요인배치법과 다구찌법을 이용한 공공하수처리시설 방류수 TOC의 영향요인 분석 :Analysis of influencing factors of effluent TOC in publicly owned treatment works using factorial design and Taguchi method

강성주

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자료유형: 학위논문

저자정보: 강성주 (중앙대학교, 中央大學校大學院)

지도교수: 박규홍

발행연도: 2018

저작권: 중앙대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수7

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

공공하수처리시설 방류수 TOC에 영향을 주는 요인 분석

강성주 , 강병준 , 박규홍 외 3명 상하수도학회지 2019.01 학술저널

2018

요인배치법과 다구찌법을 이용한 공공하수처리시설 방류수 TOC의 영향요인 분석

강성주 토목공학과 2018.01 학위논문

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본 연구에서는 수질지표로서의 TOC 도입추세에 따라 공공하수처리시설의 TOC 제거를 위한 개선안을 마련하기 위해 기존 처리시설에서의 방류수 TOC에 대한 설계, 관리 및 운영의 영향요인을 분석하고, 가장 적합한 방안을 제시하였다. 500㎥/일 이상의 용량을 가지는 공공하수처리시설에서 처리공법, 연계처리, 분류식화율, 방류수지역의 요인을 고려하여 실험계획법의 요인배치법과 다구찌법을 활용하였다.
요인배치법의 분석결과 방류수 TOC 농도의 영향요인은 방류수지역 Ⅰ, Ⅱ에서는 유의한 영향요인이 없었고, 방류수지역 Ⅲ, Ⅳ에서는 처리공법, 연계처리, 분류식화율 모두 유의한 영향요인으로 나타났다. 이는 수질기준이 상대적으로 높은 방류수지역에서는 TOC 처리가 원활히 되고 있는 반면에, 수질기준이 상대적으로 낮은 방류수지역에서는 TOC 처리가 처리시설별로 상이한 것으로 사료된다. 방류수지역 Ⅲ, Ⅳ에서 방류수 TOC 농도에 대한 처리공법, 연계처리, 분류식화율의 요인효과 합은 각각 3.29, 3.86, 1.10으로서 연계처리의 영향정도가 가장 큰 것으로 나타났다. 방류수지역 구분 없이 TOC 처리부하량에 유의한 영향요인이 없는 것으로 나타났으며, 방류수지역 구분 없이 TOC 방류부하량에는 처리공법, 연계처리, 분류식화율 모두 유의한 영향요인으로 나타났다. TOC 방류부하량에 대한 처리공법, 연계처리, 분류식화율의 요인효과와 기여율의 합은 각각 60.23과 41%, 59.57과 41%, 42.04와 18%로 처리공법과 연계처리의 영향정도는 거의 비슷하다. 또한, 분류식화율은 연계처리와 함께 고려될 경우 TOC 방류수 농도 및 부하량에 미치는 영향력이 미미한 것으로 나타났다.
다구찌법의 분석결과 처리공법과 연계처리가 방류수 TOC 농도를 낮추는데 유의한 영향요인이며, 최적의 조건은 처리공법의 경우 ‘부착’, 연계처리의 경우 ‘연계처리 없음’이다. 또한, 방류수 TOC 농도를 낮추는데 부착공법은 부유공법 영향력의 31.8% 더 큰 기여를 하고, 연계처리 없음은 연계처리 있음 영향력의 27.9% 더 큰 기여를 한다. 다구찌법에서는 분석에 사용된 공공하수처리시설들의 망소특성 손실함수식을 세울 수 있었고 최적조건과의 손실비를 계산하였다. 방류수 TOC 농도에 대한 정량적인 단위 손실금액을 파악할 수 있다면 손실함수를 이용하여 공공하수처리시설의 설계, 관리 및 운영 요인에 따른 손실금액의 추정이 가능함을 예시를 통하여 계산하여 보았다.
본 연구결과는 추후 공공하수처리시설 및 방류수역의 더 효율적인 유기물질 관리를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
핵심어 : 공공하수처리시설, 총유기탄소 (TOC), 요인배치법, 다구찌법, 손실함수

Total organic carbon (TOC) was introduced as the water quality index of the rivers and lakes in 2013. This thesis evaluated factors influencing the design, management, and operation of existing publicly owned treatment works (POTWs) to remove effectively TOC in effluents discharging to receiving water bodies. In the case of POTWs with treatment capacity of 500㎥/day or more, factorial method and Taguchi method were used among experimental design methods to consider the effect of the kind of biological treatment processes, the inclusion of other types of wastewater (industrial, livestock, landfill leachate wastewater, etc) in the influent of POTWs, the sewer separation rate, and effluent discharging zones applying different effluent criteria.
As results of factorial analysis, there were no significant influencing factors on effluent TOC concentration in effluent discharging zone Ⅰ and Ⅱ. In effluent discharging zone Ⅲ and Ⅳ, the kind of biological treatment processes, the inclusion of other waste in influent, and the sewer separation rate were significant factors. The concentration of TOC was reduced to large extent in the zones where the effluent discharging criteria of BOD and COD were relatively strict, whereas the extent of TOC removal varied in zones where the effluent discharging criteria was not strict. In discharging zones Ⅲ and Ⅳ, the sum of the factorial effects of biological treatment processes, inclusion of other wastes in the influent, and sewer separation rate on effluent TOC concentration were 3.29, 3.86 and 1.10, respectively. The treated TOC load in POTWs was not influenced significantly by the variables set in this study regardless of the varied discharging zones. On the other hand, the biological treatment processes, the inclusion of other wastes in influent, and the sewer separation rate influenced significantly the discharged TOC load. The sum of factorial effects and the contribution rate of the biological treatment processes, the inclusion of other waste in influent, and the sewer separation rate to the discharged TOC load was 60.23 and 41%, 59.57 and 41%, and 42.04 and 18%, respectively. In addition, when the sewer separation rate was considered together with the inclusion of other waste in influent, their effects to the TOC concentration and TOC load in effluents from POTWs were negligible.
In Taguchi method, the biological treatment processes and the inclusion of other wastes in influent were significant factors for lowering the effluent TOC concentration. The optimum conditions were the attached growth processes and the exclusion of other wastes in influent. In addition, the attached growth processes contributed to the reduction of TOC concentration more than the suspended growth processes by 31.8% and the exclusion contributed more than the inclusion of other wastes in influent by 27.9%. By Taguchi method, the smaller-the-better loss function of POTWs was formulated and its loss ratio with the optimum condition could be estimated. The loss amounts resulting from TOC concentrations discharged as effluents could be quantitatively estimated using the loss function for the unit losses due to unreasonable design, management, and operation of POTWs.
The results of this study could be used as fundamental data for more effective management of organic matter in POTWs and then in receiving water bodies.
Keywords : Publicly owned treatment works, Total organic carbon (TOC), Factorial design, Taguchi method, Loss function

제1장 서론 1
1.1 연구의 배경 및 필요성 1
1.2 연구 목적 및 기대효과 3
1.3 연구 범위 및 논문의 구성 3
제2장 문헌 고찰 5
2.1 공공하수처리시설 방류수의 유기물질 특성 5
2.1.1 하수 유기물질의 구성성분 6
2.1.2 천연 유기물, NOM 7
2.1.3 용해성 미생물의 생성물, SMPs 9
2.1.4 새롭게 부상되는 오염물질, CECs 11
2.2 용존 유기물의 정량화 방법 13
2.3 공공하수처리시설 방류수 유기물관리의 도전과제 16
2.4 국내의 유기물질 관리 현황 18
2.5 실험계획법 22
2.5.1 요인배치법 23
2.5.2 직교배열표에 의한 실험계획 27
2.5.3 다구찌 실험계획법 29
제3장 연구 방법 36
3.1 데이터의 취득 36
3.2 채수 및 분석방법 37
3.2.1 채수 방법 37
3.2.2 분석방법 38
3.3 실험조건 및 설계 40
3.3.1 요인배치법 40
3.3.2 다구찌법 54
제4장 연구 결과 61
4.1 요인배치법을 이용한 공공하수처리시설 방류수 TOC의 영향 요인 분석결과 61
4.1.1 공공하수처리시설의 방류수 TOC 농도 분석결과 61
4.1.2 공공하수처리시설의 TOC 처리 부하량 분석결과 67
4.1.3 공공하수처리시설의 TOC 방류 부하량 분석결과 72
4.1.4 요인배치법을 이용한 공공하수처리시설 TOC 영향요인 분석결과의 요약 77
4.2 다구찌법을 이용한 공공하수처리시설 방류수 TOC 농도의 영향요인 분석결과 82
4.2.1 직교배열표 82
4.2.2 다구찌법으로의 확장 83
제5장 결론 92
5.1 본 연구의 요약 및 결론 92
5.2 본 연구의 한계 및 추후 연구과제 94
참고문헌 95
국문초록 105
Abstract 107

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	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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