실험실에서 소규모의 활성슬러지 폐수처리장치를 가동시켜 봄으로써 활성슬러지법의 원리를 이해하고, 장치의 운전 조건을 맞춰보며, 조절해가면서, 처리효율을 체크하고, 조건에 따라 처리 효율이 어떻게 달라지는가를 검토한다.
활성슬러지 공정
활성슬러지공정은 폭기조(aeration tank), 침전조(sedimentation tank), 슬러지 반송시설로 구성된다. 활성슬러지를 구성하는 주요 미생물은 부유성 세균으로 여러 종속영양계 박테리아인데 다른 미생물과 뭉쳐 zooglea ramigera를 형성한다. 이러한 zooglea ramigera와 기타 미생물 및 용존 입자들이 서로 모여서 활성 슬러지의 floc를 형성한다.
폭기조내 먹이가 과잉으로 유입될 때, 즉 세포가 지수증식을 할때는 floc형성이 잘 안된다. 먹이가 감소되어 세포가 증식 정지기를 거쳐 내호흡 단계로 갈수록 floc형성과 침강성이 좋아진다. 그러나 과도한 산화는 세포의 활성을 감소시키고 역효과를 내므로 세포가 적절한 성장단계에 있고 흡착과 산화의 균형이 이루어지도록 폭기조를 운전해야 한다. 이러한 활성슬러지공법의 설계계수는 유기물 부하의 변화에 따른 제거효과를 여러 관련변수에 의해 실험으로 결정되어야 한다.
폭기조 운영상의 문제점
1. 슬러지팽화(sludge bulking)현상
팽화된 활성슬러지란 침전지에서 쉽게 고액분리되지 않는 활성슬러지를 가르킨다. 이러한 슬러지는 SVI가 200이상으로 매우 높다. 슬러지의 팽화는 잘못 설계된 침전조에 기인되는 수도 있지만, 일반적으로 사형미생물의 과도한 번식이 원인으로 지적되고 있다. 즉 균류와 Sphaerotilus natans, Beggiatoa alba, Escherichia Coli. 등 사형으로 분열하는 박테리아는 그 형태 때문에 쉽게 침강하지 않는다.
사형미생물의 이상번식 원인은 충격부하, 용존산소 부족, 영양물질의 불균형, 낮은 SRT 등과 관련되는 것으로 알려지고 있고 운전미숙이 큰 영향을 미친다. 초기의 팽화상태는 반송슬러지를 염소, 오존, 과산화수소 등 살균제로 처리하는 한편 위에 설명한 이상번식 원인을 제거하므로써 힘들게 교정할 수 있다. 그러나 팽화상태가 심화되었을 때에는 기존 활성슬러지를 버리고 새로 시작할 수 밖에 없다. 따라서 평소에 매일 MLSS를 현미경으로 관찰하여 이상 번식을 초기에 교정하는 것이 중요하다.
2. sludge rising 현상
폭기조에서 산화가 충분하면 질소산화물이 질산염으로 산화되고 최종침전지의 체류시간이 길면 탈질산화(denitrification)가 일어나면서 질소가스가 슬러지에 붙어 상승된다. 즉, sludge rising 현상이 발생한다. 이러한 sludge rising 현상을 방지하기 위한 방법은
① 반송슬러지의 반송율을 증가시켜 침전지로부터 슬러지를 빨리 제거한다
② 침전지로 홈합액 유입량을 줄여서 침전슬러지 양을 줄인다
③ 폭기조 체류시간 단축 또는 폭기량을 줄여 질산화 정도를 줄인다.
3. 거품(scum) 발생 : 합성세제나 기타 원인에 의해서 갈색 거품이 발생하는데 대체적으로 MLSS 농도가 낮을수록, 폭기량이 증가할수록, 처리 효율이 높을수록 대기온도가 높을수록 거품이 많이 발생한다. 이러한 거품을 제거하기 위해서는,
① 물을뿌린다.
② 거품제거약을 뿌린다
③ MLSS농도를 증가시킨다.
④ SRT를 감소시켜 세포의 과도한 산화를 방지한다.
4. floc 해체 현상
활성슬러지 fioc이 침전조에서 미세하게 분산되면서 잘 침강하지 않고 상등수와 함께 유출되는 현상이다. 이러한 원인은 독성물질, 혐기성 상태, 과부하, 질소와 인 등의 부족, 과도한 난류의 전단력 등에 있다.
5. 핀 floc 현상
SRT가 너무 길면 세포가 과도하게 산화되어 활성을 잃게 되어 floc형성 능력이 상실된다. 즉, 작은 floc 현탁상태로 분산하면서 잘 침강하지 않는 현상이다.
6. 과도한 흰거품
폭기조 표면에 흰거품 같은 것이 크게 고랑을 이룰때가 있는데 그 원인은 SRT(슬러지체류시간)가 너무 짧거나 또는 경성세제가 있음을 뜻한다. SRT의 증가는 잉여슬러지의 토출량을 매일 조금씩 줄여야 한다.
7. 두꺼운 갈색거품
폭기조 표면에 황갈색 내지는 흑갈색의 부사형 거품이 짙게 나타나는 것은 대게 너무 긴 SRT에 원인이 있다. 즉 세포가 과도하게 산화되었음을 나타내는데 매일 조금씩 SRT를 감소시켜야 한다.
실험 기구 및 시약
1. 실험 재료
1) 반응조, 폭기조, 반송슬러지, 폭기장치, 펌프, DO meter, ss측정기구(감압플라스크,GF/C여지)
2) COD측정 시약 및 기구, stop watch, 온도계, 채수기
실험 방법
1. 실험 과정
1) 실험폐수에 순화된 활성슬러지를 얻는다.
2) 활성슬러지 실험장치에 순화된 활성슬러지를 MLSS 농도가 약 2000gm/L가 되도록 넣는다.
3) 폐수주입 펌프의 유량을 저종하여 체류시간이 일정하게 되도록 폐수를 주입하면서 폭기시킨다. 체류시간은 다음식에 의하여 결정한다.
F/M : 먹이대 미생물비, BODo : 유입 BOD (㎎/L)
Qo : 유입유량 (㎥/day) MLSS : 폭기조의 미생물농도 (㎎/L)
4) 1일 1회 MLSS 농도를 측정한 후, 폭기조에서 유출시킬 잉여슬러지량을 계산하여 유출시킨다.
5) 수시로 유입수 및 처리수의 수질을 측정하여 폭기조에서 유출시킬 잉여슬러지량 및 처리수의 수질이 안정(정상상태)되면 폭기시간에 따라 최저 1주일 이상 시료를 채수하여 측정한다. 이때의 체류시간도 측정한다.
6) 측정이 끝난 후 폐수주입 펌프의 유량을 저절하여 다른 체류시간을 설정하여 1~5의 조작을 반복한다.
7) 폭기조 내의 용존산소(DO) 농도를 수시로 측정하여 0.5㎎/L이상 존재하도록 한다.
실험 결과
1. 분석항목
1) COD(화학적 산소요구량) - 수질오염공정시험법에 의거 측정분석
2) MLSS - 수질오염공정시험법에 의거 측정분석
2. 결과계산
1) 폭기조 체류시간
2) BOD용적부하(㎏BOD/㎥․d)
3) BOD슬러지 부하(㎏BOD/㎏MLSS․d)
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