미세기포를 이용한 퇴적물 정화

Abstract

호소수의 수질개선을 위하여 용존공기부상공정(Dissolved Air Flotation, DAF)이 적용되고 있다. 이에 따라 부상공정을 이용하여 수중의 조류, 유기물질, 부유물질 등을 제거하는 연구는 많이 진행되고 있다. 그러나 호소수의 오염은 유기물 및 영양염류 등이 축적된 저층의 퇴적물에 의해서도 발생하기 때문에, 근본적인 수질개선을 위해서는 수중의 오염물질과 저층의 퇴적물을 함께 처리할 방안을 모색해야 한다. 본 연구에서는 미세기포를 이용하여 퇴적물 표층의 미세입자를 부상시켜 제거함으로써, 그 입자에 포함된 영양염류를 함께 처리하는 연구를 수행하였다. 이를 위해 연구지역에서 채취한 퇴적물을 분석하여 오염 및 용출 특성을 파악하였다. 이를 바탕으로 기포의 특성 및 운전조건이 퇴적물과 영양염류의 제거효율에 미치는 영향을 알아본 다음, 미세입자가 제거된 퇴적물의 영양염류 용출 농도를 분석하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 연구에 사용된 퇴적물의 입도분석 결과, 점토와 실트(<0.075 ㎜)의 비율은 약 7.7 %, 모래(0.075~4.75 ㎜)는 약 67.8 %, 자갈(≥4.75 ㎜) 은 약 24.5 %로 나타났다. 퇴적물 내 총질소(Total nitrogen, T-N)와 총인(Total phosphorus, T-P)의 함량은 각각 2,790~3,260 mg/kg, 261~311 mg/kg로 나타났다. 그리고 강열감량과 수분함량은 각각 4.1~9.6 %, 32.9~53.2 %로 나타났다. 퇴적물의 입자크기별 T-N과 T-P의 농도를 분석한 결과, 입자크기가 작아질수록 퇴적물 내T-N과 T-P의 농도는 높아지는 경향을 나타냈다. 기포의 특성에 따른 제거효율을 분석한 결과, 압력 6기압, 가압수 비율 30%, 응집제 주입량 15 ppm의 조건으로 실험을 수행하였을 때 퇴적물의 제거효율은 19.9 %였으며, 그에 따라 T-N과 T-P의 제거효율은 각각 21.4, 22.6 %로 가장 높게 나타났다. 운전조건(압력 6 atm, 가압수 비율 20%, 응집제 주입량 15 ppm)을 고정시키고 기포 주입횟수를 증가시키면서 T-N과 T-P의 제거효율을 살펴본 결과, 기포 주입횟수 2회까지 T-N과 T-P의 제거효율은 높았으나, 3회부터는 제거효율이 낮게 나타났으며 주입횟수가 증가하더라도 제거효율에는 큰 변화를 보이지 않았다. 이를 통해 초기 반복적인 기포 주입을 통해 퇴적물 내 미세입자들을 효과적으로 제거함으로써, 입자에 포함된 질소와 인을 함께 제거할 수 있음을 확인하였다. 본 연구결과를 바탕으로 미세기포를 이용하여 퇴적물을 효과적으로 정화하는 방법을 도출하는데 기초적인 자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.