[논문]고분자응집제를 이용한 건설현장 탁수처리

강지훈

문제 정의

하지만 clay 크기 입자의 경우 침강속도가 느려 상등수는 여전히 혼탁한 경우가 많다. 본 연구에서는 field-scale의 침전지, 토사탈수백의 BMP를 설치하고, 유입되는 탁수에 액상의 PAM을 주입하는 실험을 수행하였다. 전체적인 실험방법은 흐르는 물에 토사를 유입해 탁수를 만들어 mixing basin에 저류하고, 그 탁수를 침사지(stilling basin)로 양수하였다(Fig 1).
토사탈수백은 geotextile로 제조되며, 침사지를 건설할 공간이 없거나 탁수를 양수하기가 어려운 상황에서 침사지의 역할을 할 수 있다. 본 연구에서는 위 침사지 실험과 유사한 유입탁도 조건에서 침사지 없이 토사탈수백에 의한 탁도 저감도 살펴보았다.
이 탁도 규제를 맞추기 위해서는 응집제를 이용한 화학적 처리가 불가피할 것으로 예상되며, EPA에서는 고분자폴리머 계열 혹은 바이오폴리머 계열의 응집제 적절한 사용을 권고하고 있다. 본 연구에서는 토사유출제어를 위해 흔히 사용되는 침사지(stilling basin)와 토사탈수백(sediment bag) 조건에서 화학적 처리를 통한 탁수 저감에 대해 살펴보고자 한다.

제안 방법

PAM의 전하는 제조방법에 따라 음성, 중성, 양성을 띨 수 있는데, field-scale 실험 이전에 예비 Jar Test를 통해 탁도 저감 효율을 비교해 본 결과 음성 PAM보다는 중성(N300) 및 양성 PAM(N9909)이 더 효과적이었다(data not shown). 따라서 field-scale 실험에서는 중성과 양성을 띤 PAM만 사용되었다. 탁수 채취는 mixing basin 내 (유입 탁도), stilling basin exit (침사지 후 탁도), 그리고 sediment bag exit (최종방류수)에서 2분 간격으로 이루어졌으며, 총 실험은 약 95분간 진행되었다.
였다. 본 실험에서는 총 3가지 종류의 PAM(대조군(No PAM), 중성 PAM, 그리고 양성 PAM)을 테스트 별로 주입하였다. PAM의 전하는 제조방법에 따라 음성, 중성, 양성을 띨 수 있는데, field-scale 실험 이전에 예비 Jar Test를 통해 탁도 저감 효율을 비교해 본 결과 음성 PAM보다는 중성(N300) 및 양성 PAM(N9909)이 더 효과적이었다(data not shown).
일련으로 연결된 침사지와 토사탈수백의 탁도저감 효과를 살펴하기 위해 유입 탁도에 대해 침사지 출구(stillin basin exit), 토사탈수백 출구(sediment bag exit)의 상대농도를 비교하였다(Fig 3). 응집제를 통한 화학적 처리를 한 경우 대부분의 탁도 저감은 침사지 내에서 이루어졌으며, 특히 양성 PAM의 경우 배플 종류에 상관없이 침사지 출구에서 90%이상의 탁도 저감을 나타냈다.
본 연구에서는 field-scale의 침전지, 토사탈수백의 BMP를 설치하고, 유입되는 탁수에 액상의 PAM을 주입하는 실험을 수행하였다. 전체적인 실험방법은 흐르는 물에 토사를 유입해 탁수를 만들어 mixing basin에 저류하고, 그 탁수를 침사지(stilling basin)로 양수하였다(Fig 1). 사용된 토사는 Lumberton 토양통(soil series)으로서 sandy clay loam 토성(soil texture)을 가졌으며, clay 함유량은 32%였다.
탁수 채취는 mixing basin 내 (유입 탁도), stilling basin exit (침사지 후 탁도), 그리고 sediment bag exit (최종방류수)에서 2분 간격으로 이루어졌으며, 총 실험은 약 95분간 진행되었다. 채취된 샘플에 대한 탁도는 Analite NEP 260 Turbidity probe(McVan Instruments, Melbourne, Australia)로 측정하였다.
사용된 토사는 Lumberton 토양통(soil series)으로서 sandy clay loam 토성(soil texture)을 가졌으며, clay 함유량은 32%였다. 침사지(stilling basin)내 배플(baffle) 설치에 따른 탁도 저감을 비교하기 위해 총 3가지 다른 종류의 배플(No baffle, Rock baffle, Jute/Coir baffle)을 테스트별로 설치하였고, 방류 직전에는 토사탈수백(sediment dewatering bag)을 설치하여 침사지 유출수에 대해 부가 적인 탁도 저감이 가능한지 테스트하였다. 배플은 침사지 중간에 유입되는 물의 힘을 분산하는 역할 (energy dissipator)을 하며, 흔히 바위들을 쌓아서 만들거나 혹은 jute 및 coir와 같은 열대나무로 만들어진 네트를 설치하곤 한다.
따라서 field-scale 실험에서는 중성과 양성을 띤 PAM만 사용되었다. 탁수 채취는 mixing basin 내 (유입 탁도), stilling basin exit (침사지 후 탁도), 그리고 sediment bag exit (최종방류수)에서 2분 간격으로 이루어졌으며, 총 실험은 약 95분간 진행되었다. 채취된 샘플에 대한 탁도는 Analite NEP 260 Turbidity probe(McVan Instruments, Melbourne, Australia)로 측정하였다.
화학적 처리를 위해서 mixing basin에서 stilling basin으로 유입되는 탁수에 대해 peristalic pump를 이용해 액상의 polyacrylamide(PAM)을 주입하였으며, 유입 탁수 유량 대비 PAM 주입 농도는 5 mg L-1 였다.

대상 데이터

전체적인 실험방법은 흐르는 물에 토사를 유입해 탁수를 만들어 mixing basin에 저류하고, 그 탁수를 침사지(stilling basin)로 양수하였다(Fig 1). 사용된 토사는 Lumberton 토양통(soil series)으로서 sandy clay loam 토성(soil texture)을 가졌으며, clay 함유량은 32%였다. 침사지(stilling basin)내 배플(baffle) 설치에 따른 탁도 저감을 비교하기 위해 총 3가지 다른 종류의 배플(No baffle, Rock baffle, Jute/Coir baffle)을 테스트별로 설치하였고, 방류 직전에는 토사탈수백(sediment dewatering bag)을 설치하여 침사지 유출수에 대해 부가 적인 탁도 저감이 가능한지 테스트하였다.

성능/효과

본 실험에서는 총 3가지 종류의 PAM(대조군(No PAM), 중성 PAM, 그리고 양성 PAM)을 테스트 별로 주입하였다. PAM의 전하는 제조방법에 따라 음성, 중성, 양성을 띨 수 있는데, field-scale 실험 이전에 예비 Jar Test를 통해 탁도 저감 효율을 비교해 본 결과 음성 PAM보다는 중성(N300) 및 양성 PAM(N9909)이 더 효과적이었다(data not shown). 따라서 field-scale 실험에서는 중성과 양성을 띤 PAM만 사용되었다.
PAM을 사용하지 않은 대조군의 경우 침사지를 통과한 탁수는 토사탈수백에서도 거의 그 탁도가 저감되지 않았다. 본 결과는 침사지 이후에 설치된 토사탈수백은 탁도 저감에 있어 화학적 처리 여부와 상관없이 그 효과가 저조했다는 것을 나타낸다.
액체상의 PAM을 간단한 펌프장치를 이용해 유입 탁수에 주입하는 실험을 수행한 결과 중성 혹은 양성 PAM 모두 만족할 만한 탁도 저감을 보여주었다(85-99%). 화학적 처리 없이 침사지 혹은 토사탈수백을 사용할 경우 만족한 말한 방류수 탁도를 기대하기 어려웠다.
양성 PAM을 주입할 경우 99%의 탁도 저감효과(<5 NTU)를 보여줬으며, 중성 PAM의 경우 90%(0.05).
침사지 없이 토사탈수백만 사용했을 경우 탁도 저감효과는 Fig 4에 나타나 있다. 화학적 처리가 없는 토사탈수백의 경우 화학적 처리 없이는 그 탁도 저감효과가 낮았으며(18%), 양성 PAM을 주입했을 경우 안정적으로 유출수 탁도를 13 NTU이하(98% 탁도 저감)로 유지시킬 수 있었다. 토사 탈수백의 경우 침전지 설치에 비해 훨씬 적은 공간이 필요하며 초기 비용이 저렴하다 (McLaughlin, 2008).

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