1. 서 론
최근 생활여건 및 생활수준 향상으로 일반인들 의 주변환경에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따른 정부의 환경정책변화와 환경관련 민원이 급 격하게 증가하고 있는 추세이다. 특히, 환경오염 물질 중 악취는 사람의 후각을 자극하는 오염물 질이기 때문에 일반인들이 가장 민감하게 반응하 는 오염물질 중의 하나이며, 이로 인한 민원발생 율도 높아 정부에서는 2003년부터 그동안의 대 기환경보전법으로 관리하던 악취를 별도의 악취 방지법을 제정하여 2005년 2월부터 시행하고 있 다.(사재환, 2006)
이와 더불어 악취저감기술에 대한 연구가 활발 히 진행되고 있고, 다수의 신기술 및 신공법이 현 장적용되어 운영되고 있다. 다만 현장여건에 따라 악취유발물질의 다양성과 복합성으로 인해 적합 한 악취저감기술을 적용하기에는 많은 어려움이 따른다. 악취저감 및 처리기술로는 응축,흡착, 약 액(산,알칼리)세정, 연소 등의 물리·화학적 처리 방법과 미생물을 이용한 토양탈취법과 생물여과 법(Biofilteration)인 생물학적 처리방법으로 구 분되며 물리·화학적처리방법의 경우 효율성, 유 지관리 용이성 및 비용과다 등 비경제적인 문제점 과 2차오염을 유발할 수 있다는 점에서 현재에는 생물학적 처리방법이 널리 적용되고 있다. 그 중 유·무기성 충진담체에 미생물막(biofilm)을 형 성시켜 미생물의 산화·분해작용을 이용한 생물
•Received 11 March 2013, revised 2 May 2013, accepted 13 June 2013.
* Corresponding author: Tel : 010-4364-1522
Odor Reduction Technology in Sewage Treatment Facility Using Biofilter with Reed Grass(Phragmites australls)
갈대(
Phragmites australls
)수초를 적용한 바이오필터에서의 하수처리시설 악취저감기술Jin-Do Chung
*
·Kyu-Yeol Kim정진도*·김규열
Department of Environmental Engineerimg, Hoseo University
·Greduate School, Department of Environmental Engineering, Hoseo University 호서대학교 환경공학과·호서대학교 대학원 환경공학과
Abstract : In this study, a biological odor treatment system was proposed to remove odor(foul smell) materials causing several problems in the closed sewage treatment plant. This odor treatment system was composed of a two-step biofilter system in one reactor. The two-step biofilter reactor was constructed with natural purification layer in upper part and artificial purification layer in lower part. The reed grasses of water purification plants were planted in the surface area and mixed porous ceramic media were filled with the lower part of biofilter reactor. By using the above experimental apparatus, the ammonia gas removal efficiency was attained to 98.3 % and the hydrogen sulfide gas removal efficiency was appeared more than 97.7 % which shows more effective than the conventional odor removal process.
Key words : biological odor treatment system ,Two-step biofilter, natural purification , purification plants , reed grass
주제어 : 생물학적 탈취방식, 2단계 바이오필터, 자연정화, 정수식물, 갈대수초
otrickling filter 등의 처리기술들이 개발되고 있으며 이와 더불어 보다 효율적이고 경제적인 담체개발도 이루어지고 있다.(홍성호, 2005,;
장현섭, 2009)
반면, 생물여과방식의 경우 담체에 부착된 세 균류, 곰팡이류 등과 같은 미생물을 주로 이용 하므로 운전조건 및 외부 영향인자(온도, 습도, pH, 악취성분농도 등)에 따라 처리효율에 영향 을 미치며 특히 고농도의 악취유입이나 미생물 의 과다성장으로 인한 Biomass clogging 현상 등은 미생물의 성장과 활동에 저해요인으로 작 용하여 처리에 있어 제한적인 단점을 지니고 있 다.(권희태, 2002)
본 연구에서는 기존의 탈취방식인 생물여과법 의 생물학적처리 제한요소에 대한 문제점을 보 완하고 보다 안정적이고 효과적인 악취저감방안 을 모색해 보고져 하였으며 이를 위해 정수식 물인 갈대를 이용하여 악취제거미생물과 정수식 물과의 상호작용으로 보다 안정적이고 효과적인 악취저감기술 연구에 주안점을 두었다. 정수수 초인 갈대는 다년생으로 1965년부터 독일에서 자연정화공법인 수초하수처리장(PKA)에 적용 된 이후 활발하게 연구가 진행되고 있으며, 국내 에서는 오염된 하천이나 호소에 정수수초를 이 용한 생태공학적 수질 개선방안이 시도되고 있 으며 수처리에 있어서도 일부 소규모하수처리시 설(SNR공법)에 적용되고 있다. 또한 갈대는 환 경적응성이 뛰어나 오염된 토양이나 습지인근에 서 생육이 가능하고, 특히 갈대의 성장과 더불어 뿌리공간에서의 교체현상(탄소동화작용)으로 투 수를 촉진하여 오염물질로 인한 토양공극 폐쇄 방지효과와 뿌리공간에서의 다양한 미생물의 서 식공간를 제공한다(환경부 등, 2003)는 점에 착 안하여 하수처리시설에서의 발생악취를 대상으 로 기존의 생물여과방식인 바이오필터와 정수식 물인 갈대수초를 접목하여 악취제거효과를 알아 보고 새로운 생태공학적인 악취저감기술에 관한 연구를 실시하였다.
2.1 실험장소 선정
본 연구를 수행한 하수처리시설은 충남에 소 재하고 있으며 수처리방식은 산화구법으로 일일 처리용량 17,000 m3/day이며, 하수 외에 분뇨 일일 50 ∼ 70 m3/day와 쓰레기매립장 침출수 70 ∼ 120 m3/day를 연계처리하고 있다.
이곳 하수처리시설의 수처리공정은 합류식 차 집관거를 통해 유입된 하수는 침사지를 거쳐 협 잡물과 침사를 걸러내고 유입펌프장에 저류된 하수는 펌프를 이용하여 산화구로 이송되어 산 화구내의 활성미생물에 의해 유기물질 및 영양 염류 등의 오염물질이 생물분해과정을 거쳐 제 거되고, 최종적으로 최종침전지에서 처리수와 고형물로 고액분리 된 후 방류토록 구성되어 있 다. 또한 최종침전지에서 분리된 고형물의 일부 는 산화구내로 반송되며 남은 잉여슬러지는 저 류조로 이송되어 농축·탈수과정을 거친 후 폐 기물로 처리된다.
하수처리시설의 주요 악취발생원은 차집관거 를 통해 최초로 하수가 유입되고 있는 침사지와 최종침전지의 잉여슬러지를 처리하는 공정인 농 축·탈수과정에서 주로 발생하는 것으로 조사되 었다. 침사지의 경우 하수가 합류식 차집관거를 통해 유입되므로서 관거내 찌꺼기 적체로 인한 부패촉진으로 혐기화될 경우에는 암모니아, 황 화수소 등 악취물질이 대량 발생되는 장소이며, 협잡물제거기, 침사인양기, 스크린 및 이송콘베 이어 등이 설치되어 있어 취기발생의 대표적인 악취유발원인 관계로 본 연구에서의 실험장소로 선정하였다.
2.2 실험장치 개략도
본 연구에서의 실험장치는 악취저감기술 중 생물학적처리방식인 토양탈취상과 미생물 담체 충진방식인 바이오필터(biofilter)방식을 접목하 고, 수처리방식인 자연정화법에서 주로 이용되 는 정수식물(갈대, 창포류 등)를 토대로 한 미생
물과 정수식물에 의한 악취저감장치를 고안하였 다.(Fig. 1)
본 연구에서 수행한 악취저감기술 개발의 주 요 관점은 수처리 과정에서 미생물의 활성에 의 해 수처리 뿐만 아니라 악취유발 물질도 제거가 능하다는 점과 최근 친환경적인 골재와 수초를 이용하여 오염물질를 제거하는 자연정화법과 토 양을 매질로 한 토양여과방식에서의 수처리과정 에서 미생물과 매질 그리고 정수식물의 상호작 용을 이용한다는 점에 착안하여 이를 악취제거 방식인 바이오필터에 접목하여 보다 안정적이고 효과적인 악취저감방안을 모색하고자 하였다.
2.3 충진담체 선정
본 연구의 바이오필터에 사용하는 담체는 바 이오필터의 최대효율을 발휘할 수 있도록 미생 물의 활동과 유입 악취에 안정적으로 사용이 가 능하며, 통기저항이 적고 악취의 접촉빈도를 높 을 수 있는 공극률 확보 등을 검토하여 선정하 였다. 또한 악취제거미생물 서식에 최적조건을 제공 할 수 있는 물질과 정수식물의 생육조건 및 뿌리 지지기반 역할을 할 수 있는 점 등을 고려 하였다.
바이오필터 실험장치에 사용한 충진담체는 상 층부에 정수식물이 뿌리를 내려 생장할 수 있고 투수율이 좋은 모래와 자갈을 포설하였고, 중층 부는 악취의 접촉빈도를 높일 수 있는 비표면적 확보와 악취제거미생물의 서식공간 제공을 고려 하여 다공성 유·무기 복합세라믹담체를 선정하 였다. 또한 하층부는 악취의 초기 유입부로 기체 상태의 악취물질이 물에 충분히 용해될 수 있으 며, 상층부로부터 순환수의 흐름을 고려하여 굵 은 자갈을 포설하였다.
특히 악취제거미생물의 서식공간인 미생물담 체는 미생물의 안정적인 성장과 개체확보를 통 해 제거효율을 유지시키기 위한 것으로 본 연구 에서 선정한 다공성 세라믹담체는 미생물의 성 장유지에 필요한 영양분을 제공하며, 미생물의 서식밀도를 높이기 위해 비표면적이 큰 다공성 확보, 압밀에 대한 저항성과 낮은 압력손실을 갖 는 형상으로 구성되며 적정한 보습능력을 가질 수 있는 재질을 중점적으로 고려하였다. Table 1과 Fig. 2는 pilot plant실험에 적용한 다공성 유·무기 복합 세라믹 담체의 사양과 형상을 나 타내었다.(카보텍 Co.Ltd ,2001)
Fig. 1. Schematic diagram of biofilter pilot plant.
Table 1. Specification of porous ceramic media employed in this study.
Classification Specifications
Shape Porous ceramic media(involved in organic and inorganic matrerials) Specific surface area 12 m
2/g
‹Porosity 0.9 ㎖/g
True specific gravity
›0.9 g/㎖
Apparent specific gravity
›0.65 g/cm
3Fig. 2. Photograph of porous ceramic media employed in this
study.
성을 나타낸 것으로 담체층 구조로는 상층부에 입자경이 작은 모래와 잔자갈을 포설하여 식재 한 갈대의 생장기반과 다양한 악취제거미생물군 이 서식할 수 있는 서식공간을 마련함과 동시에 정수수초인 갈대와의 상호작용이 일어날 수 있 도록 하였다. 다공성 세라믹 담체층은 주요 악취 제거미생물의 서식공간으로 비표면적이 넓고 미 생물의 생육에 필요한 미량의 유기물과 무기물 이 함유되어 있다. 또한 하부의 굵은 자갈층은 악취와 순환수의 접촉을 용이하게 하고 상부로 부터 투수가 잘 이루어지도록 하였다.
2.4 실험장치 구성
본 연구에서 실험용 바이오필터 pilot plant의 모식도는 Fig. 3과 같으며 바이오필터 장치구성 은 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 상층부에 모래와
으며, 중층부는 미생물담체인 다공성 유·무기 복합세라믹담체를 충진하였고, 하층부는 굵은자 갈을 포설하여 기체상태의 악취의 흡수 및 유체 흐름의 폐색을 방지할 수 있는 다층구조로 구 성하였다. 또한 바이오필터로 악취를 유입할 수 있는 송풍기와 풍량 조절용 댐퍼(Damper), 기 체상태의 악취용해와 미생물의 생장을 유지하기 위한 습도 조절용 살수장치를 설치하여 순환수 를 공급토록 하였다.
침사지에 설치한 바이오필터 실험장치는 처 리용량이 6 m3/hr로 하수에서 발생되는 악취 를 유입·처리할 수 있도록 하였으며 층간 다공 판을 설치하여 충진담체의 지지대 역할과 악취 확산의 편중를 방지하도록 다층구조 형태로 제 작하였다.
바이오필터 실험장치의 조기 안정화를 위하 여 악취제거미생물은 설치장소인 하수처리장 의 활성슬러지를 이용하여 식종하였고, 주기적 인 순환수 살수(순환수 recycling)를 통해 담체 표면에 생물막(biofilm)이 생성될 수 있도록 하 였으며, 활성슬러지내의 악취제거미생물의 생장 을 선택적으로 유도하기 위하여 악취유입과 미 생물공급을 병행하여 실시하였다. 악취제거효율 분석은 미생물이 적응기와 성장기를 거쳐 최종 적으로 생물막형성이 이루어진 시점인 안정기에 도달한 이후에 실시하였다.
Classification Compounds Main characteristics Sand layer sand - Effective diameter : 2.5 mm
- Void fraction : 0.35 Granule
gravel layer
mixed sand in gravel
- Effective diameter : 13 mm - Void fraction : 0.37 Microbial
media layer ceramic - Porous ceramic media - Pore size : 100 ~ 1,000 ㎛ Gravel layer gravel - Effective diameter : 25 mm
- Void fraction : 0.39
Table 2. Characteristics of media layers packed in biofilter pilot plant.
Fig. 3. Shop drawing of pilot plant. Fig. 4. Structural diagram of biofilter pilot plant.
실험장치인 바이오필터는 주로 자연정화 수 처리방식에 적용하고 있는 모래와 자갈류를 media로 사용함으로써 정수식물인 갈대를 상부 에 식재하여 서식환경을 조성하였다. 정수식물 로는 서식환경조건이 비교적 까다롭지 않고 토 양에 대한 적응력이 좋으며, 뿌리가 견고하여 뿌 리공간에서의 미생물과 정수수초간 상호작용이 원활히 이루어질 수 있도록 다년생인 갈대를 선 정하여 식재하였다. 또한 악취제거미생물의 서 식공간을 위하여 다공성 유·무기복합 세라믹 담체층을 두었으며 유입된 악취의 원활한 흐름 과 투수 및 폐색방지를 위한 공극률 확보를 위하 여 담체의 재질을 입자경에 따라 순차적으로 충 진, 포설하였다.
본 연구에서의 정수식물에 의한 악취제거효율 을 비교분석하기 위하여 pilot plant 2기를 설치 하였으며 그 중 1기는 정수식물을 식재하지 않 고 미생물 담체(다공성 유·무기 복합세라믹담 체)만을 충진하여 대조(control)로 사용하였고 모든 실험조건은 동일하게 부여하였다. Table 3 은 실험기간동안의 pilot plant 운전조건을 나타 내었으며 바이오필터 상층부에 갈대수초의 뿌리 성장을 위한 매질층을 확보하기 위해 체류시간 (EBCT)을 120초로 설정하여 운전하였다.
2.5 시료채취 방법
시료채취는 먼저 실험장치가 설치되어 있는 침사지에서 발생하는 악취성분 및 취기강도를 분석하기 위하여 침사지에 채취관을 설치하고
시료채취용 펌프를 이용하여 공기를 흡인, 채취 하는 직접채취방법으로 실시하였다. 또한 바이 오필터의 제거효율 분석을 위한 시료채취는 침 사지로부터 송풍기에 의해 바이오필터로 유입되 는 지점과 바이오필터를 거쳐 처리된 악취가 최 종적으로 배출되는 지점을 선정하여 실행하였 다. 다만 실험장치인 바이오필터 상층부에 정수 식물인 갈대가 식재되어 있어 최종 처리 악취가 스를 포집할 수 있는 별도의 포집장치를 제작하 여 시료채취시에만 사용하였다.
시료채취는 직접채취방법으로 채취관을 각각 의 시료채취지점에 설치하고 채취용 펌프를 이 용하여 초기 가동시에는 sample 코크를 닫아 bypass시켜 외부공기가 sample bag에 들어가 지 않도록 하였으며, 초기 안정화 이후 시료를 채취하는 방식으로 하였다. 복합악취 및 황화합 물 분석을 위한 시료채취는 20ℓsample bag을 사용하였고 시료가스 유속은 황화합물은 2ℓ/
min, 암모니아는 붕산용액이 담긴 임핀져에 10ℓ/min로 통과시켜 채취하였다.
2.6 악취분석방법
채취시료에 대한 악취분석은 악취공정법에 준 하여 암모니아 측정은 UV-VIS 흡광광도측정 법을 사용하였으며 황화수소 분석은 저온농축 GC(PFPD)법으로 분석하였다. 악취분석은 바 이오필터의 유입구 및 최종배출구에서의 시료 를 채취한 후 암모니아 분석은 분석용 시료용액 에 페놀-니트로프루시드 나트륨용액과 차아염 소산나트륨 용액을 가하고 암모늄이온과 반응시 켜 생성되는 인도페놀류의 청색 발색액을 파장 640 nm에서의 흡광도를 측정하여 암모니아를 정량하는 방법으로 수행하였다.
황화수소 분석은 기기분석법으로 저농도 측 정에 사용하는 저온농축 기체크로마토그래피 (GC)법으로 수행하였다. 시료채취 sample bag(tedlar bag)에 채취된 시료를 glass bead 가 채워진 농축 전단계 부분에 연결하고 liquid
Parameter Biofilter for Grit chamber Dimension(mm) 1,000
W×1,000
L×1,800
HMedia dimension(mm) 1,000
W×1,000
L×200
HAir flow(m
3/hr) 6
Air velocity(m/s) 0.002
EBCT(s) 120
Water sprayed rate 1 mim / every 1 hr Table 3. Operating conditions in pilot plant for Grit chamber
treatment odors.
℃로 냉각시킨 후 냉각된 trap에 MFC(Mass Flow Controller)와 진공펌프를 이용하여 일정 량 농축시켰다. trap에 농축된 황화합물은 200
℃에서 순간가열시켜 탈착시킨 후 injector에 도 입하여 GC로 분석하였다. 검출기는 PFPD(펄스 형 불꽃염광광도검출기)를 사용하였다.(국립환 경과학원, 2007)
2.7 바이오필터 미생물 검경
본 연구에서 고안한 바이오필터 pilot plant 의 악취제거효율이 대조(control)와 비교해 볼 때 약 10 % 이상의 탈취효능이 있는 것으로 나 타남으로써 미생물 검경을 통해 악취제거시 정 수수초에서 서식하는 미생물군의 종류와 악취제 거효율과의 상관관계를 알아보기 위하여 광학현 미경으로 관찰하였다. 검경시료는 바이오필터가 정상적인 운전조건하에서 제거효율이 안정화되 는 시점을 선택하여 표층부에 식재한 갈대를 뿌 리를 포함하여 표면에서 20 cm 깊이의 모래자 갈층을 채취하였다. Fig. 5와 같이 채취한 갈대 뿌리와 모래자갈 시료를 1ℓ 비이커에 500 ㎖의 시료를 넣어 멸균증류수 300 ㎖를 채운 후 2분 간 혼합하여 3분 동안 방치하여 고액을 분리하 였다. 분리된 상등액을 스포이드를 이용해 미량 채취한 후 검경시료로 사용하여 현미경으로 관 찰하였다.
3.1 바이오필터 운전인자 분석결과
바이오필터 pilot plant 운전에 있어 악취제 거효율에 영향을 줄 수 있는 주요인자는 수분, 온도, pH, 악취성분의 농도를 들수 있으며 이 는 악취제거 미생물의 생육과 대사활동과의 상 관관계가 있는 것으로 분석되었다. Fig. 6은 실 험기간동안의 온도,pH의 경향을 나타낸 것으로 바이오필터 순환수의 수온이 15 ∼ 18 ℃로 비교 적 낮은 3월 ∼ 5월의 경우 악취제거효율을 살 펴보면 암모니아 89.1 %로 수온이 22 ∼ 26 ℃ 인 6월 ∼ 8월의 98.3 % 보다 제거효율이 감소 하는 경향을 보였다. 이는 수온이 악취제거미생 물의 활성도와 밀접한 관련이 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 수분공급은 순환수를 주기적으로 recycling 함으로써 상대습도가 60 %이상 유지 되도록 운전하였기 때문에 악취제거효율면에서 는 큰 영향을 주지 않는 것으로 보여진다. pH조 절은 별도로 중화제를 투입하지 않고 일정주기 로 순환수를 교환해 주는 방식으로 운전하여 운 전 pH 범위는 pH6 ∼ 8을 유지하였다.
Fig. 5. Photograph of sample collection between emerging plant roots.
Fig. 6. Operating conditions of temperature and pH in pilot
plant.
3.2 출현 미생물 관찰 및 악취분석 결과
pilot 장치인 바이오필터에서 악취제거시 정 수수초인 갈대뿌리에서 서식하는 미생물군을 조 사하기 위하여 갈대뿌리와 뿌리공간사이의 모 래, 자갈 sample를 채취하여 광학현미경으로 관찰한 결과 Fig. 7과 같으며 갈대의 뿌리공간에 서 서식하는 미생물은 세균류를 비롯하여 조류, 원생동물, 후생동물 등 다종의 미생물이 출현하 고 있는 것으로 관찰되었다. 문헌상 주로 악취제 거에 관여하는 미생물군은 세균류가 주종을 이 루는 것으로 보고(엔바이온 Co.Ltd, 2005)되고 있으나 갈대뿌리 공간에서는 이들 세균류 외에 조류, 원생동물, 후생동물류 등의 미생물군이 공 생하고 있는 점으로 보아 악취제거기작에 있어 특정 미생물군에 의한 생리학적 분해기능 외에 갈대뿌리공간에서 서식하는 다종의 미생물군과 정수식물의 상호작용도 악취제거에 영향을 주는 것으로 예측할 수 있다.
이와 같은 결과는 Table 5와 Fig. 8에서 보 여지는 바와 같이 동일한 조건에서 정수수초 를 식재하지 않고 미생물 담체만을 충진한 대 조(control)와의 악취제거효율 분석결과 본 연 구에서 고안한 pilot 장치의 악취제거효율이 대 조(control)와 비교하여 볼 때 암모니아의 경우 12.2 %, 황화수소의 경우 9.3 %가 증가함을 알 수 있었다.
본 연구의 바이오필터 악취저감효율을 알아 보기 위한 실험장소는 충남소재 하수처리시설에
서 주요 악취발생원인 침사지를 선정하였으며, 침사지내에서 발생가능한 악취유발물질을 분석 하여 그 중 주된 악취물질인 암모니아와 황화 합물 중 황화수소를 바이오필터 전·후단을 측 정·분석한 후 처리효율을 조사해 보았다. 실험 장소인 침사지시설에서 발생 가능한 악취유발물 질 및 농도는 취기발생정도가 가장 심한 하절기 를 대상으로 분석해 본 결과 Table 4에 나타낸 바와 같이 암모니아의 경우 6,800 ppb, 황화수 소 1,240 ppb로 분석되었으며 그 외 메틸메르캅 탄 및 황화메틸이 각각 22 ppb와 35 ppb로 소 량 검출되었다. 당 하수처리시설의 침사지에서 측정·분석한 악취농도는 국내 하수처리시설에 서의 취기발생원인 침사지 및 농축시설에서 발 생하는 악취의 농도보다 다소 높게 나타났는데 이는 실험장소인 하수처리장의 경우 하수 차집 관거 형태가 합류식이고, 차집관거를 통해 하수 외에 분뇨처리장의 분뇨와 쓰레기매립장의 침출 수를 연계처리로 인한 결과로 판단된다.
실험장치인 바이오필터의 악취제거효율을 알 아보기 위한 악취분석은 바이오필터의 미생물담 체에 바이오필름(biofilm)이 형성되어 안정화된 이후부터 시료를 채취하여 실험기간인 3월에서 8월까지(2회/월) 기기측정법으로 분석하였고 평 균 제거효율을 Table 5에 나타내었다. 악취물 질분석은 하수처리시설의 침사지내에서 주 취기 원인 암모니아(Ammonia(NH3))와 황화합물 중 황화수소(Hydrogen sulfide(H2S))를 대상으로 측정·분석을 실시하였다. 조사결과로는 바이오
Fig. 7. Photomicograph of microorganisms observed samples between emerging plant roots(×160).
Site Odor compounds Concentration(ppb)
Grit chamber
Ammonia(NH
3) 6,800
Hydrogen
sulfide(H
2S) 1,240 Methyl
mercaptan(CH
3SH) 22 Methyl
sulfide((CH
3)
2S) 35
Table 4. Odor concentration of grit chamber in this study.
필터로 유입되는 악취는 계절에 따라 변동폭이 크게 나타났으며, 특히 하절기인 6월에서 8월 사이에 최대치를 나타내었고 월평균 5,150 ∼ 7,600 ppb로 조사되었다. 황화수소의 경우에는 다소 차이는 있었으나 계절의 영향은 그리 크지 않았으며 월평균 최소 650 ppb에서 최대 1,190 ppb로 나타났다. 처리 후 농도는 암모니아가 평 균 70 ∼ 200 ppb, 황화수소는 평균 15 ∼ 59 ppb로 평균 97.7 %와 98.3 %의 제거효과를 얻 을 수 있었다.분석결과를 토대로 살펴보면 본 실 험에서의 악취제거효율 분석은 수온이 낮은 3 월 ∼ 5월경의 제거효율(암모니아 89.1 %, 황 화수소 94.3 %)보다 수온이 높은 6월 ∼ 8월경 의 제거효율(암모니아 98.3 %, 황화수소 97.7
%)이 높게 나타나 온도 변화에 따라 제거효율에 영향을 받으며 악취분해미생물과 정수수초의 최 대 활성도를 유지하는 하절기에 처리효율이 보 다 높게 나타남을 알 수 있었다.
또한 본 연구에서 고안한 바이오필터의 악취 제거효율면에서 정수수초와의 연관성을 알아보 기 위한 실험결과는 Fig. 9에 정수수초를 식재 하지 않은 대조(control)와 비교한 결과로 나타
Fig. 8. Removal efficiency of odor compounds(Ammonia, Hy- drogen sulfide) by biofilter pilot plant and control.
Site Odor
compounds Month
Concentration(ppb)
Rmoval efficiency(%) Input
(Avg.)
Output(Avg.)
Control Pilot Control Pilot
Grit chamber
Ammonia
Mar. 1,400 320 175 77.1 87.5
Apr. 1,550 380 200 75.5 87.1
May. 2,650 325 190 87.7 92.8
Jun. 5,150 920 125 82.1 97.6
Jul. 6,650 980 110 85.3 98.3
Aug. 7,600 1,520 70 80.0 99.1
Sep. 5,900 730 98 87.6 98.3
Hydrogen sulfide
Mar. 685 85 59 87.6 91.4
Apr. 755 114 49 84.9 93.5
May. 1,190 156 25 86.9 97.9
Jun. 1,040 172 34 83.5 96.8
Jul. 905 58 15 93.6 98.3
Aug. 650 71 13 89.1 98.1
Sep. 1,115 201 32 82.6 97.1
내었다. 동일한 실험조건에서 pilot plant의 운 전기간 동안 악취제거효율은 대조(control)와 비교하여 암모니아의 경우 평균 12.2 %(con- trol- 82.2 %, pilot- 94.4 %), 황화수소의 경 우 9.3 %(control- 86.9 %, pilot- 96.1 %) 의 제거효율이 증가하는 것으로 나타났으며 대 조(control)의 경우 악취제거효율이 유입농도에 따라 변동폭이 크게 나타난 반면 정수수초를 이 용한 바이오필터에서는 보다 안정적인 제거효율 을 보이고 있음을 알 수 있었다. 이와 같은 결 과로 비추어 볼 때 대조(control)와 비교시 제 거효율의 차이는 본 연구에서 고안한 장치 특성 상 악취제거에 있어 정수수초와 밀접한 상관관 계가 있는 것으로 분석되며 정수수초와 수초뿌 리에 서식하는 미생물의 상호작용으로 인한 결 과로 판단된다.
4. 결 론
본 연구에서는 생물학적 탈취방식인 바이오필 터와 자연정화수처리방식에서 이용하는 골재류 와 정수수초인 갈대를 악취제거시스템에 적용하 여 미생물과 정수식물과의 상호작용을 통한 생태 공학적 악취저감기술을 확보하여 보다 안정적으 로 효과적인 악취저감방안을 알아보고자 하였다.
연구대상은 하수처리장내 침사지에서 발생하
는 취기성분 중 대부분을 차지하고 있는 암모니 아와 황화수소를 대상으로 하였으며, Pilot 실험 은 본 연구에서 고안한 정수식물과 미생물담체 층을 포함하는 다층구조의 바이오필터를 설치하 여 악취제거능을 알아보았다.
악취제거효율 조사결과는 식재된 정수수초와 미생물이 안정화 되어 활성도가 가장 좋은 시점 에서 암모니아 98.3 % 이상, 황화수소는 97.7
% 이상의 제거효율을 얻을 수 있었으며, 기존 바이오필터 방식인 대조와 악취제거능을 비교 해 보면 평균 10 ∼ 15 %의 제거효율 상승효 과가 있었다. 또한 실험기간내 유입되는 악취농 도 변화에 따른 분해능도 기존 바이오필터 방 식에 비해 보다 안정적인 양상을 보였다. 특히 뿌리공간에서의 미생물 관찰결과 세균류외에 출 현빈도는 높지 않으나 원생동물과 후생동물류의 출현하는 것으로 보아 갈대수초의 악취제거능에 대한 생태학적 역할분담도 가늠할 수 있었으며 Biomass clogging 현상에 의한 담체의 공극폐 쇄율도 개선됨을 알 수 있었다.
결론적으로 생물학적 탈취방식 중 악취분해미 생물과 정수수초를 접목한 악취저감기술은 미생 물과 담체만을 이용한 선택적 바이오필터 방식 보다 미생물과 정수식물간의 상호작용 이용측면 에서 보다 안정적으로 악취제거효율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되며, 일부 혐오시설로 인 식이 되고 있는 악취저감시설이 정수식물을 포 함함으로써 주변환경과의 조화를 이루는 친환경 적 개념으로 전환되는 계기가 될 수 있을 것으로 사료된다. 또한 악취제거기작에 있어 정수식물 과 미생물간의 상호작용에 대한 연계성을 파악 하기 위해서는 좀 더 구체적이고 세부적인 연구 가 필요하다고 사료되며 이를 보완하면 보다 진 일보한 생물학적 탈취기술도 확보할 수 있을 것 으로 기대된다.
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