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표제지
목차
요약문 3
제1장 사업개요 18
1.1. 고산도 처리를 위한 고성능 알칼리공급조 및 슬러지 제거 시스템 개발 18
1.1.1. 제강슬래그를 이용한 알칼리공급조 18
1.1.2. 버섯퇴비 완층능력강화에 의한 SAPS 조 성능 증대 방안 19
1.1.3. 미생물에 의한 석회석 용해 저해 가능성 평가 19
1.1.4. 슬러지제거 시스템 20
1.2. 무동력 폭기장치 개발 20
1.3. 부유물질 제거율 향상 소택지 구조 개선 20
제2장 목표 및 범위 22
2.1. 연구 목표(2차년도) 22
2.2. 연구 범위(2차년도) 23
2.3. 연구 추진계획 대비 진행상황(2차년도) 24
2.4. 추진체계 25
2.4.1. 최신 연구 동향 파악 및 적용 25
2.4.2. 지구화학-미생물-공정분석 연구진 구성 25
2.4.3. 현장 실증 시험을 통한 기술 개발 25
2.4.4. 추진 체계도 26
제3장 연구 수행 내용 27
3.1. 고성능 알칼리공급 시스템 개발 27
3.1.1. 제강 슬래그 용출조 연구 28
3.1.2. 버섯퇴비 완층능력강화에 의한 SAPS 조 성능 증대 방안 39
3.1.3. SAPS조 석회석 용해에 미치는 미생물의 영향성 68
3.1.4. SAPS조 flushing pipe 설계 84
3.1.5. SAPS조 flushing system 실증시험 92
3.2. 산화, 침전조의 고효율화 연구 121
3.2.1. 무동력 폭기장치 개발 121
3.2.2. 태양광 발전 시스템을 이용한 폭기 시스템 설계 138
3.3. 부유물질 제거 시스템 개발 158
3.3.1. 철 슬러지(ochre)에 의한 용존 철 및 망간 제거 158
3.3.2. 철 슬러지를 포함한 여재에 의한 VFR 개발 166
3.4. 향후 연구진행 내용 198
3.4.1. 고성능 알칼리공급 시스템 개발 198
3.4.2. 산화, 침전조의 고효율화 연구 199
3.4.3. 부유물질 제거 시스템 개발 199
제4장 참고문헌 200
표 1. 슬래그의 화학조성 및 basicity 28
표 2. 제강슬래그 용출조의 방류수 수질 36
표 3. 침전조 방류수의 수질 36
표 4. 침전조의 방류수 수질 38
표 5. 슬래그 용출조의 수질 38
표 6. 각 컬럼 별 광산배수 유입량 비교 46
표 7. 각 컬럼 Port 별 평균 수질 53
표 8. 버섯퇴비 상부에 침전한 슬러지 화학분석 결과 60
표 9. 1st PCR 위해 제조한 PCR mixture 조성 72
표 10. 추출된 DNA 증폭을 위한 PCR condition 72
표 11. 2nd PCR을 위한 PCR mixture 조성 74
표 12. 2nd PCR condition 74
표 13. 유동율 변수 86
표 14. Manning 공식에 사용되는 변수 86
표 15. 래터럴 파이프 선정에 필요한 변수 87
표 16. 오리피스 관련 변수 88
표 17. 삼마-태정 자연정화시설의 갱내수 물성치 93
표 18. 광산배수 내 석회석 층의 체류시간에 따른 침전물 형성과정 관측결과 101
표 19. 직경 20 mm의 파이프내 침전물의 종류에 따른 최소이송속도 109
표 20. 본 연구에서 수행된 연구현장별 수질특성 121
표 21. 태양광 발전 시스템의 설계 결과 155
표 22. 철 슬러지와 인공광산배수 반응실험의 pH 및 금속 함량 변화 160
표 23. 철 슬러지의 용존 철 및 망간 제거 유사이차 반응속도 모델상수 160
표 24. 철 슬러지 첨가량에 따른 pH 및 용존 철 및 망간 함량변화 163
표 25. 초기농도에 따른 철 슬러지의 중금속 흡착량 변화 164
표 26. 여재로 사용된 자갈의 화학 성분 181
표 27. VFR 의 운전 요약 182
표 28. VFR의 운전 조건 및 월수 등 특이점 비교 183
표 29. 시간 경과에 따른 원수의 수질 측정 결과 184
표 30. 시간 경과에 따른 VRF 1 (control)의 수질 측정 결과 184
표 31. 시간 경과에 따른 VRF 2의 수질 측정 결과 185
표 32. 시간 경과에 따른 VRF 3의 수질 측정 결과 186
표 33. 시간 경과에 따른 VRF 4의 수질 측정 결과 187
표 34. 원수 및 VFR의 유입량 및 방류수의 수질(평균) 비교 187
표 36. 비 여과수에 대한 수질 분석 결과(n＝8, 평균)(2주차~9주차 자료) 195
그림 1. 제강 슬래그와 AMD 혹은 증류수 반응시 슬러지 발생 유무 29
그림 2. AMD와 제강 슬래그 반응에 의한 침전물 형성 (미국 Klondike mine) 30
그림 3. Flint run east and lake milton AMD treatment systems 전경(ODNR) 31
그림 4. AMD 유출 전경. 추후 SLB 방류수와 합수됨 31
그림 5. Flint run east AMD treatment system 32
그림 6. SLB 취수원(a), 집수조(b) 및 SLB 전경(맨 뒤) 33
그림 7. 집수조 월수(a), 취수 배관(b) 및 SLB 전경(c) 34
그림 8. SLB 에 사용된 제강 슬래그 입도 및 유공관 설계 34
그림 9. McCarty Highwall AMD 처리 시설 35
그림 10. 침출수 1 하부의 OLC 및 제강슬래그 용출댐 전경(Mack and Gutta, 2009) 36
그림 11. Morgan Run/DeAntonis 처리시설 37
그림 12. DeAntonis의 SLB 전경 37
그림 13. Muzzleloader Club site 의 제강슬래그 용출조 38
그림 14. NaOH 주입량에 따른 pH 변화곡선 41
그림 15. 와룡 7갱 광산배수의 완충 곡선과 pH 별 주요 성분의 농도 41
그림 16. 석회석/fly ash 첨가량이 버섯퇴비의 산도 완충에 미치는 효과 43
그림 17. 컬럼시험 장치 44
그림 18. 컬럼 설치 및 운전 종료 전 사진(8월 30일) 45
그림 19. 컬럼시험에 사용된 석회석의 모습 45
그림 20. 퇴비와 석회석의 혼합 모습 45
그림 21. 주별 컬럼으로의 유입량 비교 47
그림 22. 9주간 측정된 각 컬럼 port별 현장 측정값의 비교 52
그림 23. 컬럼 port 별 용존성분 농도 비교(1주 경과) 53
그림 24. 컬럼 port 별 용존성분 농도 비교(2주 경과) 53
그림 25. 컬럼 port 별 용존성분 농도 비교(3주 경과) 54
그림 26. 컬럼 port 별 용존성분 농도 비교(4주 경과) 54
그림 27. 컬럼 port 별 용존성분 농도 비교(5주 경과) 54
그림 28. 컬럼 port 별 용존성분 농도 비교(6주 경과) 55
그림 29. 컬럼 port 별 용존성분 농도 비교(7주 경과) 55
그림 30. 컬럼 port 별 용존성분 농도 비교(8주 경과) 55
그림 31. 컬럼 port 별 용존성분 농도 비교(9주 경과) 56
그림 32. 컬럼 내부 전경(11월13일). 위로부터 광산배수, 철 침전물 층, 퇴비층 56
그림 33. 컬럼 석회석(와룡: 11월 6일, 11월 13일) 59
그림 34. 컬럼 3 퇴비층 석회석의 전자현미경 사진 62
그림 35. 컬럼 4 퇴비층 석회석의 전자현미경 사진 63
그림 36. 컬럼 1의 석회석층(1-6)에서 회수된 석회석 표면의 전자현미경 사진 64
그림 37. 컬럼 2의 석회석층(2-6)에서 회수된 석회석 표면의 전자현미경 사진 65
그림 38. 컬럼 3의 석회석층(3-6)에서 회수된 석회석 표면의 전자현미경 사진 66
그림 39. 컬럼 4의 석회석층(4-6)에서 회수된 석회석 표면의 전자현미경 사진 67
그림 40. Arthrobacter sp. 균주 전자현미경 사진 69
그림 41. SAPS 조로부터 분리된 미생물 중 알칼리 발생 저해 물질 분비 후보 균주 들. 혼합 배양에서 각 순수배양으로의 배지 이동 전/후 사진. 70
그림 42. 와룡7갱에 설치된 컬럼 사진 및 시료채취 Port 71
그림 43. 1st PCR 결과. M; 100 bp DNA ladder, N; Negative control, 각 Lane 의 시료번호는 컬럼에서 시료채취한 Port 번호. 72
그림 44. 1st PCR product DNA purification 결과. M; 100 bp DNA ladder, N; Negative control, 각 Lane 의 시료번호는 컬럼에서 시료채취한 Port 번호. 73
그림 45. DGGE 분석을 위한 2nd PCR 결과. M; 100 bp DNA ladder, N; Negative control, 각 Lane 의 시료번호는 컬럼에서 시료채취한 Port 번호. 74
그림 46. DGGE 분석 결과. M; 100 bp DNA ladder, N; Negative control, 각 Lane 의 시료번호는 컬럼에서 시료채취한 Port 번호. 75
그림 47. 컬럼시험 30일 후 채취 시료에 대한 1st PCR 결과(a) 및 1st PCR product DNA purification 결과(b). M; 100 bp DNA ladder, N; Negative control, 각 Lane 의 시료 번호는 컬럼에서 시료채취한 Port 번호. 76
그림 48. 컬럼실험 30일 후 채취한 시료들의 DGGE 분석을 위한 2nd PCR 결과. M; 100 bp DNA ladder, N; Negative control, 각 Lane 의 시료번호는 컬 럼에서 시료 채취한 Port 번호. 76
그림 49. 컬럼실험 30일 후 채취한 시료들의 DGGE 분석 결과. 77
그림 50. 컬럼실험 초기와 30일 후 채취 시료들에 대한 위치/시간 별 DGGE 분석 결과 비교. M; 100 bp DNA ladder, 각 Lane 의 시료번호는 컬럼에서 시 료채취한 Port 번호. 77
그림 51. 와룡 컬럼 내 고체상 물질들로부터 추출한 Total DNA. M; Marker(100 bp DNA ladder), N; Negative control. 78
그림 52. 컬럼실험 완료 후 각 컬럼 깊이 별에 따른 미생물 군집 분석 결과 및 특 징 균주 동정을 위한 Gel elution band 부분(적색 화살표). 80
그림 53. Metal sulfide coating mechanism 81
그림 54. 알칼리 생성물질 주변의 알칼리도 transport 저해 기작 모식도. 81
그림 55. 석회석 표면에 부착된 Biopolymer 의 ESI-Q-TOF-MS/MS 분석 결과. 82
그림 56. 단일(A) 복수(B) flushing systems 개념 85
그림 57. 와룡광산 SAPS조의 3중 플러싱 시스템 설계 85
그림 58. 파이프 유동율 계산 87
그림 59. 엑셀에서 프러싱 시스템을 게산하기 위하여 개선한 작업 루틴 89
그림 60. 엑셀 스프레드 쉬트 90
그림 61. 플러싱 시스템의 설계 프로그램 캡쳐 모습 91
그림 62. 실험대상지 전경(Daum map) 92
그림 63. 5주 경과 후 광산배수내 sampler 설치 모습 93
그림 64. 철 산화 침전물 입도 분석기기 (Master sizer 2000) 94
그림 65. 광산배수 내 시간에 따른 석회석내 침전물의 입도분포 96
그림 66. 시간에 따른 침전물의 입도변화 97
그림 67. 1주 경과후 철 침전물 형성모습 97
그림 68. 2주 경과후 철 침전물 형성모습 98
그림 69. 3주 경과후 철 침전물 형성모습 99
그림 70. 4주 경과후 철 침전물 형성모습 99
그림 71. 5주 경과후 철 침전물 형성모습 100
그림 72. 6주 경과후 철 침전물 형성모습 100
그림 73. 투명 비이커 표면에 형성된 침전물의 시간에 따른 성장과정 102
그림 74. 실험에 사용된 석회석의 5000배 확대 모습 102
그림 75. 실험에 사용된 석회석의 구성성분 분석결과 103
그림 76. 철 침전물의 5000배 확대 모습 103
그림 77. 철 침전물의 구성성분 분석결과 103
그림 78. 석회석층 내 흰 부유물의 5000배 확대 모습 104
그림 79. 철 침전물의 구성성분 분석결과 104
그림 80. 철 침전물의 미세구조 107
그림 81. 침전물 이송속도 측정장치 107
그림 82. 최소이송속도 실험에 사용된 철 침전물의 유형 108
그림 83. 철 침전물의 유형별 최소이송속도에서의 이동 모습 108
그림 84. Lateral pipe 실험장치 모식도 112
그림 85. 제작된 lateral pipe 실험장치 113
그림 86. 실험에 사용된 직경 20 mm의 glass beads 113
그림 87. 실험에 사용된 철 침전물의 입도분포 113
그림 88. 제작된 lateral pipe와 orifice 114
그림 89. 실험에 사용된 철 침전물과 glass bead 층의 모습 114
그림 90. 물만 유동하는 경우 orifice 직경과 개수에 따른 토출유량 115
그림 91. Glass bead 층내에 물이 유동하는 경우 orifice 직경에 따른 상대 유량오차 116
그림 92. Lateral pipe의 직경에 따른 토출유량의 변화 117
그림 93. Lateral pipe의 직경에 따른 허용 가능한 orifice 개수 117
그림 94. Orifice 직경에 따른 orifice 영향반경 118
그림 95. Orifice 간격에 따른 orifice 영향반경 119
그림 96. 수두차에 따른 orifice 영향반경 120
그림 97. 기포발생기에 의한 삼마태정 배수 수질변화 123
그림 98. 기포발생기에 의한 황지유창 배수 수질변화 124
그림 99. 기포발생기에 의한 동원 배수 수질변화 126
그림 100. 기포발생기에 의한 와룡 배수 수질변화 127
그림 101. 계단식 폭기 장치 모식도 128
그림 102. 계단식 폭기장치를 이용한 삼마태정 배수 현장폭기 시험 수두 4 cm(좌), 30 cm(우) 130
그림 103. 계단식 폭기에 의한 난류 및 기포 발생 130
그림 104. 계단식 폭기장치에 의한 단계별 삼마태정 배수 수질변화 131
그림 105. 계단식 폭기장치를 이용한 동원 배수 현장 폭기 시험 수두 4 cm(좌), 30 cm(우) 132
그림 106. 계단식 폭기장치에 의한 단계별 동원 배수 수질변화 134
그림 107. 4 cm 칸막이를 사용한 계단식 폭기조 방류수의 시간별 색변화 135
그림 108. 30 cm 칸막이를 사용한 계단식 폭기조 방류수의 시간별 색변화 136
그림 109. 계단식 폭기장치에 의해 폭기된 동원 배수의 정치시간에 따른 수질변화 137
그림 110. 실리콘 태양전지의 기본구조 및 발전원리 139
그림 111. 태양전지, 태양광 모듈, 태양광 어레이의 관계 140
그림 112. 계통연계형 태양광 발전 시스템의 구성 140
그림 113. (A) 독립형 태양광 발전 시스템. (B) 독립형 시스템의 축전장치 및 인버터 141
그림 114. 산기장치와 성능 특성의 예 142
그림 115. 태양광 발전 시스템을 이용한 산기장치 전력 공급 모식도 142
그림 116. 석공신성 자연정화처리 시설의 태양광 발전 시스템과 산기장치 143
그림 117. 산화조 산기장치 전력 공급을 위한 태양광 발전 시스템의 설계 절차 146
그림 118. 연구지역의 시설(A) 과 서쪽에서 바라본 SAPS조의 전경(B) 147
그림 119. 산기장치 풍량(L/min)의 최소 요구량 계산 절차 148
그림 120. SunEye210 장비 및 소프트웨어 150
그림 121. 태양광 어레이의 설치 가능 지점(1번-4번) 151
그림 122. 후보 지점들에 대한 수장 장애요인 측정. 152
그림 123. 후보 지점들에 대한 월평균 Solar Access(%) 산정 결과. 152
그림 124. 후보 지점들에 대한 연평균, 5월-10월 평균, 11월-4월 평균 Solar Access(%) 산정 결과. 153
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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