[A/O, A2O]

[A/O]

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○기출문제

-A/O공법과 A2O공법의 처리 개요 장단점 차이점 설명

-하·폐수처리장 에너지 자립화를 향상시키기 위한 기법 및 장치가 많이 도입되고 있는 추세인데, A2O(Anaerobic-Anoxic-Oxic)로 운영되는 생물반응조내에서의 운영비저감 기법과 장치에 대하여 설명하시오

-A2O로 운전되는 하수처리장의 방류수 총인 농도를 0.05mg/L 이하로 처리하고자 할때 그 처리방안을 설명하시오

-A/O 공법과A2O 공법에 대하여 설명하시오.

-A2/O의 개요ㆍ공정도 및각 공정에서의미생물역할

-A/O공법 및 A2/O공법에 대하여 다음 사항을 설명하시오.

1) 각 공법의 원리 및 특징

2) 각 공법의 설계인자 및 장·단점

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*TIP

1) 생물학적 인제거 공법 중 가장 대표적인 AO, A2O공법은 외부반송 슬러지내 결합산소로 인해 인방출이 저해된다는 문제점이 있으며 이를 보완한 공법 > UCT, MUCT, VIP등이 있음

2) TP 방류수 수질기준 강화로 생물학적 인제거 공법만으로는 기준치 이내 달성이 어려워 추가적으로 화학적 인제거 필요

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A/O 공법

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1. A/O 공법의 개요

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미국에서 개발된 A/O 공법은 인 제거를 주된 목적으로 개발된 프로세스로 하 폐수 처리 공법의 가장 기본적이고 대표적으로 사용되는 공법중 하나이다.

대부분 공정의 기초가 되는 활성슬러지 공법에서 개량된 것으로 호기조 전단에 혐기조가 추가가 된 형태이다.

혐기성조에는 침전지에서 반송되는 슬러지와 유입되는 하폐수가 혼합되어 미생물에 의해 흡수 분해가 일어나게되고 에너지를 얻기위해 ATP → ADP로 되면서 PO4-P를 방출한다.

인이 방출되면 다음 단계인 폭기조에서 BOD를 대사함과 동시에 인의 물질대사에 필요한량 이상으로 급격한 흡수가 일어난다. 이때 인의 방출량의 3~4배 가량의 인을 흡수하는데 이런 현상을 Luxury uptake 즉 과잉흡수라고 한다.

인의 경우 질소처럼 기체로 날려 처리할수 없으므로 응집 침전과 같은 일련의 과정으로 제거되는데

이 과정에서 슬러지(Sludge)가 발생하게 되며 공정의 부산물로 폐기물 처리 또는 재활용 되기도 한다.

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2. A/O공법의 구성

혐기성조 - 폭기조 - 침전조

A/O 공법은 혐기조-폭기조로 구성되어 있으며 각 반응조 별 역할은 다음과 같다.

혐기성조(Anacrobic) : 인(P)의 방출이 일어나며 유기물이 제거되는 구간

- 폭기조(Aerobic) : 인(P)의 과잉섭취가 일어나는 구간

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A/O 공법

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인 제거 반응조 내의 환경이 혐기상태와 호기상태가 반복되면, Poly-P 미생물의 활동은 평소에 비해 상대적으로 활발해지고 이에 따라 인의 섭취량이 증가하게 되며, 인 함량 이 높은 미생물을 슬러지로 제거함으로써 인 제거효율을 높이는 것이 생물학적 인 제거기술의 원리이다

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3. A/O 공법의 특징

1) 혐기조와 폭기조로 구성되어 있다.

2) 생물학적 원리를 이용하여 인제거를 주된 목적으로 하고 있다.

3) 인을 제거한 슬러지는 침전조에서 다시 한번 반송되어 재처리 되므로 인 제거율이 높다.

4) 수온이 낮을때 효율이 떨어진다.

5) HRT가 짧을수록 제거 효율이 좋다.

6) 높은 BOD/TP 비가 요구된다.

7) 인발된 슬러지는 인 함유량이 높아 (3~5%) 비료료 재활용의 가치가 있다.

8) 사상 미생물에 의한 슬러지 벌킹 억제효과가 있다.

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A2/O공법

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1. A2/O의 개요

A2/O는 활성슬러지 공법의 가장 대표적이고 기본적인 A/O공법을 개량하여 만든 공법으로 인 제거와 질소제거를 동시에 할수있는 인 질소 제거 생물학 공법이다.

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A2/O는 명칭에 따라 혐기조(Anaerobic Tank), 무산소조(Anoxic Tank), 포기조(Aerobic Tank)로 구성되어 있으며 혐기조와 폭기조에서 인의 섭취와 방출을 통해 인을 제거하고 무산소조와 폭기조에서 탈질과 질산화를 통해 질소를 제거하는 원리이다.

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2. A2/O의 공정도

 

A2O공정

-혐기성조(Anacrobic) : 인(P)의 방출이 일어나며 유기물이 제거되는 구간

- 호기성조(Aerobic) : 인(P)의 과잉흡수, BOD 잔여량 제거

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1) 혐기성조

혐기성조에서는 유입된 유기물이 침전조에서 반송된 슬러지와 혼합되어 인의 방출이 시작되고 폭기조에서 인이 과잉섭취가 일어난다. 침전조에서는 인의 방출과 섭취를 반복하며 인이 함유된 슬러지를 침전시켜 인발을 통해 제거한다.

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우천시 유입수의 BOD 농도가 저하되어 무산소조의 탈질에 필요한 수소공여체가 충분히 공급되지

못할 경우에는, 수소공여체로서 메탄올 등의 추가가 필요하다. 메탄올 1g당 BOD 1g에 해당한다. 기타,

유입수 중에 유기물농도를 확보하는 방법으로는 최초침전지 바이패스 수로를 설계하거나, 최초침전지슬

러지를 반응조에 공급하는 등의 방법이 있다. 또한, 우천시로 인해 유입수의 BOD농도가 저하되는 경

우, 혐기조입구의 BOD/P의 비가 25 미만인 경우 혐기조 내에서 인방출에 필요한 수소공여체가 충분하

지 못하게 되므로, 수소공여체로서 유효한 아세트산 등을 주입한다. 주입점은 혐기조 입구부근에 주입

한다.

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2) 무산소조

폭기조에서 NH4^+, NH3-N > NO2 > NO3로 질산화가 끝난 질산성질소가 내부반송을 통해 무산조로 반송되고

무산소조에서는 DO가 0.2mg/L이하로 낮아 NO3를 전자수용체로 사용하여 NO3 > N2로 환원 및 탈질로 제거하게 된다.

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3)폭기조

폭기조에서는 NH4^+, NH3-N의 NO2,NO3로 질산화 및 인의 과잉흡수가 일어난다.

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인을 안정적으로 제거하기 필요한 보완설비로서 응집제첨가설비 설치여부를 검토하여 필요한 경우 설치

하여야 한다. 응집제첨가를 위한 응집제 주입량 산정은 다음항목을 고려하여 정한다.

(1) 목표 처리수 총인 농도 달성에 필요한 목표 처리수 용해성 총인 농도를 산정한다.

(2) 응집제 첨가를 통한 인제거를 도입하는 경우 처리대상 용존성 총인 농도 대비 목표 처리수 용해성 총

인 농도 달성에 필요한 응집제 첨가 몰비를 실험을 통해 확인하여 적용한다.

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​응집제첨가활성슬러지법의 인제거기작은 3가금속이온이 하수중의 3가인산이온과 반응하여 난수용성

의 인산염을 생성하는 반응에 기초를 둔다.

M3+ +PO43- →MPO4↓

통상적으로 중성부근에서 침전물을 생성하는 알루미늄염이나 3가철염이 응집제로 사용된다. 이와 같

은 원리에 기초한 제거공정은 응집제와 하수와의 혼화, 플록형성 및 침전분리의 3가지 공정이 필요하

지만, 본법에서는 혼화 및 플록형성은 반응조내의 흐름에 따라 이루어지고 생물플록과 합쳐진 플록을

형성하며 이것이 이차침전지에서 침전분리된다. 본법에 적용 가능한 응집제로서는 황산알루미늄, 폴리

염화알루미늄(PAC), 염화제이철, 황산제일철 등이 있다.

본법의 기본적인 처리계통은 [그림 4.7.9]와 같다.

 

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3. 각 공정에서 미생물의 역할

1) 혐기조 : 혐기성조에서의 유기물은 생분해화되고 인 제거 미생물 (PAOs)은 유기물을 섭취하는 과정에서 인이 방출된다. (PAOs 계에서도 주로 Acinetobacter 미생물 이용)

2) 무산소조 : 무산소조에서는 폭기조에서 질산화가 끝난 NO3가 반송되어 무산소조에서 탈질 미생물 (Pseudomonas, Micrococcus, Acromobacter)등에 의해 NO3 > N2로 탈질 작용이 일어난다.

3) 폭기조 :

인 : 혐기성조에서 유기물을 섭취하며 인을 방출한 미생물들이 혐기성조와 전혀 다른 분위기에서 환경적 긴장(Stress)로 BOD의 제거와 인의 과잉 섭취가 일어난다.

* 혐기조가 가장 앞에 있는 이유

미생물의 경쟁우위 순서는 유기물 제거 미생물 > 질소 제거 미생물 > 인 제거 미생물으로 가장 순위가 낮은 인 제거 미생물을 앞에 둔다.

질소 : 폭기조에서는 NH4의 산화 작용이 일어나 NO2,NO3로 산화 된다.

1단계 : NH4+ + 1.5O2 > NO2^- + 2H^+ + HO2 (Nitro somonas)

2단계 : NO2^- + 0.5O2 > NO3^- (Nitro bactor)

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4. A2/O공법의 특징

1) 혐기성조 - 무산소조 - 폭기조로 구성되어 있다.

2) 탈질, 탈인이 동시에 가능하다.

3) 온도에 영향을 많이 받는 공법으로 겨울철 효율이 떨어진다.

4) 인발된 슬러지의 인 함유량이 높아 (3~5%) 비료로 재활용의 가치가 있다.

5) 높은 C/N 비가 요구된다.

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5. 장 단점

구분	A/O	A2/O
장점	1) 인발된 슬러지의 인 함유량이 높아 (3~5%) 비료로 재활용의 가치가 있다. ​ 2) 인 제거효율이 높다 ​ 3. 반송 동력비 A2O대비 적음	1) 인발된 슬러지의 인 함유량이 높아 (3~5%) 비료로 재활용의 가치가 있다. ​ 2) 인, 질소 동시 제거가 가능하다. ​ 3) 기존 하수처리장 고도처리 개량시 적용 용이
단점	1) 높은 C/P 비가 요구된다. ​ 2) 인, 질소 동시 제거 불가	1) 높은 C/N 비가 요구되어 유입 유기물 농도가 낮은 우리나라 하수처리장에 부적합하여 필요시 외부탄소원 사용 2) 온도에 영향을 많이 받는 공법으로 겨울철 질소 제거효율이 떨어진다. ​ 3) 인, 질소 동시 제거가 가능하지만 서로 제거 기작의 차이로 적정운전이 필요하므로 고도의 운전 기술이 요구된다. ​ 4. 반송 동력비 증가

6. 차이점

구분	A/O	A2/O
반응조 구성	혐기조-폭기조	혐기조-무산소조-폭기조
제거대상	인	인, 질소
HRT,SRT	짧을수록 좋다	짧을수록 인 제거율이 높고 질소 제거효율이 낮아진다. 길수록 인 제거율이 낮고 질소 제거효율이 높아진다.

7. 설계인자

구분	AO	A2O
F/M(kgBOD/kgmlssㆍd)	0.2~0.7	0.1~0.3
MLSS(mg/L)	2,000~4,000	3,000~5,000
HRT(hr)	2~5 혐기조 : 0.5~1.5 호기조 : 1~3	5~8 혐기조 : 0.5~1.5 무산소조 : 1~3 호기조 : 4~8
SRT(d)	2~25	4~27
영양비	C/P비 20~40이상	C/N비 4이상
슬러지반송율(%)	외부 : 25~50	내부 : 200~300 외부 : 50~100

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dPAO(denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms)

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1.개요

dPAO(denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms)란 활성슬러지 공법에서 질소와 인을 동시에 제거할 수 있는 미생물로 인축적미생물인 PAOs중 최종전자수용체로서 산소와 질산성질소를 동시에 사용가능한 미생물이다.

국내 하수의 경우 유입되는 질소와 인의 농도가 유기물 농도가 낮아 부하가 발생한다.

dPAO는 무산소조에서 탈질과 인의 과잉섭취를 동시에 진행하고 낮은 유기물농도에서도 질소와 인 동시 제거가 가능해 외부탄소원이 필요없어 효과적이다.

2. 원리

1) 혐기상태

혐기성 대사의 산물인 VFA (Volatile fatty acids)가 생성되고 dPAO는 VFA를 PHB형태로 세포내에 축적시킨 후 인의 방출이 이루어진다.

이때 필요한 에너지는 생명체가 에너지를 얻는 방법인 ATP - ADP의 순환을 통해 얻는다.

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2) 무산소상태

PAO 미생물들이 NO3-N를 최종전자수용체로 이용하여 PHB 산화, 인의 과잉섭취, 탈질 반응이 일어난다.

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3) 호기성상태

dPAO가 O2를 최종 전자수용체로 이용하여 PHB산화, 질산화, 인 과잉섭취가 이루어 진다.

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제거원리 그래프

3. dPAO 특징

1) dPAO 미생물은 증식계수가 낮아 슬러지 발생량이 적다.

2) 혐기조에서 세포내 축적한 유기물을 탈질에 이용하므로 탈질효율이 높아지고 외부탄소원 사용량이 저감된다.

3) 호기성 조건에서 PHB산화를 위한 산소요구량을 절감할수 있다.

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