급속 OUR(Oxygen Uptake Rate) 모니터링 방법을 이용한 폐수내 COD 분율 예측

Abstract

하수처리장의 운전 및 관리의 최적화를 위해서는 현재 유입되고 있는 유입수 특성 파악이 중요하며, 그 중에서도 유입 COD에 대한 정확하고도 신속한 사전인지여부는 하수처리장 운영모델 모사에 있어 매우 중요한 인자로서 발표되고 있다. 하수처리장 운영모델 모사에서 중요한 점은 이화학적으로는 확인이 불가능한 COD의 분석능 확보인데, 산소이용율(OUR; Oxygen Uptake Rate) 측정방법은 하수처리의 각 공정을 모니터링하고 미생물의 동역학적 인자를 도출함은 물론 이화학적 분석이 불가능한 이분해성 COD(RBCOD; Readily Biodegradable COD)의 분율분석에 매우 유용한 방법으로 알려져 있다. 일반적으로 유입수내 RBCOD를 측정하기 위한 OUR 실험은 높은 F/M비 조건에서 장시간 동안 기질 제거와 산소소모량, 그리고 미생물량의 변화를 통해 그 결과를 획득하였다. 하지만, 이는 미생물 성장을 고려하여야 하기 때문에 보다 복잡한 동역학적 해석이 필요하다. 또한 본 연구에서 기대하는 하수처리장 운영모델의 실시간 공정제어의 관점과도 거리가 있다. 따라서 본 연구에서는 합성폐수를 이용한 최적 F/M비를 도출하였고, 미생물 호흡율 변화에 영향을 미치는 원인 분석과, 미생물 호흡율과 SCOD(Soluble COD), DOC(Dissolved Organic Carbon) 변화를 비교 검토하였다. 또한 이화학적으로 분석이 불가능한 RBCOD에 대해서 OUR, OC(Oxygen Consumption), Yield 값을 이용하여 분율 예측하였다. 본 연구의 호흡도 분석을 위해 제작된 연속식 반응기는 두께 0.5cm의 아크릴재질의 원통형 포기부(Main reactor, 2L)와 DO 측정부(DO chamber, 110mL), DO meter로 구성하였다. pH와 온도는 각각 7.0±0.1, 20±1oC를 유지 하였으며, 공기의 유출·입을 막기 위해 본체와 상부사이를 O-ring 으로 밀폐시켰다. 분석 결과 합성폐수를 이용한 최적 F/M비는 0.03~0.05로 나타났다. 최적 F/M비를 생활하수와 공장계 폐수에 적용하였을 때, 생활하수는 합성폐수와 거의 흡사한 약 20분대에서 변곡점이 발생하였지만, 공장계 폐수의 경우 적정 F/M비에서는 합성폐수와 동일하게 변곡점이 발생하지 않았다. 공장계 폐수의 경우 F/M비 0.0075에서 만족스러운 결과가 도출되었다. 생활 하수와 공장계 폐수의 OUR 곡선에 따른 SCOD, DOC의 변동특성은 OUR에 따라서 SCOD 및 DOC의 변동도 동일하게 나타나는 것으로 분석되었다. 이는 미생물의 성장과 호흡에 기질 소모가 발생되고 있다는 것을 보여 주는 결과로서 본 실험의 OUR 반응으로서 그 이유를 설명할 수 있다고 판단된다. OUR과 OC, Y 값을 통한 RBCOD를 예측하였을 때 생활 하수는 51.42%~55.77%, 공장계 폐수는 6.45~6.75%로 예측이 되었다. 이는 생활하수가 공장계 폐수에 비해 미생물의 활성도를 저해시키는 요인이 없었기 때문으로 판단된다. 급속 OUR 측정법을 통해 RBCOD 값을 예측하는 것은 OC 값과 Y값이 많은 비중을 차지했다. OC 값과 Y 값은 미생물의 활성도에 따라 차이를 보인다. 따라서 급속 OUR 측정법으로서 RBCOD 예측을 위해서는 미생물의 활성도를 저해시키는 인자를 제거 하여 최적의 조건을 만들어야 한다고 생각한다.