최근 수십년간의 산업발달 및 인구증가에 따라 산업폐수 및 각종 비점오염원의 유입으로 수질오염이 심각한 실정이다. 이에 대해 국내 및 국외에서 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 유기물질의 분해효과가 있는 유용미생물과 포러스콘크리트를 이용하여 하천 현장에 설치하여 구조적 성능평가와 장기간 수질정화능력을 평가하였다. 구조적 성능평가 결과, 시험체의 공극률은 15%가 적절하다고 판단되며, 또한 수질정화성능 검토 결과 각항목에 대한 제거율은 SS 34.1%, BOD 14.6%, COD 34.9%, T-N 11.4%, T-P 12.6%를 나타냈다. 따라서 유용미생물을 이용한 포러스콘크리트의 현장적용시 수질을 정화시키는데 효과적이라고 판단된다.
최근 수십년간의 산업발달 및 인구증가에 따라 산업폐수 및 각종 비점오염원의 유입으로 수질오염이 심각한 실정이다. 이에 대해 국내 및 국외에서 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 유기물질의 분해효과가 있는 유용미생물과 포러스콘크리트를 이용하여 하천 현장에 설치하여 구조적 성능평가와 장기간 수질정화능력을 평가하였다. 구조적 성능평가 결과, 시험체의 공극률은 15%가 적절하다고 판단되며, 또한 수질정화성능 검토 결과 각항목에 대한 제거율은 SS 34.1%, BOD 14.6%, COD 34.9%, T-N 11.4%, T-P 12.6%를 나타냈다. 따라서 유용미생물을 이용한 포러스콘크리트의 현장적용시 수질을 정화시키는데 효과적이라고 판단된다.
In recent years, a rapid growth in the population and urbanization led to an increasing industrial growth. The inadequate treated-wasted water from industry and various non-point sources causes significant negative effects on the stream water. For past few decades, extensive researches have been per...
In recent years, a rapid growth in the population and urbanization led to an increasing industrial growth. The inadequate treated-wasted water from industry and various non-point sources causes significant negative effects on the stream water. For past few decades, extensive researches have been performed on water purification process. The purpose of this study is to investigate mechanical performance and water purification properties of porous concrete by using effective microorganisms through the site assessment test. The mechanical performance evaluation results showed that the increase void ration caused an decrease in the strength. The optimal mix rate was found to be 15% void rate From the site assessment, it was evaluated that the porous concrete improved the quality of the water and the purification ratios are 34.1 for SS, 14.6% for BOD, 34.9% for COD, 11.4% for T-N, and 12.6% for T-P. The porous concrete and the related purification technique can reduce the non-point pollution sources flowing into the river.
In recent years, a rapid growth in the population and urbanization led to an increasing industrial growth. The inadequate treated-wasted water from industry and various non-point sources causes significant negative effects on the stream water. For past few decades, extensive researches have been performed on water purification process. The purpose of this study is to investigate mechanical performance and water purification properties of porous concrete by using effective microorganisms through the site assessment test. The mechanical performance evaluation results showed that the increase void ration caused an decrease in the strength. The optimal mix rate was found to be 15% void rate From the site assessment, it was evaluated that the porous concrete improved the quality of the water and the purification ratios are 34.1 for SS, 14.6% for BOD, 34.9% for COD, 11.4% for T-N, and 12.6% for T-P. The porous concrete and the related purification technique can reduce the non-point pollution sources flowing into the river.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 국내 수계환경에 적합하고, 하천 및 호소의 수질정화기능을 가지는 콘크리트의 개발을 위하여 오염물질의 제거성능이 뛰어난 바실러스계 유용미생물을 적용한 포러스콘크리트의 물성평가를 실시하여 최적 배합을 결정한 후 제조된 포러스콘크리트를 실제 도시 내 하천 현장에 설치하여 수질정화성능을 평가하였다.
제안 방법
대상부지에 블록을 설치한 뒤 약 10일간의 안정화기간을 가진 후 98일간 7일 간격으로 유입부와 유출부로 나누어 각각 총 14회 측정하되, 1회 측정 시 해당 지점의 중간 수위에서 총 3개의 시료채취하여 평균값을 최종값으로 하였다. 또한 기존에 연구된 실내 수질시험의 동일기간에 따른 연구결과와 비교평가하였다.
또한 기존에 연구된 실내 수질시험의 동일기간에 따른 연구결과와 비교평가하였다. 또한 유용미생물의 생육특성과 관련된 수온, pH, DO특성과 부유물질 또는 영양물질의 제거특성을 파악하기 위하여 EC, SS, BOD, COD, T-N, T-P를 측정하였다. 수질 분석 항목과 방법은 Table 8과 같다.
본 실험에서 장기간의 수질정화성능을 발휘하려면 바실러스계 미생물의 활동이 가장 중요하므로, 다공질의 화산석과 내부에 많은 공극을 가지는 포러스콘크리트를 사용하여 공시체를 제조함으로써 공시체 내부 및 외부에 미생물의 부착 및 생존가능성을 높이고자 하였다.
본 연구에서는 수질정화효과가 있는 바실러스계 미생물배양액을 포러스콘크리트에 적용하여 장기간에 걸쳐 미생물의 생화학적 반응에 의하여 수질정화성능을 발휘하는 수질 정화용 포러스콘크리트를 제조한 뒤 현장적용을 통한 수질 정화성능을 검토하되, 실내시험 연구결과 (Park et al., 2014)와 수질정화성능을 비교 평가하고자 한다
본 연구에서는 유용미생물을 이용한 포러스콘크리트의 공극률 및 압축강도와 현장적용 실험을 통한 수질정화 특성을 검토하였으며 그 결과는 다음과 같다.
시험용 공시체 중 포러스콘크리트는 트윈샤프트믹서를 이용하여 분할혼합방식으로 총 4분간 혼합하였으며, 일반콘크리트인 포카라블록은 원통형 강제식 믹서를 이용하여 분할혼합방식으로 총 4분간 혼합하여 제작하였다. 제작된 포러스콘크리트는 공시체는 24시간의 기건양생 후 28일간 20±3℃에서 수중양생하였으며, 일반콘크리트는 8시간의 증기양생을 거친 후 28일간의 기건양생을 실시하였다.
대상 데이터
또한 분리된 미생물에 대하여 pH 11이상의 강알칼리성시험을 실시하여 배합과정에서의 미생물 생존성을 확인하였다. 본 실험에서는 16S rDNA 염기서열 분석법에 의해 동정된 미생물을 이용하였으며, 동정된 미생물들은 Table 4와 같다 (Park et al., 2014).
본 연구의 유용미생물은 절대호기성 및 통성혐기성 바실러스계 미생물로서 유기물을 먹이원으로 하여 세포물질을 생합성하는 화학유기영양세균이다. 바실러스계 미생물은 세포 바깥으로 다양한 생리활성물질을 생성하여 분비하며, 불리한 환경이 조성되는 내생포자라는 특수 휴면구조 (Dormant structure)를 형성하여 불리한 환경에서도 오랜 기간 생존할 수 있으며, 반대로 환경이 유리하게 바뀌게 되면 다시 활동하는 특성을 가짐과 동시에 세포벽 외부로 점액층이 존재하여 표면에 접촉하기 쉬운 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다 (Kang, 2009; Son, 2007; Lee, 2006).
시험체는 일반콘크리트로 제작된 포카라블록과 유용미생물을 적용한 포러스콘크리트블록으로 나누어 제작하였으며, 각각의 포카라블록 내부에 포러스콘크리트블록을 7개씩 채우는 형태로 최종 시험체를 제작하였다. 평상시 및 갈수시 유입수 대비 포러스콘크리트블록의 총 접촉면적은 0.
이 실험에 사용된 배지는 TSA (Tryptic Soy Agar)와 TSB(Tryptic Soy Broth)를 사용하였으며, 각 배지의 조성은 Table 3과 같다.
이 실험에서 사용한 굵은골재는 화강암질 부순돌과 경량부석을 사용하였으며, 골재의 물리적 성질은 Table 1과 같다.
이 실험에서 사용한 시멘트는 국내 S사의 밀도 3.15g/cm3 ,분말도 3,318cm2/g의 보통 포틀랜드시멘트를 사용하였다.
이 실험에서는 시중에 유통되고 있는 바실러스계 유용미생물 (Effective Microorganisms, EM)을 사용하였다. 미생물의 분리는 시료 30g을 멸균수 270 mL에 넣어서 교반한 후, 살균한 팁을 끼운 마이크로피펫으로 TSA 배지에 10 mL 취한다.
현장 적용을 위한 부지는 경기도 용인시내 경안천의 지류인 동진 소하천 하류구간에 시공하였다. 대상 하천의 폭은 약 6.
혼화제로는 시멘트 분리작용과 미세공기 연행으로 단위 수량저감, 워커빌리티 (Workability) 및 내동해성을 개선시키는 국내 S사 제품의 고성능 AE감수제를 사용하였으며, 그 특성은 Table 2와 같다.
데이터처리
대상부지에 블록을 설치한 뒤 약 10일간의 안정화기간을 가진 후 98일간 7일 간격으로 유입부와 유출부로 나누어 각각 총 14회 측정하되, 1회 측정 시 해당 지점의 중간 수위에서 총 3개의 시료채취하여 평균값을 최종값으로 하였다. 또한 기존에 연구된 실내 수질시험의 동일기간에 따른 연구결과와 비교평가하였다. 또한 유용미생물의 생육특성과 관련된 수온, pH, DO특성과 부유물질 또는 영양물질의 제거특성을 파악하기 위하여 EC, SS, BOD, COD, T-N, T-P를 측정하였다.
이론/모형
압축강도 시험은 Φ100x200mm 공시체를 제작하여 KS F2405 콘크리트의 압축강도 시험방법에 준하여 1,000kN 유압식 강도시험기를 사용하여 측정하였다.
성능/효과
(1) 공극률 및 압축강도 특성 평가 결과, 설계공극률이 증가할수록 압축강도가 감소하는 경향을 보였으며, 적절한 소요강도를 고려해보면 설계공극률 15%의 배합이 적절한 것으로 판단되며, 설계공극률과 실측공극률의 차이는 최대 2.1%로 나타났다.
(2) 용존산소, 수온 및 EC, pH와 중금속 용촐 특성 평가 결과, 용존산소, 수온 및 EC는 유량 및 유용미생물에 의한 변화가 미미하였고, pH의 경우 평균 1.0%의 작은 변화폭을 보였다. 또한 중금속의 용출량은 측정되지 않아 수질 및 생물에 대한 독성은 없는 것으로 나타났다.
(3) 부유물질 (SS)의 측정 결과 유입수 대비 유출수의 제거율은 평균 약 34.1%로 포러스콘크리트 내부의 많은 비표면적과 공극으로 인하여 부유물질에 대한 여재 역할을 하였기 때문으로 판단된다. 하지만 약 30일 이후부터는 여재의 공극막힘현상으로 인한 제거성능이 감소되어 이를 위하여 주기적인 역세 등의 유지관리가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
(4) 유용미생물을 적용한 포러스 콘크리트의 현장적용을 통한 수질정화특성 (BOD, COD 및 T-N, T-P)의 측정 결과, 각각의 평균 제거율은 약 14.6%, 34.9%, 11.4%,12.6% 로 나타나 기존의 실내시험에 비하여 낮았지만 하천환경의 개선효과를 나타내었다. 이는 유용미생물의 활동 및 생장에 따라 먹이원으로 유기물질을 소모하고 생물막 작용으로 인하여 수질이 개선된 것으로 판단된다.
따라서 본 연구에서의 유용미생물을 이용한 포러스콘크리트의 현장적용시 하천 및 호소수 내의 오염물질을 제거할 수 있는 것으로 판단되며, 다만 장기간 설치시 포러스콘크리트의 공극막힘현상으로 인한 제거성능의 감소는 주기적은 역세 또는 침강지 설치로 개선할 수 있을 것으로 판단된다.
0%의 작은 변화폭을 보였다. 또한 중금속의 용출량은 측정되지 않아 수질 및 생물에 대한 독성은 없는 것으로 나타났다.
후속연구
1%로 포러스콘크리트 내부의 많은 비표면적과 공극으로 인하여 부유물질에 대한 여재 역할을 하였기 때문으로 판단된다. 하지만 약 30일 이후부터는 여재의 공극막힘현상으로 인한 제거성능이 감소되어 이를 위하여 주기적인 역세 등의 유지관리가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
공시체 내부 및 외부에 미생물의 부착 및 생존가능성을 높이기 위해 논문의 연구에서 수행한 것은?
본 실험에서 장기간의 수질정화성능을 발휘하려면 바실러스계 미생물의 활동이 가장 중요하므로, 다공질의 화산석과 내부에 많은 공극을 가지는 포러스콘크리트를 사용하여 공시체를 제조함으로써 공시체 내부 및 외부에 미생물의 부착 및 생존가능성을 높이고자 하였다.
바실러스계 미생물의 특성은 무엇인가?
본 연구의 유용미생물은 절대호기성 및 통성혐기성 바실러스계 미생물로서 유기물을 먹이원으로 하여 세포물질을 생합성하는 화학유기영양세균이다. 바실러스계 미생물은 세포 바깥으로 다양한 생리활성물질을 생성하여 분비하며, 불리한 환경이 조성되는 내생포자라는 특수 휴면구조 (Dormant structure)를 형성하여 불리한 환경에서도 오랜기간 생존할 수 있으며, 반대로 환경이 유리하게 바뀌게 되면 다시 활동하는 특성을 가짐과 동시에 세포벽 외부로 점액층이 존재하여 표면에 접촉하기 쉬운 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다 (Kang, 2009; Son, 2007; Lee, 2006).
미생물을 이용한 공법과 장치는 무엇이 있는가?
, 2001). 이러한 공법은 고부하의 폐수에서 유기물 및 질소, 인과 악취를 효과적으로 제거하는 B3 공법과 망상형 회분식 바실러스 접촉장치가 국내 식품폐수처리장에서 적용되고 있다.
참고문헌 (20)
Bae, J. W. (2010), Development on NBF Process for the Advanced Treatment of Domestic Sewage, Dept. of Environmental Engineering, Graduate School of Dong-A University, Busan, 1-10.
Choi, Y. H., Yoo, N. H., Choi, J. D., and Kim, G. S. (1999), Environmental Functions and Impacts on Blowing Beams in Small Rivers, Journal of Agriculture and Life Sciences Research Institute, Kangwon National University, 10, 38-46.
Hae, K. Y. (2012), The Study on Characteristic of Stream Water Treatment By Bio-Film Bowl, Department of Environmental Engineering, Graduate School of Mokpo National University, 1-10.
Higa, T., and Parr, J. F. (1994), Beneficial and Effective Microorganisms for a Sustainable Agriculture and Environment, Japan International Nature Farming Research Center.
Iain, M. M., Gillespie, J. C. P. (2013), Bioremediation an Environmental Remediation Technology for the Bioeconomy, Trends in Biotechnology, 31(6), 329-332.
JCI (1995), ECO Concrete Committee Report, Japan Concrete Institute, 56-58.
Kang, Y. H. (2009), A Study on Water Purification and Runoff Reduction by Rainwater Infiltration Facility using Bacillus subtilis, Dept. of Environment Engineering The Graduate School Kwangwoon University, 36-60.
Kim, E. H., Cho, Y. J., Park. S. J, Shin, K. S., Yim, S. B., Jung, J. K. (2004), Advanced Wastewater Treatment Process using Rotating Bacillus Contactor (RABC), Journal of Korean Society on Water Quality, Korean Society on Water Environment, 20(2), 190-195.
Kim, W. J., Choi, K. J., Park, J. S. (2011), An Experimental Study on Water-Purification Properties in Cement Bricks Using Effective Micro-Organisms and Zeolite, Journal of the Korea Concrete Institute, Korea Concrete Institute, 23(3), 331-338.
Kim, W. J., Do, H. W., Kim, W. S., Chun, W. Y. (2012), An Experimental Study on Water-Purification Properties and the Development of Green Building Materials in Moss Bricks Using Effective Micro-Organisms, Journal of Architectural Institute of Korea, Architectural Institute of Korea, 28(5), 103-110.
Lee, C. B. (2006), A Study on Advanced Treatment of Wastewater by Biofilm Filter Process, Department of Chemical Engineering Graduate School of Chosun University, 38-40.
Lee, C. B. (2006), A Study on Advanced Treatment of Wastewater by Biofilm Filter Process, Department of Chemical Engineering, Graduate School of Chosun University, Gwangju, 4-5.
Lee, H. S., Son, H. H. (2007), Sedimentation and EPS Production by the Change of Dissolved Oxygen Concentration for the Aeration Tank to treat Wastewater with Bacillus sp., Journal of Academia-industrial Technology, Korea Academia-industrial Cooperation Society, 8(3), 624-631.
N, Szymanski, RA, Patterson (2003), Effective microorganisms (EM) and Wastewater system, in future directions for on-site systems: Best management practice. In: Proceeding of on-site 03 Conference, Held at University of New England, Armidale. Lanfax Laboratories Armidale, 347-354.
Nilsson, C., Lakshmanan, R., Renman, G., and Rajarao, G. K. (2013), Efficacy of Reactive Mineral-Based Sorbents for Phosphate, Bacteria, Nitrogen and TOC Removal-Golumn Experiment in Recirculation Batch Mode, Water Research, 47(14), 5165-5175.
Park, J. R., Lim, H. M., Woo, H. S. (2001), A Study on Operation Characteristics of the Upflow Contact Oxidation Process for River Purification, Jounal of Korean Society on Water Quaility, Korean Society on Water Environment, 17(5), 567-564.
Park. J. S., Kim, B. K., Kim, W. S. Seo, D. S., Kim, W. J. (2014), Investigation on Water Purification Effect through Long-term Continuous Flow Test of Porous Concrete Using Effective Microorganisms, Journal of the Korea Concrete Institute, 26(2), 219-227.
Son, H. H. (2007), Removal Efficiency for Operation Condition in Advanced Treatment of Wastewater using Bacillus sp., Dept. of Civil and Environment Engineering The Graduate School Sangmyung University, 18-26.
Song, W. J., Fu, H. Y., and Wang, G. Y. (2012), Study on a Kind of Eco-concrete Retaining Wall's Block With Water Purification Function, Procedia Engineering, 28, 182-189.
Zakaria, Z., Gairola, S., and Shariff, N. M. (2010), Effective Microorganisms (EM) Technology for Water Quality Restoration and Potential for Sustainable Water Resources and Management, 2010 International Congress on Environmental Modelling and Software, International Environmental Modelling and Software Society.
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