128회 생물학적 인 제거 시 영향인자

128회 출제된 생물학적 인 제거 시 영향인자 문제풀이입니다.  인은 호소와 하천의 부영양화를 유발하여 녹조, 조류 발생 등 수자원 확보에 막대한 영향을 끼치며, 수질문제 발생의 주요 원인 인자입니다. 이를 저감하기 위해서 정부는 지속적으로 법적 인의 방류수질 기준을 강화하고 있습니다. 

하수처리장에서 하수 속의 인을 제거 하기위해서는 물리화학적 방법과 생물학적 인 제거 방법이 있는데, 일반적으로 생물학적 처리방법을

 

 

널리 사용하고, 강화된 방류수질 기준을 충족시키기 위해 후단에 물리화학적 방법으로 인을 제거하고 있습니다.  생물학적 인제거 방법의 기작과 인 제거 시 영향인자에 대해 자세하게 알아보도록 하겠습니다. 

 

개요

• 인은 하천 및 호소에서 부영양화를 일으키는 주요 원인물질
• 인 제거 방법 : 생물학적 처리방법, 물리화학적 처리방법

 

인 제거 기작

생물학적 인 제거 기작 출처 : 생물학적 인 제거 기술 동향 및 발전방향

생물학적 인 제거 공정은 polyphosphate accumulation organism(PAO) 미생물이 혐기 조건과 호기 조건에 번갈아 가면서 인산염을 방출하고 과잉 섭취하는 과정을 통해서 인이 제거됩니다. 

• (혐기조건)PAOs가 체내의 다중 인산을 분해 후 인산염을 방출하고 체외의 유기물(VFA)을 흡수하여 체내에  PHB 형태로 저장
• (호기조건)호기성으로 바뀌면 체내에 축적된 PHB를 이용하여 에너지를 저장하고 이 에너지로 하수 중의 인산염을 방출된 것보다 더 많이 과잉 흡수하여 다중 인산 형태로 저장
• 하수 내 인산염 급격히 감소하고, 슬러지 인발을 통해 인 제거가 이뤄짐
• 주요 인제거 공법 : A/O, A2/O, Bardenpho, UCT, VIP

대표적인 인 제거 공법은 A2/O로, 혐기조, 무산소조, 호기조로 배치하여, 혐기조에서는 인의 방출, 무산소조에서는 탈질화, 호기조에서는 유기물 제거, 질산화, 인의 과잉섭취가 이뤄집니다. 이 A2/O 공법은 반송 슬러지 내 질산성 질소에 의한 인 방출이 저해가 되는 단점을 가지고 있고, 이러한 단점을 보완하기 위해 UCT, VIP공법 등이 연구되었습니다. 

A2/O 공법 개요

 

인 제거 영향인자

인 제거 시스템의 영향인자는 용존산소, pH,  생물학적 체류시간, 혐기조에서의 질산성 질소의 영향, 유기물질이 있습니다.

1. 용존산소

호기성 조건에서 용해성 인이 유기물이 산화되면서 얻은 에너지를 가지고 polyphosphate로 합성되어 용존산소의 농도가 인 섭취에 영향을 줍니다. 연구에 따르면 포기조의 DO 농도가 1.5 ~ 3.0 mg/L 정도를 유지해야 질소, 인 동시제거 공정에서 인제거율이 저하되지 않고 유지가 된다고 합니다. DO농도가 낮으면 인 제거 효율이 저하되고, 질산화가 이뤄지지 않으며, 침전성이 악화됩니다. 다만 DO 농도가 너무 높게 되면 무산소조로 반송되는 질산화액 내 DO농도가 필요 이상으로 높아져 탈질화에 악영향을 끼치게 됩니다. 

• 적정 DO 농도 : 1.5 ~3.0mg/L

2. pH

유입수의 pH가 7.0 에서 인의 섭취속도가 가장 빠른 것으로 알려졌습니다. pH 6.5 이하부터는 일정하게 감소하다가, pH 5.2 이하에서는 모든 활성도가 없어진다고 보고됩니다.

• 적정 pH : 7.0

3. 생물학적 체류시간(SRT)

하수처리장에서 인을 제거하는 방식은 하수 슬러지를 처리하면서 슬러지 내 포함된 인을 제거하는 방법을 주로 사용합니다.

따라서 인의 제거에서 SRT는 중요한 인자 중 하나입니다. 질소, 인 제거 동시 공정에서의 가장 큰 문제점 중 하나는, 질소제거와 인 제거에 필요한 SRT가 달라서 인의 제거 효율이 저하되게 됩니다. 질소는 제거를 위해 긴 SRT가 필요한 반면, 인은 주로 폐슬러지에 의해(슬러지 인발) 이뤄지므로, SRT를 짧게 유지하는 것이 바람직합니다.

• SRT : 8일, 질소 인 동시 제거시 11~14일

4. 혐기조에서의 질산성 질소 영향

생물학적 인 제거 시 질산성 질소가 존재하게 되면, 이를 이용하는 탈질 미생물과, 인 제거 미생물 간에 용존성 유기물 섭취 경쟁이 이뤄져 인 제거 효율이 떨어지게 됩니다. 이는 탈질 미생물의 증식 속도가 인 제거 미생물의 증식 속도보다 빠르기 때문에 인 방출을 촉진시키는 anaerobic stress를 감소시키는데 기인합니다.

따라서, 인 제거 효율을 높이기 위해서는 혐기조로 반송되는 반송슬러지 내 질산성 질소의 농도를 낮추는 것이 필요합니다. 

5. 유기물질

생물학적 인 제거의 안정적인 처리효율 확보를 위해서는 인 1 mg/L 당 VFA 5 mg/L 정도가 소요됩니다.

6. 기타

수온 5 ℃이상, 유기물 적정 C/P비 : 20~40

 

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