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문제 정의
- 본 연구에서는 농촌 소규모 하수도 보급 사업에 기여하고자 유입유량비 (유입유량 / 설계유량)가 소규모 하수처리장에 미치는 영향을 분석하였다. 경상북도 봉화군에 위치한 소규모 하수처리장 18개소의 운전 자료를 바탕으로 소규모 하수처리장 유입수의 유입유량비 특성, 계절 별 유입유량비 변화 및 소규모 하수처리장 처리 효율에 유입유량비가 미치는 영향을 분석하였다.
- 경상북도 봉화군에 위치한 소규모 하수처리장 18개소의 운전 자료를 바탕으로 소규모 하수처리장 유입수의 유입유량비 특성, 계절 별 유입유량비 변화 및 소규모 하수처리장 처리 효율에 유입유량비가 미치는 영향을 분석하였다. 이를 바탕으로 안정적인 소규모 하수처리장 처리 효율을 위한 적정 유입유량비 산정에 관한 연구를 수행하였다
제안 방법
- 3.1절에서는 전체 운전 기간 동안의 소규모 하수처리장 유입수의 특성을 분석하였으며, 3.2절은 구간을 계절 별로 세분화(봄: 3∼5월, 여름: 6∼8월, 가을: 9∼11월, 겨울: 12월 ∼ 2월)하여 소규모 하수처리장의 유입수 특성을 분석하고자 하였다.
- 본 연구에서는 농촌 소규모 하수도 보급 사업에 기여하고자 유입유량비 (유입유량 / 설계유량)가 소규모 하수처리장에 미치는 영향을 분석하였다. 경상북도 봉화군에 위치한 소규모 하수처리장 18개소의 운전 자료를 바탕으로 소규모 하수처리장 유입수의 유입유량비 특성, 계절 별 유입유량비 변화 및 소규모 하수처리장 처리 효율에 유입유량비가 미치는 영향을 분석하였다. 이를 바탕으로 안정적인 소규모 하수처리장 처리 효율을 위한 적정 유입유량비 산정에 관한 연구를 수행하였다
- 연구대상 지역의 하수관거 역시 분류식 하수도 형태로 이루어져있다. 수질 샘플 채취는 2013년 1년간 소규모 하수처리장 별 주 1회씩(총 52주) 실시하여, 소규모 하수 처리장 운전 효율 분석을 위한 장기간 데이터를 확보하였다. 하수처리장 샘플 채취 시간은 09 ∼ 16시 사이에 실시하였으며, 샘플 채취 지점은 유입하수, 생물반응조 유출부, 최종 침전지 및 방류수 샘플을 채취하여 수질오염공정시험법에 의거하여 수질 분석을 실시하였다.
- 유입유량비 구분 구간은 0 ∼ 0.8 (유입 하수량이 설계 유량에 비해 적은 구간), 0.8 ∼ 1.2 (유입 하수량이 설계 유량과 비슷한 구간) 그리고 1.2 이상 (유입 하수량이 설계 유량보다 많은 구간)으로 구분하였다.
- 하수처리장 샘플 채취 시간은 09 ∼ 16시 사이에 실시하였으며, 샘플 채취 지점은 유입하수, 생물반응조 유출부, 최종 침전지 및 방류수 샘플을 채취하여 수질오염공정시험법에 의거하여 수질 분석을 실시하였다.
대상 데이터
- 2016년 하수도 통계에 따르면 봉화군 하수관거는 분류식 하수도 형태로 구성되어있으며, 총 연장은 122,172 m이다(MOE, 2016). 본 연구 대상 소규모 하수처리장은 경상북도 봉화군이며, 2013년 이전부터 운영되던 소규모 하수처리장는 10개소와 2013년 이후 운영되고 있는 소규모 하수처리장 8개소 총 18개소이다. 연구대상 지역의 하수관거 역시 분류식 하수도 형태로 이루어져있다.
- 본 연구가 이루어진 지역은 경상북도 봉화군으로 전형적인 농촌지역의 특징을 보이는 지역이다. 특히 봉화군 지역은 경상도 지역의 주요 상수원인 낙동강과 상수원 보호구역인 안동·임하댐과 인접하여 위치하고 있다.
성능/효과
- (b) 유입수 농도의 경우 BOD 15 ∼ 259 mg/L, COD 20 ∼ 159 mg/L, SS 19 ∼ 196 mg/L, TN 14 ∼ 60 mg/L 그리고 TP 1.4 ∼ 6.0 mg/L의 범위를 보였다.
- 하지만 유입유량비가 증가할수록 처리효율이 다소 증가하는 경향을 보였다. 반면 (d) ∼ (e) 영양염류의 경우에는 (a) ∼ (c) 유기물과 부유물질과는 다르게 유입유량비에 따라 처리효율의 변화가 큰 것으로 나타났다. 유입유량비가 낮은 구간에서는 처리 효율이 낮게 나타났으며.
- 1) 소규모 하수도의 경우 유입수의 유입유량비와 농도의 변화가 큰 것으로 나타났다. 여름철의 경우 하수 유입유량이 가장 많은 반면 오염물질의 농도가 다른 시기에 비해 낮은 경향을 보였다.
- 2) 유입유량비와 SVI의 관계를 살펴보면 조사기간동안 보인 유입유량비 범위에서는 SVI 50이하의 값을 보여 안정적인 슬러지 처리가 이루어졌다고 판단된다. 하지만 유입유량비가 증가할수록 SVI가 증가하는 경향을 보였다.
- 3) 유입유량비가 증가할수록 유기물, 부유물질 및 영양염류의 처리 효율이 증가하는 경향을 보였다. 영양염류의 경우 타 항목에 비해 유입유량비가 처리 효율에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다.
- 유입유량비가 증가하면서 처리 효율이 증가하였다. Fig. 4에서 확인할 수 있듯이 유입유량 비는 소규모 하수처리장 처리 효율에 영향을 미치는 것으로 조사되었으며, 영양염류 항목에서 유기물과 부유물질에 비해 그 영향이 큰 것으로 분석되었다. 이는 하수처리장 오염부하량 변화에 영양염류 처리 효율이 영향을 받는다는 것으로 해석할 수 있다.
- 즉, 하수처리장 유입부하의 경우 유량 및 농도에 영향을 받기 때문에 하수처리장 유입유량은 유입부하 변화에 영향을 미치며 이는 하수처리장 처리 효율과 관계가 있다고 할 수 있다. Fig. 6의 분석 결과를 통해 소규모 하수처리장에서는 유입 유량이 처리 효율에 영향(특히 영양염류)을 미치며, 0.8 이상의 유입유량비로 유입될 경우 약 60% 이상의 영양염류 처리효율을 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 Table 1 ∼ 3은 각 구간 별 최소값, 최대값, 평균값, 표준편차 및 중앙값을 정리하여 보여주고 있다.
- 하지만 전체 적인 유입하수량에서 80% 이상의 고효율을 보인 것으로 나타나 전체 유입유량비 구간에서 80% 이상의 안정적인 처리 효율을 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 반면 영양염류의 경우에는 유입유량비가 증가할수록 처리 효율이 증가하는 경향을 보였다. 유입유량비 1.
- 영양염류의 경우 타 항목에 비해 유입유량비가 처리 효율에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 본 연구 결과 안정적인 소규모 하수처리장 처리 효율을 위해서는 소규모 하수처리장 유입유량비 0.8 이상을 유지해야 할 것으로 판단된다.
- 유기물(BOD와 COD)과 부유 물질의 경우 가을철 가장 높은 농도로 유입되었으며, 영양 염류의 경우에는 가을철과 겨울철이 타 계절에 비해 높은 농도로 유입된 것을 확인할 수 있다. 본 연구 대상 지역 소규모 하수처리장의 경우에는 겨울철 영양염류의 농도는 여름철에 비해 중앙값을 기준으로 TN의 경우 약 17%, TP의 경우 약 4% 높게 유입되는 것으로 나타났다. 여기서 주목해야 할 점은 겨울철에도 고농도의 오염물질 유입된다는 점이다.
- 여름철 타 계절에 비해 많은 양의 하수가 소규모 하수처리장으로 유입되었기 때문에 오염물질이 희석효과에 의해 농도가 다소 감소한 것으로 판단된다. 유기물(BOD와 COD)과 부유 물질의 경우 가을철 가장 높은 농도로 유입되었으며, 영양 염류의 경우에는 가을철과 겨울철이 타 계절에 비해 높은 농도로 유입된 것을 확인할 수 있다. 본 연구 대상 지역 소규모 하수처리장의 경우에는 겨울철 영양염류의 농도는 여름철에 비해 중앙값을 기준으로 TN의 경우 약 17%, TP의 경우 약 4% 높게 유입되는 것으로 나타났다.
- 유입유량비 1.2 이상 구간에서 가장 높은 처리 효율을 보였지만, 0.8 ∼ 1.2 구간에서도 60%의 처리효율을 보이는 것으로 나타났다.
- 따라서 유입유량비에 따른 SVI의 변화는 안정적인 방류수 수질을 확보 가능성을 파악할 수 있다. 유입유량비에 따른 SVI를 분석한 결과 유입유량이 증가할수록 SVI가 증가하는 경향을 보였다. 하지만, 전제적인 운전 기간 동안 SVI는 50이하의 값을 보인 것으로 나타났으며, 이는 안정적인 슬러지 침전이 발생한 것을 확인할 수 있다.
- 이는 설계 용량의 약 74% 정도의 하수량이 소규모 하수처리장으로 유입된 것으로 조사되었다. 이처럼 계절 별로 유입유량비가 최대 20% 정도 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었으며, 여름철의 경우 기온 상승으로 인해 타 계절에 비해 사용 수량 증가에 의한 것으로 판단된다. 또한 이와 같은 계절 별 유입하수량의 변화는 소규모 하수처리장 운전 효율에 영향을 미칠 것으로 짐작할 수 있다(Hong, 2002).
- 2의 유입유량비와 다소 차이를 보이는 결과를 보였다. 조사한 모든 항목에서 여름철의 오염물질 농도가 가장 낮은 것으로 나타났다. 이는 Fig.
- 0 mg/L의 범위를 보였다. 특히 최저 농도와 비교하여 최대 17배 정도 높은 농도의 하수가 소규모 하수처리장으로 유입되는 것으로 나타났다. 이와 같이 연구 대상 지역 소규모 하수 처리장의 하수량 및 농도가 큰 차이를 보이는 것은 소규모 하수도의 특징 중의 하나인 처리 인구, 대상 지역 특성 및 계절적 특성과 같은 환경적 요인 등에 영향을 받기 때문이라 판단된다.
- 해당 오염물질 항목에서는 전체 운전 기간 동안 약 80% 이상의 처리 효율을 보였다.
후속연구
- 하지만, 전제적인 운전 기간 동안 SVI는 50이하의 값을 보인 것으로 나타났으며, 이는 안정적인 슬러지 침전이 발생한 것을 확인할 수 있다. 본 연구 대상 소규모 하수처리장의 유입유량비 범위에서는 안정적인 슬러지 침강을 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 이는 해당 유입유량비 범위에서 안정적인 방류수 수질 확보가 가능할 것으로 판단된다.
- 6의 (a) ∼ (c) 유기물 및 부유물질의 경우 설계 유량과 비슷한 유입 하수량 구간에서 처리 효율이 가장 높았던 것으로 나타났다. 하지만 전체 적인 유입하수량에서 80% 이상의 고효율을 보인 것으로 나타나 전체 유입유량비 구간에서 80% 이상의 안정적인 처리 효율을 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 반면 영양염류의 경우에는 유입유량비가 증가할수록 처리 효율이 증가하는 경향을 보였다.
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