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문제 정의
- 인 제거 시스템에서는 RBCOD의 농도 및 SBCOD의 농도를 독립적으로 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 DO 측정조를 분리한 OUR(oxygen uptake rate) 회 분실험 결과로부터 미생물 호흡율을 분석하였고, 이를 통해 하수의 RBCOD와 heterotrophic active biomass의 농도파악 및 동력학적 해석을 기초로 하여 SBCOD의 농도를 추정하는 것을 목표로 하였으며, COD 회수율 분석을 통해 미생물 호흡율 분석 과정의 신뢰도를 평가하였다.
제안 방법
- 1과 같이 8L의 폭기조와 480ml의 DO 측정조로 구성되었으며, 폭기조에서 DO 측정조로 15분 간격으로 혼합액 반송 및 중지를 반복하여 반송 중지 기간에 DO 농도의 감소율을 측정하여 OUR을 계산하였다. DO 측정 (YSI model 5739 field probe connected to YSI model 58 DO meter) 을 비롯한 모든 시스템은 컴퓨터에 의해 제어되었으며, 표면 폭기 방지를 위해 DO 측정조는 실리콘 마개 및 테프론을 이용하여 밀봉하였고, 상부 공기층의 부피를 최소화하였다. 질산화에 의한 산소농도감소방지를 위해 20mg의 allylthiourea (1 -Allyl-2 -thiourea, 98%, Aldrich Chemical Company Inc.
- OUR 실험장치는 Fig. 1과 같이 8L의 폭기조와 480ml의 DO 측정조로 구성되었으며, 폭기조에서 DO 측정조로 15분 간격으로 혼합액 반송 및 중지를 반복하여 반송 중지 기간에 DO 농도의 감소율을 측정하여 OUR을 계산하였다. DO 측정 (YSI model 5739 field probe connected to YSI model 58 DO meter) 을 비롯한 모든 시스템은 컴퓨터에 의해 제어되었으며, 표면 폭기 방지를 위해 DO 측정조는 실리콘 마개 및 테프론을 이용하여 밀봉하였고, 상부 공기층의 부피를 최소화하였다.
- Wentzel 등(1999)은 실제 하수를 사용했을 경우에 도 OUR 회분실험으로부터 COD 회수율을 파악할 수 있다고 하였다. 그러나 본 연구에서는 OUR 실험 방법의 신뢰성 및 단일 종류의 기질에 대한 미생물의 반응을 파악하기 위해 포도당을 탄소원으로 하였을 경우, 인공기질에 대한 OUR 실험결과의 COD 회수 율 및 몇몇 동력학적 계수 산정을 추가로 실시하였으 며 , 이 경우의 OUR 실험 및 분석결과를 각각 Fig. 2와 3에 제시하였다. Fig.
- 따라서 RBCOD는 실험으로 부터 구한 전체 OUR과 SBCOD에 의한 OUR의 차 이로부터 구할 수 있다. 그러나 식 (1)-(6)과 Table 1으로부터 SBCOD만을 독립적으로 구하기는 어렵기 때문에 본 연구에서는 Table 1에 제시한 동력학적 계 수와 반응속도식을 이용한 모델링과 실험결과와의 calibration 과정을 통해 SBCOD를 간접적으로 추정 하였다.
- 표현 가능하다. 또한 동력학적 해석은 ASMII의 종속영양미생물 부분과 MUCT 모델을 본연구의 목적에 맞게 일부 수정한 후 조합하여 수행하였다 (Table 1).
- 본 연구에서는 미생물 호흡율 측정 및 동력학적 해 석에 의해 하수의 RBCOD 농도를 정량하였으며, 기존의 수학적 모형을 적절히 조합한 모델을 이용하여 SBCOD의 농도를 추정하였다. 실험결과를 바탕으로 한 RBCOD를 해석하는 과정에서 종속영양미생물의 농도를 동시에 파악할 수 있었으며, COD 회수율은 인공하수와 생하수를 사용한 각각의 경우에 대해 107 과 95%로 나타나 문헌에서 보고되는 실험오차 한계 에 들거나 매우 근접하여 OUR 분석과정의 신뢰도가 매우 높은 것으로 판단되었다.
- , 1999). 식 종슬러지에 포함된 RBCOD의 농도를 최소화하기 위해 실험 전 슬러지를 중력농축 시킨 뒤, 상징액을 버리고 다시 수돗물을 이용하여 식종슬러지를 3회 세척하였다. 최종적으로 수돗물에 희석된 식종슬러지의 VSS 농도는 l, 680mg/L였다.
- DO 측정 (YSI model 5739 field probe connected to YSI model 58 DO meter) 을 비롯한 모든 시스템은 컴퓨터에 의해 제어되었으며, 표면 폭기 방지를 위해 DO 측정조는 실리콘 마개 및 테프론을 이용하여 밀봉하였고, 상부 공기층의 부피를 최소화하였다. 질산화에 의한 산소농도감소방지를 위해 20mg의 allylthiourea (1 -Allyl-2 -thiourea, 98%, Aldrich Chemical Company Inc.)를 폭기조에 첨가하였다(Ekama et al., 1986; Dircks etal., 1999).
대상 데이터
- 식종슬러지는 실험실 규모로 운전중이던 MLE 공정에서 채취하였으며, OUR 회분실험 전에 50일 이상 포도당을 기질로 사용한 인공하수 또는 1차 침전과정 을 거 친 생 하수 (primary settled raw wastewater) 에 적응된 상태였다. OUR 회분실험으로부터 안정적인 결과를 얻기 위한 식종슬러지의 기질에 대한 적응 기간은 보통 SRT의 두배 이상이 되도록 권장하고 있다.
- 9 가 되었다. 인공하수의 COD는 모두 RBCOD로 간주하였으며, OUR 회분실험의 RBCOD에 대한 희수율 파악을 위해 사용하였고, 반웅조에서 OUR 실험 시작과 동시에 채취한 시료의 SCOD 및 유입 TCOD/VSS의 비는 각각 408mg/L와 3.6이었다. 생하수나 인공하수를 사용한 경우 유입 TCOD/VSS의비가 Ekama 등 (1986)이 제시한 값에 비해 상당히 높은데, 본 연구에서는 동력학적 해석을 위해 Wentzel 등 (1999)이 제시한 MUCT(Modified UCT) 모델의 해석과정을 따랐기 때문이다.
- 최종적으로 수돗물에 희석된 식종슬러지의 VSS 농도는 l, 680mg/L였다. 하수로는 과천하수처리장의 초침 조를 거친 실제 생하수와 포도당을 주 탄소 원으로 하여 제작된 인공하수를 사용하였으며 . 하수와 식종슬러지의 부피비는 7.
이론/모형
- 이는 생하수에 포함된 상당량의 유기물이 미생물에 의해 직접적으 로는 이용이 불가능하다는 것을 의미한다. Fig. 2와 4에 나타난 OUR 실험결과의 해석을 위해 본 연구에서는 Wentzel 등(1999)이 제시한 방법을 사용하였으며, 이 해석 과정은 기존의 연구결과와는 달리 종속 영양미생물이 RBCOD와 SBCOD에 대해 각각 μHR 과 μHS의 서로 다른 최대성장속도를 갖는다고 설정 한 점에서 보다 현실적이라고 할 수 있다. 실제로 미 생물 호흡율 측정을 기본으로 한 몇몇 연구결과들은 활성슬러지 미생물이 기질의 종류에 따라 각기 다른 분해특성을 나타낸다고 하였다(CokgSr et al.
- 6이었다. 생하수나 인공하수를 사용한 경우 유입 TCOD/VSS의비가 Ekama 등 (1986)이 제시한 값에 비해 상당히 높은데, 본 연구에서는 동력학적 해석을 위해 Wentzel 등 (1999)이 제시한 MUCT(Modified UCT) 모델의 해석과정을 따랐기 때문이다.
성능/효과
- 특히 유기물의 분류 및 분류된 유기물이 각각 다른 특성을 갖는 성분으로 인식되는 활성슬러지 모델(ASM, Activated Sludge Model)에서는 COD를 하나의 성분으로 간주하는 것 자체가 불가능하게 구성되어 있다. 또한 하수에 포함되어 있거나 미생물의 사멸에 의해 발생하는, 용해성 이지 만 난분해성인 COD(USCOD, unbiodegradable soluble COD)t- 유기 물 분류가 체 계적으로 되어 있지 않은 모든 활성슬러지 공정의 유기물 제거 측면에서 매우 큰 오차를 유발할 가능성이 높은 성분이다. 이러한 COD 분류체계의 한계를 극복하기 위해 기질의 연속 주입과 호기조건으로 구성된 semi-CSTR 공정을 이용하여 하수의 RBCOD 및 종속영양 미생물의 최대 비성장속도를 분석한 연구 (Ekama et al.
- 실험결과를 바탕으로 한 RBCOD를 해석하는 과정에서 종속영양미생물의 농도를 동시에 파악할 수 있었으며, COD 회수율은 인공하수와 생하수를 사용한 각각의 경우에 대해 107 과 95%로 나타나 문헌에서 보고되는 실험오차 한계 에 들거나 매우 근접하여 OUR 분석과정의 신뢰도가 매우 높은 것으로 판단되었다. 생하수 TCOD 663 mg/L에 대해 RBCOD 및 SBCOD의 농도는 각각 139 와 253mg/L로 분석되어 생분해 가능한 유기물 중 SBCOD가 차지하는 비율이 매우 높은 것으로 나타났다. 또한 SCOD의 농도는 204mg/L로 조사되어 호흡 율 측정에 의해 분석된 RBCOD와는 큰 차이를 나타내었다.
- OUR 실험결과로부터 얻어진 인공하수와 생하수 의 유기물 분류 및 COD 회수율 계산 결과를 Table 3에 제시하였다. 생하수를 이용한 경우의 XHAB와 인 공하수를 사용한 경우의 Xhab의 차이로써 생하수 자 체에 포함된 XHAB 함량을 추정해 본 결과 약 13.4 mgCOD/L로 나타나 전체 유입 COD의 2%에 불과 한 것으로 나타났다. 보통 XHAB는 1차 침전조 유출수 의 경우, TCOD의 약 3-15%로 알려져 있으나 (Mamais et al.
- 본 연구에서는 미생물 호흡율 측정 및 동력학적 해 석에 의해 하수의 RBCOD 농도를 정량하였으며, 기존의 수학적 모형을 적절히 조합한 모델을 이용하여 SBCOD의 농도를 추정하였다. 실험결과를 바탕으로 한 RBCOD를 해석하는 과정에서 종속영양미생물의 농도를 동시에 파악할 수 있었으며, COD 회수율은 인공하수와 생하수를 사용한 각각의 경우에 대해 107 과 95%로 나타나 문헌에서 보고되는 실험오차 한계 에 들거나 매우 근접하여 OUR 분석과정의 신뢰도가 매우 높은 것으로 판단되었다. 생하수 TCOD 663 mg/L에 대해 RBCOD 및 SBCOD의 농도는 각각 139 와 253mg/L로 분석되어 생분해 가능한 유기물 중 SBCOD가 차지하는 비율이 매우 높은 것으로 나타났다.
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