| 초록 |
1. 연차목표 ► 친환경 소재 기반 톱착여재 제조 및 물리·화학적 특성 시험 ► 광촉매 나노입자 및 바이오매스 흡착여재에 의한 유·무기 오염물질 및 중금속 개별 제거성능 평가 ► LID TOTAL SYSTEM 요소기술과 광촉매 나노입자/바이오매스 흡착여재 연계 방안 도출 ► LID TOTAL SYSTEM에 의한 오염물질 제거효율 평가모델 방안 도출 ► LID TOTAL SYSTEM 요소기술과 광촉매 나노입자/바이오매스 흡착여재 연계 기술을 적용한 시험체 설계·제작 및 성능평가 ► 현장 Pilot 규모 LID TOTAL SYSTEM 설계·제작·운전을 위한 효율 안정성 확보 및 극대화 방안 도출 ► 현장 Pilot 규모 LID TOTAL SYSTEM (투수블록:100m 2 , 빗물저류조:2m 3 ) 설계 2. 개발내용 및 결과 ► 친환경 소재 기반 톱착여재 제조 및 오염물질 제거성능 평가 -3종류의 친환경 소재 기반 흡착여재(피트모스, 바크, 왕겨)에 대한 가격 및 중금속 흡착 예비실험을 통해 1개 흡착여재(바크)를 선정함. -바크의 대량생산 과정을 고려해 표면개질 방법에 따른 중금속(Cu, Pb) 및 유·무기 오염물질 (BOD, T-N, T-P) 제거효율 평가 실험 수행 및 흡착능 산정함. -중금속의 경우 Cu와 Pb가 산처리 후 초음파 처리를 적용했을 때 각각 0.261(mg/g) 와 0.299(mg/g) 로 가장 높았음. -BOD의 경우 전처리를 미실시한 경우에 가장 높은 흡착능(0.166 mg/g)을 나타냄. -T-N 과 T-P 의 경우 산처리만 실시한 경우 각각 0.059(mg/g)와 0.0053(mg/g) 으로 가장 높은 값을 나타냄. ► TiO 2 나노입자를 이용한 오염물질 제거성능 평가 - 오염물질 제거성능 평가를 위해 회분식 광촉매 반응기를 제작하고, BOD, 대장균, T-P와 T-N 의 처리효율 평가 실험을 수행함. - BOD 유발 단일 오염물질이 존재할 경우 제거율과 1차 반응 속도 상수는 각각 93%와 0.23/hr로 산정됨. 또한 조경용수 수질기준을 충족시키는데 약 6시간이 소요되는 것을 확인함. - 대장균이 단일 오염물질로 존재할 경우 99% 이상의 제거율을 나타냈으며, 약 1.2시간 내에 조경용수 수질기준을 만족시킴. - BOD 유발 단일 오염물질과 대장균이 복합오염물질로 존재할 경우 BOD 분해속도가 30% 감소되며, 대장균 처리 시간이 75% 증가함. - T-P과 T-N의 경우 광촉매 나노입자에 의한 분해가 미미한 것으로 나타남. - 빗물저류조를 모사한 광촉매 반응조를 제작하고 운전중에 있으며, 지속적인 모니터링을 통해 조경용수 기준을 만족시키는 운전인자를 도출할 예정임. ► LID TOTAL SYSTEM에 의한 효율평가 모델 구축 및 예측 - LTS의 효율 예측 및 평가를 위해 강우에 의해 수위가 유공관의 타공 위치 이상으로 차오르면 강우가 유공관으로 유입되는 '유공관 회수 모델' 개념을 수립함. - 투수블록 시험체 성능평가 시 모니터링한 투수블록 표면유출/유공관 유출 결과를 모델링 결과와 비교하고 검증한 결과, 유공관 회수 모델을 LID TOTAL SYSTEM에 적용하는 것이 타당하다고 판단됨. - 실내실험을 통해 산출한 흡착여재의 분배계수(K d )를 이용해 예측한 오염물질 농도는 투수블록 시험체 결과와 유사한 결과를 나타냄. 따라서 2차년도에 다양한 강우강도 조건에서 파일럿 시험을 수행하는 것이 필요함. - 과거 강우자료(1987년, 2016년)를 활용해 모델의 민감도 분석 후, 투수블록 시공 현장의 지질학적 조건 및 설계인자를 입력해 최적 설계기준에 대한 적합성을 검증하고 보완대책을 제시함. - 그 결과 쇄석층 두께/토양층 투수계수 및 두께/유공관 위치가 유공관 회수율에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이중 토양층 투수계수 및 두께의 경우 시공단계에서 조정할 수 없는 조건이므로 추가적인 유공관 회수율 극대화 방안이 요구됨. - 유공관 회수율 극대화를 위해 유공관 위치 변경 및 토양층 다짐작업 추가와 같은 방안이 필요함. ► LID TOTAL SYSTEM 요소기술-바이오매스 흡착여재/광촉매 나노입자 연계방안 도출 - 기 계획한 투수블록-흡착여재 연계방안을 변경해 투수블록 내부공간에 흡착여재를 충진하는 방식을 선정했으며, 시험체 설계 및 제작 과정에 반영함. 또한 투수블록-흡착여재 연계방안을 구체화한 결과물을 특허 출원 중에 있음. - 빗물저류조-흡착여재/광촉매 나노입자 연계방안의 경우 빗물저류조를 다단으로 제작한 후 1단에서 흡착여재를 이용해 (BOD, 부유물질, 염화물, 중금속, T-N, T-P)을 일차적으로 제거하며, 격벽으로 나뉜 2단에는 광촉매 나노입자 설치해 BOD, 총대장균 를 제거하는 연계 방안을 수립함. ► LID TOTAL SYSTEM 요소기술 구현을 위한 시험체 설계 및 제작 - 투수블록 설계/시공기준과 실제 시공사례를 검토한 후 탈착이 가능한 4단의 투수블록 시험체를 제작했으며, 토양 수분함량/온도 센서를 설치함. 또한 투수블록 시험체 성능평가를 위해 임의로 강우조건을 조절할 수 있는 이동식 프레임 형태의 인공강우장치(1,500 mm × 1,500 mm × 2,OOO mm)를 설계/제작함. - 인공강우장치 시운전을 통해 강우강도를 검증하고 투수블록 시험체 성능평가에 적합한 강우강도를 선정함. ► 투수블록 시험체 성능평가 - 투수블록 내부 공간에 흡착여재를 채운 후 인공강우 모사기를 이용해 오염물질이 포함된 빗물을 살포함(강우강도 투수블록 표면유출/유공관 유출을 모니터링하며, 유공관으로 배출되는 빗물의 수질분석을 수행함. - 물수지 분석 결과 총 강우량의 72.8%가 유공관으로 회수되며, 평가모델로서 제시한 유공관 회수 모델의 적합성을 확인함. - 오염물질 별 평균 제거율은 Cu, Pb, Cl, NO 3 -N, T-N, PO 4 -P, T-P, TOC, BOD, 탁도, SS, 총 대장균이 각각 99.9%, 99.9%, -%, 6.4%, 12.1%, 10.6%, 17.6%, 9.6%, 18.9%, 53.7%, 63.4%, 38.0% 로 산정됨 (Cl의 경우 유입농도 |
