KR100340157B1 - 최대산소소비속도를 이용한 유기폐수의 생화학적산소요구량 측정 방법 - Google Patents
최대산소소비속도를 이용한 유기폐수의 생화학적산소요구량 측정 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유기 폐수의 생화학적산소요구량(BOD) 측정 방법에 관한 것으로, 용존산소(DO) 측정 센서에 마이크로프로세서를 장착한 온라인 모니터링 시스템을 이용하여 유기 폐수 중의 미생물에 의한 산소소모 거동을 측정하여 구한 최대산소소비속도(OURmax)와 공정시험법으로 구한 BOD와의 상관관계로부터 BOD를 산출하는 본 발명의 방법은 수 분 정도의 짧은 시간 내에 폐수의 BOD 값을 측정할 수 있어 폐수의 BOD 값의 실시간 측정에 유용하게 사용할 수 있다.
Description
본 발명은 유기 폐수의 BOD 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DO 측정 센서에 마이크로프로세서를 장착하여 폐수의 DO 측정값으로부터 BOD 값을 짧은 시간 내에 산출할 수 있는 방법에 관한 것이다.
물의 오염 정도를 측정하기 위해 가장 널리 사용되는 척도가 생화학적산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand; BOD)이며, 이는 폐수중에 존재하는 미생물들이 유기물을 분해할 때 소모되는 산소의 양을 의미한다. BOD는 통상 5-day 측정법으로 측정되고 있는데, 이 방법은 일정한 온도 즉, 20℃에서 배양기간을 5일로 하였을 때 소비된 산소의 양을 배양전의 초기 산소의 양과 비교하여 BOD 값을 결정한다.
그러나 이러한 BOD 측정방법은 각 시료마다 5 일이라는 시간이 소요되며 실험하는 사람의 숙련도가 요구된다는 결점이 있어, 이를 해결하기 위해 (1) 시간-온도법(time-temperature method) (20℃ 또는 그 이상의 온도에서 5일 이하의 배양 기간을 임의로 결정하는 방법), (2) 상관법(correlation method) (화학적 산소 요구량(Chemical Oxygen Demand; COD), 전체 유기화합물 중의 유기탄소(Total Organic Carbon; TOC), 전체 산소 요구량 (Total Oxygen Demand; TOC), 산적정법(acid-titration) 또는 색깔(Color)로부터 유추하여 결정하는 방법), (3) 압력법(manometric method) (압력계(manometer)를 사용하는 방법), (4) 특수 균주접종법(special innoculation method) (혼합 또는 순수 배양된 다량의 균주를 접종하는 방법) 및 (5) 미생물 고정화법(microorganism immobilization method) (용존산소 센서에 미생물이 고정화된 막을 씌워 측정하는 방법) 등의 다양한 BOD 측정법이 연구되어 왔다. 그러나 이러한 방법들도 비교적 많은 시간이 소요되며 정확한 값을 얻기가 어렵다는 단점이 있다.
한편, 미국 특허 제4,350,763호에는, 산소 분자 및 미생물 전극 (폐수 용액 및 산소에 대해서는 투과성이고 미생물 세포에 대해서는 불투과성인 제1 및 제2 멤브레인 및 제1 멤브레인과 제2 멤브레인 사이의 부동화된 미생물로 싸인 산소-감응성 전극을 포함함)과 유기 폐수를 접촉시키고, 2 시간 이하 동안 상기 미생물에 의해 야기되는 상기 산소의 안정 상태 농도의 감소율을 전기화학적으로 감지한 다음, 생화학적 산소요구량과 산소량 감소율간의 직선 관계를 사용하여 유기 폐수의 BOD를 측정하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 BOD 센서는 여러 가지 유기화합물에 대한 감응도가 낮으므로 폐수중의 유기화합물의 종류에 크게 제약을 받을 뿐만 아니라 감응시간이 대부분 15분 이상이며, 떨어진 전류값이 회복되는 시간은 50분 정도이어서, BOD 측정에 비교적 오랜 시간이 소요되었다.
또한, PCT 특허 공개 WO 96/04399에는, 미생물 배양액을 폭기(aeration)시킨 후 폭기된 배양액에 유기 폐수를 도입하여 미생물에 의해 소비된 산소의 양을 측정한 다음 직접 유기 폐수의 BOD를 산출함으로써, 미생물 배양액을 측정 장치로 사용한 유기 폐수의 BOD 측정 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 특정 미생물을 이용하는 센서를 이용해야 하므로 최적의 온도, pH, 산소, 영양분 및 배지 조건을 안정되게 유지, 관리해야 하는 단점이 있다.
이에 본 발명자들은, 유기 폐수의 BOD를 빠른 시간 내에 간편하고 정확하게 측정하기 위하여 예의 연구한 결과, 유기 폐수 자체에 함유된 미생물을 이용하여 일정 시간 동안 미생물이 호흡을 하면서 소모하는 산소의 거동을 두 개의 DO 센서를 이용하여 연속 측정하여 폐수의 농도별 고유의 산소 소모 거동을 확인하고 BOD 농도와 산소소모 거동과의 상관관계를 찾아내고 또한 폐수의 농도별 최대 산소소비속도(OURmax)를 구하여 BOD와의 상관관계를 규명함으로써 짧은 시간 내에 BOD를 측정하여 실시간 폐수 처리에 이용할 수 있음을 알게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 유기 폐수의 BOD를 짧은 시간 내에 간편하고 정확하게 측정하는 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 폴라로그래픽형(polarographic type) 용존산소(DO) 측정센서의 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따라 유기 폐수 시료의 DO를 연속측정하기 위한 측정 시스템이고,
도 3은 폐수 시료에 대해 윙클러 아지드화(Winkler azide) 방법에 의해 DO값을 측정하는 과정을 도시하는 블록도이고,
도 4는 본 발명에 따라 공정시험법으로 구한 BOD5와 최대산소소비속도 (OURmax)와의 상관관계를 구하는 방법을 설명하는 블록도이고,
도 5는 도 4의 방법으로 구한 상관관계를 이용하여 미지 시료의 BOD를 계산하는 과정을 설명하는 블럭도이고,
도 6는 실시예 1에 따른 폐수 시료의 농도 및 시간 경과에 따른 DO거동을 나타낸 그래프이고,
도 7은 실시예 1에 따른 폐수 시료의 멸균된 용액의 농도 및 시간 경과에 따른 DO 거동을 나타낸 그래프이고,
도 8은 실시예 1에 따른 비멸균 시료의 DO 거동(도 6)에서 멸균 시료의 DO 거동 (도 7)을 상쇄시킨 값을 나타낸 그래프이고,
도 9는 실시예 1에 따른 각 폐수의 농도별 최대산소소비속도(OURmax)를 도시한 그래프이고,
도 10은 실시예 1에 따른 폐수 시료의 최대산소소비속도(OURmax)와 공정시험법으로 구한 BOD5의 상관관계를 나타낸 그래프이고,
도 11은 실시예 1에 따른 최대산소소비속도(OURmax)로 구한 BOD5와 공정시험법으로 구한 BOD5값의 일치도를 보여주는 그래프이고,
도 12는 실시예 2에 따른 폐수 시료의 농도 및 시간 경과에 따른 DO거동을 나타낸 그래프이고,
도 13은 실시예 2에 따른 폐수 시료의 멸균된 용액의 농도 및 시간 경과에 따른 DO거동을 나타낸 그래프이고,
도 14는 실시예 2에 따른 비멸균 시료의 DO 거동(도 12)에서 멸균 시료의 DO 거동 (도 13)을 상쇄시킨 값을 나타낸 그래프이고,
도 15는 실시예 2에 따른 각 폐수의 농도별 최대산소소비속도(OURmax)를 도시한 그래프이고,
도 16은 실시예 2에 따른 폐수 시료의 최대산소소비속도(OURmax)와 공정시험법으로 구한 BOD5의 상관관계를 나타낸 그래프이고,
도 17은 실시예 2에 따른 최대산소소비속도(OURmax)로 구한 BOD5와 공정시험법으로 구한 BOD5값의 일치도를 보여주는 그래프이고,
도 18은 실시예 3에 따른 폐수 시료의 농도 및 시간 경과에 따른 DO거동을 나타낸 그래프이고,
도 19는 실시예 3에 따른 폐수 시료의 멸균된 용액의 농도 및 시간 경과에 따른 DO거동을 나타낸 그래프이고,
도 20은 실시예 3에 따른 비멸균 시료의 DO 거동(도 18)에서 멸균 시료의 DO 거동(도 19)을 상쇄시킨 값을 나타낸 그래프이고,
도 21은 실시예 3에 따른 각 폐수의 농도별 최대산소소비속도(OURmax)를 도시한 그래프이고,
도 22는 실시예 3에 따른 폐수 시료의 최대산소소비속도(OURmax)와 공정시험법으로 구한 BOD5의 상관관계를 나타낸 그래프이고,
도 23은 실시예 3에 따른 최대산소소비속도(OURmax)로 구한 BOD5와 공정시험법으로 구한 BOD5값의 일치도를 보여주는 그래프이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 2개 또는 그 이상의 용존산소 측정 센서를 포함하고 센서의 온도를 일정하게 유지시키는 인큐베이터, 센서에서 측정된 값을 증폭시키는 증폭기 및 컴퓨터를 포함하는 용존산소 연속측정 시스템을 이용하여 유기 폐수의 BOD를 측정하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 용존산소 연속측정 시스템에서 다양한 농도의 유기 폐수 및 그의 멸균액을 용존산소 측정 센서에 접촉시켜 폐수 중의 미생물에 의한 용존산소값의 변화 및 최대산소소비속도(OURmax)를 측정하고, 이 측정치와 미리 측정된 폐수의 농도별 BOD값과의 상관관계를 구하고, 미지의 유기 폐수에 상기 용존산소 측정 센서를 접촉시켜 상기 상관관계를 이용하여 BOD값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 유기 폐수의 실시간 BOD 측정 방법을 제공한다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은, 두 개 또는 그 이상의 용존산소(DO) 측정 센서를 사용하는 폐수의 용존산소 연속 측정 시스템을 이용함으로써 폐수의 BOD 값을 신속하고 정확하게 산출해내는데 특징이 있다.
구체적으로, 본 발명에 따르면, 다양한 농도의 유기폐수 시료들에 대해 예를 들면 윙클러 아지드화 변법에 의해 BOD5값을 구하고, 상기 다양한 농도의 유기 폐수 시료들을 2개 또는 그 이상의 용존산소 측정 센서에 접촉시켜 용존산소값을 구하고, 상기 유기 폐수 시료들 각각의 멸균액을 다시 용존산소 측정용 센서에 접촉시켜 용존산소값을 구하여 상기에서 구한 비멸균 유기 폐수 시료들의 값에서 상쇄시킴으로써 유기 폐수중의 순수 미생물에 의한 산소소비속도를 구하고, 이를 미분하여 유기폐수의 최대산소소비속도(OURmax)를 구하고, 이로부터 상기 BOD5값과 최대산소소비속도(OURmax)간의 상관 관계를 구한 다음, BOD 측정용 유기 폐수 시료를 상기 용존산소 측정센서에 접촉시킴으로써 유기 폐수의 BOD를 수 분, 예를 들면 3 내지 10분 정도의 시간 이내에 손쉽게 측정할 수 있다.
본 발명의 용존산소(DO) 연속 측정 시스템에 사용할 수 있는 용존산소 센서는 통상의 폴라로그래픽형(polarographic type) 용존산소 측정 센서로서, 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이 KCl 또는 NaCl 등의 전해액(electrolyte) 중에서 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag) 등을 음극(cathode)으로 하고, Ag/AgCl을 양극(anode)으로 하며, 기체를 투과시킬 수 있으며 측정 대상과 분리시키는 멤브레인(membrane)을 포함하는 것으로 구성할 수 있다.
상기 용존산소 측정 센서는 온도에 민감(1∼5% 증가/℃)하며 공정시험법상의 BOD 측정방법에 준하기 위하여 본 발명의 측정 시스템을 인큐베이터에서 20℃로 일정하게 유지시켜 준다. 또한, 본 발명의 DO 연속측정 시스템에서 다양한 농도의 유기폐수 시료의 DO 거동을 동시에 측정하기 위하여 2개 또는 그 이상의 용존산소 측정 센서를 사용하는데, 각 DO 센서의 특성에 따른 출력 전압값의 차이를 보정하기 위해서는 사용전에 서로간의 상이성을 보정한 후 사용한다. 센서의 상이성 보정 방법은 각 전극을 동시에 온도가 일정하게 유지되는 상태에서 질소 100%를 주입하여 각 전극의 기준 전압(background voltage)를 측정하고 공기 100% 상태로 전환하여 각 전극의 최대 출력값을 구한다. 그 후 각 전극의 출력값에서 background voltage를 제거하여 전극의 초기 출력값을 같게 한다. 그리고 최대 출력값이 나오는 전극을 기준으로 나머지 전극의 보정계수를 구한 후 각 전극의 출력값을 각 전극별 보정계수로 나눠줌으로써 전극별 출력값의 차이를 제거할 수 있다.
상기 DO 연속 측정 시스템을 이용하여, 유기 폐수를 2개 또는 그 이상의 용존산소 측정용 센서에 접촉시켜 용존산소값을 구하고, 유기 폐수를 멸균한 용액을다시 용존산소 측정용 센서에 접촉시켜 용존산소값을 구하여 상기에서 구한 유기폐수의 값에서 상쇄시킴으로써 유기 폐수중의 순수 미생물에 의한 산소소모량을 구하고, 이 값을 미분하여 상기 유기폐수의 최대 산소소비속도(OURmax)를 구한다. 이어서, 유기 폐수의 농도에 따른 BOD5값과 OURmax값간의 상관 관계를 구함으로써 미지 폐수 시료의 BOD를 시료에 DO 센서를 접촉시키는 것만으로도 쉽게 측정할 수 있다.
본원에 사용된 산소소비속도(Oxygen Uptake Rate; OUR)는 미생물의 대사활성도 과정에서 소모되는 산소소모량을 말하는데, 미생물을 생화학적 반응기 (bioreactor)에서 배양할 때 또는 스케일-업(scale-up)하는데 중요한 인자이다. 이 OUR값을 측정함으로써 미생물의 산소요구량을 구하여 반응기의 최적 운전 조건을 찾을 수 있다. OUR 값은 반응기에 공기를 주입시키고 반응기내에서 미생물에 의한 산소소모후 반응기 외부로 유출되는 산소량을 측정함으로써 구할 수 있고, 이같은 OUR이 최대가 되는 시간(tmax)에서의 OUR, 즉 폐수 중의 미생물의 최대산소소비속도(OURmax)를 측정할 수 있으며, 이 값은 용존 산소 센서를 통해 측정된다.
본 발명에서는 이러한 원리를 이용하여 폐수 중에 존재하는 유기물을 분해하기 위해 미생물의 산소소비속도가 짧은 시간내에 급격히 증가하게 된다는 점에 착안하여 산소량의 변화를 계산하여 BOD 값 측정에 적용하게 된 것이다.
다양한 농도를 가진 유기 폐수의 최대산소소비속도(OURmax)와 BOD값과의 상관관계를 구하기 위해서는, 별도로 유기폐수 시료에 대해, 공지된 방법으로, 예를 들면 윙클러 아지드화 변법에 의해 BOD5값을 산출하여 이용한다.
윙클러 아지드화 변법은 공지되어 있는 통상의 방법이며, 그의 과정을 예를 들어 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타낸 과정에서 얻어지는 여러 가지의 변수로부터 하기 수학식 1 및 2에 의해 시료의 BOD5값을 산출할 수 있다.
상기 수학식에서, a는 적정에 소비된 0.025 N Na2S2O3용액의 양(ml)이고, f는 0.025 N Na2S2O3용액의 역가(factor)이고, V1은 전체 시료량(ml)이고, V2는 적정에 사용된 시료량(ml)이고, R은 전체 시료량에 첨가된 시약량(ml)이고, D1은 배양전의 용존산소의 양이고, D2는 배양 5일후의 용존산소의 양이며, P는 희석시료중의 희석수가 차지하는 비율이다.
상기와 같이 구한 상관관계를 이용하여, 유기 폐수에 용존산소 측정센서를 접촉시킴으로써 유기 폐수의 BOD를 수 분 이내에 손쉽게 측정할 수 있다.
본 발명의 방법의 바람직한 실시태양을 나타내면 다음과 같다.
1) 폐수 시료의 준비
채취한 유기 폐수는 채수 당일 실험에 사용하며, 채수 후 운반도중 미생물에의한 폐수의 변질이 없게 주의하고 채수 후 2시간 안에 실험이 진행되지 않는 경우에는 4℃ 냉장고에 보관한다.
2) 윙클러 아지드화 변법에 의한 BOD5측정
준비된 다양한 농도의 폐수 시료에 대해 초기 및 배양 5일 후에 도 3에 도시한 바와 같이 윙클러 아지드화 방법에 의해 DO값을 측정한 다음 이들 값으로부터 각 시료의 BOD5값을 계산한다.
3) DO 연속측정 시스템의 구성
폐수 시료의 DO 연속측정을 위해 도 2와 같은 시스템을 구성한다. 도 2에 사용된 두 개 또는 그 이상의 센서는 각각의 특성에 따른 상이성을 보정한 후 실험에 사용한다. 도 2에서 보듯이, 온도를 20℃로 일정하게 유지하기 위해서 BOD 실험에 일반적으로 사용되는 BOD 인큐베이터를 사용한다. 교반기를 사용하여 시료를 혼합하고, 센서에서 나오는 신호를 증폭시키기 위해 증폭기를 사용한다. 두 개 또는 그 이상의 BOD병에 용존산소 센서를 각각 삽입하고 증폭기에서 출력되는 전압값을 컴퓨터로 일정 시간 동안 연속적으로 모니터링한다. 컴퓨터에 입력되는 데이터는 전압(Votage)값이므로 3-점 보정(3-point Calibration)을 수행하여 ppm으로 환산한다.
4) DO 연속 측정 시스템을 이용한 유기 폐수 시료의 DO 모니터링
채수한 폐수를, 질소를 두시간 동안 폭기시킨 증류수와 일정비로 혼합하여 다양한 농도의 폐수 시료를 제조한다 (질소폭기수를 사용한 이유는 희석할 때 미생물이 희석수에 존재하는 산소를 소모하는데 따른 변수를 줄이기 위한 것이다). 한번에 두 개의 시료를 동시에 측정하기 위해 저농도부터 제조하여 도 2에 나타낸 시스템에 넣은 후 일정 시간 동안 일정한 시간 간격으로 DO 거동을 모니터링한다.
5) 멸균 폐수의 DO 모니터링
폐수 시료를 오토클레이브(autoclave)로 121℃, 1기압 조건에서 30분 동안 멸균하거나 자외선(UV)을 수 분간 조사하여 얻은 멸균 폐수를 이용하여 비멸균 시료의 경우와 동일한 상기 4)의 방법으로 일정 시간 동안 DO거동을 모니터링한다.
6) 폐수의 산소소비속도 계산
상기 4)에서 얻은 비멸균 시료의 DO값에서 상기 5)에서 얻은 멸균 시료의DO 값을 상쇄시켜 폐수 중의 미생물만에 의한 DO 거동을 구하고, 이를 시간에 따라 미분하여 미생물만이 소모하는 산소소비속도(OUR)를 구하고 가장 큰 값을 나타내는 시간(tmax)에서의 OUR인 최대산소소비속도(OURmax)를 구한다.
7) 폐수 중의 미생물에 의한 DO값과 폐수의 BOD5와의 상관관계 산출
상기 6)에서 얻은 폐수중의 미생물에 의한 최대산소소비속도와 상기 2)에서 얻은 폐수의 BOD5값으로부터 그들간의 상관관계를 구한다.
8) 폐수의 BOD 측정
DO 연속 측정 시스템을 이용하여 폐수 시료에 DO 측정 센서를 일정시간 접촉시킴으로써 상기 7)의 상관관계로부터 폐수의 BOD를 산출한다.
이하 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 이들 실시예가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
실시예 1:
단계 1) 윙클러 아지드화 변법에 의한 BOD5측정
경기도 화성군 안녕리에 위치한 일반돈가의 유기 폐수를 이용하여 질소(N2) 폭기수와 혼합하여 6개의 농도별 시료를 제조하고 각각의 시료를 3개의 BOD 병에 담아 윙클러 아지드화 변법으로 1개는 초기 용존산소값(DOi)를 측정하는데 사용하였고 남은 2개는 5일간 배양하여 5일후 용존산소값(DOf)의 평균값을 구하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. DOi와 DOf값은 유기폐수의 농도가 증가할수록 감소하였고 전체적으로 유기폐수의 농도가 증가할수록 BOD5가 증가하는 경향을 보였다.
| 폐수 농도 (%) | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| DOi(㎎/ℓ) | 8.2 | 8.1 | 7.3 | 7.1 | 6.6 | 6.0 |
| DOf(㎎/ℓ) | 6.2 | 5.4 | 4.2 | 3.8 | 3.9 | 2.6 |
| 희석배율(P) | 100 | 200 | 400 | 500 | 800 | 1,000 |
| BOD5(㎎/ℓ) | 202 | 537 | 1,034 | 1,651 | 2,386 | 3,380 |
단계 2) 용존산소 센서를 이용한 DO거동 측정
2개 또는 그 이상의 DO 센서를 이용하여, 상기 단계 1에서와 같이 제조한 6개의 농도별 시료를 공기 폭기수와 혼합(유기폐수 시료 30 : 공기 폭기수 70)하여 BOD 인큐베이터 내에서 1시간동안 DO거동을 모니터링 하여, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에서 보는 바와 같이 각각의 폐수 시료는 시간에 따라 일정하게 용존산소가 감소하는 경향을 보였다.
단계 3) 멸균 폐수의 DO 모니터링을 이용한 시스템에 의한 산소소모량 보정
단계 2에서 측정한 DO거동에서 시스템에 의한 DO거동 손실을 보정하기 위하여 단계 1에서와 같이 제조한 유기폐수 시료를 오토클레이브로 121℃, 1기압 조건에서 30분 동안 멸균하거나 자외선(UV)을 수 분간 조사하여 멸균하였다.
멸균된 유기폐수를 이용하여 비멸균 시료와 동일한 시료를 제조하여 같은 방법에 의하여 1시간 동안 DO거동을 모니터링 한 결과를 도 7에 나타내었다.
단계 4) 유기폐수 최대산소소비속도 계산
DO 연속측정 시스템을 이용하여 위에서 구한 비멸균 시료의 DO 거동(도 6)에서 멸균기법을 이용한 DO거동(도 7)을 상쇄시켜 도 8과 같은 데이터를 얻었다.
이 같은 데이터를 시간에 따라 미분하여 구한 산소소비속도(OUR)에서 최대값인 최대산소소비속도(OURmax)를 구하였으며, 이 결과를 단계 1에서 얻은 BOD5값과 대응시켜 최대산소소비속도(OURmax)와 BOD5간의 상관관계를 구하였다.
단계 3에서 구한 축산 폐수 시료의 최대산소소비속도(OURmax)값을 하기 표 2에 나타내었으며, 각 폐수의 농도별 최대산소소비속도(OURmax)를 도 9에 도시하였다. 이때, 폐수의 농도별로 최대산소소비속도를 나타내는 지점의 시간인 tmax을 표2에 나타내었다.
한편, 최대산소소비속도(OURmax)와 BOD5의 상관관계를 도 10에 나타내었으며 최대산소소비속도(OURmax)와 BOD5의 상관관계가 우수한 선형관계(R = 0.989)를 보임을 알 수 있었다.
또한, 윙클러 아지드화 변법으로 구한 BOD5값과 최대산소소비속도(OURmax)를 이용하여 구한 BOD 값의 일치도를 보여주는 그래프를 도 11에 나타내었으며, 이 그래프의 기울기가 1.00으로 두 값의 일치도가 매우 우수함을 알 수 있었다.
| 폐수의 농도 (%) | OURmax[mgO2/ℓ·초] | tmax(초) |
| 10 | 0.047 | 215 |
| 20 | 0.053 | 137 |
| 40 | 0.157 | 24 |
| 60 | 0.262 | 25 |
| 80 | 0.290 | 31 |
| 100 | 0.429 | 29 |
본 발명에 따라 공정시험법으로 구한 BOD5와 최대산소소비속도와의 상관관계를 구하는 방법을 설명하는 블록도를 도 4에 나타내었으며, 도 4의 방법으로 구한 상관관계를 이용하여 미지 시료의 BOD를 계산하는 과정을 설명하는 블록도를 도 5에 나타내었다.
실시예 2:
실시예 1에서 채취한 곳과 같은 장소에서 2개월 후에 채수한 유기폐수를 이용하여 동일한 방법으로 실시예 1의 단계 1) 내지 4)를 반복하였다.
본 실시예에서, 윙클러 아지드화 변법에 의한 BOD5는 유기폐수의 농도변화에 따라 592∼6,689(㎎/ℓ) 이었으며 DO 센서로 1시간 동안 DO 거동을 모니터링 한 결과 도 12와 같은 결과를 얻었다.
멸균된 유기폐수를 이용하여 비멸균 시료와 동일한 시료를 제조하여 같은 방법에 의하여 1시간 동안 DO거동을 모니터링 한 결과를 도 13에 나타내었으며, 이를 시스템에 의한 DO거동 손실을 보정하는데 이용하였다. DO 연속측정 시스템을 이용하여 위에서 구한 비멸균 시료의 DO 거동(도 12)에서 멸균기법을 이용한 DO거동(도 13)을 상쇄시켜 도 14와 같은 데이터를 얻었다. 이 같은 데이터를 시간에 따라 미분하여 최대 산소소비속도(OURmax)를 구하였으며 이를 도 15에 나타내었다.
폐수 시료의 최대산소소비속도(OURmax) 및 윙클러 아지드화 변법으로 구한 BOD5를 하기 표 3에 나타내었고, 최대산소소비속도(OURmax)와 BOD5의 상관관계를 도 16에 나타내었다. 도 16으로부터 최대산소소비속도(OURmax)와 BOD5값이 높은 선형관계(R = 0.994)를 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 윙클러 아지드화 변법으로 구한 BOD5값과 최대산소소비속도(OURmax)를 이용하여 구한 BOD 값의 일치도를 보여주는 그래프를 도 17에 나타내었으며, 이 그래프의 기울기가 1.00으로 두 값의 일치도가 매우 우수함을 알 수 있었다.
| 폐수 농도 (%) | OURmax[mgO2/ℓ·초] | tmax(초) | BOD5[㎎/ℓ] |
| 10 | 0.109 | 70 | 592 |
| 20 | 0.119 | 53 | 1,236 |
| 40 | 0.154 | 74 | 2,028 |
| 60 | 0.170 | 68 | 2,990 |
| 80 | 0.199 | 61 | 4,459 |
| 100 | 0.264 | 72 | 6,689 |
실시예 3:
실시예 2에서 채취한 곳과 같은 장소에서 1개월 후에 채수한 유기폐수를 이용하여 동일한 방법으로 실시예 1의 단계 1) 내지 4)를 반복하였다.
본 실시예에서, 윙클러 아지드화 변법에 의한 BOD5는 유기폐수의 농도 증가에 따라 354∼3,650(㎎/ℓ)으로 나타났으며 DO 센서로 1시간 동안 DO 거동을 모니터링 한 결과 도 18과 같은 그래프를 얻었다.
멸균된 유기폐수를 이용하여 비멸균 시료와 동일한 시료를 제조하여 같은 방법에 의하여 1시간 동안 DO거동을 모니터링 한 결과를 도 19에 나타내었으며, 이를 시스템에 의한 DO거동 손실을 보정하는데 이용하였다. DO 연속측정 시스템을 이용하여 위에서 구한 비멸균 시료의 DO 거동(도 18)에서 멸균기법을 이용한 DO거동(도 19)을 상쇄시켜 도 20과 같은 데이터를 얻었다. 이 같은 데이터를 시간에 따라 미분하여 최대산소소비속도(OURmax)를 구하였으며 이를 도 21에 나타내었다.
폐수 시료의 최대산소소비속도(OURmax) 및 윙클러 아지드화 변법으로 구한BOD5를 하기 표 4에 나타내었고, 최대산소소비속도(OURmax)와 BOD5의 상관관계를 도 22에 나타내었다. 도 22로부터 최대산소소비속도(OURmax)와 BOD5값이 높은 선형관계(R = 0.994)를 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 윙클러 아지드화 변법으로 구한 BOD5값과 최대산소소비속도(OURmax)를 이용하여 구한 BOD 값의 일치도를 보여주는 그래프를 도 23에 나타내었으며, 이 그래프의 기울기가 1.00으로 두 값의 일치도가 매우 우수함을 알 수 있었다.
| 폐수의 농도 (%) | OURmax[mgO2/ℓ·초] | tmax(초) | BOD5[㎎/ℓ] |
| 10 | 0.131 | 70 | 354 |
| 20 | 0.143 | 53 | 580 |
| 40 | 0.203 | 74 | 1,760 |
| 60 | 0.254 | 68 | 2,560 |
| 80 | 0.285 | 61 | 3,280 |
| 100 | 0.289 | 72 | 3,650 |
본 발명에 따르면, DO 센서, 인큐베이터, 증폭기, 컴퓨터 등으로 구성된 DO 연속 측정 시스템을 구축하고 다양한 데이터 분석을 통하여 DO 센서를 이용하여 짧은 시간 내에 폐수의 BOD를 실시간 측정할 수 있으며, 따라서 폐수의 BOD 연속 측정에 유용하게 이용할 수 있다.
Claims (14)
- 두 개 또는 그 이상의 용존산소 측정 센서를 포함하고 센서의 온도를 일정하게 유지시키는 인큐베이터, 센서에서 측정된 값을 증폭시키는 증폭기 및 컴퓨터를 포함하는 용존산소 연속측정 시스템에서, 다양한 농도의 유기 폐수로 구성된 비멸균 폐수 및 그의 멸균폐수를 상기 용존산소 측정 센서에 접촉시켜 폐수 중의 미생물에 의한 용존산소값의 변화 및 최대산소소비속도(OURmax)를 측정하고, 이 측정치와 미리 측정된 폐수의 농도별 BOD5값과의 상관관계를 구하고, 미지의 유기 폐수에 상기 용존산소 측정 센서를 접촉시켜 상기 상관관계를 이용하여 BOD값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 유기 폐수의 실시간 BOD 측정 방법.
- 제 1 항에 있어서,용존산소 센서가 폴라로그래픽형인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,센서의 온도를 20℃로 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,용존산소 측정 센서를 수 분 동안 폐수에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,용존산소 연속측정 시스템이 둘 이상의 용존산소 센서를 이용하여 각 센서별 출력값을 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5 항에 있어서,둘 이상의 용존산소 센서는 각 센서별 출력값의 차이가 보정계수에 의해 제거된 것임을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서,질소와 공기를 순차적으로 주입시킴에 따라 얻은 각 센서별 출력값을 공기상태에서 출력값이 가장 큰 센서를 기준으로 하여 각 센서별 보정계수를 구하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서,각 센서별 보정계수를 이용하여 센서별 출력값의 차이를 제거함으로써 센서별 출력값을 동시에 동일한 조건에서 구하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,원액 유기 폐수를 질소가스로 폭기한 증류수로 희석함으로써 다양한 BOD 농도의 시료를 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서,폐수 시료를 공기로 포화시킨 일정부피의 증류수와 혼합하여 사용함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,비멸균 폐수를 오토클레이브(autoclave)또는 자외선(UV)를 이용하여 멸균처리하여 멸균 폐수를 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 11 항에 있어서,비멸균 폐수의 DO 거동에서 멸균 폐수의 DO 거동을 상쇄시킴으로써 폐수내에 함유된 미생물에 의해 소모되는 DO 거동을 구함을 특징으로 하는 방법.
- 제 12 항에 있어서,폐수내에 함유된 미생물에 의하여 소모되는 DO 거동을 측정시간에 대해 미분하여 폐수의 산소소비속도(OUR)를 구함을 특징으로 하는 방법.
- 제 13 항에 있어서,폐수의 산소소비속도가 최대를 나타내는 지점(tmax)을 택하여 최대산소소비속도 (OURmax)를 구함을 특징으로 하는 방법.
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Legal Events
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Payment date: 20080529 Year of fee payment: 7 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |