[수질] 수질오염 방지기술, 생물학적 처리법 (호기성 처리, 활성슬러지법)

Q. 활성슬러지법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?(2016서울시)

∨① F/M비가 높을수록 세포체류시간은 길어진다

② F/M비가 낮을수록 잉여슬러지 생산량은 적어진다

③ 슬러지팽화는 유기물의 과도한 부하, 낮은 용존산소, 사상균의 증식 등이 원인이다

④ 긴 고형물체류시간은 반응조 혼합액의 평균 부유물의 농도를 증가시킨다

 

Q. 다음은 활성슬러지법에 대한 설명이다. 틀리는 것은?

① 동일한 BOD제거효율을 얻기 위해서는 온도가 감소됨에 따라 F/M비를 감소해야 한다.

② F/M비가 높으면 BOD제거효율은 떨어지게 된다.

∨③ 높은 BOD제거율이 요구되는 경우에 미생물 대수성장단계에서 운용하여야 한다.

④ 폭기시간은 원폐수가 폭기조내에 머무는 시간을 뜻하며 원폐수의 량만을 고려하고 반송슬러지량은 고려하지 않는다.

 

Q. 활성슬러지조 내 유기물질이 가장 많이 제거 될 때 나타나는 미생물은 다음 중 어느 것인가?

① sarcodina

② beggiatoa

∨③ rotifer

④ psychoda

 

Q. 활성슬러지법 처리조건에 대한 설명 중 틀린 것은?

① 영양소 중 BOD5 : N : P = 100：5：1

② DO는 통상 2 ㎎/ℓ 이상 유지함이 좋다.

③ pH범위는 6~8이 적당하다.

∨④ 온도는 보통 43~45℃로 유지함이 좋다.

 

Q. 다음 활성슬러지법의 문제점을 나열한 것 중 옳지 않은 것은?

① 포기조 내 혼합액이 진한 흑색을 띠며 냄새가 날 때는 DO농도가 너무 낮은 것이다.

∨② 포기조 표면에 흰거품이 과도하게 발생하는 것은 긴 SRT 또는 경성세제가 존재하기 때문이다.

③ 슬러지의 팽화가 심화되었을 때는 기존 활성슬러지를 버리고, 새로 시작하여야 한다.

④ 플록의 해체현상이 일어나는 것은 혐기성 상태, 과부하, 질소와 인의 부족, 독성물질 존재 등의 원인에서 생긴다.

 

Q. 다음 미생물 중에서 Sludge bulking과 가장 관계가 밀접한 것은 어느 것인가?

① bacteria

∨ ② fungi

③ algae

④ protozoa

 

Q. 폭기조를 운전할 때 sludge bulking이 발생하는 원인으로써 가장 타당하지 못한 것은?

① SRT가 너무 낮아서 bulking이 발생하였다.

② 독성물질이 유입되어 미생물의 활성도가 떨어졌다.

∨③ 침전조의 체류시간이 길어 침전조 하부가 혐기성상태가 되었다.

④ F/M비가 너무 높은 충격부하가 있었다.

 

Q. 슬러지 팽화가 일어나는 조건이 아닌 것은?

① 인의 부족

② DO 부족

∨③ 긴 SRT

④ 질소의 부족

 

Q. 슬러지 팽화에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 팽화현상이 심할 경우 반송슬러지에 염소 등의 살균제를 투여한다.

② 사상균류 증식을 억제하기 위해 폭기조 전단에 고부하 접촉조를 설치한다.

∨③ 낮은 용존산소, 낮은 F/M비에서 사상균의 비 증식속도가 빠르다.

④ 슬러지팽화가 발생시 침전지에서 슬러지의 침강성이 불량해진다.

 

Q. 활성슬러지법을 운영할 때 발생하는 문제점과 원인에 대한 설명으로 가장 부적절한 것은?

① 질소, 인 등 영양염류가 부족할 때 슬러지 팽화가 발생한다.

② 흰거품은 MLSS가 작고, SRT가 짧아 침전응결이 안된 상태이다.

③ 슬러지팽화에 관여하는 미생물은 nocardia, beg giatoa, thiothrix, sphaerotilus등이 있다.

∨④ 재래식방법에서는 낮은 용존산소, 낮은 F/M인 상태에서 사상균의 비증식속도가 빨라 슬러지 팽화가 발생한다.

⑤ 폭기조 내에 이상 난기류가 발생하면 산기장치가 막혔는지부터 확인한다.

 

Q. 활성슬러지법 운영의 문제점과 대책에 관한 설명으로 알맞지 않는 것은?

∨① 폭기조 혼합액 색상이 흑색을 나타내고 냄새가 나는 경우는 용존산소농도를 확인하고 폭기조 체류 시간 단축 등으로 질산화를 억제한다.

② 폭기조의 과도한 흰 거품이 생기는 경우는 잉여슬러지 토출량을 매일 조금씩 감소시켜 SRT를 서서히 증가시켜야 한다.

③ 폭기조 표면에 황갈색 내지는 흑갈색 거품이 짙게 나타내는 경우는 매일 조금씩 SRT를 감소시켜 해소함

④ 활성슬러지 플록이 침전조에서 미세하게 분산되면서 잘 침전하지 않고 유실되는 현상의 경우에는 폭기조 과부하, 질소나 인 부족 등이 원인이 있을 수 있고 대개 원인제거에 의해 쉽게 교정된다.

 

Q. 다음 중 핀플록이나 플록파괴가 발생하는 원인이 아닌 것은?

① 독성물질유입

② 혐기성상태

∨ ③ 유황

④ 장기폭기

 

Q. 다음 중 슬러지부상을 일으키는 것은?

① 사상균류의 우점

② 질산화작용

∨③ 탈질작용

④ 플록이 형성되지 않을 때

 

Q. 슬러지팽화의 원인이 아닌 것은?

① 섬유성미생물의 성장

② 수리학적 과부하 및 고형물의 과부하

③ 낮은 pH 및 용존산소의 부족

∨④ 질소, 인 성분의 과다주입

 

Q. 사상성 세균에 의한 슬러지팽화의 방지대책으로 틀린 것은?

∨① MLSS농도를 증가시킨다.

② 반송오니를 재폭기시켜 산소공급을 증가시킨다.

③ 질소와 인 등의 영양분을 공급한다.

④ 반송슬러지에 염소 등의 살균제를 주입한다.

 

Q. 활성슬러지공정에서 최종 침전지에서 pin floc현상이 발생하였다. 그 원인과 대책에 대하여 가장 올바르게 설명한 것은?

① 높은 F/M비와 낮은 미생물 체류시간이 그 원인일수 있다.

∨② 과도한 폭기에 의한 슬러지 floc형성 저해 가능성이 있다.

③ 점차적으로 폐슬러지의 폐기량을 감소시킨다.

④ 용존산소가 부족하면 탈질화 현상이 생겨 pin floc현상이 발생할수 있다.

 

Q. 활성슬러지법에 포기조에 균류(fungi)가 번식하면 처리효율이 낮아지는 이유로 가장 알맞은 것은?

① BOD보다는 COD를 더 잘 제거시키기 때문이다.

② 혐기성 상태를 조성시키기 때문이다.

∨③ floc의 침강성이 나빠지기 때문이다.

④ fungi가 bacteria를 잡아먹기 때문이다.

 

Q. 다음 중 활성슬러지공법의 운전 시 발생되는 슬러지 팽화의 원인으로 가장 거리가 먼 것은?

∨① 용존산소의 과포화

② 영양물질의 부족

③ 짧은 SRT

④ 운전미숙

 

Q. 포기조의 표면에 황갈색 또는 흑갈색의 거품이 짙게 나타나는 이유는?

① SRT가 너무 짧아 미생물이 뜨기 때문이다.

∨② 너무 긴 SRT때문에 세포가 과도하게 산화되기 때문이다.

③ 포기조 유입구에 추격부하가 가해졌을 때이다.

④ 온도가 너무 낮아서 미생물이 내호흡 단계에 들어가기 때문이다

 

Q. 최종 침전지의 설치 목적과 다른 것은?

① 활성 슬러지와 맑은 물의 분리

② 침전슬러지의 농축

③ 활성슬러지조에서 과도한 슬러지 배출시 저장

∨④ 활성슬러지의 침전을 촉진하기 위한 폭기

 

Q. 다음은 활성슬러지 프로세스의 운전상의 문제점에 대한 설명이다. 이 중 올바르게 기술한 것은?

① 포기조 수면에 흰 거품이 생기는 원인은 슬러지 일령이 너무 길거나 경성세제가 있기 때문이다.

② 산기식 포기조에 이상난류가 생기는 것은 송풍량이 너무 많기 때문이다.

③ 슬러지 팽화란 대체로 SVI가 200 이하인 경우 발생된다.

∨④ 핀 플록이란 슬러지 일령이 너무 길어 세포가 활성을 잃어 플록형성이 잘 안되는 것을 말한다.

 

Q. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

① Floc의 해체현상은 독성 물질 및 폭기조 과부하, 질소와 인 부족 때문이다.

∨② 폭기조 표면에 황갈색 내지는 흑갈색 스컴형 거품이 짙게 나타나는 것은 미생물 세포가 과도하게 환원되었음을 나타낸다.

③ 폭기조에서 냄새가 날 때는 혐기성 상태를 의심할 필요가 있다.

④ 슬러지의 팽화는 사형 미생물의 과도한 번식이 원인이다.

 

Q. 활성 슬러지법과 비교하여 생물막 공법의 특징이라 볼 수 없는 것은?

① 생물막의 각 단계에 있어서 우점종이 다르다.

② 먹이사슬이 길게 된다.

③ 질화세균 및 탈질세균이 잘 증식한다.

∨④ 정화에 관여하는 미생물 등이 단순하다.

 

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● 호기성 폐수 처리방법

- 활성 슬러지법, 생물막 처리법

- 호기성 폐수처리를 시행하기 앞서 폐수를 침전조에서 2～6시간 1차 침전시킨다.

- 처리시 조건 

▶ 하수 수질농도

BOD 부하가 증가한다면 처리계 내의 미생물에 대한 먹이가 매우 증가하게 되어 신생세포의 증식을 증대시켜 빠른 성장률을 일으켜서 분산된 성장 군집으로 2차 침전지에서 침전성 저하를 초래하게 된다.

▶ 영양물질

영양분의 조건은 BOD:N:P=100:5:1

▶ 용존산소 

활성슬러지의 최저 용존산소(DO)농도는 0.5㎎/ℓ로서, 통상 2～3㎎/ℓ이상이면 활성슬러지의 운영관리가 용이하지만 DO농도가 0.5㎎/ℓ이하이면, DO농도에 의해 영향을 받아 BOD 제거효율이 저하된다. 

▶ 온 도 

- 미생물은 발육 온도에 따라 저온균(Psychrophiles), 중온균(Mesophiles), 고온균(Thermophiles)의 3개의 영역으로 구분할 수 있고 통상의 호기성 처리공정은 중온균이 주로 반응을 하고 있다.

- 활성슬러지처리는 10℃이하, 35℃이상에서는 처리기능이 현저하게 저하한다.

구 분	증식가능온도(℃)	최적온도(℃)
저온성 세균 (Psychrophilic Bacteria)	-10 ～ 30	5 ～ 15
중온성 세균 (Mesophilic Bacteria)	15 ～ 50	20 ～ 40
고온성 세균 (Thermophilic Bacteria)	35 ～ 75	40 ～ 60

▶ 체류시간

포기조에서의 수리학적 체류시간(HRT : Hydraulic Retention Time, θ)이나 고형물 체류시간(SRT)은 중요한 운전변수로서 미생물이 하수 내의 유기물질을 분해할 수 있도록 충분한 체류시간이 있어야 한다.

▶ pH

활성슬러지법에 의한 하수처리의 최적 pH는 6.5 ～ 8.5

▶ 독 성

활성슬러지 처리를 저해하는 독성물질로는 중금속, 합성유기화합물, 농약, 합성세제 등이 있는데 이들 물질은 호흡계와 효소반응계를 저해하여 활성슬러지의 처리기능을 현저히 저하시켜 수질을 악화 시킨다.

 

● 활성슬러지법 

하수도시설기준(2011)

(1) 활성 슬러지의 미생물 조성

- 활성 슬러지에서 미생물을 분리 동정하는 것은 쉽지 않다.

- 평판계수(plate counts)에 나타난 집락(colony)이 floc에서 유래된 경우에는 개별적인 세포로부터 생성된 것이라기 보다는 세포 들의 덩어리로부터 비롯된 것으로 보아야 한다. 

- floc이 아닌 물층에 존재하는 세포에서 유래된 것들은 개별적인 집락을 형성할 것이다. 따라서 평판계수로는 활성 슬러지 floc에 존재 하는 우점종(dominant species)을 파악하기가 어렵다.

 

(2) 응집(flocculation)

- 낮은 비생장속도가 응집에 유리한 것으로 알려져 있다.

- 탄소원이 과량 존재하고 다른 영양물질이 고갈되었을 때 일부 세균들은 고분자물질인 poly-β-hydroxybutyrates(PHB)를 축적하며 이 물질이 일부 세균의 응집에 관여하는 것으로 알려졌다. 그러나 PHB를 축적하지 않는 다른 종들도 여전히 응집되며 캡슐(capsule) 또는 점액질층(slime layer)의 형태로 세포 밖으로 분비되는 다양한 고분자 물질(exopoly saccharides 등)들도 응 집에 기여하는 것으로 생각된다.

 

(3) 응집 방해현상

활성 슬러지가 응집하지 못하여 적절한 침전이 일어나지 않는 것이 공정상 가장 큰 문제점이다.

그 원인에는 팽화 현상, 슬러지 부상, pin-point floc 등이 있다.

 

① 팽화 현상(팽윤)

- 원인

• 유기물의 과도한 부하
• 용존산소가 부족한 경우
• 사상균의 증식

- 팽윤현상시 대책 

• 유입부하량을 항상 일정하게 유지한다
• 용존산소는 최소 2ppm 이상을 유지한다
• BOD : N : P = 100 : 5 : 1  유지한다
• 적절한 SRT 유지 

② 슬러지 부상(sludge rising)

무산소 층에서 산소 대신 질산염을 최종 전자수용체로 이용하는 Pseudomonas 등에 의해 탈질화 작용이 일어나면 질산염이 질소기체로 환원되고 이산화탄소가 발생한다. 이 때 기포가 생성되어 floc의 부력을 증가시켜 부상하게 하여 방류수에 섞여 나가게 된다. 

 

(4) 질화작용(nitrification)

암모니아는 ppm 정도의 농도라도 물속에서 사는 생물에 독성을 미치고 산소요구도를 높힌다. 가정하수는 미생물 생장용 배지라는 측면에서는 탄소가 제한된 배지이므로 미생물의 생장에 의해 제거되는 암모니아는 그 양이  많지 않다. 이 보다는 암모니아를 에너지원으로 이용 하는 특정한 호기성 독립영양체인 Nitrosomonas와 Nitrobacter가 암모니아를 아질산염 (nitrite)을 거쳐 질산염(nitrate)으로까지 산화시킴으로써 암모니아를 제거하는데 이 과정을 질화작용이라고 한다.

 

(5) 탈질화작용(denitrification)

암모니아가 질화작용에 의해 아질산염과 질산염이 된 폐수가 유입된 물을 마시면 건강상 큰 위협이 된다. 아질산염은 음식물에 있는 아민(amines)과 반응하여 발암성이 매우 높은 니트로 스아민(nitrosamines)을 형성하기 때문이다. 질산염은 어린아이나 가축의 장 내에서 아질산염으로 환원되어 혈액으로 들어가 헤모글로빈과 결합하며 이로인해 헤모글로빈의 산소운반을 저 해하게 된다. 따라서 아질산염과 질산염을 제거하기 위하여 탈질화공정을 거쳐야한다. 탈질화작용은 호기성 종속영양체들이 용존산소가 없을 때 최종 전자수용체로 질산염을 사용하여 일어나는 과정이다. 그러나 일반적으로 질산염으로 전자를 줄 수 있는 호흡기질이 부족하므로 탈질화공정이 효과적으로 수행되기 위해서는 탄소기질을 추가 로 공급해야 한다.

 

③ 활성슬러지 공법 종류

하수도시설기준(2011)

1. 표준 활성슬러지법 (재래식)

1) 수리학적 체류시간(HRT)

표준활성슬러지법의 HRT는 6~8시간을 표준으로 한다. 단 유입수온이 낮거나 유입수질(용해성 BOD, SS)농 도가 높아 처리수질을 만족할 수 없는 경우에는 필요한 SRT로부터 HRT를 구한다

 

2) MLSS농도와 슬러지반송비

MLSS 농도는 1,500~2,500 mg/를 표준으로 한다. 또한, 슬러지반송비는 반송슬러지의 SS농도를 고려하여 적정하게 설정한다.

 

3) 포기방식

포기방식은 전면포기식, 선회류식, 미세기포 분사식, 수중교반식 등이 있다. 이들의 선택은 충분한 기액혼합 과 높은 산소전달효율, 경제성, 입지조건 등을 고려하여 정한다.

 

2. 점감식 포기법

3. 계단식 포기법

4. 접촉안정공법

 

5. 장기포기공법

활성슬러지법의 변법으로 플러그흐름 형태의 반응조에 HRT와 SRT를 길게 유지하고 동시에 MLSS농도를 높게 유지하면서 오수를 처리하는 방법

① 활성슬러지가 자산화되기 때문에 잉여슬러지의 발생량은 표준활성슬러지법에 비해 적다.

② 과잉 포기로 인하여 슬러지의 분산이 야기되거나 슬러지의 활성도가 저하되는 경우가 있다.

③ 질산화가 진행되면서 pH의 저하가 발생한다.

 

 

6. 산화구법

일차침전지를 설치하지 않고 타원형무한수로의 반응조를 이용하여 기계식 포기장치에 의해 포기를 행하며, 이차침전지에서 고액분리가 이루어지는 저부하형 활성슬러지 공법

① 산화구법은 저부하에서 운전되므로 유입하수량, 수질의 시간변동 및 수온저하(5℃ 부근)가 있어 도 안정된 유기물제거를 기대할 수 있다.

② 저부하조건의 운전으로 SRT가 길어 질산화반응이 진행되기 때문에 무산소 조건을 적절히 만들면 70% 정도의 질소 제거가 가능하다.

③ 질산화반응에 의해 처리수의 pH저하에 의해 처리수질의 악화를 방지하기 위하여 반응조내 무산소영역을 만들거나 무산소시간을 설정하여 탈질반응을 일으켜 질산화로 소비된 알칼리도를 보충 할 수 있다.

④ 산화구내의 혼합상태에 따른 용존산소농도는 흐름의 방향에 따라 농도구배가 발생하지만 MLSS 농도, 알칼리도 등은 구내에서 균일하다.

⑤ 슬러지 발생량은 유입 SS량당 대략 75% 정도이다. 이 비율은 표준활성슬러지법과 비교하여 작다.

⑥ 잉여슬러지는 호기성 분해가 이루어지게 되므로 표준활성슬러지법에 비해 안정화되어 있다.

⑦ 체류시간이 길고 수심이 얕으므로 넓은 처리장부지가 소요된다

 

7. 수정식 활성슬러지공법

 

 

8. 순산소 활성슬러지공법

- 공기 대신 산소를 직접 주입하는 것 이외에 일반 활성슬러지법과 같다

- 산소분압이 공기에 비해 5배 정도 높으므로 포기조내에서 용존산소를 높게 유지할 수 있다

- 특징 

① 이 처리방법은 표준활성슬러지법의 1/2 정도의 포기시간으로도 처리수의 BOD, SS, COD 및 투시도 등을 표준활성슬러지법과 비슷한 결과로 얻을 수 있다.

② MLSS농도는 표준활성슬러지법의 2배 이상으로 유지 가능하므로 BOD용적부하를 1.0～2.0 kg BOD/m3 ․d 및 F/M비를 0.3～0.6 kg BOD/kgMLSS․d로 운전할 수 있다.

③ 순산소활성슬러지법의 포기조내의 SVI는 보통 100 이하로 유지되고 슬러지의 침강성은 양호하다. 또 잉여슬러지 발생량은 슬러지의 체류시간에 의해서 큰 차이가 나므로 표준활성슬러지법에 비해서 일반적으로 적다. 또한 슬러지의 농축성도 양호하지만 탈수할 때의 여과속도는 표준활성 슬러지법과 거의 동일하다.

④ 이차침전지에서 스컴이 발생하는 경우가 많다.

 

9. 고율 활성슬러지공법

 

10. 심층포기법

- 수심이 깊은 조를 이용하여 용지이용률을 높이고자 고안된 공법 

① 포기조를 설치하기 위해서 필요한 단위 용량당 용지면적은 조의 수심에 비례해서 감소하므로 용지이용율이 높다.

② 산기수심을 깊게 할수록 단위 송풍량당 압축동력은 증대하지만, 산소용해력 증대에 따라 송풍량 이 감소하기 때문에 소비동력은 증가하지 않는다.

③ 산기수심이 깊을수록 용존질소농도가 증가하여 이차침전지에서 과포화분의 질소가 재기포화되는 경우가 있어 활성슬러지의 침강성이 나빠지는 일이 있다. 따라서 용존질소의 재기포화에 따른 대책이 필요하다.

 

 

11. 초심층포기법

12. 크라우스 공법

- 활성슬러지 침강성 강화를 위해 개발된 공법

 

 

출처: https://www.cheric.org/files/