표준활성슬러지법(1)

1.   활성슬러지법의 개요

  가. 반응조의 종류

    1) 반응조의 형상

직사각형 반응조는 활성슬러지법을 사용하는 대부분의 하수처리시설에서 일반적으로 사용되는 형식이며, 수심을 깊게 하는 것이 가능하고 처리시설의 평면배치라는 관점에서 보면 가장 유리한 방법이라 할 수 있다.

    2) 혼합방식

• 반응조는 혼합액의 혼합방식에 따라 완전혼합형 반응조와 플러그흐름형 반응조로 구분된다. 완전혼합형 반응조는과 같이 유입된 하수가 반응조내의 혼합액과 빠른 시간에 혼합될 수 있도록 형상, 하수의 유입방식, 산기장치 등을 설치한다.
• 플러그흐름형 반응조는 긴 장방형 수로의 반응조로서 한쪽 끝에서 하수를 연속적으로 유입시켜 반응조내 혼합액을 다른 쪽 끝으로 유출시키는 방식이다.
• 실제 시설에서는 플러그흐름형 반응조의 조건을 완벽하게 설정하는 것이 불가능하기 때문에 일반적으로 여러 개의 완전혼합형 반응조를 격벽으로 분리하여 단락류를 방지하는 다단 완전혼합형 반응조로 설계한다. 

  나. 잉여슬러지발생량

    1) 잉여슬러지량은 생분해성 유기물을 이용한 종속영양미생물에 의한 세포합성량 (A)와 SRT에 따라 미생물의 사멸에 따른 세포잔류물 (B)와 유입수내 비분해성 VSS량 (C)의 합으로 계산할 수 있으며 다음 식과 같이 계산할 수 있다.

여기서, Px,vss : 매일 생산되는 잉여슬러지발생량(VSS 기준), kg/d

fd : 활성미생물 중 비생분해 성분비율

Xo,i : 유입수 내 비생분해성 VSS, mg/L

 

• 매일 폐기되는 건조고형물의 총질량은 VSS와 무기성고형물을 합한 TSS양에 기초한다. 무기성고형물은 유입하수내에 존재하며, 미생물에도 건조무게 기준으로 10에서 15%의 무기성고형물을 포함하고 있다. 유입 무기성고형물은 불용성이므로 혼합액 고형물에 포함되어 폐슬러지로 제거되는 것으로 가정할 수 있다.
• 따라서, 매일 생산되는 잉여슬러지량을 TSS기준으로 바꾸기 위해서는, 위의 식에 유입수내 무기성고형물을 더하고, 미생물의 VSS/TSS 비를(대표값 0.85로 가정, 미생물성분의 VSS/TSS 비율은 0.80에서 0.90의 범위의 값을 나타냄) 이용하여 미생물성분(A, B)을 TSS 기준으로 아래 식과 같이 계산할 수 있다.      

   

여기서, Px,TSS : 일일 생산되는 잉여슬러지발생량(TSS 기준), kg/d

TSSO : 유입하수의 TSS농도, mg/L

VSSO : 유입하수의 VSS농도, mg/L

 

MLVSS와 MLSS의 양은 다음 식과 같이 계산할 수 있다.

MLVSS 양 = (XVSS) (V) = (Px, VSS) SRT

MLSS 양 = (XTSS) (V) = (Px, TSS) SRT

위의 식에서 적절한 MLSS 농도를 선택함으로서 포기조 부피는 윗식을 이용하여 포기조 부피를 구할 수 있다.

  다. 용존산소농도 및 필요산소량

    1) 용존산소농도

포기의 목적은 활성슬러지 미생물의 산화 및 동화작용(BOD제거)와 질산화 반응에 필 요한 산소의 공급과 하수와 활성슬러지와의 혼합액을 교반하여 활성슬러지를 부유상태 로 유지하기 위함이다. 하수처리시설은 유입하수량 및 수질이 항상 변동하므로 안전한 운전을 수행하기 위해서는 반응조유출구에서 약 2~3 mg/L의 DO농도를 유지하는 것이 바 람직하다. 특히 질산화를 위해서는 반응조의 DO농도가 1 mg/L 이하가 되지 않도록 주의 하여야 한다.

     2) 필요공기량

필요공기량의 산출에 사용되는 포기장치의 산소이동효율은 청수상태에서의 성능이기 때문에, 필요산소량(AOR)은 청수상태에서의 산소공급량(SOR)으로 환산 하고, 그 산소이동효율에서 실제필요공기량(Gs)을 다음식과 같이 구한다.

여기서,

SOR : T1℃에서의 청수상태에서의 산소공급량, kgO2/d AOR : 생물반응조 T2℃에서의 필요산소량, kgO2/d T1 : 포기장치성능의 기준 청수온도(20℃)

T2 : 생물반응조 혼합액의 수온(℃) CS1 : 청수 T1℃에서의 포화산소농도 CS2 : 청수 T2℃에서 포화산소농도 CO : 혼합액의 DO농도

α : KLa의 보정계수(저부하법 0.93, 고부하법 0.83)

β : 산소포화농도 보정계수(저부하법 0.97, 고부하법 0.95)

γ : 산기수심에 의한 Cs의 보정계수(=(1/2)x(((1.332+h)/h)+1)

h : 산기수심(m)

P : 처리장에서의 대기압(kPa abs)

포기장치의 소요공기량(Gs)는 다음식에 의해 산출한다.

여기서,

GS : 소요공기량(m3/min)

EA : 청수중 산소전달효율(SOTE, %)

ρ : 공기밀도(1.293kg공기/Nm3)

OW : 공기중 산소함유중량(0.232kgO2/kg-공기)

 

2. HRT와 SRT에 의한 반응조의 설계

• 활성슬러지법의 반응조 설계는 수리학적체류시간(HRT)의 설정을 기본으로 하는 방법과 고형물체류시간(SRT)의 설정을 기본으로 하는 방법을 사용할 수 있다.
• 수리학적체류시간(HRT) 설정을 기본으로 하는 방법을 <그림 6.4>에 나타내었고, 고형물체류시간(SRT) 설정을 기본으로 하는 방법을 <그림 6.5>에 나타내었다.
• 수리학적체류시간(HRT) 설정을 기본으로 하는 경우에는, 반응조 유입수질을 고려하여 적정한 HRT (θ)와 MLSS농도(X)를 경험적 판단에 근거하여 우선적으로 설정한다. 다음으로, 목표 처리수질(S)을 설정한 후 잉여슬러지발생량(PX)과 고형물체류시간(SRT, θC)을 산정한다.

잉여슬러지 발생량은 다음과 같이 표현된다.

 

한편, 반응조 용량(V)은 유입수 유량(Q)과 HRT(θ)로부터 (식 6.10)과 같이 표현된다.

 그리고, 위 식들로부터 SRT(θC)에 대한 다음 식이 유도된다.

따라서, 반응조의 HRT()와 MLSS농도(X) 및 목표 처리수질(S)이 우선적으로 설정되었 고, 유입수의 유량(Q) 및 수질(S, XO,i, TSSO, VSSO) 값이 주어지고, 활성슬러지 미생물 관 련 계수값(Y, Kd, fd)이 결정되면 잉여슬러지발생량(PX)과 SRT(θC)를 산정할 수 있다.