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工學碩士 學位論文
유용미생물제제를 이용한 도심 오염 상류 하천의 친환경적 악취제어 및 수질정화 연구
Eco-friendly odor control and remediation of a contaminated urban stream using beneficial
microorganism
指導敎授 金 仁 洙
2016 年 月 2
韓國海洋大學校 大學院 土木環境工學科
宋 智 炅
을 의 으로 함.
本 論文 宋智炅 工學碩士 學位論文 認准
委員長 金 仁 洙 印 ( ) 委 員 張 在 秀 印 ( )
( ) 委 員 高 星 撤 印
2015 年 12 月 30 日
韓國海洋大學校 大學院
목 차
서 론 문헌조사
하천의 기능 국내외 기술 현황
국내외 기술 현황 의 일반적인 특징 실험장치 및 방법
연구목표 및 범위 연구방법
분석방법
오염원 및 유입경로 조사
현장투여 미생물제제 의 배양액 준비 및 투여방법 연구결과 및 고찰
친환경적인 수질관리개선 최적방안도출을 위한 자료조사 및 처리 가능성 실험
수소이온농도 용존산소
화학적산소요구량 부유물질
총질소 아질산성질소 질산성질소 암모니아성질소 총인
무기이온
하천의 기초 환경 조사 하천 구간별 폭 및 수심 유속
기초 환경 조사 호계천의 환경 조건
수온
수소이온농도 용존산소 수질 항목
화학적산소요구량 총질소
암모니아성 질소 아질산성 질소 질산성 질소 총인
무기인 부유물질
대장균
악취발생 변화 분석
복합악취발생의 변화분석
미생물제제 처리 시 미생물군집 변화 분석 미생물처리 전후 하천의 미생물군집변화 분석 처리 전 현장 사진
처리 후 현장 사진 결 론
참고문헌
Eco-friendly odor control and remediation of a contaminated urban stream using beneficial
microorganism
Song, Ji Kyung
Dongchun, one of the representative streams in the urban area in Busan, is a river that carries Hogye Stream, Bujun Stream, Junpo Stream, Danggam Stream and Gaya Stream in its upper streams.
Hogye Stream has been mostly covered with concrete structures for decades, causing sewage pollution from the upstream, overflow of the downstream region and other serious pollution that gave rise to many civil complaints from the residents nearby. This problem is particularly severe in the Anchang Town at Donggu region since there has been no sewage treatment system installed in the town.
Designated as one of the target areas for an urban restoration of Busan, residents in the town are urgently requesting restoration of the stream environments including odor control and water remediation.
In this study, we analyzed water quality and malodor changes of
Hogye Stream for the three chosen stations after bioaugmenting the microbial agent (BM-2) for a few months including the rainy season.
An activity of augmented bacterial agent on the station (Middle) was initially expected to be relatively higher and thus show lower levels of COD than the upstream site (Chuhhae). However, it turned out that the removal effect of COD was not clear probably due to a flooding in the rainy season and too much incoming pollutants to remove considering the amount of microbial agent augmented into the stream.
However, in the case of efficiency of odor control after 2 months of BM-2 treatment, the average control effect at the station (Middle) was about 65% indicating the microbial activity in reduction of malodor in the polluted stream. It was concluded that the bioaugmentation technology was effective in the malodor control and could be applied t other similar streams and improve their water qualities.
유용미생물 도심하
천 오염하천 악취제어
하천정화
제 1 장 서 론
우리나라의 도심 복개 하천은 그 오염도가 심각하여 청계천이나 동천처 럼 자연하천으로 회귀시키는 추세에 있다 부산광역시의 대표적 도심하천. 인 동천은 부산진구와 남구 및 동구에 걸쳐 호계천 부전천 전포천 당감, , , 천 가야천을 상류 하천으로 함께 연결되어 있으며 대부분의 상류구간이 , 수십 년 동안 복개 되어 생활오수와 하류의 하수 월류 등에 의해 심각하 게 오염되어 있는 상태이다 특히 남구와 동구에 걸쳐서 흐르는 동천의 . 대표적 상류하천인 호계천은 그 오염도가 극심하여 악취발생에 따른 민원 이 이 심각한 상황이다.
호계천 상류 지역인 안창 마을은 부산광역시의 창의 프로그램에 의한 하천환경 정화사업의 일환으로 토목공사에 기반한 하천의 수로개선 및 경 관개선을 통한 자연형 하천 복원 사업이 진행되고 있다 그러나 지역 하. 수관거가 대부분 합류식이여서 미처리된 생활오수의 혼입에 의한 하천 수 질 오염은 여전히 건재하여 이에 따른 대책이 시급한 실정이다 이러한 . 소규모 도심 하천의 수질 오염 문제를 해결하는 방법으로 미생물 처리 공 정이 대두되고 있다 최근 오염하천을 미생물처리공법에 의해 정화한 사. 례를 살펴보면 접촉산화지공정을 pilot scale로 처리한 결과 TN 및 NH4+–N 의 제거율이 각각 50.3%, 및 60.1%를 보였으며 질화 및 암모니아산화 미, 생물의 활발한 번성이 관찰되었다(Jiao , 2011). 외 최근 고(2013) 등의 연구 에 의하면 특수 혼합미생물 제제를 주입하여 오염된 인공 해수천을 성공 적으로 정화한 예가 있다.
본 연구에서는 이러한 호계천의 실태를 파악하여 악취와 수질 오염 문
적이며 경제적인 복합 미생물 처리 공법을 호계천 상류 지역에 적용하였 으며 장마기간을 포함하여 현장 실험한 결과를 비교 검토하였다.
본 연구의 결과는 오염된 도심 하천에 대한 친환경적 하천 정화사업의 기본 자료로 사용할 수 있으며 상류지역의 미생물 처리 공정이 본류 미생 물 생태계에 미치는 변화를 고찰하는데 기여할 것으로 기대된다.
제 2 장 문헌조사
하천의 기능
하천은 지표수가 모여 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 일정한 물길을 의미한다 이러한 하천을 인간이 이용하는 관점에서 보면 이수 기능 치수 기능 하천에서 다양한 문화 공간으로 누리는 친수기능 공간기 능 등이 있다
자연적 관점에서의 하천은 물과 그 근처에 사는 수생식물이나 수변 식 물의 서식지 및 어류와 수서 곤충 조류의 활동 공간을 제공하며 하천 주 변의 식생 지대는 유입되는 오염 물질을 정화하는 하천 자정 작용 등을 들 수 있다 또한 하천에는 다양한 어류와 동물들이 서식하며 산란을 위 해 이동하는 어류 뿐 아니라 근처 식생지를 따라 야생동물들이 이동하는 통로의 역할을 한다
그러나 산업화와 도시화가 발달한 이후에는 하천을 이수와 치수의 목적 에 치우쳐 관리하였고 이에 따라 거의 대부분의 하천이 콘크리트로 덮이 고 직강화가 이루어졌다 이러한 하천 정비는 하천 단면이 단순화됨으로 써 하천의 자정 능력을 저하시켰고 동 식물의 서식처는 사라졌다 그 결 과 하천 환경은 급속히 악화되었고 심각한 환경적 사회적 문제가 되고 있다
국내외 기술 현황
국내외 기술 현황
하천의 정화의 원리는 기본적으로 물리적 화학적 및 생물학적 정화원 리가 적용되는 것으로서 물리적 기법은 침전 여과 및 흡수작용으로 이루 어지며 화학적 기법은 주로 산화 환원 작용이 주된 과정이며 생물학적 기법은 호기적 및 혐기적 미생물 및 기타 거대 생물 동물 및 식물 등 의 주로 오염물질로된 기질의 산화 환원 작용에 의해 이루어진다
자연형 하천 공법이란 이수 및 치수의 기능에서 더 나아가 다양한 동 식물이 서식할 수 있도록 하여 본래 하천의 모습에 가깝게 복원 또는 보 전되는 하천 정화 기술을 말한다 자연형 하천 공법은 직선화되고 균일화 된 인공하천으로 인해 잃은 하천 생태계가 형성될 수 있도록 인공적인 재 료를 사용하지 않고 자연에서 얻어지는 통나무 풀 등의 생태 재료를 이 용하여 하천을 복원 또는 보전 하는 것을 말한다
자연형 하천공법은 년대 독일에서 근자연형 하천공법에 그 기초를 두고 있다 독일의 근자연형 하천공법은 그후 년대 일본의 다자연형 하천공법으로 발전하였다 년대에 미국에서는 하천복원공법이라는 이 름으로 자연형 하천공법을 정립하였다 우효섭 외
국내에서는 년대에 하천에 대한 환경적 기능에 초점을 두어 직접적 으로 하천이 우리의 삶의 질에 영향을 주는 주요한 요소라는 인식이 확산 되어 하천 환경의 보전과 복원의 필요성이 대두되었다 이에 따라 환경부 와 지방자치단체는 자연형 하천 정화 사업으로 훼손된 하천을 본래의 모 습으로 복원하고자 하였다 년대 중반 오산천 구간에 자연형 하천 공법을 적용하였고 년에는 국내 여건에 맞는 자연형 하천 공법 에 대한 연구 성과를 양재천에 시험적으로 적용하였다
안양천 군포시 구간에 설치된 끈상접촉산화시설의 경우 제거율이 약 로 높은 처리 효율을 보였으나 질소 인 제거 효과가 정도 로 비교적 낮게 나타났다 정용준 외
자연정화에 의한 처리 방법 중 인공습지법은 하천 및 농경지 주변에서 발생하는 비점오염원 및 점 오염원들이 자연상태의 습지에 의해 정화되어
지는 것을 바탕으로 하여 제한된 공간에서 집약적으로 정화능력을 발취할 수 있도록 인공적으로 만든 습지 와 를 이용하는 방 법이다
인공습지는 적용성과 비용절감 효과 등의 측면에서 적절한 대안이 될 수 있다 등 은 농업용 비료와 영양염류 등의 비점오염원 제 어에 인공습지가 효과적임을 보고하였으며 하천수 중 약 인
을 개의 인공습지로 처리하였다 또한 등 은
연안에 를 설치하여 비점오염원으로 인
해 오염된 하천의 질소를 저감시켰다
지하흐름 인공습지는 토양 모래 자갈 쇄석 등 공극이 있는 메디아로 습지를 구성하며 이러한 메디아를 통과하는 유체의 흐름 방식은 수직 흐 름 혹은 수평 흐름 방식으로 설계하며 대부분 혐기조건을 유지한다 인공 습지에서 질소제거 메커니즘은 대부분 질산화 탈질 반응으로 알려져 있으 므로 이에 대한 보다 심도 있는 활용이 요구된다
최근에는 각각의 지상흐름 인공습지 및 지하흐름 인공습지를 연결한 형 태로서 각각 설치된 인공습지에 비하여 소요부지와 질소제거 효율 면에서 더욱 효과적인 다단계방식의 인공습지에 대한 연구가 이루어지고 있으며
이는 제한된 공간을 이용하는 효율적인 방법이 될 수 있다
근래에 들어 다양한 친환경적 공법이 개발되었고 이를 적절히 적용하 여 하천의 상태는 예전보다 많이 개선되었다 대표적인 국내사례로 전주 천 정화사업 그리고 부산 온천천 복구 사업이 있다
전주천의 경우 하천정비기본계획은 년에 수립하였으나 재정비 계 획없이 기본 및 실시설계를 하면서 호수량 등을 검토하여 추진하였으며 유로를 사행화하여 건천화를 방지하고 주차장을 녹지화 함으로써 생태계 복원 및 수질개선 효과를 보았다
온천천은 직강화와 복개 제방의 콘크리트화로 하천 생태계가 파괴되고 각종 오물투기로 쓰레기장화된 바 하천본연의 기능을 회복시켜 사람과 자 연이 함께 할 수 있는 공간으로의 조성이 필요함께 따라 사업이 진행되었 다 자연형 하천 및 자연학습장 조성 하수 방류구 개소 및 차집관로 개소 정비 하천생태계 복원을 위한 유지용수 확보한 결과 하천생태계 복 원 및 친수문화공간이 조성되었다
최근 미생물제제를 이용한 생물학적 정화기술이 하천 정화의 대안이 될 수 있어 수로가 좁은 지형 등에 이를 적용하고 있다 최근 미생물 함유 티타늄 바이오볼을 이용하여 습지조성 및 수질정화에 활용하는 것으로 보 고되나 이는 관리문제와 고비용의 문제가 있다 세기환경
바이오밴코리아 는 수종 의 미생물을 조합해 발효시킨 복 합 미생물 제제를 이용하여 수질개선용으로 사용하고 있으나 적용환경에 따라 효과의 일관성이 떨어지고 기능의 일관성이 유지되지 않는 한계가 있다 워터저널
최근 오염하천의 에 의한 정화사례를 보면 의
생물학적 접촉산화지법 및 의 제거율은 각각 및 를 보였으며 이 때 질화 및 암모니아산화 미생물의 번성이 관찰되 었다 외
현재까지 대부분의 하천 정화 사업은 토목공사에 기반한 하천의 수로개 선 및 경관개선을 통한 자연형하천의 개발방향으로 진행되어 오고 있다.
하지만 직접적으로 도심 오염하천의 수질자체를 개선하거나 환경개선에 대한 과학적 연구 사례는 거의 없다 도심의 오염된 하천에 유용미생물 . 제제 (EM; effective microorganisms)을 활용한 EM 흙공으로 그 정화를 시 도한 바가 있으나 (Koh and Ekpeghere, 2009), 객관적이고 과학적인 검증 이 이루어지지 않았다 한편 최근 . Koh et al., (2015)은 특수 혼합미생물 제제 (BM-S-1)를 직접 투여하여 바닷물이 혼입된 인공해수천을 성공적으 로 정화한 바가 있다 그러나 이러한 유사 제제를 이용하여 한 방향으로 .
흐르는 도심의 오염하천을 정화한 경우는 거의 없는 실정이다.
현재 호계천의 하류인 동천은 염수가 유입되는 연안역에 포함된 오염된 하천이므로 장기적 관점에서 볼 때 내염성 미생물을 이용한 공법이 필요 한데 이러한 정화사례는 전 세계적으로도 전무한 실정이다.
이 경우 bioaugmentation기법을 활용한 오염 해수천정화공법을 활용할 경우 호계천은 물론 하류의 염수가 포함된 동천의 정화에도 긍정적인 결 과가 기대된다.
의 일반적인 특징
본 연구에서 사용된 유용미생물제제(BM2)의 일반적인 특징은 을 통하여 주요 미생물군집을 나타내었다
Pyrosequencing (Fig. 1, Table 1).
Fig. 1 Microbial community composition of a microbial consortium
유당 및 기타 당을 유산으로 전환하여 주위환경을 산성조건으로 만들거나 과산화수소를 발생시켜 병원성미생물 등 유해한 미생물의 생장을
억제
토양 수질 및 퇴비 등에 주로 존재 등의 난분해성
토양과 야채류에 주로 존재 육류나 식품의 분해에 작용
토양 물 오수 동물의 분뇨 등 자연계에 널리 분포 여러 유기물의 기질을 분해하는 능력이 탁월
탈질미생물도 존재
Table 1 Putative functions of the Microbial community from the consortium, BM-2
제 3 장 실험장치 및 방법
연구목표 및 범위
기존 연구 사례를 검토한 결과 대부분의 하천 정화 사업은 토목공사에 기반한 하천의 수로개선 및 경관개선을 통한 자연형하천의 개발방향으로 진행되어 오고 있다 하지만 직접적으로 도심 오염하천의 수질자체를 개. 선하거나 환경개선에 대한 과학적 연구 사례는 찾아보기가 어려웠으며, 특히 본 연구에서 제시할 예정인 특수 혼합미생물 제제만을 이용한 정화 방법 역시 그 전례가 거의 없다 도심의 오염된 하천에 유용미생물 제제 . 을 활용한 흙공으로 그 정화를 시도한 (EM; effective microorganisms) EM
바가 있으나 고성철 외( , 2009), 객관적이고 과학적인 검증이 이루어지지 않았다 한편 최근 고성철 등 . (2013)은 특수 혼합미생물 제제 (BM-S-1)을 이용하여 바닷물이 혼입된 인공해수천을 성공적으로 정화한 바가 있다.
그러나 이러한 유사 제제를 이용하여 한 방향으로 흐르는 도심의 오염하 천을 정화한 경우는 거의 없는 실정이다 따라서 본 연구에서는 유용복합. 미생물 제제를 활용하여 도심의 대표적인 오염 소하천인 호계천을 경제적 이고 환경 친화적으로 수질정화 및 악취 저감 방안으로 지속적으로 미생 물을 오염 하천 현장에 투입하여 수질을 개선하고 생태계의 변화를 모니, 터링하여 목표 수질을 달성 및 악취 저감을 목표로 하였다(Table 2).
구분 등 급
이용목적별 적용대상
기 준 수소이온
농 도
생물화학적
산소요구량 부유물질량 용존산소량 대장균군 수
생 활 환 경
상수원수 급
자연환경보전 이하 이하 이상 이하
상수원수 급 수산용수 급 수영용수
이하 이하 이상 이하
상수원수 급 수산용수 급 공업용수 급
이하 이하 이상 이하
공업용수 급
농업용수 이하 이하 이상
공업용수 급
생활환경보전 이하
쓰레기 등이 떠있지 않을 것
이상
Table 2 Water quality assesment of river applying to water quality assesment article(2000)
연구방법
본 조사는 부산시 동구 범일동 호계천 수질에 대해 장마철을 포함하여 수개월 동안에 걸쳐 선정된 개 정점에 대하여 미생물제제의 투입전후의 3 수질과 악취변화를 분석하였다.
동천 하류 및 호계천에서 개의 정점에 대해서 조사하였다3 (Fig. 2), 에 나타난것과 같이 호계천 상류지역의 기초환경 수온
(Table 3). Table 5 ( ,
유황항목 구간별 간격 수심 유속 유량 수질
pH, DO), ( , , , ), (COD, SS, T-N, NH4+, NO3-, NO2-, T-P, PO43-, E.coil coliform), 냄새(Threshold odor 에 대하여 분석하였으며 처리전 후의 미생물군집변화에 대
number; TON) ,
하여 조사하였다 상세 조사 일지는 . Table 4 에 나타내었다.
시료는 500ml HDPE bottle에 담은 다음 얼음으로 채워진 암실의 아이스 박스에 담아 실험실로 옮겨 바로 냉동시키거나 즉시 분석하였다.
Fig. 2 Investigation vertex, Busanjin-gu, Busan, Korea
Point of investigation
Chunhae kindergarten
around
Mid-point Borim theater around
Expression Chunhae Middle Borim
Altitude 35° 8'46.00"N 35° 8'35.90"N 35° 8'31.40"N Latitude 129° 2'36.22"E 129° 3'2.61"E 129° 3'24.51"E
Table 3 Investigation vertex and GPS position
Count Date 1st sampling 2015.05.15 2nd sampling* 2015.05.29 3rd sampling** 2015.06.26
4th sampling 2015.07.01 5th sampling 2015.07.04 6th sampling 2015.07.09 7th sampling 2015.07.13 8th sampling 2015.07.15 9th sampling 2015.07.17 10th sampling 2015.07.21 11th sampling 2015.07.28 12th sampling 2015.08.03 13th sampling 2015.08.06 14th sampling 2015.08.12 15th sampling 2015.08.18 16th sampling 2015.08. 24 17th sampling 2015.09.01 18th sampling 2015.09.04 19th sampling 2015.09.07 20th sampling 2015.09.10 21th sampling 2015.09.11
Table 4 The sampling date
* The preliminary data analysis;
** First microbial preparations started injecting Table 5 The test criteria
Fig. 3 Sampling of water and odor for analysis
분석방법
호계천 상류 지역의 기초 환경 조건 조사로 수온, pH, 용존산소(DO)등 은 현장에서 미국 YSI 사의 YSI550A 및 YSI63을 이용하여 측정하였다. 유황항목은 구간별 간격 및 수심을 측정하고 유속은 각 조사정점에서 트, 레이서용 부표를 띄워 시간에 따른 이동거리를 활용하여 측정하였다 그 . 결과를 기반으로 하여 장마철을 제외한 평균 유속과 유량을 계산하였다.
수질 및 냄새 분석 방법은 수질공정시험법 등을 참고하여 Table 6와 같은 방법으로 분석하였다 수생태계 조사로 미생물제제 . BM-2을 오염 하천 처 리에 활용할 경우 같은 시점에서 처리되지 않은 인근 오염 하천과 조사 정점의 처리 후의 미생물 군집 변화를 Pyrosequencing기법을 사용하여 확 인하였다. 이들 실험을 위한 DNA 추출은 Power Soil DNA isolation
를 사용하여 실시하였고 기법
Kit(MoBiolab, Inc, Carlsbad) , Pyrosequencing 에 의한 군집 분석은 이전의 방법(Hur , 2011)외 에 따라서 우선 16S rRNA
의 을 를 활용하여 증폭하였 gene Variable Region(V1 ~ V3) Fusion Primer
다 그리고 이전의 방법. (Chun 외, 2010)에 따라서 Library제로 하였으며 염기서열 분석은 454GSFLX Junior Sequencing System(Roche, Branford,
를 활용하여 수행하였다
CT, USA) .
Table 6 Analytical methods for samples from water
오염원 및 유입경로 조사
호계천 배수로의 기본 유로 선형이 불규칙 하고 하상은 콘크리트로 이 루어져 있었다 하천수는 주거지에서 정화가 되지 않은 채로 유입이 되어 . 심한 악취와 해충이 발생하고 있다 또한 하수로에 불법 투기된 오물 및 . 쓰레기 등이 그대로 유입되어 하천수의 오염이 가중되고 있다.
현장투여 미생물제제 의 배양액 준비 및 투여방법
플라스틱으로 제조한 5ton의 배양기 포기장치 부탁 를 현장에 설치하였( ) 다(Fig. 4). 분말성 미생물제제(BM-2)를 당밀(0.3%) 및 염분(0.3%)의 배지에 서 일간 상온7 (25℃ 부근 에서 배양한 후 이 배양원액) (200L)을 수돗물
에 투여하여 포기조건에서 일간 실온에서 활성화를 시켰다
4ton 3 (pH 4 ~
이후 배양액 전량을 약 일에 걸쳐 상류지점 에 투여하였으
4.5). 4 (Chunhae)
며 이후 시료를 채취하여 분석을 실시하였다, .
Fig. 4 View of one of the typical drains at the stream(Left, Upstream(Chunhae); Center, (Middle); Right, (Borim))
제 4 장 연구결과 및 고찰
친환경적인 수질관리개선 최적방안도출을 위한 자료조사 및 처 리 가능성 실험
본 연구에서는 오염하천수의 대표적 복합미생물제제에 의한 처리가능성 을 검토하기 위해 조사 정점 중 하류부분(Borim)에서 채취한 하천시료를 각 회분식 반응기 총용량 ( 4L)에 2500mL씩 넣고 포도당을 첨가하여 C, N 및 P 비율을 조정한 후 전체 용량의 1% 비율로 각 반응기에 (Control: 증 류수, BM-2-Aerobic: BM-2, BM-2-Anoxic: BM-2)을 접종하였다 각 반응기. 에 함유된 오염수에의 미생물 원액 접종 전후 수질변화 조사는 일차0 , 3 일차, 7일차로 구분하여 각종 수질항목을 분석하였다.
수소이온농도
각 반응기에서 미생물 접종 직후인 일차의 0 pH는 약 7.1~7.3을 나타내 었으며, 3일차의 경우 pH는 약 6.8~7.9를 나타내었다. 7일차의 경우에 있 어서 각 반응기에서의 pH는 약 7.1~7.5로 나타났다. Control, BM2-Aerobic 반응기에서는 미생물 접종 직후 인 일차 0 pH보다 일차3 , 7일차 pH가 높 아지는 경향을 보였으나 대부분 유사한 수소이온농도를 나타내었다(Fig.
5).
Lab.scale test_pH
Control BM2-Aerobic BM2-Anoxic
pH
0 2 4 6 8 10
0 day 3 days 7 days
Fig. 5 The pH changes during the Lab.scale test
용존산소
반응기를 제외한 반응기에 산소발
BM-2-Anoxic Control, BM-2-Aerobic
생장치를 설치하고 산소를 발생시켜 각 반응기에서의 용존산소농도를 측 정하였다 미생물 접종 직후인 일차에 각 반응기에서 측정한 용존산소는 . 0 약 1.2~4.5mg/L을 보였으며, 3일차의 경우 용존산소는 약 0.3~6.1mg/L를 보였다. 7일차의 경우 각 반응기에서의 용존산소는 약 0.2~5.3mg/L으로 나 타났다. BM-2-Anoxic 반응기를 제외한 모든 반응기에서 비슷한 수준의 용존산소량을 나타내었다(Fig. 6).
Control BM2-Aerobic BM2-Anoxic
DO (mg/L)
0 2 4 6 8 10
0 day 3 days 7 days
Fig. 6 The DO changes during the Lab.scale test
화학적산소요구량
미생물을 접종하지 않은 Control에서 샘플의 호기성 처리 결과 COD가 초기 40.7mg/L에서 일째에 7 7.3mg/L까지 감소되었으며 COD 제거효율은 약 82%로 나타났다 여기서 대조구가 비교적 높은 처리효율을 낸 것은 . C, 및 비율을 적절히 맞추어 주어 하천수내의 토착미생물의 작용이 적 N P
절히 이루어진 데 그 이유가 있는 것으로 보인다 시료에 . BM-2 접종 후 호기성처리를 한 결과 COD가 초기 50.4mg/L에서 일차 경과 시 7 12.1mg/L 까지 감소되었으며 제거효율은 약 , 75%로 나타났다. BM-2 접종 후 무산 소 처리 결과 COD가 초기 50.6mg/L에서 일차 경과 시 7 19.1mg/L까지 감 소되어 제거효율은 약 62%로 나타났다(Fig. 7).
Lab.scale test_COD
Control BM2-Aerobic BM2-Anoxic
COD (mg/L)
0 10 20 30 40 50 60
0 day 3 days 7 days
Fig. 7 The COD changes during the Lab.scale test
부유물질
미생물을 접종하지 않은 Control에서 호기성 처리를 한 결과 가 초기 SS 에서 일차 경과 시 까지 감소 되었고 제거효율은 약 로
66mg/L 7 4mg/L 93%
나타났다. 시료에 BM-2 접종 후 호기성 처리를 한 결과 SS가 초기 에서 일차 경과 시 까지 감소되었고 제거효율은 약 로
62mg/L 7 2mg/L 96%
나타났다 샘플을 . BM-2 접종후 무산소 처리를 한 결과 가 초기 SS 76mg/L 에서 일차 경과 시 7 6mg/L까지 감소되어 제거효율은 약 92%로 나타났다. 모든 반응기 내에서 부유물질 제거효율은 90%이상 나타났다(Fig. 8).
Lab.scale test_SS
Control BM2-Aerobic BM2-Anoxic
SS (mg/L)
0 20 40 60 80
0 day 3 days 7 days
Fig. 8 The SS changes during the Lab.scale test
총질소
미생물을 접종하지 않은 Control에 호기성 처리를 한 결과 TN은 초기 에서 일차 경과 시 까지 감소되었고 제거효율은 약 12.02mg/L 11 9.97mg/L ,
로 나타났다 시료에 접종 후 호기성 처리를 한 결과 은 초
17% . BM-2 TN
기 10.9mg/L에서 11일차 경과 시 9.12mg/L까지 감소되었고 제거효율은 , 약 16%로 나타났다 시료에 . BM-2 접종후 무산소 처리를 한 결과 TN은 초기 11.33mg/L에서 11일차 경과 시 9.98mg/L까지 감소되어 제거효율은 약 11.9%로 나타났다(Fig. 9).
Lab.scale test_T-N
Control BM2-Aerobic BM2-Anoxic
T-N (mg/L)
0 5 10 15 20
0 day 3 days 7 days
Fig. 9 The T-N changes during the Lab.scale test
아질산성질소
미생물을 접종하지 않은 Control에 호기성 처리를 한 결과 NO2-은 초기 에서 일차 경과 시 까지 증가되었다 시료에 접
0.04mg/L 7 1.89mg/L . BM-2
종후 호기성 처리를 한 결과 NO2-은 초기 0.425mg/L에서 일차 경과 시 7 까지 증가되었다 시료에 접종후 무산소 처리를 한 결과 1.685mg/L . BM-2
NO2-은 초기 0.56mg/L에서 일차 경과 시 7 0.015mg/L까지 감소되었다(Fig.
10).
Lab.scale test_NO2-
Control BM2-Aerobic BM2-Anoxic
NO2- (mg/L)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
0 day 3 days 7 days
Fig. 10 The NO2- changes during the Lab.scale test
질산성질소
미생물을 접종하지 않은 Control에 호기성 처리를 한 결과 NO3-은 초기 에서 일차 경과 시 까지 약 배 증가되었다 시료에
0.13mg/L 7 2.63mg/L 20 .
접종후 호기성 처리를 한 결과
BM-2 NO3-은 초기 0.21mg/L에서 일차 경7 과 시 5.85mg/L까지 약 배 증가되었다 시료에 28 . BM-2 접종후 무산소 처 리를 한 결과 NO3-은 초기 0.17mg/L에서 일차 경과 시 7 0.95mg/L까지 약
배 증가되었다 따라서 에 의한 질산화는 미생물을 접종하지 않은
6 . BM-2
처리에 비해 우수한 것으로 나타났다
Control (Fig. 11).
Lab.scale test_NO3-
Control BM2-Aerobic BM2-Anoxic
NO3- (mg/L)
0 1 2 3 4 5 6 7
0 day 3 days 7 days
Fig. 11 The NO3- changes during the Lab.scale test
암모니아성질소
미생물을 접종하지 않은 Control에 호기성 처리를 한 결과 NH4+은 초기 에서 일차 경과 시 까지 감소되었고 그 효율은 약
3.45mg/L 7 1.46mg/L , 57%
로 나타났다 시료에 . BM-2 접종후 호기성 처리를 한 결과 NH4+은 초기 에서 일차 경과 시 까지 감소되었고 그 효율은 약
3.38mg/L 7 1.28mg/L , 62%
로 나타났다 시료에 . BM-2 접종후 무산소 처리를 한 결과 NH4+은 초기 에서 일차 경과 시 까지 감소되어 그 효율은 약 로
4.11mg/L 7 2.4mg/L 41%
나타났다(Fig. 12).
Lab.scale test_NH4+
Control BM2-Aerobic BM2-Anoxic
NH4+ (mg/L)
0 1 2 3 4 5
0 day 3 days 7 days
Fig. 12 The NH4+ changes during the Lab.scale test
총인
미생물을 접종하지 않은 Control에 호기성 처리를 한 결과 총인은 초기 에서 일차 경과 시 까지 감소되었고 그 제거효율은 약
2.16mg/L 7 1.69mg/L ,
로 나타났다 시료에 접종후 호기성 처리를 한 결과 총인은 초
21% . BM-2
기 2.47mg/L에서 일차 경과 시 7 1.96mg/L까지 제거되었고 그 제거효율은 , 약 20%로 나타났다 시료에 . BM-2 접종후 무산소 처리를 한 결과 총인은 초기 1.79mg/L에서 일차 경과 시 7 1.71mg/L까지 제거되어 그 제거효율은 약 4%로 나타났다(Fig. 13).
Lab.scale test_T-P
Control BM2-Aerobic BM2-Anoxic
T - P (mg/L)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
0 day 3 days 7 days
Fig. 13 The T-P changes during the Lab.scale test
무기이온
미생물을 접종하지 않은 Control에서 샘플을 호기성 처리를 한 결과 에서 일차 경과 시 까지 증가되었다 시료에 호
0.54mg/L 7 1.33mg/L . BM-2
기성 처리 결과 0.67mg/L에서 일차 경과 시 7 1.53mg/L까지 증가되었다. 시료에 BM-2 무산소 처리 결과 0.70mg/L에서 일차 경과 시 7 1.47mg/L까 지 제거되었다(Fig. 14).
Lab.scale test_PO43-
Control BM2-Aerobic BM2-Anoxic
PO43- (mg/L)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
0 day 3 days 7 days
Fig. 14 The PO43- changes during the Lab.scale test
하천의 기초 환경 조사
하천 구간별 폭 및 수심
시료 채취지점별 하천 폭 및 수심을 측정한 결과 상류지점(Chunhae)은 각각 평균 1.74 m 및 12 mm, 중류지점(Middle)은 각각 평균 1.4 m 및 28 그리고 하류지점 은 각각 및 로 나타났다 한편 mm, (Borim) 1.95 m 83 mm . 이러한 하천의 폭과 수심은 대체로 계절적으로 시간적으로 변동을 보였다 (Table 7).
Table 7 The width and depth of each river section
유속
하천의 유속과 유량은 장마 기간이 아닌 시기에 측정하여 계산하였다.
호계천 상류지점(Chunhae)의 하천 길이(L)와 폭(W)은 각각 5.0m 및 이었으며 이 구간의 평균 수심은 약 이었다 또한 이 경우
1.74m , 0.012m .
유속은 약 0.72m/sec (=5.0m/6.94 sec)이었다. 따라서 시간당 유속은 로 계산이 되고 시간당 총유량은
2,598m 54.25m3 (=2,598m x 1.74m x 로 환산이 되었다
0.012m) .
호계천 중류지점(Middle)의 하천 길이(L)와 폭(W)은 각각 50.0m 및 이었으며 이 구간의 평균 수심은 약 이었다 또한 이 경우
1.40m , 0.028m .
로 계산이 되고 시간당 총유량은
4,190m 164.25m3 (=4,190m x 1.40m x 로 환산이 되었다
0.028m) .
호계천 하류지점(Borim)의 하천 길이(L)와 폭(W)은 각각 6.0m 및 1.95m 이었으며 이 구간의 평균 수심은 약 , 0.090m 이었다 또한 이 경우 유속. 은 0.889m/sec (=6.0m/6.75 sec)이었다 따라서 시간당 유속은 . 3,199m로 계 산이 되고 시간당 총유량은 517.75m3 (=3,199m x 1.95m x 0.083)로 환산이 되었다.
미생물제제의 접종은 시간당 0.024m3 이므로 접종량은 각 지점별 정도가 된다 배양액의 미생물밀도를
0.045%, 0.015%, 0.005% . 108cells/mL 로 보면 하류지점에서 0.5x108cells/mL의 농도로 하천에 접종이 된 것으로 추정이 된다.
기초 환경 조사
조사 정점 별 일반 수질항목에 대한 실험을 실시하였다 그 결과 전반. 적으로 대표적인 수질분석항목(COD, T-N, T-P, 암모니아성 질소 무기인 , 및 SS 등 은 하류로 갈수록 증가하는 경향을 나타내었다) (Fig. 15). 아질산 및 질산성분의 경우는 St. 2 (중류 에서 상대적으로 낮게 나타났다 이는 ) . 탈질현상이 이 지점에서 상대적으로 활발히 일어나고 있는 것으로 판단된 다 이 기초 환경조사 자료는 오염수의 처리 시 미생물의 최적작용 조건. 을 파악하기 위한 C, N, 및 의 적절한 비율을 결정하는데 참고가 될 것P 으로 기대되었다.
Fig. 15 Collecting contaminated river water and changing in water quality analysis items for each point
호계천의 환경 조건
수온
채취지점의 하천수 수온은 평균 상류지점(Chunhae)은 22.9 , ℃ 중류지점 의 경우 하류지점 의 경우 로 나타났다 상류 (Middle) 23.5 , ℃ (Borim) 23.8℃ . 지점에 비해 중류 하류 지점이 평균 약 , 1℃ 높은 것으로 나타났다(Fig.
상대적으로 개방이 되어 있는 두 지점이 태양열의 영향을 더 받기 16).
때문으로 판단된다 이러한 조건은 호기성 미생물의 활동에 의한 용존산. 소의 소비와 더불어 미생물의 주입에 의한 하천오염물질의 정화의 속도와 범위에도 영향이 있을 것으로 판단되었으며 실제로 이 두 지점에서 악취 제거효과가 나타났다.
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11
Water Temperature()℃
18 20 22 24 26 28 30
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 16 The water temperature changes at the test sites of the stream during the test period
수소이온농도
미생물제제 처리 전의 경우 각 정점 평균 pH가 상류지점(Chunhae)은 중류지점 의 경우 하류지점 의 경우 을 보였으며 7.1, (Middle) 7.2, (Borim) 6.8 , 이 후 장마철 기간을 포함하여 각 정점 평균 pH가 상류지점(Chunhae)은 중류지점 의 경우 하류지점 의 경우 범위에서 변 7.2, (Middle) 7.4, (Borim) 7.5
화를 보였다(Fig. 17). 따라서 이 기간의 경우 미생물제제 처리에 의한 의 일관성있는 변화를 감지하기는 어려웠다 한편 장마철 이후의 경우
pH .
는 약 범위로 중성으로 환원하는 경향을 보이고 있다
pH 6.2~7.1 .
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11
pH
6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 17 The pH changes at the test sites of the stream during the test period
용존산소
미생물제제 처리 전의 경우 전반적으로 DO가 약 3-5mg/L 부근의 범위 에서 나타났으나 이후 처리가 진행된 장마철의 경우 , DO는 약 1-5mg/L 부근의 범위에서 나타났으며 장마철 이후는 약 3-7.9mg/L를 보였다 우기 . 일 때 복개가 안된 부분이 있는 중류지점이 다소 높게 나타났으며 이는 , 중류지점에서의 호기성 미생물(BM-2 균주 포함 의 활동을 기대할 수 있을 ) 거라 판단하였다(Fig. 18).
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11
DO(mg/L)
0 2 4 6 8 10
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 18 The DO changes at the test sites of the stream during the test period
수질 항목
화학적산소요구량
미생물제제 처리 전의 경우 각 정점 평균 COD가 상류지점(Chunhae)은
중류지점 의 경우 하류지점 의 경우
25.5 mg/L, (Middle) 34.0 mg/L, (Borim)
을 보였으며 처리 개월 후 장마철 기간을 포함하여 각 정점 29.0 mg/L , 2
평균 COD가 상류지점(Chunhae)은 18.7 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우
하류지점 의 경우 범위로 변화를 보였다 전
14.3 mg/L, (Borim) 12.5 mg/L . 반적으로 월 7 13일 경까지 주로 장마의 영향으로 2-16mg/L 범위로 감소 를 보였으며, 7/15일부터 월 일의 기간에는 다시 증가하는 경향을 보였7 28 다 그리고 장마 이후의 경우는 약 . 2-28mg/L의 범위를 보였다(Fig. 19). 이 는 긴 장마 이후 미생물의 작용이 제한이 된 것에 그 원인이 있는 것으로 사료된다.
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11
COD(mg/L)
0 20 40 60 80 100 120
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 19 The COD changes at the test sites of the stream during the test period
총질소
미생물제제 처리 전의 경우 각 정점별 평균 T-N은 상류지점(Chunhae) 은 8.1 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우 9.1 mg/L, 하류지점(Borim)의 경우
을 보였으며 처리 개월 후 장마철 기간을 포함하여 각 정점 11.3 mg/L , 2
평균 T-N은 상류지점(Chunhae)은 8.1 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우 9.2
하류지점 의 경우 범위로 변화를 보였다
mg/L, (Borim) 12.7 mg/L (Fig. 20).
전반적으로 장마철을 거치면서 약간 감소 후 다시 증가하는 경향을 보였 다. T-N의 경우도 COD와 같이 긴 장마 이후 미생물의 작용이 제한이 된 것에 그 원인이 있는 것으로 사료된다.
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11
T-N (mg/L)
0 5 10 15 20 25
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 20 The T-N changes at the test sites of the stream during the test period
암모니아성 질소
암모니아성 질소의 경우 전반적으로 미생물제제 처리전 정점별 평균 농 도는 상류지점(Chunhae)은 4.7 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우 4.1 mg/L, 하류지점(Borim)의 경우 9.3 mg/L 범위로 나타났으나 미생물제제 처리 , 후 정점별 평균 농도는 상류지점(Chunhae)은 4.4 mg/L, 중류지점(Middle) 의 경우 5.7 mg/L, 하류지점(Borim)의 경우 8.4 mg/L 수준으로 증가하는 경향이 나타났다(Fig. 21). 이 현상은 계절적인 온도의 상승변화로 인한 미 생물작용 (BM-2 접종균 및 토착미생물 의 활성이 증가되어 생활오수내의 ) 단백질 및 핵산성분내의 질소원이 암모니아로 분해 유리된데 기인한 것, 으로 보인다 또한 전반적으로 오염부하가 많은 하류에서 암모니아성 질. 소 농도가 높게 나타났다.
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11 NH4+ (mg/L)
0 5 10 15 20 25 30
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 21 The NH4+ changes at the test sites of the stream during the test period
아질산성 질소
아질산성 질소의 경우 미생물제제 처리 전 정점별 평균 농도는 상류지 점(Chunhae)은 0.30 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우 0.27 mg/L, 하류지점 의 경우 범위로 나타났으나 미생물제제 처리 후 정점별 (Borim) 0.41 mg/L ,
평균 농도는 상류지점(Chunhae)은 0.29 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우 하류지점 의 경우 범위로 나타났다
0.31 mg/L, (Borim) 0.34 mg/L (Fig. 22).
전체적으로 월 일부터 월 일을 제외하고는 장마철에도 증가하는 경7 9 7 13 향을 보였으며 장마철 이후에는 전체적으로 약 , 0.3 mg/L 범위로 나타났 다 이는 암모니아성 질소와는 달리 질소의 대사과정에 상당히 불안정한 . 성질을 가지고 있기 때문으로 사료된다.
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11 NO2- (mg/L)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 22 The NO2- changes at the test sites of the stream during the test period
질산성 질소
질산성 질소의 경우 미생물제제의 처리 전 정점별 평균 농도는 상류지 점(Chunhae)은 4.1 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우 4.4 mg/L, 하류지점 의 경우 범위로 나타났으나 미생물제제 처리 후 정점별 (Borim) 3.6 mg/L ,
평균 농도는 상류지점(Chunhae)은 3.1 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우 2.5 하류지점 의 경우 범위로 다소 감소하는 경향이 나 mg/L, (Borim) 2.3 mg/L
타났다(Fig. 23). 그리고 질산성 질소는 처리 후기로 갈 수로 중류 및 하류 의 감소가 비교적 뚜렷하게 나타나고 있는데 이는 제제의 처리의 영향을 받는 중류 및 하류에 탈질미생물의 작용이 상대적으로 활발한데 기인하는 것으로 보인다.
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11 NO3- (mg/L)
0 2 4 6 8 10 12
14 CHUNHAE
MIDDLE BORIM
Fig. 23 The NO3- changes at the test sites of the stream during the test period
총인
총인의 경우 전반적으로 미생물제제 처리 전 정점별 평균 농도는 상류 지점(Chunhae)은 0.40 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우 0.77 mg/L, 하류지 점(Borim)의 경우 0.87 mg/L 범위로 나타났으나 미생물제제 처리 후 정점, 별 평균 농도는 상류지점(Chunhae)은 0.48 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우
하류지점 의 경우 수준으로 증가하는 경향을
0.71 mg/L, (Borim) 1.02 mg/L
보이고 있다(Fig. 24). 이 경향은 하류에서 뚜렷하였다 이는 오염부하의 . 지속적인 증가로 인한 수질내의 인의 축적에 기이하는 것으로 판단된다.
유기 및 무기인은 가스화하여 휘발하지 않으므로 오염수내에 축적이 이루 어진다고 볼 수 있다.
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11
T-P(mg/L)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 24 The T-P changes at the test sites of the stream during the test period
무기인
ortho-P 의 경우 전반적으로 미생물제제 처리 전 정점별 평균 농도는 상류지점(Chunhae)은 0.52 mg/L, 중류지점(Middle)의 경우 0.59 mg/L, 하류 지점(Borim)의 경우 0.83 mg/L 범위로 나타났으나 미생물제제 처리 후 정, 점별 평균 농도는 상류지점(Chunhae)은 0.35 mg/L, 중류지점(Middle)의 경 우 0.60 mg/L, 하류지점(Borim)의 경우 0.89 mg/L 수준으로 약간 증가하는 경향을 보이고 있다(Fig. 25). 이 경향은 상류지점을 제외하고 총인과 유사 하게 중류 및 하류에서 뚜렷하였다 이는 오염부하의 증가로 인한 수질내. 의 유기인의 축적이 이루어지고 이들이 미생물의 분해 작용으로 무기인으 로 전환하기 때문으로 추측된다.
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11 PO43- (mg/L)
0 1 2 3 4 5
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 25 The PO43- changes at the test sites of the stream during the test period
부유물질
부유물질의 경우는 전반적으로 모든 정점에서 처리전후에 상관없이 의 수준으로 나타났다 즉 미생물제제의 처리에 큰 영 10-40mg/L (Fig. 26).
향을 받지 않는 것으로 나타났다.
Date
5/29 6/26 7/1 7/4 7/9 7/13 7/15 7/17 7/21 7/28 8/3 8/6 8/12 8/18 8/24 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11
SS (mg/L)
0 10 20 30 40 50 60
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 26 The SS changes at the test sites of the stream during the test period
제제처리 전후의 오염물질총량기준 오염물질제거 효율 비교
오염물질 총량 시간당 유량[ (m3) x 오염물질의 농도 에 기초로 처리 전] (5 월 일29 , 06월 일 및 월 일 의 26 07 01 ) DO 및 오염물질별 평균 농도를 기준 으로하고 처리 후의 모든 시점의 평균농도를 계산하여 DO 및 오염물질별 제거효율을 그림에 나타내었다(Fig. 27). 용존산소의 경우는 중류 및 하류 의 경우 상류 대조군 에 비해서 ( ) 1.7배 정도의 높은 농도를 나타내었다 이. 는 하천의 정화작용으로 인해 회복이 됨을 의미한다. COD 및 의 경우SS 는 중류 및 하류에 있어서 가장 높은 제거효율을 보여 대조군에 비해 약
배의 제거효율을 보였다 이는 용존산소의 상승에 기여한다고 볼 수 있
2 .
다. T-N은 하류에서 13% 정도 축적되었고 NH4+-N 및 NO2--N의 경우 상 중하류에서 유사한 제거 및 축적 양상 중류에서 축적 그 외는 제거 을 보( , ) 이고 있다. NO3--N의 경우는 중하류에서 약 40%의 제거율을 보여 상류에 비해 약 2 배정도 상승되었다. NO3--N의 제거는 탈질에 기인할 수 있다. 의 경우는 상 하류에서 축적 각각 중류에서 정도 제거
T-P , ( 24, 15%), 7.6%
되는 것으로 나타났다. PO43-P의 경우는 상류에서 32% 제거 하류에서 , 정도 축적되는 것으로 나타났다
10% .
Fig. 27 The comparison of total pollutant standards and pollutant removal efficiency before and after treatment
대장균
미생물제제의 처리 개월 후 지표미생물로 대장균에 대한 분석을 실시2 하였다 각 정점별 대장균 수는 상류지점. (Chunhae)에서 4,000 CFU/ml, 중 류지점(Middle)에서 2,667 CFU/ml, 하류지점(Borim)에서 8,000 CFU/ml로 나 타났다(Fig. 28). 상류지점에서 중류지점이 비교적 짧은 거리에 있음에도 불구하고 상류지점 대비 33% 감소 경향이 보였으나 하류지점의 경우 생, 활오수의 지속적인 유입으로 인해 증가한 것으로 판단된다.
CHUNHAE MIDDLE BORIM
CFU/ml
0 2000 4000 6000 8000 10000
Fig. 28 The E, coli changes at the test sites of the stream
악취발생 변화 분석
복합악취발생의 변화분석
하수에서 발생하는 악취의 변화는 휴대용 측정기로 암모니아 및 황화수 소 등을 측정하였으나 냄새의 강도가 기기의 측정수준이하로 나타났다.
따라서 수질오염공정시험법에 의한 냄새역치(threshold odor number;
측정을 통하여 모니터링 하였다 대조구인 춘해 처리미생물
TON) (Fig. 29). (
미영향 의 경우 처리전 월 일) (5 29 , 2015 )년 에 비해 처리 후인 월 일 경우 9 7 최대 약 20배 이상의 악취의 증가가 이루어졌고 평균 ( 6.2배 증가 방출오) 염물질의 절대량이 최고로 높은 하류(Borim)의 경우 최고 약 4.8배 정도의 증가가 이루어졌으나 평균 ( 1.3배 증가), 중류(Middle)의 경우 처리 전에 비 해 오히려 악취가 평균 0.7배 정도로 감소하는 것에 그쳤다(Fig. 30). 그리 고 여기서 제제처리 전에 비해 제제처리 후 상류지점의 악취에 비해 중류 지점의 악취감소가 평균 약 65% 정도 감소가 나타나 제제에 의한 악취저 감이 현저함을 알 수 있었다 그리고 제제 처리 후 상류지점의 악취에 비. 해 하류지점의 악취감소도 평균 약 19% 정도였다(Fig. 31). 따라서 제제처 리에 의한 하수악취의 제거효과는 분명한 것으로 판단된다.
5/29 8/12 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11
TON
0 20 40 60 80
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 29 The TON changes at the test sites of the stream during the test period
Fig. 30 Comparison of odor level change before (May 29th, 2015) and after bioaugmentation in the stream sampling
stations
Date
5/29 8/12 8/27 9/1 9/4 9/7 9/10 9/11
Removal rate (%)
0 20 40 60 80 100
CHUNHAE MIDDLE BORIM
Fig. 31 Comparison of odor removal rates at the test sites of the stream
오염하천 현장에 미생물제제 처리 시 미생물군집 변화 분석
미생물처리 전후 하천의 미생물군집변화 분석
약 2 개월간의 미생물접종(bioaugmentation)완료 후 (9/11) 문(phylum) 및 종(species) 수준에서 상류 중류 및 하류의 미생물 군집분석을 실시하, 였다 여기서 대조구로 부산지역의 다른 하천인 당감천 상류. (Danggam)지 점도 포함하였다.
우선 문수준에서는 전반적으로 Proteobacteria(61-85%) 및 가 대부분을 차지하였으며 는 이하로 Bacteroidetes(13-36%) Firmicutes 5%
나타났다(Fig. 32). 미생물처리의 가장 직접적인 영향을 받은 중류에서는 약 3%의 Proteobacteria가 증가한 반면에 약 4%의 Bacteroidetes가 감소한 것으로 나타났다 한편 미생물처리의 직접적인 영향을 미약하게 받은 하. 류에서는 대조군으로 관찰된 Danggam과 유사한 수준의
및 군집패턴을 보이고 있으며
Proteobacteria(61%) Bacteroidetes(36%)
는 다른 모든 지점에 비해서 높게 나타나는 경향을 보 Bacteroidetes(36%)
였다.
과수준에서는 전반적으로 모든 정점에서 Comamonadaceae가 우점함이 나타났으며 상류지점 및 중류지점에서 특히 뚜렷하였다(35-70%). 다음으 로 Flavobacteriaceae가 4-26%의 분포를 보이고 있는데 특히 하류(26%)에 서 뚜렷하였다 그리고 . Sphaerotilus_f는 대조구로 설정된 당감천 상류에서 우점하였다(Fig. 33). 병원미생물이 포함되는 Campylobacteraceae는 중류 의 경우는 다른 지역에 비해 가 7-15배 정도 낮게 나타나 접종미생물은 병원성 미생물의 증식억제에 관여하는 것으로 판단된다. 반면에 는 중류의 경우 상류 및 하류에 비해 배 및 배 정
Rhodobacteraceae 10 5
도 높게 나타났다. Rhodobacteraceae는 그램음성균으로서 오염된 수질환 경 호기 및 혐기조건 에 서식하는 전형적인 화학종속영양체 및 광종속영( )
속수준에서는 전반적으로 모든 정점에서 Hydrogenophaga가 우점함이 나타났으며 상류지점 및 중류지점에서 특히 뚜렷하였다(27-57%이상). 제 제처리의 영향을 가장 많이 받는 지점인 중류의 경우 Acidovorax 및 Sphaerotilus 는 상류 및 하류에 비해 증가하고 있으나 Flavobacterium 및 Arcobacter는 현저한 감소를 보이고 있다(Fig. 34). 특히 Flavobacterium 및 Arcobacter는 토양 및 수질의 여러 환경에서 서식하는데 기회적 병원 미생물로 알려져 있으므로 본 미생물제제처리는 하천의 위생관리에 기여 를 할 수 있는 것으로 판단된다.
종(Species)수준에서는 전반적으로 Hydrogenophaga caeni, Sphaerotilus 및 natans group, Acidovorax radicis, Acidovorax delafieldii
이 상위우점종으로 나타났다
Cloacibacterium rupense (Fig. 35).
는 호계천에서 압도적인 출현빈도를 보이고 있는데 Hydrogenophaga caeni
상류(52%), 중류(20%) 및 하류(15%)의 순으로 높게 나타났으나 대조구인
의 경우는 상대적으로 낮았다 이 종은 과
Danggam(3.8%) . Comamonadaceae 에 속하는 조건적 혐기성미생물이며 활성슬러지에 존재하며 인을 축적하 는 것으로 알려져 있다(Chung et al., 2007). 중류 하류로 갈수록 현저히 , 밀도가 낮아지는 것은 DO의 증가로 인한 혐기성 상태의 상대적 파괴로 사용기질인 유기물이나 가용수소의 감소에 기인하는 것으로 판단된다 최. 근 염색폐수에서 분리된 호기성의 Hydrogenophaga sp. Strain PBC 는
를 효율적으로 분해하는 것으로 알려지고 있다 4-aminobenzenesulfonate
의
(Gan et al., 2012). beta-proteobacteria Sphaerotilus_f 에 속하며 주로 , 흐르는 물 오수 및 활성슬러지에 흔히 존재한다, (Pellegrin et al., 1999).
특히 이들은 sheath로 둘러싸인 filament 구조의 세포로 되어 있고 그 한 쪽 말단부에 접착질의 물질이 있어서 고체의 표면에 부착하여 흐르는 물 에 용이하게 성장한다(Mulder and Deinema, 1992). Acidovorax radicis는 호계천에 비해서 대조구(Danggam)에서 4배정도 높게 나타났으나 Acidovorax delafieldii 는 오히려 호계천 중류 의 경우가 대조군에 비해 약 ( ) 배정도 높게 나타났으므로 이종은 하천의 지역적 특이성을 보이는 것으 4
로 판단된다 이들 모두 . Comamonadaceae과에 속하는 호기성세균이며 전 자는 최근 밀의 뿌리에 서식하면서 이의 성장을 촉진하는 것으로 보고되 고 있다(Li et al., 2011). 후자는 절대적 호기성이며 토양 및 수질환경 시, 료 및 병원시료(Willems et al., 1990)에서 분리된 바가 있고 또한 상수시, 스템의 구리로 된 배관을 부식시킬 수 있는 것으로 보고되었다(Davidson et al., 1996). Cloacibacterium normanense는 호계천 상류 및 중류에 비해 하류에서 약 20배 정도 높게 나타났으며 대조군에 비해 약 배정도 높게 5 나타난 것으로 보아 하천과 하천내의 지역적 특이성을 보였다.
Cloacibacterium normanense는 조건적 혐기성으로서 도시의 생하수(raw
에서 분리된 바가 있다 또한 최근에 이종과 근
sewage) (Allen et al., 2006).
연관계에 있는 Cloacibacterium rupense가 Nepal 의 Rupa Lake의 퇴적물 에서 분리된 바가 있다(Cao et al., 2009). Campylobacteraceae과에 속하는 Arcobacter cryaerophilus 는 상류지점(Chunhae) 및 대조군에서 공히 존재하였으나 중류에서는 전혀 관찰되지 않았고 하류 에서는
0.26% (6.4%)
다시 배 정도 다시 증가하는 현상을 보였다 이는 미생물제제의 처리영25 . 향을 직접 가장 많이 받는 중류에서는 성장하지 못함을 의미하므로 일종 의 제제처리효과의 지표종으로 판단된다 최근 인간의 설사. (diarrhoea) 및 균혈증(bacteraemia)을 일으키는 병원균으로 알려지고 있다(Figueras et 더구나 대장균의 분석 결과 상류지점 에 비해 중간지
al., 2014). (Chunhae)
점(Middle)이 33% 제거되는 효과가 나타나고 있는 것으로 보아서 본 제제 는 하수에 처리시 병원성미생물의 성장억제효과도 보이는 것으로 판단된 다.
Fig. 32 Changes of microbial community in the stream after the bioaugmentation with microorganism on phytum level
Fig. 33 Changes of microbial community in sthe stream after the bioaugmentation with microorganism on family level
Fig. 34 Changes of microbial community in the stream after the bioaugmentation with microorganism on genus level
Fig. 35 Changes of microbial community in the stream after the bioaugmentation with microorganism on species level
한편 출현미생물군집자료에 기반하여 시료채취지점의 (Unweighted Pair 기법 이용 집괴분석
Group Method with Arithmetic Mean (UPGMA) (cluster
을 실시한 결과 호계천 상류 및 중류지점 은
analysis) (Fig. 36) (Chun) (Middle) 가장 서로 유사한 그룹으로 나타났고 다음으로 이들은 대조구인 당감천 상류(Dang)와 유사하게 그룹이 형성이 되었다 한편 호계천 하류. (Borim)는 나머지 모든 지점과 상이한 그룹을 형성하였다 이는 지리적 위치가 다른 . 하천이라 하더라도 비슷한 생활오수에 의한 영향을 지속적으로 받으면 미 생물군집구조는 유사한 유형을 보임을 의미하나 하천주위의 생활환경차이 에 의한 오염물질 종류 및 정도에 따라서 같은 하천 내에서 서로 다른 미 생물군집구조를 형성할 수 있음을 의미한다.
Fig. 36 Cluster analysis of microbial community distribution in the stream after the bioaugmentation with microorganism
처리 전 현장 사진
본 연구는 2015년 월 일 현장 조사를 시작으로 약 한달 간 하천 환05 29 경 기초 연구를 목적으로 조사하였다(Fig. 37). 전 조사 정점에서 부유물 및 심각한 악취가 확인되었으나 특히 상류와 중류에서 심각한 악취가 확, 인되었으며 호계천 하류 지점에서는 인근 건물에서도 악취에 의한 피해, 가 있는 것으로 확인되었다.
Fig. 37 View of the river in May 29, 2015
Fig. 38 View of the river in June 19, 2015
Fig. 39 View of the river in June 23, 2015
Fig. 40 View of the river in June 26, 2015
처리 후 현장 사진
유용미생물제제를 투입한 약 개월이 경과한 후 호계천 하류지점의 사1 진이다(Fig. 41). 호계천 내의 탁도가 개선되었음을 확인 할 수 있었으며, 악취 또한 이전 보다 낮게 나타났다.
Fig. 41 View of the river in August 6, 2015
유용미생물제제를 투입한 약 개월이 경과한 후 호계천 내의 탁도 및 2 부유물 또한 개선되었음을 확인 할 수 있었으며 현장에서 느껴지는 악취, 는 현저하게 낮아졌음을 확인할 수 있었다.
Fig. 42 View of the river in September 01, 2015
Fig. 43 View of the river in September 07, 2015
Fig. 44 View of the river in September 11, 2015
