활성 슬러지 공법 미생물의 대사기능을 이용하는 활성슬러지공법은 유기성 오염물질을 제거하는 오․폐수처리 방법의 하나로서, 활성슬러지 생물상이 처리수의 수질을 결정하는 중요한 인자이.

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1 활성 슬러지 공법 미생물의 대사기능을 이용하는 활성슬러지공법은 유기성 오염물질을 제거하는 오․폐수처리 방법의 하나로서, 활성슬러지 생물상이 처리수의 수질을 결정하는 중요한 인자이

2 활성슬러지공법에서 폭기조의 환경조건 _ 기질 조건
1) 당 - 효모 증식 → 방류수혼탁 - pH저하 → 곰팡이 증식 → 벌킹 ☞ 당이 높은 농도로 폐수에 함유되어 있으면 세균대신 효모가 증식되기 쉬우며 또한 당이 분해되어 유기산이 생성되므로서 pH가 저하되면 낮은 pH에서 잘 증식하는 곰팡이가 폭기조에 증식하여 우점하게 된다. 2) 전분 - N, P 부족 DO부족 → 벌킹, 점성슬러지 - 효모증식 → 방류수 혼탁 ☞ 전분은 당 축합체이므로 당이 기질일 때와 비슷한 영향을 미생물에게 미친다. 전분은 고분자의 탄수화물이므로 N,P가 부족되기 쉬우며 또한 산화시 DO도 부족되기 쉬워 벌킹이 일어날 가능성이 높게 된다. 특히 N, P 가 부족할 때 슬러지에 점성이 있고 또한 폭기조 수면에 거품도 발생 될 수 있다. 3) 단백질 - 단백질 → 거품 - 미생물 이용가능 N부족 → 벌킹 ☞ 폐수내에 단백질이 함유되어 있으면 폭기조는 물론 집수조에서도 거품이 많이 발생된다. 거품이 발생되면 폭기조 활성슬러지에 산소 공급효율이 저하되며 거품이 심할 경우 폭기조를 넘쳐흘러 폭기 자체가 어렵게 되는 경우도 있다. 4) 세제 - 세제 → 거품, 산소공급 미흡, 처리효율 저하 - 미분해 세제 → 방류수 COD증대 - 미생물상이 단순 → 플럭형성 곤란 → 방류수 혼탁 - 슬러지 해체 - 방선균 증식시 → 거품, 스컴 발생 심각 ☞ 세제는 뭉게구름 같은 흰색 거품을 심하게 발생시키므로 세제가 폭기조에 유입되면 거의 소포제를 투입하면서 폭기를 한다. 거품이 심하면 산소공급이 미흡하게 되어 호기성처리에서 폐수처리효율이 크게 저하된다. 뿐만 아니라 세제는 폐수처리과정에서 분해가 거의 안되므로 방류슈 COD를 증가시키는 요인으로 작용한다. 5) 기름 - 슬러지에 기름부착 → 슬러지 부상 - 방선균 증식 → 스컴, 거품, 슬러지 부상 - 미분해 기름 → 방류수 BOD, COD증대 ☞ 기름은 방선균증식에 중요한 기질로 작용하는 경우가 많다. 방선균의 증식은 거품과 스컴의 발생 그리고 슬러지의 부상을 일으킨다.

3 6) 독성물질 - 미생물증식 저해 → 처리효율저하 - 슬러지 해체 ☞ 독성물질의 유입은 폭기조내에 활성슬러지미생물의 활성을 저하시키고 미생물의 증식을 저해시키므로 자연히 폐수처리효율을 떨어뜨리게 된다. 7) 염분 - DO 부족 → 부패 → 악취 - 미생물상 단순 → 처리효율 저하 - 원생동물 증식 억제 → 슬러지 침강성 불량 ☞ 염분의 농도가 높으면 산소포화농도가 낮아져 DO농도가 낮아지게 된다. 따라서 산소부족에 따른 부패가 일어나고 그에 따른 부패취 발생 등 악취가 발생되는 게 일반적이다. 그리고 염분농도가 높으면 호염성미생물만 폭기조에 증식이 가능해지게 되므로 폭기조의 미생물상이 단순해 진다. 8) 미생물 이용이 빠른 기질 - 미생물 증식속도가 빠름 → N, P 부족, DO 부족 → 슬러지 점성, 벌킹 ☞ 폐수내에 포도당이나 유기산 등 미생물에 이용이 빠른 기질이 함유되어 있을 경우에는 미생물의 증식이 너무나 빠르기 때문에 질소나 인, DO의 공급이 느려 부족되기 쉽게 되므로 벌킹이 일어날 수 있으며 특히 질소나 인의 부족으로 벌킹이 일어날 경우에는 슬러지에 점성까지 생기는 경우가 많다. 9) 고농도 유기물 - 고농도 BOD → 분산증식 → 방류수 혼탁 ☞ 유기물농도가 높으면 미생물은 분산증식을 하게 되며 슬러지 플럭을 형성하지는 않는다. 따라서 분산된 세균세포가 침강되지 않고 방류되므로 방류수가 혼탁되는게 특징이다. 세균의 농도가 높고 분산증식을 하게 되면 세균을 포식하는 원생동물 편모충류가 대량으로 증식하게 되는 데 편모충류도 역시 플럭을 형성하지 않고 빠르게 유영하므로 방류수를 혼탁시키는 요인으로 된다. 10) 고온폐수 - 미생물 증식속도 빠름 → 분산증식 → 방류수 혼탁 - N, P 부족, DO부족 → 슬러지 점성, 벌킹 11) 색도물질 - 방류수 색도 - 미분해 색도 → COD 12) 심한 부하변동 - 빈부하 → 핀플럭, 슬러지 과산화 - 고부하 → 분산증식 → 방류수 혼탁 - 벌킹

4 활성슬러지공법에서 폭기조의 환경조건 _ 운전 조건
1) 유기물부하(F/M비) - 유기물부하(F/M비)는 폐수처리장 운전인자중 가장 그 영향이 지대한 인자다. 따라서 F/M비의 조절을 적절히 해주어야 폐수처리효율의 증대, 슬러지침강 양호, 슬러지 이상현상의 방지가 가능하다. F/M비가 적절하면 미생물 플럭형성이 잘 되어 슬러지가 빠르게 침강되므로 맑은 방류수를 얻을 수 있다. ① F/M비가 극히 높을 때 ☞ F/M비가 극히 높으면 슬러지 세균은 플럭을 형성하지 않고 분산증식을 하는 특성이 있다. 따라서 분산증식된 세균은 침강되기 어려우므로 상등액에 많은 양의 세균이 현탁되어 방류수를 뿌옇게 혼탁된다. 또한 F/M비가 높을 때 세균인 Zoogloea spp가 활성슬러지에 특징적으로 출현함을 종종 볼 수 있다. 그리하여 Zoogloea spp는 유기물 고부하의 지표종으로 간주되기도 한다. ② F/M비가 극히 낮을 때 ☞ F/M비가 극단적으로 낮아도 사상체벌킹이라는 슬러지 이상현상이 나타난다. 사상체벌킹이 일어나는 환경요인으로는 낮은 F/M비, 낮은 DO, 유입폐수의 부패, 영양염 결핍, 낮은 pH등이 있다. 이중에서 우리나라에서 사상체 벌킹을 일으키는 가장 큰 원인은 낮은 F/M비이다. 벌킹외에도 F/M비가 극히 낮을 때 일어날 수 있는 현상은 방선균의 증식에 의한 거품과 스컴의 발생, 플럭의 크기가 아주 작아 침전조에서 월류되므로서 방류수의 SS증가 요인이 되는 핀플럭, 슬러지과산화, 침전조 수면에 슬러지가 부상되는 탈질 등이 있다. 2) 영양염농도 - 미생물이 필요로 하는 영양염으로는 질소, 인, 철 및 여러 가지 미량원소가 있지만 폐수처리에서 부족되어 문제가 될 수 있는 것은 대체로 질소와 인에 국한된다. 미생물이 부족함이 없이 유기물을 이용하는 데는 BOD:N:P가 100:5:1이면 충분하다. 3) 산소농도 4) pH

5 ※ 원생동물과 후생동물의 증식에 미치는 온도의 영향
5) 수온 - 폐수처리가 가능한 온도범위는 13～37℃이고, 대체로 20～28℃범위에서 폐수처리가 가장 정상적으로 이루어지는 것으로 보고 있다. ※ 원생동물과 후생동물의 증식에 미치는 온도의 영향 6) 독성물질 ※ 유해물질이 활성슬러지에 영향을 미치는 한계농도 7) 슬러지 체류시간( Sludge Retention Time : SRT) 원생동물 최적온도(℃) 증식범위(℃) Vorticella microstoma 25 3～33 Aspidisca costata 30 5～33 Paramecium caudatum Philodina roseola 35 5～38 Aeolosoma hemprichi 32 10～35 유해물질 한계농도(mg/ℓ) 산(acid) pH 5 알칼리(alkali) pH 황화물(S) 5-25 염화물(Cl) 철(Fe) 100 구리(Cu) 1 니켈(Ni) 1-6 아연(Zn) 5-13 크롬(Cr) 2-10 카드뮴(Cd) 1-5 시안화합물(CN) 1-1.6 formaldehyde(HCHO) 800 페놀(C6H5OH) 250 ABS 15 LAS 20 alkylsulfate 50

6 활성슬러지의 미생물 _ 활성슬러지 미생물의 종류
세균( Bacteria ), 원생동물( Proto- zoa ), 후생동물( Metozoa ) 활성슬러지 미생물중에서 특히 세균류가 오폐수중의 유기물을 무기물로 분해하여 안정화 시키고 침강성이 양호한 Floc을 형성시키는 가장 중요한 역할 세균에 비해서 원생동물은 실제로 처리장을 관리하는 과정에서 중요한 지표로 삼고 있는데, 이 는 오.폐수를 정화시키는 근본적인 세균을 일상 실험에서 정량 및 관찰하기 어렵기 때문에 비교적 큰 원생동물 (현미경으로 100배 정도 관찰가능)을 정량 및 관찰함으로써 활성슬러지의 상태를 판단할 수 있기 때문이다. 원생동물이 정상적으로 활동하고 있다는 것은 세균류- 원생동물의 먹이사슬 관계로 볼 때 세균도 양호한 상태에 있다는 것을 의미

7 활성슬러지의 미생물 _ 활성슬러지 미생물의 형태
활성슬러지가 양호할 때 나타나는 생물 Vorticella, Opercularia, Carchesium, Zoothamnium, Aspidisca, Podophrya, Tokophrya, Entosiphon, Copepoda, Cladocera, Tardigrada 활성슬러지의 상태가 나쁠때 나타나는 생물 Zooglea, Bodo, Oikomonas, Monas, Pleuromonas, Actinophrys, Uronema Cyclidium, Colpidium, Colpoda , Paramecium 활성슬러지의 상태가 회복할 때 나타나는 생물 ◉ 부하가 높은 상태에서 좋아질 때의 생물상 : Litonotus, Chilodonella ◉ 해체로부터 다시 양호하게 될 때의 생물상 : 약간의 사상균

8 유입수 농도가 대단히 낮을 때 나타나는 생물 Lecane, Colurella, Monostyla, Euglypha, Lepadella, Euplotes 산소부족일 때 나타나는 생물 Beggiatoa 과잉 폭기일 때 나타나는 생물 Amoeba radiosa, Vahlkamphia limicolu, Vahlkamphia limax 슬럿지가 팽화할 때 나타나는 생물 a. 사상균에 의한 팽화 : Sphaerotilus b. 진균에 의한 팽화 : Zoophagus, Fusarium, Arthrobotorys

9 활성슬러지 공법에서 발생하는 이상현상과 그 원인 대책
1. 활성슬러지의 숙성 불충분 2. 변색 3. 벌킹현상 4. 부상현상 5. 질산화현상 6. 부패현상 7. 해체현상 8. 이상산화현상

10 활성슬러지공법의 설계

11 용어 Food Microorganisms F/M비 HRT: 수리학적 체류시간 SRT : 세포 평균 체류시간
MLSS , MLVSS BOD 용적부하 BOD 슬러지 부하

12 HRT/ SRT 개념 1 L /day 유입된다 몇 일 만에 유출되어 나오는가 ? 2 L V = 3 L 1 L
HRT = V/Q =3L/(1L/day) = 3day , <폭기조의 량 / 유출되는량> SRT = <3L 폭기조에서의 미생물 량/ 1L/day 만큼 발생되는 슬러지 양> 뒤에서 설명

13 활성슬러지공법 유입량Qm3/day (Q+Qr)m3/day 폭기조 용적 : V m3 최종침전지 반송슬러지
MLSS 농도 : X mg/l 최종침전지 유입량Qm3/day (Q+Qr)m3/day 유출수 SS농도: Xe mg/l 유량:(Q-Qw) m3/day 반송슬러지 SS농도: Xr mg/l 유량 : Qr m3/day 침전슬러지 유량:(Qr+Qw) m3/day 폐슬러지 SS농도: Xw=Xr mg/l 유량: Qw m3/day

14 각종 활성슬러지 처리방법에 따른 조작조건비교
F/M비 용적부하 MLSS SRT 송기량 폭기시간 kg BOD / ( kg MLSS*day) kg BOD/(m3*day) mg/L day m2/m Hr 표준활성슬러지법 장시간폭기법 이상 산화구법 단계식 부하법 접촉안정법 부분적 처리법 고속폭기식 침전지

15 BOD 용적부하 BOD*Q = V BOD 슬러지부하 = MLSS*V F/M비 = BOD 슬러지부하 와 단위가 같으나, MLSS대신 MLVSS를 쓰기도 한다. MLVSS*V <과제> MLSS와 MLVSS의 차이는 무엇인가?

16 활성 슬러지공법의 운전조건 BOD가 200mg/l 인 폐수 10000m3/day를 활성 슬러지법으로 처리할 때 폭기조의 MLSS농도가 2000mg/l, BOD슬러지부하가 0.4kg/kgMLSS day라면, 폭기조의 BOD용적부하는 몇 kg/m3 day인가?

17 활성 슬러지공법의 운전조건 BOD가 200mg/l 인 폐수 10,000m3/day를 활성 슬러지법으로 처리할 때 폭기조의 MLSS농도가 2,000mg/l, BOD부하가 0.4kg/kgMLSS day라면, 폭기조의 BOD용적부하는 몇 kg/m3 day인가? BOD*Q BOD 슬러지부하 = MLSS*V BOD*Q mg/l *10000m3/d V = = MLSS* BOD 슬러지 부하 mg/l *0.4kg/kgMLSS*day = 2500m3 BOD 용적부하 BOD*Q mg/l *10000m3/d = = = 0.8kg/m3*day V m3

18 활성 슬러지공법의 운전조건 BOD가 600mg/l 인 유량 1200m3/day의 폐수를 활성 슬러지 법으로 처리하고자 한다. BOD 용적부하가 0.4kgBOD/m3 day로 유지하려면 폭기조의 부피는 몇 m3으로 해야 하는가? BOD200mg/l 인 폐수를 포기조 BOD 부하 0.3kgBOD/kgMLSS day인 활성슬러지 법으로 8시간 폭기할 때 MLSS 농도는 얼마로 유지되겠는가?

19 활성 슬러지공법의 운전조건 BOD*Q 600g/m3*1,200m3/d * 10-3kg/g
MLSS*V BOD*Q g/m3*1,200m3/d * 10-3kg/g V = = BOD 용적부하 kgBOD/m3*day = 1,800m3 BOD 슬러지부하 BOD *Q BOD*Q = = MLSS* V MLSS* Q* t *Q 200mg/l 0.3kgBOD/kgMLSS*day = => MLSS=2,000 (mg/L) 8 MLSS * 24day

20 활성 슬러지공법의 운전조건 유입 BOD가 400mg/l 인 유량 3000m3/day의 폐수를 활성 슬러지 법으로 처리하고자 한다. MLSS농도 3000mg/l, 폭기시간 8시간일때, BOD슬러지 부하를 산출하시오. 폭기조 용적 600m3, 폐수유입량 2100m3/day, 유입BOD250mg/l,MLSS 2500mg/l 일 때 F/M비를 구하라?

21 BOD 용적부하 BOD *Q BOD*Q = = =1.2kgBOD/m3*day V Q* t BOD용적부하 BOD* Q BOD슬러지부하 = = = = 0.4 kgBOD / kg MLSS*day MLSS농도 MLSS*V BOD* Q *2100 F/M비 = = = 0.35 kg BOD / kg MLSS*day MLSS*V *600

22 Sludge age(오니일령)와 SRT(고형물체류시간)
최종침전지에서 분리된 고형물의 일부는 폐기되고 일부는 다시 반송되어 슬러지는 폭기시간보다는 긴시간 동안 조내에 체류하게 된다. 이를 슬러지 일령 또는 고형물체류시간으로 표시된다. 슬러지일령=오니일령=sludge age 는 폭기조내의 MLSS량을 유입수내의 SS로 나눈값을 말한다. V* X X * t Sludge age = = SS*Q SS

23 활성슬러지 공법 유입량Qm3/day (Q+Qr)m3/day 폭기조 용적: V m3 최종침전지 MLSS 농도: mg/l
유출수 SS농도: Xe mg/l 유량:(Q-Qw) m3/day 반송슬러지 SS농도: Xr mg/l 유량 : Qr m3/day 침전슬러지 유량:(Qr+Qw) m3/day 폐슬러지 SS농도: Xw=Xr mg/l 유량: Qw m3/day

24 Sludge age(오니일령)와 SRT(고형물체류시간)
그러나 최근에는 슬러지 일령을 미생물 평균체류시간 또는 고형물 체류시간으로 다음과 같은 계통도로 부터 구한다.. V * X V * X SRT = = Xr*Qw + (Q-Qw)*Xe Xr * Qw 재래식 활성슬러지 공법에서는 MLSS가 mg/l 정도이며 고율 활성슬러지 공법에서는 mg/l 정도 유지된다.

25 다음 조건으로 운전되고 있는 활성슬러지 공정에서 발생되는 잉여슬러지 건조량(kgSS/day)을 구하시오.
폭기조 유효용량 : 1000m3 고형물 체류시간(SRT) : 4day 폭기조 내 MLSS 농도 : 3000mg/l 2차 침전지 유출수의 SS농도 : 0 mg/l

26 부피가 4000m3인 폭기조의 MLSS농도가 2000mg/l,반송슬러지의 농도가 8000mg/l일때 SRT가 8일 이라면 폐슬러지의 유량(m3/day)과 SS 량(kg/day)을 계산하시오.