비점오염원 처리를 위한 3중층 ABS 여재의 여과 성능 실험 연구 = Experimental Study on the Filtration Performance of Triple Layer ABS Filter for Non-point Source Water Pollution

국문 초록 (Abstract)

지금까지, 점 오염 물질의 수를 줄이기 위해 다양한 방법들이 조사되어 왔다. 한국에서는, 녹지의 증가와 강수량의 불균형으로 인해, 오염 물질의 비점원이 수원과 하천에 유입되었다. 이에 따라 환경부는 비 오염 물질을 줄이기 위한 시설 설계 매뉴얼을 개정했다.
점이 아닌 오염 물질을 줄일 수 있는 방법은 여러가지가 있지만 이 연구에서는 새로운 필터를 연구하고 테스트했습니다. 이 필터들은 ABS에 의해 만들어졌고 많은 구멍이 있는 구체 모양을 가지고 있다. ABS필터의 밀도는 10.5%, 다공성은 96%였습니다.
실험을 위해 3D프린터를 사용하여 수백 20mm1층 필터와 3층 필터를 만들었습니다. 실험실 규모 실험은 75mm직경의 필터링 단위를 사용하여 수행되었습니다. 필터링 단위는 단일 레이어 필터 또는 삼중 레이어 필터로 채워집니다. 필터 깊이는 매뉴얼에 따라 600mm로 고정되었으며 필터링 속도는 20m/h였습니다.
황토와 연마사는 인공 초기 빗물 고형 분의 대용물로 사용되었습니다. 63mm미만의 입자는 빨간 모래 99%이상, 폭발 모래 91%로 추정되었습니다. 150~350mg/mL로 흡입의 SS농도를 유지하였다. 황토 실험에서, 1층 필터의 SS제거율은 52-56%로 측정되었습니다. 한편, 3층 필터는 1층 필터보다 약 10%더 많은 제거율을 보였다.
유입 SS농도가 690–990mg/L까지 증가함에 따라 SS제거율은 35–48%까지 감소했습니다. 연마사의 실험은 고농도 실험에서, 그리고 정상적인 SS농도 조건에서, SS제거율은 두 실험에서 96%이상 증가했습니다. SS제거율은 90%로 감소했고 유입 SS농도는 1200mg/L까지 증가했습니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Until now, various methods have been investigated to reduce the number of point pollutants. In Korea, due to the increase of impermeable land and the unbalanced rainfall, non-point source of pollutants have been inflowed to water sources and streams. Therefore, the Environment Ministry of Korea revised the design manual for the facilities which is reduce the non-point contaminants.
Although there are many ways to reduce non-point contaminants, this study has been studied and tested a new filters. These filters were made by ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) and has sphere shape with many holes. The density of the ABS filter was 1.05, with 96% of porosity.
For the experiments, hundreds of 20mm one layer filter and 3 layer filter were made by using a 3D printer. Lab scale experiments were carried out by using a filtering unit of 75mm diameter. Filtering unit were filled with the single layer filter or triple layer filter. Filter depth was fixed in 600mm in accordance with the manual and the filtering velocity was 20m/hr.
Red clay and blasting sand were used as surrogates for artificial initial rainfall water solids. Particles less than 63mm was estimated over 99% in red sand and 91% in blasting sand. SS concentration of inflow was maintained with 150 - 350mg/L. In red sand experiments, SS removal rate of the single layer filter was measured as 52 to 56%. Meanwhile, triple layer filter showed about 10% more removal rate than single layer filter.
SS removal rate was decreased as low as 35 – 48% when the inflow SS concentration increased as high as 690 – 990mg/L. In blasting sand experiments and in condition of normal SS concentration, SS removal rate was increased over 96% for the two experiments. SS removal rate was decreased to 90% while the inflow SS concentration increased as high as 1,200mg/L.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• ABSTRACT
• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 이론적 배경 3
• 2.1 비점오염원 정의 3
• 2.1.1 비점오염원의 지역별 원인 3
• 2.1.2 비점오염원의 종류 및 영향 5
• 2.2 비점오염원 저감시설 6
• 2.2.1 비점오염원 저감시설의 종류 및 특징 7
• 2.3 비점오염원 관리제도 15
• 2.3.1 국내 사례 16
• 2.3.2 국외 사례 18
• 2.4 여과형 시설의 여재 특성 24
• 2.4.1 비점오염물질별 여과재의 성능 24
• 2.4.2 여재의 흡착특성 26
• 2.4.3 여재장치의 효과적 여재 조건 28
• 제 3 장 실험장치 및 실험방법 29
• 3.1 실험 장치의 구성 29
• 3.1.1 여과장치의 구성 29
• 3.1.2 여재 재질 선정에 대한 3D프린터 필라멘트 특성 31
• 3.1.3 여재의 구성 32
• 3.1.4 여재의 물리적 특성 33
• 3.1.5 시료의 구성 34
• 3.2 실험방법 37
• 3.2.1 여재의 물리적 특성 실험 37
• 3.2.2 여과효율 실험 37
• 제 4 장 결과 및 고찰 38
• 4.1 황토 시료의 여과효율 분석 38
• 4.1.1 1중구 여과효율 분석 38
• 4.1.2 1중구 고농도 여과효율 분석 39
• 4.1.3 1중구 고농도 이 후 여과 효율 분석 40
• 4.1.4 1중구 매뉴얼 기준 SS농도 5분 단위 측정분석 41
• 4.1.5 3중구 여과효율 분석 43
• 4.2 연마사 시료의 여과효율 분석 44
• 4.2.1 1중구 여과효율 분석 44
• 4.2.2 3중구 여과효율 분석 45
• 4.2.3 3중구 고농도 여과효율 분석 46
• 4.2.4 여과 실험 후 여재에 대한 효율 분석결과 47
• 제 5 장 결 론 48
• 참 고 문 헌 50
• 표 목 차
• 표 2.1 비점오염원과 점오염원의 비교 3
• 표 2.2 비점오염원의 종류에 따른 환경에
• 미치는 영향(2016.2 환경부) 5
• 표 2.3 저영향개발 기술요소의 종류 및 특성 11
• 표 2.4 비점오염관리 종합대책(04∼11) 15
• 표 2.5 4대강 대책의 주요 지표
• (정부합동, 4대강 수계 물관리종합대책) 16
• 표 2.6 국내 설치 비점오염원 저감시설 현황 17
• 표 2.7 강우유출수 배출에 대한 NPDES 허가 규제대상 18
• 표 2.8 일본의 주요 비점오염원 관리대책 22
• 표 2.9 여과형 시설의 여재의 조건 24
• 표 2.10 Performance of filter media 25
• 표 2.11 물리적 흡착과 화학적 흡착의 비교 26
• 표 3.1 여과장치 규격 30
• 표 3.2 3D프린터 필라멘트 PLA와 ABS의 특징 31
• 표 3.3 ABS 여재의 물리적 특성 33
• 표 3.4 시료의 물리적 특성 34
• 표 3.5 비점오염원 저감시설의 시료 기준(2016.2 환경부) 34
• 표 4.1 1중구 60분 운전 여과 전 농도(황토 시료) 38
• 표 4.2 1중구 60분 운전 여과 후 농도 38
• 표 4.3 1중구 고농도 60분 운전 여과 전 농도(황토 시료) 39
• 표 4.4 1중구 고농도 60분 운전 여과 후 농도 40
• 표 4.5 1중구 고농도 이 후 매뉴얼 SS기준
• 여과전 농도(황토 시료) 41
• 표 4.6 1중구 고농도 이 후 매뉴얼 SS기준 여과 후 농도 41
• 표 4.7 1중구 처리 수 5분 기준 여과 전 농도(황토 시료) 42
• 표 4.8 1중구 처리 수 5분 기준 여과 후 농도 42
• 표 4.9 3중구 60분 운전 여과 전 농도(황토 시료) 43
• 표 4.10 3중구 60분 운전 여과 후 농도 43
• 표 4.11 1중구 60분 운전 여과 전 농도(연마사 시료) 44
• 표 4.12 1중구 60분 운전 여과 후 농도 44
• 표 4.13 3중구 60분 운전 여과 전 농도(연마사 시료) 45
• 표 4.14 3중구 60분 운전 여과 후 농도 45
• 표 4.15 3중구 고농도 60분 운전 여과 전 농도(연마사 시료) 46
• 표 4.16 3중구 고농도 60분 운전 여과 후 농도 46