biofilter에서 생분해 할 수 있는 DOC 제거 효율을 평가하는 자료를 도출하려고 회분식 실험을 실시했다. UV처리 시간이 24시간까지는 분자량이 큰 화합물보다 유기물의 생분해성을 많아지게 하는 분자량이 작은 화합물로 바뀌는 전환이 진행되었으나 그것을 넘어 처리할 때에는 오히려 \( \mathrm{UV}_{254} \)와 DOC 제거율이 작아지는 현상이 보였으며 이는 분자량이 작은 성분의 선택적인 생분해 가능성을 예상하게 하는 것이다. 다음으로, 연속식 실험을 실시해 순환비에 따른 제거능을 알아보았다. UV처리를 하지 않았을 때에는 UV처리를 했을 때 보다 제거율이 낮았으며, UV처리한 시료에서는 초기 농도의 바뀌어도 제거율은 별로 큰 차이를 보이지는 않지만 DOC 제거 능력은 약간 낮아짐이 관찰되었다.
<h1>결과 및 고찰</h1> <h2>회분식 실험</h2> <p>UV 처리를 하지 않은 원시료의 미생물 접종 여부에 따른 생분해 정도를 비교 해보기 위하여 \( 30 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 의 농도로 농축된 NOM을 증류수로 희석하여 \( 8 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \)의 농도로 만든 다음 부피가 \( 300 \mathrm{~mL} \)인 BOD병을 10개씩 2개조로 나누어 채운 다음 1개조는 위의 실험방법에서와 같이 멤브레인 여과지에 걸러진 미생물을 접종하고 나머지 조는 미생물을 접종하지 않았다. 이를 일정 온도로 유지된 배양기에 넣은 다음 25일 동안 일정 시간 간격으로 하나씩 끄집어내어 분석에 사용하였다.</p> <p>Fig. 2는 DO 결과를 나타낸 것이다. 그림에서 보면 미생물을 접종하지 않은 경우에도 DO가 소비됨으로써 약간의 분해가 일어났는데, 이는 원 NOM 용액 중에 미생물이 일부 함유되어 있거나 또는 조작 중에 외부의 미생물이 계내에 유입됨으로 인해 분해가 일어 나는 것으로 생각되었다. 그러나 이때의 분해능은 미생물을 접종한 경우에 비해 낮은데 이것은 미생물을 접종하지 않은 원 NOM 중에 함유된 미생물의 개체수가 미생물을 접종한 경우에 비해 작기때문으로 생각되었다.</p> <p>회분식 실험은 biofilter에서의 생분해 가능한 DOC의 제거 효율을 평가하는 자료를 얻기 위하여 행하여 졌다. NOM의 화학적 구성은 NOM의 생분해 정도와 속도에 영향을 미치는 주요한 인자 중의 하나이다. NOM의 화학적 구성에 대한 UV 처리의 영향은 UV 처리시간에 따른 \( \mathrm{UV}_{254} \)와 DOC 변화를 비교함으로써 얻을 수 있다. UV 처리를 하게 되면 복잡한 분자구조의 NOM이 단순한 구조의 물질로 분해됨으로서 활성탄에 의한 흡착능과 미생물에 의한 분해능이 향상될 것으로 기대되어 UV 처리시간에 따른 DOC 제거능을 살펴보았다. 일정농도의 원 시료를 각각 0, 18, 24, 30, 48 시간동안 UV 처리한 다음 각 시료들의 DOC 농도를 \( 13.5 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \)로 일정하게 하고 미생물을 접종하여 회분식 실험을 행한 결과는 Table 2 및 Fig. 3과 같았다. 결과로부터 NOM 중의 일부 DOC는 UV 처리를 함에 의해 직접적으로 화학적 산화 반응을 일으켜 일부 유기 탄소가 제거됨을 알 수 있었다. 일반적으로 UV 처리 시간과 \( \mathrm{UV}_{254} \) 및 DOC의 변화량이 직선적인 상관관계를 나타낼 것으로 기대되었으나 본 실험의 경우 단순한 선형의 상관관계를 나타내지는 않았다. UV 광은 유기화합물 중에서 주로 불포화 탄소-탄소 결합에 의해 흡수되며, 미생물은 포화 유기화합물의 일부를 분해시킨다. Fig. 3에서 보여 지는 바와 같이 DOC 및 \( \mathrm{UV}_{254} \)의 제거율을 살펴보면 24 시간에서 가장 높은 제거율을 보였다. 이는 UV 처리 시간이 24시간까지는 분자량이 큰 화합물에서 보다 유기물의 생분해성을 증가시키는 분자량이 작은 화합물로의 전환이 이루어졌으나 그 이상의 처리 경우에 오히려 \( \mathrm{UV}_{254} \) 및 DOC의 제거율이 낮아지는 현상은 분자량이 작은 성분의 선택적인 생분해 가능성이 예상된다.</p> <h2>연속식 실험</h2> <p>체류시간에 따른 제거능을 살펴보기 위하여 Table 3과 같은 운전조건에서 연속식 실험을 행하였다. 최근 생물 여과 공정에 많은 관심이 주어지고 있으며 최근 연구는 운전인자 특히 공탑접촉시간(EBCT)와 같은 운전 인자들이 유기 탄소의 제거능에 미치는 영향에 대해 집중되고 있다. LeChevallier 등은 오존 처리 공정 후에 GAC - 모래 여과기에서 TOC 및 AOC의 제거를 EBCT의 함수로서 조사하여 TOC의 제거능이 향상됨을 보고하였다. Sonheimer와 Hubele은 생물활성 GAC 여과기에서 체류시간을 5분에서 20분으로 증가시킴에 따라 DOC의 제거율이 \( 27 \% \)에서 \( 41 \% \) 로 증가한다고 하였다. Fig. 4에서 보여지는 바와 같이 본 연구에서 EBCT를 10, 20, 40분으로 증가시킴에 따라 DOC 제거율은 \(30.4, 34.1, 46.1\%\)로 증가하는 결과를 보임으로써 유사한 결과를 나타내었다.</p> <p>\( \mathrm{UV}_{254} \)와 DOC를 측정한 자료를 바탕으로\( \mathrm{UV}_{254} / \mathrm{DOC} \) 비를 나타낼 수 있는데, 이것은 원수내 유기화합물의 포화정도를 나타내는 지표가 된다. 이 비가 높으면 유기 탄소량당 불포화된 탄소 결합이 많음을 의미하고 NOM이 보다 복잡하고 높은 방향성을 띠고 있음을 나타낸다. 반면에 이 비가 낮으면 NOM이 포화된 지방족 탄소로 이루어져 있음을 나타내고, 유기탄소의 생분해 가능한 화합물이 많음을 의미한다.</p> <p>Fig. 5는 시간에 따른 \( \mathrm{UV}_{254} / \mathrm{DOC} \) 비의 변화를 검토한 결과이다. 그림에서 보여지듯이 DOC가 생분해됨에 따라 \( \mathrm{UV}_{254} / \mathrm{DOC} \)의 비는 증가하는데, 이는 생물여과 반응기에서 나가는 유출수에 대한 \( \mathrm{UV}_{254} / \mathrm{DOC} \) 의 비가 반응기에 공급되는 원료중의 \( \mathrm{UV}_{254} / \mathrm{DOC} \) 비에 비해 증가하는 것은 생분해에 의해 제거된 DOC는 그다지 UV에 의해 흡수되는 물질이 아니라는 것을 의미한다. 또한 유출수의 \( \mathrm{UV}_{254} \) / \( \mathrm{DOC} \) 비가 증가한 것은 반응기를 통해 DOC가 감소하기 때문에 일어나는 것으로 Fig. 6에서 보여지는 바와 같이 원료와 유출수에 있어서의 UV 흡수도의 차이가 시간에 따라 그다지 크게 변하지 않기 때문이다. 이러한 결과는 시료중 에 함유되어 있는 NOM은 분자량이 큰 보다 복잡한 방향족 화합물이 아니라 acetate 또는 oxalate와 같은 저분자량의 지방족 화합물이 함유되어 있으며 이들이 생분해된다는 것을 의미한다.</p> <p>순환비에 따른 제거능을 살펴보기 위하여 Table 4와 같은 운전조건에서 연속식 실험을 행하였다. 3개의 반응기에 대해 EBCT, 원료의 농도, 원료의 공급유량 및 층깊이는 일정하게 하고 순환비를 달리한 실험을 행하였다. Fig. 7에서 보여 지는 것과 같이 순환비가 0, 3, 10 의 비로 증가할수록 DOC와 \( \mathrm{UV}_{254} \)의 제거율은 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 순환비가 커질수록 유체의 전단응력이 커지게 되어 반응기 내 메디아에 부착된 미생물이 탈착되기 때문에 일어나는 결과로 보여겼다. 순환비가 달라짐에 따라 \( \mathrm{UV}_{254} \)는 감소하는 경향이 적으나 DOC의 경우에는 순환비 영향이 상당히 큰 것으로 생각되었다.</p> <p>초기 농도의 변화에 따른 제거능을 살펴보기 위하여 Table 5와 같은 운전조건에서 UV 처리를 하지 않은 원수의 농도를 \( 6 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \)로 한 경우와 24 시간 UV 처리한 시료의 초기 농도를 6, 8, 10 \(\mathrm{mg} / \mathrm{L} \)로 변화시켜 연속식 실험을 행하였다. 실험결과는 Fig. 8에 나타내었다. 그림에서 보여지는 바와 같이 UV 처리를 하지 않은 경우는 UV 처리를 한 경우에 비해 제거율이 낮았으며, UV 처리한 시료의 경우는 초기 농도의 변화에 대해 제거율은 그다지 큰 차이를 보이지는 않지만 DOC의 제거는 약간 감소하는 경향을 보였다.</p>