수정된 활성 슬러지 모델에 의한 미생물 체내저장과 유기물 이용에 관한 연구

Abstract

국내 하수처리장의 방류수 수질기준이 강화되면서, 하수의 질소 및 인 등의 영양염류제거를 위한 고도처리로의 전환이 요구되고 있다. 생물학적 질소 제거는 탈질반응이 속도 결정 단계로, 그 과정에서 즉시 이용 가능한 기질인 RBCOD를 요구한다. RBCOD의 부족은 영양염류 제거율이 낮아지는 결과를 가져오기 때문에, 외부 탄소원으로서 메탄올, 유기산 등을 공급하는 등의 연구가 진행되기도 했다. 하지만 운영비의 증가 혹은 외부 탄소원이 다시 오염원으로 작용하는 등의 부작용을 가져오기 때문에 대안이 필요한 상황이다.

본 연구에서는 생하수 유기물의 대부분을 차지하는 SBCOD가 혐기, 호기, 무산소상태의 조건에서 변화하는 양상을 추적, 조사하여 하수 유기물의 적절한 관리방안을 제시하고자 하였다. 이를 위해 SBCOD를 대표하는 기질로서 액상 전분이 활용되었고, 활성슬러지는 소규모 연속 회분식 반응조(SBR)에서 충분히 전분에 순응시킨 것을 사용하였다. 변화 양상을 확인하기 위하여, 전자수용체와 미생물량을 다르게 하여 회분식 실험을 실시하였고, 무산소 조건의 경우 전자수용체로 nitrate를 사용하여 감소 경향을 확인하였다. 또한 이를 모델의 적용을 위해 ASM을 사용 하였다.

전분의 가수분해는 전자 수용체에 영향을 받지 않고 호기성, 간헐 폭기 그리고 혐기성 조건의 반응에서 모두 동일하게 나타났다. 미생물량에 따른 실험에서는 미생물량이 증가함에 따라 가수분해율이 증가하는 것을 확인 할 수 있다.

기존의 ASM에서 세포내 저장현상에 전자수용체가 필요하다는 것과는 다르게, 전자수용체가 전무한 혐기상태에서도 유기물의 미생물세포 내부저장이 진행되는 것을 확인하였다. 세포 내 저장량은 미생물량에 비례하는 것을 결과를 통해 확인할 수 있었다. 또한 저장된 유기물은 전자수용체가 존재할 경우 세포 증식에 이용되는 것을 확인하였다. 즉 전자수용체로 질산성질소만 존재하는 무산소상태에서의 성장에 필요한 유기물이 액상의 RBCOD 및 체내저장유기물로부터 공급되는 두 가지의 경로를 확인하였다.

이러한 현상을 반영하기 위해서 ASM3 모델에 switching function을 도입, 수정하여 적용한 결과 전분만으로 구성된 유기물이용 실측자료의 의미 있는 설명이 가능하였다. 또한 이와 같은 과정을 통해 한정된 범위지만 모델의 개선이 가능함을 확인 하였다.