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학위논문 상세정보

용존산소 센서 시스템을 이용한 축산폐수의 BOD 연속측정 연구 원문보기
Development of measurement of biochemical oxygen demand in livestock wastewater by a system with dissolved oxygen sensors

  • 저자

    김준형

  • 학위수여기관

    水原大學校 大學院

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    化學工學科

  • 지도교수

  • 발행년도

    2001

  • 총페이지

    xv, 89 p.

  • 키워드

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T8954580&outLink=K  

  • 초록

    요약 최근 환경 오염이 증대되면서 환경을 오염시키는 원인 물질과 오염의 정도를 정확하고 신속하게 분석하고 측정하는 것이 매우 중요한 일로 대 두되고 있다. 폐수의 오염정도를 측정하기 위해 가장 널리 사용되는 척도 는 생화학적 산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand; BOD)이며 이는 폐수중에 존재하는 미생물들이 유기물을 분해할 때 산소를 소모하게 되는 데, 그 때 소모되는 산소의 양을 의미한다. 공정법상 BOD_5 측정방법은 일 정한 온도 즉, 20℃에서 배양기간을 5일로 하였을 때 소비된 산소의 양을 배양전의 초기 산소의 양과 비교하여서 BOD를 결정하는 것이다. 그러나 이와 같은 BOD_5 측정 방법은 여러 수처리 공정을 조절 하기에는 너무 긴 분석 시간이 소요되기 때문에 오염 배출된 상태를 바로 점검하여 feed back 할 수 없다는 문제점이 있다. 또한 실험자의 숙련도에 따라서 측정 오차가 10% 이상으로 나타난다. 본 연구에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 축산폐수와 같은 생 물폐수 자체에 함유된 미생물을 이용하여 주어진 시간 동안 미생물의 호 흡에 의한 산소소모의 거동을 on-line DO monitoring system을 이용하여 연속 측정하여 축산폐수의 농도별 고유의 산소소모 거동을 확인하고 BOD 농도와 산소소모 거동과의 상관관계를 찾아내고 또한 축산폐수의 농도별 최대 산소 요구량을 구하여 BOD와의 상관관계를 규명함으로써 짧은 시간 내에 BOD를 측정하여 실시간 축산폐수처리에 이용하고자 하였다. 이를 위하여 먼저 DO 센서, 전위차계 BOD Incubator, Computer 등으 로 구성된 시스템을 구성하였다. 다양한 농도의 축산폐수를 제조하기 위하여 질소 폭기수를 사용하였으 며 이 시료에서 적당량을 취하여 BOD 측정실험에 사용되는 시약을 첨가 한 공기폭기수와 일정비율로 희석하여 실험에 사용하였다. 이렇게 만들어 진 시료를 Winkler Azide화 변법을 이용하여 BOD_5를 구하였다. 축산폐수 시료의 DO 연속측정은 DO monitoring system을 이용하였으 며 온도를 20℃로 일정하게 유지시키며 30분 동안의 DO 거동을 컴퓨터로 모니터링하였다. 또한 시스템에 의한 DO거동 손실 보정 실험을 수행하기 위하여 멸균된 축산폐수를 이용하여 동일한 방법으로 DO 거동을 컴퓨터 로 모니터링하였다. DO 연속측정 시스템을 이용하여 비멸균 시료의 DO값을 연속측정으로 DO 거동을 구하고 시스템의 산소소모량을 멸균기법을 이용하여 제거하면 순수 미생물에 의한 DO 거동을 구할 수 있었다. 이를 측정시간에 대하여 미분하면 축산폐수내의 순수한 미생물만이 소모하는 산소소모속도를 구할 수 있었다. 이를 이용하여 최대 산소소모속도를 구하여 Winkler Azide 화 변법으로 구한 BOD_5와 상관관계를 구함으로써 수분의 짧은 시간내에 축산폐수의 DO 거동을 이용하여 BOD_5를 측정할 수 있는 가능성을 검증 하였다. 위와 같은 방법을 이용하여 1차 실험히 Winkler Azide화 변법에 의한 BOD_5는 241∼3,944 mg/L 이었고 DO 거동을 모니터링한 결과 일정한 선형 성을 보이는 구간은 250∼1,800 sec 이었다. BOD_5와 산소소모속도와의 상 관관계는 0.970 이었으며 BOD_5와 최대산소소모속도(maximal Oxygen Uptake Rate, OUR_max)의 관계를 검정한 결과 우수한 선형성(R = 0.983)을 보였다. 2차 실험시 Winkler Azide화 변법에 의한 BOD_5는 축산폐수의 농도 변 화에 따라 578∼6,695 mg/L 이었으며 DO 거동을 모니터링한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 40∼840 sec 이었으며 산소소모속도와 BOD_5의 상 관관계의 선형성은 0.996 이었으며 최대산소소모속도(OUR_max)와 BOD_5는 우수한 선형성(R = 0.990)을 보였다. 3차 실험시 Winkler Azide화 변법으로 구한 BOD_5는 367∼3,970 mg/L 이며 DO 거동을 모니터링한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 150∼ 1,800 sec 이었다. BOD_5와 산소소모속도와의 상관관계의 선형성은 0.995 이었으며 BOD_5와 최대산소소모속도(OUR_max)는 우수한 선형성(R = 0.997) 을 나타냈다. 4차 실험시 Winkler Azide화 변법으로 구한 BOD_5는 514∼5,120 mg/L 이었으며 30분 동안 DO 거동을 모니터링 한 결과 일정한 선형성을 보이는 구간은 150∼1,800 sec 이었다. BOD_5와 산소소모속도는 비교적 높은 선형 성 (R = 0.882)을 나타내었다. 최대산소소모속도(OUR_max)와 BOD_5는 우수 한 선형성(R = 0.916)을 나타냈다. 네 번의 실험을 분석하면 2차 실험시 산소소모속도가 가장 크게 나타났 으며 최대산소소모속도(OUR_max)도 전체적으로 1, 3, 4차 실험에 비하여 높 게 나왔다. 이는 채수시의 축산폐수의 농도와 미생물의 활성 차이에 기인 한다고 할 수 있다. 본 연구에 이용한 축산폐수의 채수장소는 돈사 내부에 위치한 간이 집수조에서 채수한 것이었기 때문에 채수한 시기에 따라 각각 다른 BOD_5값을 나타냈다. 따라서 일정한 처리과정을 거쳐 축산폐수의 농 도를 일정하게 유지하여 방류시키는 지점에서 일정회수 이상의 반복 실험을 수행한다면 짧은 시간 내에 최대산소소모속도(OUR_max)을 계측하여 BOD_5를 연산함으로써 실시간 축산폐수의 BOD 측정에 기여할 수 있으리 라 예상된다.


    ABSTRACT The Biochemical Oxygen Demand(BOD) is an important and one of the most widely used test in the measurement of organic pollution in wastewater and wastewater treatment effluent. As the conventional BOD test needs 5-day long incubation period so it is incompatible with real time control of wastewater treatment plant. To resolve this problem, in the present study used on-line DO monitoring system to observe the transient change of dissolved oxygen concentration in livestock wastewater. The system was composed of DO sensors, potentiostat, BOD incubator and computer. The present study showed the relationship between BOD_5 and slope of the dissolved oxygen concentration change for a thirty minutes. Moreover, the relationship between BOD_5 and maximum oxygen uptake rate(OUR_max) was examined. As for the first experimental results BOD_5 measured by Winkler azide method was 241∼3,944 mg/L. While the linear range of dissolved oxygen change was 200∼1,800 sec with fair linear relationship(R = 0.983) between maximum OUR and BOD_5 of livestock wastewater. In the second experiment, BOD_5 was measured by Winkler azide method to have 578∼6,695 mg/L. The linear range of dissolved oxygen change was 40∼850 sec. There was fair linear relationship(R=0.996) between BOD_5 and slope. The coefficient of correlation between BOD_5 and OUR_max was 0.990. In the third experiment, BOD_5 measured by Winkler azide method was 367∼3,970 mg/L and the linear range of change of oxygen concentration was 160∼1,800 sec. The coefficient of correlation between BOD_5 and slope was 0.995 and there was fairly good linear relationship(R=0.997) between BOD_5 and OUR_max. In the forth experiment, BOD_5 was measured by Winkler azide method to have 514∼5,120 mg/L. The linear range of dissolved oxygen change was 150∼1,800 sec. There was a fair linear relationship(R=0.882) between BOD_5 and slope. The coefficient of correlation between BOD_5 and OUR_max was 0.916. It is thus concluded that the present on-line DO monitoring system can be applicable to measure the real time BOD_5 of livestock wastewater in a few minutes.


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