공공폐수처리시설 설계지침

간헐식 포기 공정에서 포기가 중단되면 포기조는 무산소조처럼 운영되어 BOD제거를 위해 필요한 용존산소 대신에 질산성질소를 이용하게 된다. 유입 BOD가 탈질반응을 수행하기 위하여 지속적으로 유입되기 때문에 무산소 기간 동안 반응조의 운전은 전탈질 무산소조와 유사하게 운영된다. 무산소 반응기간 동안에 포기는 멈추지만 교반기가 혼합을 계속하게 되고 질산성질소가 전자수용체로서 사용되게 된다. 반응조는 완전혼합 활성슬러지 무산소 공정과 같이 운전되므로 무산소 기간 동안 용존산소와 질산성질소는 감소하게 되고 암모니아성질소 농도는 증가한다. 간헐식 포기 공정은 단일슬러지 질소제거방법으로서 활성슬러지법 등에서 포기를 간헐적으로 함으로써 질소제거가 가능한데, 필요기구 및 운전요건은 다음과 같다(WEF & ASCE, 1992). 많은 공정들이 제한적 조건에서 적용되었기 때문에 공정 선정시에는 주의를 필요로 하며, 특히 대부분의 기존 설계 기준이 하수에 대한 기준이므로 폐수처리장에서의 질소제거 공정 설계시에는 유입폐수의 특성, 현장여건 등을 면밀히 검토하여 주요 대안에 대한 파일럿(Pilot) 규모의 처리도실험을 행하여 설계기준을 도출하여 설계하는 것이 바람직하다. 또한 C/N비가 상대적으로 낮고, 고농도의 질소를 함유한 폐수 및 소화슬러지 탈리액의 경우 질소 제거를 위하여 혐기성암모니아산화(ANAMMOX, Anaerobic ammonia oxidation)공정의 적용을 검토할 필요가 있다. 혐기성암모니아산화공정의 경우 혐기성 조건에서 암모니아성질소와 아질산성질소를 제거할 수 있으며, 소량의 무기탄소원을 이용하기 때문에 외부탄소원이 불필요하고 포기량을 절감할 수 있는 장점이 있다. 접촉산화공정(接觸酸化工程)은 접촉포기공정 또는 침적(浸積)여상공정이라고도 불리우며 회전원판공 정이나 살수여상공정 등과 같이 생물막을 이용하여 유기성 폐수를 처리하는 부착성장식 공정의 하나이다. 따라서 접촉산화공정의 오염물제거기작은 살수여상공정이나 회전원판공정과 동일하다. 접촉산 화공정은 포기조내에 접촉여재를 충전하여 폐수를 여재표면에 생성된 생물막과 순환·접촉시키면서 폐수중의 유기물을 미생물의 분해작용을 이용하여 제거시키는 공정이다. 이러한 공정은 기존 활성슬러지공정의 단점인 반응조내 미생물군을 안정하게 유지하기 힘들고 고액분리가 어려운 점을 보완하기 위하여 개발되었다. 충전제로서는 석재, 코크스, 대나무 등은 물론 각종 합성수지제 여재들이 개발되어 사용되어 오고 있다. 여재에 부착된 미생물의 탈리와 여재의 쏠림현상 등을 방지하기 위하여 포기강도가 매우 중요하며, 부유성장하는 미생물의 역할도 무시할 수 없다. 접촉제 표면의 과잉부착 생물은 탈리되어 2차침전지에서 침전분리되지만, 활성슬러지법에서처럼 반송슬러지로서 이용되는 것이 아니라 잉여슬러지로서 인출된다. 부착성장식 공정(附着成長式工程, attached growth process)은 미생물이 매체여재에 부착상태로 성장하면서 폐수내의 각종 유기물을 효소에 의해 분해하여 이용가능한 유기물로 만든 후 기타 새로운 세포나 최종생성물로 전환시키는 생물학적 공정이다. 여재에 부착된 미생물중 일부는 탈리되어 침전지로 보내지고 부유성장식과는 달리 대부분 슬러지는 반송되지 않는다. 부착성장식 공정에서는 처리 효율향상과 균일한 유입수질 유지 및 기타 여러 목적을 위하여 처리수를 순환시키기도 한다. 부착성장 공정에는 암석, 자갈, 슬래그, 모래, 적색목재, 플라스틱 등이 여재의 재료로 사용된다. 대부분 부착성장식은 부유성장식보다 에너지 절약효과가 있고 충격부하에 강하다는 장점을 가지고 있는 반면 폐쇄현상, 산소의 원활하지 못한 공급으로 인한 악취, 처리효율의 감소, 온도변화에 민감함 등의 단점도 가지고 있다. 그러나 설계자가 호기성 부착성장식 생물학적 처리의 장점 및 단점을 파악하고 대상폐수의 처리도실험을 토대로 설계한다면 2차처리 혹은 고도처리로서 안정된 처리수를 확보할 수 있다. 회전원판공정(回轉圓板工程; rotating biological contactor : RBC)은 살수여상과 함께 대표적인 부착성장식 공정의 하나로서, 회전하는 원판의 일부가 수면에 잠기도록 원판을 설치하여 이를 천천히 회전 시키면서 원판 위에 자연적으로 발생하는 호기성 미생물(부착생물)을 이용하여 하수를 처리하는 방법이다. 회전원판공정은 여러 부착성장식 공정중 단위면적당 최소의 F/M비 유지할 수 있는 공정중의 하나로서, 소요부지 및 에너지를 절감할 수 있으며, 시설장치가 단순하고, 유지관리가 용이할 뿐 아니라, 공기혼합에 의하여 생물량의 조절이 쉽다. 그리고 비교적 고농도에도 잘 적응하며, 농도나 유량변화에도 덜 민감하다는 등의 장점을 가지고 있다. 또한 용이한 다단(多端)처리가 가능하다는 장점도 갖는다. 그러나 여러 처리시설의 경우 산소공급능력의 부족이 보고되고 있고, 온도나 강수 등의 외부환경변화에 민감하므로 설계시에 주의해야 한다. 설계방법론은 이론적 설계와 경험적 설계로 구분할 수 있다. 경험적 설계에는 현장자료를 바탕으로 한 경험적 설계치를 이용하는 방법과 경험적 모델을 이용하는 방법으로 구분할 수 있다. 회전원판공정에서 유기물제거에 가장 중요한 것은 기질과 산소의 물질전달/확산이다. 그러나 회전원판에서의 전달/확산현상이 매우 복잡하기 때문에 유기물제거를 어떠한 이론적인 수학적 동력학모델로 예측하는 것은 거의 불가능하다. 따라서 보다 단순화된 수학적 모델들이 개발되고 있으나, 대부분의 경우 간단한 수학적 모델은 효율에 영향을 미치는 모든 다양한 변수를 포함하지 못한다. 따라서 회전원판 공정의 설계시 현장적용경험을 바탕으로 한 경험적 설계치의 적용이 불가능한 경우에는, 실험결과를 바탕으로 유도되는 경험적 모델 또는 경험식을 이용한다. 회전원판공정의 설계인자를 처리도실험을 통하여 도출하고 할 때, 파일럿규모의 실험에서 실제처리 시설에서 사용하는 것보다 작은 직경의 원판을 이용할 경우 단위 표면적당 더 높은 제거효율을 나타내기 때문에 파일럿 실험결과를 실제처리시설 적용할 때 많은 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 가능하다면 파일럿실험에서 사용하는 원판은 실제처리시설에서 사용될 원판과 동일직경의 동일제품인 것이 가장 바람직하다. 만일 파일럿실험시 실제회전원판 보다 작은 원판을 사용하는 경우, 현장에서 발생가능한 문제점을 최소화하기 위하서는 실험시 실제규모의 산소전달율보다 낮은 산소전달율을 유지하도록 운전하여야 한다. 파일럿실험은 다양한 부하하에서의 영향, 계절적인 변화에 따른 영향, 고형물축적 등 각종 설계인자와 문제점을 관찰하기 위해 장기간 행하여지는 것이 바람직하다.