환경미생물학 - SBR 1

SBR의 정의 연속 회분식 활성슬러지법은 1개의 회분조에 반응조와 이차 침전지의 기능을 갖게 하여 반응과 혼합액의 침전, 상징수의 배수, 침전슬러지의 배출공정 등을 반복하여 처리하는 방식이다. 단일 반응조 내에서 1주기 중에 호기-무산소-혐기의 조건을 설정하여 질산화 및 탈질 반응을 동시에 진행 할 수 있다. 이 때, 용존산소와 질소가 전자수용체의 역할을 활성 슬러지 혼합액을 이상적인 정지 상태에서 침전시켜, 고액분리가 원활히 행해진다. SBR의 특징 이차 침전지나 슬러지 반송설비가 필요하지 않으며 이상적인 침전형태를 취하고 있으므로 침전성이 우수하다. 기존의 완전 혼합형 반응조를 개조하기에 용이 하기도하다. 처리과정에서 사상균을 제어할 수 있으며 자동화를 실시하기에도 적절한 시스템이다. 또한 소규모의 처리를 진행하는 과정에서 패키지 형으로 SBR설치가 가능하며 이런 경우, 시공이 더 간편해 진다. SBR의 장단점 SBR은 하수처리 과정에서 유기물과 질소제거에 매우 효율적이고 하나의 반응조에서 모든 과정이 일어나므로 이용하는 부지의 면적을 줄여서 경제적이다. 혐기성과 호기조를 차례로 통과하면서 탈질과 인 제거가 모두 가능하다는 장점이 있다. 또한 유입과정이 균등조의 역할을 수행하기 때문에 부하변동이나 충격부하에 강하며 운전의 자동화로 인하여 진행이 보다 간편하고 유입원수의 성상에 따라 운전에 유연성이 있기 때문에 인력 손실 방지와 더불어서 재 진행을 하지 않아도 된다는 큰 이점이 있다. 팽화 (Bulking) 방지를 위한 공정변경이 용이하기도 하다. 또한 몇 가지 공정을 제외하고는 침전지와 슬러지의 반송이 필요하지 않으며 유입 공정을 적절하게 변화시켜서 사상성 미생물의 성장을 억제시켜서 침전효율을 높이므로 추가적으로 처리해야 하는 부분들이 없다. 이렇게 경제적인 SBR공법은 대신 초기 비용이 매우 높은 편이다. 기구나 감시장치, 자동밸브등 수준 높은 관리 기술들이 요구되며 작은 SBR 처리 패키지라도 주기 시간을 정확하게 알아내여 적응하기 힘들며 에너지 소비가 크다는 단점이 있다. 또한 이는 15000 톤/m^3 이상의 대규모 처리장에는 적용하기 적합하지 않고 설계자료가 다양하지 못하고 제한적이다. 슬러지 반송이 필요하지 않는 만큼 반응조 내의 슬러지를 자주 비워주어야 하고, 유입수를 방출할 시에 균등하게 조건을 맞추어 주어야 한다. 미생물(microorganism)과 공급해주는 유기물(food)의 비율(ratio)를 말한다. F/M가 높으면 미생물이 최고로 잘 번식할 수 있는 조건이 형성되어 대수 성장을 이루지만 유기영양물이 적정량 이상으로 과할 경우, 미생물이 침결하지 않고 분산되어 성장하므로 침전조의 침전률이 줄어들어 BOD제거에 용이하지 못하다. 반면 F/M가 낮은 경우에는 적은 양의 유기물을 두고 미생물이 경쟁해야하므로 신진대사율은 감소하고 미생물 자체의 원형질을 분해하여 영양분을 얻는 사태가 발생한다. 그러나 이렇게 신진대사율이 낮은 경우에도 유기물의 분해는 거의 완전하게 되므로 미생물이 빨리 응결하고 침전성이 좋아서 BOD제거율이 높다. F/M는 표준 방식의 운전에서는 0.1~0.35의 범위가 적당하며, 폭기법(aeration)에서는 2.0~5.0의 범위가 적당하다. 그 이상으로 넘어 갈 경우 floc이 생성 될 수 있으므로 적절하게 조절 해주어야 한다. 슬러지 벌킹 (Sludge Bulking) 슬러지 벌킹이란 슬러지의 침강성이 불량하여 쉽게 농축되지 않고 반응조내에서 위로 떠오르는 현상을 말한다. 유기물 부하율이 적절하지 못하거나 용존산소량(DO)가 부족하거나 pH의 불안정성 사상균(Sphaerotilus)의 증식등에 의해서 일어 날수 있다. 실험을 진행하는 과정에서 슬러지 벌킹이 발생 할 경우 DO, MLSS, SRT가 감소하였는지 살펴보고 SVI나 F/M비를 다시 점검해야 한다. 현미경으로 통해서 MLVSS와 반송 슬러지 내의 사상균이 증식 여부를 확인하고 pH를 조사하거나 슬러지 반송률을 계산 하여 점검해 볼 수 있다. 슬러지 벌킹이 확인된 경우에 실험 혹은 공정을 지속하기 위해서 포기조내 BOD를 증가 시키거나 BOD: N: P의 비율이 100:5:1을 유지 할 수 있도록 조절해 주어야하며 염소, 과산화 수소 등을 첨가하여 해결 할 수 있다. SVI( Sludge Volume Index) 활성슬러지의 침강성을 보여주는 지표이다. 폭기조 내의 슬러지를 매스 실린더 (1000 mL)에 취해 30분간 침전시킨후의 슬러지 1 g이 점유하는 부피(mL)를 말한다. 계산한 SVI 값이 50미만인 경우 활성 슬러지가 해체되어 맑은 상징수를 얻기 어렵고, 50~150 정도를 적정하다고 여긴다. 200이상이 될 경우 슬러지 벌킹현상이 일어난다. ①정화력은 왜 시간이 지날수록 감소될까? ▶슬러지의 양이 줄어들수록 물을 정화시키는 미생물의 수가 감소하므로 정화력은 시간이 지남에 따라 감소하는 것이 당연하다. 또한 시간이 지나면 미생물이 활발하게 증식하다가 증식을 멈추는 것처럼 보이는 정체기가 오게 되므로, 미생물이 활발하게 일을 하지 못하게 되는 이유도 있다. 이후 사멸기에 들어서면 더 활동이 더뎌져서 정화력은 감소한다. ②실험의 결과를 보다 정확하게 기록하고 관찰 할 수 있는 방법은 무엇이 있을까? ▶우리가 이번 실험을 통해서 측정하고 싶었던 것은 미생물을 이용하여 물을 정화시키는 것이였다. 즉, 상등액의 맑음 정도를 측정하는 것이 우리의 목표였다. 하지만 육안으로 측정하기에는 너무 불확실하고 주관적이기 때문에 객관적이고 신빙성있는 수치로 나타낼 필요가 있다고 생각했다. 그래서 저번 실험처럼 흡광도를 측정하면 실험결과를 보다 체계적으로, 객관적으로 분석 할 수 있다고 생각한다. 매일 매일 관찰할 때 상등액의 일부를 피펫 등으로 덜어내어 흡광도 측정하는 기계에 넣으면 슬러지가 얼마나 제 효력을 다했는지, 혹은 슬러지와 상등액의 분리가 잘 이뤄졌는지 확인 가능하다. ③실험 결과의 정확도를 높이는 방법은 무엇이 있을까? ▶이번 실험을 진행하면서 가장 난감했던 부분은 상등액을 따라 버리는 부분이었다. 한번에 상등액을 25 mL를 버리게 되면 문제가 없지만 사람이 진행하는 실험인 만큼 한번에 정확한 양을 따라 버리기란 불가능하다. 너무 적게 버리면 다시 페트병을 기울여서 확인할 때 이미 슬러지와 섞여버리므로 당연하게 슬러지 손실이 일어난다. 또 초반에 너무 많이 버려버리면 슬러지도 함께 버려지고, 양을 잘 조절한다하더라도 안에서 움직이는 슬러지를 컨트롤 할 수없었다. 때문에 실험 과정에서 우리의 실수로 생기는 슬러지의 손실이 너무 많아서 결과가 정확하다고 말 할 수없다. 이를 해결 하기위해서는 작은 컵 같은 걸로 상등액을 따라서 버리거나 슬러지를 페트안에 따로 고정할 수 있는 방법을 고안해 보아야한다. 석기석을 넣어 포기 시킨후 30분동안 슬러지를 가라앉힌후에 페트병안에 들어갈 수 있는 채나 망 같은 것을 패트병안에 넣어서 슬러지가 나올 수 없도록 하고 상등액을 덜어내면 보다 많은 슬러지의 손실을 예방할 수 있을 것이다. ④MLSS농도 변화에 따른 기질 제거 MLSS가 증가하였을 때 COD의 경우 유입농도에서 유출농도가 제거율이 증가한 경우, 이는 반응조내 MLSS 농도가 증가함에 따라 단위 미생물량당 유기물부하가 감소하게 되어 유기물 제거율이 증가하였다. ⑤반응조내의 MLSS 농도 변화 미생물의 유실이 없어 다양한 미생물을 고농도로 유지할 수 있다. 표준 활성슬러지공정에서 침강 안정성을 나타내는 SVI값 MLSS농도를 높게 유지할 경우 내부 반송율을 줄일 수 있을 분만 아니라 급격한 고형물 및 수리학적 부하변동에 안정적으로 대체할 수 있어 질산화와 탈질화를 보다 효과적으로 수행할 수 있다. 반면 그 이상까지 유지할 경우, 이로 인하여 산소전달에 문제가 발생하여 표준 활성슬러지공정에 비해 활성도가 감소할 수 있다