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문제 정의
- 상관계수가 높은 원생동물을 분석하고 지표미생물로서의 가능성을 연구하기 위해 수행하였다.
- 분석에 사용한 변수는 처리장별로 95% 이상의 출현빈도를 나타내는 원생동물 속과 주요한 운전변수를 대상으로 하였는데, 요인은 scree plot에서 기울기가 완만해지는 지점까지의 요인을 대상으로 선정하였다. 요인의 회전은 varimax방식으로 하여 요인간의 상호 관련성이 없도록 독립성을 유지하면서 변수를 줄여 통계적으로 유의성이 있는 요인간의 분산의 형태를 해석하고자 하였다. 처리장 운영변수와 원생동물의 상관분석은 시료채취일을 대상으로 하였고, 처리수 수질항목 및 유기물 제거율과 원생동물의 상관관계는 시료채취일을 기준으로 7일전부터 7일후까지의 자료를 대상으로 하여 원생동물의 분포가 지난 기간의 수질을 반영하고 가까운 미래의 수질변화를 예측할 수 있는지를 조사하였다.
- 처리장별 유입수 성상과 요구되는 방류수 수질기준이 달라 운영조건이 달라지고, 각 운영조건에 적응하는 원생동물 종류가 증식함으로 처리장별로 원생동물의 분포가 다르다. 원생동물과 수질항목, 운영조건과의 상관 정도도 달라지므로 여러 처리장에 적용하기보다는 단일 처리장에 적용하는 것을 목표로 하면 예측성을 높일 수 있다.
- 이번 연구에서는 고도폐수처리장의 처리수질을 미생물분포로 예측하기 위해, 원생동물의 분포를 조사하고 통계분석을 하였다. 상관계수가 높은 원생동물을 분석하고 지표미생물로서의 가능성을 연구하기 위해 수행하였다.
제안 방법
- 고도폐수처리장의 효율적 운영을 위해 원생동물의 분포를 조사하고, 원생동물을 이용하여 수질의 예측을 위한 bioindicator의 가능성을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 달서천처리장의 고도처리 공법 은 MLE(Modified Ludzack Ettinger)공법이며, 북부처리장은 A2O(Anaerobic/Anoxic/Oxic)공법으로 1차 침전지 유출수(생물반응조 유입수), 생물반응조, 2차 침전후의 유출수(생물반응조 유출수)를 채수하여 분석을 실시하였다. 생물반응조 유입수와 유출수의 BOD, TN, TP, 생물반응조의 MLSS를 분석하였다. SRT와 F/M 등 생물반응조 운전변수는 각 사업소의 운전자료를 사용하였다.
- 원생동물 시료는 채수병에 1/2정도를 채수하여 공기와 접촉을 유지하도록 한 후 2시간 이내에 광학현미경(Olympus BH-2)을 사용하여 2회 검경하였다. 원생동물 및 미소후생동물의 동정은 Patterson의 분류12)외에 일본하수도협회 분류기준13)과 Jahn14)자료를 참조하여 속(Genus)까지 동정하였다.
- 원생동물 및 미소후생동물의 동정은 Patterson의 분류12)외에 일본하수도협회 분류기준13)과 Jahn14)자료를 참조하여 속(Genus)까지 동정하였다. 원생동물의 계수는 시료 0.05 mL를 1,000개의 구역이 나누어진 슬라이드 글라스에 놓고 90구역에 나타나는 수치를 평균하여 총구역수를 곱하는데, EpistyHs속, Opercidaria속 같이 군체를 형성하는 경우에는 각 개체를 1개체로 계수하였다.
- 요인의 회전은 varimax방식으로 하여 요인간의 상호 관련성이 없도록 독립성을 유지하면서 변수를 줄여 통계적으로 유의성이 있는 요인간의 분산의 형태를 해석하고자 하였다. 처리장 운영변수와 원생동물의 상관분석은 시료채취일을 대상으로 하였고, 처리수 수질항목 및 유기물 제거율과 원생동물의 상관관계는 시료채취일을 기준으로 7일전부터 7일후까지의 자료를 대상으로 하여 원생동물의 분포가 지난 기간의 수질을 반영하고 가까운 미래의 수질변화를 예측할 수 있는지를 조사하였다.
대상 데이터
- 대구시에 위치한 달서 천하수처리장 공단계열과 북부처리장을 대상으로 2003년 1월부터 12월까지 매주 단위로 분석하였다. 달서천 공단계열은 염색공단의 염색폐수를 처리하며, 북부처리장은 생활하수와 공장폐수가 혼합되어 유입된다.
- 변수간의 관련성을 분석한 후 용이한 분석을 위해 공통성이나 배후의 특징등의 변수를 축소하거나 변형하는 요인분석법을 사용하였다. 분석에 사용한 변수는 처리장별로 95% 이상의 출현빈도를 나타내는 원생동물 속과 주요한 운전변수를 대상으로 하였는데, 요인은 scree plot에서 기울기가 완만해지는 지점까지의 요인을 대상으로 선정하였다. 요인의 회전은 varimax방식으로 하여 요인간의 상호 관련성이 없도록 독립성을 유지하면서 변수를 줄여 통계적으로 유의성이 있는 요인간의 분산의 형태를 해석하고자 하였다.
데이터처리
- 원생동물 분포상과 처리장 운영조건, 유출수질의 관계를 파악하기 위한 통계분석은 SPSS Program(ver 11.0)을 이용하였다. 변수간의 관련성을 분석한 후 용이한 분석을 위해 공통성이나 배후의 특징등의 변수를 축소하거나 변형하는 요인분석법을 사용하였다.
이론/모형
- 달서천 공단계열은 염색공단의 염색폐수를 처리하며, 북부처리장은 생활하수와 공장폐수가 혼합되어 유입된다. 달서천처리장의 고도처리 공법 은 MLE(Modified Ludzack Ettinger)공법이며, 북부처리장은 A2O(Anaerobic/Anoxic/Oxic)공법으로 1차 침전지 유출수(생물반응조 유입수), 생물반응조, 2차 침전후의 유출수(생물반응조 유출수)를 채수하여 분석을 실시하였다. 생물반응조 유입수와 유출수의 BOD, TN, TP, 생물반응조의 MLSS를 분석하였다.
- 0)을 이용하였다. 변수간의 관련성을 분석한 후 용이한 분석을 위해 공통성이나 배후의 특징등의 변수를 축소하거나 변형하는 요인분석법을 사용하였다. 분석에 사용한 변수는 처리장별로 95% 이상의 출현빈도를 나타내는 원생동물 속과 주요한 운전변수를 대상으로 하였는데, 요인은 scree plot에서 기울기가 완만해지는 지점까지의 요인을 대상으로 선정하였다.
- 사용하여 2회 검경하였다. 원생동물 및 미소후생동물의 동정은 Patterson의 분류12)외에 일본하수도협회 분류기준13)과 Jahn14)자료를 참조하여 속(Genus)까지 동정하였다. 원생동물의 계수는 시료 0.
성능/효과
- 1) 원생동물 종류별 개체수 분포는 출현빈도가 높을 경우 개체수도 많은 것으로 관찰되었는데, Aspidisca, Trachelophyllum, Oikomonas의 출현빈도는 95% 이상이었다.
- 2) 처리장의 원생동물 분포는 유입수의 성상과 운영조건 차이가 세균의 증식에 영향을 미치고, 변화된 세균상에 적합하게 원생동물 분포가 이루어진다고 판단된다. 미생물분포와 통계결과는 처리장마다 다르므로 여러 처리장보다는 단일처리장에 적용되는 지표개발이 처리장의 효율적 운영에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.
- 3) 처리장의 원생동물 분포, 유출수질, 운영조건 자료들이 충분히 확보된다면 원생동물 분포를 가지고 운영현황 및 가까운 미래의 수질예측이 가능해짐에 따라 처리장 운영조건의 조기변동 또는 조치를 통해 처리수질을 양호하게 유지하는데 도움이 될 것으로 판단된다.
- 유입수량이 증가하면 SRT와 HRT에 변동이 생겨 활성슬러지 생태계 구조가 바뀌면서 편모충류의 출현이 잦아진다. Bodo는 F/M비에 양의 상관성을 보였는데, 고농도 BOD가 유입되면 활성슬러지가 적응하는 시간이 소요됨으로 초기에 활성슬러지의 혼란이 일어나 Bodo같은 편모충류의 개체수가 일시적으로 증가한다고 판단된다.
- 얻었다. MLE공법 처리장인 달서천 공단계열의 요인 1은 원생동물과 관련이 적고 운영조건과 관련이 있었는데, 이는 유입수량이 감소하는 기간에 HRT가 증가하며 유출수의 TN농도가 증가되는 것으로부터 알 수 있었다. 요인 2는 수온이 낮은 기간에 SVI, SRT가 증가하며 유출수의 BOD가 증가되었고, 수온과 Trachelophyllum의 관련성은 상관분석과 동일하게 나타났다.
- 개체수 분포는 출현빈도가 높은 경우 개체수도 증가하는 것으로 관찰되었는데 Aspidisca, Trachelophyllum 등의 출현 빈도는 95% 이상이었고, 개체수도 높았다. 활성슬러지의 원생동물 분포에 영향을 미치는 요인은 유입수 성상, 처리장의 운영조건, 미생물사이의 종간, 종내 상호작용, 독성물질의 유입, 수온, 강우 등이 있으나, 유입수 성상과 처리장의 운영조건이 가장 중요한 것으로 알려져 있는데 이번 연구는 처리장별로 유입수의 성상과 운영조건이 다르기 때문에 원생동물의 분포가 처리장별로 다르게 나타나는 것으로 생각된다.
- 달서천처리장 공단계열의 BOD제거율은 Peranema, COD 제거율은 Trachelophyllum, SS제거율은 Chaetospira, Oligohymenophora, TP 제거율은 Amoeba, Cinetochillum, Aspidisca, Ciliates, Protozoa 등과 양의 상관관계를 나타내고 있으며, 이런 원생동물 종류가 증가하면 유출수질이 양호하게 나타남을 알 수 있었다. COD제거율과 음의 상관관계를 나타내는 Pleuromonas, Testate amoebae, Amoebae나 BOD제거율과 음의 상관을 나타내는 Paramecium 의 개체수가 증가하면 달서천 공단계열 유출수질은 악화될 것으로 예상된다.
- 6배로 나타나 조사되었는데, 이 결과는 달서천처리장으로 유입되는 염색공단 폐수가 원생동물의 생육을 저해하기 때문인 것으로 판단된다. 두 처리장의 편모충류와 섬모충류의 구성비는 비슷하였고, 북부처리장은 육질충류가 21.1%로 달서천처리장보다 4배 정도 많게 나타났다. 섬모충류 비율이 50~61% 범위로 활성슬러지법에서 원생동물의 70%가 섬모충류라는 Curd15)의 연구보다 다소 낮지만, 섬모충류의 개체수는 4×106~6×106개체수/L로 정상 가동증인 처리장의 섬모충류 개체수는 약 I"개체수/L라는 Madoni-16)의 연구결과보다는 많은 것으로 조사되었다.
- 미생물의 대사 및 활성도는 온도에 의존하고 있으므로 수온의 변화에 따라 활성슬러지에 존재하는 유기물의 농도 및 존재형태가 변하고 환경조건도 변하게 된다. 따라서 수온이 세균의 대사 및 증식에 영향을 줌으로서 변화된 세균분포에 적합하게 원생동물분포가 이루어진다고 판단된다.
- 북부처리장에는 유입수량이 많을수록 원생동물 종류와 총 개체수가 증가하는 것으로 나타나 달서천 공단계열과는 다른 양상을 보였다. 유입수량에 따른 HRT는 원생동물 종류와 총 개체수와 음의 상관을 나타낸다.
- 북부처리장의 경우 BOD와 TP가 상관성을 보이는데 Euglypha, Metazoa는 BOD제거율과 양의 상관성을 보이고 Pyxidicula, Amoebae, Cinetochillum, Oligohymenophora, Ciliates, Rotaria, Total number는 TP제거율과 음의 상관성을 보였다. 따라서 Cinetochillum, Ciliates, Total number는 달서천 공단계열에서는 TP제거율과 양의 상관성을 나타내므로 처리장별로 항목에 대한 상관성이 달라진다.
- 원생동물 분포는 전체 개체수의 61%를 차지하는 섬모충류 분포형태에 따라 원생동물과 전체 개체수 분포형태가 의존하며, 전체 개체수의 31%를 차지하는 편모충류에 따라 다소 변동이 나타난다. 섬모충류와 편모충류 개체수 증가가 일치하는 기간은 전체 개체수가 증가하였으며, 섬모충류가 감소하지만 편모충류가 증가한 기간인 7월 24일부터 9월 27일까지와 섬모충류는 일정하나 편모충류가 증가하는 기간인 10월 4일부터 17일까지 기간에는 전체 개체수가 증가하였다.
- 시료채취일 7일 전부터 7일 후까지의 상관성이 양이나 음으로 일정하게 나타나고, 수질항목과 제거율의 상관성이 반대로 나타나 처리장별 수질지표로 사용될 수 있는 원생동물 종류를 나타내었다(Table 6).
- MLE공법 처리장인 달서천 공단계열의 요인 1은 원생동물과 관련이 적고 운영조건과 관련이 있었는데, 이는 유입수량이 감소하는 기간에 HRT가 증가하며 유출수의 TN농도가 증가되는 것으로부터 알 수 있었다. 요인 2는 수온이 낮은 기간에 SVI, SRT가 증가하며 유출수의 BOD가 증가되었고, 수온과 Trachelophyllum의 관련성은 상관분석과 동일하게 나타났다. 요인 3은 편모충류와 관련이 있으며, 유출수의 BOD와 TP가 증가되었다.
- 760)였다. 원생동물 구성비는 편모충류 26.7%, 육질충류 21.1%, 섬모충류 50.8%로 원생동물이 98.6%를 차지하며, 미소후생동물은 1.4%를 나타내었다. 월별분포를 보면 1월을 제외하고 섬모충류 분포형태에 따라 원생동물과 전체 개체수의 분포형태가 서로 의존적이며, 편모충류는 1월과 12월에 개체수가 증가하였다.
- 원생동물 구성비는 편모충류 30.7%, 육질충류 5.2%, 섬모충류 61.1%로 원생동물이 97.0%를 차지하며 미소후생동물은 3.0%를 나타내었다. 원생동물 분포는 전체 개체수의 61%를 차지하는 섬모충류 분포형태에 따라 원생동물과 전체 개체수 분포형태가 의존하며, 전체 개체수의 31%를 차지하는 편모충류에 따라 다소 변동이 나타난다.
- 것으로 조사되었다. 유입수량, HRT, SRT등 같은 운영조건은 처리장의 사정에 따라 일시적으로는 크게 변할 수 있지만, 연간 크게 변화하지는 않았고 환경요인 중에서 가장 크게 변동하는 것은 수온으로서 달서천 공단계열은 20.0℃, 북부처리장은 18.2℃의 차이가 있었다. 수온은 세균이나 원생동물의 증식속도에 큰 영향을 미치므로 저온에서 증식속도가 작은 생물은 활성슬러지에서 생존할 수 없다.
- 처리장 운영조건과 원생동물 종류의 상관분석에서 운영조건별로 상관성이 있는 종류는 처리장별로 다르게 나타났다.
- 한 처리장내에서 원생동물의 연간 분포변화의 원인도 유입수 성상, 미생물간의 상호작용, 수온, 운영조건에 따라 변화되고 처리장내에서 유입수 성상은 연간 변화보다는 시간에 따른 변화폭이 크고, 월별평균 유입수질은 크게 변화하지 않는 것으로 조사되었다. 유입수량, HRT, SRT등 같은 운영조건은 처리장의 사정에 따라 일시적으로는 크게 변할 수 있지만, 연간 크게 변화하지는 않았고 환경요인 중에서 가장 크게 변동하는 것은 수온으로서 달서천 공단계열은 20.
후속연구
- 0%)로 높게 운영하고 있어 최종침전지에서 침강된 침전슬러지에서 폐기되는 폐슬러지의 양이 감소되어 죽은 미생물이 반송되어 생물반응조에서 살아있는 원생동물 개체수도 적어지고 처리효율도 낮아진다. 따라서 반송율을 낮춰서 활성슬러지에 활성이 있는 미생물을 공급시켜 원생동물의 증식을 촉진시키고 처리효율도 증대하여야 할 것이다.
- 원생동물 분포가 이루어진다고 판단된다. 미생물분포와 통계결과는 처리장마다 다르므로 여러 처리장보다는 단일처리장에 적용되는 지표개발이 처리장의 효율적 운영에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.
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