[논문]하수처리장 방류수에서 TOC와 COD 유기물관리

황석호; 박제철

doi:10.5322/jesi.2018.27.4.261

하수처리장 방류수에서 TOC와 COD 유기물관리
Management of TOC and COD Organic Matter of Effluents in Sewage Treatment Plants 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.27 no.4, 2018년, pp.261 - 266

황석호 (금오공과대학교 환경공학과) , 박제철 (금오공과대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the organic matter of effluents from sewage treatment plants, located in the Nakdong watershed was investigated. Regression equations were computed using treated sewage data to convert the chemical oxygen demand(COD) concentrations, which are mostly available from an open database, into total organic carbon(TOC) concentrations. The average concentration of organic matter in the sewage treatment plant effluents were 2.2~16.8 mg/L for COD and 3.4~14.3 mg/L for TOC. The concentrations of COD were positively correlated with the TOC concentrations. The correlation between COD and TOC was relatively high, at 0.865(p<0.01). Based on these results, regression analysis was conducted. The regression equation for TOC was $1.651{\times}COD_{Mn}-0.084$ ($R^2=0.84$). Furthermore, organic matter-related databases for more sewage treatment plants need to be built in order to establish TOC standards and manage the water quality.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 낙동강수계 10개소 하수처리장 방류수의 COD와 TOC 유기물을 분석하였고, 하수처리장별 COD와 TOC 유기물의 상관관계 및 회귀 분석을 실시하여 수질관리 정책의 기초자료로 활용하고자 한다.
본 연구는 낙동강 수계에 설치된 하수처리장 10개소를 대상으로 COD, TOC 유기물의 특성을 조사하였다. 연구대상 하수처리장은 지역별로 대구 6개소(A F), 구미 3개소(G I), 밀양 1개소로 선정하였으며(J), 각 하수처리장은 공통적으로 활성슬러지 처리방법을 채택하고 있었다.
이중 생활하수가 주 유입원인 하수 처리장은 대구지역 4개소, 구미지역 1개소, 밀양지역 1개소 등 총 6개소였고, 생활하수+공단폐수는 대구지역 2개소, 구미지역 2개소 등 총 4개소였다. 이와 같이 본 연구에서는 하수처리장 방류수의 COD, TOC 유기물특성을 알아보기 위하여 각기 다른 유입수의 특성을 보이는 지역을 조사대상지로 선정하였다.

제안 방법

COD 농도는 수질오염공정시험기준의 100 과망간산칼륨법을 이용하여 측정하였고, TOC와 DOC(Dissolved Organic Carbon) 농도는 유기탄소분석기(Shimadzu TOC-VCHP)의 NPOC 방법을 이용하여 측정하였다(MOE, 2011). COD/TOC(%) 산화율은 COD로 산화되는 유기물의 양을 탄소량으로 환산하기 위하여 측정농도에 탄소와 산소의 무게비인 12/32를 곱하고, 여기에 몰비인 1.1 로 나누어 환산하였다.
COD와 TOC 측정방법의 정확성과 신뢰성을 검토하기 위해 표준물질을 이용하여 산화율과 상대정확도를 측정하였다(Table 1). COD 농도는 Mn 산화력, 온도, 유기물의 종류 등에 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 자연계의 유기물을 그대로 재현할 수 없기 때문에 Glucose를 이용하여 산화력을 측정하고 있다.
구미지역 하수처리장 방류수에서 측정된 유기물 항목 간의 상관성을 조사하였다(Table 3). 유기물 지표간의 상관성은 전반적으로 유의한 상관성을 보였고, 대부분 생분해성이고 일부 난분해성 유기물을 포함하는 COD 유기물은 DOC>BOD>TOC 순으로 높은 상관성을 보였고, 이와 반대로 난분해성을 많이 포함하고 일부 생분해성으로 구성되어 있는 TOC 유기물은 DOC>BOD>COD 순으로 높은 상관성을 나타냈다.

대상 데이터

5% 정도로 측정값의 정확도와 신뢰성도 높게 나타났다. 또한, 본 연구에서는 TOC 측정방법의 정확성과 신뢰성을 검토하기 위해 표준물질로 프탈산 수소칼륨을 이용하였다. TOC 분석기에 의한 표준물질의 연소율은 97.
본 연구는 낙동강 수계에 설치된 하수처리장 10개소를 대상으로 COD, TOC 유기물의 특성을 조사하였다. 연구대상 하수처리장은 지역별로 대구 6개소(A F), 구미 3개소(G I), 밀양 1개소로 선정하였으며(J), 각 하수처리장은 공통적으로 활성슬러지 처리방법을 채택하고 있었다. 이중 생활하수가 주 유입원인 하수 처리장은 대구지역 4개소, 구미지역 1개소, 밀양지역 1개소 등 총 6개소였고, 생활하수+공단폐수는 대구지역 2개소, 구미지역 2개소 등 총 4개소였다.
2. 조사방법
조사기간은 2014년 9월부터 2015년 3월까지 총 6회에 걸쳐 조사하였으며, 채수한 시료는 4 이하로 냉장 보관하여 실험실로 운반하였다. COD 농도는 수질오염공정시험기준의 100 과망간산칼륨법을 이용하여 측정하였고, TOC와 DOC(Dissolved Organic Carbon) 농도는 유기탄소분석기(Shimadzu TOC-VCHP)의 NPOC 방법을 이용하여 측정하였다(MOE, 2011).

이론/모형

조사기간은 2014년 9월부터 2015년 3월까지 총 6회에 걸쳐 조사하였으며, 채수한 시료는 4 이하로 냉장 보관하여 실험실로 운반하였다. COD 농도는 수질오염공정시험기준의 100 과망간산칼륨법을 이용하여 측정하였고, TOC와 DOC(Dissolved Organic Carbon) 농도는 유기탄소분석기(Shimadzu TOC-VCHP)의 NPOC 방법을 이용하여 측정하였다(MOE, 2011). COD/TOC(%) 산화율은 COD로 산화되는 유기물의 양을 탄소량으로 환산하기 위하여 측정농도에 탄소와 산소의 무게비인 12/32를 곱하고, 여기에 몰비인 1.

성능/효과

또한, 본 연구에서는 TOC 측정방법의 정확성과 신뢰성을 검토하기 위해 표준물질로 프탈산 수소칼륨을 이용하였다. TOC 분석기에 의한 표준물질의 연소율은 97.6%로 대부분 연소산화 되는 것으로 나타났고, 표준물질에 대한 상대정확도가 2% 정도로 COD 측정방법과 같이 높은 정확성과 data의 신뢰성을 확인할 수 있었다.
TOC 중 비교적 분해가 쉬운 COD 유기물이 차지 하는 비율은 대구지역 6개소(A F)와 밀양지역(J) 하수처리장에서 20~36%로 낮은 비율이었고, 구미지역 3개소 하수처리장에서 평균 66% 정도로 높게 나타났다. 낙동강수계 하수처리장별 방류수의 COD/TOC 비율은 평균 38%로 한강수계에서 측정된 약 42%보다는 약간 낮은 비율이었지만 거의 비슷한 결과를 나타내고 있었다(Lee et al.
낙동강수계 하수처리장 방류수의 COD, TOC 농도는 처리장으로 유입되는 하수특성에 따라 약간의 차이를 보였으며, 생활하수를 주로 처리하는 지역의 방류수에서 유기물 농도가 낮게 나타났고, 공단폐수가 포함된 하수를 처리하는 지역의 방류수에서는 유기물 농도가 전반적으로 높은 경향을 보였다. TOC(총유기물)에 대한 COD 유기물의 비율은 약 38%로 타 수계(42%)보다는 약간 낮은 비율이었지만 거의 비슷한 결과를 나타내고 있었다.
COD 농도는 Mn 산화력, 온도, 유기물의 종류 등에 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 자연계의 유기물을 그대로 재현할 수 없기 때문에 Glucose를 이용하여 산화력을 측정하고 있다. 수질 오염공정시험기준의 COD(이론적 60% 회수율) 산화율은 99.7%로 Mn으로 대부분 산화가 되는 것으로 확인되었으며, 표준물질에 대한 상대정확도가 1.5% 정도로 측정값의 정확도와 신뢰성도 높게 나타났다. 또한, 본 연구에서는 TOC 측정방법의 정확성과 신뢰성을 검토하기 위해 표준물질로 프탈산 수소칼륨을 이용하였다.
유기물 지표간의 상관성은 전반적으로 유의한 상관성을 보였고, 대부분 생분해성이고 일부 난분해성 유기물을 포함하는 COD 유기물은 DOC>BOD>TOC 순으로 높은 상관성을 보였고, 이와 반대로 난분해성을 많이 포함하고 일부 생분해성으로 구성되어 있는 TOC 유기물은 DOC>BOD>COD 순으로 높은 상관성을 나타냈다.
하수처리장 방류수는 표준활성슬러지 방식으로 유기물을 처리하여 방류시키기 때문에 생분해성의 유기물은 대부분 처리되고 있지만 조사시기와 유입수의 특성에 따라 COD/TOC 비율은 처리장별로 약간의 차이가 있는 것으로 조사되었다. 이와 같은 결과로 볼 때, 겨울철에는 수온의 감소로 유기물의 분해속도가 늦어져 방류수의 COD 농도가 높아져 전반적으로 COD/TOC 비율이 높아지고, 또한 공장폐수 등 난분해성의 유기물이 다량 유입되는 처리장에서 유기물의 분해속도가 늦어져 COD/TOC 비율이 전반적으로 높아지는 것으로 나타났다.
지역별 하수처리장 방류수의 COD와 TOC 평균 농도는 각각 2.2 16.8 mg/L, 3.4 14.3 mg/L로서 유입수의 성상별 특성에 따라 농도편차가 크게 나타났다(Table 2). 하수처리장 중 생활하수가 많이 유입되는 대구지역 4개소(A, C, D, E), 구미, 밀양지역 각 1개소(G, J)의 COD와 TOC 평균 농도는 각각 2.
하수처리장 방류수의 COD와 TOC 농도간 상관관계는 유의한 상관성을 보였으며(상관계수 0.865, p<0.01), 두 유기물 지표 간에 산정된 회귀식 TOC =1.651×CODMn-0.084 (R2=0.84)는 이전 한강수계의 하수처리장 조사결과보다는 크고, 하천에서의 결과보다는 작게 나타났다.
3 mg/L로서 유입수의 성상별 특성에 따라 농도편차가 크게 나타났다(Table 2). 하수처리장 중 생활하수가 많이 유입되는 대구지역 4개소(A, C, D, E), 구미, 밀양지역 각 1개소(G, J)의 COD와 TOC 평균 농도는 각각 2.2 5.3mg/L, 3.4 4.5 mg/L로 비교적 낮은 농도를 나타냈고, 나머지 생활하수와 함께 공단폐수가 유입되는 4개소의 COD와 TOC 평균 농도는 각각 4.8 16.8 mg/L, 7.1 14.3 mg/L로 비교적 높은 농도를 보였다. 한강 수계 하수처리장 방류수에서 측정된 이전 결과(COD 5.

후속연구

이렇게 TOC 농도를 산정하는 회귀식의 기울기가 다른 이유는 시료에 포함된 유기물의 종류에 따라 달라지는데 분해가 쉬운 생분해성 유기물이 많아 COD 농도가 높은 경우에는 기울기가 크고, 이와 반대로 난분해성의 유기물이 많이 포함되어 COD 농도가 낮게 측정되는 경우에는 기울기가 낮게 나타난다고 할 수 있다. 그러나 본 연구와 이전 연구의 COD와 TOC 유기물의 상관관계를 분석한 결과자료가 제한적이고, 또한 지역별로 하수도 유형, 하수처리 방식, 하수처리장 규모, 유입수의 발생오염원 특성 등 다양한 조건에 따라 달라 질수 있으므로 앞으로 지속적인 모니터링을 통해 자료를 장기간 축적한 다면 COD 유기물관리 뿐만 아니라 TOC 기준 설정과 수질관리 정책에 크게 기여할 것으로 판단된다.
84)는 이전 한강수계의 하수처리장 조사결과보다는 크고, 하천에서의 결과보다는 작게 나타났다. 이러한 결과는 하수처리 방식, 하수처리장 규모, 발생오염원 특성 등 다양한 조건에 따라 달라질 수 있으므로 앞으로 국내 하수처리장을 대상으로 지속적인 모니터링을 통하여 자료를 장기간 축적하여 분석한다면 하천 및 호소의 COD 유기물관리 뿐 만 아니라 수질오염총량관리제 TOC 기준 설정과 하수처리장의 방류수의 배출기준 등 수질관리 정책에 크게 기여할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	COD의 대안으로 떠오른 TOC의 장점은?	최근 기존 유기물 지표인 COD의 대안으로 TOC (Total Organic Carbon) 농도가 논의되고 있으며 2006년에는 수질오염공정시험기준에 TOC 항목이 신설된 바 있다(MOE, 2008). 더욱이 TOC 농도는 저농도 범위에서도 정확도가 유지되며 유기물 성상에 따른 농도 변화 차이가 적고 연속측정 시 유리한 장점을 가지고 있어(Thurman, 1985), 향후 수질오염총량제 및 수환경 변화에 대비하여 유기물 항목으로 유리한 점을 지니고 있다. 이러한 측면에서 볼 때 하수처리장 방류수의 TOC 농도 자료를 축적하여 수계 내 유기물 관리를 위한 정책적 변화에 대처할 필요가 있을 것으로 보인다(Lee et al.
	오염물질을 증가의 원인은?	산업발전과 도시화에 의한 생활수준의 향상은 오염물질을 증가시키는 원인이 되었고, 이로 인하여 하천 호소의 자정능력은 점진적으로 상실되고 있다. 이에 따라 국민건강보호 및 쾌적한 수 생태환경 조성을 위해 다양하게 발생하는 오염물질의 오염도를 판단하고, 수질정책 등을 결정하기 위해 여러 가지 수질 오염 지표를 활용하여 관리하고 있다.
	우리나라 수질환경기준의 유기물오염도 평가방법은 시작과 발전방향은 어떠했는가?	이에 따라 국민건강보호 및 쾌적한 수 생태환경 조성을 위해 다양하게 발생하는 오염물질의 오염도를 판단하고, 수질정책 등을 결정하기 위해 여러 가지 수질 오염 지표를 활용하여 관리하고 있다. 우리나라 수질환경기준의 유기물오염도 평가방법은 초창기에는 BOD(Biochemical Oxygen Demand), COD(Chemical Oxygen Demand)로 결정되었고, 하•폐수처리를 통한 수질관리의 대부분도 유기물관리 중심으로 발전되어 왔다(Han and Choi, 2011). 결국 우리나라의 수질 관리는 유기물오염도로 평가하는 것이 일반화되었고, 1차 수질오염총량제 기간에도 BOD 항목이 목표수질의 척도가 되었다.

참고문헌 (14)

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상세보기
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Thurman, E. M., 1985, Organic geochemistry of natural water, Kluwer Academic Publishers, 25-2-185.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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