KR100259469B1

KR100259469B1 - 생물폐수의생화학적산소요구량측정방법

Info

Publication number: KR100259469B1
Application number: KR1019980012589A
Authority: KR
Inventors: 김태진; 김진경
Original assignee: 김태진
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2000-08-01
Also published as: KR19990079801A

Abstract

본 발명은 폐수에서 생화학적 산소요구량(BOD)을 연속측정하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것으로, 미지 BOD 생물폐수 시료 및 상기 미지 BOD 시료와 기지 BOD 시료와의 혼합 시료를 각각 3가지 이상의 다른 희석비로 희석하여 6개 이상의 시료를 제조하고, 상기 시료들을 용존산소센서에 각각 접촉시켜 시간에 따른 용존산소량 변화를 측정하여 용존산소 변화량에 대한 BOD 값의 검량곡선을 얻고, 상기 미지 BOD 시료의 희석액의 시간에 따른 용존산소량 변화를 측정한 다음 상기 검량곡선을 이용하여 BOD 값을 얻는 것을 포함하는, 생물폐수의 BOD 측정방법 및 이에 사용되는 장치를 제공한다. 본 발명의 방법에 따르면 미생물을 별도로 배양하는 단계가 필요없고, 단시간으로 간편하게 정확한 BOD 값을 구할 수 있다.

Description

생물폐수의 생화학적 산소요구량 측정 방법 및 이에 사용되는 장치{METHOD FOR MEASURING BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND OF BIOLOGICAL WASTE WATER AND APPARATUS THEREOF}

본 발명은 폐수 원액에 다량의 미생물이 존재하는 축산폐수, 식품공정폐수 또는 발효공정 폐수 등(이하 생물폐수라 한다.)의 생화학적 산소요구량 (Biochemical Oxygen Demand, BOD)를 연속적으로 측정하는 방법이다.

생물폐수의 공통점은 다량의 미생물과 유기물을 함유한 상태로 폐수처리장으로 유입된다는 점이다. 일반적으로 생물폐수의 오염 정도를 나타내는 BOD 값은 문헌[Japanese Industrial Standard Committee, Testing Methods for Industrial Waste Water, JIS K0102, 1986]에 기재된 윙클러 아지드 변법으로 측정되어 왔다. 그러나, 공정법상 BOD₅측정방법은 5일이라는 시간이 경과한 후에 측정값을 알 수 있으므로 축산폐수처리장 같은 다량의 미생물을 함유하는 폐수처리장에 있어 실시간 운전이 어려운 실정이다.

보다 신속한 BOD 측정을 위하여, 미합중국 특허 제4,350,763호에서는 용존센서막에 미생물을 고정시킨 미생물 고정화 센서를 이용하여 용존산소(Dissolved Oxygen, DO)의 변화(ΔDO)를 측정하고, ΔDO와 시료내 유기물 농도가 비례함을 이용하여 BOD 값을 측정하는 방법을 제공한다. 그러나, 상기 방법은 센서에 고정된 미생물의 활성이 시간에 따라 달라지는 등 재현성에 문제가 있다.

또한, WO 96/04399에서는, 시료와 배지를 혼합하여 미생물을 연속배양하고, 여기에 공기를 주입하여 유기물을 고갈시켜 내생호흡속도를 측정하고, 상기 내생호흡 상태의 미생물액에 시료를 첨가함으로써 신속하게 BOD를 측정하는 방법을 기술하고 있다. 그러나, 상기 방법에서는, 미생물을 별도로 배양해야 하는 등의 문제점이 있다.

더욱이 시판중인 기존 BOD측정 시스템은 다량의 미생물군이 함유된 폐수에서는 많은 오차를 보이므로 사용에 어려움이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 경제적이고 편리한 방법으로 단시간 내에 생물 폐수의 BOD 값을 정확히 측정하는 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 다양한 원액 함량에서 시간에 따른 용존산소량의 변화를 나타낸 그래프이고;

도 2는 원액 함량에 대한 용존산소량의 감소율을 도시한 그래프이고;

도 3은 용존산소량의 감소율에 대한 BOD₅값을 도시한 그래프이고;

도 4는 멸균처리한 증류수(□) 및 멸균처리한 생물폐수(○)의 시간에 따른 용존산소량의 변화를 나타낸 것이고;

도 5는 멸균처리한 생물폐수(□) 및 멸균처리하지 않은 생물폐수(○)의 시간에 따른 용존산소량의 변화를 나타낸 것이고;

도 6은 축산폐수(□) 및 상기 축산폐수에 포도당을 첨가한 경우(○)의 시간에 따른 용존산소량의 변화를 나타낸 것이고;

도 7은 표 1의 각 그룹별 용존산소 감소율 차이에 따른 BOD 검량곡선이며;

도 8은 본 발명의 BOD 연속측정 장치의 개략도이다.

*〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 용존산소센서 2 : 교반기

3 : BOD 측정용기 4 : 폐수시료 유입구

5 : 희석용 폭기 증류수 유입구

6 : 폐수 시료량 조절 수단 (삼상밸브)

7 : 희석용 폭기 증류수량 조절 수단

8 : 측정한 시료 배출 조절 수단

9 : 폐수시료 이송 펌프 10 : 폐수시료 저장조

11 : 희석용 폭기 증류수 이송 펌프

12 : 희석용 폭기 증류수 저장조

13 : 아날로그-디지탈 변환기

14 : 컴퓨터 15 : 조절기

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 미지 BOD 생물폐수 시료 및 상기 미지 BOD 시료와 기지 BOD 시료와의 혼합 시료를 각각 3가지 이상의 다른 희석비로 희석하여 6개 이상의 시료를 제조하고, 상기 시료들을 용존산소센서에 각각 접촉시켜 시간에 따른 용존산소량 변화를 측정하여 용존산소 변화량에 대한 BOD 값의 검량곡선을 얻고, 상기 미지 BOD 시료의 희석액의 시간에 따른 용존산소량 변화를 측정한 다음 상기 검량곡선을 이용하여 BOD 값을 얻는 것을 포함하는, 생물폐수의 BOD 측정방법을 제공한다.

또한, 본 발명에서는, 용존산소센서, 폐수시료 유입구, 희석용 폭기 증류수 유입구 및 측정된 시료 배출 조절 수단을 지닌 6개 이상의 생화학적 산소요구량 측정용기, 컴퓨터에 연결되어 상기 측정용기에 유입되는 폭기 증류수량 및 폐수 시료량과 시료 배출량을 제어하기 위한 조절기, 및 상기 용존산소센서 및 컴퓨터에 연결되어있는 아날로그-디지탈 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생물폐수의 생화학적 산소요구량 측정장치를 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 특징은 6개 이상의 다전극 용존산소(DO, Dissolved Oxygen)센서를 동시에 사용하여 생물폐수가 함유한 미생물의 용존산소 소모 변화에 따른 고유의 DO거동으로부터 구한 검량곡선을 이용하여 폐수의 BOD를 짧은 시간내에 연속적으로 측정함으로써 폐수처리공정을 효율적으로 지원하는 것이다.

본 발명에 사용되는 용존산소센서로는 시판되는 것이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명의 경우에 일반적인 1개의 용존산소센서가 아니라 6개 이상의 용존산소센서를 동시에 사용함을 특징으로 하므로 센서 시스템을 소형화할 필요성이 크다. 따라서, 센서들이 1개의 양극을 공유하도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 BOD 측정 방법을 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제 1 단계는 시료 및 희석수 유입단계이다. 폐수시료 저장조(10)의 폐수 일정량을 제어가능한 폐수시료 이송 펌프(9)에 의하여 BOD 측정 용기(3)로 유입시키고, 희석용 폭기 증류수 저장조(11)의 증류수 일정량을 제어가능한 증류수 이송 펌프(12)에 의하여 BOD 측정 용기(3)로 유입시킨다.

이때, BOD 값을 모르는 미지 시료, 및 상기 미지 BOD 시료와 BOD 값을 알고 있는 기지 시료와의 혼합시료를 각각 임의의 3가지 희석비로 제조하여 6개의 시료를 제조하도록 조절한다. BOD 측정 장치의 센서의 수가 증가하는 경우, 시료도 이에 맞추어 제조하는데, 예를들어 센서가 8개라면 4가지 희석비로 시료를 제조하게 된다.

본 발명에 사용되는 BOD 기지시료는 갈락토스, 슈크로스, 말토스, 포도당, 글루타민산 등 미생물의 성장조건을 저해하지 않는 다당류 또는 유기산 등이 사용될 수 있다. BOD 기지시료는 0.1 내지 30 % (v/v)의 양으로 폐수시료량 조절수단인 삼상밸브(6)를 이용하여 첨가될 수 있다.

이어서, 각 BOD 측정용기(3)에서 모터 구동형 DO센서(1)를 동시에 작동시키면서 1 내지 2 시간 동안 BOD 미지시료 및 혼합시료의 DO 거동을 연속적으로 계측한다. 상기에서 얻은 연속 계측한 자료의 선형구간을 포착하여 각각의 시료에서의 시간에 따른 DO 감소율을 구하고, 이를 이용하여 컴퓨터에 BOD 검량곡선을 입력한다.

마지막으로, 적절히 희석한 미지시료의 DO 거동을 1 내지 2 시간 동안 계측하여 미지시료의 DO 감소율을 계산하고, 입력된 BOD 검량곡선을 이용하여 미지시료의 DO 감소율과 일치하는 BOD값을 구한다. 이 단계에서는 다양한 희석율을 가진 시료용액을 6개의 센서를 사용하여 구한 BOD 값을 희석비로 보정한 값을 각각 구한 후 이의 평균값으로 BOD값을 구하는 것이 바람직하다. 이때 6개의 용존산소센서를 이용하여 검량 곡선을 얻는 단계와 이후에 미지 시료의 BOD를 측정하는 단계는 컴퓨터로 제어되어 연속적으로 수행된다.

본원 발명의 장치에서는 폐수, 폭기 증류수 및 시료 배출 조절 및 폐수 및 증류수 이송 등의 모든 공정이 컴퓨터에 연결된 조절기에 의해 제어될 수 있다. 또한, 본 발명의 장치의 BOD 측정용기에는 모터 구동형 DO센서가 장착되는 것이 바람직하고, 폐수, 증류수 및 시료 조절 수단으로는 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 삼상 밸브 등이 사용될 수 있다.

본 발명의 방법은 미생물이 포함되어 있지 않은 화학폐수에는 적용할 수 없으나, 생물폐수에 대해서는 폐수장의 미생물을 그대로 이용하므로 미생물의 보관을 위한 별도의 관리유지가 불필요한 장점을 갖고 있다. 따라서, 본 발명의 방법을 사용하여 생활폐수의 BOD를 경제적이고 간편하게 측정할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

참조예 1

BOD값을 아는 돈사의 축산폐수 시료를 폭기된 증류수로 10%(v/v), 20%(v/v), 40%(v/v), 60%(v/v) 및 80%(v/v)의 비율로 희석하였다. 용존산소센서를 이용하여 상기 희석액과 100% 원액의 시간에 따른 용존산소량의 변화를 측정하여 이를 도 1에 나타내었다(+:10%(v/v), ◇:20%(v/v), ▽:40%(v/v), △:60%(v/v), ○:80%(v/v) 및 □:100%(v/v)).

상기 데이터를 이용하여, 원액함량에 따른 용존산소량의 감소율을 도 2에 도시하였으며, 용존산소량 감소율에 대한 BOD₅값의 변화를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 용존산소량 감소율과 BOD₅값은 선형 비례관계를 나타낸다.

참조예 2

식품 생산공정에서 발생한 폐수를 멸균처리한 시료 1(○)과 순수한 증류수를 멸균처리한 시료 2(□)의 시간에 따른 용존산소량을 측정하여 도 4에 나타내었다.

따라서 두 시료의 용존산소량의 차이는 DO센서 자체의 전기화학적 영향에 의한 것임을 확인하였다.

참조예 3

식품 생산공정에서 발생한 폐수를 멸균처리한 시료 3(□)과 멸균처리하지 않은 시료 4(○)의 시간에 따른 용존산소량을 측정하여 도 5에 나타내었다.

따라서 두 시료의 용존산소량의 차이는 DO센서 자체의 전기화학적 영향과는 무관하게 생물폐수 중에 존재하는 미생물에 의한 순수한 △DO 거동 임을 확인하였다. 즉 시료중에 미생물이 존재함을 검정하였다.

참조예 4

돈사의 축산폐수를 발생하는 시료 5에 BOD 수치를 알고 있는 일정량의 포도당을 추가로 첨가한 시료 6의 DO 거동을 살펴본 결과 도 6과 같은 결과를 구하였다. 따라서 두 시료의 거동차(△DO)는 DO센서 자체의 전기화학적 영향과 무관하고, 폐수 중의 미생물과도 무관하며, 다만 BOD 수치를 사전에 알고 있는 첨가한 포도당에 의한 △DO 임을 확인하였다.

실시예 1

본 실시예는 표준 BOD 시료의 제조에 관한 것이다. 생물폐수 중의 미생물은 일반적으로 pH, 온도, DO, 영양분 등에 의존한다. 따라서 축산폐수중의 미생물 활동을 저해하지 않는 물질인 갈라토스, 말토스, 슈크로스, 포도당 및 글루타민산을 각각 증류수에 0.01% 농도로 용해시켜 표준용액을 제조하였다. 상기 제조된 0.01% 표준용액에 대한 DO 감소율을 구한 결과 표 1과 같았다. 이때 표준 시료의 BOD 측정방법은 윙클러 아지드 변법을 사용하였다.

표준용액 주성분	DO 감소율(ppm·분^-1)
갈락토스	0.006
말토스	0.005
슈크로스	0.002
포도당	0.007
글루타민산	0.008

실시예 2

본 실시예는 6개의 용존산소센서를 동시에 사용하여 BOD 검량곡선을 얻기 위한 것이다.

도 8의 장치를 사용하여 표 2에 요약한 바와 같은 시료를 제조한 후, 각 시료의 시간에 따른 용존산소량의 변화를 측정하였다. 사용된 BOD 기지 시료는 실시예 1에서 제조한 0.01% 포도당 표준용액이고, BOD 미지 시료는 축산폐수처리장의 방류수 이었다. 이때, 컴퓨터로 제어되는 삼상밸브(6)를 이용하여 전체 혼합 시료 부피중 미지 시료의 부피 비율을 90%로 일정하게 유지하였다.

그룹명	센서번호	희석비	기지 BOD시료첨가	미지 BOD 축산폐수 시료첨가
I	1	2	○	○
I	2	2	×	○
II	3	5	○	○
II	4	5	×	○
III	5	10	○	○
III	6	10	×	○

상기에서 얻은 결과로부터 작성한 각 그룹별 DO 감소율 차이에 따른 BOD 검량곡선은 도 7과 같다.

실시예 3

본 실시예는 실시예 2에서 구한 BOD 검량곡선(도 7)을 이용하여 미지 생물폐수의 BOD를 구하는 방법에 관한 것이다.

도 8의 BOD 측정 장치의 희석용 폭기 증류수 저장조(12)의 증류수를 증류수 이송 펌프(11)에 의하여 BOD 용기(3)로 이송하고, 이어서, 축산폐수 저장조(10)의 폐수를 폐수 이송펌프(9)에 의하여 BOD 용기(3)로 이송하여 60배 희석된 축산폐수를 제조하였다.

BOD 용기의 DO센서(1)로 상기 희석된 축산폐수의 시간에 따른 용존산소량감소를 측정하였으며, 이로부터 도 7의 검량곡선에 따라 미지시료의 BOD를 3,520ppm으로 계산하였다.

본 발명은 생화학적 산소요구량(BOD)를 6개의 용존산소센서를 동시에 활용함으로써, 미생물을 배양하는 장치없이 생물폐수 중의 미생물을 활용하여 미지의 시료에 대한 BOD를 연속적으로 측정하는 BOD계측 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 용존산소센서 시스템의 전기화학적 특성을 배제함으로써 폐수중에 존재하는 미생물에 의해서만의 BOD값을 측정하는 고유성을 갖고 있다. 또한 본 발명의 창의성은 6개 이상의 용존산소센서를 동시에 활용함으로써 짧은 시간 이내에 BOD 검량곡선을 구함으로써 현장의 다양한 폐수조건에 있는 실수요자가 유지 및 보수관리가 용이하도록 설계됨을 특징으로 한다.

Claims

미지 BOD 생물폐수 시료 및 상기 미지 BOD 시료와 기지 BOD 시료와의 혼합 시료를 각각 3가지 이상의 다른 희석비로 희석하여 6개 이상의 시료를 제조하고, 상기 시료들을 용존산소센서에 각각 접촉시켜 시간에 따른 용존산소량 변화를 동시에 측정하여 용존산소 변화량에 대한 BOD 값의 검량곡선을 얻고, 상기 미지 BOD 시료의 희석액의 시간에 따른 용존산소량 변화를 측정한 다음 상기 검량곡선을 이용하여 BOD 값을 얻는 것을 포함하는, 생물폐수의 BOD 측정방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기지 BOD 시료가 갈락토스, 슈크로스, 말토스, 포도당, 글루타민산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

용존산소센서, 폐수시료 유입구, 희석용 폭기 증류수 유입구 및 측정된 시료 배출 조절 수단을 지닌 6개 이상의 생화학적 산소요구량 측정용기, 컴퓨터에 연결되어 상기 측정용기에 유입되는 폭기 증류수량 및 폐수 시료량과 시료 배출량을 제어하기 위한 조절기, 및 상기 용존산소센서 및 컴퓨터에 연결되어있는 아날로그-디지탈 변환기를 포함하는 생물폐수의 생화학적 산소요구량 측정장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 용존산소센서들이 1개의 양극을 공유하는 것을 특징으로 하는 방법.