초록 ▼

개발 목적 및 필요성
외부로부터의 오염물질 유입 증가는 호수 내 영양분의 농도를 증가시켜 호수의 부영양화를 초래하며, 조류의 증식으로 인한 물꽃 현상이 발생된다.
본 연구에서는 이로 인하여 발생하는 처리효율의 저하와 경제적 손실을 최소화하는 미세기포 발생기술 및 탈수기술을 이용하여 조류 제거에 최적화된 Algae Harvesting System을 개발하였다.
연구개발 결과
1. 우리나라 수생태계와 조류증식현황 조사
주요 수계의 호소 내에 대표지점과 인접 지점을 선정하여 호소의 계절별 물리화학적 특성을 조사

개발 목적 및 필요성
외부로부터의 오염물질 유입 증가는 호수 내 영양분의 농도를 증가시켜 호수의 부영양화를 초래하며, 조류의 증식으로 인한 물꽃 현상이 발생된다.
본 연구에서는 이로 인하여 발생하는 처리효율의 저하와 경제적 손실을 최소화하는 미세기포 발생기술 및 탈수기술을 이용하여 조류 제거에 최적화된 Algae Harvesting System을 개발하였다.
연구개발 결과
1. 우리나라 수생태계와 조류증식현황 조사
주요 수계의 호소 내에 대표지점과 인접 지점을 선정하여 호소의 계절별 물리화학적 특성을 조사하였다. 수질분석 항목은 현장 측청항목 8개 항목과 실험실 분석항목 8개 항목 등 총 16개 항목을 측정하였다.
2. 조류제거에 적합한 기포의 성질 규명
DAF의 충돌효율에 영향을 미치는 가장 중요한 인자는 기포와 입자의 정전기적 성질로서, 미세기포와 입자크기에 따른 충돌효율은 기포와 입자의 제타전위에 의해 결정된다는 것을 확인하였다.
3. 기포의 성질제어 기법 개발
조류를 효과적으로 제거하기 위해서는 기포의 크기를 최대한 작게 만들고 기포와 조류의 제타전위가 서로 반대가 되도록 하여야 한다. 본 연구에서는 이러한 기포의 성질을 제어할 수 있는 방법에 대해 연구하였다.
4. 수생태계 적용을 위한 새로운 개념의 부상공정 개발
IBG (Inline Bubble Generator)란 응집제가 함유된 물을 가압한 후 수중으로 유출시키는 기포발생장치다. IBG는 기존의 응집 및 플록형성공정을 적용할 수 없던 깊은 수생태계에서 저에너지 DAF기술의 적용가능성을 열어줄 수 있다.
5. 수계상태에 따른 조류제거 효율 평가
정수장에서 최적의 처리 조건을 조성하기 위해서는 화학 약품을 이용하여 조절해야 했다. 본 연구에서는 다양한 수계를 대상으로 부상 공정을 이용한 조류 처리 효과를 분석하였다.
6. 기포를 이용한 조류슬러지 농축기법 개발
본 연구에서는 기포를 이용한 조류 제거 공정에서 발생하는 조류 슬러지를 대상으로 함수율, 위해성 등의 성상 분석을 수행하고 고형물 플러스법을 적용하여 농축 효율을 평가하였다. 최종적으로 농축조에 이를 슬러지를 적용하였을 때의 용량 설계를 최적화하였다.
7. Algae Harvesting System의 적용 및 모니터링
육상 이동식, 수중 고정식 및 수중 이동식 방법으로 제작된 Algae Harvesting System들을 각각 목적에 부합되는 실제 사이트에 적용하여 조류 제거 효과를 모니터링 하였다. 수중이동식의 경우 대규모의 호소를 대상으로 육상이동식은 소규모 호소를 대상으로 수중고정식은 라성호수를 대상으로 설치하여 모니터링을 진행하였다.
8. 조류제거장치와 탈수장치간의 자동화 운전 프로그램 개발
Algae Harvesting System 모니터링 자료를 바탕으로 조류제거장치와 각 스크레퍼, 퇴적물 세척장치간의 자동화 시스템을 개발하였다.
9. 최종 설계안 작성
각 단위 공정별 유지관리 지침 구축 및 주의사항 목록 및 긴급상황 발생시 대처할 수 있는 실무자용 프로토콜 작성을 작성하였다.

성능사양 및 기술개발 수준
기포를 이용한 수중의 오염물질 제거방법은 고비용의 기포발생장치와 처리메카니즘에 대한 연구 부족으로 인하여 적용되지 못하고 있었다. 본 연구에서는 기존의 최소한계크기 이하로 기포를 발생시킴으로 나노크기의 기포를 발생시킬 수 있는 기포발생장치 개발의 초석을 마련하였다.

활용계획
미세기포 발생장치를 이용할 경우 저비용으로 수계에 침전된 오염물질을 제거할 수 있으며, 이동식 Algae harvesting system은 국내 거의 모든 저수지에서 조류 제거 문제를 해결하는데 활용될 수 있다.
(출처 : 요약서)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
1. South Korea Ecosystem and Algae Growth Survey
Representatives and adjoining points in the main water system were investigated by their physical and chemical properties from seasonal appeal. Water analysis item is measured with a total of 16 categories, including 8 field test item

Ⅳ. Results
1. South Korea Ecosystem and Algae Growth Survey
Representatives and adjoining points in the main water system were investigated by their physical and chemical properties from seasonal appeal. Water analysis item is measured with a total of 16 categories, including 8 field test items and 8 laboratory analysis items. The metrics are temperature, pH, DO, electrical conductivity, turbidity, TOC, POC, TN, TP, DTN, DTP, NOs-N, chlorophyll-a, etc. In addition, the collection of seasonal sample phytoplankton using an optical microscope is used for qualitative and quantitative analysis and to identify algae according to Korea’s flora classification.

2. Investigation of Bubble Characteristic for Removing Algae
In this study, enabling the adjustment of micro bubble properties in micro bubble generator has proven to be an improvement for removal efficiency process. In bubble-particle-solution system, bubble and particle size, zeta potential and particle density of an ion’s strength, and related factors were evaluated. As a result, the most important factor for collision efficiency in DAF is the bubble and particle’s charge characteristic. Furthermore, the collision efficiency according to bubble and particle size was determined by zeta potential.

Collision efficiency due to bubble and particle size is determined by the change in zeta potential. (a) shows that there is no collision when micro bubble and particle has the same zeta potential charge, regardless of bubble and particle size. (b) shows that the collision occurs when zeta potential of the particle is close to isoelectric point. Collision efficiency occurs better with smaller size micro bubble. (c) Different charge of micro bubble and particle shows the highest efficiency in terms of collision. Thus in flotation process, zeta potential of micro bubble and particle needs to have opposite charge value in order to increase collision efficiency, as well as the size needs to be small and similar. Since algae, particle, and micro bubble generally take on negative charge, change of charge in algae or bubble is needed to increase the removal efficiency.

3. Development of Control Technique in Bubble Properties
In order to effectively remove algae present in water, bubble should be as small as possible, as well as making opposite zeta potential charge value between bubble and algae. Therefore numerous researches on ways to control bubble properties was conducted in this study.

New concept of micro bubble generator in this study is by making supersaturated air from high pressure by eliminating the compressor, thus making huge energy reduction. Moreover, by changing the internal structure of device, smaller bubbles can be produced better than other commercial micro bubble generator.

Algae and bubble in the environment generally have negative charge, for this reason, changing the charge through chemical process between the two is more than necessary. However, changing the charge value of algae is preferably avoid due to much expense required, not to mention the addition of chemicals in water system can have detrimental effect to the ecosystem. Therefore, positive charge bubble is needed to improve the collision efficiency with negative charge algae.

In order to create fine positive charged bubbles, it’s important to determine the proper type and amount of coagulant. The main treatment for coagulant use is targeted in drinking water treatment facility, therefore it should be free from harmful substance that can harm the human body. The purpose of this study is to determine the appropriate dosage based on given requirements.

4. New Flotation Process Concept Development for Hydroecological Appliances
Inline Bubble Generator (IBG) is a micro bubble generator which injects coagulant in sync with pressurized water . Water, coagulant, and air are introduced to the micro bubble generator at the same time, later distributed by pump’s impeller in compression with high pressure. When these substances are released into the water via high pressure jet nozzle, coagulant injection and bubble occurrence happen at the same time. IBG is used to disperse coagulant using hydraulic energy created by turbulence due to pressurized water and bubbles. The formation can be particle-particle or particle-bubbles. Furthermore, even though the flocks’ formation is less than in stirring process, it can form a stirring intensity condition without any additional supply of external energy. Turbulence in the pressurized water outlet with 5atm or more pressure would burst the particle-bubble conjugation and reduce the removal efficiency. Therefore in DAF process, when the pressurized water is at 3~5atm pressure, the coagulant injected into its surrounding is also rapidly dispersed. Coagulant can destabilize the collision process of bubbles and particles. Thus IBG is expected to be the future of low energy DAF technology, which also applicable for coagulation and flocculation process in the environment.

5. Evaluation of Algae Removal Efficiency According to Water Conditions
In water purification plant floatation process, it’s important to decide which of the following in raw water: pH, temperature, salinity, etc., as an important factor to determine treatment efficiency. Therefore, in order to create an optimal processing condition, these factors had to be adjusted using chemical process according to the optimum conditions. However in case of flotation process in an immense natural water system, further knowledge and deduction of given conditions is needed to carry out the process at optimum conditions.

6. Development of Algae-Sludge Thickening Method Using Bubbles
Flotation process is generally used as a process to remove fine particles in raw water. However, it also has high utility value as an efficient process to concentrate sludge. This study’s objectives are to know the percentage of algae sludge after removing process using bubbles and to perform on constellation analysis based on risk assessment as one of the method for evaluation on solids sedimentation and enrichment efficiency.

7. Application and Monitoring in Algae Harvesting System
Each actual site with artificial Algae Harvesting System, including: land mobile, fixed underwater system, and mobile underwater system, was monitored. Mobile underwater system is intended for large scale appeal such as Seongdong reservoir, land mobile system for small scale appeal like Gwanak River, and Raseong River for fixed underwater system. Each was applied at the appropriate sites and monitored. In order to perform the monitoring for algae removing process, Chlorophyll-a was used and observed as a measuring meter for water quality and nutrient condition. Algae removal efficiency and recurrence prevention effect was validated. Moreover, variables derived from the field in the application process were reflected in the final design.

8. Development of Automatic Program on Algae Removal Equipment and Dehydration Device
Monitored data from Algae Harvesting System used in natural appeal was used to develop an automatic program and system for algae removal equipment, each scrapper, and sediment washing device. Data about algae generation rate according to monitored bubble generation rate materials was used to develop an automatic dehydration system in accordance with bubble generation rate.

9. Create Final Designs
Create written protocol for practitioners regarding maintenance guidelines for each process control unit and precautions in case of emergency.

(출처 : SUMMARY)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 3요 약 서 ... 5요 약 문 ... 9SUMMARY ... 19목차 ... 27표목차 ... 28그림목차 ... 321. 연구개발과제의 개요 ... 47 1-1. 연구개발 목적 ... 47 1-2. 연구개발의 필요성 ... 48 1-3. 연구개발 범위 ... 492. 국내외 기술개발 현황 ... 513. 연구수행내용 및 결과 ... 57 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 57 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 62 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 4524. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 457 4-1. 목표달성도 ... 457 4-2. 관련분야 기여도 ... 4615. 연구결과의 활용계획 ... 4656. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 4697. 연구개발결과의 보안등급 ... 5038. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 5059. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 50710. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 50911. 기타사항 ... 51512. 참고문헌 ... 815끝페이지 ... 835