[논문]미세기포를 이용한 퇴적물 정화

강상율; 김형준; 김충일; 박현주; 나춘기; 한무영

doi:10.4491/ksee.2016.38.8.420

초록
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본 연구는 미세기포를 이용하여 하천 및 호수의 퇴적물 내 영양염류 제어 가능성을 살펴보고자 하였다. 이를 위해 실제 호수에서 퇴적물을 채취하여 용출 특성 실험 및 기포를 이용한 퇴적물 및 영양염류 제거 실험을 수행하였다. 연구에 사용된 퇴적물의 입도분석 결과, 점토와 실트(<0.075 mm)비율은 약 7.7%, 모래(0.075~4.75 mm)는 약 67.8%, 자갈은(${\geq}4.75mm$) 약 24.5%로 나타났다. 총질소(T-N), 총인 (T-P), 강열감량은 각각 2,790~3,260 mg/kg, 261~311 mg/kg, 4.1~9.6%로 나타났다. 퇴적물의 입도별 T-N과 T-P을 분석한 결과, 입도가 클수록 퇴적물의 T-N와 T-P 함량은 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 입도가 클수록 비표면적이 작아져 흡착되는 오염물질량이 줄어들기 때문으로 판단된다. 기포의 특성에 따른 퇴적물의 제거효율을 분석한 결과, 압력 6기압, 순환률 30%, 응집제 주입량 15 ppm의 조건으로 실험을 수행하였을 때 퇴적물의 제거율이 19.9%로 가장 높게 나타났다. 이 때의 T-N, T-P의 제거효율도 21.4, 22.6%로 가장 높게 나타났다. 운전조건을 고정시키고 기포 주입횟수를 증가시키면서 T-N과 T-P의 제거효율을 살펴본 결과, 주입횟수 2회까지 T-N과 T-P의 제거효율은 높았으나, 3회부터는 제거효율이 낮아짐에 따라 주입횟수가 증가하더라도 제거효율에는 큰 변화를 보이지 않았다. 그리고 미세입자가 제거된 퇴적물의 영양염류 용출량은 미세입자를 제거하지 않은 퇴적물의 용출량보다 약 20.1~64.3% 정도 감소함을 알 수 있었다. 이를 통해 미세기포를 퇴적물에 반복적으로 주입하는 방안은 퇴적물 및 퇴적물에서의 영양염류 용출을 제어하는 효과적인 방안으로써 가능성이 있음을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted on the sediment remediation using micro-bubble to remove fine particles. For this study, characteristics of contamination and release in sediment were analyzed. And then, the characteristics of bubbles on removal efficiency was investigated at various operation conditions. I...

This study was conducted on the sediment remediation using micro-bubble to remove fine particles. For this study, characteristics of contamination and release in sediment were analyzed. And then, the characteristics of bubbles on removal efficiency was investigated at various operation conditions. In particle size distribution of the sediment used for the study, the proportion of clay and silt (<0.075 mm) was about 7.7%, sand (0.075~4.75 mm) was about 67.8%, and gravel (${\geq}4.75$) was 24.5%. Total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) of the sediment were 2,790~3,260, 261~311 mg/kg respectively. Ignition loss and water content were 4.1~9.6, 32.9~53.2% respectively. In analysis of removal efficiency according to operation conditions of micro-bubble, it was the highest when operation condition is pressure 6 atm, pressurized water ratio 30%, and coagulant dosage 15 ppm. At the time, the sediment's removal efficiency was 19.9%. Accordingly removal efficiency of TN and TP were 21.4, 22.6% respectively. Finally a research was found that fine particles in sediment were almost removed by micro-bubble, which led to decrease nutrients' release at about 20.1~64.3% in comparison to sediment including lots of fine particles.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 부상공정의 미세기포를 이용하여 부영양화 및 녹조발생의 요인 중 하나인 퇴적물 내 영양염류를 제거하는데 있다. 이를 위해 가압수를 이용하는 용존 공기 부상분리공정을 적용하고, 기포의 특성 및 운전조건에 따른 퇴적물의 미세입자 및 퇴적물 내 영양염류의 제거효율을 분석하였다.

제안 방법

가압수를 이용하는 용존공기 부상분리법을 오염 퇴적물의 정화에 적용하고, 부상분리공정의 운전조건에 따른 퇴적물 및 퇴적물 내 영양염류의 제거효율을 평가한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구의 목적은 부상공정의 미세기포를 이용하여 부영양화 및 녹조발생의 요인 중 하나인 퇴적물 내 영양염류를 제거하는데 있다. 이를 위해 가압수를 이용하는 용존 공기 부상분리공정을 적용하고, 기포의 특성 및 운전조건에 따른 퇴적물의 미세입자 및 퇴적물 내 영양염류의 제거효율을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 퇴적물은 서울특별시 관악구 대학동 관악호수공원 3개 지점에서 채취하였다(Fig. 1). 채취한 퇴적물은 현장에서 밀봉하여 실험실로 운반하였으며, 건조기에서 110℃로 24시간 건조시켰다.

성능/효과

1) 퇴적물의 총질소와 총인 함량은 입도가 작을수록 증가하였다. 이는 입도가 작을수록 비표면적이 커져 흡착되는 오염물질량이 증가하기 때문이다.
2) 가압수의 압력, 순환비율 및 가압수내 응집제 주입량이 증가할수록 퇴적물의 부상분리 제거효율이 증가하였다. 이에 따라 퇴적물 입자에 포함된 총질소와 총인도 함께 제거됨을 알 수 있었다.
3) 기포 주입횟수에 따른 영양염류 제거효율에 대한 실험을 통해 초기 반복적인 기포주입을 통해 퇴적물의 미세입자를 제거함으로써 영양염류를 효과적으로 제거할 수 있었다.
4) 미세입자가 제거된 퇴적물의 영양염류 용출농도는 미세입자가 제거되지 않은 퇴적물의 영양염류 용출량보다 약 20.1~64.3% 정도 감소함을 알 수 있었다. 이를 통해 퇴적물의 미세입자 제거는 퇴적물의 영양염류 용출량의 감소에 효과적임을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저층 퇴적물을 제거하기 위한 방법 중 준설의 문제점은 무엇인가?	저층의 퇴적물을 제거하기 위해서 주로 이용하는 방법은 준설이다. 그러나 준설은 퇴적물을 한꺼번에 제거함으로써 동·식물의 서식지를 일시적 또는 영구적으로 파괴시킨다.6) 그러므로 수계에 미치는 부정적인 영향을 최소화하면서 오염물질만을 선택적으로 제거할 수 있는 대안이 필요하다.
	DAF 공정은 무엇인가?	수계에 부정적인 영향을 끼치는 녹조현상을 해결하기 위해서 용존공기 부상분리법(Dissolved Air Flotation, DAF)이 적용되고 있다.2) DAF 공정은 공기가 용존된 가압수를 대기압에 분사하여 큰 기압차에 의해 기포를 발생시키고, 기포의 부상력을 이용하여 수중의 오염물질을 수면 위로 분리하는 수처리 기법이다.3) 특히, DAF 공정은 저밀도 조류나 입자상 물질을 제거하는데 효과적이다.
	호소수의 내부오염원으로 작용하는 저층의 퇴적물에 대한 관리가 필요한 이유는?	그러나 호소수의 오염은 외부오염원뿐 아니라 내부오염원에 의해서도 발생한다. 저층퇴적물의 미세입자에 축적된 오염물질은 조류발생을 촉진시키기 때문에, 수중의 부유물질과 조류만을 제거해서는 호소수의 수질을 근본적으로 개선하기 어렵다.5) 따라서 호소수의 내부오염원으로 작용하는 저층의 퇴적물에 대한 관리가 필요하다.

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