공공폐수처리시설 설계지침

용존산소의 모니터링 및 조절은 회전원판공정의 운영에 있어서 매우 중요한 운전인자이다. 특히 DO모니터링이 반드시 필요한 곳은 유기물부하가 상대적으로 높은 첫 번째와 두 번째 단이다. 또한 전체회전축의 무게를 정기적으로 측정하기 위해 전자적 혹은 수리학적 회전축무게측정기(load cell)가 이용된다. 회전축의 무게측정은 회전축과 원판에 가해지는 과도한 피로강도의 원인을 결정하는 데 매우 유용하다. 회전축무게의 측정은 간접적으로 미생물막두께의 측정과 제어의 수단으로도 이용가능하다. 경우에 따라서는 Beggiatoa와 같은 바람직하지 않은 미생물의 성장을 미리 경고할 수도 있다. 기타 주요 계측기기로는 원판회전속도 지시계 및 조절장치가 있는데, 포기식구동시에는 원판속 도조절를 위한 송풍량조절장치가 이용될 수 있다. 살수여상에서 플라스틱 여재나 석재 여재에는 점액(slime)층이 형성되며, 이 점액층에는 여재에 주입되는 하수의 기질을 생물해하기 위한 미생물이 있다. 여재표면에 형성되는 생물막은 주로 호기성 및 통성, 혐기성 박테리아로 이루어져 있으며 이외에 균류도 중요한 역할을 한다. 그밖에 조류, 원생동물 등도 번식하고, 벌레, 곤충의 유충, 달팽이류가 서식하기도 한다. 이중 통성혐기성 박테리아가 살수여상의 우점종으로 존재하며, 여과상의 상부에는 햇빛을 이용할 수 있는 조류가 존재하고, 여상 하부에는 질산화 박테리아가 존재한다. 일반적으로 조류는 직접 분해에 참여하지 않고 낮 동안 흘러가는 하수에 산소를 공급한다. 운전자의 관점에서 조류는 여상표면의 박힘을 초래하여 냄새를 유발할 수 있기 때문에 귀찮은 존재이다(Metcalf & Eddy/Aecom, 2014). 여과상에 있는 원생동물은 섬모충류가 우점종이며, 생물막을 먹이로 이용함으로서, 유출수의 탁도를 감소시키고 생물막의 높은 성장 상태를 유지하는 역할을 한다. 상향류식 혐기성슬러지블랭킷공정(UASB)은 미생물의 부착을 위한 매체의 사용없이 혐기성미생물 자체만의 입상화에 의해 입경 0.5~2mm 정도의 그래뉼로 구성된 슬러지층을 형성시켜, 고농도의 미생물을 조내에 축적하는 방식이다. 유입폐수는 반응조 하단에서 유입되어 슬러지 상(sludge blanket)을 통해 상향류의 흐름을 갖는다. 상향류식 혐기성슬러지블랭킷공정은 크게 유입수 분배 시스템, 가스고형물 분리기, 그리고 유출수 배출부로 구분되며, 침전지를 추가하거나 반응조 상부에 담체를 채워 넣는 등 변형이 가능하다. 변형된 형태들은 시스탬 내의 보다 나은 고형물 확보를 제공하고, 공정의 upset 혹은 반응조 슬러지 상의 특성과 밀도의 변화 등에 의한 반응조내 고형물의 다량 유출을 방지하기 위해 고안되었다. 상향류식 혐기성슬러지블랭킷공정 상부의 설비는 다음과 같은 기능을 충족시켜야 한다(이정수, 2004). 혐기성유동상공정은 입경이 작은 미소담체를 유동상태로 부유시켜 미생물 과 유입수간의 접촉면적을 크게 하여 처리효율을 증대시키는 동시에 혐기성고정상공정의 단점인 공극의 폐쇄, 단회로 및 압력강하문제를 해결하기 위하여 개발되었다. 혐기성유동상공정은 입경이 0.2~1mm 정도의 모래, 활성탄, 안트라사이트, 경량골재 등의 미소담체를 유동상태로 부유시키고, 담체의 표면에 미생물을 부착·증식시켜, 상향류식으로 흐르는 유입폐수가 담체와의 접촉에 의해 폐수내에 함유되어 있는 생물학적 분해가능한 유기물질이 제거된다. 혐기성고정상공정에서 사용하는 매체는 유동상공정의 담체에 비하여 상대적으로 입경이 큰 매체를 사용한다. 이는 미생물이 성장함에 따라 매체사이의 공극이 폐쇄될 우려가 있기 때문이다. 그러나 혐기성유동상공정은 반응조 용적당 담체의 비표면적이 매우 크기 때문에 상(床) 단위용적당 처리효율이 비교적 높으며, 담체가 유동상태에 있으므로 공극의 폐쇄, 단회로 및 압력강하문제가 없다. 혐기성처리의 초기 형태는 부유성장공정으로 혐기성 슬러지 소화조와 비슷한 방법으로 설계되었다. 소화조의 형태를 가지고 있는 혐기성 완전혼합형 공정은 하수 및 폐수처리공정에서 발생되는 슬러지의 안정화를 위해 가장 오래전부터 사용되어 온 공정으로, 폐수처리에 있어서의 혐기성소화의 적용은 폐수내에 침전성 유기고형물이 고농도인 경우에 유리하다. 폐수처리에 이용가능한 혐기성 완전혼합형 공정으로는 고율혐기성소화, 산발효 및 메탄발효단계를 분리할 수 있는 이상(二相)혐기성소화가 있다. 고율혐기성소화는 가온 및 완전교반 방식으로 운전되며, 수리학적체류시간과 슬러지 체류시간이 동일하다. 반응조의 체류시간은 운전과 공정의 안정성을 고려한 충분한 안전율을 고려하여 15~30일 정도의 범위에서 선정하며, 폐수의 종류에 따라 분해속도에 따라 차이가 날 수 있다. 이상혐기성소화는 혐기성소화과정에서 산발효미생물과 메탄발효미생물의 환경조건이 각기 다르다는 점에 착안하여 개발된 방법으로 산발효조와 메탄발효조의 2개의 독립된 반응조로 구성된다. 일반적으로 분해가능한 유기물은 산발효미생물에 의해 산생성단계에서 휘발산을 생성하게 되며, 메탄생성균은 생성된 휘발산을 이용해 최종생성물인 메탄을 생성하게 된다. 각 반응단계에서 미생물은 연속적인 대사작용을 일으키게 되는데, 이 때 반응이 최대로 잘 일어나기 위해서는 반응조 내 산생성 미생물과 메탄생성미생물이 균형을 이루며 존재하여야 한다. 하지만 이의 균형은 사소한 환경의 변화에도 쉽게 깨어지게 된다. 즉 휘발산을 생성하는 산생성미생물이 메탄생성미생물에 비하여 상대적으로 성장이 우세하기 때문에 과잉의 휘발산의 생성시 메탄생성미생물의 성장에 저해를 주게 된다. 따라서 산생성미생물과 메탄생성미생물의 서로 다른 최적 환경조건, 환경변화에 대한 민감도 차이, 영양염류요구량의 차이 등을 인위적인 상분리를 통하여 극복할 수 있다. 즉 인위적으로 두 미생물을 분리하여 각각의 미생물에게 최적의 조건을 제공함으로써 소화효율을 극대화할 수 있다. 혐기성 연속회분식 공정(Anaerobic Sequencing Batch Reactor ; ASBR)은 반응과 고액분리가 한 반응조내에서 이루어지는 부유성장식 공정으로서 호기성 연속회분식 공정과 유사하다. 혐기성 연속 회분식 공정은 상향류 혐기성 슬러지상 공정(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket ; UASB)에서 발견되듯이 침강성이 우수한 입상화된 슬러지(granular sludge)의 형성에 달려있다. 혐기성 연속회분식 공정은 일반적으로 주입, 반응, 침전, 상징수제거 및 유출수 배출로 구성된 4단계로 운전되며, 기질과 고형물의 균등한 분포를 위해 반응기간동안 각 시간마다 수분 정도의 간헐적인 혼합이 이루어 진다. 혐기성 연속회분식 공정의 가장 특이한 점은 유출수 제거 전의 침전기간동안 슬러지의 침전속 도이다. 침전시간은 약 30분 정도이며, 반응조간 마지막인 침전비로 유기물 제거와 가스생성율은 고형물 침전에 보다 좋은 조건을 조성하기 위하여 보다 낮아진다. 충분한 운전시간 이후, 고액 분리효율이 향상되는 조밀한 입상화된 슬러지가 형성된다. 유출수 TSS농도는 50~100mg/L 정도이며, 낮은 온도에서 보다 높아진다.