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문제 정의
- 본 연구에서는 오염이 심화되고 있는 정체성 수역에 적용할 수 있는 기술로서 기존의 인공식물섬을 개량하여 수질정화능을 대폭 제고한 융복합부도를 제안하였다. 자연정화 기능의 향상을 유도하는 친환경적 기술로서, 영양염류(P, N) 및 유기물 제거, 용존산소(DO, dissolved oxygen) 개선, 조류 제거 및 대발생 억제, 수생태환경 개선 등의 기능을 갖는 고효율 다기능의 수질개선 융복합부도를 개발하고자 하였다.
- 자갈 및 쇄석은 입자성 물질의 제거효율은 뛰어나지만 유기물 및 영양염류의 제거에는 효율이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 유기물 및 영양염류(P)의 제거까지 가능한 적정한 여재를 선정하기 위하여 제올라이트, 화산석 및 입상 레드머드를 대상으로 COD, T-N 및 T-P의 제거효율을 비교하는 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 원수(오염된 하천수)의 수질은 실험조건에 따라 상이하였으며, 평균 COD 15.
- 본 연구에서는 오염이 심화되고 있는 정체성 수역에 적용할 수 있는 기술로서 기존의 인공식물섬을 개량하여 수질정화능을 대폭 제고한 융복합부도를 제안하였다. 자연정화 기능의 향상을 유도하는 친환경적 기술로서, 영양염류(P, N) 및 유기물 제거, 용존산소(DO, dissolved oxygen) 개선, 조류 제거 및 대발생 억제, 수생태환경 개선 등의 기능을 갖는 고효율 다기능의 수질개선 융복합부도를 개발하고자 하였다. 이를 위해① 마이크로버블에 의한 부상 및 산화, ② 식생정화 및 ③ 흡착기능을 강화한 생물여과 등 물리적·화학적·생물학적 기능을 결합한 다기능 융복합부도의 적정 조합조건을 결정하기 위한 기초실험을 수행하였으며, 융복합부도의 각 단위공정에 대한 설계·운전인자를 제시하였다.
제안 방법
- 1) 마이크로버블 단위공정에서는 DAF 펌프형 마이크로버블 발생장치와 기초실험을 통해 결정된 적정 유량 및 운전압력을 제안하였다.
- 2) 식생정화 단위공정에서는 식생종으로 노랑꽃창포를 선정하고, 식생기반재로서 경량인공토를 포설하고, 추가로 상부에 코이어롤(coir-roll)을 피복하도록 제안하였다.
- 4) 위의 단위공정에 대한 검토과정을 바탕으로, 단위 융복합부도의 크기는 가로, 세로 최대 각 2.7 m로 하였으며, 모듈형으로 제작하여 추가 확장이 가능하도록 제안하였다.
- 운전은 연속흐름 하향류 방식을 선택하였다. LV 50 m/day에서 여층두께별 통수실험을 통하여 SS, COD, T-N 및 T-P의 제거효율을 관찰하였다. 실험에 사용한 원수로는 하수처리수를 사용하였다.
- 5 kgf/cm2의 압력 조건에서 안정적으로 다량의 마이크로버블이 생성됨을 확인하였다. Particle counter를 활용하여, 2~10, 10~20, 20~30, 30~40, 40~50, 50~70, 70~100 및 100 ㎛ 이상의 입경대에 대해 크기별로 구분하여 입자수를 측정하였으며, 체적 분포 및 표면적 분포를 산정하였다. 입경대별 입자수 분포를 살펴보면 2~10 ㎛ 크기의 기포가 가장 많이 발생하였으며, 입경대가 커질수록 입자수는 감소하는 경향을 나타내었다.
- 5 kgf/cm2의 조건으로 실험하였다. Particle counter의 사양은 flow cell dimension 750 ㎛, detection range 2~750 ㎛, size channel 8개인 LaserTracTM particle counter(PC3400)을 이용하여 마이크로버블의 입경대별 입자수 분포(입경대: 2~10, 10~20, 20~30, 30~40, 40~50, 50~70, 70~100 및 100 ㎛ 이상), 체적 분포 및 표면적 분포를 산정하였다. Particle counter에 시료는 75 mL/min으로 공급하였으며, 1분간 연속측정한 후 평균값을 대푯값으로 하였다.
- 다기능 융복합부도의 설계·운전인자를 도출하기 위하여, 마이크로버블 기초실험, 식생별 수질정화능 검토, 적정여재 선정 비교실험, 여과선속도(LV) 및 여층두께에 따른 수질정화능 비교실험 등을 진행하였으며, 이 결과를 바탕으로 각 단위공정의 설계·운전인자를 제시하였다.
- 마이크로버블 단위공정에서는 현장적용성을 고려하여 DAF 펌프형 마이크로버블 발생장치를 제안하였으며, 운전압력과 유량은 기초실험을 통하여 결정하였다. 마이크로버블 공급 깊이는 별도의 실험과 여러 수질항목에 대한 제거효율이 수심 1.3 m의 조건에서 최대에 달하였다는 Chen et al., (2014)의 연구를 바탕으로 융복합부도 직하부의 1.0~1.5 m 지점으로 제안하였다.
- 마이크로버블 단위공정에서는 현장적용성을 고려하여 DAF 펌프형 마이크로버블 발생장치를 제안하였으며, 운전압력과 유량은 기초실험을 통하여 결정하였다. 마이크로버블 공급 깊이는 별도의 실험과 여러 수질항목에 대한 제거효율이 수심 1.
- 마이크로버블 단위공정의 기초실험을 위하여 Fig. 2와 같이 24 m3/day 규모를 갖는 semi-batch type의 수처리 장치를 설치하였다(반응조 부피: 0.48 m3). 마이크로버블 발생방식은 DAF 펌프 type을 적용하였다(모델명:KET-04-010, 출력: 3.
- 마이크로버블에 의한 부상 및 산화, 식생정화 및 흡착기능을 강화한 생물여과 등 물리적·화학적·생물학적 기능을 결합한 수질개선을 위한 다기능 융복합부도를 제안하였다.
- Particle counter에 시료는 75 mL/min으로 공급하였으며, 1분간 연속측정한 후 평균값을 대푯값으로 하였다. 마이크로버블의 생성특성과 관련된 기초실험에는 원수로 수도수를 사용하였으며, 수질정화능 관련 기초실험에서는 오염된 하천수를 사용하여 시간 경과에 따른 SS, Chl-a 및 COD(chemical oxygen demand)의 제거효율을 분석하였다. 연속으로 마이크로버블을 공급하면서 5, 10, 30, 60, 90 및 120분 시간경과 후 각 수질항목의 농도 변화를 모니터링하였다.
- 마이크로버블의 수질정화 효과를 분석하기 위하여 오염된 하천수를 원수로 사용하여 연속으로 마이크로버블을 공급하면서 5, 10, 30, 60, 90 및 120분 시간경과 후 SS, Chl-a 및 COD의 농도 변화를 모니터링한 결과는 Table 1과 같다. SS 및 Chl-a의 경우 원수 농도 40.
- 생물여과 단위공정에 적합한 여재와 적정 여과조건(여재의 충전고 및 여과선속도(LV, linear velocity))을 결정하기 위하여 제올라이트, 화산석 및 입상 레드머드를대상으로 직경 150 mm, 높이 900 mm의 칼럼을 활용한 실내 실험을 수행하였으며(Fig. 5), 실험장치의 구성은 Fig. 6에 도시한 바와 같이 연속 순환방식으로 실험하였다. 실험에 사용한 원수로는 오염된 하천수를 사용하였으며, LV를 각각 50, 100 및 200 m/day로 변화시키면서 충전된 여재의 bed volume 대비 여과수량이 5, 15 및 35에 달하는 시점의 처리수를 채수하여 SS, COD, T-N 및 T-P의 제거효율을 분석하였다.
- 생물여과 단위공정에서는 기초실험을 통하여 여재는 입상 레드머드로, 여과 방향은 하향류로, 여재 충전고는 30~45 cm로, 여재의 입경은 3~5 mm로, LV는 50 m/day를 제안하였다. 이러한 조건을 만족하기 위하여 마이크로버블공정을 거친 미처리수는 수중펌프와 분수에 의해 살수되어 식생정화 및 생물여과 단위공정을 경유하도록 구성하였다.
- 수질정화능이 우수한 식생종을 선정하기 위하여 지름 20 cm, 높이 40 cm의 칼럼을 활용한 실내 실험을 실시하였다. 태양광과 함께 36 W 백열등 2개를 이용하였으며, 실내 온도는 20℃로 조절하여 노랑꽃창포, 부들, 수크령, 질경이택사 및 창포 등 5종의 식생을 대상으로 하였다.
- 식생정화 단위공정에서는 식생종으로 노랑꽃창포를 선정하였으며, 식생기반재로서 경량인공토를 최상층에 10 cm의 깊이로 포설하고 코코넛 섬유를 이용한 코이어 롤(coir-roll)로 추가 피복하여 식생종의 활착을 유도하고 식생기반재 및 여재의 유실을 방지하도록 제안하였다.
- 원형의 칼럼에 각 식생을 식종한 뒤, 15일간에 걸쳐 생장특성 및 정화효과를 모니터링하였다. 실험 경과시간에 따른 COD, 총질소(T-N, total nitrogen) 및 총인(T-P, total phosphorus)에 대한 제거효율을 관찰하였다. 본 실험에 사용된 식생은 Fig.
- 6에 도시한 바와 같이 연속 순환방식으로 실험하였다. 실험에 사용한 원수로는 오염된 하천수를 사용하였으며, LV를 각각 50, 100 및 200 m/day로 변화시키면서 충전된 여재의 bed volume 대비 여과수량이 5, 15 및 35에 달하는 시점의 처리수를 채수하여 SS, COD, T-N 및 T-P의 제거효율을 분석하였다.
- 마이크로버블의 생성특성과 관련된 기초실험에는 원수로 수도수를 사용하였으며, 수질정화능 관련 기초실험에서는 오염된 하천수를 사용하여 시간 경과에 따른 SS, Chl-a 및 COD(chemical oxygen demand)의 제거효율을 분석하였다. 연속으로 마이크로버블을 공급하면서 5, 10, 30, 60, 90 및 120분 시간경과 후 각 수질항목의 농도 변화를 모니터링하였다.
- 태양광과 함께 36 W 백열등 2개를 이용하였으며, 실내 온도는 20℃로 조절하여 노랑꽃창포, 부들, 수크령, 질경이택사 및 창포 등 5종의 식생을 대상으로 하였다. 원형의 칼럼에 각 식생을 식종한 뒤, 15일간에 걸쳐 생장특성 및 정화효과를 모니터링하였다. 실험 경과시간에 따른 COD, 총질소(T-N, total nitrogen) 및 총인(T-P, total phosphorus)에 대한 제거효율을 관찰하였다.
- 위의 단위공정에 대한 검토과정을 바탕으로, 단위 융복합부도의 크기는 이동성 및 현장설치의 용이성을 고려하여 가로, 세로 최대 각 2.7 m로 하였으며, 모듈형으로 제작하여 추가 확장이 가능하도록 하였다. 프레임 및 부력체는 구조적 안정성, 내부식성 및 미관을 고려하여 각각 SUS와 PE 파이프를 제안하였다.
- 1과 같다. 융복합부도는 사방의 부력체에 의해 부유 상태를 유지하고, 각 개체는 가로 2.7 m 및 세로 2.7 m의 정사각형 형태를 기본으로 모듈처럼 연속하여 확장가능하도록 구성하였다. 마이크로버블은 융복합부도의 하부 1.
- 이러한 조건에서 여재 사이에 포집된 입상형 오염물질 및 흡착된 영양물질이 분해·제거되고 식생에 의해 흡수되고 시간 경과에 따라 박리·유출되는 과정을 반복하며 스스로 유지·재생됨으로써, 여층이 조기에 폐색되지 않고 자체의 생물정화(bioremediation) 기능을 장기간 보유하도록 하였다.
- 생물여과 단위공정에서는 기초실험을 통하여 여재는 입상 레드머드로, 여과 방향은 하향류로, 여재 충전고는 30~45 cm로, 여재의 입경은 3~5 mm로, LV는 50 m/day를 제안하였다. 이러한 조건을 만족하기 위하여 마이크로버블공정을 거친 미처리수는 수중펌프와 분수에 의해 살수되어 식생정화 및 생물여과 단위공정을 경유하도록 구성하였다. 여재의 입경을 3~5 mm로 충분히 크게 구성하고, 강우 발생 직후의 매우 심한 고탁수 조건에서는 운전하지 않으며, 일 24시간 중 8시간 전후의 운전시간을 유지하였다.
- 이를 위해① 마이크로버블에 의한 부상 및 산화, ② 식생정화 및 ③ 흡착기능을 강화한 생물여과 등 물리적·화학적·생물학적 기능을 결합한 다기능 융복합부도의 적정 조합조건을 결정하기 위한 기초실험을 수행하였으며, 융복합부도의 각 단위공정에 대한 설계·운전인자를 제시하였다.
- 3 mg/L로 최대 20%의 제거효율을 나타내었으며,10분 이상의 시간이 경과 이후에는 추가적인 제거효율의 증가가 크지 않았다. 이상의 결과를 바탕으로, 마이크로버블 단위공정의 적정한 접촉시간은 10분으로 선정하였다. 향후 제거대상 오염물질의 물리화학적 특성이 마이크로버블 단위공정에서 경시적으로 어떠한 변화를 거치는지, 어떠한 기작에 의해 제거되는지에 대한보다 상세한 검토가 필요할 것으로 판단된다.
- 테스트베드에 적용된 다기능 융복합부도는 가능한 적은 공간(시설면적: 30 m2)에 인공적인 물순환 기능을 부가하여 큰 오염부하 저감효과(일 처리용량: 최대 800 m3/d)를 갖도록 하였다. 또한, ① 마이크로버블, ② 식생정화 및③ 생물여과 등 물리적·화학적·생물학적 요소기술의 융복합을 통해 고효율의 안정적 수질정화능을 확보한 것으로 나타났다.
- 7 m로 하였으며, 모듈형으로 제작하여 추가 확장이 가능하도록 하였다. 프레임 및 부력체는 구조적 안정성, 내부식성 및 미관을 고려하여 각각 SUS와 PE 파이프를 제안하였다.
- 7% 등 여러 수질항목에 대해 우수하고 안정적인 제거효율을 나타내었으며, 특히 LV에 따른 변동도 크지 않아 융복합부도의 수질정화용 여재로 적합한 것으로 판단하였다. 한편, LV를 과도하게 높인 상태로 장기간 연속운전할 경우 여재의 폐색이 조기에 발생하는 등 유지관리 상의 문제가 있어 현장적용 설계 값으로는 LV 50 m/day를 제안하였다.
대상 데이터
- 본 논문에서 상세히 다루지는 않았으나, 경기도 K시의 우수배제 기능을 주로 갖고 있는 정체하천인 H천에 다기능 융복합부도의 테스트베드를 구축하여 2015년 6월부터 2018년 현재까지 3년간 운전한 결과를 요약하면 다음과 같다(n = 52, 동절기(n = 23), 하절기(n = 29)).
- , 2001; Yang,2006). 본 융복합부도에서는 경관개선 효과가 우수하고,부도에서 활착 및 생장능이 우수하고, 상대적으로 유지관리가 용이한 것으로 알려져 있는 노랑꽃창포를 1순위 후보 식생으로 선정하였다. 참고로, 위의 실험결과를 바탕으로 노랑꽃창포를 대상으로 한 수질 처리목표를 제시하면, COD 30%, T-N 50% 및 T-P 10% 이상을 제안할 수 있을 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 유기물 및 영양염류(P)의 제거까지 가능한 적정한 여재를 선정하기 위하여 제올라이트, 화산석 및 입상 레드머드를 대상으로 COD, T-N 및 T-P의 제거효율을 비교하는 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 원수(오염된 하천수)의 수질은 실험조건에 따라 상이하였으며, 평균 COD 15.5, T-N 13.7 및 T-P 1.2 mg/L에 상당하였다.
- 실험에 사용한 원수로는 하수처리수를 사용하였다. 실험에는 15.7 L 용량의 아크릴 원통 칼럼을 사용하였다.
- 수질정화능이 우수한 식생종을 선정하기 위하여 지름 20 cm, 높이 40 cm의 칼럼을 활용한 실내 실험을 실시하였다. 태양광과 함께 36 W 백열등 2개를 이용하였으며, 실내 온도는 20℃로 조절하여 노랑꽃창포, 부들, 수크령, 질경이택사 및 창포 등 5종의 식생을 대상으로 하였다. 원형의 칼럼에 각 식생을 식종한 뒤, 15일간에 걸쳐 생장특성 및 정화효과를 모니터링하였다.
이론/모형
- 9와 같다. 운전은 연속흐름 하향류 방식을 선택하였다. LV 50 m/day에서 여층두께별 통수실험을 통하여 SS, COD, T-N 및 T-P의 제거효율을 관찰하였다.
성능/효과
- 3) 생물여과 단위공정에서는 여재는 입상 레드머드로, 여과 방향은 하향류로, 여재 충전고는 30~45 cm로, 여재의 입경은 3~5 mm로, LV는 50 m/day로 제안하였다.
- 8에 도시한 바와 같다. COD 실험결과에서,각 여재의 제거효율은 제올라이트가 6.7%, 화산석은 8.8% 및 입상 레드머드가 28.8%로 나타나 입상 레드머드의 제거효율이 상대적으로 우수한 것으로 나타났다. 입상 레드머드의 경우에는 LV에 따른 제거효율의 변동이 크지 않고 안정적인 것으로 나타났다.
- 11과 같다. Langmuir 등온흡착식을 적용하여 해석한 결과, 최대흡착용량은 59.5mg/g에 상당하였다. pH에 따른 제거효율을 분석한 결과,pH 4~10의 범위에서 처리효율이 양호한 것으로 나타났으며, pH 4~5의 범위에서는 70% 이상, pH 7~10의 범위에서 40~60%의 T-P 제거효율을 보였다.
- 입상 레드머드의 경우에는 LV에 따른 제거효율의 변동이 크지 않고 안정적인 것으로 나타났다. T-N의 경우, 각 여재의 제거효율은 제올라이트가 53.7%, 화산석이 12.9% 및 입상 레드머드가 65.4%로 나타나 입상 레드머드의 제거효율이 가장 우수한 것으로 나타났다. T-N에 대해서도 입상 레드머드는 안정적인 제거효율을 나타내었다.
- 5mg/g에 상당하였다. pH에 따른 제거효율을 분석한 결과,pH 4~10의 범위에서 처리효율이 양호한 것으로 나타났으며, pH 4~5의 범위에서는 70% 이상, pH 7~10의 범위에서 40~60%의 T-P 제거효율을 보였다. 이상의 결과로부터 이 소재가 pH 10 이하의 조건에서 인(P)에 대한 높은 흡착능을 보유하고 있음이 실험적으로 확인되었다.
- 각 여재를 종합적으로 비교하면, 제올라이트는 T-P 및 COD의 제거효율이 낮고, 화산석은 COD 및 T-N의 제거효율이 낮은 것으로 나타났다. 한편, 입상 레드머드는 COD 28.
- 또한, ① 마이크로버블, ② 식생정화 및③ 생물여과 등 물리적·화학적·생물학적 요소기술의 융복합을 통해 고효율의 안정적 수질정화능을 확보한 것으로 나타났다. 계절별 및 원수성상에 따른 제거효율의 변동을 완화하고, 다양한 오염물질에 대한 수질정화능을 동시에 확보하는 특성을 나타내었다. 평균적으로 조류(Chl-a:60%), 인(T-P: 34%), 유기물(COD: 36%) 및 부유물질(SS: 67%)의 제거효율이 관찰되었다.
- 평균적으로 조류(Chl-a:60%), 인(T-P: 34%), 유기물(COD: 36%) 및 부유물질(SS: 67%)의 제거효율이 관찰되었다. 고농도의 오염물질 유입 시 및 하절기에 상대적으로 높은 제거효율이 관찰되었다.
- 또한, ① 마이크로버블, ② 식생정화 및③ 생물여과 등 물리적·화학적·생물학적 요소기술의 융복합을 통해 고효율의 안정적 수질정화능을 확보한 것으로 나타났다.
- 입경대별 입자수 분포를 살펴보면 2~10 ㎛ 크기의 기포가 가장 많이 발생하였으며, 입경대가 커질수록 입자수는 감소하는 경향을 나타내었다. 마이크로버블의 체적 분포에서는 30~70 ㎛ 입경대에서 높은 분율을 차지하는 것으로 나타났다. 표면적 분포에서는 20~40㎛ 입경대에서 높은 분율을 나타내었다.
- 5 kgf/cm2를 제시한 바 있다. 본 연구에 적용된 DAF 펌프를 대상으로, 반송수와 공기의 유입량을 개별적으로 제어하여 35 L/min의 운전유량 및 3.5 kgf/cm2의 압력 조건에서 안정적으로 다량의 마이크로버블이 생성됨을 확인하였다. Particle counter를 활용하여, 2~10, 10~20, 20~30, 30~40, 40~50, 50~70, 70~100 및 100 ㎛ 이상의 입경대에 대해 크기별로 구분하여 입자수를 측정하였으며, 체적 분포 및 표면적 분포를 산정하였다.
- 15일 이상 경과할 경우, 일부 식생이 활착하지 못하고 괴사하는 현상이 발생하는 점을 고려하여 총 접촉시간을 결정하였다. 실험결과 COD의 제거효율은 부들이 47.1%로 가장 높게 나타났고,T-N의 제거효율은 노랑꽃창포가 63.9%로 가장 높게 나타났으며, T-P는 46.0%로 부들이 가장 높은 것으로 나타났다 (Kim et al., 2015). 위 결과의 해석 시 식재기반 없이 실험이 진행되어 각 식생별로 조기 활착률에 차이가 있을 수 있다는 점에 대한 고려가 필요하다.
- 여층두께에 따른 오염물질별 제거효율을 살펴보면,SS, T-N, T-P의 경우 여층두께 30 cm에서 제거효율이 높게 나타났으며, COD는 여층두께 45 cm에서 제거효율이 우수한 것으로 나타났다. 현장적용 설계 값으로 처리효율, 일처리 용량 및 융복합부도의 자중을 고려할 때 30~45 cm의 여층두께가 적정할 것으로 판단된다.
- 참고로 입상 레드머드의 XRF(X-ray fluorescence)(장비명: WD-XRF, 제조사: RIGAKU, 모델명: ZSX 100e)에 의한 정성분석 결과(분석방법: FP method)는 위의 Table 4와 같다. 이 성분분석 결과로부터 입상 레드머드는 응집/침전, 흡착 및 결정화 등 복합적 작용을 통해 T-P를 제거하고 있을 것으로 판단된다. 레드머드는 Al2O3 및 Fe2O3 등 금속산화물의 구성비가 높아서 응집/침전의 기작을 보조할 수 있고, quartz(SiO2) 및 hematite(Fe2O3) 등 수용액 상의 일정한 pH에서 서로 다른 형태의 전하를 갖는 다양한 mineral을 함유하고 있기 때문에 효과적인 흡착 성능을 보유하고 있다.
- pH에 따른 제거효율을 분석한 결과,pH 4~10의 범위에서 처리효율이 양호한 것으로 나타났으며, pH 4~5의 범위에서는 70% 이상, pH 7~10의 범위에서 40~60%의 T-P 제거효율을 보였다. 이상의 결과로부터 이 소재가 pH 10 이하의 조건에서 인(P)에 대한 높은 흡착능을 보유하고 있음이 실험적으로 확인되었다.
- Particle counter를 활용하여, 2~10, 10~20, 20~30, 30~40, 40~50, 50~70, 70~100 및 100 ㎛ 이상의 입경대에 대해 크기별로 구분하여 입자수를 측정하였으며, 체적 분포 및 표면적 분포를 산정하였다. 입경대별 입자수 분포를 살펴보면 2~10 ㎛ 크기의 기포가 가장 많이 발생하였으며, 입경대가 커질수록 입자수는 감소하는 경향을 나타내었다. 마이크로버블의 체적 분포에서는 30~70 ㎛ 입경대에서 높은 분율을 차지하는 것으로 나타났다.
- 본 융복합부도에서는 경관개선 효과가 우수하고,부도에서 활착 및 생장능이 우수하고, 상대적으로 유지관리가 용이한 것으로 알려져 있는 노랑꽃창포를 1순위 후보 식생으로 선정하였다. 참고로, 위의 실험결과를 바탕으로 노랑꽃창포를 대상으로 한 수질 처리목표를 제시하면, COD 30%, T-N 50% 및 T-P 10% 이상을 제안할 수 있을 것으로 판단된다.
- 계절별 및 원수성상에 따른 제거효율의 변동을 완화하고, 다양한 오염물질에 대한 수질정화능을 동시에 확보하는 특성을 나타내었다. 평균적으로 조류(Chl-a:60%), 인(T-P: 34%), 유기물(COD: 36%) 및 부유물질(SS: 67%)의 제거효율이 관찰되었다. 고농도의 오염물질 유입 시 및 하절기에 상대적으로 높은 제거효율이 관찰되었다.
- 각 여재를 종합적으로 비교하면, 제올라이트는 T-P 및 COD의 제거효율이 낮고, 화산석은 COD 및 T-N의 제거효율이 낮은 것으로 나타났다. 한편, 입상 레드머드는 COD 28.8%, T-N 65.4% 및 T-P 81.7% 등 여러 수질항목에 대해 우수하고 안정적인 제거효율을 나타내었으며, 특히 LV에 따른 변동도 크지 않아 융복합부도의 수질정화용 여재로 적합한 것으로 판단하였다. 한편, LV를 과도하게 높인 상태로 장기간 연속운전할 경우 여재의 폐색이 조기에 발생하는 등 유지관리 상의 문제가 있어 현장적용 설계 값으로는 LV 50 m/day를 제안하였다.
- 여층두께에 따른 오염물질별 제거효율을 살펴보면,SS, T-N, T-P의 경우 여층두께 30 cm에서 제거효율이 높게 나타났으며, COD는 여층두께 45 cm에서 제거효율이 우수한 것으로 나타났다. 현장적용 설계 값으로 처리효율, 일처리 용량 및 융복합부도의 자중을 고려할 때 30~45 cm의 여층두께가 적정할 것으로 판단된다.
후속연구
- 표면적 분포에서는 20~40㎛ 입경대에서 높은 분율을 나타내었다. 20~70 ㎛의 입경대에서 마이크로버블의 최대 체적 및 표면적의 피크가 형성되는 것으로 나타나 유사한 입경대를 갖는 입자성 오염물질(조류, 현탁성 입자)에 대해 상대적으로 우수한 처리효율을 나타낼 것으로 기대된다.
- 5) 본 연구에서 제시한 각 인자들은 실내 기초실험을 기반으로 하여 도출된 결과로서, 향후 융복합부도를 현장에 설치하고 장기간의 운영을 통해 검증함으로써 현장여건에 맞는 설계인자 및 운영인자로서 보완되어야 할 것으로 판단된다.
- 이상의 결과를 바탕으로, 마이크로버블 단위공정의 적정한 접촉시간은 10분으로 선정하였다. 향후 제거대상 오염물질의 물리화학적 특성이 마이크로버블 단위공정에서 경시적으로 어떠한 변화를 거치는지, 어떠한 기작에 의해 제거되는지에 대한보다 상세한 검토가 필요할 것으로 판단된다.
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