스크랩 하천의 직접 정화기술의 정의

[정상민/농학]

가. 하천의 직접 정화기술의 정의

  하천의 직접 정화란, 하천이 본래 가지고 있는 정상적인 정화기능이 여러 가지 원인물질, 즉 무기물, 유기물(유해물질을 포함)의 유입으로 감소·소실되는 경우, 인위적인 방법을 활용하여 정화기능을 회복·증대시키는 것을 말한다.

즉 정화기능을 손상시킨 원인물질에 따라 물리·화학적 방법(침전, 여과, 흡착, 산화 등) 또는 생물적 방법(흡착, 분해, 산화 등)을 단독 또는 조합하여 정상적인 정화기능을 회복 또는 증대시키도록 하는 것이다.

  하천이 본래 가지고 있는 정화기능이란 하천의 자연정화기능을 말한다.

따라서 하천의 직접정화란 하천내에서 일어나는 하천의 자정작용을 바탕으로, 그 기능을 인위적으로 보강, 보완하여 적절한 관리와 에너지를 가하여 정화작용을 증대시키는 기술을 말한다.

나. 하천의 자정작용

  하천은 수로의 형태와 다양한 흐름의 상태에 따라, 거기에 살고 있는 생물에 의해 하천수중의 고형물이나 용해성 물질이 희석, 침전, 흡착, 분해, 산화 등 여러 가지 메카니즘에 따라 감소 또는 변화하게 된다.

하천에서는 이들 메카니즘이 함께 작용하여 하천수가 정화된다. 이와 같은 작용을 하천의 자정작용이라 부르는데, 기본적인 것은 아래와 같다.

(1) 침전

  하천은 하상이 깊고, 낮음이 반복되면서 이루어지는데, 깊은 곳에서는 유속이 크게 느려져 침전효과가 크게 된다. 그리고 낮은 곳에서도 자갈과 자갈사이에서는 유속이 느린 장소가 있게 되고, 여기에서도 적지만 침전효과가 나타나게 된다.

(2) 여과

  하천은 표류수와 복류수로 구성되어 있으나 복류수는 표류수가 하상의 모래나 토사를 통과하여 정화된 것으로, 복류수가 낙차가 있거나 둑이 있는 곳에서 표류수에 혼입되어 희석효과를 가져오게 된다. 복류수의 양은 하상을 구성하고 있는 지질에 따라 다르나 표층수에 비하면 대체로 적다.

(3) 생물에 의한 흡착·산화·분해

 (가) 미생물에 의한 흡착·산화·분해

  하천에서 하상의 자갈이나 바위 등에 부착하여 성장하는 생물막에 하천수중의 유기물 또는 무기물이 침전·흡착되며, 유기물은 생물막을 구성하는 생물군에 의해 산화·분해된다.

 (나) 수생식물에 의한 흡착·흡수

  하천 수로내에는 여러 가지 수생식물이 살고 있고, 식물체 표면에 부착한 미생물군이 흡착·분해하고, 뿌리에 의해 용해성 물질이 흡수됨에 따라 하천수와 복류수중에 있는 질소와 인 등을 흡수하며, 결과적으로 용해성 물질이 감소하게 된다. 수생식물이 밀집된 지역에서는 유속이 느려져 물리적 침전이 이루어져 정화에 기여한다.

(4) 물의 흐름이나 낙차에 의한 산소의 용해

  하천 수로내의 수면 또는 낙차에 의해 대기중의 산소가 용해되어 물속 용존산소가 유지된다. 이러한 결과 자갈 등의 표면에 부착한 생물이나 물속의 미생물이 정화기능을 유지할 수 있도록 기여하게 된다.

(5) 희석

  더러워진 하천에 깨끗한 지천의 물이 합류되어 수량이 증가하게 되며, 그 증가하는 양에 따라 오염된 수질이 개선된다.

이러한 자연정화작용은 원리에 따라 물리적, 화학적, 생물적 작용으로 아래와 같이 분류된다.

·물리적 작용 : 하천수의 수리적 특성에 따라 이루어지는 정화작용

- 침전, 여과, 폭기, 희석 등

·물리·화학적 작용 : 물의 흐름이 하상의 지질(토양 등)과 접촉함에 따라 이루어지는 정화

- 흡착, 응집, (산화, 환원) 등

·생물적 작용 : 물속에 존재하는 생물에 의한 정화작용

- 자갈 표면의 미생물에 의해 유기물이 흡착·산화·분해·합성

- 식물에 의한 유기물, 영양염류의 흡수와 접촉에 의한 침전

다. 하천의 직접 정화방법

하천의 직접정화 방법을 정화 원리에 따라 분류하고, 분류별 정화공법은 그림 4.34.1과 같다.

			침전(고무 둑, 고정 둑)
			여과(사 여과, 마이크로 스트레이너 등)
물리적 정화			흐름이나 낙차에 의한 산소의 용해(폭기 등)
			희석(정화용수 도입)
			하천 퇴적물 제거(준설)
			침전 + 생물산화(자갈층, 플라스틱 및 구형 쇄석층 등 접촉산화)
물리 + 생물적 정화
			여과 + 생물산화(목탄 정화법)
			생물산화(폭기식 자갈층, 플라스틱 및 구형 쇄석 덩이 등 접촉산화, 산화지법, 박층류법 등)
생물적 정화
			식물체 이용(갈대밭 이용법 등)
물리 + 화학  +생물적 정화			여과 + 흡착 + 생물산화(고속 토양정화법)

그림 4.34.1. 하천 직접정화 방법의 정화 원리에 따른 분류

((財) 國土開發技術硏究센타?1998)

하천의 직접정화법중 하천정화시설로 설계조건이 어느 정도 확립되어 있고, 또한 실제 시설로 비교적 많이 보급되고 있는 시설은 자갈층 접촉산화법이다.

그리고 자갈층 접촉산화법도 유입수질의 성상, 정화효율과 설계조건과의 관계 등이 충분하게 연구되어 있지 않으나, 실용화가 가장 기대되는 공법이다.

그리고 사용기간을 연장하기 위하여 침전슬러지를 폭기하여 제거하는 방법이 일부 이용되고 있으나, 슬러지를 제거하는 방법, 배출 슬러지의 처분방법 등 해결되어야 할 문제도 많이 남아있다.

하천의 직접정화법으로 플라스틱 여재를 사용한 접촉산화법과 박층류법은 몇몇 장소에 설치되어 있으나 설계조건 등이 명확하게 되어 있지 않으며, 대부분의 다른 방법은 실태조사, 실험중으로 적용성, 설계방법, 유지관리방법 등을 검토할 필요가 있다.

라. 하천 직접정화법의 정화 원리와 적용조건

(1) 둑을 이용한 정화 (침전)

(가) 정화 원리와 특징

하천의 저수로에서는 유속이 느려져 부유물질이 침전된다.

자갈층접촉산화시설의 취수부위와 농업용 취수둑 등의 둑에서는 상층부가 침수되므로 하천의 저수로와 같은 상태에서의 침전으로 부유물질이 정화된다.

그리고 둑 높이의 낙차에 의해 DO회복도 기대할 수 있다.

둑에는 고정식과 가동식이 있다.

고정식은 건설 당시와 물이 홍수기의 유출 후에는 정화효과가 상승될 수 있지만, 그 밖의 시기는 둑의 밑부분에 침전물이 많이 축적되어 침전효과는 감소된다.

그리고 가동식은 유량증가시 하천수를 방류하기 위하여 둑이 전도되므로 침전물이 씻겨 내려가 침전용량이 회복되어 정화기능이 저하되지 않는다.

그래서 정화기능을 장기간 유지하기 위해서는 가동식이 바람직하다.

(나) 적용조건

하상에 침전된 부유물질중 유기물질은 분해되어 침수부분에서 용존산소가 감소되고, 스컴이 발생하므로. 고농도의 유기성 하천수에는 적용할 수 없다.

(2) 마이크로 스트레이너 (여과)

(가) 정화 원리와 특징

미세한 눈금의 금속망(마이크로 스트레이너)의 드럼으로 부유물질을 여과하는 방법이다.

여과법으로 부유물질의 제거효과가 크고, 시설의 설치면적이 작은 것이 특징이지만, 스트레이너의 눈 막힘 때문에 빈번하게 역세하여야 하고, 또한 대상 하천중 부유물질의 양에 따라서는 발생 슬러지량도 많기 때문에 슬러지의 처리·처분이 필요하다.

(3) 자갈층 접촉산화법 (접촉침전 + 생물산화)

(가) 정화 원리

자갈층 접촉산화법은 하천에서의 자정작용을 인위적으로 증가시키는 것이다.

하천내 오염물질은 하상에 침전·흡착되거나, 하상에 서식하는 생물에 의해 형성된 생물막에 흡착·분해되어 정화된다.

이 하상의 면적을 인위적으로 늘려서, 단위 용적에 있어서의 정화능력을 증대시키는 것이 자갈층 접촉산화법이다.

자갈층 접촉산화법의 정화기구는 아래의 세 종류로 크게 구별된다.

1) 접촉침전

자갈과 자갈 사이에는 크고 작은 틈새가 연속되어 있다.

이 공간을 물이 통과하면서 물속의 부유물질이 자갈과 접촉하여 침전이 촉진된다.

자갈사이의 공간이 상당히 작기 때문에 침전거리가 짧고, 자연하천에 비하여 상당히 침전되기 쉽다.

2) 자갈표면의 미생물에 의한 흡착, 흡수, 산화·분해

자갈을 충전한 탱크내에는 저수로에서와 같이 자갈표면에 서식하는 미생물에 의해 물속의 유기물질이 흡착, 흡수되어 생분해가 일어난다.

이론적으로는 유기성 물질은 물과 탄산가스 상태까지 분해되지만, 그러기 위해서는 유입 유기물량에 상응하는 충분한 생물량, 용존산소 및 체류시간이 필요하다.

3) 퇴적 슬러지의 이동과 분해·감량

탱크내에서는 자갈과 자갈 사이에서 부유물질이 침전된다.

그러나 이 침전은 자갈과 자갈 사이에 공극이 작기 때문에 곧 물의 흐름에 의해 횡축으로 이동된다.

(나) 적용조건

자갈층 접촉산화법에서 정화기능이 저하되지 않기 위한 정화대상 수질의 적용조건은 이하와 같다.

1) 정화대상 하천의 BOD는 20∼30mg/L이하일 것

자갈층 접촉산화는 유입수중에 포함되는 수 mg/L의 산소를 이용하여 정화되므로, BOD가 20∼30㎎/L 이상의 하천수를 대상으로 하면 탱크내에서 DO가 없어져 처리상태가 악화된다. 따라서 유입수의 DO 농도에 따라 다르지만, BOD 20∼30㎎/L이하의 하천수에는 부적절하다.

2) 정화대상 하천수중에 DO가 존재할 것

탱크내를 유하함에 따라 DO농도가 낮아지므로 정화대상 하천수의 DO농도가 낮으면 유하중에 DO가 없어져 탱크내가 혐기화된다. 따라서 부착생물막의 박리, 포집된 고형물로부터 발생하는 슬러지의 혐기성 분해에 의해 부유물질이 유출되어 수질이 악화될 뿐만 아니라 처리수에서 냄새(황화수소 냄새)가 발생하거나, 때로는 방류방향의 하상에서 백색의 유황세균류가 발생하여 경관을 해치는 경우도 있다.

3) 쓰레기가 유입되지 않을 것

탱크내에 쓰레기가 유입되면 분해되지 않고, 또한 이동되지 않으므로 국부적으로 막힘이 발생하고 또한 확대되어 전체적으로 정화기능이 저하된다.

표 4.34.1 자갈층 접촉산화시설의 설계치 예
 

항 목			nogawa	hirasegawa	yagigawa
계획 수량	하천수량		1.15m3/sec	2.10m3/sec	0.63m3/sec
	정화수량		1.00m3/sec	1.80m3/sec	0.50m3/sec
	어도수량		0.15m3/sec	0.30m3/sec	0.13m3/sec
계획 수질	유입	BOD SS	13mg/L 16mg/L	20mg/L 20mg/L	15mg/L 15mg/L
	방류	BOD SS	3.25mg/L 2.40mg/L	5.00mg/L 3.00mg/L	3.75mg/L 2.25mg/L
정화방식			자갈층접촉산화법	자갈층접촉산화법	자갈층접촉산화법
목표제거율	BOD SS		75% 85%	75% 85%	75% 85%
정화시설 형상	수심 조의 폭 조의 수 전체 형상 조의 면적 자갈 크기 조의 용량		1.5m 18.5m, 8조 8조 92mX18.5mX8조 13,600m2 ∮20∼120mm 21,600m3	1.5m 1개소,18.5m, 6조 36조 20∼60mX18.5mX8조 28,800m2 ∮20∼150mm 45,800m3	2.3m 1개소 21.5, 2조 2조 121mX21.5mX2조 5,200m2 ∮20∼150mm 13,500m3
보의 높이			2.45m	1.95m	2.76m
하천에의 효과			BOD0.5∼1.0mg/L감	BOD1.0∼1.5mg/L감	BOD0.5∼1.0mg/L감
시행연도			"81∼"83	"84∼"90	"90∼"92

(4) 플라스틱 접촉재등 접촉산화법 (침전 + 생물산화)

(가) 정화 원리와 특징

플라스틱 접촉재 등 접촉산화법은 접촉재 사이에서 일어나는 접촉침전과 접촉재 표면에 부착한 미생물이 물속의 용존산소를 이용하여 부유물질과 유기물질을 흡착, 흡수, 산화·분해하여 정화하는 것이다.

따라서 플라스틱 등 접촉산화법은 자갈층 접촉산화법의 자갈 대신에 플라스틱 등 접촉재를 이용한 하천정화법이다.

자갈의 공극률이 40∼45%정도지만, 플라스틱 등 접촉재는 공극률 90∼98%정도로 크기 때문에 플라스틱 등 접촉산화법은 자갈층 접촉산화법보다 작은 용적이나 면적에서도 정화할 수 있다.

그러나 플라스틱 등 접촉재의 단가가 자갈에 비해 10배정도 고가므로 건설비는 자갈층 접촉산화법보다도 비싼 것이 단점이다.

그리고 플라스틱 접촉재 등 접촉산화시설을 설치할 경우 플라스틱 접촉재는 자갈과 다르게 강도가 없으므로 주변은 콘크리트벽,

그리고 상부는 콘크리트 슬라브가 필요하다. 그리고 플라스틱 등 접촉재는 자외선에 약하므로 직접 빛이 비치지 않도록 하여야 한다.

정화의 원리·기능은 자갈층 접촉산화법과 거의 비슷하지만, 자갈층 접촉산화법과 같이 퇴적 슬러지가 이동되지 않고, 유입부 근처에서 축적된 슬러지에 의해 막힘현상이 발생하여 접촉재의 상부를 유입수가 흐르게 된다.

따라서 정화효과가 낮아지기 쉬우므로 자갈층 접촉산화법에 비해 축적된 슬러지를 빈번하게 처리하여야 한다.

(나) 적용조건

플라스틱 접촉재 등 접촉산화법에서는 대상 하천수중에 포함된 용존산소를 이용하여 정화하므로 높은 BOD농도의 하천수가 유입되면 탱크내가 혐기성 상태가 되어 정화 효율이 저해되므로, 정화시설내의 용존산소농도를 유지하는 방안을 고려하여야 한다.

따라서 자갈층 접촉산화법과 같이 하천수의 BOD가 20∼30㎎/L 정도이하인 것을 적용 대상으로 하는 것이 바람직하다.

(5) 구형 쇄석 덩이 정화법 (침전 + 생물산화)

(가) 정화 원리와 특징

정화 원리는 구형 쇄석 덩이 사이에서의 접촉침전 및 구형 쇄석 덩이의 표면과 내부에서의 유속차에 의해 부유물질이 흐르면서 분리되어 부유물질이 제거되는 것이 기본적인 정화기능이다.

그리고 자갈층 접촉산화법과 같이 미생물에 의한 유기물의 분해도 기대할 수 있다.

(나) 적용조건

구형 쇄석 덩이 정화법은 유입수중에 포함된 용존산소를 이용하여 정화하므로 높은 BOD농도의 하천수가 유입되면 시설내가 혐기성 상태가 되어 정화가 저해된다.

그러므로 자갈층 접촉산화법과 같이 하천수의 BOD가 20∼30㎎/L정도이하에 적용하는 것을 기준으로 생각할 수 있다.

(6) 목탄 정화법 (여과 + 생물산화)

(가) 정화 원리와 특징

목탄 정화법은 목탄사이에서 여과에 의한 부유물질의 제거와 목탄에 자연적으로 부착하는 미생물에 의한 흡착 및 생물산화·분해에 의해 정화되는 것이다.

그리고 자갈층 접촉산화법과 같이 미생물에 의해 퇴적 슬러지가 분해되어 감량화되고 압밀화되는 것을 기대할 수 있다.

이 방법의 특징은

① 여과에 의한 정화법이므로 자갈층 접촉산화법과 비교하여 시설면적이 작은 것이 장점이다.

② 목탄은 가볍기 때문에 시설설치가 비교적 용이하고, 소요 인력을 줄일 수 있는 등의 이점이 있다.

여과에 의한 정화법이므로 부유물질에 의해 막히기 쉬우므로 슬러지의 제거나 여재를 자주 세정하여야 한다.

(나) 적용조건

목탄 정화법은 유입수중에 포함된 용존산소를 이용하여 정화하므로 BOD농도가 높은 하천수가 유입되면 시설내가 혐기성 상태가 되어 정화기능이 저해된다.

따라서 자갈층 접촉산화법과 같이 하천수의 BOD는 20∼30㎎/L정도이하인 것이 바람직하다.

또 여과법이므로 부유물질의 농도가 높은 하천수에는 적용할 수 없다.

(7) 폭기식 자갈층 접촉산화법 (생물적 정화 = 생물산화(부착생물막법)

(가) 정화 원리

폭기식 접촉산화법은 자갈층 접촉산화법에서 폭기하는 부분(폭기부)과 폭기하지 않는 부분(비폭기부)으로 구성된다.

1) 폭기부

폭기부에서는 항상 폭기하여 용존산소를 공급하여 자갈 표면에 서식하는 미생물의 활성을 높여 유기물질, 암모니아태 질소(NH₄-N), 곰팡이 냄새 물질(2-MIB)을 효율적으로 제거하는 것이다.

즉 폭기하여 탱크내를 혼합하므로 자갈 표면의 미생물과 오염 하천수의 접촉할 기회를 늘려 정화능력을 높이는 기능을 한다.

2) 비폭기부

폭기부에서는 유기물 등의 산화·분해에 의해 미생물이 증식하고, 생물막이 형성된다. 생물량이 많아지면 자갈 표면에서 생물막이 떨어져나간다.

폭기부에서는 유기물이 생물막에 흡착되고, 생물막이 떨어져나가는 현상이 반복되므로 부유물질의 상태가 변화하게 된다.

폭기부에서는 항상 폭기하므로 떨어져 나온 생물체는 침전되지 않고 유출되게 된다. 유출되어 나오는 생물체는 부유물질로 유기물이다.

비폭기부는 이 부유물질과 유기물질을 제거하여 처리수질을 양호하게 유지하기 위한 것이다.

비폭기부의 정화원리는 자갈층 접촉산화법과 같이 접촉침전, 생물에 의한 흡착·흡수·산화·분해 및 퇴적 슬러지의 분해·감량이다.

특히 접촉침전에 의한 부유물질은 제거효과가 크다.

(나) 적용수질 조건

폭기식 자갈층 접촉폭산화법의 정화기능이 저하되지 않기 위한 정화대상 수질조건은 이하와 같다.

1) 정화대상 하천수의 BOD가 20∼30㎎/L정도 이하일 것.

폭기식 접촉산화법을 적용한 수질은 최고 BOD 80㎎/L정도로, 현재 정화대상 하천수의 BOD적용 범위는 20∼80㎎/L을 기준이라고 생각할 수 있다.

BOD 20㎎/L이하의 하천에 있어서도, 용해성 BOD가 낮은 경우에도 당연히 적용할 수 있지만, 폭기에 의해 처리비용이 높아지므로 자갈층 접촉산화법을 적용하는 것이 바람직하다.

2) 유해물질을 함유하는 하천수가 아닐 것

폭기식 접촉산화법은 생물에 의한 산화·분해에 의해 유기물 및 용해성 물질을 제거하는 것이므로, 생물의 활성을 저해하는 유해물질을 함유하는 하천수에는 적용할 수 없다.

3) 쓰레기가 다량 유입하지 않을 것

자갈층 접촉산화조내에 쓰레기가 유입되면 분해되지 않고, 이동하기도 어렵기 때문에 국부적으로 막힘이 발생하여 전체 기능이 저하된다.

(8) 플라스틱 접촉재 등 접촉폭기법 (생물산화(부착생물막법))

(가) 정화 원리와 특징

정화 원리는 폭기식 자갈층 접촉산화법과 같고, 접촉재 표면에 부착된 미생물이 물속의 용존산소를 이용하여 유기물이나 용해성 물질을 흡착, 산화 분해하면서 정화하는 것이다.

폭기에 따라 산소가 충분하게 공급되어 생물막과 오염물질도 산화·제거될 수도 있다.

일반적으로 접촉재를 충전한 조에 유기 오염 하천수를 통과시키면 약 2주간에 생물막이 발생된다.

이들 생물막은 여러 종의 세균류나 진균류, 섬모충류나 근족충류 등의 원생동물, 윤충류나 선충류 등의 후생동물로 구성되어 있어 다양한 생물군이 정화에 관여하고 있다.

벌집 모양 플라스틱 접촉재를 사용한 접촉폭기법이 수돗물의 고도처리에 적용되고 있으며, 지오스민이나 2-MIB 등 정수장에서 장해를 일으키는 특수한 유기물의 생물적 제거도 행할 수 있음이 확인되고 있다.

이 방법의 장점, 단점을 정리하면 아래와 같다.

1) 장점

가) 접촉재의 특성으로 공극률이 크기 때문에, 폭기식 자갈층 접촉산화법에 비하여 설치면적이 작고, 처리수질이 양호하다.

나) 단위용적당 접촉면적이 크고, 부착생물량을 많이 유지할 수 있다.

다) 여러 종류의 접촉재를 이용할 수 있다.

2) 단점

가) 접촉재의 비용이 자갈 등의 자연 접촉재와 비교하면 약 10배정도 비싸다.

나) 접촉재의 종류에 따라서는 유충 등이 서식하는데 유리한 환경이 되어, 해충이 발생할 장소가 될 수도 있으므로 접촉재의 선정에 주의할 필요가 있다.

다) 접촉재를 지지하고, 폭기면에서는 콘크리트 구조물이 필요하다.

(나) 적용조건

플라스틱 접촉재 등 접촉폭기법은, 오수처리나 폐수처리에 많이 적용되고 있으며, 통상 도시하수정도의 농도라면 총분히 정화할 수 있다.

유의할 점은 폭기량으로 정화시설에 있는 BOD 부하량이나 생물막의 혼합의 정도에 따라 폭기 강도를 적절하게 유지할 필요가 있다.

(9) 박층류정화법 (생물산화(부착 생물막법))

(가) 정화 원리와 특징

하천의 자정작용은 하상의 깊고 낮음이 반복되면서 이루어지고 있다.

낮은 곳에서는 하상의 자갈 표면에 서식하는 미생물이 수중의 오염물질을 흡착, 흡수, 산화, 분해하고, 미생물이 박리되어 흘러내리면서 깊은 곳에서 침전되어 정화된다.

박층류 정화법은 하천의 하상이 낮은 곳에서의 정화기능을 증대하고, 깊은 곳을 효율적으로 개선한 정화방법이다.

수심이 가능한 얕고, 유속도 가능한 느리게 하면 정화효과가 향상된다.

(나) 적용조건

박층부는 현재의 유로를 하천내에서 가능한 넓게 하여, 하천수를 유하시켜서 정화하므로 현재의 하천형태에 따라 박층부의 크기가 제한을 받는다.

박층부는 수심 10㎝정도, 유속 10㎝/sec전후가 바람직하지만, 하천유량이 변동하기 때문에 그 조건이 크게 변동된다.

대상하천의 수질은 실 시설에서의 경험에 의하면, BOD 15∼20㎎/L이하에 적용하는 것이 기준이다.

(10) 산화구법 (생물산화(부유생물법))

(가) 정화 원리와 특징

미생물(활성슬러지)에 의해 유기물, 용해성 물질 등을 산화, 분해, 흡착시켜 정화하는 방법으로, 하수처리장에서 가장 많이 적용되고 있는 활성슬러지법의 변법이다.

산하구법은 구조, 유지관리 등에서 가장 간단한 방법으로 폭기조는 원형으로 얕고, 폭기조 혼합액은 기계식 폭기장치에 의해 폭기와 유동이 동시에 행해져서 보통 조내를 순환한다.

최종침전지를 설치함에 따라 24시간 연속 운전할 수 있지만, 간헐적으로 운전하면 폭기조에 침전지의 기능을 갖추게 되어, 침전지를 설치하지 않을 수도 있다.

(나) 적용조건

산화구법은 오수처리나 폐수처리에 많이 적용되고 있어, 통상 하수 농도수준의 하천수까지 적용할 수 있다.

(11) 식생 정화법 (식물체 이용)

(가) 정화 원리와 특징

식생 정화법의 정화원리는 침전·흡착 등의 물리화학적 작용이나, 저습지의 생태계에 관련한 생물화학적 작용을 포함하여 복잡한 것으로 생각되지만, 기본적으로는 다음의 세가지로 요약할 수 있다

1) 입자상 영양염의 침전·흡착 및 인의 불활성화 작용

2) 저질중에 서식하는 탈질균에 의한 아질산태 질소, 질산태 질소의 탈질작용

3) 유수, 저질 표면, 수생식물의 표면 등에 서식하는 종속영양세균에 의한 유기물의 무기화 작용

즉, 저습지에 많이 자라는 수생식물은 직접 하천수중의 오염물질을 흡수하거나 분해하지만, 정화 환경을 개선한다는 점에서 매우 중요하다.

이 방법의 장점, 단점을 정리하면 다음과 같다.

가) 장점

① 자연식생을 그대로 이용할 수 있다.

② 질소화합물의 의 질산화, 인의 토양흡착도 기대할 수 있다.

③ 빛의 차단에 의해 식물 플랑크톤의 발생을 억제할 수 있다.

나) 단점

① 정화기간이 식물의 생육기간으로 제한된다.

② 넓은 수 면적이 필요하다.

③ 토양에서 COD나 NH₄-N이 용출될 우려가 있다.

(나) 적용조건

식생 정화법은 유입수중에 포함된 용존산소를 이용하여 정화하기 때문에 고농도의 하천수가 유입되면 시설내가 혐기성 상태가 되어 식물체 뿌리의 부패 등에 의해 정화능력이 저해될 가능성이 있다.

일반적인 사례에서는 상당히 고농도의 폐수를 대상으로 체류시간을 1일∼6일로 하는 실험도 있으나, 일본에서는 하천수를 대상으로 한 실 시설의 예에서는 BOD 20㎎/L이하를 대상으로 하고 있다.

(12) 자갈층 접촉산화 + 고속 토양정화법(여과 + 흡착 + 생물산화)

(가) 정화 원리

자갈층 접촉산화의 정화원리는 앞에서와 같고, 고속 토양정화법에서 토양의 정화기능은 아래 3가지 원리가 복합적으로 작용한다.

1) 토양입자에 의한 여과

토양입자로 구성된 공극은 굉장히 작고, 이 작은 공극에 부유물질이 포집되어, 정화된다.

2) 토양입자에 의한 흡착

토양중에 함유된 여러 가지 광물질 등이 작용하여 음이온 물질을 흡착한다. 대표적인 것으로 PO₄-P가 있다.

3) 토양미생물에 의한 산화·분해

토질에 따라 다르지만 0∼50㎝정도의 층에는 토양 미생물이 다수 서식하고 있으며, 이 미생물에 의해 여러 가지 유기물질이 산화·분해된다.

(나) 특징

이 정화법은 자갈층 접촉산화법과 고속 토양정화법을 조합한 정화법이다.

자갈층 접촉산화법은 고속 토양정화법의 통수속도를 유지하기 위해 고속 토양정화법의 전단계로 설치하여 BOD와 SS를 제거하는 것이다. 자갈층 접촉산화법의 정화원리, 적용조건 등은 앞에 기술하였으므로 여기에서는 고속 토양 정화법에 한정한다.

지구상에서 가장 우수한 정화기능을 갖는 것은 토양이다. 토양은 SS, BOD, N, P, 냄새, 색도 등 다양한 오염물질을 정화할 수 있다.

반면 자연상태에서의 통수능력 즉, 단위면적당 정화수량은 상당히 적고 부유물질 등에 의한 막힘이 발생하기 쉬운 것이 결점이다.

종래의 토양정화법은 정화수량이 1일당 1㎡당 0.5㎥전후(0.5㎥/㎡·일 =0.5m/일)이었으나, 여기에서 말하는 고속 토양정화법은 1∼5m/일의 통수속도를 갖는 하천정화법이다.

이 고속 토양정화법은 토양을 파낸 후 다지기를 하지 않고 가능한 가볍게 토양층을 조성하는 것이 최대 요점이다.

고속 토양정화법은 하천정화법에서 제거하기 어려운 물질이면서, 동시에 수질에 장해를 일으키는 인, 냄새, 색도를 제거하는 뛰어난 방법이다.

인, 냄새, 색도, 이 외에도 SS, BOD 등도 잘 정화할수 있으며, 토양이 특정 물질의 제거기능을 계속 유지할 수 있도록 SS, BOD는 전 단계에서 충분히 제거할 필요가 있어, 전단계에 자갈층 접촉산화시설을 설치하고 있다.

(다) 적용조건

이 방법에서 수질의 적용조건은 자갈층 접촉산화법에서의 적용조건과 같으며, BOD 20㎎/L정도 이하, SS 30㎎/L정도이하이다.

토양정화의 적용조건을 정리하면 다음과 같다.

1) SS, BOD를 전 단계에서 제거할 것

SS, BOD를 제거함에 따라 SS에 의한 막힘, 박테리아에 의한 막힘을 경감시키고, 장기간 정화할 수 있도록 한다.

2) 용존산소는 호기상태로 유지할 것

원수의 용존산소가 혐기(2㎎/이하)상태가 되면 정화되지 않고, 냄새를 발생하므로 SS, BOD 모두 5㎎/L이하로 전 단계에서 정화할 필요가 있다.

3) 눈 막힘의 회복

장기간 통수하면 SS가 제거됨에 따라 막히게 되므로, 토양을 경작지에 이용하는 등으로 눈 막힘이 회복되도록 하여야 한다.

4) 토양의 재생

토양을 이용하여 인이나 색도 등을 계속 정화하려면 흡착능력의 한계로 인하여 정화능력이 저하된다.

이러한 경우 토양 간극수의 조건을 혐기성으로 하거나, pH를 높이면 재생될 가능성도 있으므로, 이에 대한 검토가 필요하다.

마. 우리나라에서의 하천 직접정화 기술

우리나라의 하수처리율과 하수도 보급율이 미흡하여 하천의 오염이 심화되는 추세에서 1991년 국립환경연구원이 소규모 하천에 적용하여 수질을 개선하기 위한 기술개발의 일환으로 경기도 고양시 신도읍에 소재한 창능천의 둔치에 유효용량 10.8m³의 FRP제 폭기식과 비폭기식 자갈층 접촉산화시설을 설치하여 실험·운전하여 실용화를 시도한 것이 처음이다.

여기에 사용한 자갈층은 자갈의 직경이 10∼15cm, 공극율 45%로 구성되었으며, 수리학적 체류시간은 5.8시간으로 운전하였다.

연구결과 유입수의 연평균 BOD농도가 36.3mg/L였으나, 처리수는 폭기식에서는 평균 15.6mg/L, 비폭기식에서는 25.6mg/L로 나타났으며, 유입하천수의 농도가 30mg/L를 초과한 경우에는 폭기가 필수적이라는 결과를 얻었다

.

이 후 접촉산화법의 접촉재로 폐콘크리트와 폐타이어를 사용하여 연구하였으며, 이후 연구가 단편적으로 이루어지고 있으며, 근래에는 수생식물을 이용한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 호소내 오염하천 유입부의 식물에 의한 정화처리 연구가 한강수질검사소에서 이루어졌다.

참고문헌

1. 임연택, 윤조희, 서정법, 유순주, 유덕희, 홍정선, 서윤수 (1992) 자갈층 접촉산화법을 이용한 오염하천수의 정화, 한국수질보전학회지, 8(3), pp.173∼180.

2. 서윤수, 홍정선, 임연택, 윤조희, 서정범, 유순주 등 (1991) 오염심화 소하천의 정화기술 실용화,과학기술처.

3. 국립환경연구원 (1991) 오염하천수의 정화기술.

4. 공동수, 천세억, 정원화, 전선옥, 김종택, 김종민, 류재근 (1997) 호소내 오염하천 유입부의 식물에 의한 정화처리 연구(Ⅲ), 국립환경연구원보, 19, pp.379∼399.

5. 建設省 關東地方建設局, 平瀨川淨化施設- 礫間接觸酸化法による河川內淨化施設.

6. 建設省 關東地方建設局, 多摩川の自然環境を生かして效果

的に淨化する.

7. Environmental Map of Lake Kasumikaura, the National Institute of Environmental

Studies.

8. (財) 國土開發技術硏究センタ? (1998) 河川直接淨化の手引き.

작성자 수질공학과 과장 임연택(이학박사)

[박남윤]

꼭~시험 문제 정리한듯..^^