슬러지 벌킹: 폐수 처리 시설의 효율성을 저해하는 문제

활성 슬러지 공정에서 슬러지 벌킹(sludge bulking)은 종종 발생하는 문제입니다. 슬러지 벌킹은 슬러지의 침전 특성이 나빠지는 현상으로, 슬러지가 물에 잘 가라앉지 않고 부풀어 오르는 것을 말합니다.

이러한 현상은 폐수 처리 공정의 효율성을 저하시킬 수 있으며, 수질 악화 및 슬러지 배출 문제를 야기할 수 있습니다.

1. 슬러지 벌킹의 정의

슬러지 벌킹은 슬러지 용량지표(SVI)가 150ml/g 이상인 슬러지를 말하며 포기조 혼합액 1ml 내 사상체 길이의 합이 107um 이상이면 슬러지 침강이 불량하고 슬러지 농축이 일어나지 않는 것을 말합니다.

슬러지 용량 지표(SVI, Sludge Volume Index)는 폐수 처리 시설에서 슬러지의 침전 특성을 평가하는 데 사용되는 지표입니다. SVI는 슬러지의 밀도와 부피를 측정하여 슬러지의 침전 특성 및 처리 공정의 효율성을 판단합니다.

SVI는 다음과 같이 계산합니다:

SVI = 𝑉 / 𝑋​ * 1000

여기서:

• V는 30분 동안 침전된 슬러지의 부피(ml/L)입니다.
• X는 MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids), 즉 혼합액의 총 부유 고형물 농도(g/L)입니다.

SVI 값이 낮을수록 슬러지가 빠르게 침전되며, 슬러지의 밀도가 높다는 의미입니다. 반면에 SVI 값이 높을수록 슬러지가 천천히 침전되고 슬러지의 밀도가 낮다는 것을 의미합니다. SVI는 폐수 처리 시설의 슬러지 처리 및 운전 효율성을 평가하는 중요한 지표입니다.

2. 슬러지 벌킹의 원인

슬러지 벌킹은 여러 가지 원인에 의해 발생할 수 있습니다:

• 미생물 구성의 변화: 섬유질 세균(필라멘트성 세균)이 과도하게 성장하면 슬러지 벌킹이 발생할 수 있습니다.
• 영양소 불균형: 폐수 중 질소, 인 등의 영양소 공급이 불균형하면 미생물 군집의 균형이 깨져 벌킹 현상이 나타날 수 있습니다.
• 부유물의 과다 생산: 부유 고형물의 농도가 너무 높으면 슬러지의 침전 특성이 악화되어 벌킹이 발생할 수 있습니다.
• 산소 부족: 활성 슬러지 공정에서 산소 공급이 부족하면 미생물의 활동이 감소하여 벌킹 현상이 일어날 수 있습니다.
• 그 외 다음과 같은 경우에 슬러지 벌킹이 일어날 수 있습니다.
• 유기물부하가 갑자기 높아졌을 때 또는 유기물 고부하가 계속될 때
• 폐수원수가 부패되었을 때
• 유지 함유량이 높은 폐수일 때
• 유량이나 수질이 크게 변동할 때
• 질소, 인이 적정하지 않을 때
• 폭기량이 불충분하거나, 용존산소가 부족할 때
• MLSS가 과다할 때
• 침전지 슬러지 반송경로에 슬러지가 오래 체류하여 혐기성 상태가 되었을 때
• 염류가 크게 변동될 때
• 유기성 폐수중 무기질이 적을 때
• 환절기 수온 변화가 클 경우
• 낮은 유기물 부하일 때

슬러지 벌킹으로 인한 거품이 일어나는 현상은 사상체에 의해 발생합니다.

• Nocardia spp. : 거품문제에서 가장 흔히 나타나는 사상체로서 방선균에 속합니다. 다량으로 증식할 경우 매우 심한 거품과 스컴을 발생시킵니다.
• Micro thrix parvicella : 거품문제를 종종 일으킵니다.
• Type 1863 : 활성슬러지에서 드물게 거품을 발생시킵니다.

노카디아( Nocardia)는 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다:

• 모양: 노카르디아는 필라멘트 형태(사상체)의 세균이며, 분지 구조를 형성합니다.
• 슬러지 벌킹 및 거품 형성: 노카르디아 사상체는 활성 슬러지 공정에서 섬유질 구조를 형성하며, 이는 슬러지 벌킹을 유발할 수 있습니다. 또한 거품을 형성하여 수면에 부유하는 현상을 일으킬 수 있습니다. 이로 인해 처리 공정의 효율이 저하될 수 있습니다.
• 슬러지 침전 특성 악화: 노카르디아의 필라멘트 구조는 슬러지의 침전 특성을 악화시킬 수 있습니다. 슬러지의 부피가 커지고 밀도가 낮아져 침전지에서 슬러지가 원활하게 침전되지 않을 수 있습니다.
• 미생물 군집의 균형 파괴: 노카르디아 사상체의 과도한 증식은 활성 슬러지 공정에서 미생물 군집의 균형을 파괴할 수 있습니다. 이로 인해 공정의 안정성이 저하될 수 있습니다.
• 필터 막 차단: 노카르디아 사상체가 필터 막에 쌓여 막 여과 공정의 효율을 떨어뜨릴 수 있습니다. 이는 막을 통한 폐수 처리 공정에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.

3. 슬러지 벌킹의 영향

슬러지 벌킹은 폐수 처리 시설의 운영에 다양한 부정적인 영향을 줄 수 있습니다:

• 처리 공정의 비효율성: 슬러지가 침전하지 않고 부유 상태로 남아 있으면 처리 공정이 비효율적으로 작동합니다.
• 슬러지 배출 문제: 벌킹 된 슬러지는 처리 후에도 부피가 크고 침전하지 않기 때문에 슬러지 배출 문제를 일으킬 수 있습니다.
• 수질 악화: 슬러지 벌킹은 수질 처리 과정에 영향을 주어 처리 수질의 악화를 초래할 수 있습니다.

4. 슬러지 벌킹 해결책

슬러지 벌킹을 방지하거나 해결하기 위해서는 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다:

1. 미생물 군집 조절: 섬유질 세균의 과도한 성장을 억제하기 위해 미생물 군집을 조절합니다.
2. 영양소 균형 유지: 폐수 중 질소, 인 등의 영양소를 균형 있게 공급하여 미생물 군집의 균형을 유지합니다.
3. 침전지 관리: 침전지의 운영을 최적화하여 슬러지가 원활하게 침전되도록 합니다.
4. 산소 공급 개선: 산소 공급을 적절하게 유지하여 미생물의 활력을 높이고 슬러지 벌킹을 방지합니다.
5. 물리적 제거 : 거품을 선택적으로 제거하고, 감압으로 농축된 검품을 최대한 빨아내어 제거합니다. 또한 포기조 수면에 염소처리를 합니다.

슬러지 벌킹은 폐수 처리 시설의 운영에 큰 도전이 될 수 있습니다. 그러나 적절한 조치와 관리로 이 문제를 해결하고 폐수 처리 공정의 효율성을 높일 수 있습니다.