폭기조 미생물

미생물 현미경 자료

미생물 자료.hwp

0.82MB

미생물.hwp

0.61MB

미생물지표.hwp

0.53MB

 

 

써니 생물현미경 SOK-100

미생물지표

생물학적 하폐수처리의 반응조에는 여러그룹의 미생물이 혼존하며 또한 환경변화에 따라 항상 변화가 이루어지고 있다.그래서 반응조는 미생물학적으로 집적배양(enrichment culture)과 혼합배양(mixed culture)이라고 볼 수 있다.

그림-1.활성슬러지 반응조내 먹이연쇄

 

활성슬러지 반응조내에서의 먹이연쇄를 보면 그림-1과 같다.BOD가 유입되면 먼저 세균이 증식하게 된다.그러면 증식된 세균을 먹이로 하여 원생동물,후생동물이 증식한다.물론 BOD를 직접 이용하는 원생동물도 있지만 대부분의 원생동물과 후생동물은 포식에 의해 먹이를 섭취한다.원생동물과 후생동물의 증식은 하폐수처리에서 절대적으로 필요하다.우선 슬러지플럭을 형성하는 데 가장 중요한 역할을 하는 게 바로 원생동물이며 처리효율의 증대와 처리수를 맑게 해주는 데도 원생동물이 없어서는 안될 존재이다.아울러 원생동물은 포식에 의해 먹이를 섭취하므로 하폐수를 통해 유입된 병원균을 제거하는 데도 이들 원생동물의 공이 크다.
활성슬러지를 구성하는 미생물의 양적인 비를 보면 세균이 95%정도이고 나머지 5%가 원생동물,후생동물로 구성되어 있다.양적인 면에서 적다고 원생동물과 후생동물의 역할을 약잡아보면 안된다.앞서 설명했듯이 플럭형성과 처리수 혼탁도 제거에 매우 중요한 역할을 하므로 양은 적지만 활성슬러지에서 원생동물이 꼭 필요하다.
그래서 활성슬러지내에 이들 세균,원생동물,후생동물이 적당한 비율로 나타날 때 BOD의 처리가 양호하며 아울러 슬러지침강도 좋아지게 된다.하지만 원생동물이나 후생동물이 과다하게 증식하게 되면 오히려 슬러지가 얇아지고 작아져서 침전조에서 슬러지침강이 불량해질 수도 있다.
활성슬러지에 나타나는 원생동물과 후생동물의 양적인 면에 못지않게 중요한 것이 바로 출현되는 원생동물과 후생동물의 종류다.원생동물을 운동기구에 따라 육질충류,편모충류,섬모충류로 나눌 수 있다.섬모충류는 다시 유영형섬모충류(free-swimming ciliate),포복형섬모충류(crawling ciliate)와 고착형섬모충류(stalked ciliate)로 나눌 수 있다.활성슬러지에서 섬모충류가 가장 많이 나타나고 약간의 편모충류,육질충류,그리고 약간의 후생동물이 나타날 때 활성슬러지가 가장 양호하다고 한다(슬러지 침강성이 좋고 처리수가 맑다).하지만 하폐수처리 현장에서 이런 이상적인 미생물구성을 얻기는 매우 어렵다.F/M비,수온,DO,SRT 등 많은 환경조건이 적당할 때에만 이런 양호한 미생물구성을 얻을 수 있을 것이다.그런데 하폐수처리는 이런 이상적인 미생물구성을 얻는 게 목적이 아니라 양질의 처리수를 얻는 게 궁극적인 목적이다.따라서 활성슬러지의 이상적인 미생물구성을 얻는 데 주력할 것이 아니라 주어진 처리 조건(하폐수내 오염물질의 종류,부하변동,수온 등)에서 처리효율의 극대화,슬러지침강성 증대,이상현상의 발생 억제를 위한 미생물 관리가 가장 중요하다고 본다.

 

1.F/M비와 미생물지표
활성슬러지에 출현되는 미생물의 종은 환경에 좌우됨은 당연하다.그 중에서도 먹이의 종류와 양이 가장 중요하게 작용한다.원생동물의 먹이는 세균이므로 세균의 종류와 양이 원생동물의 출현을 좌우한다는 것이다.증식하는 세균의 종류와 양은 다시 BOD의 종류와 양에 좌우된다.원생동물의 출현과 연관되는 다른 환경조건(DO,pH,수온,SRT등)은 대체로 비슷하므로 결국 출현 원생동물은 유입되는 하폐수의 양과 질에 가장 크게 좌우된다는 것이다.유입되는 하폐수의 양을 F/M비로 나타낸다면 F/M비와 출현미생물과의 관계는 그림-2와 같다.

그림-2.F/M비에 따라 우점으로 출현되는 미생물그룹

 

편모충류는 F/M비 0.4이상에서 출현되므로 편모충류가 나타나면 부하가 높다고 판단할 수 있다.대체로 편모충류가 많이 나타나면 과부하인 경우가 많은 데 이럴 경우 처리수의 BOD가 높고 편모충류와 분산증식 세균이 많으므로 침전조상등액이 맑지 않다.이럴 경우 폭기량을 최대로 해주면서 부하량을 줄이는 방안이 검토되어야 한다.편모충류가 출현되지만 그 수가 많지 않고 침전조도 맑은 수준이라면 부하변동이 있는 처리장이라고 볼 수 있다.하루중 어느 시간대에 또는 주간의 어느 요일에 부하가 특히 많을 경우 그때 편모충류가 증식하여 관찰될 수 있다.
아메바가 활성슬러지에 우점하는 경우는 매우 드물뿐아니라 우점한다 하더라도 오랜시간 지속되지는 않는다.그림-1에서 보듯이 아메바는 고형의 유기물도 습식이 가능하므로 고형물과 함께 부하가 갑자기 늘어났을 때 일시적으로 아메바가 우점될 수 있다.그래서 아메바는 충격부하나 일시적인 고부하를 나타내주는 지표가 될 수 있다.충격부하에 준하는 부하이므로 폭기조의 DO가 크게 낮아질 것이라는 것도 예상이 되는 데 아메바가 많이 출현되면 DO가 낮은 환경이라고 판단할 수 있다.

섬모충류는 F/M비 0.1이하에서부터 0.3에 이르는 넓은 F/M비 범위에서 출현된다.F/M비가 낮아지면서 유영형,포복형,고착형의 순으로 나타난다.그래서 유영형섬모충류는 다소 높은 F/M비에서 나타나고 고착형섬모충류가 많이 나타나면 F/M비가 비교적 낮다.특히 고착형섬모충류는 여과(filtring)에 의해 먹이인 부유세균을 섭취하므로 고착형섬모충류가 많이 나타나면 처리수가 아주 맑아지게 된다.현장에서 환경기술인들이 눈으로 봐서 처리수가 맑으면 처리가 잘 된다고 일단은 판단하면서 종종 고착형섬모충류(Vorticella나 Epistylis등)를 처리의 지표로 많이 생각하고 있다.물론 처리수의 맑은 정도만으로 처리의 잘잘못을 판단할 수는 없다.
후생동물과 유각육질충류는 F/M비가 낮을 때 출현하지만 이것보다도 SRT가 길 때 나타나는 대표적인 지표종이다.일반적으로 활성슬러지에서 유각육질충류의 수가 점점 증가하게 되면 SRT가 너무 길어지고 있다는 판단을 할 수 있다.한편 후생동물은 SRT가 길 때도 나타나지만 폭기조에 메디아가 들어있을 때는 흔히 나타난다.

 

2.지표성이 높은 미생물종
(1)F/M비가 매우 높을 때

 

Zoogloea는 손가락모양,나뭇가지모양,구름모양의 특징적인 군체(群體)를 형성하므로 세균이지만 100배의 배율로 판별이 가능하다.특히 평상시 F/M비가 높지 않더라도 국부적으로 또는 일시적으로 고부하였다면 Zoogloea가 관찰된다.동물성편모충류는 높은 F/M비의 좋은 지표가 된다.때로는 Oikomonas군체가 보이는 경우도 있는 데 이것 역시 매우 높은 F/M비의 지표가 된다.같은 편모충류이지만 식물성편모충류(Peranema,Entosiphon,Poteriodendron등)는 F/M비가 낮을 때 출현된다.
플럭 사이에 분산되어 흩어져 있는 세균을 분산증식 세균이라고 부르는 데 이것 역시 F/M비가 높을 때 많이 증식한다.그래서 F/M비가 높으면 증식된 세균이 플럭을 형성하지 않고 분산되기 때문에 고부하에서는 처리수가 분산세균에 의해 혼탁해진다.부하가 높아 폭기조DO가 낮아지면 원생동물의 증식이 억제되어 포식자가 적으므로 분산증식은 더욱 심해지게 된다.
섬모충류 중에서 빠르게 헤엄쳐 다니는 유영형섬모충류도 비교적 높은 F/M비에서 출현된다.

 

(2)F/M비가 낮고 SRT가 길 때

F/M비가 매우 낮은 환경조건이 지속되므로서 사상체의 증식이 활발하여 벌킹이 유발되기도 하고 역시 낮은 F/M비와 긴 SRT에서 방선균이 증식되어 거품이나 스컴을 유발하기도 한다.이 벌킹사상체와 방선균은 낮은 F/M비와 긴 SRT에서 가장 빈번하게 그리고 가장 심각한 트라블을 일으키는 미생물종이다.
아메바로 대표되는 육질충류는 일정한 모양이 없는 것이 가장 큰 특징이지만 세포 바깥에 껍질(殼)을 가지고 일정한 모양을 유지하는 유각육질충류가 낮은 F/M비와 긴 SRT의 대표적인 지표로 된다.대체로 유각육질충류와 Rotaria가 많이 출현되는 슬러지는 두께가 얇고 슬러지의 크기도 작아서 핀플럭이 발생되는 경우가 많다.
어느종이든 후생동물이 나타나면 F/M비가 낮고 SRT가 길다고 보면 된다.후생동물은 증식속도가 매우 느리므로 특히 SRT가 길지 않으면 증식이 불가능하다.그래서 일반적인 활성슬러지에서는 후생동물이 우점하는 경우가 드물다.그러나 폭기조에 메디아가 들어있으면 후생동물이 우점하기 쉽다.Diplogaster는 SRT가 길 때 그리고 폭기조나 침전조내에 슬러지가 누적될 때에도 잘 나타난다.후생동물이 많으면 잉여슬러지 발생량이 감소하는 데 특히 빈모류(貧毛類)에 속하는 Aeolosoma는 슬러지 습식량이 많아 슬러지 감량에 도움이 된다고 한다.

 

(3)F/M비가 매우 낮고 DO가 아주 높을 때

섬모충류 Coleps는 오크 술통모양이며 몸 전체에 섬모가 있고 몸체 끝에 긴 편모를 하나 가진다.자전을 하면서 아주 빠르게 전진하므로 현미경 관찰에서 처음엔 미처 따라잡지 못한다.그러나 조금만 지나면 카바그라스 아래에 DO가 부족해지므로 운동성이 둔해진다.메스실린더에 폭기조혼합액을 담아두면 Coleps는 산소농도가 높은 수면으로 전부 올라오게 된다.Coleps가 우점할 경우에는 마치 아지랑이가 피어오르듯 수면쪽으로 올라오는 게 보일 정도다.
Moina는 갑각류로서 껍질의 색깔이 붉은색이므로 대량으로 증식했을 경우 침전조에서 Moina가 수면으로 떠올라 농축되므로 침전조 수면이 붉은색으로 보이는 경우가 있다.Moina는 산소에 매우 민감하므로 폭기조의 DO를 조금 낮춰주면 쉽게 증식을 제어할 수 있다.

 

(4)DO가 매우 낮을 때

DO는 F/M비와 매우 깊은 상관성이 있다.F/M비가 높으면 당연히 DO가 낮아지게 된다.F/M비가 매우 높으면 DO가 거의 없는 상태로까지 가서 소위 부패가 일어나기도 하는 데 부패가 일어나면 슬러지 색깔은 검게 변한다.
나선균인 spirillum,spirochaeta는 DO가 0.2mg/L이하에서 주로 나타난다.Beggiatoa는 슬러지 부패가 일어났을 때 가장 특징적으로 나타나는 지표종으로서 실처럼 생긴 길다란 사상체인데 천천히 미끄러지듯 움직인다.활성슬러지에서 운동성이 있는 유일한 사상체이다.Beggiatoa는 부패시에 생성되는 H2S를 이용하는 황세균이다.역시 황세균인 Thiothrix는 벌킹사상체로서 DO부족에서 일어나는 벌킹의 주역이다.
Amoeba와 Paramecium은 F/M비가 높을 때 나타나는 종으로서 역시 DO가 낮을 때 출현된다.Metopus는 DO가 매우 낮은 환경의 거의 혐기적인 조건에서 슬러지의 색이 검은색일 때 출현되는 지표종이다.

 

(5)당,전분농도가 높거나(또는) pH가 낮을 때

곰팡이,효모

효모는 당이나 전분농도가 높은 환경에서 잘 증식하여 처리수를 혼탁시키며,곰팡이는 pH가 낮은 환경에서 증식이 되어 점성슬러지를 생성하거나 벌킹을 유발하기도 한다.

3.미생물 검경에 의한 진단
앞서 지표성이 높은 미생물종을 살펴보았지만 폭기조의 환경조건에는 F/M비와 DO만 있는 게 아니라 갖가지 기질조건과 환경조건(DO,pH,수온,HRT,SRT 등)이 복합적으로 작용하므로 지표가 되는 미생물이 증식하지 못할 수도 있다.그래서 미생물 검경에서 처리장 운전에 필요한 정보를 얻는 데는 다소 부족할 수 있다.그러나 검경결과가 가장 요긴하게 사용되는 경우는 역시 이상현상이 발생했을 경우나 발생할 가능성이 높은 경우다.

 

(1)벌킹
가장 흔히 이용되는 것이 벌킹사상체의 관찰이다.물론 벌킹을 일으킨 사상체의 종이 무엇인지 동정할(identification) 수 있다면 벌킹의 원인을 어느정도 짐작할 수 있다.그러나 동정까지는 어렵다 하더라도 사상체가 슬러지플럭 밖으로 뻗어나와 있는 지 아니면 사상체가 슬러지플럭 내부에 포함되어 있는지 하는 관찰은 벌킹의 대책을 수립하는 데 매우 요긴하게 이용되는 정보다.사진-1은 사상체가 플럭 밖으로 뻗어나와 있는 Type 021N이고 사진-2는 사상체가 플럭내부에 숨겨져 있는 벌킹슬러지이다.Type 021N의 경우에는 염소살균제 투여로 슬러지플럭 내부의 유용한 세균을 죽이지 않고 사상체만을 죽일 수 있다.하지만 사진-2와 같은 슬러지일 때 내부의 벌킹사상체를 죽일려면 사상체를 둘러싸고 있는 유용한 세균마저 죽게 되므로 염소살균제 투여를 대책으로 실행할 수 없다.

사진-1.Type-021N,사상체가 플럭 밖으로 뻗어나와 있다

사진-2,길쭉한 플럭,사상체가 플럭 내부에 있다

 

(2)거품과 스컴
거품과 스컴을 일으키는 대표적인 미생물이 방선균 Nocardia와 세균인 Microthrix parvicella이다.이 두 종류는 특징적인 균체 모양을 가지므로 쉽게 검경으로 판별이 가능하다(사진-3,사진-4).폭기조에 거품이나 스컴이 생기면 거품과 스컴만을 채취하여 검경하므로서 발생원인과 원인균을 알 수 있다.거품이나 스컴이 발생되는 이상현상에서는 대책수립에서 그 발생원인을 밝히는 것이 가장 중요하다.원인을 알기 위한 여러 가지 방법이 있겠지만 검경이 가장 확실한 방법이다.

사진-3.Nocardia,거품,스컴형성 방선균

사진-4.Microthrix parvicella,거품,스컴형성 세균

 

(3)지나치게 낮은 F/M비와 긴 SRT
슬러지 플럭을 보면 어느정도 F/M비를 가늠할 수 있다.사진-5의 것은 적당한 F/M비의 슬러지로서 슬러지 내부는 약간 검은색을 띄고 플럭이 두껍고 단단해보인다.그리고 플럭에 부착하고 있는 고착형섬모충류도 보인다.
그러나 사진-6을 보면 슬러지가 매우 얇다.그리고 플럭의 크기가 작을 뿐아니라 쉽게 부셔진다.F/M비가 매우 낮은 슬러지이다.F/M비가 너무 낮으면 SRT가 길어지기 마련인데 이런 경우 사진-7에서 보듯이 후생동물이 많이 증식하여 슬러지에 우점된다.

사진-5.적당한 F/M비의 슬러지플럭

사진-6.F/M비가 매우 낮은 슬러지플럭

사진-7.F/M비가 낮고 SRT가 긴 슬러지,후생동물이 많다

 

(4)슬러지해체
슬러지해체는 많은 양의 미세플럭이 침전조에서 침강되지 않고 부유하므로 침전조가 혼탁해지고 방류수의 SS가 높을 뿐아니라 용존COD까지도 높아진다.슬러지해체의 원인으로는 독성물질의 유입,지나치게 낮은 F/M비에서의 긴 폭기시간 등 여러가지 원인이 있다.그러나 슬러지해체는 아주 짧은 시간에 일어나는 데 미리 그 징후를 예측할 수는 없는건가?사진-8에서 보면 슬러지플럭 주위로 미세한 플럭 부스러기들이 아주 많이 보인다.물론 이 부스러기들은 살아있는 미생물들이 아니기 때문에 움직임이 전혀 없다.그리고 폭기조혼합액을 메스실린더에 붓고 하루정도 정치해두면 미세플럭들이 모두 가라앉으므로 상등액은 아주 맑아진다.이처럼 슬러지플럭 주위로 미세한 슬러지부스러기가 많이 관찰되면 슬러지해체의 기미가 있다고 보는 게 옳다.이럴 경우 슬러지인발량을 늘려 폭기조MLSS를 낮춰준다거나 하는 대책을 실행하여야 한다.만약 플럭 주위에 있는 것들이 움직임을 보이는 운동성이 있으면 슬러지해체가 아니고 분산증식이다.

사진-8.슬러지해체,플럭 주위로 미세한 부스러기가 많다

 

4.결론
검경은 시료를 한 방울 슬라이드그라스 위에 떨어뜨리고 카바그라스를 덮은 다음 현미경의 스위치를 켜고 보면 되는 간단한 실험이다.그럼에도 현장에서 중요한 지표로 활용되지 못하는 이유는 미생물지표의 중요성에 대한 인식이 다소 부족하기 때문이라고 생각한다.
하지만 처리장의 운전에서 이상현상의 발생을 초기에 발견하고 대처하는 데 검경이 가장 권장되는 파라미터이다.뿐만아니라 폭기량의 부족,F/M비의 높고 낮음,충격부하의 유무를 판가름하는 일 등 처리장을 운전하는 데 상당히 도움되는 정보를 검경을 통해서 간단하고 쉽게 얻을 수 있다.다만 번거롭게 생각되더라도 매일 매일 시료를 채취하여 한 번씩이라도 검경하는 습관을 들이는 게 중요하다.매일 매일 관찰하다보면 미생물상의 갑작스런 변화나 점진적인 변화를 감지할 수 있다.이것이 이상현상을 방지하고 처리효율을 극대화시키는 데 매우 요긴하게 이용될 수 있다.

 

 

써니 생물현미경 SOK-100