하수처리 폭기공정에 초미세기포의 적용에 관한 연구

Abstract

활성슬러지 공법(Activated sludge system)은 유기물질을 제거하는 생물학적 폐수처리 공법 중의 하나로 현재 하수처리장에서 가장 널리 사용되고 있는 방법으로 산소가 충분히 공급되는 포기조(Aerator)내에서 유입폐수와 바이오플록(Bio-floc)을 접촉시킨 다음 침전조에서 고액분리 하는 방법이다. 이 공법의 필요 장치 중 포기시스템(Aeration system)에 의한 처리방법은 활성슬러지 공법 중 가장 에너지 집약적인 시스템으로 하수처리장 전체 에너지 소비량의 40%를 차지하며 연간 1,561억원의 전력비가 소요되고 있다고 보고된다. 최근 하ㆍ폐수처리장의 비경제적인 산기장치는 에너지 효율적인 미세기포식 산기장치로 교체되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 하수처리장 폭기시스템에 초미세기포를 적용하기 위해 초미세기포(Sub-micron)의 산소전달효율을 측정하였다. 공기유량을 기존 에어레이터와 SMB 장치에서 50 ml/min으로 동일하게 유입시키고 운전한 결과 상수의 산소 포화농도는 각각 8.6mg/L, 36.71mg/L로 나타났으며, 산소전달계수는 5.562, 5.61로 나타났다. 산소전달효율은 21.5%, 91.5%로 나타났다. 이는 SMB 기포장치가 믹싱챔버와 호스를 통한 전단력으로 인하여 기포가 잘게 깨지면서 1㎛ 이하의 기포가 발생하면서 수중에서의 접촉 시간과 접촉 면적이 증가하기 때문에 높은 산소전달효율을 보인다. 미생물 성장계수 산출을 위해 산소섭취율을 측정한 결과 각각 3.465 , 9.03 으로 나타나 SMB 기포 적용시 산소전달계수의 증가가 미생물의 산소섭치율을 높여 미생물의 활성도를 높이는 것으로 판단된다. 또한 미생물의 생산계수 측정시 각각 0.605, 0.637로 나와 SMB 적용시 미생물의 생산계수가 높아지는 것을 알수 있었다. SMB 적용시 미생물의 산소섭취율이 향상되고, 미생물이 산소를 전자공여체로 활용하여 기질 섭취 및 기질을 이용한 세포합성도 또한 향상되는 것으로 보여진다. 반속도 상수()를 추정한 결과, GB가 16.72 mg/L, SMB가 6.71 mg/L가 나와 SMB 적용으로 미생물의 기질에 대한 친화력을 높여 기질에 대한 반응속도를 높이게 되고 미생물의 성장속도에 영향을 미치는 것으로 판단 할 수 있다. 또한 미생물이 사용하기 쉬운 산소의 형태로 공급하는 것으로 판단된다.