본 연구는 간헐적으로 공장폐수가 유입되고 있는 하수처리시설에 대하여 각 단위공정별 운전현황 조사와 수질 측정을 실시하여 운전특성을 파악하고자 하였다. 생물반응조의 운전조건은 MLSS 농도 2,000~3,000 mg/L, HRT 5.3~16.3 시간, SRT 2.8~66.6 일 범위를 나타내었고, SVI는, 최적 범위인 50~150을 상회하여, 200 이상의 측정값이 빈번히 발생하여 슬러지 침강성이 양호하지 않은 것으로 관측되었다. 주요 원인은 공장폐수의 유입에 기인한 것으로 판단되며, 이와 같이 공장폐수 유입 시 생물반응조내의 MLDO가 급격히 상승하고 질산화 효율이 빠르게 감소하며 이차침전지에서는 Pin floc.이 유출되는 현상이 발생하였다. 미생물 관측결과, 다양한 세균 플록과 섬모충류 등이 관측되었으나, Bulking 발생의 원인이 되는 사상균인 Sphaeotilus와 방선균 등도 발견되었다. 단위공정별 처리효율은 평균적으로는 대체로 양호한 처리효율을 나타내고 있었으나 간헐적인 공장폐수 유입의 영향으로 인한 생물반응조의 운전특성의 불안정성으로, 처리효율의 변동성이 크게 나타나고 있었다.
본 연구는 간헐적으로 공장폐수가 유입되고 있는 하수처리시설에 대하여 각 단위공정별 운전현황 조사와 수질 측정을 실시하여 운전특성을 파악하고자 하였다. 생물반응조의 운전조건은 MLSS 농도 2,000~3,000 mg/L, HRT 5.3~16.3 시간, SRT 2.8~66.6 일 범위를 나타내었고, SVI는, 최적 범위인 50~150을 상회하여, 200 이상의 측정값이 빈번히 발생하여 슬러지 침강성이 양호하지 않은 것으로 관측되었다. 주요 원인은 공장폐수의 유입에 기인한 것으로 판단되며, 이와 같이 공장폐수 유입 시 생물반응조내의 MLDO가 급격히 상승하고 질산화 효율이 빠르게 감소하며 이차침전지에서는 Pin floc.이 유출되는 현상이 발생하였다. 미생물 관측결과, 다양한 세균 플록과 섬모충류 등이 관측되었으나, Bulking 발생의 원인이 되는 사상균인 Sphaeotilus와 방선균 등도 발견되었다. 단위공정별 처리효율은 평균적으로는 대체로 양호한 처리효율을 나타내고 있었으나 간헐적인 공장폐수 유입의 영향으로 인한 생물반응조의 운전특성의 불안정성으로, 처리효율의 변동성이 크게 나타나고 있었다.
In this study, characteristics of wastewater treatment of sewage intermittently mixed with industrial wastewater is examined by investigating the operational status of each unit operation and measuring water quality. The bioreactor operating condition was measured for MLSS concentration 2,000~3,000 ...
In this study, characteristics of wastewater treatment of sewage intermittently mixed with industrial wastewater is examined by investigating the operational status of each unit operation and measuring water quality. The bioreactor operating condition was measured for MLSS concentration 2,000~3,000 mg/L, HRT 5.3~16.3 hour, SRT 2.8~66.6 day, and SVI frequently showed the value above 200 which was higher than the optimal range of 50~150. It is thought that the sludge is not in suitable condition for sedimentation caused by the incoming industrial wastewater. When industrial wastewater is come into the system, MLDO inside of bioreactor rapidly increased, rate of nitrification is steeply decreased, and Pin floc. is spilled in the secondary clarifier. In the observance of microorganism showed that various bacterial floc. and ciliata were found as well as actinomycetes and filamentous bacteria(Sphaeotilus) which is known to cause bulking. Efficiency of each unit operation was fairly good in average. However, efficiency of the bioreactor treatment showed high fluctuation by unstable operating condition by intermittently incoming industrial wastewater.
In this study, characteristics of wastewater treatment of sewage intermittently mixed with industrial wastewater is examined by investigating the operational status of each unit operation and measuring water quality. The bioreactor operating condition was measured for MLSS concentration 2,000~3,000 mg/L, HRT 5.3~16.3 hour, SRT 2.8~66.6 day, and SVI frequently showed the value above 200 which was higher than the optimal range of 50~150. It is thought that the sludge is not in suitable condition for sedimentation caused by the incoming industrial wastewater. When industrial wastewater is come into the system, MLDO inside of bioreactor rapidly increased, rate of nitrification is steeply decreased, and Pin floc. is spilled in the secondary clarifier. In the observance of microorganism showed that various bacterial floc. and ciliata were found as well as actinomycetes and filamentous bacteria(Sphaeotilus) which is known to cause bulking. Efficiency of each unit operation was fairly good in average. However, efficiency of the bioreactor treatment showed high fluctuation by unstable operating condition by intermittently incoming industrial wastewater.
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문제 정의
본 연구는 간헐적으로 공장폐수가 유입되고 있는 하수 처리시설에 대하여, 각 단위공정별 운전현황 조사 및 수질 측정을 실시하여, 운전 특성을 파악고자 하였다.
본 연구에서는 처리구역내 소규모 개별공장들이 산재해 있어서 공장폐수의 유입이 간헐적으로 이루어지고 있고 생물학적 고도처리공법이 적용되고 있는 하수처리장에 대하여 일정기간 동안 운전현황을 조사하고 각각의 단위 공정별 수질을 측정·분석하여 처리시설의 운전특성을 파악하고자 하였다.
실험기간 동안의 생물반응조 운전모드는 1조, 3조 간 헐포기, 2조, 4조 전면포기 운전으로 진행되었으며, 공장 폐수 유입시 질산화 미생물의 활성저하로 급격하게 MLDO가 상승하며 이차침전지의 슬러지 부상현상이 발생하곤 하였다. 이에 대한 대책으로 공기공급량을 낮게 유지하여 미생물 자산화 방지 및 활성 유지를 위한 운전이 이루어졌다. 아래 그림 11∼14에서는 실험기간 동안 월평균 생물반응조 운전현황에 대한 측정 분석 결과를 나타낸 것이다.
’80년대 이후 생물학적인 방법에 의한 인제거에 대한 연구가 활발히 진행되었다. 일반 활성슬러지 공정에서 인은 미생물의 증식, 침전, 흡착 등의 기작에 의해 제거되며, 특히 미생물의 성장에 필요한 인 함량은 1～2 %로, 그 이상의 인이 제거되는 것을 생물학적 과잉 인 제거라 하고 이와 같은 현상을 생물학적 처리공법에 적용하고자 하였다. 즉, 일반적으로 받아들여지는 생물학적인 제거 메카니즘은 미생물이 혐기-호기조건에 교차적으로 노출되면서 미생물종 간의 경쟁적인 기질 이용으로 인해 인을 축적하는 미생물의 선택이 일어난다는 것이다.
제안 방법
각 단위공정별 평균 수질 측정 농도를 바탕으로 처리 효율(%)을 환산하였다.
실험기간 동안의 생물반응조 운전모드는 1조, 3조 간 헐포기, 2조, 4조 전면포기 운전으로 진행되었으며, 공장 폐수 유입시 질산화 미생물의 활성저하로 급격하게 MLDO가 상승하며 이차침전지의 슬러지 부상현상이 발생하곤 하였다. 이에 대한 대책으로 공기공급량을 낮게 유지하여 미생물 자산화 방지 및 활성 유지를 위한 운전이 이루어졌다.
실험기간(11개월) 동안의 하수 유입 유량 측정결과를 아래 그림 2에 나타내었다. 유량측정은 현장( 침사지와 1 차침전지 사이)에 설치된 유량계로부터 직접 측정하였다. 월 평균 유입 유량은, 최고 15,045 m3 /일, 최저 12,128 m3 / 일, 평균 12,929 m3 /일로 나타났으나, 하절기에는 간헐적으로 20,000 m3/일 이상의 하수가 유입되었고 일최대 유량이 29,630 m3 /일 까지 유입되고 있었다.
이와 같은 방류수역의 수질 악화를 방지하기 위하여 방류수 수질기준을 설정하게 되었고, 또한 배출원들은 각각의 배출허용기준치 이하로 처리할 수 있는 하·폐수 처리시설을 설치하도록 하였다.
대상 데이터
대상 하수처리장은 시설용량 15,000 m3/일로서, 주처리공정이 생물학적 고도처리공법을 적용하였으며 최종 처리단계로 여과시설을 설치하여 운전되고 있다. 유입하수 특성은 처리구역내 소규모 공장들이 산재해 있어 생활하수와 간헐적으로 공장폐수가 유입되어 처리되고 있었다.
본 실험 대상 하수처리시설의 주처리공정은 미생물을 이용한 생물학적 고도처리공정으로서, 생물반응조내에는 세균, 원생동물, 조류 및 후생동물 등, 다양한 종류의 미생물군들이 공존하고 있었다.
이론/모형
실험기간 동안 유입된 하수의 수질측정 결과를 아래 그림 3∼6에 나타내었다. 각 항목들의 분석방법은 수질 오염공정시험방법에 준하여 측정하였다. 유입수질 평균 농도는 BOD 162, SS 148, T-N 34, T-P 3.
성능/효과
1. 월별 유입유량은 12,000～15,000 ㎥/일 범위로서 시설용량인 15,000 ㎥/일 이내로 유입되고 있었으나, 하절기에는 강우에 의한 영향으로 간헐적으로 설계 용량을 초과하여 유입되어, 일최대 유량이 29,630㎥/일까지 유입되고 있었다.
2. 유입수질 평균농도는 BOD 162, SS 148, T-N 34, T-P 3.1 ㎎/L으로서, 설계기준값인 각각 161, 160, 34, 5.6 ㎎/L과 비교하여 항목에 따라 비슷하거나 약간 낮은 농도값은 나타내었으나, 우기를 제외한 기간에서는 설계기준값보다도 오히려 높은 농도를 나타내고 있었다.
3. 생물반응조 운전 특성은, MLSS는 2,000∼3,000 mg/L 범위이었고, HRT는 5.3∼16.3 시간 범위로 변동폭이 크게 나타났으며, 특히 하절기의 경우 최소 5.3 시간까지 짧아져 정상적인 하수처리 능력을 초과하고 있었다.
4. 생물반응조 내의 MLSS 및 스컴 등에 대한 미생물 관측 결과, 생물반응조에서 다양한 세균 플록과 섬모층류 등이 관찰되었으나, 사상균의 일종인 Sphaeotilus가 관측되어 bulking 현상의 발생 우려가 있었다. 또한 스컴 관측 결과, 일반적으로 포기조에 분포하는 Zooglorea 이외에 침강성을 저하와 스컴의 원인이 되는 방선균류와 사상균이 발견되었다.
5. 단위공정별 처리효율은 1차침전지, 생물반응조, 최종방류수에 대하여, BOD의 경우 각각 29, 91, 49 %, T-N의 경우 18, 45, 21 %, T-P의 경우 19, 37, 26 % 등으로, 평균적으로는 각 단위공정별로 대체로 양호한 처리효율을 나타내었으나, 생물반응조에 서의 처리효율 변동성은 크게 나타나고 있었다. 최종방류수 수질은 스컴 발생을 진동식 흡입장치로 지속적으로 제거하고 최종 여과설비를 적용하여 대체적으로 안정적인 수질상태를 나타내고 있었다.
BOD의 경우, 1차침전지 29, 생물반응조 91, 최종방류수 49 %, T-N의 경우, 1차침전지 18, 생물반응조 45, 최종방류수 21 %, T-P의 경우, 1차침전지 19, 생물반응조 37, 최종방류수 26 % 등으로, 평균적으로는 각 단위공정별로 대체적으로 양호한 처리효율을 나타내고 있었으나, 생물반응조에서의 처리효율 변동성은 크게 나타나고 있었다. 이와 같은 원인은, 본 처리시설의 경우 간헐적으로 공장폐수가 유입됨으로 인하여 충격 부하가 가해져 급격히 상태가 악화되는 경우가 간헐적으로 발생하고 있었으며, 또한 이차침전지에서 미세 floc.
6 일 범위로 변동폭이 매우 크게 나타났으며 동절기에는 수온저하에 대비하여 SRT를 길게 운전하고 있었으나 변동폭이 크게 나타났다. SVI는 200 이상의 측정값이 빈번히 발생하여 슬러지 침강성이 양호하지 않은 것으로 측정되었으며, 주요 원인으로는 공장폐수의 유입에 기인한 것으로 관측되었다. 즉, 간헐적으로 공장폐수가 유입되어 생물반응조의 MLDO가 급격히 상승하고 질산화 효율이 빠르게 감소하며 이차침전지 슬러지 침강성 저하 및 Pin floc.
그림 12는 생물반응조내 HRT를 측정한 결과로서, 5.3～16.3 시간 범위로 운전되어 변동폭이 크게 나타났으며 평균 HRT는 12.3 시간으로서 설계치인 10.1 시간에 비해 다소 긴 체류시간으로 운전되었으나, 하절기로 접어들면서 강우에 의한 우수의 유입으로 점차 낮아져 최소 5.3 시간으로 가동되는 경우도 나타났다. 이와 같이 처리 용량을 상회하여 시간 최대 유량인 22,500 ㎥/일을 상회하는 하수 유량을 생물반응조로 유입시킬 경우 정상적인 하수처리능력을 기대할 수 없다.
이와 같은 현상은 강우에 의한 우수 유입의 영향으로 관측되었다. 또한 수질 변동폭이 큰 요인은 분류식 하수관거에서의 짧은 하수 유달시간과 불규칙한 연계처리수 유입 등의 영향으로 시간대별 유입 수질의 변동폭이 크게 나타나고 있었다.
생물반응조 내의 MLSS 및 스컴 등에 대한 미생물 관측 결과, 생물반응조에서 다양한 세균 플록과 섬모층류 등이 관찰되었으나, 사상균의 일종인 Sphaeotilus가 관측되어 bulking 현상의 발생 우려가 있었다. 또한 스컴 관측 결과, 일반적으로 포기조에 분포하는 Zooglorea 이외에 침강성을 저하와 스컴의 원인이 되는 방선균류와 사상균이 발견되었다.
실험기간 동안 최종방류수질 측정결과를 아래 그림 15 ∼18에 나타내었다. 방류수질 측정 분석 결과, 4개 항목 모두 방류수질기준 이내로 안정적으로 처리되었다. 이와 같이 간헐적인 공장폐수의 유입으로 인하여 생물학적 고도처리가 불안정하게 운전됨에도 불구하고 최종방류수질이 안정적으로 유지될 수 있었던 것은, 스컴 발생을 진동식 흡입장치로 지속적으로 제거하고 있었고, 최종적으로 여과설비를 적용하였기 때문으로 판단된다.
또한 동절기 수온이 낮아질 경우, 미생물 활성이 떨어지므로 질산화 미생물 활성 유지를 위해 공기공급량을 증가시켜 운전하고, 생물반응조 MLSS 농도를 높게 유지하여 유기물 분해 및 질산화 반응이 원활하도록 유도하여야 한다. 본 측정결과에서 가을과 겨울철에 수온 하강에 대비하여 MLSS 농도가 다소 높게 운전되고 있었으며, 여름철에는 종종 우수 유입에 따른 영향 등으로 낮은 농도를 나타내곤 하였다.
6 일로 동절기 수온저하에 따른 질산화 효율 감소 시 SRT를 길게 운전할 필요가 있으며, 수온이 상승한 여름철에는 미생물의 증식속도가 빠르므로 SRT를 낮게 유지시킬 필요가 있다. 실험결과, 동절기에 는 SRT를 길게 운전하여 수온저하에 대한 대비를 하였으나 변동폭이 크게 나타났으며, 여름철 유입하수량 증가 및 수온 상승으로 인한 미생물 증식율이 증가함에도 불구하고 겨울철보다는 감소하였으나 SRT를 다소 길게 유지하고 있었다.
각 항목들의 분석방법은 수질 오염공정시험방법에 준하여 측정하였다. 유입수질 평균 농도는 BOD 162, SS 148, T-N 34, T-P 3.1 mg/L으로서, 설계기준값인 각각 161, 160, 34, 5.6 mg/L와 비교하여 항목에 따라 비슷하거나 약간 낮은 농도값을 나타내었으나, 우기를 제외한 기간에서는 설계기준값보다 오히려 높은 농도를 나타내고 있었다. 한편, 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 각 측정항목 모두 수질 변동폭이 크게 나타났으며, 하절기로 접어들면서 전체적으로 유입농도가 낮아지는 경향을 나타내었다.
단위공정별 처리효율은 1차침전지, 생물반응조, 최종방류수에 대하여, BOD의 경우 각각 29, 91, 49 %, T-N의 경우 18, 45, 21 %, T-P의 경우 19, 37, 26 % 등으로, 평균적으로는 각 단위공정별로 대체로 양호한 처리효율을 나타내었으나, 생물반응조에 서의 처리효율 변동성은 크게 나타나고 있었다. 최종방류수 수질은 스컴 발생을 진동식 흡입장치로 지속적으로 제거하고 최종 여과설비를 적용하여 대체적으로 안정적인 수질상태를 나타내고 있었다.
한편, 사상균의 일종인 Sphaeotilus 가 관찰됨에 따라 bulking 현상이 나타날 우려가 있으므로 포기조 내의 산기관 위치 조절이나 포기량 증가 등을 통하여 사상균의 지나친 번식을 억제 할 필요가 있었다.
후속연구
또한 일시적으로 유입되는 독성물질의 농도를 희석시켜 충격부하를 감소시키기 위한 유량조정조 설치를 검토하여야 할 것으로 판단된다. 또한 미처리된 공장폐수의 유입을 미연에 방지하여 하수처리장이 정상적으로 운영될 수 있도록 처리구역내 공장폐수의 무단방류 행위를 지속적으로 단속하여야 할 것이다.
또한 통상적으로 공장폐수가 유입될 경우 유입수의 독성물질을 감지할 수 있는 사전 경보시스템을 설치하여 운영자가 빠르게 대처를 할 수 있도록 하는 것이 타당하다고 판단된다. 또한 일시적으로 유입되는 독성물질의 농도를 희석시켜 충격부하를 감소시키기 위한 유량조정조 설치를 검토하여야 할 것으로 판단된다. 또한 미처리된 공장폐수의 유입을 미연에 방지하여 하수처리장이 정상적으로 운영될 수 있도록 처리구역내 공장폐수의 무단방류 행위를 지속적으로 단속하여야 할 것이다.
이에 대한 대책으로는 미생물 floc. 해체 및 자산화 현상을 방지 할 수 있도록 생물반응조 공기공급량을 감소시키는 대응운전이 필요하며, 유입수 독성물질 사전경보 시스템을 설치하고, 일시적으로 유입되는 독성물질의 충격부하를 감소시키기 위한 유량조정조 설치가 필요한 것으로 판단되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
질산화란 무엇인가?
질산화는 독립영양계 미생물인 질산화미생물의 에너지 대사과정이다. 즉, 미생물성장에 필요한 에너지는 주로 암모니아와 같은 질소화합물의 산화로부터 얻어지는 데 종속영양 미생물과는 달리 질산화미생물은 유기탄소 보다 탄산가스(무기탄소)를 새로운 세포의 합성에 탄소 원으로 이용한다.
생활하수의 배출원과 주요 함유성분은 무엇인가?
이와 같은 방류수역의 수질 악화를 방지하기 위하여 방류수 수질기준을 설정하게 되었고, 또한 배출원들은 각각의 배출허용기준치 이하로 처리할 수 있는 하·폐수 처리시설을 설치하도록 하였다. 생활하수의 경우, 주로 주거지역, 상업시설 및 공공시설로부터 배출되며, 주요 함유성분으로는 부유물질, 생분해성 유기물, 질소 및 인 성분 등이다. 반면에 공장폐수의 경우, 업종과 공정에 따라 배출량과 함유성분이 천차만별이며 함유성분 중에 특히 난분해성 물질, 독성물질 및 중금속 등이 함유되어 있을 때에는 처리시 특별한 주위를 필요로 한다.
질소와 인에 대한 방류수질기준은 어떻게 변화하였는가?
이들 하수처리시설들에 적용된 처리공법들은 ’90년대 중반 이전 까지는 부유물질과 생분해성 유기물을 주요 제거대상 물질로 한 표준활성슬러지 공법이 주로 적용되 어 왔다. 하지만 방류수역의 하천과 호소 등에 녹조 및 적조 현상의 발생이 빈번하고 심각해짐에 따라, 이와 같은 부영양화 현상의 원인물질인 질소·인 성분에 대한 제거의 필요성이 절실하게 되었으며 ’96년 이후 총질소와 총인 항목에 대한 방류수질 기준(T-N : 60 mg/L, T-P : 8 mg/L)을 정하여 규제하기 시작하였다. 이후 강화되어 현재는 총질소 20 mg/L, 총인 2 mg/L이며, 2012년 이후 에는 총인의 경우 0.5 mg/L 이하로 대폭 강화될 예정이다. 이와 같이 방류수질기준이 강화됨에 따라 이에 대응하기 위하여 기존 또는 신설 하수처리시설들은 고도처리 공법을 도입하여 운영하고 있으며 적용된 고도처리공법 들은 주로 생물학적 질소·인 처리공법들이다.
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