발포유리의 레인가든 내 여재 적용 가능성 평가

고현우; 문수영; 김현수; 장소예; 강은별; 주진철

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자료유형: 학술저널

저자정보: 고현우 (한밭대학교) 문수영 (한국건설기술연구원) 김현수 (한국건설기술연구원) 장소예 (한밭대학교) 강은별 (한밭대학교) 주진철 (한밭대학교)

저널정보: 대한환경공학회 대한환경공학회지 대한환경공학회지 제44권 제12호

발행연도: 2022.12

수록면: 603 - 615 (13page)

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목적 : 폐유리를 재활용하고 자원화하기 위하여 제작된 발포유리의 여재 활용 가능성을 검토하고 레인가든 내 여재로서 적용 가능성을 확인하기 위하여 컬럼 실험을 진행하였으며 실제 레인가든 내 적용 시 고려되어야 하는 다양한 설계인자를 도출하고자 하였다.
방법 : 사용된 발포유리의 물리·화학적 특성 확인하기 위하여 체분석과 SEM/EDS 분석을 실시하였으며, 발포유리여재로만 충전한 컬럼과 레인가든을 모사하기 위하여 모래, 발포유리여재를 충전한 컬럼 실험을 통해 발포유리여재의 부유물질 및 탁도 여과 효율 평가, 여과 컬럼 내 부유물질 부하에 따른 수두 및 투수계수 변화, 누적 접근법과 부유물질 물질수지 분석을 통한 여과된 부유물질 부하량 산출을 진행하였다. 마지막으로 LID 시설 내 사용되는 다양한 여재와의 여과성능 비교를 통해 레인가든 내 발포유리의 여재로서 적용 가능성 검토를 실시하였다.
결과 및 토의 : 발포유리는 물보다 밀도가 낮고 균질한 입도를 가지고 있으며 표면이 매끈하고 다양한 크기의 공극을 형성하고 있어 부유물질을 효과적으로 내부 포집 및 외부 흡착을 유도할 수 있는 것으로 조사되었다. 발포유리여재의 경우, 높은 부유물질 및 탁도 제거효율이 확인되었으나 부유물질 유입 부하량이 증대됨에 따라 공극 내 폐색이 발생하여 제거효율이 점차 감소하였다. 그러나 물보다 밀도가 낮은 발포유리여재가 수두에너지로 인해 지속적으로 교란 및 재배치되어 공극 및 채널의 재배열로 일부 폐색을 완화시킨 것으로 판단된다. 발포유리여재에 여과된 탁수 내 부유물질의 부하량을 유출부에서 일정한 시간 간격으로 채수한 유출수 시료(discrete)와 유출부에서 지속적으로 축적하여 누적된 시료(cumulative)를 활용하여 산출한 결과, 누적된 시료를 활용하여 산정된 여과 부유물질 부하량이 더 높게 산정되었다. 이는 유출부에서 일정한 시간 간격으로 채수한 시료(discrete)가 시간에 따라 변화하는 부유물질 제거량을 반영하지 못하여 여과 컬럼 내 잔류한 부유물질량이 더 낮은 것으로 예측해 산정한 결과이며, 유출부에서 지속적으로 축적하여 누적된 시료(cumulative)가 시간에 따라 변화하는 부유물질 제거량과 무관하게 물질수지식을 기반으로 산정하여 훨씬 더 정확하게 여과공정을 통한 부유물질 제거량 산정이 가능하다. 마지막으로 타 여재와 제거효율 비교 시, 상대적으로 높거나 유사한 효율로 조사되어 발포유리여재는 현장에서 장기간 여재로 활용 가능하다고 판단된다.
결론 : 발포유리여재는 표면이 매끈하고 다양한 크기의 공극을 형성하고 있으며, 물보다 밀도가 낮아 수두에너지로 인해 지속적으로 교란되어 공극의 재배열 및 재생으로 일부 폐색을 완화시켜 장기간 높은 부유물질 및 탁도 제거 효율을 유지할 수 있는 우수한 여재로 판단된다. 그러나 여과된 부유물질량은 여재의 입경과 분포, 여재 공극률, 여재층의 깊이, 유체의 여과선속도, 부유물질의 유입 부하 등 다양한 함수에 의해 결정되는 것으로 보고 되고 있기 때문에, 다양한 조건하에 추가적인 현장 장기 실증 실험을 통해 발포유리여재의 활용 가능성을 조사할 필요가 있다고 판단된다. 또한 유출부에서 지속적으로 축적하여 누적된 시료(cumulative)가 시간에 따라 변화하는 부유물질 제거량과 무관하게 물질수지식을 기반으로 산정하여 훨씬 더 정확하게 여과공정을 통한 부유물질 제거량 산정이 가능하다.

Objectives : In order to recycle and resource waste glass, the feasibility of foam glass as filter media was evaluated, and column experiments using foam glass media were conducted to confirm the applicability as filter media in rain garden. Through this experiment, various design factors to be considered can be derived in application of foam glass media in the rain garden.
Methods : Sieve analysis and SEM/EDS analysis were conducted to confirm the physicochemical properties of the foam glass. Column experiments filled with only foam glass and mixtures of sand and foam glass were conducted to simulate rain garden to evaluate the removal efficiency of suspended solids and turbidity using the foam glass media, head difference (Δh) and hydraulic conductivity (K) changes, and calculation of filtered suspended solids loading using both discrete and cumulative mass approach. Finally, comparison of filtration performance with various filter media used in LID facilities was performed to evaluate the feasibility of foam glass media in rain garden.
Results and Discussion : Since foam glass media has a lower density than water, homogeneous particle size, and smooth surface with pores of various sizes, foam glass media effectively induces internal capture and external adsorption of suspended solids. Foam glass media has been applied to high suspended solids and turbidity removal efficiency. As the suspended solids inflow load increased, clogging occurred in the pores and the removal efficiency gradually decreased, but the foam glass media with lower density than water was continuously disturbed and rearranged due to the head difference energy, and some clogging were alleviated by rearrangement of pores and channels. The load of suspended solids in precipitated, adsorbed, and retained on the foam glass was calculated using the effluent sample (discrete) collected at regular time intervals and the continuously accumulated sample (cumulative) from the output. The filtered suspended solids load calculated using the cumulative mass approach was higher due to the estimation of the amounts of suspended solids remaining in the filtration column is lower because the samples (discrete) collected at regular time intervals from the output do not reflect the amount of suspended solids that change over time. Thus, the amounts of suspended solids removed through the filtration process can be much more accurately estimated using the cumulative samples. Finally, when comparing the removal efficiency with other filter media, foam glass can be used as excellent filter media with higher removal efficiency and greater lifespan.
Conclusion : Foam glass media with smooth surface, pores of various sizes, and lower density than water can rearrange and regenerate pores to alleviate some clogging, resulting in high suspended solids and turbidity removal efficiency for a long period of time. Considering that the amount of suspended solids filtered is determined by various factors such as particle size and distribution, porosity, depth, linear velocity, and inflow load of the suspended solids, the feasibility test using foam glass media through long-term field experiments is warranted. The amounts of suspended solids removed through the filtration process can be much more accurately estimated using the cumulative samples.

#Foam glass #Suspended Solids #Clogging #Cumulative mass approach #Filter media #발포유리 #부유물질 #폐색 #누적 물질수지 접근법 #여재

참고문헌 (50)

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H. R. Fernandes, D. U. Tulyaganov, J. M. F. Ferreira, Preparation and characterization of foams from sheet glass and fly ash using carbonates as foaming agents, Ceramics international, 35(1), 229-235(2009).

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H. S. Lee, H. Lee, Comminution characteristics for recycling waste glass bottle, Resources Recycling, 29(2), 28-36(2020).

P. Ghisellini, C. Cialani, S. Ulgiati, A review on circular economy: the expected transition to a balanced interplay of environmental and economic systems, Journal of Cleaner production, 114, 11-32(2016).

R. Merli, M. Preziosi, A. Acampora, How do scholars approach the circular economy? A systematic literature review, Journal of cleaner production, 178, 703-722(2018).

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