개념 한 쪽
활성슬러지법 공정 설계와 운전에서는 BOD 총부하를 기준으로 폭기조 용적과 표면적을 산정하고, MLSS와 F/M 비 등을 통해 용적부하를 계산하며, 미생물 성장에 필요한 질소와 인의 공급량을 요소로 환산해 보충한다. 문제는 대부분 부하량 계산, 부하 간 관계식 적용, 영양염 환산의 세 가지 논리로 귀결된다.
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출제기준 단원 「활성슬러지법공정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 포기조 면적 설계 계산 | 1 | 총 BOD 부하와 용적부하로 포기조 표면적을 산정하라 |
| F/M·MLSS로 용적부하 계산 | 1 | 주어진 F/M 비와 MLSS에서 폭기조의 용적부하 값을 구하라 |
| 영양염 요소 환산 계산 | 1 | BOD:N:P 기준으로 부족 질소를 요소량으로 환산하라 |
활성슬러지법 설계에서는 먼저 하루 유입되는 총 BOD 질량을 구한다. BOD 농도(mg/L)를 유량(m³/day)과 곱하여 kg/day 단위의 총부하를 얻고, 이 총부하를 용적부하(kg/m³·day)로 나누어 필요한 조의 부피를 산정한다.
포기조의 표면적은 구한 부피를 조의 수심으로 나누어 계산한다. 즉, 총BOD부하 ÷ 용적부하 = 조 부피, 조 부피 ÷ 수심 = 표면적의 순서로 계산한다. 이 과정에서 mg/L와 kg/m³ 등의 단위 환산에 주의해야 한다.
F/M 비와 MLSS 농도는 폭기조의 용적부하 계산에 직접 연결된다. F/M 비(kg-BOD/kg-MLSS·day)와 MLSS(kg/m³)를 곱하면 폭기조의 BOD 용적부하(kg/m³·day)가 된다. 이 관계식을 이용하면 슬러지부하와 용적부하 간의 상호 변환이 가능하다.
미생물의 성장에 필요한 질소와 인은 BOD:N:P 비율(문제에서 주어진 100:5:1)을 기준으로 결정한다. 먼저 BOD 농도에 비례하여 필요 질소량을 계산하고, 기존 폐수 내 질소를 뺀 부족분을 요소(CO(NH2)2)로 보충할 때는 요소의 질소 함량비(28/60)를 사용하여 화합물량으로 환산한다.
활성슬러지 공정에서는 벌킹과 같은 생물학적 이상도 문제로 출제되며, 벌킹을 유발하는 대표적 사상성 미생물과 정상 지표생물을 구별하는 문제가 등장한다.
대표 계산 1 — 포기조 표면적 산정: BOD 1,000mg/L(=1kg/m³), 유량 500m³/day이면 총 BOD 부하 = 1kg/m³ × 500m³/day = 500kg/day이다. 용적부하 0.4kg/m³·day이면 필요한 부피 V = 500 ÷ 0.4 = 1,250m³이다. 포기조 수심을 4m로 하면 표면적 A = 1,250 ÷ 4 = 312.5m²가 된다.
대표 계산 2 — 요소 필요량 산정: BOD 1,875mg/L에 대해 필요 질소량은 1,875 × 0.05 = 93.75mg/L이다. 기존 질소 5mg/L를 차감하면 부족분은 88.75mg/L이다. 요소의 질소비율은 28/60이므로 요소량 = 88.75 × (60/28) ≒ 190mg/L가 필요하다.
BOD 1000mg/ℓ , 폐수량 500m³/일의 공정폐수를 BOD 용적 부하 0.4kg/m³.일의 활성슬러지법으로 처리하는 경우 포기조의 수심을 4m로 하면 포기조의 표면적은?
정답 ② · 공정폐수의 BOD 부하와 용적부하를 이용해 포기조 표면적을 구하는 문제이다. 먼저 총 BOD 부하는 농도 1000 mg/L를 kg/m³로 환산하면 1.0 kg/m³이므로 1.0×500 m³/d = 500 kg/d이다(기준 설명에서는 1.0kg/m³로 가정).
포기조 표면적은 총 BOD 부하량을 용적 부하율과 수심으로 나눈 값이다.
BOD가 200㎎/ℓ 인 폐수 10000m³/d를 활성 슬러지법으로 처리할 때 폭기조의 MLSS 농도가 1900㎎/ℓ , F/M 비가 0.3㎏-BOD/㎏MLSS· day이라면 폭기조의 BOD 용적 부하는 몇 ㎏/m³· d인가?
정답 ① · 문항은 F/M 비와 MLSS 농도로부터 폭기조의 BOD 용적부하를 구하는 문제이다. 용적부하는 F/M × MLSS로 계산되므로 0.3 kg-BOD/kg-MLSS·d × 1.9 kg-MLSS/m³ = 0.57 kg/m³·d가 된다.
F/M 비와 MLSS 농도를 이용해 유입 BOD 부하를 계산하면 폭기조의 용적 부하가 도출된다.
BOD가 1875mg/L, SS가 15mg/L, 질소분 5mg/L, 인(P)분 55 mg/L인 폐수를 활성슬러지법으로 원활히 처리하기 위해 공급해야 하는 요소의 량(mg/L)은? (단, 요소: CO(NH2)2 , BOD:N:P=100:5:1 )
정답 ② · 활성슬러지법에서 원활한 처리를 위해 영양소 비율 BOD:N:P = 100:5:1이 요구됩니다. BOD 1875mg/L에 대해 필요한 질소(N)는 1875 × (5/100) = 93.75mg/L입니다.
BOD:N:P=100:5:1 비율에서 필요 질소 93.75mg/L 중 기존 5mg/L 제외 후, 요소의 질소 함량비(28/60)로 환산하면 약 190mg/L이다.
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