Earticle

한정적인 수자원에 대한 활용 대책으로 재이용이 방안으로 주목받고 있다. 하수처리수 재이용은 연중 일정하고 안정적 으로 발생하는 하수 방류수를 이용한 방법으로 점차 늘어나는 추세이다. 그 중 분리막을 이용한 방법은 안정적인 수질 확 보와 소요 시설 부지가 적은 장점이 주목받고 있으나 현재까지 적용 사례가 적은 편이다. 본 연구에서는 100 m3/day 규 모의 UF+RO시스템을 구축하여 실제 하수처리 방류수에 대한 재이용 공정의 수질 적용성을 검증하고 UF 전처리 운전 에 따른 막오염 생성속도를 평가하였다. UF공정을 통한 99% 이상의 안정적인 입자성 물질 제거 성능 확인과 RO공정을 통한 유기물(80%), 색도(98%), 이온성물질(96%), 영양염류(T-P 100%, T-N 90%)의 높은 제거로 분리막을 이용한 하수 재이용 수질에 대한 검증을 하였다. 가압형 UF에 미량의 1.0 mg/L의 응집제 주입과 짧은 접촉만으로도 25% 수준의 분 리막 오염 생성 속도로 늦출 수 있고, 역세 시 약품을 주입하는 CEB을 활용시 분리막 pore의 흡착된 오염물질을 제거하 여 운영 지속 가능시간을 2.3배 길게 유지함을 확인하였다. 또한, 분리막 표면 분석을 통한 오염물질 분석으로 일반적인 분리막 세정조건만으로는 제거되지 않는 오염물을 확인하여 추가적인 세정조건에 검토가 필요하다.

Water reuse is attracting plan to utilize limited water resources. Sewage treatment water reuse is gradually increasing with the use of sewage effluent which is constant and stable throughout the year. Among them, membrane process has attracted attention because of stable water quality and site of facilities. However, there are a lot of applications to be verified so far. In this study, UF+RO system with 100 m3/day production capacity was used to verify the water quality applicability of reuse process of actual wastewater treatment effluent, and the rate of membrane contamination generation by UF pretreatment operation was evaluated. The UF process was used to confirm the stable removal of particulate matter and the removal of organic matter, color, ionic substances, and nutrients through the RO process. Injection of a small amount of 1.0 mg/L of coagulant into the pressurized UF and short contact time can slow the formation of membrane fouling. When using CEB, it is possible to keep the operation sustainable time longer by removing adsorbed material from the membrane pore. In addition, it is necessary to examine the cleaning condition by the wastewater treatment process not only the general separation membrane cleaning condition through the membrane surface analysis.

본 연구에서는 염화철(III) 개질 활성탄을 사용하여 다양한 변수에서 지하수의 주된 오염물질인 질산성 질소의 제거율 변 화를 관찰하고, 그 결과를 Langmuir, Freundlich 흡착등온식에 적용하여 흡착 특성을 검토하고자 하였다. 축산 폐기물, 질소 계 합성 비료 등으로 인해 일부 지하수에서 질산성 질소의 오염은 매우 심각한 수준이다. 질산성 질소로 오염된 물을 섭취하 면 체내에서 아질산성 질소로 환원되어 산소의 운반능력을 저하시키고, 발암유발물질인 N-nitroso 화합물을 생성하기 때문에 국내 수질환경기준 10 mg/L 이하로 엄격히 규제하고 있다. 염화철(III) 개질 활성탄과 질산성 질소의 흡착반응에 영향을 미칠 수 있는 염화철 개질 활성탄 제조시 염화철의 농도, 염화철 개질 활성탄의 양, 초기 질산 용액의 pH에 변수를 두어 질산성 질 소의 제거율을 비교하였다. 염화철 개질 활성탄을 사용하여 질산성 질소를 제거할 때 약 2시간을 반응시키면 평형상태에 도 달하였다. 염화철로 개질하지 않은 활성탄에 비하여 50 mM의 염화철 용액으로 개질한 활성탄의 질산성 질소의 제거율은 약 2.73 배 증가하였고, 염화철 개질 활성탄의 양이 1 g, 2.5 g, 5 g, 10 g, 20 g일 때 30 mM 염화철 개질 활성탄의 경우 30.39%, 67.07%, 91.68%, 97.18%, 99.58%의 질산성 질소의 제거율을 보였다. 초기 질산 용액의 pH가 증가할수록 질산성 질소의 제 거율은 감소하는 것으로 나타났으므로 시료의 pH 조절이 필요한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구는 향후 오염물질을 제거 하기 위한 활성탄의 개질에 관한 연구의 기초로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, the removal rate of nitrate nitrogen, which is the main contaminant of groundwater, was observed in various parameters using iron chloride(III)- modified activated carbon. The adsorption characteristics were investigated by Langmuir and Freundlich adsorption isotherms. The contamination of nitrate nitrogen in some groundwaters is very serious due to livestock waste and nitrogen-based synthetic fertilizer. When underground water contaminated with nitrate is ingested, it is reduced to nitrite in the body. It lowers the ability of oxygen to transport and produces N-nitroso compounds, which are carcinogenic agents. Therefore, it is strictly regulated to below 10 mg/L in domestic water quality standards. The removal rates of nitrate nitrogen were determined by varying the concentration of iron chloride, the amount of iron chloride - modified activated carbon, and the pH of the initial nitric acid solution, which may affect the adsorption reaction of iron chloride - modified activated carbon and nitrate nitrogen. When nitrate nitrogen was removed using iron chloride-modified activated carbon, equilibrium was reached after about 2 hours. The removal rate of nitrate nitrogen using activated carbon modified with 50 mM iron chloride solution was increased about 2.73 times compared with control activated carbon. In the case of 30 mM iron chloride - modified activated carbon, when the amount of iron chloride - modified activated carbon was 1 g, 2.5 g, 5 g, 10 g, 20 g, the removal rate of nitrate nitrogen was 30.39%, 67.07%, 91.68%, 97.18% and 99.58%. As the pH of the initial nitric acid solution increased, the removal rate of nitrate nitrogen decreased, suggesting that pH adjustment of the sample was necessary. This study is expected to providea basis for the study on the modification of activated carbon to remove contaminants in the future.

내부 바닥위에 powder로 제조된 clay를 3 cm 두께로 bedding한 HRABP를 실험적으로 운전하여 교반 속도에 따르는 조류 성장 특성과 영양염류 제거 특성을 실험적으로 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1. 터빈 blade 회전속도, 45 rpm에서 창출되는 clay입자의 과도한 분산은 반응기에서 빛의 투과를 방해 하여 조류의 광합성 작용을 억제한다. 2. 터빈 blade의 회전이 반응기 벽면근처에서 전단흐름을 형성하고 이 전단흐름이 vorticity로 변화하는데 그러한 흐름이 반응기 전 공 간에서 연속적으로 생성된다. 3. clay입자는 이러한 흐름에 동반되어 분산하고 이 clay입자의 분산이 반응기내에서 단회로 (short circuit)와 빈 공간을 형성시키지 아니함을 효과적으로 달성하게 한다. 4. clay입자의 회전가속도가 교반효과를 더욱 높 인다. 5. 조류성장 동력값이 각각, 15 rpm.의 교반 : 0.463 day−1, 30 rpm의 교반. : 0.417 day−1의 값을 나타낸다. 이는 15 rpm. 의 것이 30 rpm.의 것보다 약 1.11 배의 조류 성장률을 갖고 있음을 나타낸다. 6. 비 N 제거속도, 비 P 제거속도가 15 rpm.의 교반 : 8.403×10−1, 1.397×10−1로 나타나고 30 rpm.의 교반 : 4.823×10−1, 2.052×10−1로 나타난다. 7. 본 HRABP의 N, P, COD 제거효율이 각각 15 rpm.의 교반 : 93.9%, 46.3%, 93.9% 이고 30 rpm.의 교반 : 99.0%, 53.6%, 94.3%이다.

It was studied how algal growth characteristics and nutrient removal characteristics show through experimental operation of high rate algae biomass pond (HRABP), which had been manufactured so as to be shown the function of clay suspension through rotation of 6-flat blade turbine. As a result, the next could be obtained. 1. When the rotation velocity of 6-flat blade turbine is 45 rpm., the flow phenomenon of clay particle is observed exactly and the flow type is a smoke emitted from end of stack under air inversion condition. Such an excessive suspension disturbs the light penetration and restraints algal photosynthesis reaction. 2. The wall turbulence was generated in collision between the wall area of reactor and the flow of reaction liquid and at that time the shear flow formed near reactor wall became gradually vorticity. 3. Suspension of bottom clay through agitation of turbine impeller in HRABP is efficient enough to get excellent function to show by means of getting short circulating not to generate and dead space not to form. 4. Rotation acceleration of clay particle has agitation effect raise all the more. 5. Kinetic value of algal growth shows respectively 15 rpm. agitation : 0.463 day−1 and 30 rpm. agitation : 0.417 day−1. This means that algal growth rate of 15 rpm. keeps 1.11 times more than one of 30 rpm. 6. Specific N removal velocity shows respectively 30 rpm. agitation : 8.403×10−1 and 15 rpm. : 4.823×10−1. 7. Specific P removal velocity shows respectively 15 rpm. agitation : 1.397×10−1 and 30 rpm. : 2.052×10−1. 8. This HRABP represents that removal efficiencies of N, P, COD are 93.9%/99.0% and 46.3%/53.6% and 93.9%/94.3%. respectively when agitation velocity are 15 rpm./30 rpm.

Ibuprofen은 의약품류로서 신체 투여량의 약 80~90%가 소변을 통해 신체 밖으로 배출되어 하수처리장 등을 거쳐 수 계로 유입되고 있다. 그러나 사용 후에 남은 잔여물은 일반 쓰레기나 폐음식물류에 섞여 버려지거나 싱크대 또는 변기에 버리고 있어 수계배출경로가 다양한 특성이 있다. 본 연구에서는 수계로 유입된 Ibuprofen이 수서생물에 미치는 영향을 평가하기 위하여 조류(Pseudokirchneriella subcapitata), 물벼룩(Daphina magna) 어류배아(Danio rerio’s embryo)를 대 상으로 OECD 시험규정에 따라 생태영향 단계 시험을 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같다. Pseudokirchneriella subcapitata, Daphina magna, Danio rerio’s embryo에 대한 Ibuprofen의 NOEC와 LOEC는 각각 9.55 mg/L와 12.40 mg/ L, 14.33 mg/L와 17.21 mg/L, 6.37 mg/L와 7.74 mg/L이다. 또한 시험생물종들 각각에 대한 E(L)C50은 74.64 mg/L, 93.39 mg/L, 61.04 mg/L이며, 이에 기초한 PNEC는 0.6104 mg/L로 나타났다. 이를 토대로 2015년 4대강 지천 중심의 조 사 결과 중 최대 검출량인 1.227 μg/L을 이용하여 HQ값을 도출한 결과값은 0.002로서, 국내 수생태계에서 Ibuprofen의 위해 가능성은 현재 매우 낮다고 할 수 있다. 하지만 Ibuprofen을 수치적으로 고려되지 않는 2차 중독 위험 물질로 분류 하고 관리하는 국가들도 일부 있기에, 국내 수계에서도 정기적인 모니터링을 통한 지속적인 관찰이 필요하다.

Ibuprofen is a medicine that 80-90% of the body's dose is discharged from the body to urine and it flowing into the water system pass through sewage treatment plant and somewhere else. In this research, we carried out the ecological impact stage test at “Pseudokirchneriella subcapitata”, “Daphina magna” and “Danio rerio’s embryo” for investigated the hazard Identification of Ibuprofen on aquatic organisms which is according to the OECD test guidelines. In consequence, we find the NOEC and LOEC of Ibuprofen are 9.55 mg/L and 14.33 mg/L, 14.33 mg/L and 21.50 mg/L, 6.37 mg/L and 9.55 mg/L. Also, E(L)C50 of Ibuprofen is 74.64 mg/L, 93.39 mg/L and 61.04 mg/L. By these stats, we figure out PNEC of Ibuprofen as 0.6104 mg/L. With these stats and 1.227 μg/L which is maximum detectable amount about Ibuprofen in government’s research for 4 large rivers in Korea, we figure out hazard quotient about Ibuprofen as 0.002. It shows that Ibuprofen has rare hazard probability to currently water system in Korea. But some countries are treats and manage it a substance for which there may be a secondary intoxication risk that has not been numerically considered to date. Therefore, it needs to continuous management by regular monitoring at water system in Korea.

Carbamazepine은 다양한 용도로 사용되는 의약품으로서 항생제, 항경련제, 항간질제의 성질을 가지고 있으며 환경 반잔류 성을 갖고 있다. 사람과 가축에 사용된 의약물질이 소변을 통해 하수처리장으로 유입되며, 일부의 남은 폐의약물질은 일반폐 기물이나 음식물 폐기물에 섞여 버려지거나 가정하수로 배출된다. 쓰레기 매립장의 침출수, 음식물류 처리장의 음폐수가 연 계 처리를 위해 하수처리장으로 보내지는데, 하수처리장 방류수에는 미처리된 물질이 포함되어 수계로 유입된다. 이처럼 의 약물질이 환경으로 유입되는 경로는 매우 다양하므로 수서생물에 대한 Carbamazepine의 영향 평가는 필요하다. 본 연구에서 는 수계로 유입된 Carbamazepine이 수서생물에 미치는 위해성을 평가하기 위하여 조류(Pseudokirchneriella subcapitata), 물 벼룩(Daphnia magna), 어류 배아(Danio rerio embryos)를 대상으로 OECD 시험 기준에 따라 생태영향 시험을 수행하였으며 그 결과는 다음과 같다. P. subcapitata, D. magna, D. rerio embryos에 대한 EC50은 각각 44.63 mg/L, 57.56 mg/L, 1.53 mg/ L이며 이에 기초한 PNEC는 0.0153 mg/L로 나타났다. 본 연구 결과를 토대로 2015년 4대강 지천 중심의 조사 결과 중 최대 검출량인 4.908 μg/L을 이용하여 HQ를 도출한 결과는 0.32로서 국내 수계에서 수서생물에 대한 Carbamazepine의 위해 가능 성은 낮은 것으로 나타났다.

Carbamazepine has the properties of antibiotics, antiepileptics and anticonvulsants as medicines used for various targets and it is semi-permanence about environment. Medicinal substances used by human and livestock is flowing into the sewage treatment plant through urine. Furthermore, some remaining medicinal substances may be mixed with general waste or food waste or that can be discharged domestic sewage. Thus, Carbamazepine has variable inflow route to aquatic environment. Leachate from the landfill and waste water of the food waste disposal treatment are sent to sewage treatment plant for linkage processing. Effluent from the sewage treatment plant contains untreated material and which flow into the aquifer. Therefore, an assessment of the effect of carbamazepine on aquatic organisms is necessary. In this study, “Pseudokirchneriella subcapita”, “Daphnia magna” and “Danio rerio embryos” was used to evaluate the risk of carbamazepine in aquatic organisms. Environmental effect tests are conducted according to OECD test standards. The results are as follows: we could find the EC50 of Carbamazepine is 44.63 mg/L, 57.56 mg/L, 1.53 mg/L. By these stats, we figure out PNEC of Carbamazepine as 0.0153 mg/L. The result of this study shows that the HQ is 0.32 based on Carbamazepine investigation of the four major river tributaries in 2015, which means that the Carbamazepine has low hazard possibility to water system in Korea. However, the EC50 values i n this study are the results derived through acute toxicity studies. The EC50 value of the chronic toxicity test is often lower than the EC50 value of the acute toxicity test. It is considered that there is a high possibility that the HQ becomes close to 1 when studying the potential contaminants in the water system for a long period of low concentration. Therefore, this requires ongoing research and monitoring.

최근 몇 년간 하천에서의 부영양화가 심해짐에 따라 녹조가 발생하며 수질에 큰 영향을 미치고 있다. 우리나라 수자원 의 대부분은 하천에서 비롯되기 때문에 오염을 방지하기 위해 원인을 사전에 예측하고 예방하는 것이 중요하다. 현재 하 천에서 Chl-a의 수를 파악할 수 있는 공정은 복잡하고 시간이 오래 걸리는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하 기 위해 본 연구에서는 온도와 DO에 따른 Chl-a의 성장률을 비교하고 관계식을 개발해 UV 흡광도 값만으로 Chl-a의 수 를 예측할 수 있도록 하였다. 관계식을 개발하기 위해 실험실 내부의 항온수조에서 실험을 진행하였으며 온도와 DO 조 건은 2016년 수질 자료를 참고해 설정하였다. 배양 실험을 통해 Chl-a는 DO 조건에 상관없이 27oC에서 모두 원활한 성 장을 보이는 것을 알 수 있었다. 또한, 관계식을 통해 복잡한 실험을 거치지 않고 DO, 온도, UV 흡광도 값을 예측할 수 있었다.

As the eutrophication in rivers becomes serious, the green algae bloom has also a great influence on the water quality in recent years. In South Korea, since most of the water resources come from rivers, it is important to predict and prevent the causative phenomena beforehand in order to prevent contamination of water resources. In order to know the number of Chl-a in the current stream, the process is complex and time-consuming. To solve these problems, this study compared the growth rate of Chl-a by temperature and DO and developed a formula that can predict the number of Chl-a by using the UV absorbance value. Culturing for developing formula were conducted inside a constant temperature chamber, and the temperature and DO conditions were determined by referring to river water quality of 2016. Culturing showed that Chl-a grew equally well at a temperature of 27oC under all DO conditions. Also, by developing formula that can predict the number of Chl-a using DO, temperature and UV absorbance values, so that can know the number of Chl-a without doing complex experiment.

커피 찌꺼기는 고형 연료로 활용이 가능한 도심 폐기물이다. 하지만 커피 찌꺼기만으로 고형 연료를 만들었을 때는 부 스러짐이 많아 유통에 적절하지 않다. 본 연구에서는 이를 보완하기 위해 커피 찌꺼기의 성형을 도울 수 있는 다른 도심 폐기물을 혼합해 연료로서의 활용 가능성을 확인해보았다. 도심 폐기물로는 낙엽, 은행잎, 귤껍질을 선택했고, 실험을 통 해 최적 비율인 커피 찌꺼기와 7:3의 비율로 혼합했다. 혼합물은 고형연료품질기준에 해당하는 수분, 회분, 저위 발열량, 중금속 함량 분석으로 확인결과, 수분과 회분을 제외하고 모든 결과가 품질기준치에 적합한 것으로 나타났다. 이에 수분 과 회분을 보완하면 커피찌꺼기와 도심 폐기물의 혼합물의 연료로서 충분히 활용 가능한 것을 확인할 수 있었다.

Coffee sludges are urban wastes that can be used as solid fuel. However, disadvantages of coffee sludge based solid fuel involved its fragile and crumbling properties which cause storage and distribution problem. In this study, we tried to overcome this limit by applying other urban wastes to coffee sludge for obtaining improved quality of solid fuel from coffee sludge. As other urban wastes, we chose bank leaves, dried ginkgo leaves, and tangerine peel and mixed them with coffee sludge at various ratios. Optimal mixing ratio of coffee sludge and urban waste turned out to be 7:3. The mixtures were further analyzed for total moisture, ash content, low heating value, and heavy metal content, which are known as solid fuel quality standard. All results except ash content and total moisture were found to be appropriate for the quality standard. Therefore the coffee sludges mixed with urban wastes demonstrated a great potential as solid fuel.

이번 연구에서는 유류성분 중 TPH로 오염된 지역을 대상으로 정밀조사 후 일정시간이 경과한 후에 오염범위의 변동 이 얼마만큼 이뤄지는지에 대해 확인하고, 그에 미치는 영향인자를 도출하고자 하였다. 3개 지역을 대상으로 A 지역 180 일, B, C 지역 90일의 시간경과 후 오염면적의 변화를 확인한 결과 A 지역은 94.8 m2(42%) 증가, B, C 지역은 각각 14.5 m2(5.7%), 17.4 m2(4.8%) 감소하였다. A 지역의 투수계수는 7.7 × 10−4, B, C 지역은 1.4 × 10−3이며 강우의 영향은 A 지역 827.9 mm, B, C 지역은 754.7 mm의 영향을 받았다. A 지역은 90일이 경과하는 동안 강우의 영향을 거의 받지 않았고 B, C 지역보다 상대적으로 낮은 투수계수로 종 방향으로의 오염물질의 이동이 크게 이뤄지지 않았으며, 오염의 확산이 상하 1 m 구간에서 이뤄져 오염면적이 증가하였다. B, C 지역은 높은 투수계수와 우기철의 영향으로 상대적으로 A 지역보다 오염물질 확산에 강우의 영향이 크게 작용했으며, 종 방향으로 확산이 강하게 이뤄져 수평면의 오염면적이 감소한 것으로 판단하였다.

In this study, we tried to determine how much variation in the contaminated area was made after a certain period of time and a thorough investigation of the area contaminated with TPHs (total petroleum hydrocarbons), and to derive an impact factor on it. According to the results of the change in the area of contamination between 180 days of A and 90 days of B and C, the area A increased by 94.8 m2 (42%) and the area B and C decreased by 14.5 m2 (5.7%) and 17.4 m2 (4.8%), respectively. The permeability coefficient for area A was 7.7 × 10−4, B and C, 1.4 × 10−3, and the effects of rain were affected by area A with 827.9 mm and area B and C with 754.7 mm. During the 90 days, the area A was rarely affected by rainfall, and the level of displacement of pollutants in the longitudinal direction was relatively lower than that of B and C, and the spread of the contamination increased by 1m above and below. The high number of permeability coefficient and influence of rainy season in regions B and C had a greater impact on the spread of pollutants than those in regions A in the rainy season, and the area of contamination in the horizontal surface was reduced as it was diffused in the longitudinal direction.

중소도시인 목포시와 여수시에서 약 1년 동안 PM-2.5를 필터 채취하여 이온성분(Ion Chromatograph), 원소성분(XRay Fluorescence), 탄소성분(Carbon/Elemental Carbon analyzer) 등 총 29개 항목을 분석하였다. PM-2.5 평균 농도는 목 포 18.4 μg/m3(3.9 μg/m3 ~ 60.7 μg/m3), 순천 24.2 μg/m3(6.3 μg/m3 ~ 63.0 μg/m3)로 나타났다. 주요 이온성분은 목포에 서 SO4 2−(47%) > NO3 −(28%) > NH4 +(20%) > Cl−(5%), 순천에서 SO4 2−(56%) > NO3 −(21%) > NH4 +(21%) > Cl−(2%)순 이었다. 275개 시료에 대해 29개 분석항목을 PMF분석한 결과 두 도시에서 각각 7개의 배출원을 분류할 수 있었다. 목포 지역의 배출원별 기여율은 생체소각(27%), 2차 황산염(26%), 석유연소(16%), 2차 질산염(14%), 이동오염(9%), 토양 (7%), 산업부분(2%)으로, 순천지역의 배출원별 기여율은 2차 황산염(21%), 생체소각(19%), 이동오염(16%), 석유연소 (15%), 2차 질산염(13%), 산업부분(10%), 토양(6%)순으로 추정되었다.

In this study, PM-2.5 samples were collected during approximately 1 year in Mokpo and Suncheon, small and mediumsized cities, in Korea. 29 species were measured and analyzed by Ion Chromatograph (IC), X-Ray Fluorescence (XRF), Organic Carbon/Elemental Carbon analyzer (OC/EC) after pretreatment. The average PM-2.5 concentrations were 18.4 μg/m3 (3.9 μg/m3 ~ 60.7 μg/m3) and 24.2 μg/m3 (6.3 μg/m3 ~ 63.0 μg/m3) in Mokpo and Suncheon, respectively. The ionic compositions were dominated SO4 2−(47%) > NO3 −(28%) > NH4 +(20%) > Cl−(5%) in Mokpo, and SO4 2−(56%) > NO3 − (21%) > NH4 +(21%) > Cl−(2%) in Suncheon. The PMF model was applied to estimate PM-2.5 sources and the quantitative contribution based on the chemical information(275 samples and 29 chemical species). The results of the PMF modeling showed that the sources were apportioned by biomass burning (27%), secondary sulfate (26%), oil combustion (16%), secondary nitrate (14%), mobile (9%), soil (7%), industry (2%) in Mokpo, and secondary sulfate (21%), biomass burning (19%), mobile (16%), oil combustion (15%), secondary nitrate (13%), industry (10%), soil (6%) in Suncheon.