공공폐수처리시설 설계지침

활성슬러지공정에서 가장 흔한 운전상의 문제점으로는 슬러지의 벌킹(bulking)을 들 수 있다. 대부분의 벌킹미생물은 사상균이다. 사상균의 성장요인에는 앞서 설명한 바와 같이 많은 요인이 있으나, 주 요인중의 하나로는 반응조내 유기물농도가 일정농도이하로 낮은 경우 사상균의 성장속도가 플록형성균의 성장속도에 비하여 빠르다는 점이다. 이러한 유기물농도에 따른 미생물간의 성장속도의 차이를 보여주고 있다. 그러나 미생물성장은 여러 인자의 영향을 받기 때문에 사상균이 우점종이 될 수 있는 한계농도를 정할 수는 없다. 완전혼합형 포기조는 폐수가 유입되는 즉시 포기조내로 분산되어 플러그흐름형에 비하여 유기물농도가 낮아져서 낮은 F/M비가 포기조 전체에 걸쳐 유지되기 때문에 사상균의 성장이 자극되어 벌킹이 발생하기 쉽다. 따라서 완전혼합형 활성슬러지공정에서의 사상균에 의한 벌킹발생빈도는 플러그흐름형에서보다 일반적으로 높다. 현저한 역혼합이 일어나는 일부 플러그흐름 반응조에서도 벌킹의 발생빈도가 높다. 플러그흐름형 반응조와 같이 초기유입부하가 높은 연속 회분식 반응조에서도 슬러지의 침강성이 일반적으로 양호한데 그 이유도 위에서 언급한 이유로 설명될 수 있다. 동력비면에서 매우 비경제적인 단점에도 불구하고, 활성슬러지공정의 가장 큰 장점은 반송량의 조절, 폐활성슬러지인출량의 조절 및 공정의 개량을 통하여 용이하게 확보 가능한 운전의 안정성 및 유연성이라 할 수 있다. 그러나 이러한 운전의 유연성이라는 장점은 오히려 설계의 오류나 비경제적인 운전을 은폐 또는 야기시킬 수 있다는 점에서 가장 결정적인 단점이 될 수도 있다. 따라서 경제적으로 최적화된 설계 및 운전을 위해서는 활성슬러지공정의 정확한 이해와 적정한 설계인자의 선정에 매우 세심한 주의가 요망된다. 활성슬러지 공정은 하수처리장에서 고품질의 유출수에 대한 요구에 부응하기 위한 기술적 혁신, 각종 장치, 전자 및 공정제어기술의 발전, 미생물을 이용한 폐수처리 기초지식에 대한 이해증가, 도심과 산업체의 경비와 운전비 감소에 대한 요구 등에 의하여 계속 발전되어왔으며, 현재 적용되고 있는 활성슬러지 공정들은 폐수의 고도처리 공정과 조합되어 사용되고 있다. 폐수중에는 침전이 어려운 미세입자, 부유고형물 등이 존재하는데 이는 전하를 지니고 서로 안정되게 수중에 존재하며, 탁도나 색도를 유발하고, 본처리시설로는 제거가 어려운 경우가 있다. 이를 응집제를 사용하여 미세입자들을 응집시켜 부정형 플록으로 형성하고, 응집보조제의 추가 투입으로 거대한 플록으로 성장시켜 침전성이 좋게 할 필요가 있는데, 이러한 플록의 특징은 함수율이 높고 비중이 작으나 입경이 크기 때문에 쉽게 침전하게 된다. 수중에 응집제를 투여하게 되면 응집제와 폐수중의 미세입자와 충돌수를 크게 하기 위하여 급속교반을 한 다음, 완속교반으로 플록입자의 조대화를 기할 수 있는데 이 때 응집보조제를 병행하면 효율이 증진된다. 또한 조대화된 플록들이 안전하게 침강할 수 있는 침전시설을 갖추면 응집공정이 완료되는데 이 때에는 조대화된 플록들이 다시 깨어지지 않도록 수중의 조건을 적절히 조정할 필요가 있다. 응집은 수중에 존재하는 미세입자 등의 침강성을 증가시켜, 침전에 유리한 조대플록을 형성시킨다. 응집에 의한 침전은 일반적인 경우, 총부유고형물의 60~90%, BOD의 40~70%, COD의 30~60%, 인의 60~90%, 2차처리수내 잔류미생물플록의 80~90% 정도를 제거할 수 있어, 응집 공정을 거치지 않고 침전하는 경우의 총부유고형물 40~70%, BOD의 25~40%, 인 5~10%의 제거효율보다 높은 처리효율을 나타낸다. 이와 같이 응집은 매우 높은 처리효율을 얻을 수 있고, 유량 및 수질의 변동에 대한 융통성 있는 운전이 가능하다는 장점을 가지나, 처리단가가 높고 다량의 화학슬러지가 발생하여 슬러지처리처분비용도 상승할 뿐 아니라 폐수중의 용존성BOD, 용존성COD 등의 용존유기물의 제거에는 거의 효과가 없는 등 많은 단점도 지니고 있어, 응집공정의 적용시에는 처리의 목적을 분명히 하고, 폐수의 성상은 물론 전후처리시설 및 슬러지처리 시설과의 연계성에 관한 면밀한 검토가 요망된다. 응집효과를 극대화하기 위해서는 응집제 투여 시 적정 온도 및 pH를 유지하는 것이 필요하며, 유기성폐수인 경우 과도한 응집제 투여는 후속 생물학적 처리시 인 등의 영양염류의 부족을 초래할 수도 있는 점에 유의하여야 한다. 활성슬러지 포기조에 황산알루미늄 투입시 최적 장소로는 포기조에서 2차침전지로 유출되는 수로가 최적 장소로 이곳에서는 난류가 형성되어 충분한 혼합이 이루어질 수 있다. 2차처리 후의 황산알루미늄의 첨가는 유기성인과 폴리인산염이 생물학적 가수분해로 인하여 정인산염 형태로 전환되는 이점이 있다. 그러나 살수여상과 장기포기식 활성슬러지법의 경우에는 2차침전지에서 고형물의 응집침전이 잘 일어나지 않을 수 있으므로 알루미늄염을 일부 유기성 폴리머와 함께 사용하여 제거율을 향상시키도록 한다. 황산알루미늄을 투입한 경우에는 인 침전물이 발생되며 부가적인 반응물들이 발생되기 때문에 응집제를 투여하는 장소에 따라 제거효율이 변화하고, 부가적인 반응으로 인하여 최적 주입량을 계산할 수 없으므로 결과적으로 응집실험을 행하여 실제 약품주입량을 결정하여야 한다. 응집시설은 그 제거가능물질이 다양하여 각종 폐수에 적용될 수 있으나, 타공정으로도 경제적으로 제거가능한 물질의 제거에 남용되어서는 안된다. 즉 응집시설은 약품종류 및 주입량의 변경에 의하여 어느 정도 제거대상물질 및 처리효율을 조정할 수 있기 때문에 응집시설이 일단 설치 된 후에는 그 설치위치에 관계없이 타처리공정의 불안정한 운전시 뿐만 아니라 평상시에도 응집처리에 의존하게 되기 쉽다. 극단적인 경우에는 그 처리효율이 저조함에도 불구하고 응집처리를 위하여 불필요한 다량의 약품을 소모하게 될 뿐 아니라 다량의 슬러지발생이 초래되어 전체 종 말처리시설의 정상적인 운영을 어렵게 할 수 있으므로, 응집공정의 적용시에는 이에 유의할 필요가 있다. 따라서 응집시설의 설치시에는 폐수의 성상, 경제성을 고려한 분명한 응집처리목적을 갖도록 하여야 한다. 각 사업장의 방지시설에서 생물학적 처리 저해물질의 제거가 예상되는 경우에도, 입주업체의 구성상 유해물질배출 사업장의 사고 등에 의하여 유해물질이 종말처리시설로 유입될 가능성이 심히 우려되는 경우에는, 전처리시설로서 응집시설을 설치를 검토할 수 있다. 또한 이 경우 종말처리시설상 유량조정조 설치계획이 없는 경우에는 응집시설의 설치 필요성은 증대한다. 단, 주요 사업장배출예상 유해물질의 응집가능성을 확인하여야만 한다. 그러나 생물학적 처리에 앞서 응집이 이루어지게 되므로 다량의 유기물이 응집될 가능성이 높고 슬러지발생량이 증가하게 된다. 중금속에 의한 저해가 예상되는 경우, 단순한 응집공정과 더불어 중금속의 수산화물 생성을 위한 pH조정이 요구된다(6가크롬, 비소, 수은은 제외).