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융·복합 분리막 물 처리기술을 이용한 하수재이용 공정개발
김해도 ( Haedo Kim ),이용직 ( Yongjig Lee ),송도선 ( Doseon Song ),손종화 ( Jonghwa Son ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-
고성능의 분리막 제조기술과 분리막의 성능을 극대화 할 수 있는 전·후 처리 시스템을 융·복합하여 유입수 성상에 관계없이 분리막을 적용하여 일정한 수준의 재이용수를 생산할 수 있는 공정 기술을 개발하였다. 본 연구에서의 적용한 기술은 분리막 전처리 기술로서 원심력 발생기술인 사이클론을 다중 멀티사이클론방식으로 개발하여 부유물제거 범위를 확대하고, 전기촉매 기술을 적용하여 필터 없이 실시간으로 질소, 인 등 유기물을 부상시켜 제거할 수 있는 물처리 기술을 개발하였고, 또한 분리막 후처리 기술로 분리막 적용의 한계점인 분리막 세정에 극미세 버블에 의한 막세정 기술을 개발하여 분리막이 다양한 유입수 성상에서도 적용할 수 있는 기반기술을 개발하였다. 본 연구에 적용한 분리막은 내오염성 향상 및 사용기간 연장을 위해 8인치 형태의 가압식 블레이드 보강 PVDF(불소고분자) 재질의 UF 분리막(0.05㎛) 을 개발하였으며, 연결프레임 및 배관 없이 분리막 모듈간을 직접 연결하는 방식으로 개발함에 따라 설치부지를 50% 이상 감소시키고 설치비용 및 유지관리비용도 절감함으로서 기존 하수처리공정에 연결의 편리성을 강화하였다. 전처리기술은 기존의 응집부상처리기술과 처리방법은 매우 유사하지만 기존기술의 경우 응집제 반응시간에 따라 최소 1시간~1일 이상 소요되기 때문에 실시간 처리기술 보다는 호소수질개선 같은 총량처리에 의미가 있는 기술로 활용되고 있는데, 본 연구에서는 유기물의 응집시간을 최대 10초~2분 이내로 줄이는 기술을 바탕으로 분리막 모듈형태와 같이 타워형 모듈로 제작하여 필터를 사용하지 않지만 필터와 같은 형태로 분리막 전처리기술을 개발하였다. 전처리기술은 개별기술로도 필터를 사용하지 않고서도 제거에 비용과 시간이 많이 소요되는 유기물을 실시간으로 제거할 수 있는 기술을 구현함으로써 기존 하수처리장에서 문제가 되는 질소 와 인 등 유기물 제거에 기존 처리공정과 별도로 적용 가능함에 따라 활용도가 매우 높다. 실제 두부폐수처리공정에 독립공정으로 적용되어 유기물제거용도로 사용되고 있으며, 하수처리장 활성오니 제거는 물론 정수장 유입구의 녹조류 등 제거 및 고농도의 음식물 폐수처리 용도로도 확장가능성이 매우 클 것으로 판단된다. 개발기술의 성능 실증을 위해 제주도 하수처리장에 일3,000m<sup>3</sup>규모의 테스트베드를 조성하였으며, 본 공정을 거처 생산한 재이용수를 실제 농가에 공급 중에 있다.
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최경숙 ( Kyungsook Choi ),김해도 ( Haedo Kim ),이광야 ( Kwangya Lee ),홍민 ( Min Hong ),손종화 ( Jonghwa Son ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-
농업용수의 수질향상을 도모하고 농경지에서의 용수사용에 의한 위해성 제고 및 영농편의 환경조성 등 친환경농업생산기반 조성의 일환으로 농촌유역 하천수의 주요 수질오염인자인 인의 제거를 주목표로 농촌지역에 활용 가능한인 재거 시스템을 개발하였다. 본 시스템은 유량조, 무산소조, 철이온모듈장치조, 호기조, 침전조, 방류조로 구성되어 있으며, 유입된 원수는 유량조를 거쳐 무산소조로 유입된 후 철이온모듈장치조를 거쳐 호기조와 침전조를 지나 방류되는 과정을 거친다. 여기서 철이온모듈장치조가 인제거를 위한 장치로서 음극의 철판과 양극의 티타늄판을 설치하여 전기분해에 의해 석출된 철이온과 유입수 중의 용해성 인산염이 반응하여 불용성 침전물로 인이 제거되는 화학적 반응과 석출된 철이온이 산소와 결합하여 형성된 입자상 철표면에 인이 흡착되어 제거되는 물리적 반응에 의해 인을 제거하는 방식이다. 또한 철이온모듈은 업다운 방식의 자동세철장치가 설치되어 있어 철판의 바이오막 형성을 방지하여 적정 전압 및 전류의 흐름을 일정하게 유지하여 철이온모듈의 인제거 효율을 유지할 수 있도록 하였다. 인제거시스템의 현장적용성에 대한 평가는 경북 군위군 효령문화마을에서 수행되었다. 본 시스템의 인처리 성능평가를 위해 T-P 항목에 대한 유입수와 처리수에 대한 수질평가를 실시하였으며, 그 외에도 본 시스템의 무산소조와 호기조에서 처리되는 질소와 BOD에 대한 수질정화능력에 대하여도 평가하였다. T-P의 수질분석결과 처리수의 평균치는 0.205 ㎎/ℓ였으며, 최고 0.267 ㎎/ℓ에서 최저 0.171 ㎎/ℓ의 범위를 나타내어 대체적으로 목표수질 0.2 ㎎/ℓ를 만족하는 것으로 나타났다. T-N의 경우는 평균치가 5.90 ㎎/ℓ였으며, 최고치는 7.021㎎/ℓ, 최저치는 3.411㎎/ℓ로서, 전체적으로 T-N 제거율은 30~50%정도인 것으로 나타났으며, BOD의 경우는 평균치가 3.95 ㎎/ℓ, 최고치는 5.8㎎/ℓ, 최저치는 2.1㎎/ℓ로서, 유입수의 50% 정도의 제거율을 보임으로, 질소보다는 BOD에 대한 수처리 능력이 더 뛰어난 것으로 나타났다. 여기서 수질오염인자의 전체 제거율이 높지 않은 이유는 유입수의 수질이 일반 생활하수 수질보다 양호하여 FDA시스템으로 정화할 수 있는 범위 내에서 유입수와 처리수의 격차가 크지 않았기 때문에 나타난 현상으로, 처리수의 수질이 양호함에도 불구하고 전체 제거율에는 크게 영향을 끼치지 않은 것으로 보인다. 본 시스템의 장점으로는 인처리를 위한 약품사용이나 고가의 멤브레인 이용이 불필요하여 초기투자비 및 사후 관리비가 적게 들며, 제작이 용이하고 유지보수가 용이한 점, 그리고 업다운방식의 자동세척장치는 철판의 소모율을 줄여인 제거효율이 일정하게 유지되는 점과, 유기물 부하와 온도에 관계없이 인의 제거가 가능한 점을 들 수 있다. 따라서 본 시스템은 인 제거에 효과가 있을 뿐만 아니라, 사용 및 경제적 측면에서 여러 유리한 장점을 가지고 있어, 농촌지역의 수질오염물질의 방류를 저하하고 용수를 재이용하는데 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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이광야 ( Kwangya Lee ),김해도 ( Haedo Kim ),최경숙 ( Kyungsook Choi ),남효석 ( Hyoseok Nam ),홍민 ( Min Hong ),손종화 ( Jonghwa Son ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-
고소득의 친환경 농산물 생산을 위한 양질의 시설용수 공급을 위하여 우리나라 농촌현실에 적합한 수질정화시스템을 개발하였다. 기존의 필터제품의 문제점을 개선하고 보다 경제적이고 편의성을 고려하여 시설재배단지에 청정용 수공급을 목표로 여과와 흡착 그리고 자외선 모듈을 거치는 과정으로 구성하였다. 현장 설치지역의 재배현황 및 수질을 조사하여 현장에 적합한 맞춤형 시설용수 공급시스템 요소기술을 설계하였고, 시작품을 제작하여 현장 설치를 위한 실내 성능시험을 수행하였다. 시작품의 평가는 수질성능분석과 현장사용자모니터링을 통한 사용상의 문제점을 파악하여 시작품을 개선보완 하고자 하였다. 수질성능평가에는 SS, BOD, 탁도, 대장균 수질항목이 사용되었다. 시작품 현장적용성평가를 위하여 대도시 근교의 시설재배가 많이 행해지고 있는 지구로 깨끗한 시설용수 공급에 어려움이 있는 지역을 선정하여 수질성능시험과 사용자 모니터링을 실시하였다. 시작품현장설치지점은 낙동강의 지류인 금호강 하류에 위치한 대구광역시 팔달동 일대의 시설단지내로 선정하여 평가를 수행하였다. 이 지점은 금호강 하류지역으로써 도시 생활폐수 유입과 비점원오염 위험에 노출되어 있는 곳으로 관개원수의 수질이 낮아 고품격ㆍ친환경 농산물 생산을 하기에는 어려움이 많은 곳이다. 시작품의 현장 적용성 평가에서는 시작품의 수질정화능력평가 및 사용자 입장에서의 개선점 파악을 실시한 결과 수질정화능력은 목표치 이상이었으나 여과필터의 위치, 양수기의 적정수압, 동절기 양수기 동파방지 대책 등의 개선점이 파악되었다. 평가결과로 시스템의 수질정화능력이 매우 양호한 것으로 나타났으며, 특히 살균, 부유물질 제거 및 BOD 저감 효율이 우수하여 고품질의 친환경 농산물 생산을 위한 양질의 용수 공급은 물론 영농작업 및 기타 농촌지역에서 발생하는 용수수요에 대해 편의 및 유해성에 대해 보다 안전한 수질의 확보가 가능한 것으로 판단되었다. 또한 현장사용자모니터링을 통해서 제시된 시스템 사용상의 문제점을 개선 보완하여 사용상의 편의도 향상되었다. 그 외에도 본 시스템은 기존의 농업용 용수 공급 수로에 청정수 공급시스템을 간편하게 연결할 수 있어 시스템의 설치에 따른 별도의 부지 확보가 필요가 없으며, 설치에 따른 비용이 크지 않은 장점이 파악되었다.
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