개념 한 쪽
활성슬러지 공정 관련 기본 계산식과 운전 인자 계산 문제 풀이 요령을 정리한다. F/M 비, MLSS와 용적, SVI, 반송비, 그리고 반응조 부피 계산 공식의 적용 순서를 중심으로 설명한다.
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출제기준 단원 「살수여상법공정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| F/M로 용적부하·용적 계산 | 1 | F/M 공식 변형으로 포기조 용적 또는 용적부하를 계산하는 절차를 묻는다 |
| F/M로 필요 포기조 부피 산정 | 1 | 유량과 농도, F/M·MLSS로 포기조 필요 부피를 직접 계산하게 한다 |
| 운전 인자 중요도 판단 | 1 | 활성슬러지 운전에서 미생물 활동에 대한 변수의 상대적 중요도를 묻는다 |
F/M 비는 미생물의 양에 대한 유기물 부하를 나타내는 지표이므로, 기본 공식 F/M = (Q × S0) / (V × X)를 사용한다. 이 공식을 V 또는 X에 대해 정리하여 포기조 용적이나 MLSS 농도를 구하는 문제가 빈번히 출제되므로 공식을 목적에 맞게 변형하는 법을 숙지한다.
MLSS 농도는 보통 mg/L로 주어지므로 kg/m³로 변환하여 계산에 사용한다. mg/L를 kg/m³로 바꿀 때는 1000으로 나누어 kg/m³ 단위로 맞추는 것을 잊지 않는다. 단위 변환 실수가 많은 오답을 발생시키는 주요 원인으로 작용한다.
용적부하(kgBOD/m³·day)는 폭기조 1m³당 하루에 처리되는 BOD 양을 의미하므로 총 일일 BOD 부하량을 조의 유효용적으로 나누어 계산한다. 포기조 부피는 일일 부하와 슬러지 부하, MLSS를 연결하는 식으로도 유도한다.
침전성과 관련된 지표로 SVI(슬러지 용량 지수)가 있으며, 공식은 SVI = (SV30 × 1000) / MLSS로 정의한다. SV30은 30분 후 침전된 슬러지 부피(mL/L)이고 MLSS는 mg/L이므로 1000을 곱해 단위를 맞춘 뒤 나눈다.
반송비는 시스템의 물질수지로부터 r = (X - X0) / (Xr - X)로 계산한다. 여기서 X는 포기조 MLSS, X0는 유입수 SS, Xr은 반송슬러지 농도로 정의한다. 반송비는 조내 농도를 일정하게 유지하는 데 직접적으로 관여하므로 정확한 수지 적용이 필요하다고 판단한다.
활성슬러지 반응조 부피를 내생호흡을 고려해 계산할 때는 V = (θc · Q · (S0 - Se)) / (X · (1 + Kd · θc)) 공식을 사용한다. θc는 미생물체류시간, Kd는 내생호흡계수이며 분모의 (1 + Kd·θc) 항을 반드시 포함한다.
1) F/M 공식을 이용한 용적과 용적부하 계산 예시 - 조건: Q = 1000m³/d, S0 = 200mg/L, MLSS = 1900mg/L, F/M = 0.3 kg-BOD/kg·MLSS·day - 일일 BOD 부하량 = 1000 × 0.2 kg/m³ = 200 kg/d - 조내 MLSS 총량 = 200 / 0.3 ≈ 666.7 kg - 용적 V = 666.7 kg ÷ 1.9 kg/m³ ≈ 350.9 m³ - 용적부하 = 200 kg/d ÷ 350.9 m³ ≈ 0.57 kg/m³·day
2) SVI 계산 예시 - 조건: MLSS = 3000 mg/L, SV30 = 200 mL/L - SVI = (200 × 1000) ÷ 3000 ≈ 66.7 → 약 67
BOD가 200mg/L인 폐수 1000m³/d 를 활성슬러지법으로 처리할 대 폭기조의 MLSS 농도가 1900mg/L, F/M비가 0.3kg-BOD/kgㆍ MLSSㆍday 이라면 폭기조의 BOD 용적부하는 몇 kg/m³ㆍday 인가?
정답 ① · 문항은 주어진 유량·농도에서 BOD 총부하와 F/M비·MLSS로부터 폭기조 용적을 유도한 뒤, 그 용적을 이용해 BOD 용적부하를 구하는 계산 문제이다. 계산과정: 일일 BOD 부하는 300 m³/d × 0.2 kg/m³ = 200 kg/d.
BOD 용적부하는 일일 BOD 부하량을 폭기조 용적으로 나누되, F/M비와 MLSS를 활용해 용적을 간접 구할 수 있다.
BOD 200mg/L인 폐수 104m³/day를 활성슬러지법으로 처리하고자 한다. MLSS 농도 2000mg/L, F/M비 0.4kgㆍBOD/kgㆍMLSSㆍday인 조건으로 처리하면 포기조의 필요 부피는?
정답 ③ · F/M비 공식은 F/M = (Q × S₀) / (V × X) 입니다. 여기서 유량 Q=10,000m³/day, 유입 BOD S₀=200mg/L, MLSS X=2000mg/L, F/M=0.4 입니다.
F/M 비 공식 F/M = (Q×S0)/(V×X)를 V에 대해 정리하여 필요 부피를 계산한다.
활성슬러지법에 의한 폐수처리의 운전 및 유지관리상 가장 중요도가 낮은 사항은?
정답 ② · 활성슬러지법의 원활한 운영을 위해서는 미생물 활동에 영향을 미치는 수온 유지, 산성비료인 pH 조절, 영양원 균형을 위한 BOD 부하량 관리가 매우 중요합니다. 유입 폐수 자체에 존재하는 용존산소량은 폐수 처리 과정에서 미생물의 호흡에 미치는 영향이 미미하며 실제 포기조 내부의 용존산소량(DO)을 일정하게 유지하는 것이 관건입니다.
활성슬러지 운전 시 미생물 활동에 직접적인 영향을 주는 수온, pH, BOD 부하량은 중요하지만 유입수 DO는 무시해도 된다.
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