개념 한 쪽
생물학적 처리공정은 미생물이 유기물을 분해하는 원리를 이용하여 폐수를 처리한다. 여기서는 회전원판법(RBC)의 운영특성, 활성슬러지 공정의 반응속도와 체류시간 계산, MLSS 및 슬러지 반송·폐기 계산 등 기본적인 원리와 계산 방법을 정리한다.
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출제기준 단원 「기타 생물학적 처리공정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 공정 특징 판별 | 1 | RBC의 운영특성 및 단회로 현상과 탈락기 역할을 식별하기 |
| 반응속도 시간계산 | 1 | 1차 반응 가정하에 특정 제거율에 필요한 폭기시간을 계산하기 |
| SRT·슬러지량 계산 | 1 | 폭기조 MLSS와 폐슬러지 농도로부터 세포 평균체류시간 또는 폐기량을 계산하기 |
회전원판법(RBC)은 회전하는 원판 표면에 생물막이 형성되어 오염물질을 분해하는 방식의 처리공정이다. 이 방식은 폐수량 변화에 대한 적응성이 좋고 전력 소모가 적어 소규모 시설에서 유리하다. 다만 생물막이 과도하게 두꺼워지면 무게로 인해 원판 손상이나 물의 한쪽 치우침을 일으키는 단회로 현상이 발생할 수 있다.
단회로 현상을 방지하기 위해 탈락기(scrapper)를 설치하여 과도한 생물막을 제거한다. 탈락기를 통해 생물막 두께를 조절하면 단회로 현상을 제어할 수 있으므로 「단회로 현상 제어가 어렵다」는 설명은 사실과 다르다. 또한 생물막 탈락으로 인해 미세 부유물질(SS) 유출이 발생할 수 있음을 유의한다.
활성슬러지법 관련하여 BOD 감소가 1차 반응속도를 따른다는 가정에서는 농도가 지수적으로 감소한다는 특성을 이용한다. 1차 반응에서는 특정 제거율에 해당하는 시간이 반감기 개념으로 연결되므로, 50% 제거시간은 반감기와 동일하고, 90% 제거에는 약 3.32배의 반감기가 필요하다는 관계를 활용한다.
고형물체류시간(SRT)은 폭기조 내 총 미생물(고형물)량을 일일 폐기 고형물량으로 나눈 값으로 정의한다. 따라서 SRT 유지와 관련된 문제는 폭기조의 MLSS 총량을 구한 뒤 일일 폐기량을 계산하고, 폐기 슬러지의 농도로 부피를 환산하는 절차를 따른다. 이 과정을 통해 필요한 반송률이나 폐기량을 산정한다.
MLSS와 BOD 부하 관련 계산은 단위 변환과 시간 단위(일 단위 환산)에 주의하여 수행해야 한다. BOD 용적부하 Lv는 유입 농도를 체류시간으로 나눈 값이고, Lv는 BOD-MLSS 부하 Ls와 MLSS의 곱으로도 표현되므로 이들 식을 연립하여 MLSS를 구할 수 있다.
1) 1차 반응 속도에서 50% 제거에 4.5시간이 걸렸다면 이는 반감기가 4.5시간이라는 의미이다. 90% 제거(잔류 10%)에는 약 3.32개의 반감기가 필요하므로 필요한 시간은 4.5시간 × 3.32 ≈ 15시간이 소요된다는 결론을 얻는다.
2) 폭기조 MLSS가 6000mg/L(=6kg/m³)이고 용적이 500m³이면 총 MLSS량은 6kg/m³×500m³ = 3000kg이다. 일일 폐슬러지 유량이 30m³이고 농도가 2%(=20kg/m³)이면 일일 배출 고형물량은 30m³×20kg/m³ = 600kg이다. 따라서 SRT = 3000kg ÷ 600kg/day = 5일이 된다.
회전원판법의 일반적인 특징으로 틀린 것은?
정답 ④ · 회전원판법(RBC)은 폐수량 변화에 대한 적응력이 좋고 표준 활성슬러지법에 비해 전력 소비가 적으며 운전 관리가 쉬운 장점이 있습니다. 다만, 생물막의 탈락으로 인해 최종침전지에서 미세 부유물질 유출이 발생할 수 있습니다.
RBC는 탈락기 설치로 단회로 현상을 쉽게 제어할 수 있어, 제어가 어렵다는 설명은 틀렸다.
어떤 폐수를 활성슬러지 법으로 처리하기 위하여 실험을 행한결과, BOD를 50% 제거하는데 4시간30분이 걸렸다. BOD의 감소속도가 1차 반응속도에 따른다면 BOD를 90%까지 제거하는데 필요한 폭기 시간은?
정답 ③ · 1차 반응식인 L = L₀ × 10^(-k₁t)를 이용합니다. BOD 50% 제거 시 잔류비율이 0.5가 되는 시간이 4.5시간입니다.
1차 반응에서 50% 제거에 4.5시간이므로, 90% 제거에는 약 15시간이 소요된다.
폭기조내의 MLSS가 6000mg/L, 폭기조 용적이 500m³인 활성슬러지법에서 매일 30m³의 폐슬러지를 뽑아 소화조로 보내 처리한다면 세포의 평균체류시간은 ? (단, 반송슬러지의 농도는 2%, 비중은 1.0, 유출수내 SS 농도 고려안함 )
정답 ④ · 세포평균체류시간(SRT) = 폭기조 내 총 MLSS량 / 일일 배출되는 폐슬러지 내 SS량입니다. 폭기조 MLSS량은 6,000mg/L × 500m³ = 3,000kg입니다.
폭기조 내 총 MLSS량을 일일 배출 슬러지 SS량으로 나누어 세포 평균 체류시간을 계산한다.
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