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논문 초록 (Abstract)

목적: 폐유리를 재활용하고 자원화하기 위하여 제작된 발포유리의 여재 활용 가능성을 검토하고 빗물정원 내 여재로서 적용 가능성을 확인하기 위하여 컬럼 실험을 진행하였으며 실제 레인가든 내 적용 시 고려되어야 하는 다양한 설계인자를 도출하고자 하였다. 방법: 사용된 발포유리의 물리·화학적 특성 확인하기 위하여 체분석과 SEM/EDS 분석을 실시하였으며, 발포유리여재만 충전한 컬럼과 레인가든을 모사하기 위하여 모래, 발포유리여재를 충전한 컬럼 실험을 통해 발포유리 여재의 부유물질 및 탁도 여과 효율(removal efficiency) 평가, 여과 컬럼 내 부유물질 부하에 따른 수두(Head difference, △h) 및 투수계수(Hydraulic Conductivity, K) 변화, 누적 접근법(cumulative approach)과 부유물질 물질수지 분석(mass balance)을 통한 여과된 부유물질 부하량 산출을 진행하였다. 마지막으로 LID 시설 내 사용되는 다양한 여재와의 여과성능 비교를 통해 빗물정원 내 발포유리의 여재로서 적용 가능성 검토를 실시하였다. 결과 및 토의: 발포유리는 물보다 밀도가 낮고 균질한 입도를 가지고 있으며 표면이 매끈하고 다양한 크기의 공극을 형성하고 있어 부유물질을 효과적으로 내부 포집 및 외부 흡착을 유도할 수 있는 것으로 조사되었다. 부유물질 및 탁도 제거효율 확인 시, 발포유리여재가 충전된 컬럼은 95% 이상, 레인가든을 모사한 컬럼은 60% 이상 높은 부유물질 제거효율이 확인되었으며, 부유물질 유입 부하량이 증대됨에 따라 공극 내 폐색이 발생하여 제거효율이 점차 감소하였으나 물보다 밀도가 낮은 발포유리여재가 수두에너지로 인해 지속적으로 교란 및 재배치되어 공극 및 채널의 재배열로 일부 폐색을 완화시킨 것으로 판단된다. 수두 및 투수계수 변화 확인 시, 발포유리여재가 충전된 상부에서 총 수두(△hT)와 총 투수계수(KT)를 지배하며 상부에서 부유 및 교란이 발생해 공극의 재배열 또는 재생으로 일부 폐색을 완화시켜 수명이 연장되고 유지관리 비용이 절감될 것으로 판단된다. 발포유리여재에 침전, 흡착 및 여과된 탁수 내 부유물질의 부하량을 유출부에서 일정한 시간 간격으로 채수한 유출수 시료(discrete)와 유출부에서 지속적으로 축적하여 누적된 시료(cumulative)를 활용하여 산출한 결과, 누적된 시료를 활용하여 산정된 여과 부유물질 부하량이 더 높게 산정되었다. 이는 유출부에서 일정한 시간 간격으로 채수한 시료(discrete)가 시간에 따라 변화하는 부유물질 제거량을 반영하지 못하여 여과 컬럼 내 잔류한 부유물질량이 더 낮은 것으로 예측해 산정한 결과이며, 유출부에서 지속적으로 축적하여 누적된 시료(cumulative)가 시간에 따라 변화하는 부유물질 제거량과 무관하게 물질수지식을 기반으로 산정하여 훨씬 더 정확하게 여과공정을 통한 부유물질 제거량 산정이 가능하다. 마지막으로 타 여재와 제거효율 비교 시, 상대적으로 높거나 유사한 효율로 조사되어 발포유리여재는 현장에서 장기간 여재로 활용 가능하다고 판단된다. 결론: 발포유리여재는 표면이 매끈하고 다양한 크기의 공극을 형성하고 있으며, 물보다 밀도가 낮아 수두에너지로 인해 지속적으로 교란되어 공극의 재배열 및 재생으로 일부 폐색을 완화시켜 장기간 높은 부유물질 및 탁도 제거효율을 유지할 수 있는 우수한 여재로 판단된다. 그러나 여과된 부유물질량(kg)은 여재의 입경과 분포, 여재 공극률, 여재층의 깊이, 유체의 여과선속도, 부유물질의 유입부하 등 다양한 함수에 의해 결정되는 것으로 보고 되고 있기 때문에, 다양한 조건하에 추가적인 현장 장기 실증 실험을 통해 발포유리여재의 활용 가능성을 조사할 필요가 있다고 판단된다. 또한 유출부에서 일정한 시간 간격으로 채수한 유출수 시료(discrete)와 유출부에서 지속적으로 축적하여 누적된 시료(cumulative)를 활용하여 부하량 산출 시, 유출부에서 지속적으로 축적하여 누적된 시료(cumulative)가 시간에 따라 변화하는 부유물질 제거량과 무관하게 물질수지식을 기반으로 산정하여 훨씬 더 정확하게 여과공정을 통한 부유물질 제거량 산정이 가능하다.