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문제 정의
- 유기물 제거에 관련한 중수도의 수질 기준 중 BODs 농도도 10 mg/L를 넘지 않을 것으로 규정하고 있으므로 분석에서 역시 중요한 관련인자이었다. Fig.
제안 방법
- 2차 반응기인 하향류식 은나노 모래여과 반응기도 1차 반응조와 마찬가지로 아크릴 재질의 원통형으로 제작하였으며, 은을 둘러싼 굵은 모래로 굵기를 다르게 하여 2개의 반응조로 설치하였으며 반응조의 단면은 Fig. 2와 같다. 반응조(D와 <0에는 각각 2.
- 비율을 1。:0과 7 : 3으로 변화시켜 각각 20 여일씩 샘플링하여 반응기에 대한 실험을 실시하였다. 호기조에는 1-5 L/min 정도로 공기가 공급되도록 하였고, 호기 조에서 무산소 조로 이어지는 반송라인을 설치하여 100% 반송하도록 하였다.
- 고정상 개질 담체 반응조로 처리한 물을 처리수조에 모아 2차 반응기인 하향류식 은나노 모래여과 반응기에 연속적으로 주입하여 성능실험을 수행하여 2차 처리수를 얻었으며, 은나노 모래여과 반응기 역시 먼저 반응기의 기작을 알아보기 위하여 저농도의 오수로 먼저 20여 일 간 바탕 실험을 함께 실시하였고, 그 후 두 공정을 함께 연속식운전을 통하여 실험을 실시하였다. 하향류식 은나노 모래 여과 반응기의 반응조 ®와 ® 각각의 HRT는 약 36 min, 30 min으로서 평균 33 min을 나타내었고, 급속여과에 속하였다.
- 하였다. 반응조는 각 조별로 하부유입부와 담체충진부, 상부 유출 부, 중앙 샘플링 채취부로 구성하여 각 조 내의 샘플링도 가능하도록 하였다.
- 본 실험에 사용한 원수는 S대학교 식당에서 나오는 생활오수를 사용하였으며 우선 1차 반응기인 상향류식 고정상 담체 반응기의 원활한 성능을 위해 HRT (Hydraulic Residence Time)를 실온에서 운전초기에는 약 20 hr으로 하여 운전하면서 15일 정도 미생물 식종에 의한 담체 상의 미생물 부착을 실시한 후 HRT를 평균 12 hr으로 30일 동안의 시범 운전을 통해 미생물의 안정화를 도모하였다. 완전히 정상상태가 되었다고 판단된 후부터 성능실험을 수행하였으며 유입부를 혐기조에서 뿐만 아니라 무산소 조의 하부에도 설치하여 원수를 혐기조와 무산소조의 원수 분배 비율을 1。:0과 7 : 3으로 변화시켜 각각 20 여일씩 샘플링하여 반응기에 대한 실험을 실시하였다.
- 본 연구에 이용된 두 반응기 중 상향류식 고정상 담체 반응 기는 1차 처리 반응기로서 혐기 (Anaerobic), 무산소 (Anoxic), 호기 (Oxic)의 고도처리 공법인 A2O 공정법을 이용하였으며, 반응조는 아크릴 재질로 제작하여 설치하였고, 반응조의 단면도는 Fig. 1과 같다. 각 반응조는 지름은 12 cm에 높이는 혐기조가 63 cm이고, 무산소조와 호기 조가 103 cm인 원통형으로서 그 용적은 약 6 L, 10 L, 10 1.
- BODs는 수질오염 공정시험 방법으로 측정하였으며 BOD5 측정에 사용된 기기는 YSI 58이다. 부유물질과 총인, 총질소 역시 수질오염공정시험방법의 유리섬유 여지 (GF/C)법과 아스코르빈산 환원법, 자외선 흡광 도법에 의해 측정되었으며, 암모니아성 질소는 EPA에 의거한 Hach Method (정량범위; 0.02-2.50 mg/L)로 수행되었고, 질산성 질소는 EPA의 Hach Method (정량범위; 0.1-10.0 mg/L)와 수질오염공정시험방법의 부루신법을 병행하여 실시하였다. 마지막으로 대장균군은 수질오 염공정 시험 방법의 최적 확 수계산법 (MPN법)으로 실험을 실시하여 분석하였으며 일반세균은 먹는물 공정시험방법(9)에 의해 측정하였다.
- 이에 따라 아직 우리나라에 뿌리를 내리지 못하고 체계화되지 않은 이 중수도 시스템에 본 연구를 적용하여 보고자 직접 생활오수를 사용하여 먼저 생물학적 처리공법 중의 하나인 혐기/무산소/호기조의 3단계로 구성된 고정상담 체를 이용한 A2O 생물막 공법을 이용하여 상향류식 1차 처리를 행한 다음 그 처리수를 다시 은나노 2단 모래에하향류식 여과 처리하여 주는 이중 처리 공정을 통하여 그 활용 가능성에 대하여 연구를 수행하였다.
- 완전히 정상상태가 되었다고 판단된 후부터 성능실험을 수행하였으며 유입부를 혐기조에서 뿐만 아니라 무산소 조의 하부에도 설치하여 원수를 혐기조와 무산소조의 원수 분배 비율을 1。:0과 7 : 3으로 변화시켜 각각 20 여일씩 샘플링하여 반응기에 대한 실험을 실시하였다. 호기조에는 1-5 L/min 정도로 공기가 공급되도록 하였고, 호기 조에서 무산소 조로 이어지는 반송라인을 설치하여 100% 반송하도록 하였다.
대상 데이터
- 1과 같다. 각 반응조는 지름은 12 cm에 높이는 혐기조가 63 cm이고, 무산소조와 호기 조가 103 cm인 원통형으로서 그 용적은 약 6 L, 10 L, 10 1.로서 총 용적이 26 L로 제작하였다.
- 생물막으로 사용할 여재는 폴리에틸렌 계열의 원통형식으로 만들어 사용하였으며, 개질의 표면을 거칠게 하기 위해 사포로 문질러 준 후 각 반응조에 충진하였으며, 각 반응조별 여재 충진율은 모두 반응조 부피의 70%로 하였다. 반응조는 각 조별로 하부유입부와 담체충진부, 상부 유출 부, 중앙 샘플링 채취부로 구성하여 각 조 내의 샘플링도 가능하도록 하였다.
데이터처리
- 본 실험에서 수질 분석은 수질오염공정시험방법(7)과 Standard Method (EPA)(8)를 이용하여 수행되었으며, 각 측정 결과는 Microsoft Excel PC용 Press Sheet를 이용하여 자료를 수집하고 분석하여 해석하였다.
이론/모형
- 각각 분석하였다. BODs는 수질오염 공정시험 방법으로 측정하였으며 BOD5 측정에 사용된 기기는 YSI 58이다. 부유물질과 총인, 총질소 역시 수질오염공정시험방법의 유리섬유 여지 (GF/C)법과 아스코르빈산 환원법, 자외선 흡광 도법에 의해 측정되었으며, 암모니아성 질소는 EPA에 의거한 Hach Method (정량범위; 0.
- pH와 수온, DO는 Orion 290, YSI 550A로 측정하였으며 CODm” 은 수질오염공정시험방법의 KMnQ 법을, COD&은 EPA Standard Method의 흡광광도법 인 Closed reflux method 로 각각 분석하였다. BODs는 수질오염 공정시험 방법으로 측정하였으며 BOD5 측정에 사용된 기기는 YSI 58이다.
- 0 mg/L)와 수질오염공정시험방법의 부루신법을 병행하여 실시하였다. 마지막으로 대장균군은 수질오 염공정 시험 방법의 최적 확 수계산법 (MPN법)으로 실험을 실시하여 분석하였으며 일반세균은 먹는물 공정시험방법(9)에 의해 측정하였다. 이 외에 Ag 이온은 은나노 모래여과 반응기에서의 용출 여부를 알아보기 위하여 실시한 것인데, EPA SW 200.
- 마지막으로 대장균군은 수질오 염공정 시험 방법의 최적 확 수계산법 (MPN법)으로 실험을 실시하여 분석하였으며 일반세균은 먹는물 공정시험방법(9)에 의해 측정하였다. 이 외에 Ag 이온은 은나노 모래여과 반응기에서의 용출 여부를 알아보기 위하여 실시한 것인데, EPA SW 200.8 방법 (ICP/MS)을 이용하였고, 잔류염소의 시험법으로는 먹는 물 공정시험방법, 염소 이온은 EPA Method 300.8 (Ion Chromatography) 방법을 이용하여 각각의 항목들을 분석하였다.
성능/효과
- 5로 제한하고 있다. 두 장치의 연속 공정 결과 유입수는 6.67-7.54 사이에서 평균 7.02를, 1차 처리와 2차 처리에서 각각 평균 7.54, 7.84를 기록하면서 전체적으로 pH의 상승을 보였으며 하루 간 최고 차이는 1.21 이었다. 중수도의 수질 기준 안에서 모두 포함되었으며 기준에는 이상이 없는 것으로 나타났고, 유기물의 제거에 저해할 만한 수준으로는 pH 변화가 크지는 않은 것으로 나타났다.
- 1 °C으로알맞은 변화폭 이었다. 또한 원수 유입 차이에 따라서는 유입과 배출수가 혐기조와 무산소조의 원수 분배 비율 10:0에서 평균 18.5와 19.6°C, 분배 비율 7:3에서 17.1°C과 18.5°C로 전체적으로 7:3에서 조금 낮은 온도를 보였으나 생물 환경에 악영향을 줄 정도의 급격한 변화양상이 아닌 날씨 변화에 따라 반응 공정 역시 완만하고 일정적인 변화를 보였다.
- 3%를 나타냈다. 무산소조 유입 비율에 따른 차이에서는 분배 비율 10 : 0과 7 : 3에서의 암모니아성 질소와 질산성 질소의 변화 추이를 보면 유입 평균 농도가 암모니아성 질소의 유입농도가 각각 16.68 mg/L과 15.58 mg/L인 경우 37.0% 와 45.3%의 평균 제거율을 보였고, 질산성 질소가 0.34 mg /L와 0.48 mg/L의 유입 평균 농도에서 10.6배와 11.8배의 증가율을 보여 분배 비율 7 : 3의 경우 고도처리 장치에서 암모니아의 질산화에 대한 약간 좋은 경향을 보였다. 총질소에서도 분배 비율 10 : 0과 7 : 3의 유입수 평균 농도가 28.
- 2와 같다. 반응조(D와 <0에는 각각 2.0 nun 이상과 0.5~2.0 mm 미만의 모래로 반응조 ④에 반응조 ①보다 더 굵은 모래를 충진하여 주었으며, 충진율은 각 반응조 모두 부피의 약 88%로 하여 주었고, 이에 따른 여재의 공극율은 각각 50.0%와 41.3%였다.
- 10은 연속 공정상에서 질소에 관련된 인자들의 변화에 의한 질소 농도의 변화와 제거율에 대해 나타낸 것이다. 암모니아성 질소는 평균 유입농도가 16.13 mg/L로 1차와 2차에서 평균 9.56 mg/L, 8.09 mg/L로 제거되어 50.6%의 최종적인 제거율을 보였고, 질산성 질소는 평균 유입농도가 0.41 mg/L로 1차와 2차에서 평균 3.15 nig/L, 3.72111g /L로 증가되어 13.7배의 최종적인 증가율을 보였다. 이와 비교하여 총질소의 변화 추이를 보면 유입수의 평균농도가 29.
- 원수 유입 비율 변화에 따른 대장균수의 변화는 전체적인 변화와 비교하여 별다른 특이 사항은 발견되지 않았다. 여과처리 장치에서 은 이온은 최종 배출수에서 평균 0.04 mg/L, 최고 0.05 mg/L의 매우 낮은 용출을 보이면서 pH가 현저하게 산성 상태로 떨어지지 않는 한 배출 상태에서 양호한 수준으로 나타났으며, 잔류 염소의 경우는 배출수에서 모두 0.2 mg/L 이하로 검출되어 공정상에서 따로 고도처리 및 여과처리 장치의 연속 공정 사이에서 반드시 최소 0.2 mg/L 이상의 염소를 주입해야 될 것으로 보였으며, 일반세균도 비교적 많은 양이 검출되어 역시 염소 주입의 필요성을 보였다. 은모래 표면의 SEM 사진은 Fig.
- 2%까지 제거되었다. 유입수의 유입 차이에 따라서는 분배 비율 10:0에서 평균 유입농도가 6.97 mg/L, 분배 비율 7:3에서 6.61 nig/L인 원수가 2차 처리 후 각각 평균 4.96 mg/L과 4.82 mg/L를 나타내어 최종적으로 각각 27.8%와 26.7%로 배출수 농도와 제거율은 비슷하여 원수 유입 비율 변화에 따른 변화는 전체적인 변화와 비교하여 별다른 특이 사항이 발견되지 않았다. 여기서 알 수 있는 사항은 인의 제거는 질산염과 관련하여 질소의 제거와 밀접하게 관계되어 있어 총질소의 제거효율이 증가될수록총인의 제거 효율이 점차 감소함을 보이는더】, 혐기조에 질산염이 유입되면 탈질화에 적극 관여하면서 인산염 박테리아에 영향을 주어 저장될 폴리인산염이 없어지므로 인제 거를 위한 미생물의 기질 공급을 제한하여 인 제거를 힘들게 하게 된다고 한다.
- 1%까지 증가하여 효율적인 처리를 보였다. 유입수의 유입 차이에 따른 비교에서는 분배 비율 10:0에서 평균 BODs 유입농도가 126.2 mg /L, 분배 비율 7:3에서 115.9 mg/L이었고, 2차 처리 후 각각 평균 5.7 mg/L과 4.3 nig/L를 보이며, 최종적으로 각각 94.0%와 96.0%의 제거율 보이며 분배 비율 7 : 3에서 약간 높은 제거율을 보였으나 그 차이는 매우 미세하여 역시 유기물 제거에 악영향을 미치지는 않았다.
- 8% 제거되어 역시 효과적인 제거율을 보였다. 유입수의 유입 차이에 따른 비교에서는 분배 비율 10:0에서 평균 SS 유입농도가 107.6 mg/L, 분배 비율 7:3에서 113.4 mg/L인 원수가 2차 처리 후 각각 평균 5.6 과 4.3 nig/L 를 나타내어 최종적으로 각각 93.5%와 96.0%로 역시 배출수 농도와 제거율이 비슷한 결과를 보였다.
- 0%까지 증가하였다. 유입수의 유입 차이에 따른 비교에서는 혐기조와 무산소 조의 원수 분배 비율 10:0에서 평균 CODm” 유입농도가 60.6 mg/L, 분배 비율 7:3에서 57.2 mg/L이었고, 2차 처리 후 각각 평균 14.1 과 10.1 mg/L를 나타내어 최종적으로 각각 77.6%와 82.4%의 제거율을 보이며 분배 비율 7:3에서 약 5%정도 높은 제거율 정도로 비슷하게 나타나 이는 무산 소조에 원수를 유입하여도 호기조에서 무산소조의 농도증가에 따른 용적부하에서 유기물 제거의 변화에 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.
- 0%까지 증가하여 효과적인 처리효율을 보였다. 유입수의 유입 차이에 따른 비교에서는 혐기조와 무산소조의 원수 분배 비율 10:0에서 평균 유입 COD& 농도가 317.7 mg /L, 분배 비율 7:3에서 311.3 mg/L이었고, 연속 공정 후 2차 처리 수가 각각 평균 52.6 mg/L와 49.6 mg/L를 나타내면서 최종적으로 각각 84.8%와 87.1%의 약 2% 높은 거의 비슷한 배출수 농도와 제거율을 보여 COD%과 마찬가지로 무산 소조에 원수를 유입하여도 호기조에서 무산소조의 농도증가에 따른 용적부하에서 유기물 제거의 변화에 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.
- 0 mg/L 범위에 있으며 최고 농도가 10 mg/L로써 모든 배출수가 중수도 수질 기준에 적합하게 처리되었다. 이에 따른 평균 BODs 제거율은 1차에서 89.0%, 2차에서는 95.1%까지 증가하여 효율적인 처리를 보였다. 유입수의 유입 차이에 따른 비교에서는 분배 비율 10:0에서 평균 BODs 유입농도가 126.
- 7은 CODcr 농도의 변화를 나타낸 것이다. 이중 공정 실험 결과 유입수의 평균 CODcr 농도가 314.5 mg/L인 1차와 2차 처리에서 각각 평균 COD&가 51.1 mg/L, 40.0 mg/L를 나타내었으며, 평균 제거율을 살펴보면 1차에서는 평균 CODCr 제거율이 82.3%, 2차에서는 86.0%까지 증가하여 효과적인 처리효율을 보였다. 유입수의 유입 차이에 따른 비교에서는 혐기조와 무산소조의 원수 분배 비율 10:0에서 평균 유입 COD& 농도가 317.
- 12는 연속 공정상에서 대장균군수의 유입에서 배출까지의 그 변화와 그 제거율을 나타낸 것이다. 이중 공정실험 결과 유입수의 대장균군수는 평균 12, 669 MPN/100 mL으로, 이에 따른 1차 처리는 평균 1, 632 MPN/100 mL, 2 차 처리에서는 65 MPN/100 mL로 처리되었다. 처리 효율은 1차에서 평균 83.
- 21 이었다. 중수도의 수질 기준 안에서 모두 포함되었으며 기준에는 이상이 없는 것으로 나타났고, 유기물의 제거에 저해할 만한 수준으로는 pH 변화가 크지는 않은 것으로 나타났다. 처리수의 pH 는 7.
- 이중 공정실험 결과 유입수의 대장균군수는 평균 12, 669 MPN/100 mL으로, 이에 따른 1차 처리는 평균 1, 632 MPN/100 mL, 2 차 처리에서는 65 MPN/100 mL로 처리되었다. 처리 효율은 1차에서 평균 83.9%, 2차 처리에서 99.1%로 대부분의 대장균군이 사멸하여 높은 효율적인 처리를 보였다. 그러나 중수도의 수질 기준에서는 대장균군은 검출이 되지 않을 것으로 규정하고 있어, 최고 110 MPN/100 mL이라는 수치에 대부분의 처리 공정 동안에 있어서 검출이 되었기 때문에 염소 농도가 0.
- 8배의 증가율을 보여 분배 비율 7 : 3의 경우 고도처리 장치에서 암모니아의 질산화에 대한 약간 좋은 경향을 보였다. 총질소에서도 분배 비율 10 : 0과 7 : 3의 유입수 평균 농도가 28.16 mg/L과 30.63 mg/L에서 총질소 제거율이 각각 39.9% 와 47.8%로 분배 비율 7 : 3에서 약 10% 정도의 조금 나은 제거 결과를 보였다. 분배 비율 7 : 3과 10 : 0 경우, 암모니아성 질소와 질산성 질소의 변화의 차이가 거의 없었던 것에 반해 10% 정도의 제거 효율이 좋아진 이유는 무산소 조로의 탈질에 적극 관여하는 탄소원을 지닌 원수 유입으로 인한 영향을 받으면서 변한 것으로 판단된다.
- 95 mg/L로 처리되었다. 최종 처리 후 방류수의 SS 농도 범위는 3~9 mg/L이었고, 최고 농도는 9 mg/L이었으나 방류수의 SS 농도가 대부분 5 mg/L 이하의 보여 권고 수준에 거의 부합되었다. 이에 따른 평균 SS 제거율은 1차에서 88.
- 1 mg/L 로 처리되었다. 특히 2차 처리 후 방류수의 CODMn 농도 범위는 8~18 mg/L이었으며 최고 농도는 18 mg/L로써 모두 중수도 수질 기준에 적합하게 처리되었다. 평균 CODMn 제거율은 1차에서 72.
- 특히 2차 처리 후 방류수의 CODMn 농도 범위는 8~18 mg/L이었으며 최고 농도는 18 mg/L로써 모두 중수도 수질 기준에 적합하게 처리되었다. 평균 CODMn 제거율은 1차에서 72.7%, 2차에서는 80.0%까지 증가하였다. 유입수의 유입 차이에 따른 비교에서는 혐기조와 무산소 조의 원수 분배 비율 10:0에서 평균 CODm” 유입농도가 60.
후속연구
- 보통 전제 조건으로 위생상으로 안전하고, 이용자가 쉽게 수용하고, 이용자가 감각적으로 불쾌감을 받지 않고, 정화시스템에서 쉽게 안정적으로 얻을 수 있는 수질을 갖추고 있으면 중수로 이용 가능할 것으로 생각된다. 중수도에서 처리대상이 되는 물질로는 탁도, 색도, 유기물 (BOD, COD, TOC, 유분 등), 질소, 인, 용존염류, 냄새, 세균, 바이러스 등이며 법에서는 대장균수, 잔류염소 (결합), 외관, 탁도, BOD, 냄새, pH, 색도, CODm”을 규제하고 있으나 향후 질소, 인, 중금속 등이 추가되어야 할 것으로 사료된다.
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