상하수도 117회 1교시 문제 3. 활성슬러지법의 설계인자 및 영향인자

답 1. BOD제거와 질산화를 위한 활성슬러지 공정

1) 활성슬러지 공정(Activated Sludge)

- 활성 슬러지(Activated Sludge)란 통상 반응력이 있는 슬러지를 말하는데, 이는 플록(Floc)을 형성한 호기성 및 조건성 세균을 주로 하는 미생물 세포의 응집체를 총칭

- 활성 슬러지 공정을 통해 유입수 중의 유기물질(BOD) 제거와 질소 화합물의 질산화 가능

→ 따라서 활성 슬러지의 유기물 제거와 질산화 공정의 설계는 본질적으로 같은 방법임

- 설계 시 BOD 제거를 위한 체류시간과 질산화를 위한 체류시간 중 큰 값을 선택하여 설계용량 결정

2) 공정원리

(1) BOD 제거

- 유기물을 함유하는 폐수를 일정시간 폭기하면 호기성 박테리아와 원생동물이 번식

→ 젤라틴(Gelatin)상의 침전물 형성

- 침전물은 유기물을 흡착, 미생물은 부착된 유기물을 생물화학적으로 신속하게 산화 · 분해

→ 폐수 중의 유기물질 안정화

(2) 질산화

- 호기성 조건에서 질산화 미생물(Nitrosomonas, nitrobacter)이 암모니아를 아질산 이온(nitrite)을 거쳐 질산 이온(nitrate)으로 산화

답 2. 활성슬러지법 공정 설계 과정

1) 발생폐수의 특성조사(유량, 시간변동 등)

2) 유출수의 목표수질 설정과 반응조 형식, 제거효율, 처리용량 결정

3) F/M비 설정, SRT 결정, 관련 부대시설의 규모 결정 : 반송펌프, 폭기조 용량 등

4) 세포 순생산량 설정, 산소 섭취율(OUR) 결정

- 슬러지 생산량은 계절 최대유량을, 수온은 겨울철 수온을 기준

- 폭기장치의 경우, 산소 전달율이 낮은 여름철을 기준하여 설계

 

답 3. 활성슬러지법 주요 설계인자

1) 반응조의 형식

- 활성 슬러지법의 폭기조는 완전혼합 반응조(CFSTR)와 플러그흐름 반응조(PFR)가 주로 이용되는데 선택 시 반응속도를 가장 먼저 고려

2) BOD 부하율(기질 부하율)

- BOD 부하(kg/day) = 유입 BOD(kg/㎥) × 유입 폐수량 Q(㎥/day)

- 용적 부하(kg/㎥·day) 

[상하수도기술사 기출문제, 활성슬러지법]

3) F/M비(Food-Microbe Ratio)

- 반응조 내의 미생물 단위 질량당 단위시간에 가해지는 기질의 부하율

- 즉 BOD-MLSS 부하율

- F/M비는 SRT와 함께 생물학적 처리시설의 처리기능을 좌우하는 중요 설계인자

- 재래식 표준법 0.3 ~ 0.6 kg BOD / kg MLSS · day

4) SRT(Solids Retention Time)

- 반응조 내 고형물 체류시간

- 세포 체류시간(MCRT : Microbial Cell Retention Time)이라고도 함

- SRT(day) 

[상하수도기술사 기출문제, 활성슬러지법]

5) 슬러지 생산량

- 1차 슬러지는 유입되는 SS농도에 대한 1차 침전지의 SS 제거효율로 계산

→ 슬러지 발생량(kg/day) = 유량 × 유입 SS 농도 × SS 제거효율

- 2차 슬러지는 2차 침전지의 SS 제거효율과 BOD 제거량 중 세포 합성량으로 계산

→ [유입 SS농도 × SS 제거효율 + 유입 BOD 농도 × 반응조의 BOD 제거효율 × 세포물질 생산계수 Y × TSS/VSS] × 유량

6) 산소섭취율(OUR)

- 질산화를 고려한 산소 섭취율 = 이화작용 + 내호흡 + 질산화에 요구되는 산소량

→ 보정계수(BODu/BOD5)×유량×BOD 부하율 + 1.42×생물분해되는 세포물질의 비율×세포 생성량 + 4.57×질소물질 부하율

답 4. 영향인자

1) 산소

- 유기물질을 호기적으로 분해하기 위해서는 대량의 공기 공급 필요

- 대수증식기의 산소 소비율은 휴지기의 약 20배

2) 온도

- 일반적으로 세균은 0 ~ 75℃ 범위에서 증식하며 최적온도는 세균의 종류에 따라 다름

- 온도 10℃ 상승 시 생물학적 작용은 2배가 되지만, 40℃ 이상이 되면 열에 의한 단백질 불활성화 발생

3) pH

- 다수의 세균이 5.0 ~ 8.5에서 증식하지만 최적 pH는 6.5 ~ 7.5 범위

4) 영양

- 폐수 중의 생물이 증식하기 위해 균형잡힌 영양소 필요

- 일반적으로 많이 이용되는 비율 BOD : N : P = 100 : 5 : 1

5) 독성물질

- 폐수 중에는 생물의 활동을 저해하거나 억제하는 유기물 및 무기물 함유

- 중금속, 합성세제, 제초제, 페놀 등

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