생화학 시스템의 성공은 MLSS(혼합 석회 슬러지 농도)에 달려 있습니다.

활성 슬러지 공정을 운영하려면 폐수 시스템의 일상 운영에서 가장 자주 사용되는 지표 중 하나인 MLSS 제어를 포함하여 다양한 매개변수를 적절하게 제어해야 합니다.

활성슬러지 농도란 폭기조 출구 혼합액의 부유물질 함량을 말하며 기호 MLSS로 표시하며 단위는 mg/L입니다. 폭기조 내 활성슬러지의 양을 측정하는데 사용됩니다. MLSS의 총량에는 다음 네 가지 측면이 포함됩니다.

활성 미생물;
활성슬러지에 흡착된 비-생분해성 유기물;
미생물의 자가 산화로 인한 잔류-;
무기물.

운전 시 특히 주의할 점은 MLSS는 2차 침전조의 혼합액 농도를 제외하고 폭기조의 혼합액 농도만을 의미한다는 점이다. 또한 폭기조 내 혼합액 농도를 모니터링할 때 폭기조 출구의 혼합액 농도를 기준으로 폭기조 전체의 활성슬러지 농도를 측정하는 것이 중요합니다.

1. 활성슬러지 농도와 슬러지 연령의 관계

슬러지 연령은 활성 슬러지를 제거하여 슬러지 연령 목표를 달성하기 위한 운영 수단입니다. 활성 슬러지 농도 제어를 위한 합리적인 범위는 합리적인 슬러지 연령과 식품-대-미생물 비율을 통해 제공될 수 있습니다. 실제로 활성 슬러지 농도가 과도하게 증가하면 유입 유기물 농도가 높지 않은 경우에도 슬러지 수명이 일반적으로 제어되는 슬러지 연령 값을 초과하여 특히 길어집니다. 이는 활성슬러지 농도가 너무 높게 제어되고 있음을 명확히 나타내는 것으로, 절대값으로 활성슬러지 농도를 제어해야 하는지 판단하는 것보다 훨씬 더 정확합니다.

2. 활성슬러지 농도와 수온의 관계

생물학적 처리조 내 활성슬러지의 성장, 재생, 대사는 수온과 밀접한 관련이 있습니다. 수온이 10도 감소할 때마다 활성 슬러지의 활성도는 절반으로 감소합니다. 수온이 10도 이하이면 치료 효과가 확실히 좋지 않습니다. 이 문제를 해결하기 위해 활성 슬러지 농도를 수온 변화에 맞게 조정할 수 있습니다.

수온이 낮은 경우 활성 슬러지 농도를 높여 활성 슬러지 활동 감소로 인한 부정적인 영향을 상쇄할 수 있으며, 이를 통해 낮은 수온에서 제거 효율을 높일 수 있습니다.

수온이 높으면 활성 슬러지 활동이 활발해집니다. 지나치게 높은 활성 슬러지 농도는 활성 슬러지 침전에 해를 끼칩니다. 이 경우 활성 슬러지 농도를 줄이면 불안정한 플록과 혼탁한 상층액의 형성을 방지할 수 있습니다.

3. 활성슬러지 농도와 활성슬러지 침전율의 관계

활성슬러지 농도는 최종 침강율에 영향을 미칩니다. 활성 슬러지 농도가 높을수록 최종 침전 비율이 높아지며, 그 반대도 마찬가지입니다. 이는 활성슬러지 농도가 높을수록 생물학적 양이 많아져 압축 및 침강 후 침강율이 높아지기 때문입니다. 침전율을 높일 수 있는 다른 요소와의 주요 차이점은 압축된 활성 슬러지의 밀도가 높은지, 색상이 어두운 갈색인지 관찰하는 것입니다. 비활성 슬러지 농도 증가로 인해 침전율이 높아지는 경우, 이는 일반적으로 압축이 불량하고 색상이 흐릿하기 때문입니다.

물론, 지나치게 낮은 활성슬러지 농도도 침강율에 큰 영향을 미칩니다. 그러나 이는 운영자가 의도적으로 활성 슬러지 농도를 낮추어서 발생하는 것이 아니라 유입되는 유기물 농도가 지나치게 낮기 때문에 발생하는 경우가 많습니다. 이러한 경우, 작업자는 활성 슬러지 농도가 너무 낮다고 생각하여 농도를 높이려고 노력하며 결과적으로 활성 슬러지 노화가 발생합니다. 최종 침전 비율 관찰을 통해 활성 슬러지 노화의 전형적인 징후(높은 압축성, 어두운 색상, 미세한 플록이 포함된 투명한 상청액)가 드러납니다.

비정상적인 슬러지 배출로 인해 낮은 침강율이 발생하는 경우 관찰을 통해 침강된 활성 슬러지의 색상이 옅고 압축성이 낮으며 희박한 것으로 나타납니다.

1. 슬러지 농도가 질산화에 미치는 영향

pH, 온도, SRT, DO, BOD/TKN, 슬러지 농도 및 독성 물질을 포함한 많은 환경 요인이 질산화에 영향을 미칩니다. 실제 폐수처리장에서는 공정 운전 중에 SRT, DO, BOD/TKN, 슬러지 농도 등의 매개변수만 제어할 수 있습니다.

에이. 호기성 질산화에서는 슬러지 농도가 높을수록 질산화 박테리아의 농도가 상대적으로 높아져 슬러지 농도가 높은 조건에서 호기성 질산화 속도가 높아집니다.

비. 생물학적 슬러지에 질산화 박테리아가 존재하는지 확인하려면 특정 슬러지 연령이 필요합니다. 질화 박테리아에 유리한 생활 조건을 조성하면 미생물 군집에서 박테리아의 비율이 더욱 높아져 농도가 높아집니다. 슬러지 농도가 높으면 혐기성 단계에서 더 많은 BOD가 소비되어 호기성 단계에서 BOD/TKN 비율이 상대적으로 낮아집니다.

일부 연구에서는 활성 슬러지의 질산화 박테리아 비율과 BOD/TKN 사이에 역의 관계가 있음을 보여주었습니다. 질산화 박테리아는 독립영양성이므로 유기 기질의 농도는 이들의 성장을 제한하는 요소가 아닙니다. 그러나 유기 기질 농도가 너무 높으면 높은-성장-률의 종속 영양 박테리아가 빠르게 증식하여 용존 산소와 경쟁하게 됩니다. 이는 독립영양세균의 성장을 늦추고 호기성 질화세균이 우위를 점하는 것을 막아 질화율을 감소시키는 결과를 낳는다.

기음. 용존 산소(DO)는 일반적으로 폐수 처리장의 질화 단계에서 중요한 지표이며 일반적으로 2mg/L 이상입니다. 대부분의 산화 도랑 공정에서 도랑 내 평균 DO 값은 2mg/L에 도달하기 어렵고 일반적으로 1mg/L 이하로 유지됩니다. 그러나 질산화 효과는 여전히 좋습니다. 그 이유는 산화 도랑 특유의 상대적으로 높은 슬러지 농도로 인해 DO 값이 낮아지더라도 질산화에 도움이 되는 다른 요인이 강화되기 때문입니다.

슬러지 농도가 증가하면 생물학적 처리조의 유효 부피가 증가하는 동시에 부하가 감소됩니다. 다른 관점에서 보면, 슬러지 농도가 증가하면 미생물의 호기성 능력도 증가합니다. 동일한 폭기 조건에서 용존 산소 측정기 판독값도 낮아야 합니다. 위의 사항은 슬러지 농도를 높이면 좋은 질산화 수준을 유지하면서 생물학적 처리조의 용존 산소(DO) 값을 적절하게 감소시킬 수 있음을 설명합니다.

디. 활성슬러지 내 질화박테리아의 정상적인 성장과 번식을 보장하기 위해서는 일반적으로 슬러지 숙성기간을 8일 이상으로 관리해야 합니다. 그러나 다른 종속 영양 박테리아에 대한 질화 박테리아의 상대적으로 균형 잡힌 경쟁 우위를 보장하려면 슬러지의 심각한 노화를 유발하지 않고 슬러지 수명을 늘려야 하며, 이에 따라 생물학적 시스템의 슬러지 농도가 증가합니다.

2. 슬러지 농도가 탈질에 미치는 영향

생물학적 탈질은 탈질 박테리아가 질산염의 이온성 산소를 활용하여 무산소 조건에서 유기물을 분해하는 과정입니다. 질산염은 N2로 환원되어 탈질 과정이 완료됩니다. 탈질세균은 폐수처리 시스템에 풍부한 종속영양성 통성세균이다. 호기성 조건에서는 호흡과 유기물의 산화 분해를 위해 산소를 활용합니다.

분자 산소가 없는 조건에서 질산염과 아질산염 이온이 동시에 존재할 때 호흡, 산화 및 유기물 분해를 위해 이러한 이온의 산소를 활용할 수 있습니다. 탈질 박테리아는 탄수화물, 유기산, 알코올, 심지어 폐수의 주요 구성 요소인 알칸, 벤조산염 및 기타 벤젠 유도체와 같은 화합물을 포함하여 탈질 과정에서 전자 공여체로 다양한 유기 기질을 활용할 수 있습니다. pH, 온도, 용존 산소(DO), 탄소-대-질소 비율(C/N 비율), 슬러지 농도 등 많은 요인이 탈질 속도에 영향을 미칩니다. 실제 폐수처리장에서는 공정 운영 중에 DO, 슬러지 농도 등의 매개변수만 제어할 수 있습니다. C/N 비율은 탈질반응에 있어서 가장 중요한 영향인자임에도 불구하고 유입수 수질에 크게 의존하고 일반적으로 실제로 제어하기가 어렵다.

에이. 탈질화는 탈질화 박테리아가 질산염과 아질산염의 이온성 산소를 활용하여 유기물을 분해할 수 있도록 분자 산소가 없어야 합니다. 앞서 언급한 바와 같이, 슬러지 농도가 높은 생물학적 시스템은 질산화 효율을 유지하면서 질산화 과정에서 용존산소(DO)를 적절하게 감소시킬 수 있습니다. 따라서 질산화가 끝날 때 DO를 낮추면 질산염 반환 액체에 운반되는 DO 함량이 효과적으로 감소하여 무산소 구역의 탈질 과정에 대한 분자 산소의 영향이 감소하고 탈질 박테리아의 탄소원 활용 능력이 향상됩니다.

동시에, 슬러지 농도가 높으면 상대적으로 강한 내인성 대사 호기성 용량이 발생하여 반환 구역과 무산소 구역에서 용존 산소가 추가로 소모됩니다. 더욱이, 매우 높은 슬러지 농도는 혼합액의 점도를 변화시켜 확산 저항을 증가시켜 반환 액체에 운반되는 DO를 감소시킵니다. 개방형 채널을 복귀 채널로 사용하는 일부 처리 공정에서는 복귀 흐름에 필요한 산소 공급을 줄일 수 있습니다. 요약하면, 높은 슬러지 농도는 실제 공정 운영에서 탈질 단계에서 DO를 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.

비. 탈질세균은 종속영양세균으로 폐수처리시설에 풍부하게 존재하므로, 시스템 내 슬러지 농도를 높이면 탈질세균의 농도를 효과적으로 높일 수 있습니다. 탈질 속도는 질산염 및 아질산염 농도와 크게 무관하지만, 탈질 박테리아 농도와는 1차{2}} 반응을 보입니다.

따라서 실제 공정 운전에서 슬러지 농도가 높으면 탈질 시간이 단축되고 무산소 구역의 유효 부피가 감소할 수 있습니다. 무산소 구역의 고정된 유효 부피를 고려하면, 높은 슬러지 농도는 유기 매트릭스에서 상대적으로 어려운-분해가-가능한 유기 물질을 탄소원으로 더 잘 활용할 수 있게 해줍니다. 이는 특히 탄소원이 불충분한 경우 질소 및 인 제거 공정에 중요합니다.

기음. 슬러지 농도가 높으면 미생물 플록 직경이 상대적으로 커집니다. 질화 과정에서 낮은 용존 산소 수준은 산소 압력 구배를 더 작게 만들어 플록 내에 무산소 환경이 더 쉽게 형성되도록 하여 탈질을 촉진합니다. 따라서 높은 슬러지 농도는 동시 탈질을 촉진할 수 있습니다.

생물학적 인 제거의 핵심은 활성 슬러지 시스템에서 폴리인산염-축적 박테리아의 비율을 높이는 동시에 시스템 작동 중에 폴리인산염-축적 박테리아의 빠른 성장과 번식을 촉진하고 배출 시 폴리인산염-축적 박테리아 내 인 함량을 높게 유지하는 것입니다.

시스템의 활성 슬러지에서 폴리인산염-축적(PAC) 박테리아의 비율을 높이려면 이들의 성장과 번식에 더 유리한 환경과 수리적 조건을 조성해야 합니다. 이는 공정 흐름에서 좋은 혐기성 및 호기성 환경을 갖는 것을 의미합니다. 혐기성 구역에서 환경 요인을 제어하는 ​​것은 PAC 박테리아의 성장 및 번식과 인 제거 달성에 특히 중요합니다. 혐기성 구역의 슬러지 농도가 높을수록 PAC 박테리아에 더 유리합니다.

생물학적 인 제거 효율은 슬러지 연령과 밀접한 관련이 있습니다. 특정 슬러지 기간(약 3일)에서만 과잉 인이 효과적으로 제거되어 인 제거 기능을 달성할 수 있습니다. 유입수 부유물질(SS)이 고정되어 있는 경우 슬러지 농도는 슬러지 연령과 정비례하므로 일정 범위 이상으로 슬러지 농도가 높을수록 인 제거 효과는 나빠집니다.

에이. 인 제거 효율을 위해 충분한 슬러지 연령을 유지하면서 혐기성 구역의 슬러지 농도를 높이면 그에 따라 PAC 박테리아의 농도도 높아집니다. 이는 인-방출 미생물의 양을 증가시키고, 이는 이어서 후속 호기성 인-흡수 미생물의 양을 증가시켜 시스템의 전반적인 인 제거 효과를 향상시킵니다.

비. 혐기성 구역에서는 폴리인산염-축적 박테리아가 VFA를 흡수하고 인을 방출합니다. 동시에, 슬러지 농도가 높은 조건에서 혐기성 구역은 시스템의 혐기성 산성화 섹션 역할을 할 수 있으며, 물 속의 고-분자량-질량, 난분해성 유기 물질을 혐기성으로 가수분해합니다. 폴리인산염-축적 박테리아가 인을 방출하는 동안 방출되는 에너지는 아세트산, H+ 등을 적극적으로 흡수하여 PHB를 형성하고 박테리아 내에 저장하는 데 사용될 수 있습니다. 이는 유기물의 산성화 과정을 촉진하고, 폐수의 생분해성을 향상시키며, 후속 처리 공정에서 탈질 반응에 사용되는 탄소원을 증가시킵니다.