[F/M비, SRT]
기출 유형
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1. F/M비과 SRT의 관계
2. BOD 용적부하
3. M(MLSS) 과 F(유기물)과의 관계
4. Monod식
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○기출문제
-포기조의BOD용적부하와F/M비
-정상상태를 가정하여 완전혼합 반응조(CFSTR)에서의 기질제거율E와 F/M비의 관계를 식으로 유도하고 그 결과를 그림으로 제시하시오
-SRT와 F/M비와의 관계
-미생물의 성장에서 증식과정, 미생물의 성장과 F/M비
-생물반응조내 물질수지를 통해 고형물 체류시간(SRT : Solid Retention Time) 관계식을 구하고, SRT를 길게 할 때와 짧게 운전할 때 나타나는 반응조 현상에 대해 상세히 설명하시오.
-ASRT(Aerobic-SRT)
-MLSS,MLVSS,SRT, HRT에 대한 각각의 정의
-HRT와MCRT
미생물의 성장에서 증식과정, 미생물의 성장과 F/M비
○미생물의 성장과정
미생물의 성장은 여러 인자조건에 의해 정해지는데 일반적으로 하폐수에서는 유입수의 영양물질, 유기물질등의 의해 서식조건이 조성된다.
여러 조건에 따라 미생물은 구조 및 크기가 증가하면서 세포분열을 일으키고 세포수가 늘어나는 증식을 하게된다.
미생물은 보통 이분법(Binary fission)에 의해 증식되며 이분법은 하나의 모세포에서 두개의 세포로 등분되는것을 뜻한다.
○ 성장과정
1) 대수성장단계
미생물을 새로운 환경에 적응하기위한 잠복기를 거쳐 대수성장기에 돌입하게 되는데 대수성장기에서의 미생물은 신진대사율이 가장 높고 활발하게 증식한다.
유기물 제거율을 가장 높게하기 위한 성장 단계로 BOD제거율과 침강성이 안좋다.
2) 감소성장단계
대수성장을 마친 미생물이 안정기에 들어가는 단계로 대수성장한 미생물이 소비할 영양분이 부족하여 점차 번식률이 감소하는 단계로 Floc의 형성 시작, 침전성의 양호, BOD제거효율 증가등 수처리에 이용되는 단계이다.
3) 내생성장단계
먹이가 부족해진 미생물은 서로 경쟁하며 점차 자산화에 돌입한다. 자산화가 진행된 미생물들은 Floc이 가벼워지며 Pin-ploc이 발생된다. 미생물의 분해는 더이상 일어나지 않는 최종단계로 BOD제거율이 가장 높고 침강성이 좋다.
○ 미생물의 성장과 F/M비
1) F/M (Food/Microorganism Ratio)비란 반응조내의 유기영양물과 미생물량의 비를 나타낸것으로 미생물 대비 먹이의 양이라는 뜻으로 사용되며 F/M비가 높을수록 대수성장단계를 나타낸다.
2) F/M비 계산식
*적정 F/M비 : 0.2~0.4kg BOD/kg MLSS 일
○F/M비에 따른 특성
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F/M비 높을때
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F/M비 낮을때
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대수성장단계
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내생성장단계
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신진대사율 최고단계
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신진대사율 감소단계
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Floc의 응집성,침강성이 안좋다
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Floc의 응집성,침강성이 좋다
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BOD 제거율이 낮다
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BOD 제거율이 높다
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구분
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특징
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제거효율
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침강성
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대수성장단계
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신진대사율 높음, 분산성장 단계
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낮음
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안좋음
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감소성장단계
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번식률 감소, Floc형성 (수처리 이용)
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좋음
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좋음
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내생성장단계
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신진대사율 감소(자산화), Pin floc 발생
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낮음
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안좋음
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○포기조의 BOD 용적부하와 F/M비
- BOD용적부하
BOD용적부하란 포기조내의 유입 BOD량을 나타낸것으로 BOD용적부하와 BOD-SS부하로 분류된다.
BOD용적부하는 포기조당 1일 BOD유입량을 뜻하며 다음의 식으로 나타낸다.
BOD용적부하(kgBOD/M3 day) = BOD농도(kg/m3)x유입수량(m3/d) / 포기조용적(m3)
출처 네이버지식백과
BOD-SS는 F/M비 라고도 하며 포기조 내 슬러지 1kg당 1일 BOD부하량을 뜻하며 다음의 식으로 나타낸다.
BOD-SS부하(kgBOD/kg MLSS day) = BOD농도(kg/m3) x 유입수량(m3/d) / MLSS농도(kg/m3) x 포기조용적(m3)
출처 네이버지식백과
BOD용적부하와 BOD-SS의 관계는 Lv = Ls x Ca다
Lv : BOD용적부하
Ls : BOD-SS부하
Ca : 포기조 내 MLSS 농도
○ F/M비
F/M란 Food/Microorganism 의 약어로 미생물과 먹이의 비율을 뜻한다.
F/M비는 다음과 같은 식으로 나타낸다.
F/M비 = Q x So / V x X
Q : 유입유량(m3/d)
So : 유입 BOD농도 (mg/L)
V : 반응조 용량(m3)
X : MLSS농도(mg/L)
위 식으로 구해진 F/M비는 표준오니활성법 기준으로 보통 0.1~0.4kg BOD/kg MLSS day 내에서 운전이 된다.
출처 네이버지식백과
F/M비가 높을때 : 먹이에 비해 미생물의 농도가 낮은 상태로 먹이가 충분하여 최대로 번식하는 대수성장기에 접어 들며 신진대사율도 최고가 된다. 단, 침강성이 나쁘고 BOD제거효율이 감소한다.
F/M비가 낮을때 : 미생물에 비해 먹이가 부족한 상태로 서로 경쟁하며 자산화를 하게 되며 신진대사율도 감소한다.
단, 응집성이 좋아 침전이 잘되고 BOD제거효율이 증가한다.
활성오니법에서 미생물은 유기영양물을 섭취하여 성장하게 되는데 다음과 같은 과정을 거치게 된다.
1) 대수성장단계 : 신진대사율이 최대인 단계로 침강성이 불량하고 BOD처리효율이 낮은 단계
2) 감소성장단계 : 성장이 끝난 단계로 증식이 감소되고 신진대사율이 감소, 침강성이 좋고 BOD제거효율 높음
3) 내생성장단계 : 성장이 끝나 자산화가 진행되는 단계로 pin-floc발생, 침강성이 좋고 BOD 제거효율 높음.
○SRT
- 개요
고형물체류시간 SRT란 생물반응조내 고형 물질의 체류시간을 뜻하며 일반적으로 하폐수처리장에서 미생물이 생물반응조에 체류하는 시간을 뜻한다.
SRT는 슬러지일령(Sludge age)으로도 불리는데 포기조 내 고형물질인 MLSS의 양을 폐기 및 배출되는 고형물질의 양으로 나눈값이다.
SRT는 반응조 유입수질을 가정하여 각각의 활성슬러지법의 경험적인 HRT, MLSS 농도를 설정하여 구할수 있다.
출처 네이버 지식백과
2. SRT 식
3. SRT 운전시간에 따른 변화
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SRT 길때
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SRT 짧을때
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질산화 O
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질산화 X
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슬러지 발생량 적음
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슬러지 발생량 많음
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DO소비량 많음
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DO소비량 적음
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F/M비 감소
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F/M비 증가
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미생물의 완전성장으로 방류수질 향상
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미생물 성장부족으로 방류수질 저하
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폭기조내에 미생물 다양성 증가
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질소 제거효율 감소
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난분해성 유기물 제거효율 증가
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거품 및 스컴 발생
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슬러지의 자산화 발생
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4. SRT 활용
1)슬러지의 반송량과 폐기량을 조절을 통해 슬러지의 체류시간을 결정하며,
이에 따라 특성 미생물을 우점종으로 증식 가능하다.
2) 질산화 : 질산화미생물은 비증식 속도가 느리므로 SRT를 길게함 (11~14일)
3) 인제거 : 인제거 미생물의 인의 재용출 우려로 SRT를 짧게함 (3~6일)
4) 잉여슬러지 예측 : SRT가 길어질수록 슬러지 자산화로 슬러지 감소
5) 슬러지반송비 결정
5. SRT 설계기준
표준활성슬러지법 : 3~6일
혐기성소화 : 중온 : 20일 / 고온 : 15일
MLE, A2O : 11일~14일
산화구법 : 8~50일
장기폭기법 : 13~50일
MLSS,MLVSS,SRT, HRT에 대한 각각의 정의
- MLSS
MLSS란 Mixed liquer suspended soild의 약자로 생물반응조내에 혼합액의 부유물 농도를 뜻하며 mg/L로 나타낸다. MLSS는 보통 생물처리에서 미생물의 농도, F/M산정, SRT조절등의 지표로 활용되며 표준활성오니법에 경우 3000mg/L 내외로 운전된다.
MLSS는 미생물의 직접적인 농도를 나타내는 MLVSS와의 비율이 중요하며 유입수의 농도, C/N비, 미생물의 상태, F/M비, SRT등 여러 인자에 따라 MLVSS/MLSS 비율도 변화한다.
MLSS 농도가 너무 높을 시 F/M의 저하로 미생물의 활동저하, 자산화, DO감소등의 문제점이 있고
MLSS 농도가 너무 낮을 시 수질처리 효율 감소, DO상승, F/M의 고부하등의 문제가 있다.
○ MLSS(mg/L) = Ma + Me + Mi + Mii
Ma : 포기조내의 살아 있는 미생물농도(mg/L VSS)
Me : 내생호흡상태의 미생물(mg/L VSS)
Mi : 미생물에 의해서 분해되지 않은 유기성 SS(mg/L VSS)
Mii : 무기성 SS(mg/L) -> FSS
2. MLVSS
MLVSS란 Mixed liquor volatile suspended soild의 약자로 MLSS내 휘발성 유기물의 농도를 나타낸다.
보통 MLSS중 80%정도를 차지한다.
MLSS와의 가장 큰 차이점은 MLFSS의 유무이다, MLSS내에는 비휘발성 유기물인 MLFSS도 포함되어 있어 실질적인 휘발성 유기물의 농도를 구할때 사용하며 즉, 실질적으로 미생물의 농도를 나타내는 값으로 MLVSS = MLSS - MLFSS로도 나타낼수 있다.
○MLVSS(mg/L) = Ma + Me + Mi
Ma : 포기조내의 살아 있는 미생물농도(mg/L VSS)
Me : 내생호흡상태의 미생물(mg/L VSS)
Mi : 미생물에 의해서 분해되지 않은 유기성 SS(mg/L VSS)
Monod
1. 개요
1) 미생물의 비증식 속도와 기질 농도간의 관계를 수리학적으로 나타낸 식
2) 기질농도에 관계없이 비증식속도 최대치 이후 성장 종료
