상하수도 122회 2교시 문제 3. 표준활성슬러지 반응조 설계방법을 설명하시오.

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

3) BOD 제거와 질산화를 위한 표준 활성 슬러지 공정

[이미지 출처 : 하수도시설기준, 2011, 한국상하수도협회]

답 2. 공정 설계 과정

1) 설계과정

(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

2) 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)

(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

(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