강원도 춘천시에 최근 새로운 변화의 바람이 불고 있다. 우 오수관로를 신설하고 재정비함으로써 하수관거의 기능을 개선하고 하수처리장의 운영효율을 증대시키는 공사가 대대적으로 펼쳐지고 있는 것이다. 2015년 1월, 이 사업이 완료되면 춘천시는 방류 수역 수질개선으로 악취가 저감되고 쾌적한 환경이 조성되는 등 지역주민의 생활환경이 크게 개선되는 효과를 얻을 수 있다. 더불어 효율적인 하수관 유지보수체계도 구축할 수 있게 된다. 사실상 더욱 살기 좋은 춘천시의 등장이 임박한 것이다. 이런 행복한 변화를 만들어내고 있는 주인공은 바로 '코오롱글로벌'이다. '코오롱글로벌 춘천시 하수관거정비 임대형민자사업현장'은 춘천시를 전국 제일의 행복도시로 만들겠다는 신념으로 시공에 임하고 있다. 때문에 공사의 품질을 좌우하는 '안전'에 만전을 기하고 있다. 철저한 안전관리를 통해 춘천을 최고의 주거환경을 갖춘 도시로 변화시키고 있는 이곳 현장을 찾아가 봤다.
자체적으로 설계한 막분리 장치 시스템을 사용하여 먼저 순수한 물(3차 처리수)을 대상으로 polysulfone 재질의 중공사형 한외여과막에 대한 분리 성능을 조사하였다. 분획분자량(Molecular cutoff) 5,000 및 10,000 두 종류의 한외여과막에 대하여 실험한 결과, 온도가 증가함에 따라 공급량에 대한 투과량의 비인 회수율이 증가하는 경향을 보였다. 또한, 다양한 분자량의 polyethylene glycol 및 dextran 2,000 ppm 수용액으로 분획분자량을 확인한 결과, 표시된 값보다 다소 큰 값을 얻을 수 있었다. 이러한 기초 실험결과를 토대로 하여, 최종적으로 생활하수의 유입으로 수질이 악화되고 있는 춘천시 공지천의 물을 처리 대상으로 선정하여 원수의 성분을 분석하고, 한외여과 실험을 실시하였다. 그 결과, 생물학적 산소요구량(BOD) 및 총고형물(TS), 탁도가 모두 처리수에서 원수보다 탁월한 감소를 나타내었다. 따라서, 중공사형 한외여과막을 사용한 생활하수 처리에 가능성을 본 연구를 통하여 확인할 수 있었다.
생활하수슬러지를 장미 재배지에 토양 개량제로서 시용량을 달리하여 첨가하고 장미 생육상, 토양 및 식물체중 중금속의 함량에 미치는 영향을 조사하였다. 장미 재배지에 하수슬러지를 사용하면 시용량이 증가함에 따라 신장과 비대생장이 증가했으며 주당 꽃송이도 많아 생육이 양호한 것으로 나타났다. 토양 중 중금속 함량은 시용량의 증가에 따라 일정한 경향은 없었으며 식물체에 의한 대부분 무기성분 흡수량은 하수 슬러지의 시용량에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 결과적으로 생활 하수 슬러지는 유해물질의 농도가 낮으면 경작지에 처리하여도 무관할 것으로 판단된다.
합성머스크화합물은 개인이 일상생활에서 광범위하게 사용하는 비누, 화장품, 향수, 세제, 방향제 등에 향료로 사용되며 하 폐수 처리시설에서 완벽하게 제거되지 않고 생활하수에 포함된 상당수의 양이 환경 중으로 배출되고 있다. 외국사례의 경우 하천, 해양, 토양, 저질, 생물상 등 다양한 환경매체에서 검출되고 있으며, 잔류성 생물농축성이 있어 지속적으로 노출 시 생태계 및 인간의 건강에 심각한 영향을 끼칠 우려가 있다. 합성머스크화합물 15종(musk ketone, musk xylene, musk ambrette, musk moskene, musk tibetene, HHCB, AHTN, ADBI, AHDI, DPMI, ATII, ethylenebrasssylate, ambretettolide, cyclopentadecanolide, OTNE)을 액액 추출법으로 전처리 한 후 GC/MS로 분석하였으며, 방법검출한계는 $0.005{\sim}0.398{\mu}g/L$로 나타났다. 낙동강 유역의 하천수 20개 지점 및 하수처리장 6개 지점을 조사한 결과 일부 조사대상 물질이 검출되었다. HHCB와 AHTN은 가장 검출빈도가 높은 항목으로 대부분의 하천수 및 하수처리장 유입 방류수에서 검출되었으며, 검출농도는 외국의 조사결과와 유사한 수준이었다.
본 연구는 2단(수직 및 수평 흐름) 복층여재(모래와 제올라이트 그리고 모래와 굴 껍질) 갈대 인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하였을 때 각 수질항목별 처리효율 평가이다. 하수는 수리학적 부하량 $314L/m^2{\cdot}day$(수직 흐름 인공습지 기준)를 하루 4(10분 동안 주입 후 5시간 50분 동안 중단)회 균등하게 간헐적으로 주입하였다. 그 결과 유출수의 pH는 수평 흐름 인공습지 굴 껍질 층의 높이에 크게 영향을 받았으며 굴 껍질 층의 높이가 200 mm일 때 pH 6.24를 보였다. DO(oxygen demand)는 유입수(0.19 mg/L)보다 수직 흐름 인공습지 유출수(7.65 mg/L)에서 높았다가 수평 흐름 인공습지 유출수(6.49 mg/L)에서는 다시 낮아졌다. 그리고 여름보다 겨울에 높았다. 또한 OTR(oxygen transfer rate)은 수직 흐름 인공습지 $57.15g\;O_2/m^2{\cdot}day$ 그리고 수평 흐름 인공습지 $5.65g\;O_2/m^2{\cdot}day$로 나타났다. $NH_4{^+}$-N의 처리효율은 80.17% (유출수 농도 6.01 mg/L)로 전부를 제올라이트로 충진하였을 경우(타 연구)와 비교하여 낮았지만 수직 흐름 인공습지 제올라이트 300 mm 충진 층으로도 하수처리에서 요구되는 방류수질의 T-N 농도(20 mg/L)까지 안전성 있게 처리할 수 있을 것으로 예측된다. 각 항목별 평균 처리효율은 유출수에서 SS 88.09%, BOD 88.12%, $COD_{Cr}$ 83.11%, $COD_{Mn}$ 85.58%, T-N 57.21%, $NH_4{^+}$-N 80.17%, T-P 86.73%를 보였다. $NO_3{^-}$-N의 농도는 수직 흐름 인공습지 유출수에서 보다 수평 흐름 인공습지 유출수에서 감소하였다. 유출수 중 T-N의 반 이상이 $NO_3{^-}$-N(7.92 mg/L)으로 잔존하였으며 $NO_2{^-}$-N은 평균 0.90mg/L이었다. T-P의 처리효율은 굴 껍질의 충진 층 높이가 800 mm에서 93.24%, 500 mm에서 86.30% 그리고 200 mm에서 55.44%로 굴 껍질 충진층의 높이에 비례하였다.
본 연구는 부유 식물 물상추를 이용하여 수질 개선과 무기양분 흡수 특성을 알아보기 위하여 수행되었다. 초기 Sonneveld-2S 처리에서 물상추는 $NH^+_4$를 $NO^-_3$보다 더 많이 흡수하여 초기 pH 값이 가장 낮았으나 시간이 지남에 따라 pH가 올라갔다. 대부분 빗물로 구성된 연못은 EC가 생육시기 전반에 걸쳐 낮았다. 식재 30일에서 50일 사이에 총 부유물질이 모든 처리에서 급격하게 증가하다가 그 이후 다시 감소하였다. 생육기간 동안 DO는 낮아졌으며 동시에 COD 값은 이와 상반된 결과를 보였다. 식재 100일 후 물상추의 초장, 초폭, 분지수와 생체중은 Sonneveld-2S 처리에서 가장 높았으며 연못물에서 가장 낮았다. 연못물 처리를 제외한 모든 처리에서 분지수는 급격히 증가하였다. 특히 생활하수에서 초장과 초폭은 Sonneveld-2S와 Sonneveld-1S 처리와 거의 비슷할 정도로 식물 생장이 왕성하였다. Yamazaki의 공식으로 무기 양분의 흡수량을 계산한 결과 총질소는 Sonnveld-2S에서 $112.5me{\cdot}L^{-1}$, Sonnveld-1S에서 $56.6me{\cdot}L^{-1}$, Sonnveld-1/2S에서 $17.4me{\cdot}L^{-1}$, 연못물에서 $3.7me{\cdot}L^{-1}$ 그리고 생활하수에서 $31.8me{\cdot}L^{-1}$로 다른 무기 이온에 비해 질소를 가장 많이 흡수하였다. 총 질소의 흡수량은 각각 식물체 분석 결과 물상추 내 총 질소는 모든 처리에서 지하부가 지상부에 비해 더 높았다. 생활하수 처리에서 총 질소는 지상부와 지하부가 비슷한 수준을 보였다. 인은 Sonnveld-2S에서 $15.6me{\cdot}L^{-1}$, Sonnveld-1S에서 $1.72me{\cdot}L^{-1}$, Sonnveld-1/2S에서 $3.13me{\cdot}L^{-1}$, 생활하수에서 $5.0me{\cdot}L^{-1}$ 흡수하였다. 물상추가 식물 양분 형태로 질소와 인을 흡수 및 제거하여 부영양화된 수질을 정화할 수 있음을 알 수 있었다.
하수슬러지를 퇴비화하여 농지이용가능성을 검토하기 위하여 소형 퇴비화조에서의 하수슬러지에 수분조절제로 톱밥 또는 왕겨를 사용하여 미생물 처리유무, 초기 C/N율, 공기 및 초기 수분함량조절등 조건을 달리 처리하여 퇴비화과정중 온도변화 및 $CO_2$발생량 등을 조사함으로써 하수슬러지의 최적 퇴비화조건을 조사한 결과는 다음과 같다. 퇴비화과정중 온도는 퇴비재료에 미생물을 처리하였을 경우 미생물을 처리하지 않았을 경우에 비하여 높았으며, 수분조절제로 왕겨를 사용한 경우가 톱밥을 사용한 경우에 비하여 전반적으로 온도가 높았다. 또한 퇴비재료의 초기 C/N율을 21${\sim}$22, 공기주입량을 $200ml/l\;{\cdot}\;min$., 초기수분함량을 64${\sim}$65%로 조절하였을 경우가 전반적으로 다른 조건에 비하여 온도가 높았다. 퇴비화과정중 $CO_2$발생량은 퇴비화 재료에 미생물을 처리하였을 경우가 미생물을 처리하지 않았을 경우에 비하여 많았고, 수분조절제로 톱밥을 사용한 경우가 왕겨를 사용한 경우에 비하여 많았다. 초기 C/N율을 21${\sim}$40으로 조절하였을 경우에 12${\sim}$14로 조절하였을 경우에 비하여 $CO_2$발생량이 많았다. 이상의 결과를 종합해 보면 하수슬러지 퇴비화의 최적조건은 퇴비원료에 미생물을 5%정도 첨가하고, 초기 C/N율을 약 21${\sim}$22로, 퇴비화조내 공기주입량은 $200ml/l\;{\cdot}\;min$.로, 그리고 초기 수분함량은 64${\sim}$65%로 각각 조절하는 것이라 판단되었다.
수처리 공정의 목적은 원수 중에 포함된 콜로이드, 미립자 등의 현탁물질, 이온과 유기물 등의 용해성 물질의 제거로, 이러한 목적을 위해서 수처리공정에 막분리 기술을 이용하는데 관심이 높아지고 있고, 이미 일부에서는 실용화되었다. 분리막에는 분리막의 기공의 크기에 따라 역삼투막, 한외여과막, 정밀여과막이 있으며, 대상 폐수 및 처리수의 재활용 여부에 따라 선정하여 사용한다. 본 연구에서는 폴리설폰 재질의 중공사하여 한외여과막을 사용하여 하천수를 처리하여 투과수와 원수의 수질을 비교함으로써, 분리막 기술에 의한 하천수처리의 타당성 및 처리 효율을 고찰해 보고자 하였다. 대상 원수로 최근 생활하수의 유입으로 수질이 악화되고 있는 소양강의 한 지류인 공지천의 물을 사용하였다.
본 연구의 목적은 직렬연결 수직 및 수평 흐름 갈대 제올라이트 인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하였을 때 처리효율을 조사하는 것이다. 각 항목별 유입수에 대한 평균 처리효율은 수직 흐름 인공습지 유출수에서 BOD 92.42%, $COD_{Cr}$ 79.02%, $COD_{Mn}$ 80.62%, SS 98.33%, T-N 37.06%, $NH{_4}^+-N$ 99.45%, T-P 57.96%이었으며 수평 흐름 인공습지 유출수에서 BOD 95.56%, $COD_{Cr}$ 91.02%, $COD_{Mn}$ 87.78%, SS 99.22%, T-N 45.87%, $NH{_4}^+-N$ 99.88%, T-P 71.17%이었다. 최종 유출수 중 T-N은 대부분이 $NO{_3}^--N$이었으며 $NO{_2}^--N$은 평균 0.04mg/L 이하이었다. 특히, 갈대 제올라이트 인공습지는 SS와 $NH{_4}^+-N$의 처리에 탁월하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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