생물학적 폐수처리 공정의 원리와 미생물 성장 특성 및 효율적인 운영을 위한 주요 고려사항 doc_id PCY_201705230336248041_16

따라서 공장폐수의 첨두율은 공장의 조업시간 및 가동률에 따라 매우 큰 변화를 보이므로 일률적으로 정할 수 없다. 공장폐수의 첨두율산정방법은 입주업체가 확정되었을 경우 입주업체의 업종구성과 유사한 기존공단의 첨두율자료를 이용하여 간접적으로 추정할 수 있으나 원칙적으로 공장폐수의 첨두율은 조업시간별 변동을 실측하여 추정한다. 그러나 외부로부터 당해 공단에 입주하는 업체 중 폐수발생량의 측면에서 비중이 큰 업체에 대해서는 직접 사업장의 유량변동을 조사하거나 유량자료를 분석하여 첨두율의 추정 시 반영하는 것이 바람직하다. 반면 입주업체 확정 전인 경우 정확한 공장폐 수첨두율을 산정하는 것은 매우 어렵다. 이러한 경우 당해 공단의 특성과 유사한 기존공단의 첨두율 자료를 이용할 수 있다. 계획 일최대 또는 일평균 공장폐수량은「1.9.3.2 공장폐수발생량」편과 같이 산정된 일평균 또는 일최대공장폐수발생량을 적용하며 특별한 첨두율자료가 없는 경우, 계획일최대폐수량은 계획일평균폐수량과 거의 같은 것으로 보며, 계획시간최대폐수량은 일최대폐수량의 1.3~2배를 적용할 수 있다. 생물학적 폐수처리의 관건은 미생물의 성장에 의한 유기물의 분해에 있다. 따라서 생물학적 공공폐수처리시설의 성공적인 설계 및 운전은 각종 운전인자의 변화에 따른 미생물의 성장변화를 정확히 파악하여야 가능하다. 이러한 운전인자와 미생물성장과의 관계를 미생물 성장 동력학(動力學)이라 하며, 하수처리에 이용되는 생물학적 공정의 성능은 기질이용과 미생물의 성장 동력학에 의존한다. 생물학적 폐수처리 시스템의 효과적인 설계와 운전을 위하여 미생물의 성장을 제어하는 기본원리의 이해와 일어날 수 있는 생물학적 반응의 이해가 필요하다. 또한, 기질이용과 미생물 성장률에 영향을 주는 모든 환경적 조건에 대한 이해의 필요성은 매우 중요하다. 효율적인 폐수처리를 위하여 pH 및 영양염류의 농도 등과 같은 조건을 제어하는 것이 필요할 수도 있다. 생물학적 공공폐수처리시설의 운전인자와 미생물성장과의 관계는 경험적으로도 일정 부분 파악 가능하나 보다 정확한 상호작용의 이해를 위해서는 객관화된 정성적 혹은 정량적 의미를 갖는 상호관계식이 필요하다. 이러한 상호관계의 수식화는 여러 가정을 필수적으로 필요로 한다. 공정을 구성하는 주요 미생물은 박테리아, 균류, 윤충류 및 원생동물로 이루어져 있다. 건조중량을 기준으로 할 때 미생물의 70~90%는 유기물이고 10~30%는 무기물로 이루어진다. 성공적인 폐수 처리를 이루기 위해서는 폐수내 제거를 원하는 물질에 쉽게 적응하며 침전지에서 중력침강으로 분리가 용이한 미생물을 우점종으로 만드는 데 달려있다. 시스템내 미생물군은 주로 종속영양박테리아가 우점종을 이루고 있다. 그 외에 독립영양미생물이 존재하는데, 이들은 주로 암모니아를 질산성질소로 산화시키는 역할을 하며 주로 무기물을 세포내 에너지생산 및 새로운 세포합성에 이용한다. 미생물의 성장영향인자로는 폐수의 특성, 환경조건, 공정의 설계, 운전조건, 반응조 미생물농도, 유기물 및 무기물의 양 등이 있다. 그 외 윤충류 및 원생동물은 주로 미생물플록의 응결과 침전성을 향상시키며 반응조 미생물량의 5% 정도를 차지한다. 때로는 처리에 어려움을 주는 사상성 미생물이 출현하여 처리를 방해하는 경우가 있으며 이들 미생물은 주로 슬러지의 침강성악화와 관련이 있다. 대부분의 공공폐수처리시설이 처리단가가 낮고 용존성 유기물질제거에 유리한 생물학적 처리법을 택하고 있다. 그중 가장 많이 이용되는 공정이 활성슬러지공정인데, 활성슬러지공정에는 표준활성슬러 지공정 이외에도 수많은 그 변법이 있고, 현재에도 많은 변법이 연구개발되고 있다. 처리시스템의 선정시에는 변법별로 각각의 장단점을 갖기 때문에 그 적용한계를 정확히 파악하는 것이 필수적이다. 우선 유입수성상을 명확히 파악하여 적합한 변법을 선정하여야 하는 것은 물론, 처리대상물질이 단순유기물질인가 또는 질소까지를 대상으로 하는가에 따라서도 처리공정은 물론 처리시설의 배치도 달라질 수 있다. 또한 유입수량에 따른 시설규모 및 경제성, 목표처리효율, 공정의 안정성, 유지관리 측면도 공정선정시의 주요인자이다. 그 외에도 주위환경에 미치는 영향, 처리장이 위치하는 지역의 여건에 따라서도 달라질 수 있으며, 단일시스템 혹은 다단시스템의 구성여부에 따라서도 달라지는 등, 공정의 선정시에는 이상의 선정인자들을 종합적으로 고려하여야만 한다. 활성슬러지 공정은 처리에 관여하는 미생물의 부유상태를 유지하는 포기조, 고액분리를 위한 침전지, 침전지로부터 슬러지를 포기조로 되돌리는 반송시설의 3가지 기본요소로 구성되어 있다. 포기조에는 유입폐수와 반송슬러지가 함께 유입된다. 활성슬러지공정의 핵심은 침전지에서 분리된 활성슬러지의 반송에 있는데, 이러한 슬러지반송에 의하여 적정수준의 고농도미생물을 확보할 수 있다. 또한 적정 미생물농도 및 활성을 유지하기 위하여 침전지 또는 포기조로부터 폐활성슬러지를 폐기한다. 포기조는 산소전달 및 혼합을 위한 교반시설이 필요하고, 침전지는 슬러지수집시설이 필요하다. 기타 부속 시설로는 송풍시설, 유량분배시설 등이 필요하다. 활성슬러지공정을 설계함에 있어서 우선적으로 중요한 사항은 생물학적처리가능성, 슬러지발생량과 산소요구량의 산정 등에 영향을 주는 유입폐수의 성상 파악인데, 필요에 따라 실험실규모 및 파일럿규모의 운전을 통하여 유용한 설계기준을 얻을 수 있다. 포기조혼합액중 부유성물질을 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids)라고 한다. 포기조내에서 충분한 반응시간이 경과한 후에 MLSS는 별개의 침전지로 이송되어 중력침강을 거치면서 처리수와 MLSS의 분리과정을 거친다. 침전된 MLSS는 포기조로 다시 반송되어 폐수내에 포함된 유기물을 분해하기 위해 적정수준으로 유지되는 미생물로서 작용한다. 이러한 미생물의 계속적인 신진대사작용에 의해 새로운 세포를 끊임없이 합성하므로 생성된 미생물을 주기적으로 제거할 방안이 필요한데 일반적인 방법은 침전지에서 제거하는 것이고, 포기조에서 제거하는 것도 가능한 방법이다. 이러한 미생물의 생성을 최대로 하거나 최소로 하는 것은 공정의 설계 및 운전을 통하여 가능하며 일반적으로 공정의 운영은 연속식 또는 회분식형태로 운영된다. 슬러지벌킹은 플록의 침전성이 불량하고 농축이 잘되지 않는 것이 특징이다. 슬러지벌킹 문제에는 크게 두 가지 원인이 있을 수 있는데, 하나는 각종 환경조건이 악화된 상태에서 사상성 박테리아나 균류 등 사상체로 성장하는 미생물의 성장에 의한 것으로 슬러지벌킹의 대부분은 이러한 형태이다. 다른 하나는 결합수(bound water)에 의한 것으로서, 미생물로 형성된 플럭이 물을 머금어 부풀어 올라 밀도가 감소하여 침전이 잘 되지 않는 것이다. 사상성미생물의 가장 큰 특징은 플록형성미생물에 비하여 낮은 pH, DO, 질소 등 영양물질의 결핍과 같은 악조건에서도 정상적인 성장이 가능하다는 점이다. 슬러지벌킹에 영향을 주는 폐수의 특성으로는 pH, 온도, 영양물질함량, 독성물질, 유입폐수의 부패, 유량과 폐수농도의 변동 등이 있다. 설계상의 요인으로는 부적절한 유기물부하, 공기공급능력, 침전지설계, 반송슬러지 펌프용량의 제약, 단회로(短回路), 또는 불균일한 혼합 등이 있다. 슬러지벌킹을 일으키는 운전상의 원인으로는 부적절한 유기물 부하량, 부적절한 포기, 2차침전지 운전상의 문제 등이 있다. 많은 경우 현장에서의 슬러지벌킹은 전술한 여러 요인들이 동시에 중 복되어 발생하기 때문에 그 원인을 밝히기가 매우 어렵다.