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문제 정의
- 본 연구에서는 경상북도 봉화군에 신설된 마을하수도 11개소의 운전 결과 분석을 실시하였다. 이를 토대로 대상 지역 유입하수의 특징, 마을하수도에 도입된 공법의 효율 확보를 위한 운전조건 및 타 공법과의 효율 분석을 통한 적용성에 관한 연구를 수행하였다.
제안 방법
- BOD, TN 및 TP의 경우에는 운전 기간 동안의 MLSS 농도 범위에서는 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 전체적으로 운전 된 MLSS 농도를 500mg/L 간격의 그룹으로 나누어 각 처리 효율을 분석하였다. 그 결과 COD와 BOD의 경우 운전된 전체 SRT에서 약 80% 이상의 고효율을 보이는 것으로 나타났으며, TN과 TP의 경우에도 평균 60% 이상의 제거 효율을 보인 것으로 분석되었다.
- 운전 자료 수집 기간 동안 운전 SRT는 10 ~ 140일 정도로 나타났으며, 이는 본 공법의 적정 SRT로 알려진 인 15 ~ 35일 보다 긴 SRT로 운전되었다. 전체적으로 운전 된 SRT를 10일, 20일 간격의 그룹으로 나누어 각 운전 결과를 분석하였다. 그 결과 COD, SS와 BOD의 경우 운전된 전체 SRT에서 약 80% 이상의 고효율을 보이는 것으로 나타났다.
- 5에서는 SRT(Solid Retention Time, 고형물체류시간)에 따른 오염항목 별 제거 효율을 분석하였다. 초기 운전 SRT는 실시설계 시 수행한 하수모형실험결과와 동일한 공법으로 타 지역에서 운전 중인 마을하수도 운전 결과를 참고하여 결정하였다. COD는 운전 기간 중 SRT 조건에서 80%이상, BOD는 95% 이상 그리고 SS는 90%의 안정적인 고효율을 보였다.
대상 데이터
- Fig. 3에서는 유입하수의 특성을 파악하기 위해 운전 결과 수집 기간 동안 봉화군 신설 마을하수도와 2012년 하수도통계를 통해 제공된 대표적인 도시지역인 서울시 그리고 대표적인 농촌지역인 김제군 유입하수의 COD, BOD, TN, TP 및 SS 농도를 나타내었다. 봉화군 신설 마을하수도 유입하수 오염물질 농도는 COD: 81.
- 본 연구에서는 경상북도 봉화군에 신설된 마을하수도 11개소의 운전 결과 분석을 실시하였다. 이를 토대로 대상 지역 유입하수의 특징, 마을하수도에 도입된 공법의 효율 확보를 위한 운전조건 및 타 공법과의 효율 분석을 통한 적용성에 관한 연구를 수행하였다.
- 봉화군의 하수도 보급률은 소규모 및 면규모 지역보다 다소 높은 53%로 집계되었다(Bong-hwa gun, 2012). 신설된 마을하수도 처리 대상 지역 면적은 6.06km2이며, 인구는 6,070명으로 조사되었다.
- 연구 대상지역은 경상북도 봉화군으로 구미·대구·부산 등 낙동강 인근 지역의 주요 상수원이자 상수원 보호구역인 안동·임하댐 상류에 위치하고 있으며, Fig. 1을 통해 봉화군 및 신설된 마을하수도의 위치를 확인 할 수 있다.
이론/모형
- 2에서는 봉화군 마을하수도에 도입된 공법의 모식도를 확인 할 수 있다. 수질 분석은 각 마을하수도의 유입수와 방류수를 주 1회 채취하였으며, 모든 수질 항목은 수질오염공정시험법에 의거하여 분석하였다.
성능/효과
- 1) 봉화군의 마을하수도 유입 특성을 분석하였을 때, 도시지역에 비해 고농도의 오염물질이 유입되며, 다른 농촌 지역과 비교하였을 때 유기물의 농도가 높은 것으로 나타났다. 이는 봉화지역에서 발생하는 농업용수 및 가축 분뇨의 영향으로 분석되었으며, 나아가 농촌 지역 하수 관리를 위해서는 농업용수 및 가축 분뇨의 관리가 필요할 것으로 판단된다.
- 2) 봉화군의 마을하수도 처리 효율 분석 결과 COD 80%, BOD 95%, TN 60%, TP 70% 그리고 SS 95% 이상의 처리 효율을 보이는 것으로 나타났다. 이는 환경부에서 신기술로 지정된 타 공법들의 처리 효율과 비교하였을 때, 유기물 및 부유물질의 경우 유사하였으며, 영양염류의 경우에는 다소 낮은 효율을 보였다.
- 3) 봉화군 마을하수도에 적용된 공법에서 운전 기간 중 SRT에 따른 영향은 유기물 및 부유물질의 경우 크게 영향을 받지 않은 것으로 나타났다. 하지만 영양염류의 경우 SRT 100일 이상으로 운전하였을 때, 긴 SRT로 인해 미생물 활성도가 떨어져 효율이 감소하는 것으로 판단된다.
- 4) 마을하수도 공법 선정 및 도입 시 마을하수도 유입 특성을 고려하여 가장 적합한 공법을 도입해야 한다고 판단된다. 봉화군에 신설된 마을하수도 11개소에 도입된 공법의 경우 처리 효율적인 측면에서 접근하였을 때, 방류수 수질 기준을 모두 만족하였으나 운전 및 유지관리에 각별한 관심을 기울여야 할 것으로 생각된다.
- COD의 경우 MLSS 3500 mg/L 이상에서 다소 효율이 감소하는 것으로 나타났는데, 긴 SRT로 인해 MLSS가 증가하게 되고 미생물의 활성도에 영향을 받은 것으로 보인다. BOD, TN 및 TP의 경우에는 운전 기간 동안의 MLSS 농도 범위에서는 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 전체적으로 운전 된 MLSS 농도를 500mg/L 간격의 그룹으로 나누어 각 처리 효율을 분석하였다.
- 초기 운전 SRT는 실시설계 시 수행한 하수모형실험결과와 동일한 공법으로 타 지역에서 운전 중인 마을하수도 운전 결과를 참고하여 결정하였다. COD는 운전 기간 중 SRT 조건에서 80%이상, BOD는 95% 이상 그리고 SS는 90%의 안정적인 고효율을 보였다. 하지만 영양염류의 경우 마을하수도 별 처리효율이 다소 차이를 보이는 것으로 나타났으며, TN의 경우 60%, TP의 경우 70% 정도의 효율을 보였다.
- 그 결과 COD, SS와 BOD의 경우 운전된 전체 SRT에서 약 80% 이상의 고효율을 보이는 것으로 나타났다. TN과 TP의 경우 SRT가 100일 이상일 때, 처리 효율이 40%로 낮게 나타나기도 하였지만, 평균 60% 이상의 제거 효율을 보인 것으로 분석되었다. 이는 전체적인 운전 기간 동안 유기물, 부유물질 그리고 영양염류는 안정적인 처리 효율을 보인 것으로 사료된다.
- 전체적으로 운전 된 SRT를 10일, 20일 간격의 그룹으로 나누어 각 운전 결과를 분석하였다. 그 결과 COD, SS와 BOD의 경우 운전된 전체 SRT에서 약 80% 이상의 고효율을 보이는 것으로 나타났다. TN과 TP의 경우 SRT가 100일 이상일 때, 처리 효율이 40%로 낮게 나타나기도 하였지만, 평균 60% 이상의 제거 효율을 보인 것으로 분석되었다.
- 전체적으로 운전 된 MLSS 농도를 500mg/L 간격의 그룹으로 나누어 각 처리 효율을 분석하였다. 그 결과 COD와 BOD의 경우 운전된 전체 SRT에서 약 80% 이상의 고효율을 보이는 것으로 나타났으며, TN과 TP의 경우에도 평균 60% 이상의 제거 효율을 보인 것으로 분석되었다. 전체적인 운전 기간 동안 MLSS의 농도에 큰 영향 없이 유기물, 부유물질 그리고 영양염류는 처리 효율에 큰 변동을 보이지 않았다.
- 특히 겨울철 기온이 낮아짐에 따라 영양 염류의 처리 효율을 유지하기 어려운 경우가 발생하기에 이에 대한 대책이 필요하며, 이 시기에는 생물반응조의 유지관리가 중요해진다. 봉화군 신설 마을하수도 운전 결과를 살펴보면 겨울철인 2012년 1월 ~ 2월인 8주까지 방류수 수질에 변동이 있었지만 방류수 수질 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
- 서울시의 평균 유입하수의 농도는 COD: 136 mg/L, BOD: 66 mg/L, TN: 31 mg/L, TP: 3 mg/L 그리고 SS: 109 mg/L, 김제군의 경우 COD:84 mg/L, BOD: 43 mg/L, TN: 38 mg/L, TP: 4 mg/L 그리고 SS: 85 mg/L로 조사되었다(MOE, 2012). 봉화군의 유입하수 농도는 모든 항목에서 도시지역에 비해 높았으며, 다른 농촌지역에 비해서는 COD, BOD 그리고 SS 가 높고, TN과 TP는 유사한 것으로 나타났다. 유기물과 영양염류가 도시지역보다 높은 이유는 고농도의 유기물과 질소를 함유한 농업용수와 가축분뇨의 유입에 의한 것으로 판단된다.
- 6에서는 본 공법에서 반응조 내 MLSS 농도에 따른 유기물과 영양 염류의 처리 효율을 분석하였다. 운전 기간 동안 마을하수도 반응조 내 MLSS 농도는 1,500 mg/L ~ 14,000 mg/L 넓은 범위를 보였으며, 적정 MLSS 범위로 알려진 1,500 mg/L ~ 5,000 mg/L 범위로 유지되었다. COD의 경우 MLSS 3500 mg/L 이상에서 다소 효율이 감소하는 것으로 나타났는데, 긴 SRT로 인해 MLSS가 증가하게 되고 미생물의 활성도에 영향을 받은 것으로 보인다.
- 4는 봉화군 신설 마을하수도 운전 자료가 수집된 기간 동안 주별로 마을하수도 11개소의 유입수와 방류수의 농도를 대표성을 가질 수 있는 median 값으로 정리하여 나타내었다. 운전 기간 동안 유입하수의 농도는 변동을 보인 반면 방류수의 농도는 안정적으로 유지되었다고 판단된다. 2012년 5월인 20주를 전 후로 하여 유입하수의 농도가 감소하는 경향을 보였는데, 이는 해빙과 강우에 의해 희석현상이 발생한 것으로 사료된다(Hong, 2002).
- 특히 TN과 TP의 경우 MLSS 농도에 의한 영향 보다는 SRT에 의한 영향이 큰 것으로 판단된다. 전체적으로 COD 80%, BOD 95%, TN 60% 그리고 TP 70% 이상의 처리 효율을 보인 것으로 보아 반응조 내 MLSS농도가 적절하게 유지된 것으로 판단된다.
- 그 결과 COD와 BOD의 경우 운전된 전체 SRT에서 약 80% 이상의 고효율을 보이는 것으로 나타났으며, TN과 TP의 경우에도 평균 60% 이상의 제거 효율을 보인 것으로 분석되었다. 전체적인 운전 기간 동안 MLSS의 농도에 큰 영향 없이 유기물, 부유물질 그리고 영양염류는 처리 효율에 큰 변동을 보이지 않았다. 특히 TN과 TP의 경우 MLSS 농도에 의한 영향 보다는 SRT에 의한 영향이 큰 것으로 판단된다.
- COD는 운전 기간 중 SRT 조건에서 80%이상, BOD는 95% 이상 그리고 SS는 90%의 안정적인 고효율을 보였다. 하지만 영양염류의 경우 마을하수도 별 처리효율이 다소 차이를 보이는 것으로 나타났으며, TN의 경우 60%, TP의 경우 70% 정도의 효율을 보였다. 특히 SRT 100일 이상으로 운전된 경우 처리 효율이 감소하는 것을 확인 할 수 있다.
- 하지만 봉화지역의 경우 유입하수 농도, SRT 및 MLSS 농도 등 운전 인자 변화들로 인해 미생물의 활성도가 다소 감소하여 처리 효율이 감소한 것에 의한 것으로 판단된다. 하지만 운전 결과 수집 기간 동안 고효율을 보인 운전 조건을 유지할 경우 타 공법들에 비해 떨어지지 않는 오염물질 처리 효율을 보일 것으로 사료된다. 이는 마을하수도 도입 후 운전 및 유지관리의 중요성을 나타내는 것으로 해석될 수 있다.
후속연구
- 하지만 MLSS 3,000 mg/L ~ 3,500 mg/L로 운전하였을 때, 효율이 가장 높게 나타났다. 본 공법을 마을하수도에 적용하여 운전할 경우 운전 시 SRT 및 MLSS 조절이 필요하며, 특히 영양염류의 경우에는 SRT 조절에 각별한 관심을 기울여야 할 것으로 판단된다.
- 이는 마을하수도 운전 및 유지관리 정도에 영향을 받은 것으로 판단되며, 마을하수도 처리 효율을 높이기 위해서는 운전 및 유지관리에 각별한 관심을 기울여야 할 것으로 보인다. 특히 본 공법의 경우 동절기에도 적절한 유지관리가 이루어지면, 안정적인 효율을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
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