박테리아 플록의 형성에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

박테리아 플록은 활성 슬러지/생물막 내에서 박테리아와 이들이 분비한 세포외 고분자 물질(EPS)이 응집되어 형성된 점성 플록입니다. 이는 생물학적 폐수 처리의 핵심 기능 단위입니다.

• 핵심 박테리아: *Zoogloea*, *Pseudomonas*, *Flavobacterium* 등

• 외관: 새로 형성된 플록은 무색 투명하며 구조가 치밀합니다. 성숙한 플록은 노란색을 띠는-갈색이고 응집성이 있습니다. 오래된 플록은 색상이 어둡고 느슨합니다.

• 크기: 수십 ~ 수백 마이크로미터, 망상형/분지형/구형/버섯-모양.

1. 기초: EPS의 세균 분비(핵심 "접착제")

• 구성: 다당류(70-80%) + 단백질 + 소량의 핵산/지질.

• 기능: 박테리아 세포를 캡슐화하고 서로 접착하며 망상 구조를 형성합니다.

• 유발: 적절한 영양분, 호기성 조건 및 적절한 pH(6.5~7.5)/온도(20~35도)에서 광범위한 분비가 발생합니다.

2. 응집: 접착과 연결이 마이크로플록을 형성합니다.

• 동종생물은 캡슐/점액층을 통해 부착됩니다. 헤테로바이오틱스는 EPS 네트워크를 통해 연결됩니다.

• 전하 중화: 박테리아 표면은 음전하를 띠고 있습니다. 양이온(Ca²⁺/Mg²⁺)은 전하를 중화시켜 응집을 촉진합니다.

• 결과: 10~50μm 마이크로플록이 형성되었습니다.

3. 성숙: 마이크로플록이 응집되어 박테리아 플록으로 발전합니다.

• 미세플록은 박테리아, 유기물, 부유 입자를 계속해서 흡착하여 크기와 밀도가 증가합니다.

• 내부적으로 호기성 → 무산소 → 혐기성 미세환경이 형성되어 질산화/탈질화/인 방출이 동시에 이루어지도록 지원합니다.

• 성숙한 박테리아 플록: 100~500μm, 침전 특성이 좋고 활동성이 높습니다.

1. 유기물 분해

• 높은 비표면적: 용해된/콜로이드 유기물의 흡착 + 분해, 유리 박테리아보다 5~10배 더 효율적입니다.

• 시너지적 대사 : 호기성균은 쉽게 분해되는 COD를 분해하고, 혐기성균은 난분해성 물질을 분해하여 무기화 → CO2 + H2O.

• 예: 도시 폐수의 BOD5 제거율은 주로 플록으로 인해 80~95%입니다.

2. 매우 효율적인 흡착

• 부유 물질(SS), 중금속, 염료 및 미량 유기 물질을 흡착합니다.

• 메커니즘: EPS의 하이드록실/카복실/아미노 그룹은 수많은 흡착 부위를 제공합니다. 흡착 후 농축 → 분해/침전.

3. 슬러지-수분 분리

• 플록 밀도 1.02~1.05g/cm3, 중력에 의해 쉽게 침전됩니다(2차 침전조).

• 탁월한 플록: SV30=20–30%, SVI=50–150 mL/g, 빠른 침전, 깨끗한 유출수.

• 느슨한/노후된 플록 → 슬러지 벌킹 → 혼탁한 유출수, 슬러지 손실.

4. 보호 및 스트레스 저항

• 항-식작용: EPS 캡슐화는 원생동물이 포식하는 것을 어렵게 하여 안정적인 바이오매스를 유지합니다.

• 독성 저항성: EPS는 독성 물질(중금속, 페놀, 시안화물)을 흡착/완충하여 박테리아 세포를 보호합니다.

• 충격 저항: pH/온도/부하 변동에도 내부 미세 환경이 안정적으로 유지되어 강력한 충격 저항을 제공합니다.

5. 질소 및 인 제거

• 질산화: 표면 호기성 구역의 질화 박테리아는 NH₄⁺를 NO₃⁻로 전환합니다.

• 탈질작용: 내부 무산소 구역의 탈질균은 NO₃⁻를 N2로 전환시킵니다(질소 제거).

• 인 제거: 폴리인산염-축적 박테리아는 호기성으로 인을 흡수하고 혐기성으로 인을 방출하며, 잔류 슬러지는 인을 배출합니다.

6. 생태학적 안정성

• 박테리아/진균/원생동물/후생동물의 먹이 사슬이 플록 내에 형성되어 사상균의 과도한 성장을 억제하고 슬러지 부피가 커지는 것을 방지합니다.

• 원생동물(Vorticella/rotifers)은 지표 유기체 역할을 합니다. Vorticella가 많아지고 → 플록 활동이 향상되고 배출물이 더 깨끗해집니다.

• 좋은 플록: 담황색/투명, 조밀한 구조, 깔끔한 가장자리, 균일한 크기, 빠른 침전, 투명한 상청액.

• 불량한 플록: 어두운 색상, 느슨한 구조, 흐릿한 가장자리, 많은 작은 조각, 느린 침전, 혼탁한 상층액.

• 현미경 검사: 400x 배율로 관찰합니다. Vorticella가 많은 크고 조밀한 플록이 우수합니다.

• 용존 산소(DO): 2~4mg/L(너무 높음 → 느슨한 플록, 너무 낮음 → 검게 변하고 악취가 남). • 영양분 비율: C:N:P=100:5:1(질소 결핍 → 사상균 증가, 인 결핍 → 느슨한 플록).

• pH: 6.5~7.5(너무 산성 → 붕괴, 너무 알칼리성 → 노화).

• 온도: 20~35도(낮은 온도 → 느린 성장, 느슨한 플록).

• 슬러지 체류 시간(SRT): 5~15일(너무 짧음 → 새로운 플록이 많음, 침전 불량, 너무 길음 → 노화, 활동성이 낮음).

플록은 생물학적 폐수 처리의 "핵심"입니다. 동물원과 EPS(세포외 미생물)의 집합으로 형성되며, 이들의 핵심 기능은 흡착, 분해, 침전 및 스트레스 저항입니다. 그 양, 크기 및 구조는 폐수 품질과 시스템 안정성을 직접적으로 결정합니다. 작동 중 DO, 영양분, pH, 온도 및 슬러지 연령을 제어하면 -컴팩트한 구조, 높은 활성 및 우수한 침강을 갖춘 고품질 플록을 유지할 수 있습니다.