[논문]생물반응 인공습지 내 DOM 변동 및 저감효과 평가

주광진; 이종준; 김태경; 최이송; 장광현; 주진철; 오종민

doi:10.14249/eia.2018.27.6.582

생물반응 인공습지 내 DOM 변동 및 저감효과 평가
Evaluation of DOM Variations and Reduction Effects in Bioreation Artificial Wetland 원문보기

환경영향평가 = Journal of environmental impact assessment, v.27 no.6, 2018년, pp.582 - 594

주광진 (경희대학교 환경응용과학과) , 이종준 (경희대학교 환경응용과학과) , 김태경 (경희대학교 환경응용과학과) , 최이송 (경희대학교 환경응용과학과) , 장광현 (경희대학교 환경학 및 환경공학과) , 주진철 (한밭대학교 환경공학과) , 오종민 (경희대학교 환경학 및 환경공학과)

초록
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본 연구에서는 생물반응 인공습지 내 용존유기물질의 변동 및 저감특성을 모니터링할 목적으로 수직 수평 흐름 습지를 직렬로 복합 적용하여 호기, 혐기상태의 흐름조건을 만들어 주었고 기능성 여재를 충진한 인공습지를 고안하여 아크릴 반응조로 제작 후 성능평가를 진행하였다. 수직 수평의 인공습지의 경우 호기 및 혐기조건을 평가하기 위해 반응조 내 용존산소(DO) 농도를 측정해본 결과 호기상태의 수직흐름인공습지에서는 2.7 mg/L, 혐기상태의 수평 흐름인공습지에서는 N.D.로 측정되어 운전조건에 부합하였다. 운전시간은 140 min, 80 min, 60 min으로 변경하며 실험을 진행을 하였으며, 운전시간에 따른 자연폭기시간 20 min을 동일하게 설정해 주고 실험을 진행하였다. 운전시간 모두 미생물의 활동으로 인한 결과를 보였으며, 3D-EEM에서는 운전시간을 길게 가져갈수록 난분해성 휴믹계물질구역인 III, V구역의 유기물에서 높은 저감효과를 보이는 것으로 확인되었다. 향후 저감효과에 대한 메커니즘 분석에 대한 연구는 추가로 진행될 필요가 있을 것으로 사료되지만, 본 연구결과는 향후 인공습지를 활용한 난분해성 물질의 저감을 위한 기술발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the vertical and horizontal flow wetlands were combined in series to create conditions for flow in the exhalation and anaerobic state with the aim of monitoring the variability and reduction of dissolved organic matterin the bio-reactive artificial wetlands, and the performance assessment was conducted as acrylic reaction groups by designing artificial wetlands that filled the functionalresiduals. In case of artificial wetlands in vertical and horizontal planes, the concentration of dissolved oxygen (DO) in the reaction tank was measured as 2.7 mg/L in the vertical flow wetlands under exhalation, and N.D. in the horizontal flow artificial wetlands under anaerobic conditions. The test was carried out by changing the operation time to 140 min, 80 min, and 60 min. The test was conducted with the same natural operation time of 20 min depending on the operation time. All hours of operation were shown to be due to microbial activity. In 3D-EEM, it was found that the longer the driving time was taken, the more reduction the organic compounds in the areas of insoluble human resources, III and V. Further research on the mechanism analysis of future reduction effects is expected to be carried out, but the findings are expected to contribute to the development of technologies for reducing obfuscated substances using artificial wetlands in the future.

주제어

표/그림 (15)

표 Table 1. Chemical composition result of the ceramics media(wt%)
그림 Figure 1. Reactor flow diagram
표 Table 2. List of environmental parameters used for the prediction
그림 Figure 2. Five EEM distribution regions
그림 Figure 3. FI(fluorescence index) analysis
그림 Figure 4. HIX(humification index) analysis
그림 Figure 5. BIX(biological index) analysis
표 Table 3. Each reactor measured value
그림 Figure 6. Result of 3D-EEM(Running time 140 min)
그림 Figure 7. Result of 3D-EEM(Running time 80 min)
그림 Figure 8. Result of 3D-EEM(Running time 60 min)
그림 Figure 9. Result of intensity analysis(Running time 140 min)
그림 Figure 10. Result of intensity analysis(Running time 80 min)
그림 Figure 11. Result of intensity analysis(Running time 60 min)
그림 Figure 12. Average removal efficiency

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 기존의 하천 및 호소 오염물질 처리 기술인 인공습지의 흐름을 변형한 공법을 설계하여 DOM물질의 제거에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구를 진행하고자 하였고 새로운 습지기술을 개발하기 위하여 반응조를 구성하고 각 운전 cycle별 시간에 따른 형광분석을 통해 비교·평가함으로써 기존의 인공습지 보다 높은 처리효율을 갖고 효율성 높은 수질오염 억제기술을 확보하기 위한 것이다.

제안 방법

본 연구에서는 DOM(dissolved organic matter)의 제거 효율을 향상하기 위해 간헐식 운전, 여재 충진, 수직·수평 방식을 복합 적용한 새로운 인공습지 기술을 개발하고 각각 25회 이상 채수 후 그에 따른 성능평가를 진행하였다. 유입수, VSF-AW 습지모형, HSF-AW 습지모형 유출의 이화학적 현장 분석 결과, 수온, pH는 각각 12.

대상 데이터

본 연구에서 활용된 여재는 주된 함유물질이 석영(SiO₂),정 장 석 KAlSiO₃O₈),할 로 이 사 이 트(Al₂O₃·2SiO₂),카올린 (H₃Al₂Si₂O₉), 자철석 (Fe₃O₄), 침철광(FeOOH), 버미큐라이트 6종으로 이루어져있다. 여재는 재료혼합-성형-건조-소성의 과정을 거쳐 제작되었으며, 건조 조건은 열풍 건조 시 50 - 100℃에서 10 - 30 분, 송풍 건조 시 같은 온도에서 1 시간으로 수분 함유율을 13% 이하로 하였다.

성능/효과

HIX는 외부로부터 유입된 토양유기물의 휴믹화 정도를 알려주는 인자로 활용할 수 있으며, 운전시간 140 min의 경우 80 min, 60 min에 비해 미생물 활동이 활발히 일어나 용존 유기물이 분해시켜 분해된 물질로 인해 HIX값이 증가된 것으로 판단된다. BIX는 미생물 활동에 의한 생분해 가능성을 지시하는 인자로 제시하였고 운전시간 140 min, 80 min, 60 min의 경우 모두 미생물에 기인한 DOM 물질이라고 판단되며, 140 min, 80 min의 경우 생물학적 활동이 점차 증가되었지만, 60 min의 경우 생물학적 차이는 미미한 것으로 판단된다. 3D-EEM 운전시간 140 min, 80 min, 60 min 모두 각 구간에 대해 저감효과가 있는것을 볼 수 있다.
본 연구에서는 DOM(dissolved organic matter)의 제거 효율을 향상하기 위해 간헐식 운전, 여재 충진, 수직·수평 방식을 복합 적용한 새로운 인공습지 기술을 개발하고 각각 25회 이상 채수 후 그에 따른 성능평가를 진행하였다. 유입수, VSF-AW 습지모형, HSF-AW 습지모형 유출의 이화학적 현장 분석 결과, 수온, pH는 각각 12.16 - 13.67℃, 5.05 - 5.10의 결과 값을 보여 큰 차이를 보이지 않았지만 미생물의 대사로 인해 낮은 pH 값을 보였고, DO의 경우 유입수, VSF-AW처리수, HSF-AW처리수 각각 N.D., 2.7 mg/L, N.D.의 결과 값을 보여 VSFAW 습지의 경우 시료가 완전 배수되고 자연폭기를 반복함으로써 간헐적인 여재의 접촉산화로 DO 값이 증가된 것으로 판단되며, HSF-AW 습지에서 혐기상태를 유지하여 산소를 모두 소모한 것으로 사료된다. FI은 운전시간 80 min, 60 min과 140min을 비교해 보았을 경우 140 min이 다른 운전시간에 비해 미생물 활동이 활발하다고 판단된다.
3D-EEM 운전시간 140 min, 80 min, 60 min 모두 각 구간에 대해 저감효과가 있는것을 볼 수 있다. 특히 3D-EEM 그래프를 보았을 때 육안으로 특히 난분해성 휴믹계 물질인 Ⅲ, Ⅴ구역에서 저감 효과를 보였다. 정량적 분석을 하기 위해 MFi와 Φi(적분, Integral) 값을 곱하여 Φi,n 값을 구하였다.

후속연구

본 연구의 이화학적, 형광분석의 저감효과에 대한 메커니즘 분석 측면에 대한 연구는 추가로 진행될 필요가 있을 것으로 사료되지만, 본 연구결과는 향후 인공습지를 활용한 난분해성 물질의 저감을 위한 기술발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	용존유기물질은 무엇인가?	용존유기물질(dissolved organic matter, DOM)은 하천, 호소, 지하수, 해수, 침출수, 하폐수 등 어디에나 존재하는 물질로써 자연유기물(natural organic matter, NOM)로 부터 유래한다. 자연유기물은 크게 두 가지로 분류되는데 토양 서식 동식물의 잔재와 부식물 등 휴믹화작용을 거쳐 형성되는 난분해성물질과 미생물 생리작용 및 자기분해에 의해 생성된 단백질, 탄수화물, 유기산등의 생분해성 물질로 구분된다(Hur 2006).
	인공습지의 단점은 무엇인가?	하천의 오염물질을 저감·관리하는 기술 중 인공습지는 습지가 보유하고 있는 능력과 침전, 미생물 분해, 식생을 이용하여 정화능력을 극대화 시켜 수질오염물질을 저감하는 시설로 수질정화에 있어 다양한 장점이 있지만, 상대적으로 체류시간이 길고, 처리효율이 낮으며, 넓은 부지면적을 필요로 하는 단점이 있어 현장 적용 시 실용적 측면에서 어려움이 있다(Choi 2009). 이러한 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 여재를 활용하여 컴팩트한 구조로 설계 하였으며, 수직·수평 흐름에 의한 호기, 혐기조건을 조성하고 유입-운전-자연폭기 방식의 간헐흐름식 처리를 함으로서 오염물질 저감효율을 향상시킬 수 있는 정화기술을 개발하고자 하였다.
	인공습지의 단점을 극복하기 위해 어떤 방법을 사용하였는가?	하천의 오염물질을 저감·관리하는 기술 중 인공습지는 습지가 보유하고 있는 능력과 침전, 미생물 분해, 식생을 이용하여 정화능력을 극대화 시켜 수질오염물질을 저감하는 시설로 수질정화에 있어 다양한 장점이 있지만, 상대적으로 체류시간이 길고, 처리효율이 낮으며, 넓은 부지면적을 필요로 하는 단점이 있어 현장 적용 시 실용적 측면에서 어려움이 있다(Choi 2009). 이러한 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 여재를 활용하여 컴팩트한 구조로 설계 하였으며, 수직·수평 흐름에 의한 호기, 혐기조건을 조성하고 유입-운전-자연폭기 방식의 간헐흐름식 처리를 함으로서 오염물질 저감효율을 향상시킬 수 있는 정화기술을 개발하고자 하였다.

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