KR101951885B1 - 혼합액 부유물질농도 측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 a) 바이알 내에 입상화 촉진제를 투입하는 단계; b) 활성 슬러지를 상기 바이알 내에 주입한 후 교반하는 단계; 및 c) 상기 교반 후 30분간 방치하여 침전된 슬러지의 농도를 측정하는 단계;를 포함하는 혼합액 부유물질농도의 측정방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 기존의 SV30 측정과는 달리 생물학적 처리공정에 대하여 정확하게 혼합액 부유물질농도(MLSS)를 측정할 수 있고, 그 방법 또한 매우 간단하다. 따라서, 누구나 손쉽고도 정확하게 혼합액 부유물질농도 측정이 가능하다.
Description
본 발명은 혼합액 부유물질농도 측정방법에 관한 것이다.
활성 슬러지법(Activated Sludge Process)은 하수의 효율적 처리를 위하여 활성 슬러지를 이용한 생물학적 처리 및 이와 함께 각종 물리, 화학적 처리를 병행하는 방법을 말한다. 상기 활성 슬러지법에 따르면 하수 안의 유기물을 처리하기 위하여 폭기조 내에서 미생물로 구성된 활성 슬러지의 양을 고농도로 유지할 필요성이 있다.
한편, 일반적으로 폭기조에서 생물학적 반응에 의해 하수 처리 과정이 적절히 이루어지고 있는지를 지속적으로 살펴보기 위해서는 폭기조 내에서 처리 중인 처리수의 MLDO(Mixed Liquor Dissolved Oxygen), MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid), pH, SV30(Sludge Volume), 수온, SVI(Sludge Volume Index) 등의 측정값을 주기적으로 분석, 기록 및 관리할 필요성이 있다. 오늘날 혼합액 부유물질농도(MLSS)를 측정하는 방법은 크게 메스실린더를 이용한 SV측정과 광센서를 이용한 분석법이 있다.
우선 메스실린더를 이용한 SV측정은 일반적으로 슬러지를 일정시간 동안 침전시켜 그 높이를 읽어 농도를 예측하는 방법으로서, 무게 분석법과 같이 측정하여 그 경향을 통해 농도를 예측하는 방법이라 할 수 있다. 상기 방법은 활성 슬러지의 운영에 따른 비중 변화 및 압밀 정도에 따라 많은 오차를 발생시킬 수 있으며, 여러 처리장에 보편적으로 사용할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
또 다른 방법으로 광센서를 이용한 측정법이 있는데, 이는 미생물 농도에 따른 빛의 투과도에 따른 농도를 추정하는 방법으로서, 시료 속의 탁도 색도에 의한 방해 작용 및 미생물 증식에 따른 슬라임 형성으로 사용 기간에 따라 보정해줘야 하는 문제가 있으며, 검량선 작성을 위한 무게 측정법의 수분석이 동반되어야 하는 번거로움이 존재한다.
오늘날 폭기조에서 처리 중인 처리수의 분석을 위하여 가장 널리 사용되는 것은 SV30 방법인데, 상기 SV30 방법 역시 앞서 언급한 SV측정에 해당하는 것으로서, 활성 슬러지의 운영에 따른 비중 변화 및 압밀 정도에 따라 많은 오차를 발생시킬 수 있으며, 여러 처리장에 보편적으로 사용할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 종래의 SV30 측정법과는 달리 거의 대부분의 시료에 대하여 비교적 정확하게 혼합액 부유물질농도(MLSS)를 측정할 수 있고, 그 방법 또한 매우 간단하여, 누구나 손쉽게 정확한 혼합액 부유물질농도 측정이 가능한 측정방법을 제공하고자 한 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 일실시예에서 a) 바이알 내에 입상화 촉진제를 투입하는 단계; b) 활성 슬러지를 상기 바이알 내에 주입한 후 교반하는 단계; 및 c) 상기 교반 후 30분간 방치하여 침전된 슬러지의 농도를 측정하는 단계;를 포함하는 혼합액 부유물질농도의 측정방법을 제공한다.
본 발명에 따른 혼합액 부유물질농도의 측정방법에 따르면, 기존의 SV30 측정방법과는 달리 거의 대부분의 시료에 대하여 비교적 정확하게 혼합액 부유물질농도(MLSS)를 측정할 수 있고, 그 방법 또한 매우 간단하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 활성 슬러지의 EPS에 양이온을 흡착시키는 것을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 혼합액 부유물질농도에 따른 최적의 입상화 촉진제 양을 설정하기 위한 실험 과정을 나타낸다.
도 3은 박테리아의 생물흡착을 알아보기 위한 사진으로써 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 박테리아의 EPS 존재 유무를 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 혼합액 부유물질농도 측정을 위해 침전부 높이를 측정하는 기기로서, LED광원과 리니어(linear) 센서를 포함하는 측정기기이다.
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도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 혼합액 부유물질농도 측정을 위해 침전부 높이를 측정하는 기기로서, LED광원과 리니어(linear) 센서를 포함하는 측정기기이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
활성 슬러지법(Activated Sludge Process)은 하수의 효율적 처리를 위하여 활성 슬러지를 이용한 생물학적 처리 및 이와 함께 각종 물리, 화학적 처리를 병행하는 방법을 말한다. 상기 활성 슬러지법에 따르면 하수 안의 유기물을 처리하기 위하여 폭기조 내에서 미생물로 구성된 활성 슬러지의 양을 고농도로 유지할 필요성이 있다.
일반적으로, 폭기조에서 생물학적 반응에 의해 하수 처리 과정이 적절히 이루어지고 있는지를 지속적으로 살펴보기 위해서는 폭기조 내에서 처리 중인 처리수의 MLDO(Mixed Liquor Dissolved Oxygen), MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid), pH, SV30(Sludge Volume), 수온, SVI(Sludge Volume Index) 등의 측정값을 주기적으로 분석, 기록 및 관리할 필요성이 있다. 오늘날 혼합액 부유물질농도(이하, MLSS라 함)를 측정하는 방법은 크게 메스실린더를 이용한 SV측정과 광센서를 이용한 분석법이 있다.
우선 메스실린더를 이용한 SV측정은 일반적으로 활성 슬러지를 일정시간 동안 침전시켜 그 높이를 읽어 농도를 예측하는 방법으로서, 무게 분석법과 같이 측정하여 그 경향을 통해 농도를 예측하는 방법이라 할 수 있다. 상기 방법은 활성 슬러지의 운영에 따른 비중 변화 및 압밀 정도에 따라 많은 오차를 발생시킬 수 있으며, 여러 처리장에 보편적으로 사용할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
또 다른 방법으로 광센서를 이용한 측정법이 있는데, 이는 미생물 농도에 따른 빛의 투과도에 따른 농도를 추정하는 방법으로서, 시료 속의 탁도 색도에 의한 방해 작용 및 미생물 증식에 따른 슬라임 형성으로 사용 기간에 따라 보정해줘야 하는 문제가 있으며, 검량선 작성을 위한 무게 측정법의 수분석이 동반되어야 하는 번거로움이 존재한다.
오늘날, 폭기조에서 처리 중인 처리수의 분석을 위하여 가장 널리 사용되는 것은 SV30 방법인데, 상기 SV30 방법 역시 앞서 언급한 SV측정에 해당하는 것으로서 구체적으로 폭기조 마지막 부분에서 시료를 채취하고, 1000ml 메스실린더에서 30분 후 침전된 슬러지의 높이를 측정한 것이다. 상기 방법은 활성 슬러지의 운영에 따른 비중 변화 및 압밀 정도에 따라 많은 오차를 발생시킬 수 있으며, 여러 처리장에 보편적으로 사용할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래의 SV30 측정법과는 달리 생물학적 처리공정에 대하여 정확하게 혼합액 부유물질농도(MLSS)를 측정할 수 있고, 그 방법 또한 매우 간단하다. 따라서, 누구나 손쉽고도 정확하게 혼합액 부유물질농도 측정이 가능한 방법을 제공하고자 하였다.
본 발명의 일실시예에 따른 MLSS 측정방법은 a) 바이알 내에 입상화 촉진제를 투입하는 단계; b) 활성 슬러지를 상기 바이알 내에 주입한 후 교반하는 단계; 및 c) 상기 교반 후 30분간 방치하여 침전된 슬러지의 농도를 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저, 바이알 내에 입상화 촉진제를 투입한다(단계 a).
바이알(Vial)은 주사용 유리 용기의 하나로서, 본 발명에서 상기 바이알은 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것일 수 있다.
본 발명에서 입상화 촉진제는 활성 슬러지의 EPS에 이온을 흡착시킴으로써, 공정 운전 상황에 따라 변화하는 활성 슬러지의 비중(약 1.01 내지 1.04)을 증가시킴으로써 미생물의 침전성을 높일 수 있게 하는 역할을 수행한다.
관련하여, 도 3은 박테리아의 생물흡착을 알아보기 위한 사진으로써 투과전자현미경(Transmission electron microscope, TEM)을 이용하여 박테리아의 EPS의 존재 유무를 관찰한 사진으로서, 도 3A에서 양이온과 박테리아 내 흡착반응으로 인해 박테리아 내 EPS가 감소한 것을 확인할 수 있으며, 도 3B에서 기존의 박테리아가 가지고 있는 EPS가 세포외곽에 존재함을 확인할 수 있다(도 3 참조).
보다 상세하게 설명하면, 하·폐수에 함유된 구성 물질을 먹이로 하여 신진대사를 하는 미생물은 세포 성분을 구성하는 바운더리 EPS(boundary EPS(extra polysaccharide))와 세포 외로 배출되는 용해성 EPS(soluble EPS) 두가지 종류가 있다. EPS의 구성물질은 폴리사카라이드(polysaccharide), 단백질(protein), 휴믹산(humic acid), 우론산(uronic acid) 등이며 활성 슬러지의 입상화에 관련되는 주요 물질은 폴리사카라이드(polysaccharide)와 단백질(protein)이다.
이러한 활성 슬러지의 세포 내의 주요 구성물질인 폴리사카라이드와 단백질에 대하여 입상화 촉진을 위하여, 폴리사카라이드의 관능기(functional group)는 하이드록실(hydroxyl: OH-) 그룹으로 구성되어 있어서, 입상 활성 슬러지를 만들기 위한 무기성 촉진제로서 칼슘 이온과의 반응이 용이하고, 단백질은 아마이드기(amide: NH2-)로 그룹이 구성되어 있어서 입상화를 위한 촉진제로 마그네슘 이온과의 반응이 용이하다.
예를 들어 무기성 촉진제의 경우 하·폐수의 유기물 농도와 질소 농도의 구성비로 판단할 때, 유기물 함량이 높은 폐수의 경우 입상화 촉진제로서 칼슘이 함유된 화합물을 이용하고, 반대로 질소 함량이 높은 폐수는 마그네슘이 함유된 화합물을 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 입상화 촉진제는 탄산칼슘(CaCO3) 및 탄산마그네슘(MgCO3) 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 a 단계는 10ml 바이알에 0.1 내지 0.2g의 입상화 촉진제를 투입하는 것일 수 있고, 보다 상세하게는 10ml 바이알에 0.15g의 입상화 촉진제를 투입하는 것일 수 있다. 상기와 같은 용량의 바이알, 상기와 같은 양의 입상화 촉진제 및 분석기기가 사용됨으로써, 정확성과 휴대성이 높을 뿐만 아니라, 현장에서 혼합액 부유물질농도를 손쉽게 바로 측정할 수 있다.
다음으로, 활성 슬러지를 상기 바이알 내에 주입한 후 교반한다(단계 b).
본 발명의 일실시예에 따르면, 본 단계에서는 상기 a 단계에서 준비한 바이알에 활성 슬러지를 7 내지 8 ml 범위로 주입할 수 있다. 보다 상세하게는 상기 입상화 촉진제 0.15g 당 활성 슬러지 8ml를 주입하는 것이 가장 적절할 수 있다.
구체적으로, 도 2의 Case 1은 실험대조군으로써 MLSS의 농도를 8,000, 4,000, 2,000 mg/L로 설정하여 약 30 min동안 침전시킨 후 Vial의 높이를 측정한 것이고, Case 2, Case 3 및 Case 4의 경우 입상화 촉진제의 양을 각각 달리 하여 같은 시간 침전 후 높이 관찰을 실시한 것으로서, 상기 실험 결과를 통해 입상촉진제의 최적 주입량을 도출한 것이다(도 2 참조).
관련하여 설명하면, 일반적으로 수중에 존재하는 대부분의 미생물 플록은 전기적으로 음성을 띠고 있는데, 상기와 같이 양전하를 띠는 입상화 촉진제가 주입되면 정전기적 인력에 의해 양전하를 띠는 촉진제가 슬러지 플록에 부착하게 되며 슬러지 플록의 표면 전하는 음전하에서 정전기적 중립 상태로 바뀌게 된다(도 1 참조).
상기 촉진제의 최적 주입량까지는 정전기적 척력이 감소하에 따라 활성슬러지 플록 간의 응집이 증가하고 입자의 크기가 증가하게 된다. 하지만 촉진제가 적정 농도 이상의 과량이 주입되면 활성 슬러지 플록 표면에 양전하를 띠고 있는 첨가제가 계속 부착되어 오히려 활성 슬러지 플록의 표면 전하를 중립으로부터 양전하로 전환시킨다. 그에 따라 활성 슬러지 플록은 정전기적 척력에 의해 응집되었던 활성슬러지 플록이 해교하게 된다.
따라서, 본 발명에 따라, 상기 입상화 촉진제 0.15g 당 활성 슬러지 8ml를 주입하는 경우 플록 간의 응집을 효과적으로 수행하여 입자 크기가 최대로 증가하고, 활성 슬러지의 비중을 증가시켜 슬러지 침전이 용이해진다. 한편, 교반 과정은 구체적으로 초당 1회씩 25 내지 30초간, 보다 상세하게는 30초간 흔들어 교반한다. 상기 단계에서 10ml 바이알 내에 입상화 촉진제 0.15g이 들어있으므로, 활성 슬러지 8ml를 주입하는 것이, 플록 간의 응집을 효과적으로 수행하여 입자 크기가 최대로 증가하고, 활성 슬러지의 비중을 증가시켜 슬러지 침전을 용이하게 할 수 있다.
마지막으로, 상기 교반 후 30분간 방치하여 침전된 슬러지의 농도를 측정한다(단계 c).
상기와 같이 하여 30 분간 방치하면, 바이알 내 침전 높이가 안정화 되고 슬러지 농도에 따라 그 높이는 다르게 나타났다. 따라서 이를 측정하기 위해 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 측정 과정은 LED 광원 및 리니어 (Linear) 센서를 통해 침전된 슬러지의 정확한 높이를 측정함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, LED 광원 및 리니어 (Linear) 센서가 설치된 측정기기를 이용할 수 있으며, 슬러지의 침전 높이에 따른 정확한 농도가 계산되어 측정기기에 표기 된다. 이를 통해 육안으로 높이를 확인하는 방법 보다 정확도가 증가할 수 있다(도 4 참조).
보다 상세하게, 도 4를 참조하면 LED 광원과 리니어(Linear) 센서(Sensor)를 이용하여 MLSS의 침전부 높이를 측정함으로써 MLSS의 농도를 정확히 측정할 수 있는 장치의 구성도를 확인할 수 있다. LED를 광원으로 하여 바이알(Vial)에 조사 하고, 빛이 투과되는 높이를 리니어(Linear) 센서(Sensor)로 측정한 다음 이를 수치적으로 출력하여 MLSS 농도를 표기한다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 혼합액 부유물질농도의 측정방법에 따르면, 기존의 SV30 측정과는 달리 생물학적 처리공정에 대하여 정확하게 혼합액 부유물질농도(MLSS)를 측정할 수 있고, 그 방법 또한 매우 간단하다. 따라서, 누구나 손쉽고도 정확하게 혼합액 부유물질농도 측정이 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
실시예 1
경기도 안성시 평택-제천고속도로에 위치한 안성맞춤휴게소 처리장에서 본 발명에 따른 혼합액 부유물질농도(MLSS)의 측정방법에 따라 10ml 바이알에 0.15g의 탄산칼슘을 투입한 후, 폭기조의 활성 슬러지 8ml을 바이알 내에 주입하여 초당 1회씩 30초간 흔들어 교반한 후 30분간 방치하여 침전된 슬러지 농도를 측정함으로써, MLSS 농도를 측정하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 모든 과정을 동일하게 하되, 경부고속도로에 위치한 안성휴게소(상행) 처리장에서 실시한 것만 달리하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 모든 과정을 동일하게 하되, 영동고속도로에 위치한 문막휴게소 처리장에서 실시한 것만 달리하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 모든 과정을 동일하게 하되, 남해고속도로에 위치한 사천휴게소 처리장에서 실시한 것만 달리하였다.
실시예 5
상기 실시예 1과 모든 과정을 동일하게 하되, 서부간선도로에 위치한 목감휴게소 처리장에서 실시한 것만 달리하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | |
| 실제 MLSS 농도 |
5000 | 5000 | 9000 | 8000 | 4550 |
| Kit 측정 농도 | 2500 | 2500 | 2200 | 2000 | 2400 |
| 희석배수 | 2 | 2 | 4 | 4 | 2 |
| Kit 측정 농도 (희석배수고려) |
5000 | 5000 | 8800 | 8000 | 4900 |
| 정확도 | 100% | 100% | 97.8% | 100% | 94.5% |
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 방법에 따라 MLSS를 측정하는 경우, 평균 98.46%의 측정 정확도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 상기 정확도는 종래의 기술에 따른 SV30 방법에 따른 측정 정확도로서 알려진 70%의 측정 정확도에 비해 현저하게 향상된 정확도 수치이며, 나아가 본 발명에 따른 측정방법은 10ml 바이알을 이용하여 수행하므로, 휴대성도 간편하고, 측정 방법 자체도 간단하여, 누구나 손쉽게 수행할 수 있는 장점이 있다.
Claims (6)
- a) 10ml 바이알 내에 탄산칼슘(CaCO3) 및 탄산마그네슘(MgCO3) 중 선택되는 1종 이상의 입상화 촉진제를 0.1 내지 0.2g 투입하는 단계;
b) 활성 슬러지를 상기 바이알 내에 7 내지 8ml 범위로 주입한 후 교반하는 단계; 및
c) 상기 교반 후 30분간 방치하고, LED 광원과 바이알의 높이를 측정할 수 있는 리니어(Linear) 센스를 통해 침전된 슬러지의 정확한 높이를 측정함으로써 침전된 슬러지의 농도를 측정하는 단계;를 포함하는 혼합액 부유물질농도의 측정방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 b 단계의 교반 과정은 초당 1회씩 25 내지 35초간 흔들어 수행되는 것인 혼합액 부유물질농도의 측정방법.
- 삭제
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| KR1020170085618A KR101951885B1 (ko) | 2017-07-05 | 2017-07-05 | 혼합액 부유물질농도 측정방법 |
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2017
- 2017-07-05 KR KR1020170085618A patent/KR101951885B1/ko active IP Right Grant
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