[학위논문]두 개의 용존 산소 전극 시스템을 이용한 축산폐수의 생물화학적산소요구량 측정 기법 개발 연구 Development of on-line measurement of biochemical oxygen demand in livestock wastewater by a system with dual dissolved oxygen sensors원문보기
물의 오염정도를 측정하기 위해 가장 널리 사용되는 척도가 생화학적 산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand; BOD)이며 이는 폐수중에 존재하는 미생물들이 유기물을 분해할 때 산소를 소모하게 되는데, 그 때 소모되는 산소의 양을 의미한다. 공정법상 BOD_5 측정방법은 일정한 온도 즉, 20℃에서 배양기간을 5일로 하였을 때 소비된 산소의 양을 배양전의 초기 산소의 양과 비교하여서 BOD 를 결정하는 것이다. 그러나 이 방법은 5일이라는 시간이 경과한 후에 측정값을 알 수 있으므로 폐수처리장의 실시간 운전에 용이하지 못하고 실험자의 숙련도에 따라 ...
물의 오염정도를 측정하기 위해 가장 널리 사용되는 척도가 생화학적 산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand; BOD)이며 이는 폐수중에 존재하는 미생물들이 유기물을 분해할 때 산소를 소모하게 되는데, 그 때 소모되는 산소의 양을 의미한다. 공정법상 BOD_5 측정방법은 일정한 온도 즉, 20℃에서 배양기간을 5일로 하였을 때 소비된 산소의 양을 배양전의 초기 산소의 양과 비교하여서 BOD 를 결정하는 것이다. 그러나 이 방법은 5일이라는 시간이 경과한 후에 측정값을 알 수 있으므로 폐수처리장의 실시간 운전에 용이하지 못하고 실험자의 숙련도에 따라 재현성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 축산폐수와 같은 생물폐수 자체에 함유된 미생물을 이용하여 주어진 시간 동안 미생물의 호흡에 의한 산소소모의 거동을 on-line DO monitoring system을 이용하여 연속 측정하여 축산폐수의 농도별 고유의 산소소모 거동을 확인하고 BOD 농도와 산소소모 거동과의 상관관계를 찾아내고 또한 축산폐수의 농도별 최대 산소 요구량을 구하여 BOD 와의 상관관계를 규명함으로써 짧은 시간내에 BOD 를 측정하여 실시간 축산폐수처리에 이용하고자 하였다. 이를 위하여 먼저 두 개의 DO 센서, 증폭기, BOD Incubator, Computer 등으로 구성된 시스템을 구성하였으며 두 개의 DO 센서의 특성에 따른 출력값의 차이를 보정하기 위한 실험을 실시하였으며 간단한 보정방법을 이용하여 두 센서의 출력값의 차이를 보정할 수 있었다. 다양한 농도의 축산폐수를 제조하기 위하여 질소 폭기수를 사용하였으며 이 시료에서 적당량을 취하여 BOD 측정실험에 사용되는 시약을 첨가한 공기폭기수와 일정비율로 희석하여 실험에 사용하였다. 이렇게 만들어진 시료를 Winkler Azide화 변법을 이용하여 BOD_5를 구하였다. 축산폐수 시료의 DO 연속측정은 on-line DO monitoring system을 이용하였으며 온도를 20℃로 일정하게 유지시키며 1시간 동안의 DO 거동을 컴퓨터로 모니터링하였다. 또한 시스템에 의한 DO거동 손실 보정 실험을 수행하기 위하여 멸균된 축산폐수를 이용하여 동일한 방법으로 DO 거동을 컴퓨터로 모니터링하였다. DO 연속측정 시스템을 이용하여 비멸균 시료의 DO값을 연속측정으로 DO 거동을 구하고 시스템의 산소소모량을 멸균기법을 이용하여 제거하면 순수 미생물에 의한 DO 거동을 구할 수 있었다. 이를 측정시간에 대하여 미분하면 축산폐수내의 순수한 미생물만이 소모하는 산소소모속도를 구할 수 있었다. 이를 이용하여 최대 산소소모속도를 구하여 Winkler Azide 화 변법으로 구한 BOD_5와 상관관계를 구함으로써 수분의 짧은 시간내에 축산폐수의 DO 거동을 이용하여 BOD_5를 측정할 수 있는 가능성을 검증하였다. 위와 같은 방법을 이용하여 1차 실험시 Winkler Azide화 변법에 의한 BOD_5는 202∼3,380 mg/L 이었고 DO 거동을 모니터링한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 200∼2,200 sec 이었다. BOD_5 와 산소소모속도와의 상관관계는 0.984 이었으며 BOD_5와 최대산소소모속도(maximal Oxygen Uptake Rate, OUR_max)의 관계를 검정한 결과 우수한 선형성(R=0.985)을 보였다. 2차 실험시 Winkler Azide화 변법에 의한 BOD_5는 축산폐수의 농도 변화에 따라 592∼6,689 mg/L 이었으며 DO 거동을 모니터링한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 40∼850 sec 이었으며 산소소모속도와 BOD_5의 상관관계의 선형성은 0.965이었으며 최대산소소모속도(OUR_max)와 BOD_5는 우수한 선형성(R=0.994)을 보였다. 3차 실험시 Winkler Azide화 변법으로 구한 BOD_5sms 354∼3,650 mg/L이며 DO 거동을 모니터링한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 160∼3,600 sec 이었다. BOD_5와 산소소모속도와의 상관관계의 선형성은 0.947이었으며 BOD_5와 최대산소소모속도(OUR_max)는 우수한 선형성(R=0.995)을 나타냈다. 4차 실험시 Winkler Azide화 변법으로 구한 BOD_5는 502∼4,810 mg/L이었으며 크롬법으로 측정한 COD는 989∼6,217 mg/L 이었으며 이들의 상관관계를 분석한 결과 상관계수가 0.990이었다. 1시간 동안 DO 거동을 모니터링 한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 150∼3,600 sec 이었다. BOD_5와 산소소모속도는 높은 선형성 (R=0.985)을 나타내었다. 축산폐수 내에 존재하는 미생물의 건조무게를 측정한 결과 평균 0.1612 g/L 이었으며 이를 최대산소소모속도(OUR_max)와 연관시켜 평균최대 비산소 소모속도(Qo_2max)를 구한 결과 2,673 mgO_2/sㆍg cell 이었다. 최대산소소모속도(OUR_max)와 BOD_5는 우수한 선형성(R=0.956)을 나타냈다. 네 번의 실험을 분석하면 2차 실험시 산소소모속도가 가장 크게 나타났으며 최대산소소모속도(OUR_max)도 전체적으로 1, 3, 4차 실험에 비하여 높게 나왔다. 이는 채수시의 축산폐수의 농도와 미생물의 활성 차이에 기인한다고 할 수 있다. 본 연구에 이용한 축산폐수의 채수장소는 돈사 내부에 위치한 간이집수조에서 채수한 것이었기 때문에 채수한 시기에 따라 각각 다른 BOD_5값을 나타냈다. 따라서 일정한 처리과정을 거쳐 축산폐수의 농도를 일정하게 유지하여 방류시키는 지점에서 일정회수 이상의 반복실험을 수행한다면 짧은 시간 내에 최대산소소모속도(OUR_max)을 계측하여 BOD_5를 연산함으로써 실시간 축산폐수의 BOD 측정에 기여할 수 있으리라 예상된다.
물의 오염정도를 측정하기 위해 가장 널리 사용되는 척도가 생화학적 산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand; BOD)이며 이는 폐수중에 존재하는 미생물들이 유기물을 분해할 때 산소를 소모하게 되는데, 그 때 소모되는 산소의 양을 의미한다. 공정법상 BOD_5 측정방법은 일정한 온도 즉, 20℃에서 배양기간을 5일로 하였을 때 소비된 산소의 양을 배양전의 초기 산소의 양과 비교하여서 BOD 를 결정하는 것이다. 그러나 이 방법은 5일이라는 시간이 경과한 후에 측정값을 알 수 있으므로 폐수처리장의 실시간 운전에 용이하지 못하고 실험자의 숙련도에 따라 재현성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 축산폐수와 같은 생물폐수 자체에 함유된 미생물을 이용하여 주어진 시간 동안 미생물의 호흡에 의한 산소소모의 거동을 on-line DO monitoring system을 이용하여 연속 측정하여 축산폐수의 농도별 고유의 산소소모 거동을 확인하고 BOD 농도와 산소소모 거동과의 상관관계를 찾아내고 또한 축산폐수의 농도별 최대 산소 요구량을 구하여 BOD 와의 상관관계를 규명함으로써 짧은 시간내에 BOD 를 측정하여 실시간 축산폐수처리에 이용하고자 하였다. 이를 위하여 먼저 두 개의 DO 센서, 증폭기, BOD Incubator, Computer 등으로 구성된 시스템을 구성하였으며 두 개의 DO 센서의 특성에 따른 출력값의 차이를 보정하기 위한 실험을 실시하였으며 간단한 보정방법을 이용하여 두 센서의 출력값의 차이를 보정할 수 있었다. 다양한 농도의 축산폐수를 제조하기 위하여 질소 폭기수를 사용하였으며 이 시료에서 적당량을 취하여 BOD 측정실험에 사용되는 시약을 첨가한 공기폭기수와 일정비율로 희석하여 실험에 사용하였다. 이렇게 만들어진 시료를 Winkler Azide화 변법을 이용하여 BOD_5를 구하였다. 축산폐수 시료의 DO 연속측정은 on-line DO monitoring system을 이용하였으며 온도를 20℃로 일정하게 유지시키며 1시간 동안의 DO 거동을 컴퓨터로 모니터링하였다. 또한 시스템에 의한 DO거동 손실 보정 실험을 수행하기 위하여 멸균된 축산폐수를 이용하여 동일한 방법으로 DO 거동을 컴퓨터로 모니터링하였다. DO 연속측정 시스템을 이용하여 비멸균 시료의 DO값을 연속측정으로 DO 거동을 구하고 시스템의 산소소모량을 멸균기법을 이용하여 제거하면 순수 미생물에 의한 DO 거동을 구할 수 있었다. 이를 측정시간에 대하여 미분하면 축산폐수내의 순수한 미생물만이 소모하는 산소소모속도를 구할 수 있었다. 이를 이용하여 최대 산소소모속도를 구하여 Winkler Azide 화 변법으로 구한 BOD_5와 상관관계를 구함으로써 수분의 짧은 시간내에 축산폐수의 DO 거동을 이용하여 BOD_5를 측정할 수 있는 가능성을 검증하였다. 위와 같은 방법을 이용하여 1차 실험시 Winkler Azide화 변법에 의한 BOD_5는 202∼3,380 mg/L 이었고 DO 거동을 모니터링한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 200∼2,200 sec 이었다. BOD_5 와 산소소모속도와의 상관관계는 0.984 이었으며 BOD_5와 최대산소소모속도(maximal Oxygen Uptake Rate, OUR_max)의 관계를 검정한 결과 우수한 선형성(R=0.985)을 보였다. 2차 실험시 Winkler Azide화 변법에 의한 BOD_5는 축산폐수의 농도 변화에 따라 592∼6,689 mg/L 이었으며 DO 거동을 모니터링한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 40∼850 sec 이었으며 산소소모속도와 BOD_5의 상관관계의 선형성은 0.965이었으며 최대산소소모속도(OUR_max)와 BOD_5는 우수한 선형성(R=0.994)을 보였다. 3차 실험시 Winkler Azide화 변법으로 구한 BOD_5sms 354∼3,650 mg/L이며 DO 거동을 모니터링한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 160∼3,600 sec 이었다. BOD_5와 산소소모속도와의 상관관계의 선형성은 0.947이었으며 BOD_5와 최대산소소모속도(OUR_max)는 우수한 선형성(R=0.995)을 나타냈다. 4차 실험시 Winkler Azide화 변법으로 구한 BOD_5는 502∼4,810 mg/L이었으며 크롬법으로 측정한 COD는 989∼6,217 mg/L 이었으며 이들의 상관관계를 분석한 결과 상관계수가 0.990이었다. 1시간 동안 DO 거동을 모니터링 한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 150∼3,600 sec 이었다. BOD_5와 산소소모속도는 높은 선형성 (R=0.985)을 나타내었다. 축산폐수 내에 존재하는 미생물의 건조무게를 측정한 결과 평균 0.1612 g/L 이었으며 이를 최대산소소모속도(OUR_max)와 연관시켜 평균최대 비산소 소모속도(Qo_2max)를 구한 결과 2,673 mgO_2/sㆍg cell 이었다. 최대산소소모속도(OUR_max)와 BOD_5는 우수한 선형성(R=0.956)을 나타냈다. 네 번의 실험을 분석하면 2차 실험시 산소소모속도가 가장 크게 나타났으며 최대산소소모속도(OUR_max)도 전체적으로 1, 3, 4차 실험에 비하여 높게 나왔다. 이는 채수시의 축산폐수의 농도와 미생물의 활성 차이에 기인한다고 할 수 있다. 본 연구에 이용한 축산폐수의 채수장소는 돈사 내부에 위치한 간이집수조에서 채수한 것이었기 때문에 채수한 시기에 따라 각각 다른 BOD_5값을 나타냈다. 따라서 일정한 처리과정을 거쳐 축산폐수의 농도를 일정하게 유지하여 방류시키는 지점에서 일정회수 이상의 반복실험을 수행한다면 짧은 시간 내에 최대산소소모속도(OUR_max)을 계측하여 BOD_5를 연산함으로써 실시간 축산폐수의 BOD 측정에 기여할 수 있으리라 예상된다.
The Biochemical Oxygen Demand(BOD) is an important and one of the most widely used test in the measurement of organic pollution in wastewater and wastewater treatment effluent. As the conventional BOD test needs 5-day long incubation period so it is incompatible with real time control of wastewater ...
The Biochemical Oxygen Demand(BOD) is an important and one of the most widely used test in the measurement of organic pollution in wastewater and wastewater treatment effluent. As the conventional BOD test needs 5-day long incubation period so it is incompatible with real time control of wastewater treatment plant. To resolve this problem, in the present study used on-line DO monitoring system to observe the transient change of dissolved oxygen concentration in livestock wastewater. The system was composed of two DO sensors, amplifier, BOD incubator and computer. The present study showed the relationship between BOD_5 and slope of the dissolved oxygen concentration change. Moreover, the relationship between BOD_5 and maximum oxygen uptake rate(OUR_max) was examined. As for the first experimental results, BOD_5 measured by Winkler azide method was 202∼3,380 mg/L. While the linear range of dissolved oxygen change was 200∼2,200 sec with fair linear relationship(R-0.985) between maximum OUR and BOD_5 of livestock wastewater. In the second experiment, BOD_5 was measured by Winkler azide method to have 592.3∼6,689 mg/L. The linear range of dissolved oxygen change was 40∼850 sec. There was fair linear relationship(R-0.965) between BOD_5 and slope. The coefficient of correlation between BOD_5 and OUR_max was 0.994. In the third experiment, BOD_5 measured by Winkler azide method was 354∼3,650 mg/L and the linear range of change of oxygen concentration was 160∼3,600 sec. The coefficient of correlation between BOD_5 and slope was 0.947 and there was fairly good linear relationship(R=0.995) between BOD_5 and OUR_max. In the forth experiment, BOD_5 was measured by Winkler azide method to have 502∼4810 mg/L. COD was also measured by K_2Cr_2O_7 to see 989∼6217 mg/L. The linear range of dissolved oxygen change was 150∼3,600 sec. There was a fair linear relationship(R=0.985) between BOD_5 and slope. Dry cell weight of livestock waste water was 0.1612 g/L and the maximum specific oxygen uptake rate was 2,673 mgO_2/Sㆍg cell. The coefficient of correlation between BOD_5 and OUR_max was 0.956. It is thus concluded that the present on-line DO monitoring system can be applicable to measure the real time BOD_5 of livestock wastewater in a few minutes.
The Biochemical Oxygen Demand(BOD) is an important and one of the most widely used test in the measurement of organic pollution in wastewater and wastewater treatment effluent. As the conventional BOD test needs 5-day long incubation period so it is incompatible with real time control of wastewater treatment plant. To resolve this problem, in the present study used on-line DO monitoring system to observe the transient change of dissolved oxygen concentration in livestock wastewater. The system was composed of two DO sensors, amplifier, BOD incubator and computer. The present study showed the relationship between BOD_5 and slope of the dissolved oxygen concentration change. Moreover, the relationship between BOD_5 and maximum oxygen uptake rate(OUR_max) was examined. As for the first experimental results, BOD_5 measured by Winkler azide method was 202∼3,380 mg/L. While the linear range of dissolved oxygen change was 200∼2,200 sec with fair linear relationship(R-0.985) between maximum OUR and BOD_5 of livestock wastewater. In the second experiment, BOD_5 was measured by Winkler azide method to have 592.3∼6,689 mg/L. The linear range of dissolved oxygen change was 40∼850 sec. There was fair linear relationship(R-0.965) between BOD_5 and slope. The coefficient of correlation between BOD_5 and OUR_max was 0.994. In the third experiment, BOD_5 measured by Winkler azide method was 354∼3,650 mg/L and the linear range of change of oxygen concentration was 160∼3,600 sec. The coefficient of correlation between BOD_5 and slope was 0.947 and there was fairly good linear relationship(R=0.995) between BOD_5 and OUR_max. In the forth experiment, BOD_5 was measured by Winkler azide method to have 502∼4810 mg/L. COD was also measured by K_2Cr_2O_7 to see 989∼6217 mg/L. The linear range of dissolved oxygen change was 150∼3,600 sec. There was a fair linear relationship(R=0.985) between BOD_5 and slope. Dry cell weight of livestock waste water was 0.1612 g/L and the maximum specific oxygen uptake rate was 2,673 mgO_2/Sㆍg cell. The coefficient of correlation between BOD_5 and OUR_max was 0.956. It is thus concluded that the present on-line DO monitoring system can be applicable to measure the real time BOD_5 of livestock wastewater in a few minutes.
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