하수처리 개요(1)

1. 생물학적 처리의 기본원리  

  가. 생물학적 처리는 하수 또는 폐수(이하 하수로 표기) 내에 존재하는 유기물과 영양물질 박테리아, 조류, 원생동물 등 

      혼합 미생물 즉 활성슬러지를 이용하여 제거하는 것을 말한다. 

  나. 생물학적 처리는 산소의 존재여부와 산소의 형태에 따라 호기(oxic), 무산소(anoxic) 및 혐기(anaerobic) 조건으로 

      구분하며, 각 조건에서 제거되는 오염물질의 종류와 형태가 다르기 때문에 이런 조건을 적절하게 조합하여 요구

      하는 수준까지 제거하게 된다. 이외에 산소가 존재하거나 존재하지 않은 상태에서 기능을 발휘하는 임의성, 특별한 

      처리 목적을 달성하기 위해, 호기, 무산소, 혐기 조건을 적용하는 호기/무산소/혐기 조건이 있다. 

  다. 하수처리에 대해 생물학적 처리공정을 채택하는 이유는 물리적 처리 또는 화학적 처리에 비해 경제적이고 처리가 

      안정적이기 때문이다. 생물학적 처리에 의해 BOD, COD로 표현되는 탄소화합물인 유기물을 제거하고, 여러 형태를 

      갖는 질소와 인을 제거할 수 있다. 

  라. 혐기성 조건에서는 인방출 현상이 발생되며, 무산소 조건에서는 탈질, 호기성 조건에서 질산화와 인의 과잉섭취 

      현상이 발생된다. 유기물은 호기성, 무산소, 혐기조건 등 모든 조건에서 제거 가능하다.

  마. 호기조건만을 적용하는 표준 활성슬러지법은 유기물 제거를 목적으로 적용하며, 고도처리는 영양물질인 질소와 

      인을 동시에 제거하기 위해 채택한다.

  바. 현재 국내에서는 표준 활성슬러지법은 거의 적용하고 있지 않고 여러가지 형태의 고도처리 방법을 적용하고 있다. 

 

2. 활성슬러지법의 원리 

  가. 활성슬러지법(Activated Sludge Process)은 하수를 분해, 섭취하고 안정화시키면서 이러한 기능을 수행하는 활성화 

      된미생물의 생산을 포함기 때문에 명명되었다. 그리고 활성슬러지법의 의미는 여러 가지로 사용되는데 고전적인 의

      미는 여러 종류의 미생물인 활성슬러지를 이용하여 하수 내의 유기물을 산소가 충분히 호기조건에서 호기성 미생물

      이 유기물을 흡착, 산화, 분해, 섭취하여 제거하는 것을 의미한다. 호기조에서 유기물이 제거된 처리수와 미생물이 

      침전지로 유입되어 미생물은 침전되어 반송슬러지로 이용되고 남는 슬러지는 인출하여 잉여 슬러지를 처리하게

      된다. 미생물과 비중 차에 의해 슬러지 층 상부에 존재하는 상징수는 침전지를 월류하여 수계로 방류된다. 침전지에

      서 반송된 슬러지와 새롭게 유입된 하수는 혼합되어 호기조에서 같은 공정을 반복하게 된다. 화분식 활성슬러지법은 단일 반응조에서 미생물을 이용하여 반응과 침전에 의해 하수를 처리하는데 연속식과 화분식 모두를 활성슬러지 법이라고 한다. 

  나. 질소와 인을 제거하는 고도처리 역시 활성슬러지법을 이용하여 처리한다. 혐기 조건에서 활성슬러지에 존재하는 인

      축적미생물(PAOs)에 의해 유기물을 이용하면서 인을 방출하고, 무산소 조건에서 대부분의 활성슬러지에 의해 탈질 

      하게 되며 이때 유기물을 섭취한다. 호기 조건에서 활성슬러지 내의 질산화 미생물에 의해 암모니아성 질소가 질산

      화 되고 인축적 미생물에 의해 인을 과잉섭취하여 제거한다. 

 

3. 활성슬러지 미생물에 의한 반응 

  가. 활성슬러지에 흡착된 유기물은 미생물의 영양원으로 이용되며 다음과 같이 산화와 동화에 이용된다. 

      흡착된 유기물 -> 산화에 의한 분해(에너지 생산) : 이화작용 

                         -> 동화에 의한 합성(세포 생산) : 동화작용

  나. 산화는 생체의 유지, 세포합성 등에 필요한 에너지를 얻기 위하여 흡착된 유기물을 분해한다.

  다. 하수 중의 유기물은 활성슬러지 미생물에 의해 산화 분해되고, 일부 유기물은 활성슬러지의 성장에 이용된다.

      미생물의 먹이 섭취에 의해 하수 중에 유기물이 적어지면 포기조내 활성슬러지는 슬러지 내 유기물을 자기산화

      하여 에너지를 획득한다.

 

4. 활성슬러지 처리에 미치는 환경요소 

  가. 활성슬러지의 처리 성능에 영향을 미치는 환경요소는 온도, pH, 용존산소 농도, 영양물질, 중금속 등의 독성물질이 

      있다.

    1) 온도 

      (1) 생물학적 반응율의 상수에 대한 온도의 영향은 생물학적 처리공정의 전체 효율 평가에 매우 종요하다. 온도는

         미생물의 대사 활성도에 영향을 미칠뿐만 아니라 기체전달율과 생물학적 고형물의 침전특성과 같은 인자에 상당

         한 영향을 미친다. 일반적으로 저온의 한계는 5℃정도이며 고온의 한계는 35℃ 정도이나 고도처리 적용 여부, 지

         하 구조물 시공 여부 등에 따라 변할 수 있다. 온도에 따른 반응속도는 다음과 같이 표현된다. 

      (2) 활성슬러지법에서 온도계수 θ값은 1.02에서 1.25까지 변할 수 있고 수온 4~45℃ 적용된다. 활성슬러지법에서

         BOD 제거 관련하여 θ=1.024 값이 대표적으로 사용된다. 

    2) pH

      (1) 활성슬러지는 환경의 변화에 순응하는 능력이 높기 때문에 일부 pH 변동에는 순응하면서 하수를 처리할 수 있

          다. 일반적으로 활성슬러지법에서 최적 pH는 7.0~7.5정도 이다. 

    3) 용존산소(DO) 

      (1) 활성슬러지법에서 포기조의 한계 DO농도는 0.5mg/L 정도이고 상한은 질산화 정도에 따라 달라지며 통상적으로

          2mg/L 내외에서 운영된다. 활성슬러지의 산소이용 속도는 하수의 유입부 즉 포기존의 전단에서 높고, 포기조의 

          후단에서 낮아진다. 따리서 포기조의 전단에서는 DO농도가 낮고 후단에서는 DO가 높아지는 현상이 나타난다. 

          DO가 높으면 동력비가 높아질 뿐만 아니라 활성슬러지의 자가분해에 의하여 활성슬러지 플록이 해체되므로 주 

          의가 필요하다. 

    4) 영양물질 

      (1) 활성슬러지의 증식과 성장에는 질소, 인 및 무기물질 등이 필요하다. 일반적으로는 유기물과 영양물질과 비율은 

          BOD : N : P = 100 : 5 : 1을 적용하는데 이는 고도처리 적용 여부, 활성슬러지의 운전관리, 특히 활성슬러지의 

          평균 체류시간에 영향을 받는다. 따라서 각 시설마다 충분한 검토를 해야하고 최소한의 필요량을 공급하는 것이 

          요구된다.

    5) 유해물질 

      (1) 활성슬러지의 기능을 저해하는 하.폐수 중의 유해물질은 중금속, 합성유기화합물, 농약, 합성세제, 등이 있다. 

         이들 물질들은 각 물질별로 저해농도 이상에서는 호흡계와 효소반응계를 저해하며 활성슬러지의 처리능력을 

         저하시켜 처리수질이 불량하게 된다. 중금속 물질이 다량으로 유입되면 하수처리에 악영향을 미칠 뿐만 아니라

         잉여슬러지의 처리 및 처분 시 문제가 발생한다. 

      (2) 다음 표는 활성슬러지에 독성을 미치는 물질과 농도를 나타낸다. 그러나 포기조의 MLSS농도, 온도 등 여러 

          요인에 따라 그 영향농도는 변화된다.