[국내논문]간헐 주입 2단(수직 및 수평 흐름) 모래 갈대 인공습지에 의한 생활하수 처리 Evaluation of Combined Vertical and Horizontal Flow Sand-Filled Reed Constructed Wetland with Intermittent Feeding for Sewage Treatment원문보기
본 연구의 목적은 직렬연결 2단 수직 및 수평 모래 갈대 인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하였을 때 각 수질항목별 처리효율을 평가하는 것이다. 하수는 수리학적 부하량 $314L/m^2{\cdot}day$(수직 흐름 인공습지 기준)를 하루 4(10분 동안 주입후 5시간 50분 동안 중단)회 균등하게 간헐적으로 주입하였다. 평가 결과 pH는 유입수(7.27)보다 수직 흐름 인공습지 유출수(5.81)에서 감소하였다가 수평 흐름 인공습지 유출수(6.40)에서 다시 증가하였다. DO의 농도는 유입수에 비하여 유출수에서 높았으며 겨울로 갈수록 증가하였다. 수직 흐름 인공습지의 산소 전달율 (oxygen transfer rate: OTR)은 $58.72gO_2/m^2{\cdot}day$ 그리고 수평 흐름 인공습지의 OTR은 $7.72gO_2/m^2{\cdot}day$이었다. 각 항목별 평균 처리효율은 SS 94.80%, BOD 90.77%, $COD_{Cr}$ 85.87%, $COD_{Mn}$ 87.72%, T-N 64.74%, $NH_4{^+}$-N 86.44%, T-P 87.70%이었다. 유출수중 T-N의 반 정도는 $NO_3{^-}$-N(7.21 mg/L)이었으며 $NO_2{^-}$-N은 평균 0.64 mg/L이었다.
본 연구의 목적은 직렬연결 2단 수직 및 수평 모래 갈대 인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하였을 때 각 수질항목별 처리효율을 평가하는 것이다. 하수는 수리학적 부하량 $314L/m^2{\cdot}day$(수직 흐름 인공습지 기준)를 하루 4(10분 동안 주입후 5시간 50분 동안 중단)회 균등하게 간헐적으로 주입하였다. 평가 결과 pH는 유입수(7.27)보다 수직 흐름 인공습지 유출수(5.81)에서 감소하였다가 수평 흐름 인공습지 유출수(6.40)에서 다시 증가하였다. DO의 농도는 유입수에 비하여 유출수에서 높았으며 겨울로 갈수록 증가하였다. 수직 흐름 인공습지의 산소 전달율 (oxygen transfer rate: OTR)은 $58.72gO_2/m^2{\cdot}day$ 그리고 수평 흐름 인공습지의 OTR은 $7.72gO_2/m^2{\cdot}day$이었다. 각 항목별 평균 처리효율은 SS 94.80%, BOD 90.77%, $COD_{Cr}$ 85.87%, $COD_{Mn}$ 87.72%, T-N 64.74%, $NH_4{^+}$-N 86.44%, T-P 87.70%이었다. 유출수중 T-N의 반 정도는 $NO_3{^-}$-N(7.21 mg/L)이었으며 $NO_2{^-}$-N은 평균 0.64 mg/L이었다.
A sewage was treated using serially combined vertical(VFCW)and horizontal flow sand-filled reed constructed wetland(HFCW) with intermittent feeding. The sand had 1~3 mm diameter. The sewage entering the sewage treatment plant of Gyeonsang National University was fed into the reed constructed wetland...
A sewage was treated using serially combined vertical(VFCW)and horizontal flow sand-filled reed constructed wetland(HFCW) with intermittent feeding. The sand had 1~3 mm diameter. The sewage entering the sewage treatment plant of Gyeonsang National University was fed into the reed constructed wetland bed for 10 minutes every 6 hours at the hydraulic load of $314L/m^2{\cdot}day$ based on the surface ares of the VFCW. In the VFCW effluent pH values were lower than those of the influent, whereas they were higher than those of the influent in the HFCW. DO values were increased in VFCW, but they were decreased in the HFCW. The OTR was $58.72gO_2/m^2{\cdot}day$ in the VFCW and $7.72gO_2/m^2{\cdot}day$ in the HFCW. Average removal efficiencies were SS 94.80%, BOD 90.77%, $COD_{Cr}$ 85.87%, $COD_{Mn}$ 87.72%, T-N 64.74%, $NH_4{^+}$-N 86.44%, T-P 87.70%. Nearly, half of T-N in the effluent was $NO_3{^-}$-N but the concentration of $NO_2{^-}$-N in the effluent was less than 0.64 mg/L.
A sewage was treated using serially combined vertical(VFCW)and horizontal flow sand-filled reed constructed wetland(HFCW) with intermittent feeding. The sand had 1~3 mm diameter. The sewage entering the sewage treatment plant of Gyeonsang National University was fed into the reed constructed wetland bed for 10 minutes every 6 hours at the hydraulic load of $314L/m^2{\cdot}day$ based on the surface ares of the VFCW. In the VFCW effluent pH values were lower than those of the influent, whereas they were higher than those of the influent in the HFCW. DO values were increased in VFCW, but they were decreased in the HFCW. The OTR was $58.72gO_2/m^2{\cdot}day$ in the VFCW and $7.72gO_2/m^2{\cdot}day$ in the HFCW. Average removal efficiencies were SS 94.80%, BOD 90.77%, $COD_{Cr}$ 85.87%, $COD_{Mn}$ 87.72%, T-N 64.74%, $NH_4{^+}$-N 86.44%, T-P 87.70%. Nearly, half of T-N in the effluent was $NO_3{^-}$-N but the concentration of $NO_2{^-}$-N in the effluent was less than 0.64 mg/L.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 산소 공급이 보다 원활한 수직 흐름 및 수평 흐름 인공습지가 직열로 연결된 처리장치에 간헐적으로 생활하수를 주입하면서 각종 수질 항목들의 처리효율을 평가하였다.
제안 방법
수직 및 수평 흐름 인공습지의 유기물 분해와 질산화에 필요한 산소 요구량(oxygen demand: OD)은 Platzer(1999)의 공식에 의하여 계산하였으며 이렇게 계산된 수직 및 수평 흐름 인공습지의 OD에 수직 및 수평 흐름 인공습지의 유입수와 유출수 중 DO 농도 차를 가감하여 두 흐름 인공습지에서의 OTR을 계산하였다. 수질분석은 2011년 7월부터 2012년 2월까지 총 33회 실시하였다. 실험 여건상 식생에 의한 오염물질의 제거율은 5-10%정도로 이미 알려져 있고 이전 실험에서도 식생의 상태는 오염물질의 처리효율에 별 영향을 미치지 않았기 때문에 본 실험에서는 식생에 대한 조사는 생략하였다.
수질분석은 2011년 7월부터 2012년 2월까지 총 33회 실시하였다. 실험 여건상 식생에 의한 오염물질의 제거율은 5-10%정도로 이미 알려져 있고 이전 실험에서도 식생의 상태는 오염물질의 처리효율에 별 영향을 미치지 않았기 때문에 본 실험에서는 식생에 대한 조사는 생략하였다.
본 연구에서는 2단(수직 및 수평 흐름) 모래 갈대 인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하면서 처리 효율을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 수직 흐름 인공습지 유출수의 pH는 유입수(7.
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)) 모래 갈대 인공습지는 스테인레스로 제작하였으며 생활하수는 수직 흐름 인공습지를 먼저 통과하면서 처리된 후에 이 처리수가 다시 수평 흐름 인공습지에 유입되도록 하였다.
각 시료에 대하여 pH와 DO는 pH & DO meter(Thermo Scientific Orion 4-Star Plus Portable pH/DO Multiparameter Meter: O 7035-2)로 측정하였다.
하수는 수리학적 부하량 314 L/m2․day(수직 흐름인공습지 기준)를 하루 4회(10분 동안 주입 후 5시간 50분 동안 중단) 균등하게 간헐적으로 주입하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 여재물질인 모래는 K 0.12%, Al 7.95%, Ca 2.13%, Mg 0.09%, Na 0.07%, Fe 2.17%를 함유하고 있었다. 입경은 1∼3 mm이었다.
본 실험에는 경상대학교 내 오수정화시설의 저류조에 유입되는 생활하수를 사용하였다.
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)) 모래 갈대 인공습지는 스테인레스로 제작하였으며 생활하수는 수직 흐름 인공습지를 먼저 통과하면서 처리된 후에 이 처리수가 다시 수평 흐름 인공습지에 유입되도록 하였다. 수직 및 수평 흐름 실험장치의 여재물질은 모래를 사용하였다. 갈대는 수직 및 수평 흐름 인공습지에 각각 하천에서 자라는 갈대 12 포기씩 옮겨 심었다.
이론/모형
BOD, CODMn, NH4+-N, NO2--N, NO3--N, T-N과 T-P는 수질오염 공정 시험법(Dongwha Technology, 1999)에 의거하여 분석하였다. CODCr은 Standard Methods(APHA et al., 1989)에 준하여 실험하였다. 수직 및 수평 흐름 인공습지의 유기물 분해와 질산화에 필요한 산소 요구량(oxygen demand: OD)은 Platzer(1999)의 공식에 의하여 계산하였으며 이렇게 계산된 수직 및 수평 흐름 인공습지의 OD에 수직 및 수평 흐름 인공습지의 유입수와 유출수 중 DO 농도 차를 가감하여 두 흐름 인공습지에서의 OTR을 계산하였다.
, 1989)에 준하여 실험하였다. 수직 및 수평 흐름 인공습지의 유기물 분해와 질산화에 필요한 산소 요구량(oxygen demand: OD)은 Platzer(1999)의 공식에 의하여 계산하였으며 이렇게 계산된 수직 및 수평 흐름 인공습지의 OD에 수직 및 수평 흐름 인공습지의 유입수와 유출수 중 DO 농도 차를 가감하여 두 흐름 인공습지에서의 OTR을 계산하였다. 수질분석은 2011년 7월부터 2012년 2월까지 총 33회 실시하였다.
성능/효과
Kraft(1987)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 있었다. 이것은 Kim(1997)의 연구결과와 유사한 특성을 나타내었다.
(b)에서 가동 초기부터 유출수 중의 COD 농도가 안정적으로 유지되었다. 평균 CODCr은 유입수 81.
7에는 2단(수직 및 수평 흐름) 모래 갈대 인공습지에서의 시간 경과에 따른 유입 및 유출수에서 각종 형태의 질소에 대한 변화를 나타내었다. 평균 T-N(a)의 농도는 유입수 36.27 mg/L, 수직 및 수평 흐름 인공습지 유출수는 20.79(처리율: 42.68 %)과 12.79mg/L(처리율: 64.74%)이었다. NH4+-N(b)의 농도는 유입수 30.
두 흐름 인공습지에서의 OTR은 수직 흐름 인공습지 58.72 g O2/㎡ㆍday 그리고 수평 흐름 인공습지 7.72 g O2/㎡ㆍday로 수직 흐름 인공습지의 OTR이 수평 흐름 인공습지보다 7배 이상 월등하게 높다는 것을 확인할 수 있었다. 수평 흐름 인공습지에서 유기물 분해와 질소 산화에 필요한 총 OD 12.
6의 CODCr(a)및 CODMn(b)에서 가동 초기부터 유출수 중의 COD 농도가 안정적으로 유지되었다. 평균 CODCr은 유입수 81.29 mg/L, 수직 및 수평 흐름 인공습지의 유출수는 19.58(처리율:75.91%)과 11.49 ㎎/L(처리율: 85.87%)이었으며 CODMn은 유입수 44.80 mg/L, 수직 및 수평 흐름인공습지 유출수는 10.96(처리율: 75.54)과 5.50 mg/L(처리율: 87.72%)로 처리효율은 높았다. 이것은폐수가 유입되는 10분 동안에 많은 유기물들이 여재 물질에 흡착 또는 여과작용에 의하여 여재층에 머물다가 350분 폐수 주입이 중단되는 동안 여재층에 존재하는 미생물들에 의하여 분해됨으로써(Yoo, 1997) 이 기간 동안에 여과상의 유기물 흡착능이다시 회복되는 이와 같은 과정이 반복되기 때문에 처리효율은 계속적으로 유지될 것으로 예상된다.
그러므로 수평 흐름 인공습지의 유출수를 원수 저장조로 재순환시키는 방법을 통하여 탈질이 되도록 한다면 최종 유출수의 T-N 농도를 더욱 낮출 수 있을 것이다. 각 항목별 평균 처리효율은 수직 흐름 인공습지 유출 수에서 SS 83.93%, BOD 79.83%, CODCr 75.91%, CODMn 75.54%, T-N 42.68%, #-N 77.10%, T-P 76.12% 그리고 수평 흐름 인공습지 유출수에서 SS 94.80%, BOD 90.77%, CODCr 85.87%, CODMn 87.72%, T-N 64.74%, #-N 86.44%, T-P 87.70%이었다.
후속연구
, 2005). 그러므로 수직 흐름 인공습지에 폐수를 간헐적으로 주입한다면 산소 공급을 원활하게 하여 유기물 처리와 질산화를 효과적으로 달성할 수 있을 것이다.
64mg/L이었다. 그러므로 수평 흐름 인공습지의 유출수를 원수 저장조로 재순환시키는 방법을 통하여 탈질이 되도록 한다면 최종 유출수의 T-N 농도를 더욱 낮출 수 있을 것이다. 각 항목별 평균 처리효율은 수직 흐름 인공습지 유출 수에서 SS 83.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 2단(수직 및 수평 흐름) 모래 갈대 인공습지의 처리 효율 결과는 어떠한가?
본 연구에서는 2단(수직 및 수평 흐름) 모래 갈대 인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하면서 처리 효율을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 수직 흐름 인공습지 유출수의 pH는 유입수(7.27) 보다 수직 흐름 인공습지 유출수(5.81)에서 감소하였다가 다시 수평 흐름 인공습지 유출수(6.40)에서 증가하였다. DO는 유입수(0.19 ㎎/L)보다 유출수(6.63 ㎎/L)에서 높았으며 겨울로 갈수록 농도는 증가하였다. 그러나 DO 농도는 수직 흐름 인공습지 유출수(7.70㎎/L)에서 보다 수평 흐름 인공습지 유출수(6.63 ㎎/L)에서 낮았다. 수직 흐름 인공습지의 OTR은 58.72 g O2/㎡ㆍday 그리고 수평 흐름 인공습지의 OTR은 7.72 g O2/㎡ㆍday이었다. 또한 NO2--N과 NO3--N의농도도 수직 흐름 인공습지 유출수보다 수평 흐름 인공습지 유출수에서 낮았다. 이것은 수평 흐름 인공습지에서는 DO 농도가 6.63 ㎎/L임에도 불구하고 탈질이 진행되었다는 것을 의미한다. 유출수 중 T-N의 반정도가 NO3--N(7.21 ㎎/L)이었으며 NO2--N은 평균 0.64mg/L이었다. 그러므로 수평 흐름 인공습지의 유출수를 원수 저장조로 재순환시키는 방법을 통하여 탈질이 되도록 한다면 최종 유출수의 T-N 농도를 더욱 낮출 수 있을 것이다. 각 항목별 평균 처리효율은 수직 흐름 인공습지 유출 수에서 SS 83.93%, BOD 79.83%, CODCr 75.91%, CODMn 75.54%, T-N 42.68%, NH4+-N 77.10%, T-P 76.12% 그리고 수평 흐름 인공습지 유출수에서 SS 94.80%, BOD 90.77%, CODCr 85.87%, CODMn 87.72%, T-N 64.74%, NH4+-N 86.44%, T-P 87.70%이었다.
인공습지란 무엇인가?
인공습지는 적절한 부지의 확보가 가능하고 습지 여재 물질을 쉽게 구할 수 있는 중⦁소규모 분산식 하수처리에 적절한 처리방법이다. 또한 인공습지는 자연친화적인 공법으로 건설, 운전 및 유지비용이 여타 하⦁폐수시설에 비하여 저렴하여 세계적으로 많이 이용되고 있다(Babatunde et al.
인공습지의 장점은 무엇인가?
인공습지는 적절한 부지의 확보가 가능하고 습지 여재 물질을 쉽게 구할 수 있는 중⦁소규모 분산식 하수처리에 적절한 처리방법이다. 또한 인공습지는 자연친화적인 공법으로 건설, 운전 및 유지비용이 여타 하⦁폐수시설에 비하여 저렴하여 세계적으로 많이 이용되고 있다(Babatunde et al., 2008; Drizo et al.
참고문헌 (25)
APHA, AWWA and WPCF (1989). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 18th ed., American Public Health Association, 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 Bauingenieurund Vermessungswesen der Universitaet Hannover, Hannover, Germany.
Brix, H and Arias, CA (2005). The use of vertical flow constructed wetlands for on-site treatment of domestic wastewater: New Danish guidelines, Ecological Engineering, 25, pp. 491-500.
Chung, DY (2002). Development of an environmentally friendly sewage treatment model with water plant and sand for small communities (Final report), Korean Ministry of Environment. [Korean Literature]
Clark, T, Stephenson, T and Pearce, PA (1997). Phosphorus removal by chemical precipitation in a biological aerated filter, Water Research, 31(10), pp. 2257-2563.
Cooper, P (1999). A review of the design and performance of vertical-flow and hybrid reed bed treatment systems, Water Science Technology, 40(3), pp. 1-9.
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: Institut fuer Wasserversorgung, Abwasserbeseitigung und Raumplanung der Technischen Hochschule Darmastadt, 21 Wassertechnische Seminar, Pflanzenklaeranlagen - Besser Als Ihr Ruf?, pp. 197-225.
Gesellschaft zur Foederung der Abwassertechnik e. V. (1989). ATV-Regelwerk Abwassrer-Abfall, Behandlung von Haeuslichem Abwasser in Pflanzenbeeten, ATV-Hinweisblatt H 262.
Kim, HJ (1997). Small scale wastewater treatment in rural areas using natural systems, Ph.D. Dissertation, Kon-Kuk University, Seoul, Korea. [Korean Literature]
Kraft, H (1987). Pflanzenklaernlagen aus Oekologischer Sicht, ATV-Fortbildungskurs E/5, 18-20. 3. 1987 in Fulda, Abwsserbeseitung in Laendlichem Raum, Fulda, Germany.
Lie, L, Zhao, X, Zhao, N, Shen, Z, Wang, M, Gue, Y and Xu, Y (2013). Effect of aeration modes and influent COD/N ratios on the nitrogen removal performance of vertical flow constructed wetland, Ecological Engineering, 57, pp. 10-16.
Li, HB, Li, YH, Gong, ZQ and Li, XD (2013). Performance study of vertical flow constructed wetlands for phosphorus removal with water quenched slag as a substrate, Ecological Engineering, 53, pp. 39-45.
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.
Park, HU (2009). Trends on decentralized sewage and wastewater treatment using constructed wetlands at home and abroad (2009). http:/blog.naver.com/sihwawetland/20066156421.
Pedescoll, A, Corzo, A, Alvarez, E, Puigagut, J and Garcia, J (2011). Contaminant removal efficiency depending on primary treatment and operational strategy in horizontal subsurface flow treatment wetlands, Ecological Engineering, 37, pp. 372-380.
Platzer, C (1997). Entwicklung eines Bemessungsansatzes zur Stick-stoffelimination in Pflanzenklaeranlagen, Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft Nr. 6, Ph.D. Dissertation, Technical University Berlin, Germany.
Platzer, C (1999). Design recommendation for subsurface flow constructed wetlands for nitrification and denitrification, Water Science and Technology, 40(3), pp. 257-263.
Sasikala, S, Tanaka, N, Jinadasa, KBSN and Mowjood, MIM (2010). Comparison study of pulsing and continuous flow for improving effluent water quality and plant growth of a constructed wetland to treat domestic wastewater, Tropical Agricultural Research, 21(2), pp. 147-156.
Wissing, F (1995). Wasserreinigung mit Pflanzen, E. U. Verlag Eugen Ulmer, Gremany.
Xie, SG, Zhang, XJ, Wang, ZS (2003). Temperature effect on aerobic denitrification and nitrification, J. of Environmental Sciences, 15(5), pp. 669-673.
Yoo, SU (1997). Advanced treatment technology of wastewater, Process development for simultaneous removal of nitrogen and phosphorous using natural zeolite, Institute of Construction Part of Samsung C&T Corporation, Korean Ministry of Environment. [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.