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요약문
SUMMARY
목차
제1장 연구개발과제의 개요 14
제1절 연구개발의 목적 및 필요성 14
제2절 연구개발의 목표 14
제3절 연구개발의 최종목표의 성격 및 설정근거 15
제4절 연구개발의 내용 및 범위 15
제5절 연구개발 추진체계 18
제6절 연구결과의 활용방안 및 기대성과 19
1. 연구결과의 활용방안 19
2. 기대성과 및 파급효과 19
제7절 연도별 주요 추진 일정 20
제2장 대상지역 현황 및 특성 21
제1절 대상지역 선정 23
제2절 현장 답사 25
제3절 선정된 문의 구룡 처리장의 유역 특성 37
1. 대상유역의 특성 37
2. 대상유역의 기상 및 기후 39
3. 유역의 일반현황 42
제3장 공정개요 및 운영조건 46
제1절 국내·외 연구동향 46
제2절 혐기-호기(UASB-ABF)공법 개요 47
제3절 자연수로 호안 공법 개요 50
1. 여상과 식생호안을 내장한 자연수로 호안 공법의 개요 50
2. 자연수로 공법의 연구동향 50
3. 농촌 하수도 3차 처리시설로서의 자연수로 호안 공법의 개발 52
제4장 연구결과 54
제1절 충청권 소규모 농촌지역 하수의 최적관리를 위한 처리 체계 54
1. 유량조사 54
2. 수질조사 56
제2절 충청권 농촌의 특성에 최적화된 소규모 친환경 하수처리 기술 개발 77
1. 실험실 사전 연구(Lab Scale) 77
제3절 상용화된 Package(Packege)형 사후처리 시설의 설계 및 운영 79
1. 시료 채취 및 성상 79
2. Lab Scale에 의한 UASB-ABF 하수처리 시스템 운영 결과 80
3. pilot plant에 의한 UASB-ABF 하수처리 시스템 운영 결과 87
4. Lab Scale에 의한 비점오염처리시설(식생조) 93
5. pilot plant에 의한 비점오염처리시설(식생조) 101
6. Lab 및 pilot plant 대조표 109
제4절 전기사용량 비교 110
제5절 이산화탄소 발생량 111
제6절 유가자원 회수 115
제7절 C/N 비 및 식생여과조 막 폐색 문제점 해결 방안 116
1. 농촌 하수 특성상 C/N비가 낮은 문제점 해결 116
2. 식생여과조 막 폐색 및 식생대에 축적된 인의 처리 방법 116
제8절 동절기 저수온시 pilot plant 운영 117
제5장 연구성과물이 타 하수시스템과의 건설비용 비교 121
제6장 결론 128
제7장 활용방안 및 기대효과 130
실적 131
학술발표 133
학술지 논문 게재 142
특허 146
[표 2-1] 다목적댐 주요 제원 21
[표 2-2] 소규모공공하수처리시설 현황(A지역) 23
[표 2-3] 소규모공공하수처리시설 현황(B지역) 24
[표 2-4] 소규모공공하수처리시설 답사지점 현황 25
[표 2-5] 내추문화 처리장 현황 26
[표 2-6] 내수초정 처리장 현황 27
[표 2-7] 묵방1 처리장 현황 28
[표 2-8] 문의소전1리 처리장 현장사진 29
[표 2-9] 인풍정 처리장 현장사진 30
[표 2-10] 옥화1리 처리장 현장사진 31
[표 2-11] 금관신촌 처리장 현장사진 32
[표 2-12] 어암2리 처리장 현장사진 33
[표 2-13] 금관2리 처리장 현장사진 34
[표 2-14] 문의구룡 처리장 현장사진 35
[표 2-15] 문의구룡 처리장 세부 현황 36
[표 2-16] 유역 현황 38
[표 2-17] 구룡 2리 유역의 표고분포별 면적 및 면적비 39
[표 2-18] 청주기상대 일람 39
[표 2-19] 월별 기온 40
[표 2-20] 월별 강수량 40
[표 2-21] 월평균 풍속 42
[표 2-22] 월별 상대습도 42
[표 2-23] 행정구역 43
[표 2-24] 문의면 세대 및 인구 43
[표 2-25] 경지규모별 농가 및 경지면적 43
[표 2-26] 문의면 농업용수 이용량 44
[표 2-27] 문의면 농가가축두수 45
[표 3-1] 21세기 하수처리기술 개선방향 46
[표 3-2] Lab Scale 및 pilot plant 설계조건 48
[표 3-3] 식생수로 관련 최근(2000~2012년) 특허 동향 51
[표 3-4] 살수여상의 운영조건 비교 53
[표 4-1] 유량과 수질 조사지점별 위치와 유역특성 54
[표 4-2] 수질분석방법(수질오염공정시험법) 56
[표 4-3] 점오염원과 비점오염원의 특성 비교 57
[표 4-4] 점오염부하량 산정 방법 57
[표 4-5] 연간 비점오염부하량 산정방법 59
[표 4-6] 측정 호우사상 59
[표 4-7] 문의구룡 처리장 호우사상별 최고오염부하율(kg/hr) 비교 68
[표 4-8] 문의구룡 처리장 호우사상별 단위유출부하율(kg/hr/ha) 비교 68
[표 4-9] 강우시 유량과 오염부하율의 상관관계 73
[표 4-10] 하수처리 전후의 연간 오염물질 부하량 75
[표 4-11] UASB-ABF 3hr 시스템 78
[표 4-12] Lab Scale 운영에 사용되는 원수 성상 79
[표 4-13] pilot plant에 유입되는 원수 성상 79
[표 4-14] Lab Scale에 의한 UASB-ABF 시스템 운전 조건별 유기물 변화 거동 80
[표 4-15] Lab Scale에 의한 UASB-ABF 시스템 운전 조건별 질소 변화 거동 84
[표 4-16] Lab Scale에 의한 UASB-ABF 시스템 운전 조건별 인 제거 거동 85
[표 4-17] Lab Scale에 의한 UASB-ABF 시스템 운전 조건별 pH 변화 거동 86
[표 4-18] pilot plant에 의한 UASB-ABF 시스템 운전 조건별 유기물 변화 거동 88
[표 4-19] pilot plant에 의한 UASB-ABF 시스템 운전 조건별 질소 변화 거동 89
[표 4-20] pilot plant에 의한 UASB-ABF 시스템 운전 조건별 인 제거거동 91
[표 4-21] pilot plant에 의한 UASB-ABF 시스템 운전 조건별 pH 변화 거동 92
[표 4-22] Lab Scale에 의한 식생여과조 유기물 제거 96
[표 4-23] Lab Scale에 의한 식생여과조 질소 제거 98
[표 4-24] Lab Scale에 의한 식생여과조 인 제거 99
[표 4-25] Lab Scale에 의한 식생여과조 pH 변화 100
[표 4-26] pilot plant에 의한 식생여과조 유기물 제거 103
[표 4-27] pilot plant에 의한 식생여과조 질소 제거 105
[표 4-28] pilot plant에 의한 식생여과조 인 제거 106
[표 4-29] pilot plant에 의한 식생여과조 pH 변화 107
[표 4-30] UASB-ABF 시스템 처리효율 대조표(Lab 및 pilot plant) 109
[표 4-31] 식생여과조 처리효율 대조표(Lab 및 pilot plant) 109
[표 4-32] 하수처리시설 기기별 전력사용 비교 110
[표 4-33] 수중 폭기 및 Trickling filter 비교 110
[표 4-34] case I TCOD, SS, Turbidity 제거 111
[표 4-35] UASB에서 TCOD, SS, Turbidity 제거(case II, case III 비교) 113
[표 4-36] 부동한 HRT 조건에서 유기물 제거(UASB) 113
[표 4-37] UASB-ABF system의 COD 수지 114
[표 4-38] UASB-ABF 시스템 내 슬러지 원소분석 결과 115
[표 4-39] 청주 10월, 11월 기온변화 117
[표 5-1] 터파기 단가산출 121
[표 5-2] 되메우기 단가산출 122
[표 5-3] 잔토처리 단가산출 123
[표 5-4] 기초장석깔기 단가산출 124
[표 5-5] 45㎥/day 처리용량의 하수처리 시스템 설계 125
[표 5-6] MBR공법 토목시설공사 견적 126
[표 5-7] UASB-ABF 시스템 토목시설공사 견적 127
[그림 2-1] 대청댐 상류지역 내 상수원보호구역 22
[그림 2-2] 내추문화 처리장 현장사진 26
[그림 2-3] 내수초정 처리장 현장사진 27
[그림 2-4] 묵방1 처리장 현장사진 28
[그림 2-5] 문의소전1리 처리장 현장사진 29
[그림 2-6] 인풍정 처리장 현장사진 30
[그림 2-7] 옥화1리 처리장 현장사진 31
[그림 2-8] 금관신촌 처리장 현장사진 32
[그림 2-9] 어암2리 처리장 현장사진 33
[그림 2-10] 금관2리 처리장 현장사진 34
[그림 2-11] 문의구룡 처리장 현장사진 35
[그림 2-12] 구룡2리 마을하수도 유역도 37
[그림 2-13] 구룡2리 마을하수도 유역특성 38
[그림 3-1] 하수처리 발전방향 46
[그림 3-2] 시운전 중인 Lab Scale 48
[그림 3-3] 시운전 중인 pilot plant 현장 48
[그림 3-4] pilot plant 시설 배치도 49
[그림 3-5] 여상과 식생호안을 내장한 자연수로 호안 공법 개요도 50
[그림 3-6] 여상과 식생호안을 내장한 자연수로 호안 공법의 단면도 52
[그림 4-1] 문의구룡 처리장 유역의 유입하천과 조사지점 54
[그림 4-2] 구룡유역 유입하천 수질·유량 측정 지점 사진 55
[그림 4-3] 구룡유역 유입하천 수질·유량 측정 지점 사진 55
[그림 4-4] 강우시 유속측정 및 Point 2 횡단면도 56
[그림 4-5] 문의구룡 처리장 유역의 2012년도 유량변화 60
[그림 4-6] 문의구룡 처리장 유역의 2012년도 유량변화 61
[그림 4-7] 문의구룡 처리장 유역의 유량변화(호우사상3) 61
[그림 4-8] 유량-농도 변화(호우사상1) 62
[그림 4-9] 유량-농도 변화(호우사상2) 63
[그림 4-10] 유량-농도 변화(호우사상3) 64
[그림 4-11] 강우시 유량-부하율 변화(호우사상1) 66
[그림 4-12] 강우시 유량-부하율 변화(호우사상2) 67
[그림 4-13] 강우시 유량-부하율 변화(호우사상3) 68
[그림 4-14] 강우-유량 부하율 상관관계(호우사상1) 70
[그림 4-15] 강우-유량 부하율 상관관계(호우사상2) 71
[그림 4-16] 강우-유량 부하율 상관관계(호우사상3) 72
[그림 4-17] 연간 오염물질 부하기여율(처리전) 75
[그림 4-18] 연간 오염물질 부하기여율(처리후) 76
[그림 4-19] 연간 오염물질 부하기여율 77
[그림 4-20] 반송율 변화 및 응집제 첨가에 따른 유기물 변화 81
[그림 4-21] 반송율 변화 및 응집제 첨가에 따른 질소 변화 거동 84
[그림 4-22] 반송율 변화 및 응집제 첨가에 따른 총인 제거 거동 85
[그림 4-23] 반송율 변화 및 응집제 첨가에 따른 pH 변화 거동 86
[그림 4-24] 반송율 변화에 따른 유기물 제거 거동(pilot plant) 88
[그림 4-25] 반송율 변화에 따른 질소 변화 거동(pilot plant) 90
[그림 4-26] 반송율 변화에 따른 인 제거 거동(pilot plant) 91
[그림 4-27] 반송율 변화에 따른 pH 변화(pilot plant) 92
[그림 4-28] Lab Scale 살수여상(식생조) 93
[그림 4-29] Lab Scale 살수여상(식생조) 유기물 변화 95
[그림 4-30] Lab Scale 살수여상(식생조) 질소 변화 거동 97
[그림 4-31] Lab Scale 살수여상(식생조) 인 제거 거동 98
[그림 4-32] Lab Scale 살수여상(식생조) pH 변화 거동 99
[그림 4-33] 3차 처리 및 비점오염처리 시설 현장 설치 101
[그림 4-34] 3차 시설 및 비점오염처리 시설 살수여상(식생조) 유기물 변화(pilot plant) 103
[그림 4-35] 3차 시설 및 비점오염처리 시설 살수여상(식생조) 질소 제거 거동(pilot plant) 105
[그림 4-36] 3차 시설 및 비점오염처리 시설 살수여상(식생조) 인 제거 거동(pilot plant) 106
[그림 4-37] 3차 시설 및 비점오염처리 시설 살수여상(식생조) pH 변화(pilot plant) 107
[그림 4-38] 시간 경과에 따른 3차 시설 및 비점오염처리 시설 살수여상(식생조) 변화과정(pilot plant) 108
[그림 4-39] pilot plant 전력 소모 기기 110
[그림 4-40] case I TCOD 제거 111
[그림 4-41] case II TCOD 제거 112
[그림 4-42] case III TCOD 제거 112
[그림 4-43] 슬러지 메탄 발생량 115
[그림 4-44] 식생여과조 막 폐색 116
[그림 4-45] 동절기 기온 변화에 따른 TCOD 제거 118
[그림 4-46] 동절기 기온 변화에 따른 SCOD 제거 118
[그림 4-47] 동절기 기온 변화에 따른 TN 제거 119
[그림 4-48] 동절기 기온 변화에 따른 NH4+-N 제거(이미지참조) 119
[그림 4-49] 동절기 기온 변화에 따른 TP 제거 120
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I. 제목
충청권 소규모 농촌마을(리 단위)의 자체운영 가능한 저비용·자연친화형 하수처리 시스템 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
수질오염총량제, 4대강살리기 등 지역 및 하천 수질개선을 위한 하수도 설치 및 농어촌 지역적 특성에 알맞은 소규모 농어촌 하수처리 시스템 구축이 필요한 실정이다. 또한 농어촌 하수도 보급 및 농어촌 지역의 삶의 질 개선을 위한 오염발생원 근접 관리가 필요한 실정에 맞춰 저비용의 친환경 신개념 하수처리기술 도입이 필요한 실정이다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
○ 충청권 농촌지역의 하수특성 파악 및 시범 적용 마을 선정
- 충청권 농촌지역의 하수(생활하수, 농업하수 등) 유출 특성 및 계통도 분석
- 충청권 시범 적용 마을 선정(10~20가구 등)
○ 소규모 마을 단위의 저비용·자연친화형 하수처리 시스템 개발
- 국내외 관련 기술을 조사 분석하여 충청권 소규모 농촌마을의 특성을 반영한 자연형 하수처리 시스템 개발
- 건설비용이 낮고(20백만원 이하) 저비용 유지관리가 가능한(2백만원/년 미만) 자연친화적인(예, 식생 정화 기능 활용, 인공습지, 저류조, 친환경 여과제 사용, 에너지저감형 등) 하수처리 융합 시스템 개발
- 하수처리 최종 방류수의 생물학적 산소요구량(BOD5)이 10㎎/L이하를 만족시키는 하수처리 시스템 개발
○ 친환경 저비용 자연친화형 하수처리 시설의 시범 적용 및 운영관리 지침 마련
- 선정된 시범 마을에 하수처리시설 소규모 시작품 실제 적용
- 적용된 시작품의 시범 운영 및 관리를 통하여 문제점 보완
- 저비용 하수처리 시설의 관리 및 운영 매뉴얼 작성
IV. 연구개발결과
본 연구에서는 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)-ABF(Aerobic Biofilter)시스템을 하수 중의 유기물 분리 및 살수여상(식생조)의 3차 처리로 비점오염원 저감의 저비용 자연친화형의 시스템을 구축하고자 하였다. 따라서, 본 시스템은 방류수 수질 기준에도 만족하고 에너지 저감 및 이산화탄소 발생량 감축(유기물 회수로 인한 폭기 에너지 감축)을 도모한 저비용 자연친화형 하수처리 시스템을 구축하였다.
V. 연구개발결과의 활용계획
개발고자 하는 기술은 학제간 차세대 친환경기술로써, 특허 및 신기술과 참여기관의 각 분야에서 정립된 이론적, 경험적 연구결과를 토대로 학술적 가치가 클 것으로 판단되며, 이를 활용한 국내외 학술지 등에 발표 및 게재 등 지적재산권 확보에 많은 기대를 두고 있다.
또한 개발하고자 하는 기술은 21세기 친환경적인 하·폐수처리분야에 활용 될 수 있기 때문에, 지자체 및 농어촌지역을 대상으로한 신설 및 기존에 운영되는 처리시설의 효율향상 및 고농도 폐수처리분야에서 겪고 있는 기술적, 경제적인 문제 해결에 활용하고자 한다.
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