초록 ▼

총관 연구과제인 " 도시하천의 수질 종합관리 기술 개발"에 대한 연구목적은 오염이 심화된 도시하천의 수리, 수문학적 요소 및 이, 화학적 수질변화의 면밀한 조사, 분석, 중금속 및 농약 잔유물등으로 부터의 오염 변화되는 원인과 과정을 종합적으로 규명함과 동시에, 페수처리장에서의 효율적 운영을 위한 신공정 개발에 대한 기초적 연구를 수행함으로써 총체적인 도시하천 수질 종합관리시스템을 개발하는 데 있다. 이에 따른 각 세부과제별 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
제1 세부과제인 "도시하천의 수자원 최적활용을 위한 종합 수

총관 연구과제인 " 도시하천의 수질 종합관리 기술 개발"에 대한 연구목적은 오염이 심화된 도시하천의 수리, 수문학적 요소 및 이, 화학적 수질변화의 면밀한 조사, 분석, 중금속 및 농약 잔유물등으로 부터의 오염 변화되는 원인과 과정을 종합적으로 규명함과 동시에, 페수처리장에서의 효율적 운영을 위한 신공정 개발에 대한 기초적 연구를 수행함으로써 총체적인 도시하천 수질 종합관리시스템을 개발하는 데 있다. 이에 따른 각 세부과제별 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
제1 세부과제인 "도시하천의 수자원 최적활용을 위한 종합 수질관리시스템 개발"의 연구목적은 적용대상 도시하천에 대한 수질관리 운영을 효율적으로 수행할 수 있는 이론적 방법론의 개발 및 이를 활용함으로써 한정된 도시하천의 수자원 최적 활용을 위한 정량적 종합 수질관리시스템을 개발하고자 한다. 이에 따른 연구내용을 요약하면 다음과 같다.
1. 도시하천의 현황조사 및 분석을 위해 청주지역의 무심천, 석남천, 미호천과 대전지역의 갑천, 대전천, 유등천 등에 대한 수리, 수문학적 인자들에 대해 현장측정 및 실험실분석을 실시하였다. 측정 조사결과, 청주지경에서의 측정 대상 도시하천 중 무심천은 대부분 도시민의 생활오수 및 하수량의 유입현상에 의해 유하량이 결정되고 있어 심각한 수질오염이 가증될 수 있는 요인이되고 있었고, 석남천의 유하량 특성은 공단 폐수 종말처리장의 방류량과 인근 주변 도시민의 생활 오수량에 절대적으로 기인되고 있음을 알 수 있었다. 한편, 대전지역의 도시하천 형태는 직할시를 관통함과 동시에 공장지대 등을 거치므로 부유물질이 상당히 많고, 물의 탁도가 상당히 심하였으며, 유기물질의 부패로 인하여 냄새가 심한 것을 감지할 수 있었다.
2. 수계내 오염원 최적제어를 위한 하천관리 시스템의 제약조건에 필요한 하천 수질모형은 하천유역의 흐름체계와 동수역학적 특성을 감안하여 고정좌표계를 이용하는 Eulerian 하천 수질모형과 이동좌표계를 이용한 Lagrangian 하천 수질모형으로 구성하여 각각 그의 특성에 따라 시간 및 공간변화에 따른 하천 수질변동 시뮬레이션 및 동적 수질상태를 분석하였다.
3. 한정된 양질의 수자원을 효율적으로 관리하고자 하천수질 최적 관리기법에 관한 연구를 수행하였다. 제어백터로서 수리, 수문학적 희석효과에 따라 하천 수질상태를 개량하기 위한 하천유량과 수처리장으로부터 하천으로 방출되는 수질상태를 선정하였다. 연구결과, 각급 처리장에 대한 방출수의 수질기준은 총량규제원칙에 따라 사용목적별 및 거리별로 다르게 책정되어야 할 것으로 판단되었다.
4. 이상과 같은 연구결과 및 방법론은 오염된 하천 수질상태를 최적 관리하는 측면뿐만 아니라, 양질의 수자원을 최적 활용하는 공학적인 측면에서 스 실용성과 유용성이 매우 높다고 판단할 수 있었다.
제2세부과제인 "도시하천의 오염 실태 조사 분석과 저감 방안에 관한 연구" 의 연구목적은 도시하천의 수질오염을 평가하는데 필수적인 기본분석은 물론 농축산 페기물과 공장 페수에 의한 수질 오염에 큰 관심을 가지고 오늘날 가장 흔하면서도 문제가 되고 있는 오염물질 중의 하나인 PCBs와 농약 잔류물에 의한 도시하천의 오염실태를 평가하고 그 대책을 강구하는데 있다. 이에 대한 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 적용대상 도시하천의 수질오염 상태를 면밀히 분석하고자 pH, DO, BOD, COD, 총인, 암모니아태 질소, 계면활성계, Cl?, 그리고 수질 및 토양시표속의 중금속 Cd, Pb, Cu, Zn과 유기인계 농약인 Diazinon, IBP 등을 분석대상으로 하였다.
2. 분석결과, 청주 및 대전지역의 도시하천은 대부분 농업용수로도 사용할 수 없는 수질상태이었고, 특히 하수유입구, 위생처리장 및 종말처리장 직하류에서 총인, 암모니아태 질소, 계면활성제와 염소이온 등을 포함한 DO, BOD, COD등은 본류보다 훨씬 높게 나타났다. 그러나, 수질속의 중금속 성분은 모든 시? 혐기성소화조 상부에 산화실을 설치하고 여기에 폭기를 실시람으로써 유기물 제거효율을 높이는 방안을 검토하였으며, 아울러 현재 호소의 부영양화 원인물질인 영양염류의 제거효율을 높이는 방안으로 혐기-호기방식의 간헐포기방식도 시도하였다. 그결과, SS, COD, BOD의 제거효율은 매우 좋은 것으로 나타났다.
4. 이와 같은 연구결과 도시하천의 수질을 향상시키기 위하여 분뇨처리장 및 공단 종말처리장 등 수질오염 배출시설의 시설보완 및 완벽한 수처리에 의한 배출수의 기준치 준수, 행정 당국의 감독 철저, 수세식 혐기성 정화조의 호기성 정화조로의 전환, 그리고 도시주민의 환경오염에 대한 새로운 인식이 절실이 요망되었다.
제3부과제인 " 도시하천의 중금속 실태와 그 대책에 관한 연구" 에서는 중부권 도시하천의 퇴적충과 부유물을 집중 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 생활하수 유입 근접지역의 퇴적층에서 증가된 중금속 함량이 확인되었고, 퇴적층이 형성되지 않은 대전공단내 개천과 대전천 등에서 부유물을 장기간 채취하여 분석환 결과 공단내 개천에서는 높은 양의 Ni과 Pb이, 대전천에서는 Cu와 Zn이 나타나는 등 공단폐수와 생활하수 하천의 주변환경이 모두 문제점으로 나타났다. 그리고, 분석결과 중금속물질은 점토와 자연유기물에 많이 흡착되어 있는 것으로 나타났으므로 중금속처리에 자연유기화합물을 이용한 precipitation과 ultrafiltration방벙, clay물질을 이용한 중금속 흡착 제거 방법 밍 chlorella vulgaris를 이용한 생물학적 중금속 처리방안에 관한 기초연구를 하였다.
2. 연구결과, 오래된 공단일수록 오염원으로서 심각성이 높다는 것이 입증되었으므로 노후화된 공단의 폐수처리시설의 개선이 시급하였다. 또한, 국민의 생활여건이 향상되고 가정과 상가에서 사용되는 약품과 재료가 다양해짐에 따라 생활하수로 유입되는 중금속물질도 증가하므로 이에 대한 규제방안도 시급히 강구되어야 할 것이다.
제 4부과제는 하수로부터 질소 및 인 제거를 제거하여 도시하천수의 수질을 개선하고 인공호수 및 연근해의 부영양화를 방지하는 것을 최종 연구목표로 한다. 연구수행 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 생물학적 인제거의 생화학적 모델에 관한 연구로서, 활성슬러지법에 의한 페하수처리 공정에서 일반적으로 많이 사용하는 운전인자들의 특성실험을 수행하여 생물학적 과잉인제거 공정의 전반적인 운전특성을 Wentzel모델과 Mino모델을 활용하여 관찰하였다. 생물학적 과잉인제거 발현과정 실험결과 혐기성 기간중에 유기물질을 섭취할 수 있는 미생물만 선택적으로 배양할 경우 쉽게 그 특성이 발현됨을 알 수 있었다.
2. 연속회분식 반응조의 수리특성에 대한 연구로서, SBR은 CFSTR과 PFR의 수리 특성을 동시에 포함하는 반응조 형태이며, 연속적인 회분식 반응조이므로 슬러지의 침전 분리에 필요한 시간이 더 소요되는 단점도 포함하고 있다. 그러나 이러한 점은 SBR의 우수한 수리특성으로 상쇄될 수 있으며 최적의 운전조건을 찾아서 운전할 경우 PFR에 근사한 수리특성을 보였다.
3. 과잉 인제거특성 발현을 위한 방법론적 연구로서, 인제거 미생물의 특성에 대하여 현재까지 알려져 있는 중요한 3 가지 특성을 이용하여 혐기성 반응이 종료된 후에 상등액을 버리고 유기물질이 전혀 없는 수도물에 영양염류만 첨가한 용액으로 대체한 후 호기성 반응을 시작하므로써 과인 인제거 특성의 발현 기간을 1주일 까지 단축시킬 수 있었다.
4. 유기물질 종류에 따른 인의 제거특성을 관찰한 실험결과, 포도당과 유기산이나 초산을 홉합하여 사용한 경우 인의 방출 및 섭취율은 향상되나 주어진 유기물질에 충분히 적응될 경우 (초산만 사용한 경우는 제외) 인의 방출량에 무관하게 인은 완전히 제거되었으며, 전분과 전지분유를 혼합하여 사용한 경우도 슬러지를 일정한 운전조건에서 충분히 적응시킬 경우 인의 방출 및 섭취 현상을 이용한 인의 과잉제거가 가능하였다.
5. 생물학적 과잉인제거 공정에서의 질산화 및 탈질화에 의한 질소의 제거 특성과 질소 및 인의 상호작용 특성을 연구하기 위하여 생물학적 과잉인제거?율 향상에 미치는 영향을 연속회분식반응조(SBR)에서 연구하였다.

Abstract ▼

The Principle aims of this study "The Development of Integrated Water Quality Management in Urban streams" was to carry out investigations on a number of factors which affect the water quality of urban streams. They include the study on the hydraulic and hydrological factors, pysico-chemical chang

The Principle aims of this study "The Development of Integrated Water Quality Management in Urban streams" was to carry out investigations on a number of factors which affect the water quality of urban streams. They include the study on the hydraulic and hydrological factors, pysico-chemical changes, identification of the source of heavy metals and residual pesticides and their quantifications, and improvements in wastewater and sewage treatment processes. The summary of the specific research activities as follows:
"Topic 1: A system development of Integrated Water Quality management in Urban Streams for the optimum use of Water Resources." The aims of this study is to develope the theoretical basis for a more efficient utilization of the water quality management and its application to the management of water resources. The results of the study is summarized below.
1. Hydraulic and hydrological sutdies were carried out on sites at Cheong-Ju (e.g. Mushim-cheon, Soknam-cheon and Meho-cheon) and Taejeon city (e.g. Mushim-cheon, Taejeon-cheon, Yoodeung-cheon). The following results are obtained. In the Cheong-Ju city area, the flow rate of the urban stream, Mushim-cheon, is influenced by the quantity of domestic wastewater being discharged into the receiving body, which can have significant effect on its water quality. On the other hand, Soknam-cheon is affected by the domestic wastewater as well as by the effluence of the industrial wastewater. The urban streams of the Taejeon city run through the center of the city and the neighbouring industrial complex. The wasters of these urban streams are found to contain high levels of suspended materials causing high trubidity, and odours resulting from degradation of organic matters.
2. Stream Water Quality Models for optimum control of the point sources in the urban stream system were governed by the flow system of the river basin and hydro-dynamic characteristics. The most important factors of the system is that the constraints according to fixed and dynamic coordinate of the river flow systems. In this study, water quality was simulated as the time and space, and the dynamic status of the water quality was also investigated for optimum control of the point sources.
3. For a more efficient utilization of Limited water resources, the study was carried out to the optimize the water quality management. For the controlling factors, the stream flow rate, affecting hydraulic and hydrological dilution, and the water quality of the effluents from wastewater treatment plants, were selected. The results suggest that the effluent standards must set individually taking the distance factor and the type of water usage.
4. The results and methods described above are shown to be effective with high engineering efficiency in the optimum management of the water resources.
" Topic 2: " Analysis of the Contamination of Urban Streams and a study on its Diminution Methods" is to assess the contamination of urban streams by PCBs and pesticide residues whcih constitute one of the most common and troublesome contaminants, as part of the great concern about the possible contamination of the streams by farm and industrial wastes, as well as the basic analysis essential for the assessment of the contamination of urban streams, and to work out the countermeasures. The results obtained are summarized as follows:
1. For a close analysis of the contamination of the urban streams under investigation, pH, DO, BOD, COD, total phosphorus, NH3-N, surfactant, chloride ion, heavy metlas Cd, Pb, Cu, and Zn contained in streams and soil samples, and organophosphorus pesticides including diazinon and IBP were covered.
2. Most of the urban streams in the Cheong Ju and Taejon area turned out to be unsuitable for even irrigation water for agricultural use. Among others, DO, BOD, and COD, including the total phosphorus, NH3-N, surfactant, and chloride ion in the waste water outlets, the human waste disposal plant, and the terminal disposal facilities were much higher than those in the main stream. However, heavy metals detected in the samples from the streams were below the environmental standards.
3. As a diminution method for the main contaminants of urban streams, the setting of an oxidation chamber on top of the conventional anaerobic septic tank and aeration therein were discussed to enhance the removal efficiency of organic matter. At the same time, an intermittent aeration method using an anaerobic and aerobic processes was undertaken for enhancing the removal efficiency of nutrient salts, the main contaminant, which is a source for eutrophication of lakes and marshes at present. As a result, the removal efficiency of SS, COD, and BOD turned out to be significant.
4. To improve the water quality of urban streams based on these results, the followings are urgently required: Observance of the allowed values for the discharges through the supplementation of the water-pollutin facilities including the human waste disposal plant and the terminal disposal facilities of the industrial complex and the prefect treatment of the waste water, the thorough supervision by the authorities concerned, conversion of the anaerobic septic tank to the aerobic system, and the refreshed recognition of the urban ingabitants about the environmental contamination.
"Topic 3: Problems and Solutions to essay of Heavy Metal Pollution in the Urban Streams" The following results were obtained from the analysis of heavy metals in stream bottom sediments and suspended sediments of stream water.
1. Heavy metal anamolies were edentified near the sources of domestic wastewater discharges. Other sites (e.g. Taejeon Industrial Complex stream, Taejeon-cheon) where fine top layer of the stream bottom sediments could not be obtained, a monthly sampling of the suspended sediments in streamwasters using sediment traps were carried out. The analysis of these samples showed that high levels of Ni and Pb, particularly in the stream waters mixed with discharged industrial wastewaters. In the case of Taejeon-cheon samples, high levels of CU and Zn are found suggesting that environmental pollution of the urban area poses a serious consequenced on the aquatic environment. The results also suggests that these metal species are primarily bound to natural organics or in suspended clay materials. The application of natural organics and clay materials for removal or heavy metal pollutants have been investigated using Precipitation and Ultrafiltration techniques. In addition, biological methods of heavy metal removal are further explored.
2. The results show that the pollution problems are more severe in aged industrial complex, suggesting a urgent need for improvements of its wasterewater trearment facilities. A more wide use of metal materials and man made chemicals are also the cause of heavy metalsin domestic wastewaters, and this probelem must be addressed.
"Topic 4: Advanced Processes Development and Optimal Management for Wasetwater and Sewage; The objectives of this study are the removal of nitrogen and phosphorus from sewage to prevent eutrophication of in-land water body and coastal area. The summary of the results are as follows:
1. The conceptual biochemical model for the remoeal of biololgically excess phosphorus was proposed from the several experiments. The results of these study show that the release of phosphorus under anaerobic condition can be explained by both Comeau/Wentzel and Mino model. - continue -

목차 Contents

• 1. 서 론...14
• 2. 연구내용 및 결과고찰...16
• 3. 결 론...30
• 4. 참고문헌...32