생물막 공법

제1장. 생물막 공법의 개요

1970년대 초부터 1980년대까지 생물학적 하폐수처리의 대안으로 호기성 부착성장 공법이 확립되었으며, 상향류 또는 하향류 청전상 반응조와 이차침전지를 사용하지 않는 유동상 반응조 등이 있다. 부유성장 활성슬러지 공정에 비하여 소요 부지가 1/5~1/3 정도의 면적이 적게 소요되는 장점이 있다. 그러나 부지가 적게 소요되는 만큼 시스템 비용이 적게 소요 되지는 않는다. 침지식 부착성장 공법은 BOD 제거뿐만 아니라 부유 또는 부착성장 질산화 후속 공정으로 이용될 수 있다. 하향류와 상향류식 충진 반응조와 유동상 반응조 및 침지식 RBC는 후무산소 탈질에 이용될 수 있다. 

Biofilm은 자연계와 산업현장 등 어디에나 존재한다. 자유유영 박테리아가 젖은 표면에 부착하여 증식을 계속하여 충분히 높은 세포밀도에 다다르면 세포는 체외분비물을 분비하기 시작하고 고정된 체외분비물 조합체를 만든다 Matrix 내부의 박테리아 개체군은 주의환경에서 공급되는 영양물질을 소비하면서 성장한다. 그 결과 biofilm은 점점 그 두께가 크게 되며, 일정 두께가 되면 유체나 공기의 전단력에 의해 탈리현상이 발생하게 된다. 부착과 탈리를 반복하면서 일정한 두께의 biofilm을 유지하여 오염물질을 제거 하게 된다. Biofilm의 구조는 크게 환경 조건(부유물질, 전단력, 대부분의 유동체)에 영향을 받는다. Biofilm은 일반적으로 fungi, algae, 이스트, protozoa, 기타 미생물, 잔해, 부식물, 미생물, 체외분비물, 용매 등 다양한 미생물과 물질로 구성된다. 이런 요소들은 함께 여러 요소가 합쳐진 생물적 구조체를 이룬다. Biofilm 발달은 환경적인 조건 그리고 biofilm안의 박테리아에 많이 좌우된다. 

제2장. 생물막법 처리방식 

 생물막법은 대기, 하수 및 생물막의 상호 접촉양식에 따라 살수여상법, 회전원판법, 접촉산화법 및 침적여과형의 호기성 여상법의로 분류된다. 호기성여상법은 3~5mm 정도의 여재를 충전한 여상의 상부에 하수를 유하시켜 여상의 하부로 부터 호기성 생물처리에 필요한 공기를 공급하며, 하수중의 부유물은 여재사이에 포획되고 용해성 유기물은 여재 표면에서 증식한 생물막의 미생물에 의해 처리된다. 따라서 운전관리는 공기량의 조정과 역세척 두가지 공정으로 이루어진다. 

 또 호기성여상법의 여재는 조밀하게 충전되어 있기 때문에 생물막의 기능과 동시에 여과기능을 가지고 있어 다른 생물막법과 달리 이차침전지를 필요로 하지 않고 일차침전지와 반응조로 구성되어 있어 벌킹, 스컴의 발생 등 활성슬러지법에서 나타나는 문제점도 없다. 살수여상법, 회전원판법 및 접촉산화법은 일차침전지, 반응조 및 이차침전지로 구성되며 반응조 내의 여재 표면에 주로 미생물로 구성된 생물막을 만들어 하수를 접촉시키는 것으로 하수중의 유기물을 분해. 처리한다. 

 살수여상법은 고정된 쇄석과 플라스틱 등의 여재 표면에 부착한 생물막의 표면을 하수가 박막의 형태로 흐른다. 하수가 여재 사이의 적당한 공간을 통과할 때 대기에서 산소가 공급되며 생물막으로 산소와 기질이 공급된다. 

 접촉산화법에서 접촉여재는 통상 물에 잠겨 있다. 이 때문에 하수에 산소를 공급하며 또한 하수와 생물막의 접촉을 촉진하기 위한 교반을 하는 장치가 필요하다. 접촉산화법은 접촉여재를 고정시킨 것과 부유상태 또는 유동상태인 것으로 대별되며 전자를 고정상식, 후자를 유동상식이라고 한다.

 회전원판법에서는 반응조의 상태가 살수여상법과 접촉산화법의 중간에 위치해 있다. 이 방법에서는 플라스틱 등으로 만들어진 접촉제가 구동축을 중심으로 회전한다. 접촉제는 일반적으로 그 표면의 40% 정도가 하수에 침적되어 있으며, 접촉제의 회전에 따라 표면에 부착된 미생물막은 하수와 대기를 교대로 왕복한다. 그러나 접촉제가 대기중에 있는 시간은 살수여상법과 또 접촉제가 하수에 있는 시간은 접촉산화법과 유사하게 된다. 이러한 세 가지 처리법은 설계 및 운전관리 인자가 각각 다르지만 같은 호기성 처리인 활성슬러지법과 비교하여 공통적으로 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 

  (1) 반응조내의 생물량은 조절할 필요가 없으며 슬러지 반송을 필요로 하지 않기 때문에 운전 조작이 비교적 간단하다.

  (2) 활성슬러지법에서의 벌킹 현상처럼 이차침전지에서 일시적 또는 다량의 슬러지 유출에 따른 처리수 수질악화가 발생하지 않는다. 

  (3) 반응조를 다단화하여 반응효율, 처리의 안전성의 향상이 도모된다. 

 

한편, 생물막법에서는 공통적으로 다음과 같은 문제점이 지적되고 있다. 

  (1) 활성슬러지법과 비교하면 이차침전지로부터 미세한 SS가 유출되기 쉽고 처리수의 투시도의 저하와 수질악화가 발생할 수 있다. 

  (2) 처리과정에서 질산화 반응이 진행되기 쉽고 그에 따라 처리수의 pH가 낮아지게 되거나 BOD가 높게 유출될 수 있다. 

  (3) 생물막법은 운전관리 조작이 간단하지만 한편으로는 운전조작의 유연성에 결점이 있으며 문제가 발생할 경우에 운전방법의 변경 등 적절한 대처가 곤란하다.