다공성 세라믹과 제올라이트를 이용한 수질정화용 다층미디어블록 시스템 성능평가 :Performance Evaluation of Multilayer Media Block System of Water Purification Using Porous Ceramic and Zeolite

전성률

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자료유형: 학위논문

저자정보: 전성률 (상명대학교, 상명대학교 일반대학원)

지도교수: 구본학

발행연도: 2018

저작권: 상명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

다공성 세라믹과 제올라이트를 이용한 수질정화용 다층미디어블록 시스템 성능평가

전성률 ; 2018.01 학위논문

2017

다공성 세라믹과 제올라이트를 활용한 수질정화미디어블럭의 효과 연구

전성률 , 구본학 환경복원녹화 2017.01 학술저널

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다공성 세라믹과 제올라이트를 이용한
수질정화용 다층미디어블록 시스템 성능 평가

인공습지는 조성하는 목적에 따라 수질정화습지로서 뿐만 아니라, 여가공간 제공, 경관 요소 및 생물서식처 등 다양한 기능을 수행한다. 그런데 조성 후 시간이 경과함에 따라 다양한 내·외부요인에 의하여 인공습지의 수질이 악화되고 기능이 저하되면서, 이를 개선하기 위하여 많은 비용과 노력을 투여하고 있다.
인공습지에 주로 사용되는 점토+자갈 적층식 구조 습지는 시간이 경과함에 따라 토사와 자갈이 혼재, 탁도 증가, 정화재료의 흡착 능력 저하, 눈막힘 현상 등 수질정화 기능이 저하된다.
따라서 본 연구에서는 수질정화 효율이 오래도록 유지되는 구조 및 시스템으로 수질정화미디어블록을 제안하였으며, 이를 검증하기 위해 정화 재료별 수질정화 성능, 미디어블록의 수질정화 성능을 각각 평가하였다.

연구결과는 다음과 같다.
수질정화 재료인 강자갈, 제올라이트, 세라믹 등 재료별 수질정화 성능을 평가하기 위하여 3개 재료별 3반복으로 총 9SET 실험구를 설치하였다.
호소수질환경기준에 의거 pH, COD, TDS, DO, T-P, T-N 등을 측정하였으며, 측정 방법은 환경부 수질오염공정실험법에 의거하여 실시하였다.
재료별 수질정화 성능은 세라믹이 우수하였으며, 초기의 정화효율을 유지하는 성능이 높은 것으로 확인되었다. 종합적으로 세라믹>제올라이트>강자갈 순으로 수질정화 성능이 확인되었다
수질정화미디어블록 시스템별 수질정화 성능 평가를 위하여 강자갈, 제올라이트, 세라믹 재료를 부직포로 감싸 강자갈, 제올라이트, 세라믹을 블록형으로 제작하였다.
대조구는 양질토+제오라이트+강자갈+부레옥잠으로 구성된 적층식 구조이며, 실험구 1은 강자갈블록+세라믹블록+제올라이트블록으로 제작된 수질정화미디어블록에 부레옥잠을 식재하였으며, 실험구 2는 수질정화미디어블록만 설치하였다. 실험구는 3반복으로 총 9SET의 실험구를 설치하였다.
호소수질환경기준에 의거 pH, COD, TDS, DO, T-P, T-N, COD 등을 측정하였으며, 측정 방법은 환경부 수질오염공정실험법에 의거하여 실시하였다.
수질정화미디어블록 성능은 대조구에 비해 실험구 1, 2가 우수하였으며, 초기의 정화효율이 유지하는 성능이 높은 것으로 확인되었다. 종합적으로 실험구 2>실험구 1>대조구 순으로 수질정화 성능이 확인되었다.
부레옥잠은 실험 중 대조구에서 먼저 고사 된 후 실험구 1에서도 고사되었다. 부레옥잠 등 습지식생 도입 시 고사로 인하여 수질악화가 발생 가능하므로 이를 고려한 수생식물 도입이 필요할 것으로 판단되며, 겨울철 수생식물에 대한 별도의 유지관리가 필요할 것으로 판단된다.

주요어: 인공습지, 적층식 구조, 수질정화, 부레옥잠, 폐색현상

Artificial wetlands serve various functions such as purifying water quality as well as providing leisure place, scenic view, and biological habitats according to the purpose. However, additional costs and efforts are devoted to improve problems as its water quality is deteriorated and its functions are degraded due to a diverse range of internal and external factors as time progresses after they were created.
The water purification functions such as the mixture of soils with gravels, the rise in turbidity, a decline in the absorptive power of purifying materials, and clogging. of laminated of structured wetlands with clay and gravels mainly used in artificial wetlands were being reduced as Time going
Therefore, this study proposed water purification media block as maintaining structure and system to continue the efficiency of water purification longer, and assessed the performance of water purification by purifying materials and that of media block respectively in order to verity the proposed media block system.
Results from this study are presented as follows.
In total, 9 sets of experiment groups were installed by repeating three times by three materials to assess the water purification performance by water purifying materials such as river gravel, zeolite, and ceramic.
Water quality factors such as pH, COD, TDS, DO, T-P, and T-N were assessed in accordance with Water Quality Standard and Criteria for Lake. Measurement was conducted in compliance with Official Test Methods of Water Pollution by the Ministry of Environment, Korea.
The water purification performance by materials suggested that ceramic was excellent and the capability of maintaining early purification efficiency was high. To sum up, the water purification performance was found followed by ceramic, zeolite, and river gravel.
River gravel, zeolite, and ceramic were wrapped with felt and produced into block-type ones in order to assess the water purification performance by the water purification media block system.
The control group was laminated structure consisting of loam, zeolite, river gravel, and water hyacinth (Eichhornia crassipes (Mart.) Solms). Water hyacinth was planted in the purification media block system consisting of river gravel block, ceramic block, and zeolite block in the experimental group 1. Water purification media block without water hyacinth was set up in the experimental group 2. In total, 9 sets of experimental groups by repeating three times were installed.
Water quality factors such as pH, COD, TDS, DO, T-P, T-N, and COD were assessed in accordance with Water Quality Standard and Criteria for Lake. For measurement, it was carried out in compliance with Official Test Methods of Water Pollution by the Ministry of Environment.
The performance of water purification media block demonstrated that the experimental group 2 showed the excellent and the performance of maintaining the early purification efficiency was found high. In short, the water purification performance was identified followed by the experimental group 2, experimental group 1, and control group.
Water hyacinth was dead in the control group as well as in the experimental group 1. As planting wetland vegetation such as water hyacinth is likely to trigger a deterioration in water quality, this fact is assumed to be considered in case of planting wetland vegetation. Additional maintenance and management on hydrophyte vegetation during winter are needed.

Keywords : artificial wetland, laminated structure, clogging water purification, water hyacinth

#인공습지 #적층식 구조 #수질정화 #부레옥잠 #폐색현상

I. 서론 1
1. 연구 배경 및 목적 1
2. 연구범위 4
가. 공간적 범위 4
나. 시간적 범위 4
다. 내용적 범위 4
3. 연구과정 5
II. 관련이론 및 선행연구 7
1. 인공습지 개념 및 분류 7
가. 인공습지 개념 7
나. 인공습지 분류 9
다. 인공습지 조성 요소 13
2. 인공습지 수질정화 17
가. 수질정화 기작 17
나. 인공습지 수질정화 기작 요소 24
다. 인공습지 수질정화효율 30
라. 공극막힘현상 42
3. 국내외 수질 기준 44
가. 국내 수질 환경기준 44
나. 해외 수질 기준 47
4. 관련 연구 종합 및 연구 시사점 51
가. 관련 연구 종합 51
나. 연구 시사점 52
III. 실험 방법 55
1. 수질정화 재료 물성 실험 55
가. 수질정화재료 55
나. 수질정화재료 물성 실험 56
다. 수질정화식물 58
2. 수질정화성능 평가 59
가. 실험장치 59
나. 재료별 수질정화 성능 평가 59
다. 다층미디어블록 시스템 수질정화성능 실험구 61
라. 수질측정 63
IV. 결과 및 고찰 65
1. 인공습지 문제점 65
가. 일반적인 문제점 65
나. 높은 탁도 70
다. 공극막힘현상 73
라. 인 축적 및 용출 76
마. 인공습지 구조 및 설비 훼손 77
2. 다층미디어블록 정화재료 특성 78
가. 정화 재료 조건 78
나. 깬자갈 물성 및 특성 80
다. 제올라이트 물성 및 특성 81
라. 세라믹 물성 및 특성 83
3. 재료별 수질정화성능 평가 84
가. 재료별 pH 측정 84
나. 재료별 DO 측정 86
다. 재료별 TDS 측정 88
라. 재료별 T-N 측정 90
마. 재료별 T-P 측정 92
바. 재료별 COD측정 94
사. 재료별 측정 종합분석 96
4. 다층미디어블록의 수질정화 성능 평가 98
가. 다층미디어블록 pH 측정 100
나. 다층미디어블록 DO 측정 102
다. 다층미디어블록 TDS 측정 104
라. 다층미디어블록 COND 측정 106
마. 다층미디어블록 T-N 측정 108
바. 다층미디어블록 T-P 측정 110
사. 다층미디어블록 COD 측정 112
아. 다층미디어블록 종합분석 114
V. 결론 및 제언 117
인 용 문 헌 123
ABSTRACT 139
부 록 143
감사의 글 156

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