생물학적처리 이상현상 과 대책

생물학적 폐수처리의 이상현상과 대책

● 벌킹의 원인과 대책
1. 벌킹(bulking) 의 정의
슬러지용량지표(SVI : Sludge Volume Index)가 150㎖/g 이상인 슬러지를 벌킹슬러지 라고 하며 폭기조 혼합액 1㎖ 내 사상체 길이의 합이 107㎛ 이상이면 슬러지 침강이 불량하며 슬러지농축이 일어나지 않는다.
2. 벌킹슬러지의 형태
벌킹슬러지의 형태에는 다음의 3가지 종류가 있다.
(1) 플럭간 가교 ( Inter-Floc Bridging )
플럭과 플럭 사이에 사상체가 뻗어 있어 플럭과 플럭이 접근하지 못하고 떨어져 있게 된다.
(2) 길쭉한 플럭 ( Diffuse Floc )
플럭 내부에 사상체가 증식되어 있고 플럭 밖으로 는 사상체가 짧게 뻗어 나와 있으며 플럭의 모양이 길쭉하게 뻗어나간 모양이다.
(3) 속이 빈 플럭 ( Open Floc )
플럭이 매우 크지만 내부에는 빈공간이 많다.
3. 벌킹의 발생원인
벌킹의 발생원인은 수없이 많다 . 인간에 있어 암의 발병원인이 여러가지이듯이 활성슬러지에 있어서도 거의 모든 환경조건이 벌킹의 원인으로 작용될수 있으며 따라서 상반되는 환경조건이 벌킹의 발생원인이 될수 있다. 부하가 너무 높거나 낮아도, DO 농도가 너무 높거나 낮아도, 수온이 너무 높거나 너무 낮아도, MLSS 농도가 너무 높거나 너무 낮아도 벌킹이 일어날수 있는 것이다.
벌킹의 원인이 될수 있는 조건의 예를 들어보면 다음과 같다.
●유기물부하가 갑자기 높아졌을때 또는 유기물 고부하가 계속될 때
●폐수원수가 부패될때
●유지함유량이 높은 폐수, 독성폐수 및 세제 등으로 영향을 받았을 때
●유량이나 수질이 크게 변동되었을 때
●영양원인 질소 와 인이 적당히 존재하지 않을 때
● 폭기량이 불충분하여 DO 가 부족될때
● MLSS 량이 과다할때
●침전조나 슬러지 반송경로에 슬러지가 오래 체류되어 혐기성상태로 된 때
●염류농도가 크게 변동된 때
● 유기성 폐수중에 무기질이 적을 때
●환절기와 같이 수온변화가 클 때
그러나 이러한 조건들은 다음의 5가지 그룹으로 나누어 볼수 있다.
●낮은 DO
●낮은 유기물 부하 ( 낮은 F/M 비 )
●원수의 부패및 고농도 황화물
● 영양염 ( N, P 등 ) 결핍
●낮은 PH
4. 사상체의 증식메카니즘
사상체가 증식되는 메카니즘에 대해서는 많은 학설과 이론이 있지만 그중에서 가장 설득력이 있는 것은 A/V ( Area/Volume ) 가설이다. 세균은 고등동,식물과는 달리 영양분을 섭취하고 노폐물을 배설하는 기관이 따로 있는 것이 아니고 세포표면을 통해 양양분을 섭취하고 노폐물을 배설한다.
따라서 세균의 A/V 값이 크면 즉, 체적에 비해 체표면적이 넓으면 넓을 수록 세균의 대사속도가 빨라진다. 따라서 영양분이나 DO 와 같은 어떤 환경인자가 부족한 상태에서는 세포의 A/V 값이 큰 세균이 경쟁력을 가진다. 세균세포의 형태로는 구형, 막대형, 나선형 및 사상체가 있는 데 이중에서 A/V 값이 가장 큰 것이 사상체이다.
따라서 유기물이 부족하거나, 영양염이 결핍되거나, DO가 부족한 환경에서 사상체가 증식하기 쉬어지며 구형이나 막대형의 세균수가 줄어들면 경쟁상대가 없어지게 되므로 사상체는 그 양이 더욱 늘어난다. 사상체의 양이 극단적으로 많아진 상태가 벌킹이다. 그러나 벌킹의 발생원인 중 유기물부하가 고부하인 경우에는 이 A/V 가설로서는 설명이 어렵다.
5. 벌킹의 영향
벌킹이 일어나면 방류수로 슬러지가 유실되어 방류수의 SS 농도가 높아지는 등 방류수 수질기준을 위반할 우려가 있으며 방류수의 염소소독효과도 떨어진다. 벌킹이 심하면 폐수처리능력을 상실하게 되고 심하지 않더라도 슬러지 반송률을 높여야 하며 잉여슬러지 처리문제가 발생된다. 고형물농도가 3∼4% 인 정상적인 슬러지에 비하여 고형물농도가 1∼2% 인 벌킹슬러지의 부피는 2∼4 배가 되므로 슬러지 탈수에 큰 어려움이 있다.

6. 벌킹의 원인균
Zoogloea 벌킹을 제외한 모든 벌킹은 사상체에 의해 일어난다. 벌킹을 일으키는 사상체의 종류는 20 여종이 있는데 폐수의 성상, 폐수처리방법, 운전방법 및 기후 등에 따라 벌킹을 주로 일으키는 원인균도 달라진다. 미국내에서 벌킹을 일으키는 빈도가 가장 높은 것이 Type 1701 이고, 유럽에서는 Microthrix Parvicella 가 가장 빈번하게 벌킹을 일으킨다. 우리나라에서는 필자의 경험으로 볼 때 Type 021N 의 출현빈도가 가장 높은 것으로 생각된다.
7. 벌킹대책
벌킹의 빠른 해결조치로는 운전제어 및 공정개선 이 주로 이용되고 있지만 화학물질의 첨가도 종종 이용된다. 그러나 화학물질의 첨가는 벌킹의 원인을 근본적으로 해결하는 것이 아니므로 화학물질 첨가를 중단하면 벌킹이 다시 일어나는 것이 일반적인 현상이다. 뿐만 아니라 응집제 등의 화학물질 첨가방법은 비용이 많이 드는 단점이 있다. 벌킹제어 방법은 다음과 같이 크게 3가지로 나누어 볼 수 있다.
(1) 운전제어
●침전조 SS 부하량 감소
●DO 농도 조절
●폐수부패성 제어
●영양 염 첨가
●폭기조 PH 조절
● 혐기-호기 운전
(2) 화학물질 첨가
●살균제 ( 염소 )
●응집제, 침강제
(3) 공정개선
●폭기조형태와 폐수 유입방식
- 폭기조의 분할
- 폐수단속주입
●선택조 ( Selector )

8. 벌킹제어에 따른 운전비용 절감
앞의 5항 벌킹의 영향에서 설명하였듯이 벌킹이 매우 심각하게 일어난 경우에는 눈에 띄는 영향이 나타나지만 어느정도 벌킹이 일어나도 방류수는 매우 맑은 편이며 수질기준도 지킬 수 있다. 따라서 어떤 처리장에서는 연중 벌킹이 일어난 상태로 운전을 계속하는 것을 볼 수 있다.
■ A 제지공장의 폐수처리 현황
A 제지공장에서 방류수의 수질은 매우 만족스럽지만 폭기조 혼합액의 SVI 는 250∼350㎖/g 으로서 항상 벌킹상태의 슬러지로 운전되고 있다. 폭기조의 MLSS 농도를 높게 유지하는 것은 제지폐수의 특성 상 COD 제거를 위하여 MLSS 농도를 비교적 높게 유지하는 것이 일상적이지만 폐수특성상 또는 운전 조건상 벌킹이 잘 일어나는 것 역시 제지 폐수처리의 특징이다.
A 제지공장의 경우 현장관리인이 가장 정성을 쏟는 일은 폭기조내 슬러지 농도 관리와 슬러지 탈수이며 벌킹에 의한 갑작스런 방류수 수질 악화가 늘 우려되는 일이라고 한다. 이처럼 벌킹상태에서 처리장을 운전할 때 방류수 수질 기준을 지킬 수는 있지만 처리비용에 얼마나 큰 손실이 있는 지 예를 들어 설명하고자 한다. 벌킹제어에 따른 경비 절감에 대한 정확한 사례가 국내에는 없으르로 외국의 한 예를 들어보겠다.
미국 텍사스주 에 있는 처리장에서는 사상체 Type 1701, Type 021N fh 인하여 항상 벌킹이 일어나므로 처리에 어려움을 겪고 있었으며 사상체가 많이 증식하였기 때문에 슬러지 고액분리를 위하여 다량의 양이온 고분자응집제를 사용할 수밖에 없었다.
슬러지침강성을 높이고 응집제의 비용을 줄이기 위하여 1979년에 염소처리하였다 . 그러나
염소처리에도 불구하고 슬러지 침강성은 향상되지 않았다. 이는 폭기조의 HRT 가 4일 이었으므로 반송슬러지를 염소처리함으로써 염소가 슬러지 에 접촉하는 기회가 충분치 못했기 때문이었다.
이러한 이유로 1982년 부터 폭기조에 염소를 투입하였다. 1982∼1984년 까지 벌킹제어에 소요된 총 약품비를 비교하면 66,600달러/년 에서 8,800달러/년 으로 감소하였으며 따라서 염소처리로 벌킹을 제어함으로써 절감된 비용은 57,800달러/년이었다.
물론 이동안 처리장에 유입되는 페수의 BOD 부하는 거의 그대로 였다.
염소투입으로 활성슬러지의 SVI 는 286㎖/g 에서 156㎖/g 으로 감소할 정도로 슬러지 침강성이 향상되었을 뿐만 아니라 숫자적인 계산은 불가능하지만 괸리인 의 수고부담이 얼마나 줄어들었을 지 경험자는 잘 알 수 있을 것이다. 어떤 처리장의 관리인은 슬러지 탈수를 위해 응집제를 2층까지 하루에도 몇번씩이나 나르다 보니 무릎에 물이 고여 치료를 받고 있다는 이야기를 들은 적도 있다.
단지 폭기조에 염소를 매일 일정량 투입하는 운전만으로도 많은 경비의 절감과 인력의 절약을 얻을 수 있다는 것을 위의 예에서도 살펴보았듯이 벌킹의 제어는 방류수 수질의 안정적인 유지 뿐만 아니라 인력의 낭비를 막고 약품비를 절감할 수 있는 길인 것이다. 이제 우리나라도 경제적인 폐수처리, 기술적인 폐수처리로 이미 갖추어져 있는 처리장의 처리효율을 극대화 하여야 할 시기가 아닌가 생각된다.

●거품문제의 현상과 대책
1. 활성슬러지 거품및 스컴의 종류
거품과 스컴의 발생은 사상체벌킹 다음으로 활성슬러지에서 심각한 문제를 일으킨다. 폭기조 및 침전조 수면에 생성되는 거품과 스컴의 원인은 여려 가지 이며 그 종류를 들어보면 다음과 같다.
(1) 희고 맥주 거품처럼 ( 확 부풀었다 일시에 꺼지는 ) 얇은 거품
활성슬러지 시운전 3∼4 일 후에 잘 일어나며 SRT 가 매우 짧을때도 일어난다. 폭기조에 분뇨를 투입한 경우에도 초기에 이러한 거품이 일어난다.
원인은 폭기조내에 분해되지 않은 계면활성의 유기물질이 존재하기 때문이며 처리가 안정화 되면 이런 거품은 사라진다.
(2) 폭기조에서 일어나는 부피가 큰 구름과 같은 흰 거품
생분해가 잘 안되는 Alkyl Benxene Sulfonate 계통의 세제가 있을 때 일어나며 계면활성제가 0.5㎎/l 이상인 경우 이러한 거품이 일어난다. 생분해되는 세제를 가정에서 사용하게 되면 오수처리장이나 하수처리장에서 이러한 거품은 일어나지 않지만 폐수처리장에서는 천천히 분해되는 계면활성제 때문에 이같은 거품이 일어나기도 한다.
(3) 활성슬러지에 영양염이 결핍되어 일어나는 끈적끈적한 점성의 거품
활성슬러지 미생물에 의하여 계면활성이 있는 세포외 고분자물질(다당류 등) 이 생산되기 때문이다.
(4) 거품과 스컴 생성 및 방류수 혼탁
미세한 고형물이 과도하게 폭기조롤 재순환되는 것이 원인이다. 혐기성소화조의 상등액, 탈수기 여과액 등으로부터 미세한 고형물이 과량으로 유입될 수 있으며 거품을 현미경적으로 보면 무정형의 입자를 몰 수 있다.
(5) 침전조 또는 질화공정의 무산소조에서 탈질에 의하여 스컴 생성
탈질에 의하여 생산된 질소가스의 작은 기포가 활성슬러지에 붙어 활성슬러지가 부상하게 되는데 침전조에서 이러한 현상이 일어나는 것을 '슬러지 부상' 또는 '슬러지 블랭키트 부상' 이라고 부르며 활성슬러지에 사상체는 없다.
(6) Nocardia 거품 및 스컴
점성이 있고 소포제나 살수에도 안정하며 갈색 또는 쵸콜릿 빛깔의 거품과 스컴이 폭기조 및 침전조에 일어나는 데 이것은 Nocardia 라고 하는 방선균이 활성슬러지에 많이 증식했기 때문이다.
사상체인 Microthrix Parvicella 에 의한 거품도 Nocardia 의 거품과 유사하다. 활성슬러지의 거품이나 스컴 중에서 가장 심각한 문제를 일으키고 또한 그 제어가 가장 어려운 Nocardia 거품 및 스컴에 대하여 설명하고자 한다.

2. Nocardia 거품 및 스컴에 의한 이상현상
- 폭기조에서 거품이 주위에 넘쳐흘러 미끄럽고 때로는 접근이 곤란할 정도이다.
- 복개된 폭기조에서 자연유하에 의한 폐수유입 일 경우 폭기조에로의 폐수유입이 어렵게 된다.
- 총 SS 의 40∼45% 가 거품속에 존재하기도 하므로 처리공정의 운전이 어려우며 적정 F/M 비의 유지가 어렵다.
- 거품이 침전조로 유입될 경우 스컴제거기를 넘어갈 정도로 될 수도 있으므로 방류수로 슬러지가 넘어가 방류수의 SS 농도가 증가된다.
- 추운지방에서는 침전조 수면에서 거품이 얼어버리므로 스컴제거기를 작동불능으로 만들어 버린다.
- 더운 지방에서는 농축된 거품에서 쉽게 악취가 발생되기도 한다.
- Nocardia spp. 가 증식된 폐슬러지를 혐기성소화조로 처리하면 거품문제가 발생된다.
혐기성소화조내의 소화과정에서 가스가 발생하면 발생된 가스가 소화슬러지를 통과하여 거품문제가 발생되고 가스혼합장치에 의하여 거품발생이 더욱 촉진된다.
3. Nocardia spp. 의 증식환경
저분자 용존기질 ( Acetate 등) 을 이용하여 잘 증식할 수 있으며 소수성기질 (Oil, Fat , Grease 등 ) 을 잘 이용할 수 있다는 정도의 특성 이외에 Nocardia spp.의 증식원인에 대해서는 아직까지 확실히 모르는 부분이 매우 많다. Nocardia spp. 의 증식환경 중 대체적으로 인정되는 것들을 보면 다음과 같다.
(1) 기질 이용
Nocardia spp. 가 탄소원으로 잘 이용할 수 있는 유기기질은 다음과 같다.
- 쉽게 분해되는 화합물 : 당, 저분자의 지방산
- 천천히 분해되는 고분자 화합물 : 다당류, 단백질, 농약, 방향족화합물 및 죽은 세포의 세포물질
또한 Nocardia spp. 의 증식량이 기질농도에 비례하는 기질농도 범위는 수㎎/l ∼15,000㎎/l 에 이르기까지 그 범위가 매우 넓다. 위와 같은 기질이용면에서의 특성으로 Lemmer(1986)는 Nocardia spp. 가 활성슬러지에 우점화되는 메카니즘을 다음과 같은 가설로 설명하고 있다.
일반 활성슬러지 미생물들을 이용하기 어려운 천천히 분해되는 고분자유기물을 Nocardia spp. 가 이용,증식함으로써 하나의 Niche 를 형성하여 폭기조에 존재하게 된다. Nocardia spp.는 기질농도에 비례하여 증식하는 기질농도범위가 넓으므로 쉽게 분해되는 기질의 농도가 높아지게 되면 빠르게 증식되어 높은 농도로 우점한다.

그러나 이 가설은 다소 설득력이 부족한데 그 이유는 Acetate 를 기질로 한 실험에서 Acetate 농도가 낮을 때나 높을 때나 N.amarae 가 Z.ramigera, Type021N 보다도 비증식속도 가 더 낮았기 때문이다.
Nocardia spp. 는 소수성의 성질과 폭기조에서 부상하는 경향때문에 부상하는 기질 (Oil , Fat, Grease 등 ) 에 접근할 수 있는 선택성이 있다. 따라서 이러한 부상기질이 다량으로 유입되는 처리장에서 Nocardia spp. 가 많이 증식되어 거품문제를 일으키는 경우가 많다.
또한 탄화수소에 Nocardia spp. 를 배양했을 때 Nocardia spp. 는 계면활성물질을 생산하여 탄화수소를 유화시키고 기액계면에 기질을 농축시켰다는 보고도 있다.
따라서 기질의 이용면에서 Nocardia spp. 가 기질에 접근할 수 있는 기회가 다른 활성슬러지 미생물에 비하여 더 크다는 장점이 Nocardia spp. 증식의 보다 큰 요인으로 볼 수 있다.
따라서 Nocardia spp. 가 기질이용면에서 다른균에 이길 수 있고 또 경쟁력이 있도록 하는 환경을 폭기조 수면의 거품이 만들어준다.
(2) 긴 MCRT 와 높은 수온
Nocardia spp. 의 증식(거품생성)은 긴 MCRT (9일이상) 와 같은 깊은 관계가 있으며 Nocardia spp. 의 증식은 높은 수온 (18℃보다높은) 과도 관계가 깊다.
실제 MCRT 가 10-15일로 길어도 수온이 15℃이하인 겨울철에는 일반적으로 Nocardia 거품이 일어나지 않는다.
Nocardia 거품 발생과 질화의 시작이 종종 일치하는 것을 볼 수 있다. MCRT 가 10일 이상이고 수온이 20℃보다 높은 수온에서 질화가 항상 일어나는데 이환경에서 MCRT 가 길고 질화에 의하여 폭기조혼합액의 PH 가 저하되어 Nocardia 증식의 최적 PH 로 되는 것이 Nocardia spp. 의 증식을 촉진하는 요인으로 작용한 것이다.
(3) PH
PH 6.5 가 Nocardia spp. 증식의 최적 PH 이다.
이러한 PH 의 영향은 MCRT 가 길 때 보다 현저하게 나타난다. 일반적으로 공기폭기 활성슬러지의 경우 폭기조의 PH 가 7.0 인데 비하여 산소 폭기 활성슬러지는 PH 가 6.5 로서
Nocardia spp. 의 증식 최적 PH 범위에 속하며 이것은 폭기조혼합액이 CO2 농도가 높은 가스상과 접촉하기 때문이다.
또한 산소폭기법에서는 항상 수면아래에서 폭기조혼합액을 유출시키기 때문에 거품을 폭기조내에 가두어두는 결과가 일어난다. 산소폭기법에서의 잦은 거품문제 발생은 PH 보다 이 거품을 가두어두는 것이 더욱 중요한 요인이다.
(4) 외부 Stress 에 대한 적응
Nocardia spp. 는 건조에 적응이 되어 있으며 색소를 생산하여 햇빛으로부터 자신을 보호한다. 부유되는 기질을 이용하기 위하여 Nocardia spp. 가 폭기조 수면에 부상해서 햇빛, 건조와 같은 외부 Stress 에도 불구하고 살아남을 수 있는 것은 Nocardia 의 바로 이러한 특성때문이다.
Nocardia spp. 는 수몰과 노출이 반복되는 환경에서도 잘 증식되는데 수몰과 노출이 반복되는 하수관거내 관벽에 Nocardia spp. 가 증식되어 처리장으로 유입될 수도 있다.
4. 거품 및 스컴 발생을 촉진하는 인자
(1) 계면활성제
계면활성제의 존재(유입폐수에 의하여 유입 또는 미생물에 의하여 생산된)는 거품의 양을 증가시키고 또한 거품의 안정성도 향상시킨다. 계면활성제가 이러한 효과를 나타내려면 생분해가 잘 안되거나 느리게 되는 계면활성제여야 한다.
소량의 거품이 거의 항상 존재하는 처리장에서 갑자기 (수시간내) 거품문제가 심각하게 되는 것은 계면활성제의 농도가 갑자기 증가 (대청소 등에 의하여)했기 때문일 가능성이 높다. 계면활성제의 유입으로 거품은 더욱 심화되지만 폭기조 혼합액내의 Nocardia spp. 의 농도는 오히려 감소하게 된다.
(2) 폭기방법과 폭기강도
폭기강도가 강할수록 거품은 더 심하게 일어나며 미세기포 폭기때 가장 심하게 거품이 발생되고 기계적 혼합일 경우에는 거품발생이 적다.
(3) Foam Trapping
폭기조에서 침전조로 넘어갈때 수면아래에서 유출되면 부상되어 있는 Nocardia 균체는 폭기조내에 가두어져 있게 된다.
거품을 폭기조내에 가두어두었을 때에는 그러지 않았을 때보다 Nocardia 량이 5배나 더 많았다고 한다. 침전조에 스컴제거기가 설치되어 있을 때 제거된 스컴을 다시 집수조로 보낼 경우 거품문제가 더 자주 일어나며 이는 곧 Nocardia 를 폭기조에 재순환시켜 가두어 두는 결과를 낳기 때문이다.
5. Nocardia 증식제어와 거품 및 스컴 대책
(1) 폭기량 감소
가품 및 스컴 발생을 촉진하는 인자에서 폭기방법과 폭기강도가 있는데 폭기강도가 높을 수록 거품의 발생은 심해진다. 따라서 폭기량을 줄이므로서 거품발생의 증상을 완화시키고 아울러 DO 농도를 낮게 유지시키므로서 Nocardia spp. 의 증식속도도 느리게 된다.
(2) MCRT 의 감소
효과가 느린 대책이다. 슬러지 폐기량을 증대시켜 폭기조 MLSS 농도를 낮은 농도로 유지하며 운전하는 방법으로서 Nocardia spp. 의 증식속도가 활성슬러지 미생물의 증식속도보다 느린 점을 이용한 대책이다.
폭기조의 수온과 관계가 깊어 Nocardia 의 제거(Wash-out) 는 수온에 좌우된다. MCRT 를 감소시키는 대책은 거품이 가두어져 있거나 (Foam Trapping) 재순환 되면 Nocardia 의 완전한 제거가 거의 불가능하다.
(3) 물리적 제거
거품을 선택적으로 포집하여 제거하는 방법이다.
Richard et.al.(1990)은 활성슬러지를 재폭기하고 또 Step-feed 로 운전하면서 거품을 따로 다른 탱크에 포집하여 제거하는 방법으로 Nocardia 거품을 제어했으며 그 결과 거품이 제거되면서 폭기량을 증대시킬 수 있었고 MCRT 도 6일 에서 20일 로 증가 시킬 수 있었다고 한다.
따라서 MCRT 가 길게 되면서 천천히 분해되는 계면활성제가 완전히 분해되어 거품의 발생이 줄었고 질산화 도 완전히 이루어졌다고 한다. 감압으로 농축된 거품이나 스컴을 최대한 빨아내어 제거할 수 도 있다.
(4) 인위적으로 거품을 발생시켜 제거
미세기포로 작동되는 부상조를 설치하여 거품을 제거하는 방법이다. 부상조 작동 2∼3일 만에 거품 문제는 해결될 수 있다. 그러나 장기적인 영향은 없지만 단기적으로는 폭기조 MLSS 농도가 약간 감소한다.
(5) 폭기조 수면의 거품 및 스컴 염소처리
반송슬러지의 염소처리는 권장할 만한 방법이 아니다. Nocardia 는 슬러지플럭 내부에 있으므로 Nocardia 를 죽이려면 다량의 염소를 주입하여 플럭을 파괴해야 하는데 이 경우 염소 과량투입으로 방류수 수질을 악화시키게 되고 아울러 처리장의 처리능력이 감소하게 된다.
거품을 가둘 수 있으면 수면에 부상하는 Nocardia 만 염소처리가 가능하다. 폭기조 수면에 직접 염소살포를 하며 염소살포 Hood 를 폭기조에 가로질러 설치하여 처리할 수도 있다.
방류수의 수질 악화나 처리효율의 저하없이 1∼2일 만에 Nocardia 거품이 제거되었다는 보고가 있다. 단 이방법은 거품을 가두어 둘 수 있을 때에만 효과를 거둘 수 있다.
(6) 선택조
선택조에 의한 Nocardia 거품의 제어효과가 아직 완전히 입증되지 못하고 있다.
●호기성 선택조
호기성 선택조가 있는 하수처리장 현장에서 MCRT 가 5∼8일 이었을 때는 Nocardia가 제어 되었지만 MCRT 가 10 일 보다 클 때는 제어되지 않았다고 한다 이처럼 MCRT 가 낮을 때만 효과가 있고 MCRT 가 길 때는 호기성선택조의 Nocardia 제어효과가 없다.
●무산소선택조
Nocardia amarae 의 순수배양실험에서 무산소 조건에서는 기질을 흡수하지 못했고 탈질속도도 Z.ramigera 탈질속도의 1/2∼1/3 정도밖에 되지 못하며 그것도 N2 가스까지가 아니라
NO2-N 까지만 환원시켰다.
MCRT 12일로 하였을 때 무산소선택조에 의하여 Nocardia 가 억제되었다는 보고가 있다. 무산소선택조는 Nocardia 증식을 억제하는 효과는 있지만 거품을 가두어 재순환시키는 반대효과도 있다.
●혐기성선택조
혐기성조건에서 N.amarae 는 증식하지 못하고 기질도 흡수하지 못한다. 그런데도 혐기성선택조의 효과는 미미하거나 효과가 있을때도 있고 없을 때도 있다.
(7) 혐기-호기 활성슬러지법으로 운전
혐기성 조건에서는 Nocardia spp. 가 기질을 흡수하지 못하여 증식할 수 없는데 혐기성 조건을 거치고 난 다음 호기성 조건이 되면 이미 그때는 Nocardia spp.가 이용할 충분한 기질이 남아 있지 않아 역시 Nocardia spp.가 증식하지 못한다.
그러나 혐기성 조건에서 거품이 가두어져 있는 상태가 유지되면 오히려 역효과가 날 수도 있다.
(8) 부상분리
유입폐수내에 다량의 기름성분이나 단백질이 함유되어 있을 경우에는 부상분리와 같은 전처리를 거쳐 이러한 오염물질을 제거해야만 한다.
●기타 이상현상과 사례연구
이번에 살펴볼 이상현상은 사상체가 아닌 미생물에 의해 일어나는 문제들로서 벌킹이나 거품 못지않게 빈번하게 일어남에도 불구하고 현장의 관리인들은 이를 이상현상으로 인식하지 않고 또한 별로 중요하게 간주하지도 않는 듯 하다.
그러나 이들 이상현상도 방류수를 혼탁하게 만든다든지 침전조에 슬러지가 부상한다든지 하는등 여러가지 문제를 야기시키며 때로는 방류수 수질을 매우 악화시키기도 한다. 사상이 아닌 미생물에 의하여 발생되는 활성슬러지의 이상현상에는 다음과 같은 것들이 있다.
●슬러지 미성숙
●분산증식
●슬러지 부상
●핀 플럭
●과산화슬러지
●슬러지 해체
●곰팡이, 효모 증식
●Zoogloea 벌킹
이중 발생빈도가 높고 또 발생시 방류수 수질을 심하게 악화시킬수 있는 몇가지 원인을 살펴보면
1. 분산증식 (Dispersed Growth)
(1) 현상
플럭형성균 대신에 분산세균, 분산사상체,효모,편모충류가 증식되어 플럭이 형성되지 않는 현상이다. 플럭이 형성되지 않으므로 슬러지 침강이 일어나지 않아 방류수가 매우 혼탁하게 되며 분산증식이 된 미생물이 방류수로 계속 유출된다.
(2) 원인
- F/M 비가 매우 높을 때
- 폐수내에 쉽게 분해되는 용존탄소원 ( 당이나 유기산 등 ) 이 많을 때
- 폐수내에 H2S 농도가 높을 때 ( 20㎎/l 이상 )
- 생분해가 어려운 계면활성제가 다량 유입되었을 경우 이미 형성되어 있던 활성슬러지 플럭을 분산시켜 ( 슬러지 해체, Deflocculation ) 분산증식을 유발하기도 한다.
(3) 대책
- F/M 비를 낮춘다.
- H2S 를 제거한다.
2. 핀플럭 ( Pin Floc, Pinpoint Floc )
(1) 현상
플럭에 사상체가 전혀없고 플럭형성균만으로 플럭이 구성되어 그 크기가 작고 쉽게 부숴진다. 최종침전조에서 상향수류에 의하여 핀플럭이 부상하여 방류수를 혼탁시키기도 한다.
SVI 는 작으며 크기가 큰 플럭은 빠르게 가라않지만 조그만 플럭은 천천히 가라앉아 눈으로 구별할수 있는 조그만 플럭이 상등액에 다량 존재하며 심하면 방류수가 혼탁되기도 한다.
침전조를 직접 관찰하면 핀플럭이 많이 보이나 월류되어 방류되는 물을 그릇에 담아보면 핀플럭이 분산되어 쉽게 관찰되지 않는다 . 그러나 방류수를 그릇에 담아둔채로 수시간동안 정치해 두면 그릇바닥에 슬러지가 약간 가라앉아 있다.
결국 크고 단단한 플럭이 형성되기 위해서는 마치 흙벽돌을 만드는 데 짚을 섞어 만들듯이 소량의 사상체가 골격을 이루고 여기에 플럭형성균이 결합되어야 한다.
(2) 원인
- 유기물부하가 매우 낮을 때
- 슬러지 장기폭기에 의해서도 이러한 현상이 일어나는데 예를 들면 장기폭기법에서 핀플럭이 잘 생성된다.
- 미생물에 의해 쉽게 이용되는 기질만이 폐수에 함유되어 있을 때
(3) 대책
- 폭기량을 줄이거나 간헐폭기로 한다.
- F/M 비를 높인다.
- 폐수주입을 단속주입으로 한다.
3. 탈질에 의한 슬러지 부상
(1) 현상
1ℓ의 메스실린더에 폭기조혼합액 1ℓ를 붓고 정치해 두면 일단 슬러지가 침강되었다가 1∼3시간이 지나면 슬러지가 실린더 상층으로 전부 또는 일부 부상하며 슬러지의 형태는 작은 구름모양으로 SVI 값은 낮다.
침전조 수면에 부분 부분 또는 수면 전면에 갈색의 슬러지가 부상하게 되며 이는 마치 하늘의 뭉게구름 조각처럼 떠오른다. 막대기 등으로 휘젖거나 물을 뿌리면 슬러지는 다시 가라앉지만 잠시 후 다시 떠오른다.
(2) 원인
활성 슬러지에 질화(Nitrificatioin) 가 상당히 진행되면 물속에 질산성질소(NO3--N) 의 농도가 높아 지게 되고 따라서 무산소조건, 약간의 잔존 BOD, 적당한 수온 등의 환경조건이 주어질 경우 탈질균에 의하여 이 질산성 질소로부터 질소가스(N2) 가 생성된다. 또한 탈질의 최종산물인 이산화탄소가스와 함께 이들 가스는 기포로서 슬러지에 부착하게 되고 슬러지는 이 기포의 부력에 의하여 부상하게 된다. 탈질은 특히 기온이 높은 계절에 잘 일어난다.
(3) 대책
- 침전조의 유효수심을 최대한 줄인다.
- 슬러지 스크레퍼의 속도를 높이고 슬러지 반송율을 높인다.
- 폭기조의 폭기량을 줄인다.
- N 공급량이 과량이면 N 첨가량을 적정량으로 조절한다.
- 폭기조 MLSS 농도를 줄인다.
4. 과산화슬러지
(1) 현상
정상적인 슬러지의 플럭은 크고 단단하며 두껍지만 과산화슬러지는 현미경상으로 매우 얇게 보이며 종이가 찢어지듯이 플럭이 작게 부숴진다. 슬러지침강성이 매우 양호하고 침강슬러지량이 아주 작아 SV30이 5% 이내로 되는 경우도 있다.
상등액은 매우 맑은 것이 일반적이나 과산화가 더욱 많이 진행되면 상등액이 혼탁된다. 과산화가 극도로 진행되면 Arcella 와 같은 특정 원생동물이 우점화되기도 하며 슬러지플럭은 거의 해체에 가깝게 된다. 과산화가 극도로 진행되면 상등액에 SS는 없으나 과산화에 의하여 세포내용물이 용출되어 상등액이 짙은 갈색으로 변화되기도 하는데 이 경우 BOD 값이 높게 나타난다.
과산화슬러지는 슬러지내에 살아있는 활성이 높은 미생물의 양이 극도로 적으므로 약간의 부하라도 갑자기 부하가 증가하면 과부하가 되어 상등액이 혼탁해지는등 이상현상이 발생하게 되는것이 과산화슬러지의 문제이다.
그러나 부하의 증가만 없으면 비록 폭기조내 MLSS 량은 적을지라도 목표로 하는 처리수 BOD를 얻을수 있으며 상등액도 맑게 유지시킬 수 있으므로 과산화슬러지 그 자체만으로는 큰 문제가 아니다.
과산화슬러지에는 Arecella, Euglypha 와 같은 육각육질충류와 Lecane , Nonostyla, Rotaria 등 후생동물 윤충류가 슬러지에 우점한다.
(2) 원 인
- F/M 비가 극도로 낮아 슬러지의 자기산화가 많이 진행되는 경우
- 폭기시간이 매우 긴 경우
- 수일∼수주일간 폐수유입이 중단되었거나,장기적으로 폐수유입량이 크게 감소한 경우
(3) 대 책
- 폭기시간을 단축시키거나 F/M 비를 높인다.
- 폭기량을 줄인다.
5. 슬러지해체 ( Deflocculation )
(1) 현상
활성슬러지 플럭이 해체되어 물속에 분산되므로 슬러지침전이 잘 이루어지지 않고 부유현탁되어 처리수의 탁도가 크게 상승한다. 방류수의 SS 농도가 높고 많은 세균이 방류수에 포함되므로 침전조를 통한 활성슬러지의 유실이 많다.
침전조상등액의 PH 가 낮아지며 폐수처리효율 이 매우 낮아지고 부패균이나 효모균이 급속하게 증식될 수도 있다.
(2) 원인
- 독성물질의 유입
- BOD 과부하
- 아메바, 소형 편모충류 등 특정원생동물의 이상증식
- 염류농도 급증 ( 해수유입 등 ) , 합성세제 및 산성물질 유입
- 활성슬러지의 전면교체

(3) 대책
- 공장폐수일 경우에는 생산제한을 고려하거나 아주 심할 경우에는 다시 식종 ( Seeding ) 하는 방안이 권장된다.
- BOD 부하를 줄인다.
- 독성물질의 유입시에는 폐수유입을 중단하고 공포기를 한다.
- 물리,화학적 전처리로 독성물질을 제거하거나 독성물질을 소량씩 폭기조에 유입시켜 희석처리한다.
 
 

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