보고서 정보
주관연구기관 |
한서대학교 |
연구책임자 |
김영철
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2003-05 |
과제시작연도 |
2002 |
주관부처 |
과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국과학재단 Korea Science and Engineering Foundtion |
등록번호 |
TRKO200900070414 |
과제고유번호 |
1350016830 |
사업명 |
목적기초연구사업 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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키워드 |
자연처리.산화지.수생 히야신스 처리지.2차 처리수.고속산화지.인공습지.영양소 제거.고도처리.natural treatment.waste stabilization pond.water hyacinth pond.secondary effluent.high-rate algal pond.constructed wetland.nutrient removal.advanced treatment.
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초록
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본 연구의 목표는 하수 처리장 2차 처리수의 수질향상을 위한 방안으로 기계적인 공법 일변도에서 탈피하고, 국내 여건에 적합한 자연 수처리 배열모형을 개발하는데 있다.
연구목표를 달성본 연구의 목표는 하수 처리장 2차 처리수의 수질향상을 위한 방안으로 기계적인 공법 일변도에서 탈피하고, 국내 여건에 적합한 자연 수처리 배열모형을 개발하는데 있다.
연구목표를 달성하기 위하여 산화지(waste stabilization ponds, WSPs)와 수생 히야신스 처리지(water hyacinth ponds, WHPs)를 제1모형,
본 연구의 목표는 하수 처리장 2차 처리수의 수질향상을 위한 방안으로 기계적인 공법 일변도에서 탈피하고, 국내 여건에 적합한 자연 수처리 배열모형을 개발하는데 있다.
연구목표를 달성본 연구의 목표는 하수 처리장 2차 처리수의 수질향상을 위한 방안으로 기계적인 공법 일변도에서 탈피하고, 국내 여건에 적합한 자연 수처리 배열모형을 개발하는데 있다.
연구목표를 달성하기 위하여 산화지(waste stabilization ponds, WSPs)와 수생 히야신스 처리지(water hyacinth ponds, WHPs)를 제1모형, 그리고 부착 및 사상조류를 이용한 고속산화지(high-rate algal ponds)와 부들 인공습지(constructed wetland, CW)를 제2모형으로 하는 배열모형을 구상하고 현장 하수 처리장에 실증용 처리시설을 설치하여 총 2년에 걸쳐 처리실험을 수행하였다.
하수 처리장 2차 처리수의 수질향상을 위하여 도입된 산화지와 부유 수생식물을 결합한 처리공정에 의한 현장 처리실험 결과 10일의 수리학적 체류시간 동안 달성된 처리성능의 분석결과 세계 각 나라의 질소와 인 규제치와 비교하여 매우 양호한 처리수준을 나타내었다. 질소는 계절적인 요인으로 인하여 성능 변동폭이 매우 크게 나타났으나 TP는 동절기에도 매우 안정된 처리성능을 보였다. 물질수지를 수행한 결과 질소제거에 있어 산화지와 히아신스 지는 동일한 수준의 기여를 하였으며, 산화지에서는 주로 암모니아 탈기에 의해 제거된 반면에 히아신스 지에서는 질산화-탈질소화에 의해 제거되는 것으로 밝혀졌다. 인은 산화지에서 전체 제거량의 2/3 이상이 제거되었고 나머지 1/3은 히아신스 지에서 제거되었다. 히아신스 처리지는 산화지로부터 유입되는 부유조류의 제거뿐만 아니라 직접적인 식물섭취가 아닌 생물학적 기작에 의해 질소제거에 크게 기여하여 산화지의 처리를 크게 보완하는 기능을 수행하였다. 지표 미생물의 살균성능은 1.5 Log Reduction을 보였으며, 히야신스 지에서의 재 증식은 미미하였다. 질소제거의 경우에 수온이 낮은 기간에 고속 산화지와 인공습지의 기능적으로 상호 보완적인 역할로 인해 안정적인 처리수질을 보였다. 인공습지에서 질산화와 탈질소화는 부들의 잎과 줄기 등에 의한 그늘효과 및 고속 산화지로부터 유입된 풍부한 산소와 조류의 내호흡과정에서 부분적으로 형성되는 Aerobic/Anoxic Zone에서 이루어진 것으로 판단된다. 물질수지결과 고속산화지에서 인은 대부분 높은 pH 조건에 따른 화학적 침전제거로 보여지며 인공습지에서는 식물섭취를 통해서 제거가 이루어지는 것으로 판단된다. 고속 산화지를 전처리 단계로 하는 CW에서 2차 처리수 1$m^3$을 처리할 때 인공습지 단위 면적 당($m^2$)으로 1$m^3$을 처리하는 경우 1.4kg으로 계산되었다. 본 연구를 통하여 2차 처리수 수질향상 공정에 관한 특허 2건을 출원하였으며, 국내 논문 2건이 이미 출판되었고 3건의 국외 논문 중 1건이 게재 확정되었으며, 국내외 학회에서 5편이 발표되었으며 2003년 5월 현재 국내 학회지에 4건의 논문이 심사 중에 있다.
하기 위하여 산화지(waste stabilization ponds, WSPs)와 수생 히야신스 처리지(water hyacinth ponds, WHPs)를 제1모형, 그리고 부착 및 사상조류를 이용한 고속산화지(high-rate algal ponds)와 부들 인공습지(constructed wetland, CW)를 제2모형으로 하는 배열모형을 구상하고 현장 하수 처리장에 실증용 처리시설을 설치하여 총 2년에 걸쳐 처리실험을 수행하였다.
하수 처리장 2차 처리수의 수질향상을 위하여 도입된 산화지와 부유 수생식물을 결합한 처리공정에 의한 현장 처리실험 결과 10일의 수리학적 체류시간 동안 달성된 처리성능의 분석결과 세계 각 나라의 질소와 인 규제치와 비교하여 매우 양호한 처리수준을 나타내었다. 질소는 계절적인 요인으로 인하여 성능 변동폭이 매우 크게 나타났으나 TP는 동절기에도 매우 안정된 처리성능을 보였다. 물질수지를 수행한 결과 질소제거에 있어 산화지와 히아신스 지는 동일한 수준의 기여를 하였으며, 산화지에서는 주로 암모니아 탈기에 의해 제거된 반면에 히아신스 지에서는 질산화-탈질소화에 의해 제거되는 것으로 밝혀졌다. 인은 산화지에서 전체 제거량의 2/3 이상이 제거되었고 나머지 1/3은 히아신스 지에서 제거되었다. 히아신스 처리지는 산화지로부터 유입되는 부유조류의 제거뿐만 아니라 직접적인 식물섭취가 아닌 생물학적 기작에 의해 질소제거에 크게 기여하여 산화지의 처리를 크게 보완하는 기능을 수행하였다. 지표 미생물의 살균성능은 1.5 Log Reduction을 보였으며, 히야신스 지에서의 재 증식은 미미하였다. 질소제거의 경우에 수온이 낮은 기간에 고속 산화지와 인공습지의 기능적으로 상호 보완적인 역할로 인해 안정적인 처리수질을 보였다. 인공습지에서 질산화와 탈질소화는 부들의 잎과 줄기 등에 의한 그늘효과 및 고속 산화지로부터 유입된 풍부한 산소와 조류의 내호흡과정에서 부분적으로 형성되는 Aerobic/Anoxic Zone에서 이루어진 것으로 판단된다. 물질수지결과 고속산화지에서 인은 대부분 높은 pH 조건에 따른 화학적 침전제거로 보여지며 인공습지에서는 식물섭취를 통해서 제거가 이루어지는 것으로 판단된다. 고속 산화지를 전처리 단계로 하는 CW에서 2차 처리수 1m3을 처리할 때 인공습지 단위 면적 당(m2)으로 1m3을 처리하는 경우 1.4kg으로 계산되었다. 본 연구를 통하여 2차 처리수 수질향상 공정에 관한 특허 2건을 출원하였으며, 국내 논문 2건이 이미 출판되었고 3건의 국외 논문 중 1건이 게재 확정되었으며, 국내외 학회에서 5편이 발표되었으며 2003년 5월 현재 국내 학회지에 4건의 논문이 심사 중에 있다.
Abstract
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The objective of this study is to develop integrated natural treatment systems suitable for less land requirement but efficiently being able to upgrade the secondary treatment effluent to a level of treatment provided by mechanically-assisted BNR processes.
This is a field treatment study in whic
The objective of this study is to develop integrated natural treatment systems suitable for less land requirement but efficiently being able to upgrade the secondary treatment effluent to a level of treatment provided by mechanically-assisted BNR processes.
This is a field treatment study in which two different types of the pilot scale natural integrated treatment systems was built and operated by using secondary treatment effluent from the municipal wastewater treatment plant The specific aims of this study is to investigate 1] roles and functions of the units in reducing organic matters and nutrients, 2] modelling of the treatment performance, 3] reliability and stability analysis and 4] process design criteria for the proposed integrated systems.
In this report, results of the field treatment study for upgrading a secondary effluent from municipal wastewater treatment plant by waste stabilization ponds(WSPs) and high-rate algal pond(HRAPs) coupled with water hyacinth ponds(WHPs) and constructed wetland(CW), respectively, were presented. The nutrient removal of this particular system operated with 10 days of HRT was fairly good as compared with its discharge limits in other countries. The reduction in nitrogen was not stable on seasonal changes, but phosphorus reduction was very stable even during cold season. WSPs and WHPs equally contributed to the reduction of nitrogen; the former mainly by ammonia stripping under high pH condition while the latter primarily by nitrification /de-nitrification. Meanwhile, approximately, two third of the phosphorus was reduced at the WSPs, and one third at the WHPs. The WHPs played essential roles of not only separating algal particles from WSPs but also establishing conditions for nitrification/de-nitrification by providing its roots for media being able to support microbial growths and also functioning as controlling dissolved oxygen concentration. Overall disinfection performance was 1.5 log reduction in terms of total coliform bacteria. Plant bio-mass production was about 0.125 kg per ton of the secondary effluent treated on a dry weight basis. The HRAPs+CW treatment studies show that its performance based on median concentration of the final effluent was TN 2.0mg/L, TP 0.3mg/L, and COD 22mg/L, respectively, and also, it was fairly stable. However, overall performance for nitrogen was highly affected by water temperature and plant density of the CW. At the CW, most of the nitrogen was removed by nitrification-denitrification occurred in locally Aerobic/Anoxic Zone between cattails. Phosphorus balance indicates that at the HRAPs, most of the P was thought to be reduced through chemical precipitation at the high pH while at the CW, the P reduction was due to the plant uptake. The amount of plant biomass production(wet basis) was 1.4kg per one square meters of CW from one cubic meters of secondary effluent. From this study, two patents were in the registration process and several papers were published from nine manuscripts submitted to Korean or International Journals.
목차 Contents
- Ⅰ. 연구계획 요약문 ...3
- 1. 국문요약문 ...3
- Ⅱ. 연구결과 요약문 ...4
- 1. 국문요약문 ...4
- 2. 영문요약문 ...5
- Ⅲ. 연구내용 ...6
- 1. 서론 ...6
- 2. 연구방법 및 이론 ...7
- 3. 결과 및 고찰 ...11
- 4. 결론 ...35
- 5. 인용문헌 ...36
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