• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.478-478
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• 2012

국내의 하수도 보급률은 90%에 달하고 있으며, 하수의 고도처리와 처리기술이 향상된 신기술개발 등으로 수질개선 효과가 크게 개선되어 있고, 전국 각지에 활발하게 하수처리장의 건설이 추진 중에 있지만, 다양한 오염원의 증가와 함께 환경기준은 점차적으로 강화되고 있어 기존 하수처리장은 강화되고 있는 환경기준을 만족시키기 어려운 실정으로 새로운 처리법의 도입이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 시설이 노후화된 하수종말처리장의 경우에는 경제적인 부담감을 이유로 기존 공법 개선을 통한 수질기준을 만족하기 위하여 노력하고 있으며, 특히, 방류수 수질 중에서 총질소(T-N)와 총인(T-P)의 기준을 평상시와 겨울철(12월 1일부터 3월 31일까지)로 구분하여 적용하여 왔지만, 2012년부터는 이를 동일하게 적용함으로써 겨울철 생물학적 처리 공정에서의 효율저하로 인한 기준치 만족이 어려운 상황이다. 본 연구에서는 인천의 하수처리장을 대상으로 동절기 수온의 저하에 따른 생물학적 공정을 개선시키기 위하여 운전조건을 변경하여 수질개선 증대 방안을 도출하고자 하였으며, 생물학적 공정인 MLE공법으로 동절기 외부 온도의 영향을 받는 조건을 갖는 사업소를 대상으로 실내 실험장치를 구성하여 조건을 변화하면서 개선 효과를 검토하였다. 생물반응조의 공정위치 변화, 미생물농도 그리고 체류시간변화 등의 실험조건으로 하수 처리 효율을 분석하였으며, 운전 중 외부반송 유량, 내부반송 유량 등의 운전인자는 일정하게 유지하였고, 동절기 온도인 $10^{\circ}C$로 유지하여 실험을 진행하였다. 실험 결과 대상 하수처리장의 생물학적 공정의 개선방향은 공정 배열을 변화하였을 때, 현재의 공정 배열 조건인 무산소조 1개, 호기조 4개의 공정보다 호기조 1개, 무산소조 1개, 호기조 3개로 수정하는 경우 현재 공정보다 질소는 7%, 유기물은 9.2% 처리효율이 개선되는 것으로 분석되었다. 미생물 농도 변화를 주어 수질 개선 효과를 검토한 결과 하수처리장 설계농도인 3,500ppm의 경우보다 미생물 농도를 5,970ppm으로 증가시킨 경우 17.4% 처리효율의 개선효과를 보여 질소 제거를 위해 미생물의 농도를 증가시키는 것이 바람직한 것으로 판단하였다. 또한, 체류시간(HRT)을 변화한 경우에는 현재 체류시간(HRT)인 8시간 보다 10시간으로 증가시켰을 경우 유기물은 3.2%, 질소는 2.6%의 처리효율이 개선되는 것으로 분석되었다.

• 환경기술인
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• 통권181호
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• pp.70-75
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• 2001

본 연구는 '99년 7월에 벤처형 중소기업 기술개발 지원사업으로 신규 계약된 과제로서 상수원수의 전처리 및 하수 2차 침전수의 재처리 공정에 활용될 생물 산화 여과지를 개발하는 것이다. 생물 산화 여과 system은 상수 원수의 전처리, 상수도의 고도정수 처리, 하수 및 폐수처리에 이용될 수 있는 것으로, 특히 물리적 여과기능과 포기 과정을 통한 산화 기능을 포함하는 생물학적 분해 및 자연정화처리환경을 유지하여 수질이 악화된 상수도의 전·후처리나 하.폐수의 3차 처리에 적용하기 위한 것이다. 생물 산화 여과 시스템은 여과지의 하부 장치에 균등한 공기(산소)공급시설을 하여 여과층에 연속적으로 공기를 공급하면서 여과를 함으로서 생물막 여과 및 산화 기능으로 유기물질, 철, 망간 등을 제거하고 공기의 부상력에 의하여 조류, 부유물질, 냄새 등을 동시에 제거하는 System이다. 현재 상수처리 공정으로서의 생물 산화 여과지 개발을 위해 Bench-scale과 semi-pilot plant를 거쳐 Y시 M취수장애 pilot plant를 설치하여 연구를 진행중에 있으며, 또한, G시 G하수처리장에 하수처리 공정에 관한 연구를 위해 pilot plant를 설치하고 하수 3차 처리와 저농도 하·폐수 처리를 중심으로 연구중에 있다. 아래의 연구 결과는 정수처리 공정 연구를 위한 Bench-scale plant실험을 통해 얻은 결과치이며 현재까지 진행된 연구는 주로 정수처리 공정 중심으로 이루어 졌으나 pilot plant에서는 정수 및 하수처리에서의 생물산화여과공정의 연구가 진행중이다. 현재 연구가 진행중이므로 각 인자별 최적운전조건 등은 계속적인 실험과 연구를 통해 찾아지겠으나 현재까지 수행된 연구자료를 기반으로 볼 때 생물산화 여과장치는 탁도, SS, VSS 등의 제거에 탁월한 효능을 보이고 있다. 수처리용 장치로서의 이러한 기본적인 기능 이외에 NPOC, DOC 제거에도 뛰어난 효능을 보이고 있으며 특히 정수처리 공정에서 문제시 되고 있는 동절기 암모니아성 질소제거 또한 큰 가능성을 보여주고 있다. 그 동안 외국기술에 전면 의존해 오던 생물 산화 여과방식의 국내개발은 비용 절감뿐만 아니라 국내 실정에 맞는 기술개발이라는 점에서 향후 그 적용 범위를 넓혀 갈 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.401-401
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• 2022

우리나라 대규모 하수처리장에 상용화되어있는 응집공정의 운영상 난점을 극복하고자 대체공정으로 고안된 인 결정여과공정(HCF, Hydroxyapatite Crystallization-Filtration process)의 pilot plant를 구축하고 부산슬러지의 자원화를 위해 그 특성을 검토하였다. 기존의 hydroxyapatite(HAP) 결정화공정 내 탈탄산(decarbonation) 단계를 생략하는 HCF공정의 경우에 고농도의 Ca²⁺ 주입과 처리수내 탄산염으로 인해 HAP을 포함하는 석회계 슬러지가 발생하는데, 이는 산성화된 토양의 개량제(중화제)로 널리 사용될 수 있다. 본 연구를 위해 경기도 I하수처리장 2차침전지 후단에 구축된 처리용량 27.1 - 135.6 m³/day HCF pilot plant의 전처리 조건은 pH 10.0 - 11.0, Ca²⁺ 농도 80 mg/L이었다. 결정여과조는 선속도 1.0 - 5.0 m/hr, 상향류로 운전되며, 여재는 2.0 - 3.0 mm의 석회석 모래를 충전하였다. 역세척은 중앙에 Air lifting pipe를 설치하여 역세척수가 처리수와 분리배출되도록 설계하였고, 침전시켜 역세척 슬러지를 회수하였다. 처리수의 평균 T-P, PO₄-P 및 SS는 각각 0.05, 0.04, 1.1 mg/L으로 모든 항목에서 방류수 수질기준 이하로 안정적으로 유출되었다. 회수된 HCF 슬러지는 SEM-EDX, XRD, FT-IR을 활용하여 그 특성을 분석하였다. SEM-EDX로 분석된 슬러지의 원자분율은 CaCO₃ 또는 HAP으로 추측되었다. 또한, XRD spectrum 분석결과, 슬러지의 주요 구성성분은 calcite, HAP, phosphoric acid(H₃PO₄) 및 brusite로 나타났다. FT-IR 분석결과, 슬러지는 대부분 인산염 및 탄산염의 무기물로 구성되어 있으며, 유입수의 인 농도가 높을수록 슬러지 내 HAP의 함량이 calcite보다 높은 것으로 나타났다. 고농도의 Ca²⁺을 주입하여 탈탄산단계를 생략한 HCF의 부산슬러지는 HAP 이외에도 CaCO₃와 칼슘-인 화합물로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 하수 인 고도처리를 위한 HCF공정의 하수처리시설 인 고도처리 적용이 검증되었으며, 부산슬러지를 산성화된 토양의 개량제(중화제) 또는 비료로서의 재활용 및 자원화 가능성이 시사되었다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 1997년도 가을 학술발표회 프로그램
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• pp.52-53
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• 1997

수역의 유기오염 개선을 위하여 생활하수, 산업폐수 등의 저하시키는데 주안점을 두어왔으나 공공수역에서의 제거되지 않은 질소와 인의 유입으로 부영양화가 진행되어 하천에는 남조류가 대량발생하고 해역에는 적조가 광역에서 발생하여 큰 사회문제가 되고 있고, 질소와 인의 유입으로 인한 자생 COD가 전체COD의 약 절반을 차지하고 있는 실정이다. 따라서 앞으로의 수질을 개선하기 위해서는 조류증식의 제한인자인 질소와 인의 규제가 필요할 뿐만아니라 하수처리장에 고차처리를 적용하거나, 해양의 회석자용을 이용한 Ocean을 적용하여 연안해역 수질을 관리해야 할 것이다. 따라서 본 연구는 수영만을 대상으로 Ocean Outfall과 폐수처리시절을 적절하게 조합하기 위해서 3차원 생태계모델을 적용하여 유기물질 뿐만 아니라 영양염류인 질소와 인의 농도를 예측하여 환경기준을 만족시키고 비용을 최소화 할 수 있는 폐수처리공법과 해중방류관의 위치를 선정하고자 하였다. 본 연구결과 수영만의 1994년 COD는 II등급, DIN과 DIP는 III등급이었다. 현재의 활성슬러지공법으로 질소와 인을 제거하지 않고 방류할 경우 2001년에 는 하수처리량의 증가로 인해 COD의 경우 1994년 보다 조금 감소하지만 DIN 과 DIP는 1994년과 같은 III등급을 유지하였다. 고도처리공법을 도입할 경우 COD의 농도는 광안리와 해운대해수욕장에서 I등급을 보이고, DIP의 농도도 수영만 전체에서 강등급을 보이지만, DM의 농도는 광안리해수욕장에서 II등급, 해운대해수욕장에서 IH등급을 보였다 하수처리장 유출수를 Ocean Outfall을 이용하여 하수처리장으로부터 4km에 서 방류할 경우의 COD농도는 I등급을 보이고, DE 농도도 광안리와 해운대해 수욕장에서는 I등급을 보이고, DU의 농도는 ll등급을 보여 수질이 개선된 것 을 볼 수 있다. 이상에서와 같이 광안리와 해운대해수욕장의 해역환경기준 ll등급을 만족 하는 하수처리방법은 Ocean Outfall이었다. 수영하수처리장에 인을 처리하기 위한 화학적 침전법의 경우 956억원이 소요되고, 질소를 제거하기 위한 질소제거공정을 추가 건설 할 경우는 2181억원이 전요된다. 그리고 두공정을 같이 건설할 경우에는 3137억원의 비용이 소요된다 수영하수처리장에서 4km 거리와 관경을 2m의 Ocean Outfall 건설비용은 325 억원 정도가 소요되는 것으로 산출되었다. 고차처리시 증가되는 비용으로 건설할 수 있는 Ocean Outfall의 길이는 인 제거공정을 첨가하는 경우에는 18km을 건설할 수 있고, 질소제거공정을 첨가 하는 경우에는 46km를 건설할 수 있는 것으로 산출되었다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 추계학술발표회
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• pp.180-183
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• 2003

제주지역 하수종말처리장에서 발생하는 방류수(2차 처리수)를 재이용함으로써 지하수에 편중된 제주도의 용수 이용패턴을 다원화하는 대체수자원으로 활용하기 위하여 2001년 6월부터 하수처리장 방류수 재이용 방안연구를 실시하였다. 제주도내에서 운영 중인 3개 하수종말처리장의 방류수에 대한 장기적인 수질검사 결과, 염소이온 함량이 높아 재처리를 하지 않은 상태로 재이용 하기는 곤란한 것으로 파악되었다. 따라서, 재처리를 위한 최적의 공정을 선정하기 위해 pilot test를 실시한 결과, 방류수를 MF(정밀여과)막 전처리 ＋ RO(역삼투)막 처리의 재처리 공정으로부터 재처리된 물(3차 처리수)의 수질은 먹는물로 사용하더라도 전혀 문제가 없을 만큼 깨끗하게 처리되었다. 따라서 방류수 배출량이 많은 제주시 도두 하수처리장과 서귀포 보목 하수처리장의 방류수를 재처리하여 비음용 생활용수, 골프장 관개 수용수, 농업용수, 지하수 인공 함양용수 등으로 재이용하는 방안을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.591-591
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• 2016

최근에는 재이용을 위한 하 폐수의 처리 공정에 막을 이용한 기술적용이 증가되고 있는 추세이다(현 등, 2005). 막(membrane)을 이용한 수처리 공정은 원수에 상관없이 고도처리가 가능하며, 재이용수 이용 용도에 따른 수질제어가 가능할 뿐만 아니라 운용의 편리성 때문에 많은 각광을 받고 있다(박 등, 2004). 본 연구에서는 하수처리에 이용되는 분리막의 성능을 극대화하고, 분리막의 오염부하를 줄여주기 위하여 분리막 직전 전처리 시설로 부상방식의 고액분리장치를 개발하였다. 초고속 고액분리시스템은 기존의 응집부상공정을 응용한 기술로서 유기물의 응집시간을 최대 10초~2분 이내로 줄이는 기술을 바탕으로 타워형 모듈 형태로 개발하였다. 초고속 고액분리시스템과 분리막을 연계한 재이용수 수처리시스템의 성능 평가 및 현장적용을 위해 제주도 서부 하수 처리장에 일 $3,000m^3$ 규모의 Test-bed를 구축하였다. 구축된 하수재이용시스템의 처리 공정도는 "유입${\rightarrow}$고액분리시스템${\rightarrow}$분리막(UF, RO)${\rightarrow}$농경지 공급"으로 구성되어 있다. 먼저 하수처리장 방류수를 1차 유입조에 압송하면 전처리시설인 고액분리시스템을 통해 SS 등 입자성 물질이 처리되고, 다음 공정인 2차 처리공정(UF/RO)을 통과한 처리수는 인근지역의 농업용수로 공급되고 있다. 고액분리시스템은 ZT(Zeta Potential Tower) 모듈에서 유입수에 함유되어 있는 부유물질(SS), 유기물(질소, 인)을 응집제와 순간 반응시켜 응결, 응집, 부상방식으로 제거하는 공정이다. 고속 고액분리장치는 분리막 공정과 융 복합하여 다양한 유입수 성상에 따른 수처리를 가능하게 하여 재이용수 수질 향상뿐만 아니라 안정된 수자원 확보 측면에서 긍정적인 기술로 평가되었다.

• 유기물자원화
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• 제27권1호
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• pp.57-64
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• 2019

유입하수와 기존 연계처리수(축산폐수, 분뇨, 음폐수 등)에 더하여 슬러지탄화시설에서 발생되는 유출수가 추가로 유입되며 질소성분의 처리에 어려움을 겪고 있는 하수처리시설을 대상으로 연계처리가 처리효율에 미치는 영향을 조사하였다. 하수처리시설에 유입되는 연계처리수의 부하량(kg/d)을 산출한 결과, BOD 및 COD의 경우 음폐수와 축산폐수가 차지하는 비중이 상대적으로 크게 나타났고, T-N과 $NH_3-N$은 탄화공정수가 차지하는 비중이 가장 큰 것을 확인할 수 있었다. 탄화공정수가 방류수질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 탄화공정수 유입 유무에 따른 공정별 처리효율을 분석결과, 호기조에서 $NH_3-N$의 질산화율이 탄화공정수가 유입되지 않는 경우 89%이었으나 탄화공정수가 유입되는 경우 55%로 낮아져 탄화공정수 유입시 질산화효율이 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. 탄화공정수 유입으로 인한 질소 및 암모니아 부하량 증가 및 이로 인한 제거율 악화를 해결하기 위해서는 탄하공정수의 전처리를 통해 질소성분의 부하를 낮추어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.137-137
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• 2011

급격한 세계인구의 증가에 의해 물 부족지역이 세계 각지로 확산되고 있다. 이에 따라, 건전한 수자원으로써 하수처리수의 재이용이 주목을 받고 있다. 하수처리수의 재이용시에는 특히, 재이용수의 미생물학적 안전성과 더불어 화학물질 등으로부터 기인할 수 있는 인체 및 생태계에의 리스크를 고려해야 한다. 미국 EPA는 병원성 미생물 뿐만 아니라 화학물질에 대한 안전성을 확보 차원에자외선/과산화수소 등의 고도산화처리법을 검토하였다. 1일 $10m^3$ 처리규모의 연속실험장치를 이용, 검토된 공정별 실제 하수 2차 처리수중에 존재하는 의약품류의 제거효과, 에너지 소비량 및 생태리스크 저감효과 등을 비교, 평가하였다. 에너지 소비량에 있어서는 공정별로 다소 차이가 있었으나, 본 실험동안 검출된 38종의 의약품류 제거에는 각 공정 모두 매우 효과적이었다. 에너지 소비측면에서는 오존 단독공정이 가장 적은 에너지 소비량에서 타 공정과 동일한 수준의 의약품류 서 막처리나 자외선 처리 등의 고도처리시설에 대한 정보를 재이용수 가이드라인에 제시하고 있는 반면, 우리나라에서는 재이용수중에 일정농도 이상의 염소가 잔류하도록 함으로써, 재이용수의 미생물학적 안전성 확보만을 고려하고 있다. 최근, 수환경분야에서는 의약품류라는 화학물질이 유럽, 미국 및 일본 등지를 중심으로 주목을 받아오고 있으며, 이들은 ng/L-${\mu}g$/L 수준으로 수환경중에서 검출되고 있다. 이들의 주요 발생원으로 하수처리시설이 지목되고 있으며, 따라서 하수처리수의 재이용시 잔류 의약품류에 의한 리스크 발생 가능성이 우려되고 있다. 이를 배경으로, 하수처리시설에서 의약품류를 효과적으로 제거할 수 있는 공정으로 오존 및 오존/자외선, 제거효과가 얻어졌다. 한편, 오존처리시 발암성 물질인 브로메이트($BrO_3^-$) 등과 같은 부생성물 생성 가능성을 고려하면, 오존 단독공정보다 상대적으로 많은 에너지를 소비하는 오존/자외선, 자외선/과산화수소 등의 고도산화처리법이 높은 적용성을 갖는 것으로 나타났다. 향후, 수자원 부족문제로 재이용수의 용도가 훨씬 다양해 질 것으로 예상된다. 그에 따라, 재이용수의 안전성 확보를 위해 보다 폭넓은 검토가 예상되지만, 현 단계에서는 오존을 포함, 다소 많은 에너지 소비가 예상되는 자외선을 이용한 고도산화처리법이 다양한 미량 화학물질의 제거에 유효한 공정으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.309-309
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• 2011

지구온난화와 도시기후 변화에 대응하기 위해 자연의 생태적 기능을 복원하고 환경에 대한 오염부하를 저감하여 도시 환경의 건강성과 지속성을 높이기 위해 도심 내 물순환시스템(urban water circulating system)의 구축이 요구된다. 즉, 물순환시스템을 활용하여 도심 내 다양한 수원(생태하천/호수 유지용수, 하수처리수, 우수, 지하수 등)을 네트워크 및 통합 관리하여 도시 내 물순환의 건전성과 수자원의 재이용률을 향상시킬 수 있다. 이를 위해서 연중 발생량이 일정하고 막대한(66.4억톤/년, 2009년 기준) 하수처리수 방류수는 고도처리를 통해 수질이 양호하며 안정적인 대체 수자원으로 고려된다. 또한, 하수처리수의 재이용은 공공수역으로 배출되는 오염부하량의 총량 삭감 및 상수사용량의 절감과 수자원을 효율적으로 이용한다는 면에서 최근 재이용 사례가 증가하고 있는 추세이다. 그러나, 도심 내 친수공간(생태하천/호수)은 저류수량에 비해 유입수량이 적어 체류시간이 비교적 장시간이고, 이로 인해 부영양화가 쉽게 발생해 수질이 악화된다. 따라서, 본 연구에서는 하수처리수 재이용수를 도심 내 친수공간의 유지용수로 활용 시, 수질정화공정(응집 후 여과, 응집 후 여과+한외여과, 응집 후 여과+한외여과+역삼투 공정)이 친수공간 내 조류성장에 미치는 영향을 파악하기 위해, 하수처리수 재이용수 pilot plant의 수질정화공정별 유출수를 활용해 M. aeruginosa를 시험조류로 조류성장(growth kinetics)을 조사하였다. 조류는 $5\times104$ cells/mL의 초기 농도로 접종하여 배양하였으며, 조류성장에 직접적인 제한인자인 용존반응성인의 농도에 따른 성장속도를 Monod와 변형 Monod Kinetics를 이용해 반포화상수(Ks)와 최대 성장속도(${\mu}$max)를 산정하였다. 실험결과, 역삼투 공정을 제외한 다른 수질정화공정은 비록 영양염류가 80~90% 이상 제거되어 수계의 화학적 성상이 변하였으나 조류성장역학의 변화는 통계학적 (p=0.05)으로 유의할만한 수준은 아닌 것으로 판명되었다. 또한, 수리학적 체류시간이 2주 이상이 될 경우, 역삼투 공정을 제외한 수질정화공정 별 유출수에서는 조류의 과다성장으로 인해 부영양화가 발생하는 것으로 판명되었다. 결론적으로 하수처리수 재이용수를 친수용수로 활용시, 조류성장을 방지하기 위하여 용존반응성인의 농도를 중점적으로 관리하는 수질정화공정 및 유지용수 공급방안을 고려해야하는 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권12호
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• pp.1281-1286
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• 2008

하수처리과정에서 온실가스인 N$_2$O가 발생하는데, N$_2$O의 지구온난화 기여율은 CO$_2$의 310배에 달한다. 본 연구에서는 하수처리공정에 따라 온실가스 배출계수가 어떤 차이를 보이는지를 분석하기위해 운전 중인 4개의 하수처리공정을 대상으로 조사하였다. 배출계수 산정을 위한 시료채취는 Flux Chamber를 이용하였으며, N$_2$O 정량은 6 port gas sampling valve가 장착된 Agilent사의 GC로 분석하였으며, 검출기는 ECD를 사용하였다. 하수처리공정별 오염물질 유입 부하에 대한 N$_2$O 배출계수 산정결과 5-stage공정은 0.94 g-N$_2$O/kg-TN으로 가장 낮았으며, 다음으로 활성슬러지공정이 2.65 g-N$_2$O/kg-TN, Denipho공정이 9.30 g-N$_2$O/kg-TN, 그리고 SBR공정이 26.73 g-N$_2$O/kg-TN으로 가장 높게 나타났다. 하수처리에서 N$_2$O 배출량 감소를 위해서는 조사대상 시설 중 5-stage 공정이 가장 적절한 것으로 평가하였다.