미생물학과, 환경생활공학, 환경과학 등 환경미생물학 요점 정리 4. 생물학적 하수처리

제4장 생물학적 하수처리

4.1 생물학적 처리개요

 

1. 서론

 

•역사적 배경

- 19세기 중엽 영국: 수인성 질병(콜레라) 만연, 특히 런던에서는 이러한 전염병으로 수천 명이 희생

→ 폐수처리장의 설치를 권장하는 법률 통과

- 실질적인 폐수처리(20세기 초부터 시작)

→ 계기: 19세기말 ‘영국의 폐수방류 위원회’가 최종방류수의 수질기준 마련(BOD ≤ 20 mg/L, SS ≤ 30 mg/L)

 

•오늘날의 현황: 한국의 경우(2005년 현재)

- 약 294개 하수처리장

- 하루 처리량 2,240만 톤

- 대부분이 2차 또는 그 이상의 처리시설

 

 

2. 하수처리의 단계

 

• 예비처리

- 스크린, 침사지 등을 이용

- 물 위에 뜨는 것은 스크린으로 제거하며 모래와 같이 비중이 큰 것은 침사지에서 침전시켜 제거

 

•1차처리

- 선별, 침전 같은 물리적 단위조작 이용

- 예비처리 단계에서 제거되지 않은 작은 입자나 부유고형물(SS)을 제거

 

• 2차 처리

- 호기성 미생물에 의한 생물학적 단위공정을 이용

- 용해성 유기물(BOD)을 제거

 

• 3차 처리(고도처리)

- 활성탄 흡착이나 화학적 응집과 같은 물리, 화학적 처리를 이용

- 영양물질(N, P)이나 병원균, 추가적인 유기물 등을 제거

→ 하지만 최근에는 영양물질(N, P)에 대해서 생물학적 처리를 도입하고 있는 추세

 

 

3. 생물학적 처리의 종류

 

•호기성 처리

- 부유증식(suspended-growth) 공정: 활성슬러지 공정

- 부착증식(attached-growth) 공정: 살수여상 공정, 회전생물막 접촉조(RBC) 공정

 

•혐기성 공정

- 부유증식(suspended-growth) 공정: 혐기성소화 공정

- 부착증식(attached-growth) 공정: 혐기성 필터 공정

 

 

4. 생물학적 처리의 제거대상 물질

 

• 예전에는 하수 중 부유고형물(SS)과 용해성 유기물(BOD)의 제거에 집중

• 지금은 질소, 인과 같은 영양염류에 대한 제거가 매우 중요한 요소로 부각

• 더 나아가 악취나 일부 독성물질, 중금속 등도 제거가 되어야 함

 

 

 

4.2 활성슬러지 공정

 

1. 공정의 개요

 

•활성슬러지 공정

- 미생물의 부유증식을 이용한 공정

- 20세기 초 영국에서 처음 시작된 이후 범세계적으로 생활하수의 2차처리 공정으로 사용

 

•활성슬러지 공정의 주요 구성요소

- 포기조: 유기물을 산화시키는 호기성 분해가 이루어짐

- 2차침전조: 포기조의 산화과정 중 생성된 미생물 플럭(슬러지)을 침전시키는 것이 목적

 

•활성슬러지 공정의 개요도

2. 포기조의 미생물상

 

(1) 미생물 플럭

 

•활성슬러지 공정에서 공기 주입을 통해 호기성 조건을 만들어주면 미생물 플럭이 형성

 

•보통 플럭형성균과 사상균의 적절한 결합으로 이루어짐

 

 

(2) 포기조에 존재하는 미생물

 

① 세균 (bacteria)

 

•300종 이상이 서식

 

•용해성 유기물(BOD) 제거에 주된 역할을 담당하며 미생물 플럭의 형성을 돕는 고분자물질과 다당류들을 생산

 

•플럭에서 쉽게 관찰되는 주된 세균 종은 Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Bacillus, Achromobacter, Acinetobacter 등과 사상성 세균들

 

•일반적으로 플럭형성균과 사상균은 서로 결합하여 적절한 미생물 플럭을 형성

 

•대표적 플럭형성균: Zooglea ramigera

- 전형적인 손가락 모양의 돌출부분을 형성하는 세포외 다당류(고분자물질)를 생산

- 손가락과 같은 돌출물은 다당류에 둘러싸여 세포의 덩어리를 구성

- 하수나 유기물이 풍부한 환경에서 발견

 

•실처럼 길고 가는 대표적 사상균: Sphaerotilus natans

 

 

② 균류, 곰팡이류 (fungi)

 

•균류는 산성 조건인 경우, 질소나 DO가 부족한 경우, 그리고 독성물질이 있는 경우에 잘 번식

 

•활성슬러지에서 주로 발견되는 속으로는 Geotrichum, Trichoderma, Candida, Leptomitus, Mucor 등

 

•이 중에서도 특히 산성조건에서 잘 생장하는 Geotrichum candidum은 슬러지 팽화의 원인균

 

 

③ 원생동물류 (protozoa)

 

•세균 및 용해성 유기물을 섭취하며, 약 80종 이상이 서식

 

•활성슬러지에서 자주 발견되는 종류에는 섬모충류, 편모충류, 위족류 등

 

•활성슬러지에 존재하는 원생동물 종의 구성은 공정의 BOD 제거 효율을 나타냄

 

 

④ 미소후생동물(고등동물)

 

•단세포인 원생동물에 대하여 다세포 후생동물 중 그 크기가 수 cm 이하인 것을 미소후생동물이라 함

 

•미소후생동물은 원생동물이나 세균을 먹이로 취하는데, 여기에는 윤충, 선충, 갑각류 등

 

•그 중에서도 윤충(rotifer)이 대표적

 

 

(3) 유기물 제거 시 미생물의 발생순서

 

•유기물 제거 시 나타나는 미생물의 발생: 세균  원생동물  미소후생동물의 순서

- 여기에서 후자로 진행될수록 오염에 약하고 DO에 민감한 특징

- 이로부터 후자의 미생물을 하수처리가 잘되었음을 나타내는 지표미생물로 이용할 수 있음

→ 대표적인 것으로는 원생동물 중 Vorticella와 미소후생동물 중 윤충(rotifer)을 들 수 있음

 

 

3. 슬러지 침전의 기본 개념

 

(1) 슬러지 침전의 기본 개념

 

•미생물의 응집이나 뭉침은 일반적으로 영양물질이 적은 환경조건에 대한 미생물의 반응

→ 왜냐하면 세포간의 인접은 더욱 효율적으로 먹이를 섭취할 수 있게 하며, 또한 한 종류의 미생물이 분비하는 물질은 다른 종류의 생장 기질로서 이용

 

•반대로 영양물질이 풍부한 환경조건이 되면 미생물은 서로 떨어져서 분산 성장을 하게 되어 침전성이 떨어짐

 

 

(2) 미생물 성장곡선에 따른 미생물의 침전 및 BOD 제거 특성

 

•가장 기본적인 미생물 성장곡선을 통해 기질에 따른 미생물의 침전 및 BOD 제거 특성을 살펴보고자 함

 

① 유도기(지체기, lag phase)

- 미생물이 새로운 환경에 적응하는 시기

- 순응을 통해 지체기를 단축시킬 수 있음

 

② 대수성장기(exponential growth phase)

- 기질이 충분하기 때문에 미생물의 신진대사율 및 증식률이 최대가 되어 직선적으로 증가

- 하지만 기질이 충분하기 때문에 한편으로는 미생물이 서로 떨어져서 분산 성장을 하게 되므로 2차침전조에서 침전성이 떨어짐

- 그리고 미생물이 이용할 수 있는 기질보다 훨씬 더 많은 기질이 공급되었기 때문에 많은 양의 기질이 남게 되어 BOD 제거율도 낮은 값을 나타냄

 

③ 감소성장기(declining growth phase)

- 미생물의 증가로 기질이 부족하기 시작하며 그 결과 미생물의 증식률이 감소

- 그리고 기질의 부족으로 인해 미생물이 서로 엉키게 되어 플럭을 형성하기 시작

→ 따라서 2차 침전조에서의 침전성이 향상되기 시작하여 수처리에 이용하기 시작하는 단계

 

④ 정상기(stationary phase)

- 계속적인 기질의 부족 및 유해물질의 축적으로 인해 미생물의 증식률과 사멸율이 같아지는 단계

 

⑤ 내생호흡기(endogenous phase)

- 기질이 거의 남지 않아 미생물은 자신의 원형질을 분해시켜 에너지를 얻게 됨(즉, 내생호흡)

- 따라서 미생물의 신진대사율과 생존미생물의 수는 크게 감소

- 하지만 내생호흡으로 인해 미생물의 플럭 형성은 빠르게 이루어져 침전성이 높게 유지

- 그리고 얼마 남지 않은 기질을 두고 미생물이 경쟁하기 때문에 높은 BOD 제거율도 얻을 수 있음

 

 

(3) 미생물의 침전 및 BOD 제거 특성을 높게 유지하기 위한 방법

 

•활성슬러지에서는 기질의 농도를 적절히 낮게 유지함으로써 미생물의 침전성을 좋게 유지할 수 있음

→ 즉, 반송슬러지의 양을 통해 F/M비를 조절함으로써 미생물의 침전성을 좋게 유지

 

•F/M비가 高: 미생물의 신진대사율 및 증식률은 높아지지만 대수성장기에 놓이게 되어 침전성과 BOD제거율이 저하

 

•F/M비가 低: 미생물의 신진대사율 및 증식률은 낮아지지만 내생호흡기에 놓이게 되어 침전성과 BOD제거율이 향상

→적절히 낮은 F/M비는 0.2∼0.5 kg BOD/kg MLSS‧d

→ 이보다 더 낮은 값이 되면 사상균의 과다증식으로 슬러지팽화 발생

 

•그 밖의 침전에 영향을 주는 현상

- 온도, pH와 같은 물리적 변수의 갑작스런 변화

- N, P와 같은 영양물질의 부재

- 슬러지의 플럭을 방해하는 중금속과 같은 독성물질 유입 등

 

•슬러지 침강성 (SVI: Sludge Volume Index)

- 포기조에서 성장한 미생물이 2차 침전지에서 나타내는 침강 농축성의 지표

- 포기조 혼합액 1 L를 매스실린더에 넣어서 30분 침강시켰을 때, 1 g의 MLSS가 차지하는 부피를 mL로 나타낸 것

- 보통의 경우 50~150mL/g이면 침강성이 양호하다고 하며, 200mL/g 이상이면 슬러지 팽화가 발생했다고 함

 

 

4. 슬러지의 고액분리 시 나타나는 문제점

 

(1) 침전성이 좋은 경우

 

•정상 플럭(normal flocs)

- 사상성 세균(filamentous bacteria) 간에 조화가 잘 이루어진 플럭으로서 포기조에서 완전한 상태를 유지하며 침전조에서 잘 가라앉는 특성을 보임

 

 

(2) 침전성이 좋지 않은 경우

 

① 사상성 팽화(filamentous bulking)

 

•먼저 팽화(벌킹)는 부피가 매우 크고 밀도가 작은 플럭이 형성됨으로써 침강성과 압축성이 저하되어 고액분리가 충분히 행해지지 않는 상태를 말함

 

•사상성 팽화는 사상균이 과다하게 성장해서 발생하는 것

 

•20∼30 가지 종류의 사상성 미생물이 활성슬러지에서 팽화를 일으키는 것으로 알려짐

 

•사상균은 활성슬러지 플럭의 정상적인 구성체이지만 특별한 조건(매우 낮은 F/M 비, 매우 낮은 DO) 하에서 플럭형성균과 심하게 경쟁

 

 

② 점 플럭(pinpoint floc)

 

•사상성 팽화와 반대로 사상균이 없거나 적은 경우에 발생

 

•SRT가 너무 길면 부피대비 표면적이 큰 사상균이 과도하게 산화

 

•따라서 잘 가라앉지 않는 작은 플럭을 생성하여, SVI가 낮은 2차 처리수의 경우에도 혼탁함이 발생

 

 

③ 비사상성 팽화(nonfilamentous bulking)

 

•Zooglea와 같은 플럭형성균이 세포외 다당류(고분자물질)를 과잉생산 할 때 발생

 

•매우 드물게 일어나며 염소주입으로 조절이 가능

 

 

④ 슬러지 부상(sludge rising)

 

•하수 중 질소성분이 폭기조에서 질산화된 후 2차 침전지로 넘어오는데 이때 2차 침전지의 DO가 부족한 경우 무산소 탈질이 발생하게 되고 이로 인해 질소가스가 슬러지에 달라붙게 되어 슬러지가 떠오르는 현상

 

•침전조에서 슬러지 체류시간을 감소시킴으로써 이를 해결할 수 있음

 

 

⑤ 분산 생장(dispersed growth)

 

•정상적인 활성슬러지의 경우, 플럭에 붙어있지 않은 세균을 원생동물이 제거

 

•비정상적인 조건에서는 분산된 세균이 고농도로 존재하게 되어 처리수의 탁도가 높아짐

 

•높은 BOD 부하에서 산소가 제한되었을 경우에 발생하며, 또한 금속 독성에 의해서도 발생

 

 

 

4.3 살수여상 공정(trickling filter)

 

1. 공정의 개요

 

•살수여상 공정은 1890년에 처음 소개되었으며 생물학적 하수처리로서는 가장 먼저 사용된 공정

 

•장점

- 운전이 쉽고 비용이 적게 들며 신뢰도가 높아 소규모에 적합한 공정

- 독성물질 과부하에 대한 저항성이 있어 산업폐수 처리에 많이 사용

 

•단점

- 높은 유기물 부하는 여재의 폐색 우려

- 악취문제 가능성

 

 

2. 살수여상의 미생물상

 

(1) 생물막

 

•생물막은 여재 표면에 세균막이 형성되는 것으로, 핵심적인 역할을 하는 것으로 Zooglea가 있으며 이 외에도 진균, 조류, 원생동물 및 기타 후생동물로 이루어짐

 

•표면에서 가까운 부분은 산소를 이용하는 호기성 구역으로 산소는 약 0.3mm까지 확산 전달

 

•생물막이 두꺼워지면 막 내부로의 산소확산을 제한하게 되어 여재표면과 가까운 부위에서는 혐기성 층을 이루게 됨

 

•점점 생물막이 자라게 되면 결국에는 생물막이 떨어지게 되고 새로이 생물막이 생김

 

 

(2) 생물막에 출현하는 미생물상의 특징

 

•활성슬러지의 경우는 부유증식 공정이기 때문에 포기조 혼합액이 2차침전지로 넘어갈 때 증식률이 낮은 미생물은 다 쓸려서 유실되는 현상(washout)이 발생

 

•하지만 살수여상의 경우는 미생물이 생물막을 형성하여 여재에 붙어있기 때문에 증식률이 낮은 미생물도 쓸려가지 않고 살아남을 수 있어 활성슬러지 보다 다양한 미생물종이 발견될 수 있음

 

•생물막에 출현하는 미생물상의 특징 (활성슬러지와 비교 시)

 

① 정화작용에 관여하는 미생물이 매우 다양

② 생물막 각층의 우점종이 다름 (미생물군의 천이를 이용하여 가장 합리적)

③ 먹이사슬이 길어짐 (발생슬러지량이 적어지고, 침강성이 좋아짐)

④ 질산균 및 탈질균이 상대적으로 잘 증식

 

 

(3) 생물막에 존재하는 미생물

 

① 세균

 

•세균은 용존 유기물의 흡수와 분해가 가장 활발

 

•주로 존재하는 종속영양 미생물은 Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter, Alcaligenes와 사상균인 Sphaerotilus 등

 

•독립영양 미생물로는 Nitrosomonas, Nitrobacter 등의 질산화 세균이 있어 암모니아를 질산염으로 전환

 

•메탄생성균과 황산염 환원균(SBR)도 생물막의 혐기성 지역에서 발견

 

 

② 조류

 

•많은 종류의 조류도 생물막 표면에 번식하며 Ulothrix, Euglena, Chlorella, Phormidium 등이 발견

 

•낮시간 동안에 광합성을 하면서 산소를 발생하며 남조류 중의 일부는 질소고정 도 가능

 

 

③ 원생동물

 

•생물막 내의 세균들을 포식

 

•원생동물에 의한 세균류의 지속적인 제거는 높은 분해율을 유지하도록 도와줌

 

•그 종류에는 편모충류로 Bodo, 자유형 섬모충류로 Colpidium, 자루형 섬모충류로 Vorticella, 위족류로 Amoeba 등

 

 

④ 균류

 

•균류 역시 생물막 내에서 폐수안정화에 매우 활동적이지만 산성 폐수가 유입되는 경우와 같이 폐수의 pH가 낮은 상태에서만 우점

 

•주요 균류에는 Fusarium, Penicillium, Aspergillus, Mucor, Geotrichum과 효모 등

 

 

⑤ 미소후생동물

 

•미소후생동물로는 윤충류, 선충류, 곤충류, 복족류, 빈모류 등이 발견

 

•그리고 곤충의 유충도 발견되는데 유충은 성장하여 여상 파리가 되어 불결함을 유발

 

 

 

4.4 산화지

 

1. 공정의 개요

 

•호소(pond)에 의한 폐수처리는 인간에게 알려진 폐수처리 방법 중 가장 오래된 수단

 

•산화지(oxidation ponds)는 안정지(stabilization ponds) 또는 라군(lagoons)이라 불림

 

•토지를 비교적 낮은 비용으로 이용할 수 있는 소규모의 농촌지역에서 대부분 이용

 

•산화지 중에서 통기성지는 하수처리에 사용되는 가장 보편적인 형태

 

 

2. 산화지의 미생물상

 

(1) 통기성지의 유기물 제거 기작

 

•산화지 중에서도 가장 많이 이용되는 것은 통기성지

 

•깊이는 약 1∼2.5m 정도이며 세균과 조류의 공생관계에 의해서 유기물이 제거

 

•통기성지에서는 햇빛이 투과하는 상부에서는 조류에 의한 광합성이 일어나고 그 결과 산소가 발생

 

•그 아래에서는 발생된 산소를 세균이 이용하여 하수 중에 있는 유기물을 제거하게 되는데 이 때 발생되는 이산화탄소와 영양물질을 다시 조류가 이용

 

•그리고 맨 아래에는 죽은 조류와 세균의 혐기성 분해가 일어나고 그 결과 메탄, 황화수고, 질소와 같은 가스가 공기 중으로 방출

 

•보통 체류시간은 5∼30일

 

 

(2) 통기성지에 출현하는 미생물상의 특징

 

① 조류

 

•조류는 호기성 세균에게 필요한 산소를 공급

 

•투광대에서는 다양한 종류의 조류들에 의해 광합성이 일어남

 

•산화지에서 가장 흔히 볼 수 있는 조류는 Chlamydomonas, Euglena, Chlorella, Oscillatoria 등

 

•조류의 광합성은 빛과 온도에 의해 좌우되는데, 조류가 많이 존재하는 경우에는 빛은 수면에서 0.6m까지만 투과

 

 

② 세균

 

•종속영양 세균들은 통기성지에서 유기물 분해에 주된 역할

 

•조류의 생장에 필요한 이산화탄소와 미량영양소를 생산

 

•죽은 미생물과 조류 또는 다른 고형물들은 호소의 바닥에 가라앉아 혐기성 분해

 

•미생물들이 침전이나 모래 여과와 같은 고형물 제거과정에 의해 제거되지 않는다면 산화지에서의 탄소의 감소는 거의 없게 됨

 

 

③ 미소후생동물

 

•미소후생동물은 조류와 세균을 포식함으로써 이들의 수를 조절하는데 중요한 역할

 

 

 

4.5 고도처리

 

1. 개요

 

•예전에는 유기물을 제거하는 2차처리에만 관심

 

•최근에는 유기물 이외의 성분에 대해서도 처리를 요구하는 사회적 요구가 증가

 

•고도처리 대상에는 무기성 이온, 영양염류, 중금속 등

→ 여기서는 최근 가장 큰 관심대상인 질소와 인의 생물학적 처리법을 알아봄

 

 

2. 질소 제거

 

•예전에는 탈기법, 이온교환법, 전기투석법, 파과점 염소주입 등과 같은 물리 ‧ 화학적 방법이 많이 사용

 

•최근에는 생물학적 방법을 많이 적용

 

(1) 질산화(nitrification)

 

•독립영양미생물(autotrophs)이 관여

 

•반응은 2단계로 이루어지는 호기성 반응

 

•우선 질산화 미생물의 성장률은 하수에 있는 종속영양미생물(세균)의 성장률보다 낮기 때문에 암모니아를 질산염으로 전환하는데 긴 슬러지 체류시간(적어도 4일)이 필요

 

•일반적으로 질산화는 높은 암모니아와 낮은 BOD 농도를 갖는 하수의 활성슬러지 처리 시 포기조에서 잘 이루어짐

 

 

(2) 탈질(denitrification)

 

•종속영양미생물(heterotrophs) 중 많은 미생물들이 탈질에 관여

 

•반응은 다음과 같이 무산소 조건(즉, 질산염이 전자수용체로 작용하는 조건)에서 이루어짐

 

•탈질반응은 질산염 농도에는 영향을 받지 않고 생체량(biomass)과 전자공여체(유기물)의 영향을 받음

 

 

(3) 실제공정에서의 적용

 

•질산화는 호기조에서, 탈질은 무산소조에서 이루어짐

→이론적으로는 호기조에 무산소조를 연결하면 됨

 

•하지만 실제 적용에 있어서는 <그림 4-14>와 같이 연결 무산소조를 연결하면 됨

→호기조에 무산소조를 연결할 경우, 탈질에 필요한 유기물이 앞선 호기조에서 다 소비가 되기 때문에, 무산소 탈질에 필요한 유기물을 확보하기 위해서 그림과 같이 연결

 

•대표적 생물학적 질소제거 공정: MLE, Bardenpho 공정 등

 

실제공정에서의 생물학적 질소제거

3. 인 제거

 

•예전에는 흡착, 이온교환법, 화학적 침전 등과 같은 물리 ‧ 화학적 방법이 많이 사용

 

•최근에는 생물학적 방법을 많이 시도

 

•생물학적 인 제거방법

- 인축적미생물(phosphorus-accumulating organisms, PAOs)이 관여

→ 종속영양미생물(heterotrophs) 중 상당수의 미생물이 PAOs에 해당되며 그 중에서 Acinetobacter가 우점을 차지

- 생물학적 인 제거는 2단계 과정을 거침

→ 미생물을 혐기-호기 상태에 교대로 노출시켜 미생물에 스트레스를 줌으로써 인의 방출과 흡수를 비정상적으로 유도하는 것

 

(1) 인의 방출

 

•혐기성 조건에서는 PAOs가 유기물을 흡수하면서 체내에 저장하고 있던 인을 방출(P release)

→하수 내 용해성 BOD 농도는 감소하며 용해성 인의 농도는 증가

 

 

(2) 인의 과잉섭취

 

•호기성 조건에서는 PAO가 체내에 축적된 유기물을 소비하면서 방출한 것보다 훨씬 더 많은, 과잉의 인을 흡수(P luxury uptake)

→ 하수 내 용해성 인의 농도는 급격히 감소

→ 결국 과잉의 인을 섭취한 미생물(슬러지)을 폐기함으로써 하수 내 인 성분을 제거

 

 

(3) 실제공정에서의 적용

 

•인의 방출은 혐기성 조건에서 이루어지며 인의 과잉섭취는 호기성 조건에서 이루어지기 때문에 <그림 4-16>처럼 순서대로 혐기조에 호기조를 연결하면됨

 

•대표적인 생물학적 인 제거공정에는 A/O, Phostrip, SBR 등

 

4. 생물학적 질소·인 동시제거

 

•앞서 언급했던 생물학적 질소제거 공정과 생물학적 인제거 공정을 결합시키면 <그림 4-17>과 같음

 

연습문제

 

1. 활성슬러지에 존재하는 미생물 중 폐수 내 가용성 유기물을 직접 섭취하는 주된 미생물은?

① 세균 ② 원생동물

③ 미소후생동물 ④ 균류

 

[정답] 1

 

세균은 용해성 유기물(BOD) 제거에 주된 역할을 담당하며 미생물 플럭의 형성을 돕는 고분자물질과 다당류들을 생산한다.

 

 

2. 하수처리가 잘되었음을 나타내는 대표적인 지표미생물은?

① Zoogloea ② Sphaerotilus

③ Geotrichum ④ Vorticella

 

[정답] 4

 

하수처리가 잘되었음을 나타내는 지표미생물로 대표적인 것으로는 원생동물 중 Vorticella와 미소후생동물 중 윤충(rotifer)을 들 수 있다.

 

 

3. 다음은 활성슬러지 공정에 있어서 미생물 종류변화에 대한 설명이다. 빈칸에 들어갈 말이 순서대로 적절한 것은?

( ⓐ ) → ( ⓑ ) → ( ⓒ ) ☞ 후자로 진행될수록 오염에 약하고 DO에 민감하다.

( ⓐ ) ( ⓑ ) ( ⓒ )

① 세균 미소후생동물 원생동물

② 원생동물 미소후생동물 세균

③ 원생동물 세균 미소후생동물

④ 세균 원생동물 미소후생동물

 

[정답] 4

 

활성슬러지 공정에 있어서 미생물의 종류변화는 세균 → 원생동물 → 미소후생동물의 순서이며, 이 때 후자로 진행될수록 오염에 약하고 DO에 민감하다.

 

 

4. 다음은 F/M비에 따른 미생물의 특성을 나타낸 것이다. 빈칸에 들어갈 말이 순서대로 적절한 것은?

F/M비가 ( ⓐ ): 미생물은 대수성장단계 → 침전성 ( ⓑ )

( ⓐ ) ( ⓑ )

① 높을수록 양호

② 높을수록 저하

③ 낮을수록 양호

④ 낮을수록 저하

 

[정답] 2

 

F/M비가 높을수록 미생물은 대수성장단계에 놓이게 되어 침전성이 저하되며, F/M비가 낮을수록 미생물은 내생성장단계에 놓이게 되어 침전성이 양호해진다. 적절한 값은 표준활성슬러지법의 경우 0.2-0.5 kg BOD/kg MLSS·d이며, 이보다 더 낮은 F/M비에서는 사상균의 증식으로 슬러지팽화가 발생한다.

 

 

5. 슬러지의 고액분리 시 나타나는 문제점으로 침전성이 저하되는 경우가 있다. 이 중에서 매우 낮은 F/M비나 매우 낮은 DO에서 발생하는 것은?

① 사상성 팽화

② 비사상성 팽화

③ 점 플럭

④ 슬러지 부상

 

[정답] 1

 

침전성이 저하되는 경우를 정리하면 다음과 같다.

① 사상성 팽화(filamentous bulking)

- 사상균이 과다하게 성장한 경우

- 매우 낮은 F/M 비나 매우 낮은 DO에서 발생

② 점 플럭(pinpoint floc)

- 사상균이 없거나 적은 경우

- SRT가 너무 길면 발생

③ 비사상성 팽화(non-filamentous bulking)

- 플럭형성균에 의한 체외다당류(고분자물질)의 과잉생산

- 매우 드물게 일어나며 염소주입으로 조절

④ 슬러지 부상(sludge rising)

- 2차 침전조에 오랫동안 체류하는 경우

- DO가 부족하여 탈질로 인해 N2 가스에 슬러지가 부상

⑤ 분산 생장(dispersed growth) 또는 플럭 해체현상

- 포기조의 과부하, 산소의 제한, N, P의 부족, 또는 독성물질의 유입 등

 

 

6. 활성슬러지 공정과 비교 시, 생물막에 출현하는 생물군의 특징으로 맞는 것은?

① 정화작용에 관여하는 미생물이 다양하다.

② 생물막 각층의 우점종이 같다.

③ 먹이사슬이 짧아진다.

④ 질산균은 존재하지 않는다.

 

[정답] 1

 

활성슬러지와 비교 시 생물막에 출현하는 미생물상의 특징은 다음과 같다.

① 정화작용에 관여하는 미생물이 매우 다양

② 생물막 각층의 우점종이 다름 (미생물군의 천이를 이용하여 가장 합리적)

③ 먹이사슬이 길어짐 (발생슬러지량이 적어지고, 침강성이 좋아짐)

④ 질산균 및 탈질균이 상대적으로 잘 증식

 

 

7. 다음은 통기성지에 대한 설명이다. 다음 빈칸에 순서대로 들어갈 말로 적절한 것은?

통기성지는 주로 ( ⓐ )와 ( ⓑ )에 의해 수행되는 자연적인 생물학적 처리과정이다.

( ⓐ ) ( ⓑ )

① 원생동물 균류

② 조류 균류

③ 원생동물 세균

④ 조류 세균

 

[정답] 4

 

통기성지에서는 햇빛이 투과하는 상부에서는 조류에 의한 광합성이 일어나서 산소가 발생하며, 그 아래에서는 발생된 산소를 세균이 이용하여 하수 중에 있는 유기물을 제거하게 되는데 이 때 발생되는 이산화탄소와 영양물질을 다시 조류가 이용한다.

 

 

8. 다음은 생물학적 질소제거 방법 중 질산화에 대한 내용이다. 빈칸에 들어갈 말이 순서대로 적절한 것은?

 

[정답] 4

 

질산화는 2단계 반응으로 먼저 Nitrosomonas에 의해 암모니아가 아질산염으로 전환되며, 이어서 Nitrobacter에 의해 아질산염이 질산염으로 전환된다.

 

 

9. 다음은 생물학적 질소ㆍ인 제거에 대한 설명이다. 틀린 것은?

① 질산화 미생물에는 Nitrosomonas와 Nitrobacter가 있다.

② 탈질은 NO3-가 N2가스로 전환되는 것이다.

③ PAOs가 탈질에 관여한다.

④ 혐기조에서는 인의 방출이 일어난다.

 

[정답] 3

 

인축적미생물(PAOs)을 혐기, 호기 상태에 교대로 노출시켜 미생물에 스트레스를 줌으로써 인의 방출과 흡수를 비정상적으로 유도함으로써 인을 제거할 수 있다.