본문내용
1. 하수처리 개요
1.1. 하수처리의 역사
하수처리의 역사는 사실 사람들이 생각하는 것보다 오래되었다. 기원전 2500년경에 이미 인더스 계곡 문명은 정교한 하수처리 시스템을 갖추고 있었다. 이는 인류 역사상 최초로 평가받는 하수처리 시스템이다. 또한 인더스 계곡 문명뿐만이 아닌 다른 메소포타미아, 이집트, 그리스, 로마 문명에서도 역시 하수처리 시스템이 발견되었고, 위생 관념에 대한 기본적인 개념이 존재했다는 것을 알 수 있다. 하지만 로마 제국의 몰락으로 인해서 선대 조상들의 위생에 대한 개념이 후대로 전해지지 않았고, 이러한 위생 관념의 퇴보로 인해서 모든 오폐수가 정화 없이 그대로 강이나 하천에 버려지게 된다.
1.2. 하수처리의 중요성
하수처리의 중요성은 현대 사회에서 매우 크다고 할 수 있다. 수질 오염이 심각해지면서 하수 처리의 필요성이 대두되었기 때문이다. 하수에는 다양한 오염 물질과 병원균이 포함되어 있어, 이를 적절히 처리하지 않으면 수인성 질병의 발생 위험이 높아진다.
과거 하수 처리 시설이 제대로 갖춰지지 않았을 때, 콜레라 등 치명적인 전염병이 유행하여 수많은 사람들의 목숨을 앗아간 적이 있었다. 이러한 경험을 통해 인류는 하수 처리의 중요성을 절실히 깨닫게 되었다. 이후 20세기 초부터 현대적인 하수 처리 시설이 등장하기 시작했고, 지속적인 연구 및 기술 발전을 통해 활성슬러지 공정, 생물학적 질소 제거, 생물학적 인 제거 등 다양한 하수 처리 방식이 개발되어 왔다.
현대 사회에서 하수 처리는 단순히 오염 물질을 제거하는 것을 넘어서, 수자원의 순환과 재이용을 가능하게 함으로써 물 부족 문제에 대응하는 핵심적인 역할을 하고 있다. 또한 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 비료나 연료로 활용하는 등 자원 순환 측면에서도 중요한 의미를 갖는다.
이처럼 하수 처리는 인간의 건강과 환경 보호, 수자원 관리, 자원 순환 등 다양한 측면에서 매우 중요한 역할을 수행하고 있다. 따라서 앞으로도 하수 처리 기술의 지속적인 발전과 함께 효율적이고 경제적인 하수 처리 시스템의 구축이 필요할 것이다.
1.3. 현대 하수처리 시설의 발전
현대 하수처리 시설의 발전은 인류가 직면한 여러 가지 위생 및 환경 문제를 해결하는 데 있어 매우 중요한 역할을 해왔다. 기원전 2500년경 인더스 계곡 문명에서 발견된 정교한 하수처리 시스템은 인류 역사상 최초의 하수처리 시설이라고 평가받고 있다. 이후 메소포타미아, 이집트, 그리스, 로마 등 다양한 고대 문명에서도 하수처리 시스템이 발견되었으며, 이는 당시 사회에서 위생에 대한 기본적인 개념이 있었음을 보여준다.
그러나 로마 제국 몰락 이후 이러한 하수처리 시스템이 후대로 전해지지 않아 오폐수가 정화 없이 강이나 하천에 그대로 버려지게 되었다. 특히 산업혁명 시기 도시화가 진행되면서 이로 인한 심각한 수질 오염으로 인해 질병이 창궐하는 등 심각한 문제가 발생했다. 이러한 경험을 통해 인류는 하수 및 폐수 처리의 중요성을 깨닫게 되었고, 이에 따라 20세기 초 영국에서 현대적인 하수처리 기술이 시작되었다.
이후 하수처리 기술은 빠르게 발전해왔는데, 특히 활성슬러지 공정과 생물학적 질소 제거 공정이 중요한 하수처리 방식으로 자리잡게 되었다. 이 두 공정은 각각 유기물 제거와 영양염류 제거에 초점을 맞추고 있지만, 상호보완적으로 사용되면서 하수처리 효율을 크게 높일 수 있다.
최근에는 단순히 유기물 제거에 그치지 않고 질소, 인과 같은 영양염류 제거에 더욱 집중하고 있다. 이를 위해 생물학적 방법이 널리 활용되고 있는데, 질산화와 탈질 등의 단계를 거쳐 질소를 제거하고, 혐기성 조건과 호기성 조건의 반복을 통해 인을 제거하는 등 미생물을 활용한 기술이 발전해왔다.
또한 최근에는 질소와 인을 동시에 제거할 수 있는 공정들이 개발되어 활용되고 있다. A2/O 공정, UCT 공정, 수정 Bardenpho 공정 등이 대표적이며, 이들은 미생물의 유기물 섭취 순서를 고려하여 혐기-호기-무산소 조건을 적절히 배치함으로써 질소와 인을 동시에 제거할 수 있다.
이처럼 현대 하수처리 시설은 고대 문명에서부터 시작된 역사를 가지고 있으며, 특히 20세기 이후 기술 발전을 통해 급속도로 발전해왔다. 이러한 발전은 수질 오염과 수인성 질병 등의 문제를 해결하는 데 큰 기여를 했다고 볼 수 있다. 나아가 최근에는 영양염류 제거와 생물학적 처리 방식의 발전으로 더욱 효과적이고 친환경적인 하수처리가 가능해졌다.
2. 활성슬러지 공정의 환경미생물
2.1. 활성슬러지 공정의 개념
활성슬러지 공정의 개념은 폭기조 내에 하나의 생태계를 구성하고, 생태계를 순환시켜 정화작용을 일으키는 방식이다. 활성슬러지 공정에서는 플럭이라는 중요한 개념이 존재한다. 플럭은 물속에 존재하는 무기물, 유기물, 미생물 등이 뭉쳐진 덩어리로, 조건이 갖춰지면 스스로 형성되는 특성을 가지고 있다. 이후 플럭이 뭉쳐져 슬러지로 가라앉아 물리적으로 오수와 분리될 수 있게 된다.
플럭 형성에는 미생물들이 중요한 역할을 한다. 폭기조 내에는 약 300종 이상의 세균이 존재하며, 이 중 Zooglea와 Sphaerotilus 등이 대표적이다. Zooglea는 세포외 다당류를 생성하여 플럭 형성을 돕는 '플럭형성균'이며, Sphaerotilus는 '사상균'으로 플럭 형성에 기여한다. 하지만 Sphaerotilus가 과도하게 늘어나면 슬러지 팽화가 발생할 수 있다.
세균 증식 이후에는...
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