국내의 상수원으로 사용하는 수질보호구역은 주로 농촌지역인 경우가 많다. 농촌지역의 경우 인구수 및 인구밀도가 높지 않아 하수도 시스템 보급이 열악하여 상수원 관리를 위해서는 농촌지역의 하수처리에 관리가 필요하다. 본 연구에서는 농촌지역에 위치한 마을하수도 4개소와 하수처리장의 운전결과를 분석하였다. 마을하수도보다 하수처리장에서 고농도의 오염물질이 유입되었으며, 방류수 수질 기준은 모두 만족하는 것으로 나타났다. 하지만 마을하수도의 방류수의 오염물질 농도가 하수처리장보다 더 높은 것으로 조사되었다. 처리 효율에서는 median 값으로 유기물(BOD, COD)의 경우 약 5%정도, 영양염류(T-N, T-P)의 경우 최대 30%정도 높게 검출되었다. 또한 오염물질 처리효율에 MLSS, DO 및 체류시간과 같은 생물반응조 운전 인자가 미치는 영향에 대해 분석하였다. 그 결과 운전 조건에 따라 오염물질 처리효율이 변하는 것으로 나타났다. 따라서 농촌지역에서 하수 관리를 위해서는 생물 반응조 운전 조건 등의 유지관리에 주의를 기울여야 한다.
국내의 상수원으로 사용하는 수질보호구역은 주로 농촌지역인 경우가 많다. 농촌지역의 경우 인구수 및 인구밀도가 높지 않아 하수도 시스템 보급이 열악하여 상수원 관리를 위해서는 농촌지역의 하수처리에 관리가 필요하다. 본 연구에서는 농촌지역에 위치한 마을하수도 4개소와 하수처리장의 운전결과를 분석하였다. 마을하수도보다 하수처리장에서 고농도의 오염물질이 유입되었으며, 방류수 수질 기준은 모두 만족하는 것으로 나타났다. 하지만 마을하수도의 방류수의 오염물질 농도가 하수처리장보다 더 높은 것으로 조사되었다. 처리 효율에서는 median 값으로 유기물(BOD, COD)의 경우 약 5%정도, 영양염류(T-N, T-P)의 경우 최대 30%정도 높게 검출되었다. 또한 오염물질 처리효율에 MLSS, DO 및 체류시간과 같은 생물반응조 운전 인자가 미치는 영향에 대해 분석하였다. 그 결과 운전 조건에 따라 오염물질 처리효율이 변하는 것으로 나타났다. 따라서 농촌지역에서 하수 관리를 위해서는 생물 반응조 운전 조건 등의 유지관리에 주의를 기울여야 한다.
Protected area of water for supply source is located mostly of rural area in Korea. Normally, sewage treatment system is poor to manage in rural, because low population and density. Rural area need sewage treatment system to supervise supply source of water. In this study, analysis on operation resu...
Protected area of water for supply source is located mostly of rural area in Korea. Normally, sewage treatment system is poor to manage in rural, because low population and density. Rural area need sewage treatment system to supervise supply source of water. In this study, analysis on operation result of 4 RCSTP and MWTP is located at the rural area. Higher concentration of pollutant were inflows to MWTP than RCSTP, and effluent quality standard is satisfaction. However, RCSTP effluent pollutant concentrations was researched higher than MWTP. The organic matter(BOD, COD) were about 5% of a high treatment efficiency to a median. The nutrient(T-N, T-P) were detected Up to high 30%. Also, we analyzed to effect reactor operational parameters on the pollutant treatment efficiency like mixed liquer suspended solid(MLSS), dissolved oxygen(DO) and sludge retention time(SRT). As a result, pollutant treatment efficiency showed fluctuation in accordance with operating condition. Thus, it is necessary to manage the reactor operation condition for management of rural area sewage treatment.
Protected area of water for supply source is located mostly of rural area in Korea. Normally, sewage treatment system is poor to manage in rural, because low population and density. Rural area need sewage treatment system to supervise supply source of water. In this study, analysis on operation result of 4 RCSTP and MWTP is located at the rural area. Higher concentration of pollutant were inflows to MWTP than RCSTP, and effluent quality standard is satisfaction. However, RCSTP effluent pollutant concentrations was researched higher than MWTP. The organic matter(BOD, COD) were about 5% of a high treatment efficiency to a median. The nutrient(T-N, T-P) were detected Up to high 30%. Also, we analyzed to effect reactor operational parameters on the pollutant treatment efficiency like mixed liquer suspended solid(MLSS), dissolved oxygen(DO) and sludge retention time(SRT). As a result, pollutant treatment efficiency showed fluctuation in accordance with operating condition. Thus, it is necessary to manage the reactor operation condition for management of rural area sewage treatment.
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문제 정의
이를 통하여 마을하수도 및 하수처리장의 유입수 및 방류수의 특성을 파악하였다. 또한 처리효율에 대한 MLSS, DO 및 체류시간과 같은 생물반응조 운전 인자가 미치는 영향에 대해 분석하여 상수원의 오염물질 처리 효율을 높일 수 있는 조건 등에 관한 연구를 수행하였다.
제안 방법
마을하수도 및 하수처리장 방류수의 농도를 Fig. 4으로 나타내었으며, 마을하수도는 주단위, 하수처리장은 매일 측정하여 각 방류수의 농도를 대표하는 median값으로 정리하였다. 운전기간동안 오염물질 농도에 변화를 보인 유입수 와 달리 방류수의 농도는 안정적으로 유지된 결과가 나왔다.
본 연구에서는 경상북도 봉화군에 위치한 마을하수도 4개소 및 하수처리장을 대상으로 운전결과를 분석하였다. 이를 통하여 마을하수도 및 하수처리장의 유입수 및 방류수의 특성을 파악하였다. 또한 처리효율에 대한 MLSS, DO 및 체류시간과 같은 생물반응조 운전 인자가 미치는 영향에 대해 분석하여 상수원의 오염물질 처리 효율을 높일 수 있는 조건 등에 관한 연구를 수행하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 경상북도 봉화군에 위치한 마을하수도 4개소 및 하수처리장을 대상으로 운전결과를 분석하였다.
본 연구의 연구 대상지역은 경상북도 봉화군으로 동쪽으로 울진･영양, 서쪽으로 영주, 남쪽으로 안동, 북쪽으로 강원도 영월･태백･삼척과 접하고 있으며, 대구･경북 지역 주요 상수원으로 사용되는 낙동강 상류에 위치하고 있다. Fig.
이론/모형
봉화군 내 도입된 공법은 선회와류식 SBR공법, 고효율 오수합병 정화시설, 회분식 활성슬러지 공법 그리고 IC-SBR등이 있다. 그 중 본 연구에서 분석한 마을하수도 및 하수 처리장에서는 선회와류식 SBR공법이 적용되어 있으며 Fig. 2 에서 공법의 모식도를 확인할 수 있다. 이 공법은 유량조 절조, SBR반응조, 생물막여과조로 구성되어 있다.
터빈 하나로 혐기, 무산소, 호기반응의 구동이 가능하므로 구조가 매우 간단하고 유지관리와 운전관리 및 조작이 편리하다. 수질 분석은 마을하수도의 유입수와 방류수는 주 1회, 하수처리장의 유입수와 방류수는 매일 채취하였으며 모든 수질 항목은 수질오염공정시험법에 의거하여 분석하였다(KECO, 2011; KONETIC, 2010; MOE, 2008).
성능/효과
1) 봉화군의 하수도 유입수에는 일반적인 도시지역에 비해 농업 및 축산업에 의한 고농도의 유기물 등이 포함되어 있어 농업용수 및 가축의 분뇨 관리를 통해 봉화군지역의 하수 관리가 필요한 것으로 판단된다.
BOD, COD 그리고 T-P는 전반적으로 비슷한 제거효율을 보였지 만 T-N은 SRT가 높아질수록 효율이 떨어지는 것으로 나타 났다. 15 ~ 30 day SRT조건에서도 낮은 효율이 보이긴 했 지만 주로 90%이상의 효율을 보였으나 40 SRT 이상에서는 90% 이하의 효율을 보였다. 이는 질소제거는 MLSS보다 SRT조건에 더 민감하게 반응 한다는 것을 알 수 있다.
2) 마을하수도 및 하수처리장 유입수의 특성 분석 결과, 하수처리장에서 오염물질의 농도가 전체적으로 더 높게 나타났는데 이는 하수처리장의 처리지역에 인구밀집이 높아 더 많은 오염물질이 유입이 된 것으로 사료되며 방류수에서는 오염물질의 농도가 하수처리장에서 더 낮은 농도가 측정되었다. 따라서 마을하수도의 운전 및 유지관리 조절에 관심을 가진다면 개선된 효율을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
3) DO 농도에 따른 유기물의 처리 효율은 특별한 변화를 보이지 않았다. 그러나 하수처리장에 비해 마을하수도에서 더 넓은 범위의 효율을 보였는데 이는 용량 차이, 다른 운전조건이나 환경적 요소로 인한 영향을 받은 것으로 사료된다.
4) MLSS와 SV30같은 미생물량에 대한 지표에서 하수처리장의 T-N제거 효율은 MLSS가 높아짐으로 인해 미생물의 활성이 영향을 받아 제거 효율이 낮아지는 것으로 나타났다. 또한, 하수처리장의 SRT는 반응조의 면적, 계절에 따른 외부 온도나 유입량에 따라 편차가 심하여 범위가 넓게 나타났으며 T-N은 높은 SRT조건에서는 제거 효율이 다소 떨어지는 것으로 나타났다.
5) 마을하수도 및 하수처리장의 처리 효율 분석 결과 유기물(BOD, COD)의 경우에는 대부분 90%이상의 효율을 보였으나, 영양염류(T-N, T-P)의 경우 봉화 하수처리장에서 90%이상의 효율을 보이고 마을하수도에서는 60 ∼ 70%의 효율이 나타냈다.
일반적 유지 기준은 SRT 는 7 ∼ 30 day이며 HRT는 약 6hr으로 알려져 있으나 반 응조 면적･유입량이나 계절에 따라 온도가 달라져 미생물의 농도도 변하기 때문에 편차가 심한 것으로 판단된다. BOD, COD 그리고 T-P는 전반적으로 비슷한 제거효율을 보였지 만 T-N은 SRT가 높아질수록 효율이 떨어지는 것으로 나타 났다. 15 ~ 30 day SRT조건에서도 낮은 효율이 보이긴 했 지만 주로 90%이상의 효율을 보였으나 40 SRT 이상에서는 90% 이하의 효율을 보였다.
10에서는 봉화군 마을하수도 및 하수처리장 오염물질 처리효율의 median값을 비교하여 나타내었다. BOD는 4곳의 마을하수도와 하수처리장에서 각각 97%, 96%, 97%, 96% 그리고 98%의 제거 효율을 보였으며 COD는 91%, 91%, 91%, 89% 그리고 93%의 제거 효율을 보였다. 전반적으로 90%이상 높은 효율을 나타내었다.
하수처리장에서도 대부분 90%이상의 효율을 보이며 특히 BOD는 95%이상의 제거 효율을 나타냈다. DO농도차에 따라서 제거효율이 별다른 변화를 보이지는 않았지만 하수 처리장에 비해 마을하수도에서는 제거효율이 더 넓은 범위를 보였는데 이는 마을하수도와 하수처리장이 약 20배의 용량 차이가 나기에 운전조건이나 환경적 요소로 인한 영향이 더 민감하게 나타난 것으로 사료된다.
전반적으로 90%이상 높은 효율을 나타내었다. T-N은 69%, 71%, 59%, 65% 그리고 90%의 제거 효율을 보였으며 T-P는 71%, 64%, 66%, 63% 그리고 97%의 제거효율을 보였다. 마을하수도에서는 유기물(BOD, COD)은 대부분 90%이상의 효율을 보였지만, 영양염류(T-N, T-P)는 약 60 ∼ 70%의 효율밖에 보이지 않았다.
마을하수도에서의 T-N과 T-P는 모든 MLSS 조건에서 넓은 범위의 제거효율을 보였다. 그러나 BOD와 COD는 90%이상의 비교적 안정적인 제거효율을 보였다. SV30(Sludge Volume 30)은 반응조의 미생물 침전율에 대한 지표이다.
운전기간동안 오염물질 농도에 변화를 보인 유입수 와 달리 방류수의 농도는 안정적으로 유지된 결과가 나왔다. 또한, 유입수에서는 오염물질의 농도가 마을하수도보다 하수처리장에서 더 높게 측정되었으나 유출수에서는 하수 처리장에서 더 낮은 농도가 측정되었다. 방류수의 경우 ‘공공하수처리시설의 방류수 수질 기준’에 따라 운전 자료 수집 기간 동안 방류수 수질 기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다.
4) MLSS와 SV30같은 미생물량에 대한 지표에서 하수처리장의 T-N제거 효율은 MLSS가 높아짐으로 인해 미생물의 활성이 영향을 받아 제거 효율이 낮아지는 것으로 나타났다. 또한, 하수처리장의 SRT는 반응조의 면적, 계절에 따른 외부 온도나 유입량에 따라 편차가 심하여 범위가 넓게 나타났으며 T-N은 높은 SRT조건에서는 제거 효율이 다소 떨어지는 것으로 나타났다. 이는 질소처리에 MLSS보다 SRT조건에서 더 민감하게 반응한다는 것을 알 수 있으며 적정 SRT를 유지하여 안정적인 영양염류 처리가 필요할 것으로 판단된다.
마을하수도 및 하수처리장에서 각각 0.47 ∼ 4.96(평균 2.27) mg/L, 0.4 ∼ 4.69(평균 1.61) mg/L의 DO농도로 일반적인 수치보다 다소 넓은 범위를 보였다.
하수처리장의 T-N제거 효율은 MLSS가 높아질수록 제거 효율이 낮아지는 것으로 나타났다. 마을하수도에서의 T-N과 T-P는 모든 MLSS 조건에서 넓은 범위의 제거효율을 보였다. 그러나 BOD와 COD는 90%이상의 비교적 안정적인 제거효율을 보였다.
61) mg/L의 DO농도로 일반적인 수치보다 다소 넓은 범위를 보였다. 마을하수도의 모든 DO농도 조건에서 BOD는 90%이상의 높은 제거효율 을 보였으며, COD도 80%이상의 제거 효율을 보였다. 하수처리장에서도 대부분 90%이상의 효율을 보이며 특히 BOD는 95%이상의 제거 효율을 나타냈다.
운전 기간 동안 마을하수도 및 하수처리장 반응조 내 MLSS 농도는 각각 890 ∼ 4,520(평균 2,470) mg/L, 1,630 ∼ 3,030(평균 2,333) mg/L의 범위를 보였으며, 적정 MLSS 범위로 알려진 2,000 mg/L ∼ 5,000 mg/L 범위보단 낮게 운전되었다.
4으로 나타내었으며, 마을하수도는 주단위, 하수처리장은 매일 측정하여 각 방류수의 농도를 대표하는 median값으로 정리하였다. 운전기간동안 오염물질 농도에 변화를 보인 유입수 와 달리 방류수의 농도는 안정적으로 유지된 결과가 나왔다. 또한, 유입수에서는 오염물질의 농도가 마을하수도보다 하수처리장에서 더 높게 측정되었으나 유출수에서는 하수 처리장에서 더 낮은 농도가 측정되었다.
BOD는 4곳의 마을하수도와 하수처리장에서 각각 97%, 96%, 97%, 96% 그리고 98%의 제거 효율을 보였으며 COD는 91%, 91%, 91%, 89% 그리고 93%의 제거 효율을 보였다. 전반적으로 90%이상 높은 효율을 나타내었다. T-N은 69%, 71%, 59%, 65% 그리고 90%의 제거 효율을 보였으며 T-P는 71%, 64%, 66%, 63% 그리고 97%의 제거효율을 보였다.
9 mg/L의 값을 보였다. 전체적으로 영농업에 의해 고농도의 유기물이 유입되어 일반적인 도시지역에 비해 높은 오염물질이 유입된 것으로 보인다. median값으로 보면 마을하수도에 비해 하수처리장의 오염물질이 전체적으로 높게 나타났는데 이는 하수처리장의 처리지역에 인구밀집이 높아 더 많은 유입이 된 것으로 사료된다.
마을하수도와 하수처리장의 T-N과 T-P는 넓은 범위의 제거 효율을 보였다. 하수처리장의 T-N제거 효율은 MLSS가 높아질수록 제거 효율이 낮아지는 것으로 나타났다. 마을하수도에서의 T-N과 T-P는 모든 MLSS 조건에서 넓은 범위의 제거효율을 보였다.
후속연구
2) 마을하수도 및 하수처리장 유입수의 특성 분석 결과, 하수처리장에서 오염물질의 농도가 전체적으로 더 높게 나타났는데 이는 하수처리장의 처리지역에 인구밀집이 높아 더 많은 오염물질이 유입이 된 것으로 사료되며 방류수에서는 오염물질의 농도가 하수처리장에서 더 낮은 농도가 측정되었다. 따라서 마을하수도의 운전 및 유지관리 조절에 관심을 가진다면 개선된 효율을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
5) 마을하수도 및 하수처리장의 처리 효율 분석 결과 유기물(BOD, COD)의 경우에는 대부분 90%이상의 효율을 보였으나, 영양염류(T-N, T-P)의 경우 봉화 하수처리장에서 90%이상의 효율을 보이고 마을하수도에서는 60 ∼ 70%의 효율이 나타냈다. 이는 마을하수도에서 유입된 영 양염류의 양이 보다 적어 효율이 낮은 것으로 판단되며, 방류수 수질 기준은 모두 만족하였으나 운전 및 유지관리에 관심을 기울여야 할 것으로 보인다.
또한, 하수처리장의 SRT는 반응조의 면적, 계절에 따른 외부 온도나 유입량에 따라 편차가 심하여 범위가 넓게 나타났으며 T-N은 높은 SRT조건에서는 제거 효율이 다소 떨어지는 것으로 나타났다. 이는 질소처리에 MLSS보다 SRT조건에서 더 민감하게 반응한다는 것을 알 수 있으며 적정 SRT를 유지하여 안정적인 영양염류 처리가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수질보호구역의 하수도 보급이 어려운 이유는 무엇인가?
국내의 상수원으로 사용하는 수질보호구역 인근은 대부 분 주민 대다수가 1차 산업에 종사하는 농촌 지역으로, 도 시 지역에 비해 인구수 및 인구 밀도가 낮아 하수도 보급에 어려움이 따른다. 일반적으로 농촌 지역에서는 생활용수나상업용수뿐만 아니라 농업용수, 가축분뇨 등의 고농도 오염 물질을 포함하고 있는 하수가 발생된다.
고농도 오염 물질을 포함하고 있는 하수를 농촌 지역에서 어떻게 처리하고 있는가?
일반적으로 농촌 지역에서는 생활용수나상업용수뿐만 아니라 농업용수, 가축분뇨 등의 고농도 오염 물질을 포함하고 있는 하수가 발생된다. 하지만 많은 농촌 지역에서 마을하수도 보급률이 낮아 하수가 처리되지 않고 그대로 수계로 유입되고 있다(Im and Gil, 2011a, 2011b; Koh, 2002). 이러한 생활하수 등에 의해서 유기물이나 영 양염류 등이 농촌지역의 낮은 하수도 보급으로 인해 상수 원 수질 악화에 원인이 되고 있으며, 상수원의 수질 관리에 다수의 기관에서 노력을 들임에도, 상수원의 수질은 악화되 고 있다고 한다(Cho et al.
고농도 오염 물질을 포함하고 있는 하수란 무엇인가?
국내의 상수원으로 사용하는 수질보호구역 인근은 대부 분 주민 대다수가 1차 산업에 종사하는 농촌 지역으로, 도 시 지역에 비해 인구수 및 인구 밀도가 낮아 하수도 보급에 어려움이 따른다. 일반적으로 농촌 지역에서는 생활용수나상업용수뿐만 아니라 농업용수, 가축분뇨 등의 고농도 오염 물질을 포함하고 있는 하수가 발생된다. 하지만 많은 농촌 지역에서 마을하수도 보급률이 낮아 하수가 처리되지 않고 그대로 수계로 유입되고 있다(Im and Gil, 2011a, 2011b; Koh, 2002).
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