[논문]다공성 세라믹과 제올라이트를 활용한 수질정화미디어블럭의 효과 연구

전성률; 구본학

doi:10.13087/kosert.2017.20.5.59

Abstract ▼ AI-Helper

Preeminent water treatment plans are essential to preserve the water quality of aquatic biotopes. Previous studies have not been sufficient to provide cost-effective maintenance method since they focused only on the purification of deteriorated water that requires a continuous supply of clean water....

Preeminent water treatment plans are essential to preserve the water quality of aquatic biotopes. Previous studies have not been sufficient to provide cost-effective maintenance method since they focused only on the purification of deteriorated water that requires a continuous supply of clean water. This study proposes an economical method of water quality maintenance using water treatment media block constructed vertically using porous ceramics, zeolite, and river pebble. The water treatment media block does not require a separate purification area because it functions as a purifier within the ecological pond which can maximize the biotope area. To evaluate the performance of the water treatment media block, we longitudinally tracked the change of water quality indicators (pH, TDS, COND, DO, T-P, T-N, COD) suggested by Water Environment Standards, Ministry of Environment, Republic of Korea. We compared the water quality of one control (A: general ecological pond composition method of the laminated structure) and two experimental groups (B: a combination of aquatic plants and a water treatment media block, C: a water treatment media block only). As a result, we confirmed that the water treatment media block is an efficient and economical method to maintaining the water quality of the ecological pond for a long time. The water treatment media block will be a great help in providing a better aquatic biotope space for aquatic insects and fishes living in clear water.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

생태연못을 포함한 수 공간에 대한 전반적인 연구사례를 분석하기 위해 수질정화에 대한 모니터링은 연구논문 및 국, 공립연구원의 보고서를 활용하였다. 또한, 수질정화를 위한 생태연못 조성 모델 제시를 위해서 기존 수공간 조성 기법 및 구성, 재료 등의 특성과 관련된 사례 및 보고서 등을 고찰하였다.
본 연구에서는 서울시와 같은 대도시의 생태 공간에서 가장 일반적인 공법인 적층식 정화연못과 본 연구에서 제시하는 다공질 세라믹과 제올라이트, 강자갈의 재료를 활용한 수질정화미 디어블럭의 정화유지능력을 검증하고자 한다.

제안 방법

기존 수질정화를 위한 생태연못 구성과 본 연구에서 제시한 모델에 대한 비교 실험을 통해 도출된 결과를 토대로 적합한 도심내의 수 공간에 포괄적으로 적용할 수 있는 모델을 제안하였다.
본 연구에서 제안하는 수질정화미디어블럭은 수면과 수직으로 배열하여 블록 전면부 유속을 감소시켜 침전지효과를 발생시킨다. 이를 통해 블록에 퇴적되는 오염물질을 획기적으로 줄일 수 있어 장기적으로 수질정화기능을 지속적으로 유지할 수 있으리라 판단한다.
수질측정 항목 및 측정 시기는 환경부 호소 수질환경기준에 의거 pH, COD, TDS, DO, T-P, T-N 등을 측정하였다. 측정방법은 환경부 수질 오염공정시험법에 의거하여 실시하며, 측정 시기는 가장 평균 기온인 오전 10시에 매일 1회를기준으로 하였다.
실험장치의 대조구(A)는 자연친화적 생태연못 조성공법으로 사용하는 자갈, 제올라이트, 양질토를 적층한 구조를 설치하였다. 실험구는 정화연못 설치 면적을 생태연못 면적으로 확대가 가능하고, 정화재의 반복 사용 및 유지관리가 용이한 강자갈블럭, 세라믹블럭, 제올라이트블럭으로 제작된 수질정화미디어블럭을 설치하고 수생식물을 식재한 실험구를 (B), 수생식물을 식재 하지 않은 실험구는 (C)로 구분하였다(Table 1).
실험장치의 대조구(A)는 자연친화적 생태연못 조성공법으로 사용하는 자갈, 제올라이트, 양질토를 적층한 구조를 설치하였다. 실험구는 정화연못 설치 면적을 생태연못 면적으로 확대가 가능하고, 정화재의 반복 사용 및 유지관리가 용이한 강자갈블럭, 세라믹블럭, 제올라이트블럭으로 제작된 수질정화미디어블럭을 설치하고 수생식물을 식재한 실험구를 (B), 수생식물을 식재 하지 않은 실험구는 (C)로 구분하였다(Table 1).

대상 데이터

본 연구의 수질정화 실험은 충남 천안시 상명 대학교 온실에 실험구를 설치하여 진행하였으며, 실험용수는 천안시 동남구 안서동에 위치한 천호저수지에 유입되는 공장 정화수를 채수하였다(Figure 1).
생태연못을 포함한 수 공간에 대한 전반적인 연구사례를 분석하기 위해 수질정화에 대한 모니터링은 연구논문 및 국, 공립연구원의 보고서를 활용하였다. 또한, 수질정화를 위한 생태연못 조성 모델 제시를 위해서 기존 수공간 조성 기법 및 구성, 재료 등의 특성과 관련된 사례 및 보고서 등을 고찰하였다.
수생식물은 영양염류(인, 질소 등)의 제거 및 수질정화능이 검증된 추수식물(정수식물)을 대상으로 선정하였다.
실험구는 200리터 원형용기를 실험의 정확도를 높이기 위해 3개 실험구의 3반복인 9 SET와물 순환을 위한 수중펌프(단상 10W × 9 SET). 실험에 사용되는 수질정화미디어는 제올라이트(∅ 3∼5mm), 세라믹(∅10∼15mm), 강자갈(∅20∼ 30mm), 양질토(마사토)를 사용하였다(Figure 2). 제올라이트, 세라믹, 강자갈은 사전 세척하여 오염원 유입 최소화하였다.

이론/모형

강자갈은 접촉산화공법의 정화방법으로 오염 물질이 접촉재 표면에 부착됨으로서 미생물막을 형성하는 고정생물막공법에 이용된다. 자갈을 이용한 정화공법은 접촉․침전효과 생물흡착 효과 생물분해효과 슬러지 감량 효과 등의 4가지 효과를 기대할 수 있으며 접촉침전과정이 가장 효과적인 정화공법이다(ME, 2014).

성능/효과

C-type은 측정전체에서 낮은 변화량을 보였으며, 이는 수질오염원의 영향인 부레옥잠의 부패와 오염원의 퇴적이 없어 일정한 수질환경을 보인 것으로 판단되었다. 결과적으로 기존 적층식 생태연못 조성공법 보다 미디어블럭 수질정화장치가 양질의 수질환경을 유지할 수 있음을 확인할 수 있었다.
Min(2011)은 모듈형 접촉담체 및 천연황토 세라믹 담체와 수생식물을 적용한 고효율 접촉 인공습지의 오염물질 처리에 대한 적용성을 실험 하였다. 그 결과 다양한 토양 미생물과 수중 미생물의 접종, 수생식물 식재량의 증가를 통해 생분해성 및 무기물질의 제거율이 증가 한 것으로 나타났다.
본 연구에서 측정결과를 실험구별 비교 분석한 결과 A-type에서 최초 수질에서 부레옥잠의 부패와 토양, 수질에서 생장하는 생물에 의해 수질환경이 저하되는 경향을 보였다. B-type에서는 부레옥잠의 부패시 수질환경이 저하되었지만, A-type 보다 작은 변화결과를 보였으며, 이는 양질토의 유무가 오염원의 퇴적으로 영향을 줄 수 있는 것으로 판단되었다.
제올라이트, 강자갈, 양질토로 적층된 기존 생태연못 조성공법은 오염물질이 정화연못에 수평으로 적층되기 때문에 정화구역 전체의 오염원 축척으로 인하여 시간에 따라 수질정화능력이 급격하게 감소하였다.

후속연구

본 실험은 기존 또는 신설 생태연못에 현장 적용으로 장기적인 연구가 필요하며 저류지, 빗물저류조 등의 수질개선도 가능함을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자연 마당 및 생태계 보전협력금사업의 긍정적인 영향은 무엇인가?	국가적으로 또는 국제적으로 대응전략이 대두되고 있다. 국내에서는 환경부와 각 지자체에서 실시하고 있는 자연 마당 및 생태계 보전협력금사업 등이 대표적이며, 이 제도의 시행을 통해 생태공원을 비롯하여 옥상정원 등의 증가로 인해 생물다양성을 함양 하고 점오염원 및 비점오염원 등 환경적인 측면에서 수질정화 등을 목적으로 하는 생태연못 조성이 증가하고 있는 추세이다.
	수질정화미디어블럭의 장점은 무엇인가?	본 연구에서 제안하는 수질정화미디어블럭은 수면과 수직으로 배열하여 블록 전면부 유속을 감소시켜 침전지효과를 발생시킨다. 이를 통해 블록에 퇴적되는 오염물질을 획기적으로 줄일 수 있어 장기적으로 수질정화기능을 지속적으로 유지할 수 있으리라 판단한다.
	생태연못이란 무엇인가?	생태연못은 ‘인공적으로 조성된 습지’의 한 유형으로서, 특히 ‘생태적 목적에 의해 인공적으로 조성된 습지’로서(Koo, 2011) 도시생태환경의 개선을 위해서 대부분 인공습지를 중심으로 도시환경의 복원․창출계획이 지속적으로 수립되고 있다.

참고문헌 (16)

Admiraal, A. N.？M. J. Morris？T. C. Brooks？J. W. Olson and M. V. Miller. 1997. Illinoos Wetland Restoration & Creation Guide. Natural History Survey Special Publication.
Brinson, M.M. 1993. Hydrogeomorphic Classification for Wetlands. 'Importance of the Convention on Wetlands (3rd. ed.). Ramsar Convension.
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Ko SM.Song MS and Hong SJ. 2003. A Study of the Utilization of Feldspathic Sand as a Fortified Functional Filtering Material for Water Purification.
Kim AH and Song JM. 2012. Application of Dissolved Air Flotation Technique to Improve Reservoir Water Quality
Kim BG？Seo DS and Pak JS. 2014. Experimental Study on Water-Purification Properties according to Concentration in Ecology Revetment Block using EM
Kim KG. 1997. A Study on the Eco-city Planning Guidance.
Ko JS and Yeou YG. 2005. Water Quality Improvement of Riparian Wetland by Mattress / FilterSystem
Koo BH？Jung JY and Park MO. 2011. The ecology of wetlands through Marsh replaces the standard analysis in the development of performance criteria. Korean Journal of environmental restoration technology 14 (1): 11-22.
Lee HT？Ahn JH and Kim, W S. 2015. A Study on Water Purification Characteristics of Zeolite Mortar.
Park US？Kim BK and Kim WJ. 2014. Investigation on Water Purification Effect Through Long-Term Continuous Flow Test of Porous Concrete Using Effective Microorganisms
Smith, R. D？A. Ammann.？C. Bartoldus and M. M. Brinson. 1995. An approach for Assessing Wetland Functions Using Hydrogeomorphic Calssification, Reference Wetlands, and Functional Indices. Technical Report WRP-DE-9. Waterways Experiment Station, U.S. Army Corps of Engineers, Vicksburg, MS. p.7-25.
Song, GY and Kang HJ. 2011. Examination of Water-Purification Properties in Cement Bricks Using Bacillus Amyloliquefaciens, Lysinibacillus Fusiformis and Zeolite
The ministry of the evironment. 2001. Recalling the nature of ecological pond for composition in the city guide
The Ministry of transport, Ministry of the Christian Council of Korea landscape Institute. 2013. landscape design standards.
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