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[환경공학]활성슬러지법이란??

활성슬러지란?활성슬러지(activated sludge)는 미생물이 호기성 상태에서 응결된 슬러지 또는 플록으로 정의 하여 왔다. 이는 폐수로부터 유기물을 제거한 다음에 통상적으로 침전시켜 자체를 제거한다. 활성슬러지는 용해성 유기물질을 제거하는데 가장 적합한 반면, 무기성 유기물은 물리/화학적 방법으로 제거하는 것이 보다 경제적이다. 그러나 종종 폐수에는 용해성과 불용용 유기물질을 포함한다. 용해성 유기물의 농도가 BCOD(biodegradable COD)로 50mg/l보다 크면 활성슬러지 공정이 사용된다. 이같은 상태에서 불용성 유기물 제거 역시 활성슬러지를 이용하는 것이 훨씬 경제적이다. 이 경우 불용성 유기물을 플록내네서 흡착과 물리적인 결합으로 제거한다. 운영시 동역학 속도는 여전히 용해성 유기물의 농도에 의해 좌우되며 이론적으로도 잘 부합된다.최초의 활성슬러지 사용은 회분식 상태였다. 포기기간 후에 슬러지는 반응조 내에 남아 있게되며 침전후 깨끗한 폐수는 배출된다. 이같은 회분식 과정이 반복되면서 반응시간동안 슬러지는 점점 더 커지며 유기물질을 완전히 분해한다. 제거 효율이 증가하는 것이 밝혀지지 않아서 슬러지를 활성(activated)화된 특징은 드물기는 하여도 몇몇 소규모 시설에서 아직도 사용되고 있다.연속운전의 필요성이 증가하면서 회분식 운전은 연속흐름식으로 바뀌었고, 플러그 흐름 반응조와 유사한 장기식 포기법을 사용하였다. 플러그흐름 반응조의 여러 가지 개선된 변법이 개발되었다. 이중에는 직렬실 연속흐름 완전혼합 반응조(CFSRT)에 유입수를 주입하는 것과 비슷한 방식으로 탱크의 여러지점에 기질을 도입하는 방법도 있다. 1950년대 중반에 여러면의 기술자들은 안정성 때문에 슬러지를 방송시키는 CFSRT을 사용하기 시작함으로 재래식 활성슬러지 반응조를 대신하였다. 안정성뿐만 아니라 미생물의 생리적인 상태와 관련한 이점들로 인하여 금세기까지 CFSRT의 사용이 증가하는 계기가 되었다. 최근에는 산소전달을 위하여 순산소를 사용한 시도가 성공하였다. 이 기능은 현탁성 및 용해성 유기물이 슬러지에 흡착, 미생물이 분비하는 각종 점액물질(효소)에 의해 슬러지의 균체내로 흡수되기 쉬운 물질로 변화되어 흡수된다. 활성슬러지에 의한 유기물질의 흡착은 폐수의 슬러지를 접촉시켜 빠른시간에 오염물질의 일정량이 제거되는 현상을 말하며 생물흡착은 생물계면에 흡착된 유기물을 생물화학적인 세포내 저장물질로 전환하는 과정부터 이루어지는 것이 특징이며 유기물이 생물계면에 흡착되는 과정은 물리화학적 흡착으로 생각되며 현탁성유기물은 30∼60분, 용해성물질로는 3∼6시간에 평형상태가 되는데 이는 폐수의 수질, Floc의 성상, 처리조건의 차이에 따라 다르다.BOD 제거량은 폐수중의 BOD원이 용해성, 콜오이드성, 부유성 또한 양적인 비율에 따라서도달라진다.활성슬러지법의 물질 수지포기조내 유입수중에 존재하는 유기물은 간접적으로 BOD·COD로 나타내고 그 일부가 처리수로유출하나 대부분 세균류에 의해 제거된다. 그리고 그 결과 증식한 세균류는 처리수로 배출되거나 원생동물에 의해 섭취되어 Floc를 형성해서 포기조중에 잔류하던가 혹은 잉여슬러지로 계외로 배출된다. 따라서 활성슬러지법에 의한 유기물 제거는 폐수와 공기, 세균류의 효율적인 균형이라 할 수가 있다.즉 세균류의 표면흡착과 산화의 균형을 유지하는 것이 중요한데 흡착과 비교해서 산화가 늦어지면 과부하 상태로 되어 플록은 가벼워지고 침전성이 저하되고 반대로 흡착에 비교해서 산화가 빠르면 자기산화로 압밀성이 나빠지기 때문에 양호한 처리수를 얻기가 힘들다.3) 유기물질의 분해와 미생물의 증식관계박테리아 세포는 이분법분열(Binary Fission)에 의하여 대수적으로 성장 또는 증식한다. 한세대기간 세포수가 2배로 증가하는데 요하는 시간은 종에 따라서 다르지만 조건이 좋을 때 가장 빠른 것이 15∼20분이다.Ⅰ기(지체기 : Lag Phase)지체기는 접종된 박테리아가 새로운 배양기, 즉 환경에 적응하는 기간이다. 이 기간은 접종(접종)된 박테리아에 따라서 다른데 새로운 배양기에 접할 때대적으로 복잡한 운전이 필요한 복잡한 공정이다. 그래서 몇가지 자동조절 기술을 적용함에 제약을 받는다. 시설비와 운전비용이 생화학적 공정중에서 가장 높기 때문에 활성슬러지 공정을 시설하려는 결정은 산업체나 도시의 이루로서 문제가 부적절한 운전 결과로 야기되는 문제로 인하여 잘 인식되지 못하고 있을 때가 많다.활성슬러지법과 미생물1. 활성슬러지 미생물의 종류활성미생물법에서 관찰할 수 있는 미생물을 보면 대체로 세균(Bacteria), 원생동물(Proto-zoa), 후생동물(Metozoa) 3종류의 형태를 나타낸다. 활성슬러지 미생물중에서 특히 세균류가 오폐수중의 유기물을 무기물로 분해하여 안정화 시키고 침강성이 양호한 플럭을 형성시키는 가장 중요한 역할을 하고 있다. 세균중에서도 미세한 박테리아의 집합체가 그 성능이 가장 탁월한 것으로 알려져 있다. 즉 세균의 생육 발달이 활발할수록 오?폐수의 정화가 효과적으로 이우러진다 할 수 있다. 일반적으로 상태가 양호한 세균은 널리 퍼져 있으나 상태가 불량한 경우에는 마치 만두모양으로 집합되어 있다고 한다. 세균에 비해서 원생동물(활성슬러지라 불려지고, 실제의 처리장에서 관찰할수 있는 생물을 주로 이 원생동물임)은 실제로 처리장을 관리하는 과정에서 중요한 지표로 삼고 있는데. 이는 오?페수를 정화시키는 근본적인 세균을 일상 실험에서 정량 및 관찰하기 어렵기 때문에 비교적 큰 원생동물 (현미경 100배정도 관찰가능)을 정량 및 관찰함으로써 활성슬러지의 상태를 판단할 수 있기 때문이다. 원생동물이 정상적으로 활동하고 있다는 것은 세균류-원생동물의 먹이사슬관계로 볼때 세균도 양호한 상태에 있다는 것을 의미하기 때문이다.1) 세균류세균류는 그 크기가 작은 것은0.5㎛정도 이고 10㎛이상되는 것은 별로 없다. 박테리아 세포의 구성은 세포벽, 세포질막. 리보솜 및 세포질 등이 있다. 이외에 포자. 편모 및 협막물질 등은 박테리아에 따라 단순한 것은 가지고 있지 않는 것도 있다. 모든 박테리아는 세포벽으로 둘러싸여 있어서 그 형태가 류는 대개 자유스럽게 유영하는 형가 한줄로 움직이는 형 등 두형으로 구분된다.섬모충류는 활발한 활동으로 물속의 영양분을 섭취하며 세균이나 다른 미생물을 파괴하여 탄수화몰이나 단백질을 이용하기도 한다. 가장 대표적인 종류는 짚신벌레(Paramecium)이다.근족충류는 아메바성 원생동물로 아메바성 운동을 하기 때무에 쉽게 구별할 수 있다. 근족충류는 분열에 따라 증식하는데 그 형상이 불규칙 하여 외각이 있는것과 없는 것이 있다. 이들의 운동은 위족으로 움직이며 병원성인 것으로는 Endamoeba histolytica(아메바성 이질)가 이 종류에 속한다.2. 활성슬러지의 미생물의 형태활성슬러지에서 나타나는 미생물의 형태는① 활성슬러지가 양호할 때 나타나는 활성슬러지 미생물② 중간성 슬러지 미생물③ 활성슬러지가 악화되었을때 나타나는 비활성슬러지 미생물로 구분할 수 있다.다음과 같은 미생물은 보통의 강이나 늪, 못, 개울등에서도 많이 생활하고 잇는 것으로 현미경으로 관찰하면 폭기부족으로 슬러지가 부패한 단계에서는 활성슬러지 미생물은 거의 보이지 않고 적은 편모충이 만이 관찰되는 경우가 많다.반대로 장기간의 과폭기 경우에는 소형의 미세한 아메바가 다량 보이거나 만두형 아메바가 이상할 정도로 많은것을 알 수 있다. 슬러지의 플럭도 가늘과 산만하게 분산되어 있다.그러나 활성슬러지의 상태가 양호할 경우에는 분산된 가느다란 플럭은 보이지 않고 큰 덩어리로 집합되어 있어 현미경 관찰이 용이하며 선명하게 나타난다. 이러한 생물의 형상은 역시 활성 슬러지 생물이 대부분이고 고정형의 세균류가 많으며 후생동물인 벌레도 수량은 많지 않으나 활발히 움직이는 것을 볼 수 있다.중간성슬러지생물은 별로 많이 나타나지 않으나 약간 존재하는 경우가 대부분이다. 그러나 섬모충류(중간성슬러지생물) 등이 다른 생물에 비하여 다량 출현을 할 경우에는 폭기조 내의 슬러지 생활에 이상병화가 일어날 때가 많다. 이런 경우에는 상태의 변화가 서서히 바생하기 때문에 폭기조 반송슬러지량 등에 특히 유의해야 한다.미생리계내의 미생물에 대한 먹이가 매우 증가하게 되어 신생세포의 증식을 증대시켜 빠른 성장률을 일으켜서 분산된 성장 군집으로 2차 침전지에서 침전성 저하를 초래하게 된다.- 영 양 분활성슬러지 증식에 필요한 질소(N), 인(P) 또는 무기원소의 부족으로 처리기능을 충분히 발휘할 수 없을 경우에는, 질소나 인 등을 보충할 필요가 있는데 일반적으로 하수 중에는 세포성장에 필요한 모든 영양분이 함유되어 있는 것으로 간주하고 있으나 어떤 종류의 공장폐수(식품공장폐수, 제지공장폐수 등)에서는 폐수중의 영양분 불균형 때문에 N, 등을 추가적으로 보충하여 준다. 일반적인 영양분의 조건은 BOD:N:P=100:5:1 으로 활성슬러지공정의 운전관리법, 특히, 평균미생물 체류시간(MCRT:Mean Cell Residence Time, SRT:Solids Retention Time 라고도 함, θc)에도 크게 영향을 받기 때문에 각 시설마다 충분한 검토가 있어야 하며, 특히 폐수중에 N, P등의 영양분의 부족하면 유기물의 최종 생산물이 불완전하게 변환하여 BOD제거율이 저하될 뿐만 아니라 활성슬러지 중에서 사상성 미생물이 우점하여 팽화(Bulking)현상이 일어남은 물론 영양분이 과잉으로 존재하면 이들 영양분은 활성슬러지에 의해 섭취·제거되지 않으므로 처리수 방류수역에서의 부영양화를 일으킨다.- 용존산소활성슬러지의 최저 용존산소(DO)농도는 0.5㎎/ℓ로서, 통상2-3㎎/ℓ이상이면 활성슬러지 운영관리가 용이하지만 DO농도가 0.5㎎/ℓ이하이면, DO농도에 의해 영향을 받아 BOD제거효율이 저하한다. 활성슬러지의 산소이용속도는 유입구 부근에서 높고, 출구에 가까워짐에 따라 낮아지기 때문에 포기조 출구의 DO를 4-5㎎/ℓ이 되도록 포기하는 것이 필요하지만 DO를 너무 지나치게 높이면 동력비가 높아질 뿐만아니라 활성슬러지 플록이 해체되는 수도 있으므로 주의를 해야 한다.- 온 도미생물의 성장, 번식 혹은 미생물에 의한 유기물 분해반응의 속도에 영향을 주는데 미생물은 발육 한계온도에 따라-1.2

공학/기술| 2005.11.02| 13페이지| 1,000원| 조회(2,731)

공정, 활성슬러지, 슬러지

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