in the reed bed. The mixture consisted of the same volume of two types of zeolite ; 0.5~1mm and 1~3mm in diameter. pH value decreased in vertical bed, while it increased in horizontal bed. But DO concentration in the effluent of both beds was higher than that in the influent. Average removal efficiencies of the entire treatment system were 99.22% SS, 95.56% BOD, 91.02% $COD_{Cr}$, 87.78% $COD_{Mn}$, 45.87% T-N, 99.88% $NH{_4}^+-N$ and 71.17% T-P. Most of T-N in the effluent was $NO{_3}^--N$. However, the concentration of $NO{_2}^--N$ in the effluent was lower than 0.04 mg/L. All removal efficiencies did not show a remarkable seasonal change.
A sewage was treated using serially combined vertical and horizontal flow zeolite-filled reed bed. The sewage from the student dormitory of Changwon National University was fed into the reed bed for 10 minutes every 6 hours at the hydraulic load of 314 $L/m^2{\cdot}day$. The reed bed depth was 100cm and the zeolite mixture was filled in the reed bed. The mixture consisted of the same volume of two types of zeolite ; 0.5~1mm and 1~3mm in diameter. pH value decreased in vertical bed, while it increased in horizontal bed. But DO concentration in the effluent of both beds was higher than that in the influent. Average removal efficiencies of the entire treatment system were 99.22% SS, 95.56% BOD, 91.02% $COD_{Cr}$, 87.78% $COD_{Mn}$, 45.87% T-N, 99.88% $NH{_4}^+-N$ and 71.17% T-P. Most of T-N in the effluent was $NO{_3}^--N$. However, the concentration of $NO{_2}^--N$ in the effluent was lower than 0.04 mg/L. All removal efficiencies did not show a remarkable seasonal change.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
그러므로 수직 및 수평흐름 여과상을 직열로 연결(2 stages)된 여과상을 하수처리에 이용한다면 처리 효율을 1단 여과상보다 높일 수 있을 것이다. 따라서 본 연구는 2단 제올라이트 여과상(인공습지)에 생활하수를 주입하면서 각 수질 항목들에 대한 처리효율을 알아보기 위하여 실시하였다.
인공습지 실험시설에서 겨울에 유입수가 동결되지 않도록 관리하는 것이 무엇보다도 중요하다. 본 연구에서는 동결방지를 위하여 최소한의 보온조치를 하였다.
제안 방법
유입하수는 수리학적 부하량 314 L/m2·day를 하루 4회(10분 동안 주입 후 5시간 50분 동안 중단) 균등하게 주입하였다.
실험은 2011년 7월부터 2011년 3월까지 실시하였으며 이 기간 동안에 시료는 처리시설의 유입수와 수직 및 수평 흐름조 유출수에서 총 29회 채취하였다. 채취한 시료는 채취 후 즉시 실험실로 옮겨 분석하였다. 단 1월에는 고장난 펌프 교체 때문에 시료를 채취하지 못하였다.
직렬연결 수직 및 수평 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하면서 처리효율을 조사하였다. 수직 및 수평조의 유출수 pH는 각각 5.
실험장치는 Fig. 1과 같이 수직(500 mm(width)× 600 mm(length)× 1,200 mm(height)) 및 수평 흐름(300 mm(width)× 1,000 mm(length)× 1,200 mm(height)) 갈대 제올라이트 여과상은 스테인레스로 제작하였으며 생활하수는 수직 흐름 여과상을 먼저 통과하면서 처리된 후에 이 처리수가 다시 수평 흐름 여과상에 유입되도록 하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 제올라이트는 경북 포항에 위치해 있는 Y. 화학에서 제공받은 것으로 화학성분을 살펴보면 Table 1과 같다. 각 성분함량은 SiO2 68∼72%, Al2O3 9∼14%, MgO 2% 이상, CaO, K2O와 Fe2O3가 각각 3% 이상 그리고 Na2O가 4% 이상이었다.
수직 및 수평 흐름 실험장치의 충진 물은 입경 범위 0.5∼3mm의 제올라이트를 사용하였다.
실험은 2011년 7월부터 2011년 3월까지 실시하였으며 이 기간 동안에 시료는 처리시설의 유입수와 수직 및 수평 흐름조 유출수에서 총 29회 채취하였다. 채취한 시료는 채취 후 즉시 실험실로 옮겨 분석하였다.
이론/모형
pH와 DO는 Multi-Analyzer 815PDC Istek, Inc.)를 이용하여 현장에서 직접 측정하였으며 SS, BOD, CODMn, NH4+-N, NO2--N, NO3--N, T-N과 T-P는 수질오염공정시험법(Dongwha Technology, 1999)에 준하여 분석하였다. 그리고 CODCr은 Standard Methods APHA, 1989)에 준하여 분석하였으며 투수계수는 토질시험법(Park et al.
)를 이용하여 현장에서 직접 측정하였으며 SS, BOD, CODMn, NH4+-N, NO2--N, NO3--N, T-N과 T-P는 수질오염공정시험법(Dongwha Technology, 1999)에 준하여 분석하였다. 그리고 CODCr은 Standard Methods APHA, 1989)에 준하여 분석하였으며 투수계수는 토질시험법(Park et al., 1996)에 준하여 측정하였다. 실험 여건상 식생에 의한 오염물질의 제거율은 5-10% 정도로 이미 알려져 있기 때문에 이 실험에서는 이에 대한 실험은 실시하지 않았다.
성능/효과
75 mg/L로써 오히려 유입수에 비하여 높았다. 각 항목별 유입수에 대한 평균 처리효율은 수직 흐름 인공습지 유출수에서 BOD 92.42%, CODCr 79.02%, CODMn 80.62%, SS 98.33%, T-N 37.06%, NH4+-N 99.45%, T-P 57.96%이었으며 수평 흐름 인공습지 유출수에서 BOD 95.56%, CODCr 91.02%, CODMn 87.78%, SS 99.22%, T-N 45.87%, NH4+-N 99.88%, T-P 71.17%이었다. 두 습지에서 유출수 중 T-N의 63.
3은 직렬연결 수직 및 수평 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에서의 시간 경과에 따른 pH 변화를 나타내고 있다. 전 실험기간에 걸쳐 그다지 큰 변화는 없었으며 수직 및 수평조의 유출수 평균 pH는 각각 5.54와 5.95로써 유입수의 평균 pH 6.89 보다 낮았다.
4는 직렬연결 수직 및 수평 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에서의 시간 경과에 따른 DO 변화를 나타내고 있다. 유입수에서 평균 DO는 저류조 내에서 미생물이 유기물을 분해하는 과정에서 DO를 소모하였기 때문에 0.84 mg/L로 아주 낮은 반면에 수직 및 수평조 유출수의 평균 DO는 각각 4.29와 3.75 mg/L로써 오히려 유입수에 비하여 높았다.
6에는 직렬연결 수직 및 수평 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에서의 시간 경과에 따른 COD 변화를 나타내었다. 수직 및 수평조 유입수의 평균 CODCr과 CODMn은 각각 102.36과 52.28 mg/L이었다. 각 조의 유출수 평균 CODCr은 각각 21.
28 mg/L이었다. 각 조의 유출수 평균 CODCr은 각각 21.47과 9.19 mg/L로써 평균 처리효율은 각각 79.02와 91.02%이었고 평균 CODMn은 각각 10.13과 6.39 mg/L로써 평균 처리효율은 각각 80.62와 87.78%를 나타내었다. 모두 수직 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에서 높은 처리효율을 보였으며 BOD와 같은 처리 경향을 나타내었다.
66 mg/L이었다. 수직 및 수평조 유출수 평균 SS는 각각 1.55와 0.72 mg/L로 낮아져 각 조의 유출수 평균 처리효율은 각각 98.33과 99.22%를 나타내었으며 수평 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에서 처리효율이 높은 것을 알 수 있었다.
Yoon(1999)에 의하면 인공습지에서 SS 제거의 주된 원리는 여과 및 침전에 의하여 이루어지지만 미생물에 의한 분해도 상당히 기여한다고 하였다. 따라서 이 연구에서 이용된 인공습지에서도 이와 같은 기능으로 인해 처리효율이 탁월하였던 것으로 여겨질 뿐만 아니라 낮은 온도에서도 크게 영향을 받지 않았음을 알 수 있었으며 Kim(1997)의 연구결과와 유사한 결과를 보였다.
15 mg/L이었다. 각 흐름조 유출수의 평균 T-N 농도는 각각 24.81과 21.34 mg/L로써 평균 처리효율은 각각 37.06과 45.87% 그리고 평균 NH4+-N 농도는 각각 0.14와 0.03 mg/L로써 평균 처리효율은 각각 99.45와 99.88%이었다. 모두 수직 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에서 처리효율이 높은 것을 알 수 있었다.
88%이었다. 모두 수직 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에서 처리효율이 높은 것을 알 수 있었다. 또한, 각 흐름조 유출수의 평균 NO2--N 농도는 각각 0.
3%이었다. 그러나 이 실험에서 유출수의 NH4+-N 평균 농도는 0.03 mg/L(처리효율 99.88%)로 갈대 제올라이트 인공습지가 NH4+-N를 감소시키는 기능이 탁월함을 알 수 있었다. 이러한 결과는 pH 6인 경우에 NH4+-N의 처리효율이 가장 좋으며 pH 4∼8에서 최적의 이온교환이 일어난 다고 보고되고 있으며(Kaufman, 1975) Fig.
96 mg/L이었다. 각 흐름조의 평균 처리효율은 각각 57.96과 71.17%이었었으며 수평 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에서 처리효율이 높았다. Bahlo(1997)에 의하면 T-P는 수직형 모래여과상에서 51.
후속연구
즉, NO3--N은 (-)이온 으로서 같은 (-)이온을 띠고 있는 입자와의 사이에는 반발력으로 인하여 흡착율이 낮고 유출되는 동안에 NH4+-N과 NO2--N이 NO3--N으로 질산화되고 이것이 물에 용해되어 유출되기 때문에 유출수에서 NO3--N이 월등하게 높은 것으로 판단된다. 이와 같이 제올라이트에 흡착, 습지식물에 이용, 또는 휘발되지 않은 NH4+-N과 NO2--N이 NO3--N으로 전환되어 유출수에 잔존하기 때문에 이번 실험의 인공습지에서는 T-N의 처리효율이 낮은 것으로 나타났으며 이의 개선을 위해서는 NO2--N 및 NO3--N이 탈질작용을 통하여 N2로 환원 제거되도록 개선이 필요할 것으로 여겨진다.
04 mg/L 이하이었다. 그러므로 수평 흐름조의 유출수를 원수 저장조로 재순환시키는 방법을 통하여 탈질이 되도록 한다면 최종 유출 수의 T-N 농도를 더욱 낮출 수 있을 것이다
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하수처리 시스템은 어떤 방식으로 구분할 수있는가?
하수처리 시스템은 집중식과 분산식으로 구분할 수 있다. 집중식은 인구 밀도가 높은 지역에서 많은 양의 하수를 처리할 때 이용하는 방법으로 주로 대규모 하수처리장에서 처리하는 방법이다.
집중식 하수처리 시스템은 어디에서 많이 사용하는가?
하수처리 시스템은 집중식과 분산식으로 구분할 수 있다. 집중식은 인구 밀도가 높은 지역에서 많은 양의 하수를 처리할 때 이용하는 방법으로 주로 대규모 하수처리장에서 처리하는 방법이다. 이와 달리 분산식은 농촌지역과 같이 소규모 마을들이 분산 분포되어 있어 한곳에 모아 처리하는 것이 비효율적인 지역의 하수처리에 활용되고 있다.
하수처리 시스템은 집중식과 분산식으로 구분할 수 있는데 분산식은 어떻게 활용되고 있는가?
집중식은 인구 밀도가 높은 지역에서 많은 양의 하수를 처리할 때 이용하는 방법으로 주로 대규모 하수처리장에서 처리하는 방법이다. 이와 달리 분산식은 농촌지역과 같이 소규모 마을들이 분산 분포되어 있어 한곳에 모아 처리하는 것이 비효율적인 지역의 하수처리에 활용되고 있다.
참고문헌 (31)
APHA, AWWA and WPCF (1989). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 17th ed., American Public Health Association, Washington, DC.
Babatunde, AO, Zhao, YO, O'Neil, M, and O'Sullivan, B (2008). Constructed wetlands for environmrntal pollution control: A review of developments, research and practice in Ireland, Environmental International, 34(1), pp. 116-126.
Bahlo, K (1997). Reinigungsleistung und Bemessung von Vertkal Durchstroemten Bodenfiltern mit Abwasserrezirkulation, Ph. D. Dissertation, Fachbereich Bauingenieur und Vermessungswesen der Universitaet Hannover, Hannover, Germany.
Choi, M-S (2003). Zeolite-Filled reed bed for sewage of treatment. Master's Thesis, Changwon National University, Changwon, Korea. [Korean Literature]
Chung, DY (2002). Development of an environmentally friendly sewage treatment model with water plant and sand for small communities, Ministry of Environment (final report). [Korean Literature]
Conley, L M, Dick, RI, and Lion, LW (1991). An assessment of the root zone method of wastewater treatment, Research J. of Water Pollution Control Federation, 63(3), pp. 239-247.
Dongwha Technology (1999). Korea Standard Methods for the Examination of Waste and Wastewater. [Korean Literature]
Drizo, A, Frost, CA, Grace, J, and Smith, KA (1999). Physico-Chemical screening of phosphate-removing substrates for use in constructed wetland systems, Water Research, 33(17), pp. 3595-3602.
Fehr, G and Schette, H (1990). Leistungsfaehigkeit intermittirend beschickter, bepflanzter Bodenfilter, In 21, Wassertechnische Seminar: "Pflanzenklaeranlagen Besser Als Ihr Ruf ?". Institut fuer Wasserversorgung, Abwasserbeseitigung und Raumplanung der Technischen Hochschule Darmastadt, pp. 197-225.
Gesellschaft zur Foederung der Abwassertechnik e. V. (1989). ATV-Regelwerk Abwassrer-Abfall, Behandlung von Hauelichem Abwasser in Pflanzenbeeten, ATVHinweisblatt H 262, Druck Center Meckenheim, St. Augustin, Germany.
Heo, JS, Cho, JS, and Seo, J-Y (2003). Development of an environmentally friendly sewage treatment system with water plant, pebble and gravel for agricultural village, Final report, Korean Ministry of Agriculture and Forestry. [Korean Literature]
Kaufman, WJ (1975). Ammonnia removal from municipal wastewaters, J. of Water Pollution Control Federation, 47(80), pp. 64-71.
Kim, HJ (1997). Small scale wastewater treatment in rural areas using natural systems, Ph.D. Dissertation, Kon-Kuk University. Seoul, Korea. [Korean Literature]
Kim, Y, Kim, D-S, Jang, S-B and Park, S-Y (1996). Studies on the removal of metal ions with domestic Pohang zeolite and synthetic zeolite, J. of Korean Society of Environmental Engineering, 18(5), pp. 587-589. [Korean Literature]
Kraft, H. (1987). Pflanzenklaeranlagen aus Oekologischer Sicht. ATV-Fortbildungs-kurs E/5, 18-20.3.1987 in Fulda, Abwsserbeseitung in Laendlichem Raum, Fulda, Germany.
Merlin, G, Pajean, J-L, and Lissolo, T (2002). Performance of constructed wetlands for municipal wastewater treatment in rural mountainous area, Hydrobilogia, 469(1-3), pp. 87-98.
Nichols, D S (1983). Capacity of natural wetlands to remove nutrients from wastewater, J. of Water Pollution Control Federation, 55(5), pp. 495-505.
Park, CS, Chung, SG, Han, GM, Song, MH, Chun, YB, Choi, YG, Chung, JH, Ok, CN, Jang, SU, Chung, JG, Shin, JB, Lee, MY, and Lee, DM (1996). Soil Test Methods, Saeron. [Korean Literature]
Park, HU (2009). Trends on decentralized sewage and wastewater treatment using constructed wetlands at home and abroad (2009). http:/blog.naver.com/sihwawetland/20066156421, 2009/04/23 11:09.
Peng, J, Song, Y, Liu, Z, Gao, H, and Yu, H (2012). Performance of a novel circular-flow corridor wetland toward the treatment of simulated highstrength swine wastewater, Ecological Engineering, 49, pp. 1-9.
Sakadevan, K and Havor, HJ (1998). Phosphate adsorption characteristics of soils, slags and zeolite to be used as substrates in constructed wetland systems, Water Research, 32(2), pp. 393-399.
Seo, J-Y (2002). Treatment of artificial sewage using a zeolite column, Korean J. of Environmental Agriculture, 21(3), pp. 178-188. [Korean Literature]
Seo, J-Y (2006). Horizontal flow zeolite-filled reed bed with intermittent feeding for sewage treatment, Korean J. of Biotechnology and Bioengineering, 21(1), pp. 28-33. [Korean Literature]
Seo, J-Y and Choi, MS (2003a). Horizontal flow zeolite-filled reed bed for treatment of artificial sewage with intermittent feeding, Korean J. of Biotechnology and Bioengineering, 18(6), pp. 506- 510. [Korean Literature]
Seo, J-Y, Kim, T-H, and Choi, MS (2003b). Vertical flow zeolite-filled bed for treatment of artificial sewage with intermittent feeding, Korean J. of Biotechnology and Bioengineering, 18(2), pp. 140-144. [Korean Literature]
Sharma, PK, Takashi, IT, Letsugu, KH, Tomita, K, and Nagasawa, T (2013). Effects of load fluctuations on treatment potential of a hybrid sub-surface flow constructed wetland treating milking parlor wastewater, Ecological Engineering, 57, pp. 216-225.
Verhoeven, Jos TA, and Meuleman, Arthur FM (1999). Wetlands for wastewater treatment: Opportunities and limitations, Ecological Engineering, 12(1), pp. 5-12.
Vymazal, J (2002). The use of sub-surface constructed wetlands for wastewater treatment in the Czech Republic: 10 years experience, Ecological Engineering, 18(5), pp. 633-646.
Wissing, F (1995). Wasserreinigung mit Pflanzen, E. U. Verlag Eugen Ulmer, Germany.
Yoon, CG, Kwun, SK, and Kim, HJ (1997). Change of nutrients and behaviour of total coliforms in the natural treatment of wastewater by surface flow wetland system, Korean J. of Environmental Agriculture, 16(3), pp. 249-254. [Korean Literature]
Yoon, CG, Kwun, SK, Woo, SH, and Kwon, TY (1999). Review of 3-year experimental data from treatment wetland for water quality improvement in rural areas, J. of Korean Society on Water Environment, 15(4), pp. 581-589. [Korean Literature]
이 논문을 인용한 문헌
저자의 다른 논문 :
활용도 분석정보
상세보기
다운로드
내보내기
활용도 Top5 논문
해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다. 더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.