생물학적처리 중 문제점 과 대책

생물학적처리 중 문제점 과 대책 

1.생물학적 처리의 개요

ㄱ. 생물학적  처리방법에는 호기성 처리와 혐기성 처리로 크게 구분된다.
ㄴ. 혐기성처리는 고농도의 유기성 폐수(BOD 10,000ppm 이상 정도)에서만 이용되며 일반적으로 호기성 처리방법 중
활성오니가 가장 보편화되어 있는 실정이다.
ㄷ. 미생물 처리 가능 여부의 개략적인 판단지표

●CODMn을 이용하는 경우
▶BOD>COD : 미생물 처리 가능
▶BOD=COD : 폐수중에 분해가 어려운 유기물 존재, 오니 배양 등 별도방안 필요
▶BOD<COD : 미생물 처리 곤란, 물리적`화학적 처리 필요

●CODCr을 이용하는 경우
▶BOD/COD가 0.6 이상 : 미생물 처리 가능
▶BOD/COD가 0.6 이하 : 미생물 처리 곤란

폐수처리 flow와 적용약품 

2. 활성오니 처리법의 개요
생물학적 처리는 근본적으로 폐수 중의 유기물 성분을 미생물이 분해 섭취함으로써 미생물 세포 증식의 형태로 전환되고 동시에 미생물의 대사에너지로 활용되는 과정을 이용한 것이다. 즉 폐수 중의 유기물은 미생물에 의해 분해 섭취됨으로써 대부분, 미생물의 세포의 형태로 전환되고 일부는 대사에너지로 활용하게 된다. 이처럼 생물학적 처리는 폐수 중의 유기물을 미생물이라는 매체를 통하여 분리가 가능한 현탁입자로 전환되는 과정을 의미하므로 생물학적 처리에서는 중간매체인 미생물의 생육에 보다 양호한 환경조건을 조성하는 것이 가장 중요한 것이다.
생물학적 처리중 가장 공업 폐수처리에 널리 사용되는 것은 역시 활성오니법으로 호기성 미생물을 매체로 하여 처리하는 방법이다.

활성오니 처리공정의 전형적인 flow-sheet 

활성오니법은 상기 모식도에 나타난 바와 같이 미생물과 폐수를 폭기조에 혼합하여 공기(산소공급)를 계속적으로 보급해 줌으로써, 유기물이 미생물의 영양원이 되어 미생물의 증식을 촉진시키는 것이다. 이처럼 미생물의 증식형태로 전환된 유기물의 고액분리(침전분리)를 통하여 처리수를 얻게 된다.
이와 같이 폭기조에서 처리된 폐수는 침전조에서 고액분리가 되고, 침전된 슬러지의 일부는 다시 폭기조로 반송되어(반송슬러지 또는 반송오니로 통칭됨) 폭기조내의 미생물 농도를 안정하게 유지시키는 역할을 하게되며, 나머지 대부분의 슬러지는 모두 농축 탈수되게 된다. 활성오니 처리에서는 미생물이 활동하는데 최적의 환경 조건을 유지하는 것이 중요하다. 만일 환경이 악화되면 미생물의 활동이 둔화되어 유기물의 제거효율이 저하되거나, 활성오니가 Bulking 상태에 이르게 되어 고액분리가 어렵게 된다

3. 활성오니에 영향을 미치는 인자
●pH
일반적으로 최적의 pH 범위는 7~7.5 범위이며, 통산 6~8 범위에서 관리되는 것이 통례이다.

●온도
미생물의 활동도는 온도(수온)가 10℃ 이하이거나 40℃ 이상에서는 감소하게 된다. 활성오니 처리의 일반적인 온도관리 범위는 15~30℃이다.

●용존산소
폭기조 내에서의 용존산소 농도는 표준 활성오니법에서는 반드시 0.5~1ppm 이상을 유지하여야 한다. 통상 BOD 1kg당 40㎥ 정도의 공기가 필요하다. 또한 소화를 위해서는 용존산소 농도가 높은 편이 좋다.(2~3ppm)

●영양 Balance와 부하량
미생물에 있어서 가장 중요한 3대 영양소는 유기물(BOD)과 질소(N), 인(P)으로써, 일반적으로 요구되는 비율은 BOD:N:P=100:5:1이다.

●저해물질
미생물의 활성을 저해하는 물질에는 효소반응을 저해하는 물질(동, 크롬, 염소, 시안, 페놀 등)이나 표면에 부착하여 산소호홉을 방해하는 유질 등이 있다.

유기물의 분해와 미생물의 증식 

4. 활성오니에 처리시의 주요 관리항목
활성오니의 유기물에 대한 흡착 또는 흡착된 물질의 분해능력은 활성오니를 구성하는 미생물의 종류와 수에 좌우된다. 이들 종류와 수는 앞에서 언급한 바와도 같이 수질, 용존산소 농도, 수온 등의 영향을 받게 되므로 통산 SVI 값 등의 측정을 통하여 관리의 지표로 삼게 된다.
●오니 용량지표(SVI : Sludge Volume Index
                   폭기조 혼합액 1l의 30분 침전후 오니 부피(ml)=ⅹ1,000
                   폭기조 혼합액 1l중의 부유물질량(mg)
SVI는 활성오니의 침전가능성을 나타내는 값으로, 슬러지의 Bulking의 여부를 확인하는 지표이다. Bulking은 통상 사상균이 번식하거나, 미생물이 분산 성장단계에 있어 수비게 침전되지 않는 것을 말한다. 통상 SVI의 관리치는 50~150이다.
●오니밀도 지표(SDI : Sludge Density Index)
슬러지 반송률 결정과 침강성 판단에 이용되는 지표
          100
SVI = -----
           SDI
통상 SDI 관리치는 1.67~0.83이다.

●반송 오니량의 결정
반송 오니의 양은 MLSS의 양에 근거해서 산출한다.
        (MLSS-ISS) * 100
R = ----------------
            RSS – MLSS

▷R : 오니 반송률
▷ISS : 유잆의 SS(ppm)
▷RSS : 반송오니의 SS(ppm)
▷MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid) : 폭기조내 혼합액중의 활성오니량

 

F/M비와 미생물의 물질대사율과의 관계 

●F/M 비
F/M 비 : 폐수내의 유기물량(Food)과 활성오니량(Micro organism)의 비
F/M 비가 작을수록 BOD 제거 효율은 좋으나 침전성이 나쁘다.
대부분의 경우 F/M비가 0.2~0.5의 범위에서 운전되는 것으로 알려져 있다.
F/M 비가 높을수록 용존산소는 높게 유지해 주어야 하며, 용존산소 농도가 낮을 경우에는 Bulking의 원인이 된다.(F/M비 0.5의 경우 용존산소 2ppm 이상이 일반적으로 안정 영역)

●Buling의 원인과 대책
Bulking(팽화)현상은 폭기조내의 사상세균(Sphaerotilus, Gestrichum, Bacillus 등)이 증가됨으로써 발생하게 되는 것이 일반적이다. 사상균은 대개 선형의 모양을 가지고 있어 미생물(floc former) floc과 밀착되어 밀도가 낮은 미생물 floc을 형성하는 것으로 알려져 있다. 따라서 사상균 증가시에는 침전조의 침전이 대단히 불량하게 됨은 물론 sludge가 부상되어 결국은 carry over를 야기시키는 것으로 알려져 있다. Bulking이 발생하게 되면 침강성이 불량하여 양호한 처리효과르 기대하기 어렵다.

●Bulkiing의 원인은 주로 다음과 같은 것들이 있다
1.유기물의 부하량에 대한 용존산소의 부족 또는 과잉
2.질소(N) 또는 인(P)과 같은 필수 영양원소의 결핍
3.유기물 부하량의 부족 또는 과잉
4.특수한 저해물질의 존재로 호기성 균의 활동도 저하

●Bulking현상을 억제하기 위해서는 다음과 같은 방안들이 추천되어 진다.
1.사상균보다 활성이 높거나 사상균을 분해 또는 포식하는 균주의 투입
2.Arthrobacter sp., Pseudomonas sp., Trithigomostoma cucullus 등의 균주를 이용한 방법

●오니의 생육환경 인자를 제어하는 방법
Bulking위 원인이 용존산소의 부족이나 필수 영양원소의 부족에 기인할 경우에는 용존산소 공급을 늘리거나, 영양 balance를 적절히 조절하는 방법으로써 pH, F/M 비율 등의 제반 환경인자 역시 환경관리 영역으로 유도하는 방법
유기물 농도가 낮은 경우에는 폭기조 분리 운영 등의 별도 해결방안 검토가 바람직 함.

●살균제에 의한 살균방법
통산 염소나 과산화수소가 사용되며, 염소계 살균제는 무차별적인 살균력을 갖는 것에 반하여, 과산화수소는 혐기성 균류만을 선택적으로 살균하는 것으로 알려져 있다. 공업적으로 처리비용이 낮은 염소제가 많이 사용되는 편이다.
통상 지속적으로 SVI 값이 높게 나타날 경우에 적용한다. 살균제 투입시는 제반여건을 신중히 고려하여 실시하여야 하며, 미생물과의 혼합이 잘 이루어지는 지점에 투입한다.(염소계 투입시는 반송슬러지에 대하여 0.7~7.0ppm 이내의 범위가 바람직하다. 과산화수소 적용시는 용존산소를 높이고 폭기조 부하를 낮추는 것이 보다 효과적이라고 알려져 있으며, 투입량은 반송오니에 대하여 20~40ppm으로 수일~10일 정도 연속투입이나, 200~300ppm을 24시간 정도 연속투입하고 수일 간격으로 2~3회 반복하는 방법이 소개되고 있다. 400ppm 이상의 고농도는 악영향을 일으킬 수 있으므로 주의한다.

●약품첨가의 방법
최근 소개되고 있는 방법으로써, 특수한 반응기를 가지고 있는 유기응결제를 적용함으로써 floc의 침강성 및 밀도를 높이는 방법이다. 적절한 사용에서는 즉각적인 처리효과를 보이며, 과도한 사용은 오히려 과도한 floc을 형성시키는 등 처리효과를 감소시킬 수 있다.

F/M비에 따른 안정 DO 관리범위 영역 

●활성오니 처리중의 Trouble shooting 방법

●조정조
1.유입수의 pH가 과도하게 높거나 낮은 경우
#원인 : pH가 4 이하이거나 9 이상이면 공정중에서 산이나 알칼리 성분이 유이된 것이 대부분임.
#조치 : 황산이나 가성소다로 중화시켜 관리 pH를 맞춘다. 단, MLSS가 6000ppm을 넘고 F/M비가 0.1 이하일 때는 관계 없음.

2.악취 발생이 심한 경우
#원인 : 용존산소의 부족
#조치 : 조정조 Blower를 늘려 Aeration을 강화

●폭기조
1.탁도가 정상운전시보다 심할 경우
#원인 : 과부하이거나 폭기가 너무 적음.
#조치 : 부하를 줄이거나 폭기를 적당히 강화

2.흰 거품이 많아 졌다.(세제 등에 의한 것이 아닐 경우)
#원인 : 과부하이거나 MLSS가 너무 낮다.
#조치 : MLSS를 높이거나 원수 유입량을 감소시킨다.(유입량을 고정시킬 수밖에 없고 원수 BOD가 높을 때는 침전지의 수심이 허락하는 한 MLSS를 늘린다.)

3.갈색거품이 많아졌다.(foaming 현상이 비교적 심하게 나타나는 경우)
#원인 : SRT가 너무 길거나 과폭기에 의하여 슬러지가 해체되는 현상임.
#조치 : 탈수를 하여 MLSS를 줄이고 폭기도 줄인다

4.폭기조내의 pH가 높거나 낮은 경우
#원인 : 원수의 pH가 너무 높거나 낮은 때임.
#조치 : 폭기조에서의 pH는 즉시 황산이나 가성소다로 중화시킨다

●침전지
1.침전지 상등액이 뿌옇다.
#원인 : F/M비가 높다.
#조치 : 유량감소, 원수 BOD 감소가 1차적으로 해야할 일이나 유량을 줄일 수 없는 경우에는 MLSS를 높여주어야 한다.

2.침전지 상등액에 pin floc이 많이 뜬다.
#원인 : F/M비가 적거나 과폭기이다. 현상으로는 상등액은 맑고 침전지에 뜬 floc에 기포가 붙어있다. SVI가 나빠진다.
#조치 : 1차로 폭기를 줄이고 F/M비를 높인다.

3.침전지 위 표면에 scum이 뜬다.
#원인 : 침전지 바닥의 scraper가 바닥을 제대로 긁어주지 못하여 dead space가 생긴 경우. 현상으로는 scum의 일부분이 검은 색을 띔.
#조치 : scraper 수리
#원인 : F/M비가 높으면서 과폭기. 현상으로는 cylinder에 떠놓은 것의 중간이 갈라지며 SVI가 나빠져서 침전지 수심이 상승한다.
#조치 : 1차적으로 폭기를 감소시키고 2차적으로 F/M비를 감소시킨다.

4.침전지 위 표면에 pin floc이 뜬다.
#원인 : 과폭기이거나 공정중에서 NO3-가 많이 나온다. 현상으로는 cylinder에 떠 놓은 것의 상등부에 동그란 기포가 잘 꺼지지 않는다. SVI가 나빠져서 침전지 수심이 상승한다.
#조치 : 폭기를 줄임.

5.pin floc : 장기 폭기시나 과도한 난류 등의 원인으로 미생물의 floc 형성이 이루어지지 않아 밀도가 낮은 floc을 형성하는 현상으로 SVI값이 나빠진다.

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