1. 서 론
2. 협기/호기 접촉여과대를 활용한 자연형 하천 호안 공법의 개요
2.1 접촉 여과대
2.2 식생 접촉 여과대
2.3 혐기/호기 식생 접촉 여과대 구성 및 제원
3. 자연형 하천호안공법의 적용
3.1 Lab Scale 식생 접촉 여과대
3.2 Pilot plant 식생 접촉 여과대
3.3 분석항목 및 방법
4. 결 과
4.1 Lab Scale 결과
4.2 Pilot plant 결과
5. 결 론
1. 서 론
유역환경에서 오염원의 관리는 매우 중요한 항목이며, 오염원은 일반적으로 점오염원 및 비점오염원으로 분류된다. 점오염원은 생활하수 및 산업폐수의 유출수 등과 같이 일정지점으로부터 유입되는 오염원을 말하며, 비점오염원은 불특정장소 (도시, 농지, 산지 등)에서 발생하는 오염물질의 오염원을 말한다. 일반적으로 점오염원은 하수관로 및 하수처리장의 확충 등으로 인하여 많이 개선되고 있으나, 비점오염원의 문제는 여전히 해결되지 않고 있다. 이러한 비점오염원은 배출지점이 불특정 및 불명확하여 희석, 확산되면서 넓은 지역으로 배출되므로 수집이 어렵고 발생량/배출량이 강수량 등 기상조건의 영향을 크게 받게 된다. 따라서, 처리량이 일정치 않아 처리시설의 설계 및 유지관리에 큰 어려움을 주고 있다.
특히 농촌지역의 비점 오염원의 관리는 시급한 현안으로 대두되고 있다. 우리나라 4대강유역에서 비점오염원(BOD 기준)의 영향은 전체 오염 부하의 22~37%로 추산되며, 이 비율은 지속적으로 증가하고 있다. 또한 우리나라는 전국토지 (99,611.72 km2)의 19.52%(논-12,601.46 km2, 밭-8,339.06 km2)를 차지하고 있는 농지는 매년 감소하는 경향(평균 112 km2 )을 나타내는 반면 단위면적당 비료 및 농약 사용량은 오히려 증가하여 비점오염원 증가의 원인으로 자리잡고 있다. 우리나라의 화학비료 사용량은 447 kg/ha으로 세계평균(99 kg/ha)보다 약 4배 이상의 높은 수치에 해당되고 있다. 또한 제초제와 농약 사용은 그 종류와 사용량이 예전보다는 감소하였다고 하지만 여전히 세계 상위권에 머무르고 있다.
농촌지역에서의 비점오염은 주로 농작물에 흡수되지 않고 농경지에 남아있는 비료및 농약, 초지에 방목된 가축의 배설물, 가축사육농가에서 발생되는 축산폐수, 빗물에 섞인 대기오염물질 및 도로노면의 퇴적물 등이 있다. 이러한 농촌지역 비점오염물질은 하천으로 그대로 유입되어 하천수질 저하의 주요 요인으로 지목되고 있으며, 이에 농촌지역의 비점오염 저감을 위한 연구가 많이 이루어지고 있다(Song and Lee, 2012; Ryu et al., 2011; Jeong, 2010; Choi, 2009; Kim et al., 2008; Roh, 2008; Park et al., 2005; Jung et al., 2004).
농촌 지역의 비점 오염원은 넓은 지역에서 살포되는 비료, 퇴비 등 농업활동과 연관된 부분이 많으며, 우리나라의 비료와 사료에 기인하는 비점오염원의 질소, 인 배출량(Shim, 1998), 지속농업을 위한 시설원예지대 비점오염원 오염용수의 자연정화기술 개발, 축산퇴비의 자원화에 따른 비점오염원 유출 특성에 관한 연구(Lee, 2010) 등의 연구가 대표적이다.
논·밭 비점오염부하 저감 및 최적관리기법, 농업비점오염 저감을 위한 방법으로는 새만금 유역의 농업비점오염 통합관리기술 개발 및 제도개선 기법 등이 있다. 또한 농촌비점오염 저감을 위한 주민참여 및 자율 역량강화를 통하여 새만금유역 및 간척농지의 비점오염원 저감 방안을 검토하여 국가수질 개선 비용절감, 영농비용의 절감, 국제공동연구, 국제학술대회 개최 등을 통한 관련기술 선진화, 농촌지역 발전에 기여, 농업용수의 수질 개선 사업 아이템의 다양화 및 신규정책 사업개발 기여 등의 효과를 기대하고 있다(Jung, 2010).
농촌지역의 비점 오염관리를 위한 최적관리기법(BMPs:Best Management Practices)으로는 식생형 관리기법, 영농관리기법, 시설형 관리기법, 현장관리기법으로 세분화시켜 그에 따른 비점오염원 감소 방안에 대한 해법을 제시하고 있다.
농촌지역의 강우에 따른 비점 오염원의 유입 및 유출에 관한 연구로, 충남 공주시 저수지 유역을 대상으로 강우시 유입하천에서의 유량변화와 오염물질의 유출특성을 분석한 결과 유출부하량, 강우량의 상관성 관계 및 선행 무강우일수와 강우강도도 중요한 인자로 작용한다고 보고 하였다(Kim et al., 2008).
농촌지역의 토지이용에 따른 비점 오염원의 유출에 관한 연구로는 밭 비점오염부하저감 및 최적관리기법개발이 있다. 밭은 경사가 크고 비료사용량이 많으며 강우시 유출량이 많아 논에 비해 비점오염원 배출량이 크다. 이를 방지하기 위하여 건설공사장에서는 홍수유출이 발생 시, 수질을 보호하기 위하여 임시적으로 사용하는 실트펜스 기법을 밭 아래쪽에 설치하여 오염물질의 흐름을 제어하는 방법과 식생밭두렁을 설치하는 방법을 제시하고 있다(Kim et al., 2011; Park et al., 2011).
본 연구는 자연친화적인 저비용의 하천호안공을 개발하여 적용성 평가를 수행하고자 하였다. 농촌지역의 하천호안공으로 널리 사용되고 있는 개비온 매트리스를 바탕으로 하천으로 유입되는 비점오염원의 저감을 위해 혐기/호기 접촉여과대를 활용한 자연형 비점오염처리 방법을 제시하고, 이의 실험실 기반의 축소 모형 실험 및 현장 적용성을 평가하였다.
2. 협기/호기 접촉여과대를 활용한 자연형 하천 호안 공법의 개요
본 연구에서는 비점오염물질을 포함한 초기 유출수가 하천으로 유입되는 주요 경로인 하천 호안부에 접촉 여과대를 적용한 개비온 매트리스 하천호안공법을 제시하고자 한다. 이를 위하여 하천호안공으로 널리 활용되고 있는 개비온 매트리스 내에 자갈을 채워 여과대를 구성하고, 호안에 방수 격벽을 설치하였다. 또한 여과대에 지속적으로 유입수를 유입시켜, 혐기 및 호기 미생물 생장을 도모하여 정화 작용이 이루어지게 하였으며, 여과대 상부에는 식생포대공으로 마무리하여 보리 등 식생의 추가적인 식물정화효과를 이룰 수 있게 한 공법을 활용하였다.
본 공법은 하천과 도로 및 유역의 천이대인 하천호안에 적용하여 넓은 지역에서도 정화 효과를 기대할 수 있으며, 우수에 의한 초기 유출수를 하천 유입단계에서 차단시켜줌으로써 효율적인 비점 오염처리가 가능하도록 하였다. 접촉 여과대는 혐기/호기 미생물과 식생에 의한 처리 이론에 기초하고 있다.
2.1 접촉 여과대
접촉 여과대(Contact filtration zone)은 전형적인 미생물 접촉 여과기법으로, 호기성구역에서 NH4+-N(암모니아성 질소)의 산화, BOD 및 부유물질 제거, 혐기성구역에서는 NO3―-N(질산성 질소) 및 NO2―N(아질산성 질소)가 N2, NO 등(질소가스) 성분으로 전환되어 제거되는 부분 침지형 고정생물막 반응구역으로 구성되어 있다. 하수가 장시간 여과대를 통과하면 여재 표면에 대량의 미생물이 부착 및 성장하여 젤라틴상의 미생물막을 형성하게 된다. 이러한 생물막을 거친 유기물 및 질소성분은 Table 1에 나타낸 일련의 생물학적 반응기작에 의해 최종적으로 CO2, N2 및 물로 처리되게 된다. 생물학적 질소 제거의 첫 단계인 질산화는 Table 1의 (b)에 나타낸 바와 같이 수중의 NH4+-N를 NO2―N 및 NO3―-N로 전환하는 과정으로 되어 있다. 반면에 생물학적 탈질은 질산화 반응을 거쳐 생성된 NO2―N 및 NO2―N를 NO, N2O 및 N2 등 질소원소를 함유한 가스성분으로 전환시켜 수중에서 제거하는 과정으로 되어 있다.
Table 1. Biological Reponses by Microorganisms in Natural Posure Method (Metcalf and Eddy, 2004)
2.2 식생 접촉 여과대
기존의 물리화학적 처리에 비해 자연식생은 시설비용이 적게 소요되고 화학약품의 과다 사용으로 생태계 파괴의 우려가 없으며, 경우에 따라서는 식생에 의해 창출된 농부산물의 재이용도 가능해 추가적인 부가 창출도 가능한 장점들을 가지고 있다. 또한 오염원 특성에 따라 식생을 선택할 수 있으므로 오염물질 제거를 보다 효율적이면서 경제적으로 수행이 가능하다. 또한 식생 식물의 뿌리에 의한 흡착·흡수 작용 외에도 식생 식물의 고밀도 뿌리 내림은 체걸음 작용을 발휘하여 초기 강수 시 부유물질 및 입자물질의 제거에도 크게 기여하게 된다. 이와 같이 식생수로 및 식생여과대 등이 대표적인 처리공법으로 활용되고 있으며, 이들 식생의 대표적인 기능 및 가치는 다음과 같다.
① 여과를 통한 수질 향상.
② 조밀한 식생에 의한 유속저하로 침전 유발.
③ 유/무기물의 분해.
④ 기질을 전환하여 미생물 세포합성을 위해 필요한 화학물질을 생산.
⑤ 저질토의 산화/환원생태를 조절하여 영양염류, 무/유기화합물의 전환 및 유지.
⑥ 저습지에 생식하는 탈질균의 수중의 탈질 작용을 촉진하여 수체내 질소를 제거.
⑦ 다양한 중금속의 무독화 작용.
이와 같이 기존의 연구에서는 식생에 의한 처리를 주된 정화 방법으로 고려하지 않고, 단순히 호안 표면의 오염수의 유출 방지가 주목적으로 활용되어 추가적인 오염물질 제거 특성 및 제거 성능에 대한 검증이 필요한 것으로 판단된다.
2.3 혐기/호기 식생 접촉 여과대 구성 및 제원
본 연구에 활용된 혐기/호기 식생 접촉 여과대는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 개비온 매트리스 내에 자갈을 채워 여과대를 구성하고, 상부는 식생포대로 마무리하여 보리 등의 식생을 재배하였다. 본 제안 공법의 주요 특성은 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 각 격벽구간을 호안벽면의 자연경사를 이용하여 각 격벽구간을 상부는 호기구역, 하부는 혐기구역으로 유지되도록 하였다. Table 2는 본 연구에 적용된 접촉여과대의 처리 제원을 나타내고 있다.
Table 2. Specification of contact filtration zone
본 연구는 Lab Scale를 수행함과 동시에 이에 따른 현장 적용 가능성도 함께 평가하였다. Lab Scale은 현장 1/6의 축소모형을 이용하였으며, 현장 적용 가능성 평가를 위한 현장 시운전은 충북 청원군의 구룡리 소규모농촌마을 하수처리시설 인근에 설치하여 하수처리시설로부터 방류되는 처리수를 직접 본 연구시설인 식생 접촉여과대에 연결시켜 이에 따른 연속운전을 시행하였다. 설계 제원에 따른 본 연구의 혐기/호기 식생 접촉 여과대의 운전조건은 Table 3에 나타낸 바와 같다. 또한 원수로 사용된 충북 청원군 구룡리 소규모농촌마을 하수처리시설의 유출수 수질 특성은 Table 4에 나타낸 바와 같다.
Table 3. Operation condition of model and field test
| Parameters | Lab Scale | Pilot plant |
| Influent [m3/d] | 0.00936 | 2.6 |
| Volume [m3] | 0.00888 | 2.4 |
| Hydraulic Retemtion time [d] | 1.05 | 0.6 |
| Organic loading [kg/m3‧d] | 0.004~0.034 | 0.013~0.034 |
Table 4. Characteristics of dischare water in small-scale sewage treatment facilities
| Parameters | Range | Average | |
| PH | 8.2~8.9 | 8.6 | |
| CODcr (mg/L) | TCODcr | 18.5~31.0 | 24.0 |
| SCODcr | 11.0~18.5 | 15.3 | |
| T-N (mg/L) | 11.7~19.9 | 15.3 | |
| NH4+-N (mg/L) | 0.5~12.7 | 3.1 | |
3. 자연형 하천호안공법의 적용
3.1 Lab Scale 식생 접촉 여과대
Lab Scale 모형실험은 Fig. 2와 같이 실제 현장의 1/6배 축소된 모형으로 운전되었다. Lab Scale 식생 접촉 여과대는 아크릴을 활용하여, 가로 0.310 m, 세로 0.462 m, 높이 0.062 m, 가운데는 격벽을 설치하여 총 3단으로 구성하여 제작하였다. 그리고 Lab Scale 식생 접촉 여과대에는 입경 사이즈가 1.5 cm 범위의 자갈를 선택하여 충진하였으며, 자갈을 충진후, 상단에 보리 씨앗을 뿌려 재배하여 유입원수 내 유기물질, 질소 및 인 제거가 이루어지도록 하였다. 또한 식생 접촉 여과대를 15°의 경사각을 두어 식생 접촉 여과대 내에서 혐기/호기 구역이 나누어지도록 구성하였다. 유입 원수는 식생 접촉 여과대 최상부로부터 유입하며, 3단계의 혐기/호기 구역을 교대로 지나가면서 일련의 생물학적 반응과 식생 식물에 의한 흡착-흡수로 종국적인 처리가 이루어지게 하였다.
3.2 Pilot plant 식생 접촉 여과대
본 연구에서 Lab Scale 결과에 기초하여 현장 적용성 평가를 위해 충청북도 옥천군 구룡리의 하수처리시설 내에 Fig. 3과 같이 Pilot plant를 구축하여 현장에 대한 적용성 평가를 수행하였다. Pilot plant는 Lab Scale 6배 크기로, 가로 2.0 m, 세로 3.0 m, 높이 0.4 m의 식생 접촉 여과대를 설치하여 적용하였다. Pilot plant는 벽면과 밑바닥에 방수필름을 설치하였으며, 밑바닥 방수필름 위에는 입경 5.0 cm의 굵은 자갈, 입경 1.5 cm의 잦은 자갈을 순차적으로 설치하였다. Pilot plant 표면에는 식생 매트를 설치하였으며, 식생 매트 표면에는 보리 씨앗을 뿌려 식생에 의한 오염물질 제거를 평가하였다. Pilot plant의 경우에는 점유 부지 면적이 넓어 유입수의 균등분배가 처리효율에 크게 영향을 미친다. 따라서 Pilot plant에서의 유입수 균등분배가 잘 이루어지도록 각 단 상부에 직경이 큰 유공관을 일정한 경사각을 이루게 함으로써 유공관 각 공극으로부터 유입수가 균등하게 유출될 수 있도록 하였다.
3.3 분석항목 및 방법
비점오염 처리 및 오염물질 제거를 위한 Lab Scale 및 Pilot plant 식생 접촉 여과대의 처리효율 및 적용성 평가 지표로 화학적 산소요구량(COD), pH, NH4+-N, TN(총 질소) 및 TP(총 인)에 대해 정량적인 분석을 수질오염공정시험법에 준하여 수행하였다. 유기물 지표로 측정하는 화학적 산소요구량은 Closed reflux법으로 수행하였으며, TN 및 TP은 흡광도법을 활용하여 측정하였고 NH4+-N는 Nessler법을 이용하여 측정하였다.
4. 결 과
4.1 Lab Scale 결과
Fig. 4 및 Table 5는 Lab Scale 식생 접촉 여과대에 의한 오염물질 제거 특성을 나타내고 있으며, 결과는 다음과 같다.
Fig. 4(a)는 시간에 따른 pH 변화를 나타낸 것이다. Fig. 4(a) 및 Table 5에서 관찰할 수 있듯이 pH 변화는 미미한 것으로 나타났으나, 장기간의 운전에서는 pH가 서서히 증가함을 확인하였다. 유입 원수의 pH는 6.3~7.1(평균 7.0) 범위 내에서 유입되었으며, 식생 접촉 여과대를 통과한 후의 pH는 7.0~7.8(평균 7.1)범위를 나타내었다. 이와 같이 초기 식생 접촉 여과대를 통과 전·후의 pH 변화는 아주 미미한 것으로 나타났으나, 장기간의 운전에서는 pH가 7.8까지 상승한 것을 확인할 수 있었다. 이는 장기간의 운전에서 식생 식물의 신진대사활동에서 발생되는 노폐물이 수중의 알칼리성을 유발하여 초래한 것으로 판단된다.
Fig. 4(b) 및 (c)는 각각 시간 변화에 따른 총 화학적 산소요구량인 TCOD(Total Chemical Oxygen Demand) 및 용해성 화학적 산소 요구량인 SCOD (Soluble Chemical Oxygen Demand)의 변화거동을 나타낸 것이다. 유기물의 경우 Fig. 4(b)(c) 및 Table 5에서 나타낸 바와 같이 식생 접촉 여과대를 통과하고 나서 총 유기물 지표인 TCOD 물론 용존성 유기물 지표인 SCOD도 크게 감소한 것으로 나타났다. 유입수 내 TCOD 평균 농도는 23.0 mg/L인 것으로 확인하였으나 식생 접촉 여과대를 통과하고 나서는 19.0 mg/L로 감소하여 17%의 평균 제거효율을 확인하였다. 그리고 용존성 유기물 지표인 SCOD의 경우에는 평균 20.0 mg/L이 유입되어 13.0 mg/L로 감소하여 35%의 평균 제거효율을 나타내었다. 또한 Fig. 4(b)(c)에서는 초기 TCOD 및 SCOD 제거효율은 매우 우수한 것으로 확인하였지만 시간이 지나갈수록 제거효율이 초기에 비해 감소하는 거동형상을 나타내었으며, 특히 TCOD가 SCOD에 비해 변화폭이 큰 것으로 나타났다. 이는 장기간의 지속적인 부유물질 유입으로 인해 식생 접촉 여과대의 fouling이 생겨 처리 능력이 저하된 것으로 판단된다. 따라서 지속적인 처리를 위해서는 주기적인 역세척을 필요로 하며, 유입수 내 부유물질 부하량에 따른 체계적인 시설운전조건 및 규격에 대한 가이드라인이 필요한 것으로 판단된다.
Fig. 4(d) 및 (e)는 각각 시간 변화에 따른 TN 및 NH4+-N 변화거동을 나타낸 것이다. TN의 경우 유입수 내 TN은 28.0 mg/L이었으나, 식생 접촉 여과대를 통과하고 나서는 24.0 mg/L로 감소하였다. 용해성 질소 성분인 NH4+-N의 경우에는 평균 13.0 mg/L의 농도로 유입되어 5.0 mg/L의 농도 감소하였다. 따라서, Lab Scale의 경우 평균 TN 제거효율은 14%이었으며, NH4+-N의 평균 제거효율은 62%이었다.
그 외 유입 원수가 하수처리시설의 최종 처리수다가 보니 유입수 내 NO3―N가 평균 12.0 mg/L으로 유입되나, 식생 접촉 여과대를 통과 후에는 8.0 mg/L로 나타나 식생 접촉 여과대의 협기구역 내에서 발생한 탈질 반응으로 인하여 NO3―N의 효율적인 제거가 이루어졌다.
Fig. 4(f)는 시간 변화에 따른 TP 변화거동을 나타낸 것이다. TP의 경우에는 식생 식물의 재배 밀도가 낮은 탓으로 처리효율이 미미한 것으로 판단된다. 인은 식물체내에서 세포막의 인지질, ATP, NADP 등의 저장성 물질로 이용되기 때문에 식생 식물에 의한 인 제거는 한계가 있다. 따라서 Table 5에서 나타낸 바와 같이 처리수 내 잔류 TP농도는 0.50~6.30 mg/L로 유입수 성상에 따른 변화거동이 큰 것을 관찰할 수가 있다.
Table 5. Properties of treated water in pilot plant
4.2 Pilot plant 결과
Fig. 5 및 Table 6는 Pilot plant 식생 접촉 여과대에 의한 오염물질 제거 특성을 나타내고 있으며, Fig. 5(a)는 시간에 따른 pH 변화를 나타낸 것이다. Pilot plant의 경우 Fig. 5(a) 및 Table 6에서 확인 할 수 있듯이 식생 접촉 여과대를 통과하고 나서 pH가 미소 증가함을 확인하였다. 유입 원수의 pH는 6.2~7.1(평균 6.8) 범위 내에서 유입되어 식생 접촉 여과대를 통과하고 나서 pH는 6.9~7.5(평균 7.1)로 증가하였다. 하지만 Pilot plant 및 Lab Scale 모두 pH 변화가 미소 한 것을 확인 할 수 있다. Fig. 5(b) 및 (c)는 각각 시간 변화에 따른 TCOD 및 SCOD 변화거동을 나타낸 것이다. 유기물의 경우 Fig. 5(c)(e) 및 Table 6에서 나타낸 바와 같이 식생 접촉 여과대를 통과 한 뒤에는 TCOD 및 SCOD도 크게 감소한 것으로 나타났다. 유입수 내 TCOD 평균 농도는 17.0 mg/L를 나타내었으나, 식생 접촉 여과대를 통과하고 나서는 13.0 mg/L로 감소하여 24%의 평균 제거효율을 나타내었다. 그리고 용존성 유기물 지표인 SCOD의 경우에는 평균 14.0 mg/L이 유입되어 10.0 mg/L로 감소하여 29%의 평균 제거효율을 나타내었다.
Pilot plant의 경우에도 Lab Scale과 마찬가지로 장시간운전에서 식생 접촉 여과대의 fouling 때문에 제거효율이 저하되는 것을 확인할 수가 있다. 이로부터 지속적인 Pilot plant 운영을 위해서는 보다 체계적인 역세척주기 등 가이드라인이 필요한 것으로 판단된다. Fig. 5(d) 및 (e)는 각각 시간 변화에 따른 TN 및 NH4+-N 변화거동을 나타낸 것이다. TN의 경우 유입수 내 TN은 15.0 mg/L이었으나, 식생 접촉 여과대를 통과하고 나서는 8.0 mg/L로 감소하였다. 용해성 질소 성분인 NH4+-N의 경우에는 평균 2.0 mg/L의 농도로 유입되어 1.0 mg/L의 농도 감소하였다. 따라서 pilot plant의 경우 평균 TN 제거효율은 47%이었으며, NH4+-N의 평균 제거효율은 50%이었다. 그 외 유입수 내 NO3―N는 평균 9.0 mg/L으로 유입되어 식생 접촉 여과대를 통과하고 나서는 6.0 mg/L로 감소함을 확인하였다.
Fig. 5(f)는 시간 변화에 따른 TP 변화거동을 나타낸 것이다. Lab Scale의 경우 식생 식물의 재배 밀도가 낮아 TP 제거효율이 미소한 것으로 나타났으나, Pilot plant의 경우에는 Lab Scale에 비해 식생 식물의 재배 밀도가 상대적으로 높기에 유입수 내 2.50 mg/L의 TP가 식생 접촉 여과대를 통과하고 나서는 1.78 mg/L로 감소하였다. 따라서 이에 따른 제거효율은 29%로 Lab Scale에 비해 처리능력이 많이 향상된 것을 확인할 수가 있다.
Table 6. Properties of treated water in pilot plant
Lab Scale 및 Pilot plant 식생 접촉 여과대에 의한 오염물질 제거 특성을 Table 7에 정리하여 나타내었으며, 오염 무질 제거효율에 있어서 Pilot plant나 Lab Scale에서 큰 차이를 나타내지 않았다. 이로부터 식생 접촉 여과대의 현장 적용성이 잘 입증 되었으며, 현장 적용시 유기물은 물론 TN 및 TP 제거효율이 소규모의 Lab Scale에 비해 더 우수한 제거효율을 나타낸 것을 확인할 수 있다. 이는 식생 식물의 고밀도 재배와 더불어 식생 접촉 여과대의 효율성이 향상된 것으로 판단된다. 따라서 식생 접촉 여과대의 효율성은 시설 규모가 커짐에 따라 향상될 것으로 기대된다.
Table 7. Comparison of application efficiency between lab scale model and pilot plant of river bank protection
5. 결 론
본 연구에서는 농촌지역의 비점오염 처리를 위한 개비온 매트리스를 바탕으로 혐기/호기 식생 접촉 여과대를 활용한 자연형 비점오염처리 하천호안을 제안하였고, Lab Scale 및 pilot plant 시운전을 통하여, 농촌 비점 오염 제거 적용 가능성을 평가 하였다. 본 연구의 주요 결론은 다음과 같다.
1. Lab Scale 식생 접촉 여과대를 운영한 결과 TCOD 17%, SCOD 35%, TN 14%, NH4+-N 62%, NO3―-N 33%의 제거효율을 나타내었으며, TP의 경우에는 식생 식물의 재배 면적의 제한성으로 인 제거효율은 변화가 없는 것으로 나타났다. 오히려 장기간의 운전으로 인의 농도가 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 장기간의 운전으로 식생 접촉 여과대가 fouling이 생겨 모든 항목의 제거효율이 초기에 비해 감소하는 것을 관찰할 수가 있었으며, pH의 변화는 미미하였다.
2. Pilot plant 식생 접촉 여과대를 운영한 결과에서는 TCOD 24%, SCOD 29%, TN 47%, NH4+-N 50%, NO3―-N 33%, TP 29%로 전반적으로 Lab Scale에 비해 비교적 우수한 결과가 나타난 것을 확인하였다. 이는 Lab Scale에 비해 고밀도의 식생 식물 재배로 제거효율 향상을 나타낸 것으로 판단된다.
3. 따라서 본 연구에 제안된 자연형 하천 호안공의 규모가 커짐에 따라 오염물질에 대한 제거효율이 향상하였다. 이로부터 농촌지역 및 상수원보호구역의 수계보호 및 수질개선에 큰 역할을 기여할 것으로 판단된다.
4. 향후 제안한 자연형 하천호안의 장기적인 모니터링을 통하여 운영관리에 관한 추가 연구가 필요하며, 농촌지역의 저비용, 고효율의 친환경 하천호안공으로 활용성이 높을 것으로 판단된다.
