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유기물·질소·인 부하 경감 및 악취 제거 장치
에프비(EFBB) 장치
- 목적 : 유기물・질소・인 부하 경감 및 악취 제거 장치 (ONPLROE)
- 역할 : 하・폐수처리시설의 전처리장치 (PDiSW)
- 방법 : 활성 바실러스균 망상형 접촉장치 (RABC)
- 기능 : 포자형성균 우점화 배양 장치 (EFBB)
에프비(EFBB) 장치는 두께 50mm, 직경 1,000mm 또는 2,000mm의 망상 모양의 접촉체 여러 매수를 회전시켜 하・폐수와 접촉시킴으로써 거기에 고착된 미생물들이 유기물・질소・인의 부하를 경감하고 악취를 제거할 목적으로 사용합니다.
혐기조・무산소조・폭기조 등 각종 반응조의 전단에 설치함으로써 유기물・질소・인의 부하를 크게 줄일 수 있어 후단의 해당 반응조들이 작아지고, 우점화된 바실러스균이 악취 원인 물질(암모니아, 황화수소, 메르캅탄 등)을 직접 섭취해 질화함으로써 처리계통 전체의 악취를 제거합니다. 또한 폭기조에 필요한 공기량이 줄어들어 소비전력량도 크게 절감할 수 있습니다.
잉여 슬러지도 생물막법이기 때문에 기존 방식에 비해 크게 줄어듭니다 (유입 고형물 농도에 따라 상이).
장치의 접촉체는 사란 랩과 같은 재질의 염화비닐리덴계 섬유를 컬링하여 수세미 모양으로 가공한 것으로 제품명은 사란 락(Saran Lock)이라고 합니다 (가공 특허 취득). 두께는 50mm로 부채꼴로 가공한 소재 6장을 조합하여 1,000mm 또는 2,000mm의 원반체를 형성하고 있습니다. 그 소재를 12매~30매로 조합하여 유닛으로 만든 것이 에프비(EFBB) 장치입니다.
내부 접촉체 (30매)
완성 사진
유닛의 수위는 원반체가 40% 정도 침지되도록 설계돼 있어 측면으로부터 원수가 유입되어 대각선상의 측면으로부터 처리수가 오버플로로 유출되는 동안 접촉체에 부착된 미생물군이 원수 중의 유기물(BOD 등)을 60~70% 정도 분해 제거하고 질소를 40~50% 정도 섭취 제거하는 장치입니다. 미생물에 대한 산소 공급은 통상 블로워의 송풍에 의해 강제적으로 이루어지나 에프비(EFBB) 장치는 접촉체를 저속으로 회전시킴으로써 대기 중 산소를 유입시키므로 효율적인 처리가 이루어집니다.
미생물은 항상 증식을 계속하기 때문에 접촉체에 과도하게 부착되어 막히기 때문에 이를 방지하기 위해 장치 하부에 설치된 PVC 배관을 통해 상시 에어를 보냄으로써 슬러지를 박리시켜 미생물의 부착상태를 일정하게 유지하여 처리능력의 변동이 없도록 하고 있습니다.
과잉 부착
양호
베어링(필로우 블록)의 그리스 보충을 한 달에 한 번, 슬러지 부착 상태를 점검용 창을 통해 매일 육안으로 확인하는 것 두 가지만으로 번잡한 관리가 필요하지 않습니다. 슬러지 부착량 조절은 박리용 에어밸브 조절만으로 매일 할 필요가 없습니다.
내구연한은 약 10년 정도로 내부 접촉체가 부분적으로 파손된 경우에는 교체가 가능하므로 수조에 구멍이 날 때까지는 10년 이상 사용하는 경우가 많습니다. 메인 샤프트도 수십 년 전보다 개선을 거듭하여 강도를 높였기 때문에 부러질 염려가 없습니다.
접촉체 교환중
접촉체 교환후
| 기종명 | 접촉체 치수(mm) | 매수 | 표면적 | 접촉체 용적 | 자기 중량 | 운전 중량(t) | 외형 치수(LxWxH) (mm) | 교반 공기량 | 동력 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| EFBB-1012 | Φ1000×50t | 12 | 75m² | 1.1m³ | 0.6 | 2.5 | 2051x 1330x 1515 | 0.4m³/min | 200V×0.4kw |
| EFBB-1024 | Φ1000×50t | 24 | 150m² | 1.9m³ | 1.1t | 3.8t | 3191x 1330x 1515 | 0.6m³/min | 200V×0.4kw |
| EFBB-2012 | Φ2000×50t | 12 | 300m² | 3.5m³ | 2.5t | 7.2t | 2372x 2400x 2500 | 0.7m³/min | 200V×0.75kw |
| EFBB-2024 | Φ2000×50t | 24 | 600m² | 6.4m³ | 3.5t | 13.1t | 3628x 2400x 2500 | 0.8m³/min | 200V×1.5kw |
| EFBB-2030 | Φ2000×50t | 30 | 750m² | 7.8m³ | 3.7t | 15.3t | 4228x 2400x 2500 | 1.0m³/min | 200V×2.2kw |
| 기종명 | 유입 BOD 부하량 | 설계 제거율 | 장치설치 스페이스 | 폭기조로 환산하면 | 폭기조 설치 스페이스 | 이니셜 코스트 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| EFBB-1012 | 30kg・BOD/d or less | 60% | Approx. 4m² | Approx. 40m³ Equivalent | Approx. 10m² Equivalent | Less than half (including construction cost) |
| EFBB-1024 | 60kg・BOD/d or less | 60% | Approx. 5m² | Approx. 80m³ Equivalent | Approx. 20m² Equivalent | Less than half (including construction cost) |
| EFBB-2012 | 120kg・BOD/d or less | 60% | Approx. 7m² | Approx. 160m³ | Approx. 40m² | Less than half (including construction cost) |
| EFBB-2024 | 240kg・BOD/d or less | 60% | Approx. 9m² | Approx. 320m³ | Approx. 80m² | Less than half (including construction cost) |
| EFBB-2030 | 300kg・BOD/d or less | 60% | Approx. 11m² | Approx. 400m³ | Approx. 100m² | Less than half (including construction cost) |
에프비(EFBB) 장치는 생물막 방식이기 때문에 접촉체에 다양한 종류의 미생물군이 서식하고 있습니다. 부유식 폭기조에 비해 수십 배 종류의 미생물군이 존재하기 때문에 미생물의 포식작용이 촉진되어 잉여 슬러지가 감소합니다. 이는 살수여상법, 유동상 담체공정, 허니콤 튜브 등 다른 생물막 방식에서도 유사한 효과를 기대할 수 있습니다. 다른 방식으로 잉여 슬러지를 가성소다나 오존으로 용해시켜 미생물이 먹게 하는 등의 기술도 있지만 폭기조에 부하가 걸리거나 처리수 COD 농도가 상승하는 등 문제점이 많아 용량을 줄이는 것은 가능하지만 제로화할 수는 없습니다. 당사는 타기업과 협력하여 잉여 슬러지를 농지에 환원하는 등 효과적인 활용을 위해 노력하고 있습니다.
오염물질 주요 처리 메커니즘은 기존 생물학적 처리공정의 산화 방식 등의 제거 기작이 아닌 바실러스 종 혼합균이 직접 섭취함으로써 유기물 및 질소, 인을 제거하는 방식입니다.
유기물의 처리
유기물의 제거는 포자형성균 우점화 배양장치인 에프비(EFBB) 장치에서 바실러스 종 혼합균을 접촉체에 부착시킨 뒤 회전을 통해 부착된 바실러스 종 혼합균과 유입되는 하・폐수를 고르게 접촉시킴으로써 유입수 중 함유된 유기물을 직접 섭취하여 제거합니다. 바실러스 종 혼합균은 증식과정에서 강력한 가수분해 효소인 카탈라아제와 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제를 생산해내어 다당류, 단백질, 지질 등 분해하기 어려운 물질을 미생물이 섭취하기 쉬운 상태로 분해함으로써 하・폐수 내의 고농도의 유기물 및 난분해성 유기물의 처리가 가능합니다.
질소의 처리
질소의 제거는 DO 농도를 1.0mg/ℓ 이하로 낮게 유지시켜 질소원이 질산화가 이루어지지 않은 상태 즉 암모니아, 암모늄염 및 아민기 상태에서 바실러스 종 혼합균이 직접 섭취하여 제거하는 원리로서 기존 생물학적 처리공정의 질산화를 통한 탈질을 유도하여 제거하는 기작과는 차별화됩니다. 바실러스 종 혼합균 중 바실러스 리체니포르미스, 바실러스 파스티도수스, 바실러스 파스퇴르 등은 요소, 퓨린(Furine) 및 암모늄을 섭취・분해해 질소원 및 에너지원으로 이용하여 성장합니다.
높은 생물 부하 농도로 운전되는 EFBB시스템은 활성 슬러지 시스템에서 볼 수 있는 기존의 질소 제거 공정, 즉 질산화-탈질화 공정 및 바이오매스 동화로 설명할 수 없는 양의 질소를 폐수에서 제거합니다.
현재까지 미생물학적 질소 전환의 네 가지 모델 메커니즘이 보고되었습니다 :
- 1) 호기성 독립영양균 질산화 → 혐기성 종속영양균 탈질화 (통상의 방식)
- 2) 호기성 독립영양균 질산화 → 혐기성 독립영양균 탈질화
- 3) 호기성 종속영양균 질산화 → 혐기성 종속영양균 탈질화 (BOD/N>5)
- 4) 호기성 독립영양균 아질산화 → 혐기성 암모니아 이용균 탈질화 (BOD/N<비교적 적음)
EFBB시스템의 질소 제거 모델은 위에서 언급한 네 가지 모델 메커니즘이 모두 조합된 것입니다. 각 모델의 가중치는 폐수 처리장으로 유입되는 유입수의 특성에 따라 달라집니다. EFBB장치 접촉체내의 외부 표면 생물막은 대기중으로부터 고농도의 DO를 섭취하고 유기물을 쉽게 흡수 분해할 수 있으며 활성화된 슬러지 생물막과 효과적으로 유사합니다. 특히 생활하수 처리와 같이 낮은 기질 부하로 작동하는 경우 1)의 기존 질소 제거 메커니즘과, 부분적으로 2)의 바이오필름의 무산소 영역에서의 혐기성 호흡 메커니즘에 기인합니다. 유기물 농도가 질소를 크게 초과하는 경우에는 3)의 메커니즘이 질소 제거 측면에서 더 큰 가중치를 가지게 됩니다. 메커니즘 4)의 경우 매립지의 침출수와 같이 C/N 비율이 낮은 경우 아나목스(ANNAMOX) 모델이 중요한 질소 제거 측면으로 작용합니다.
| 침출수 | BOD5 | TN | NH4-N | NO2-N | NO3-N | 알칼리도 |
| 유입수 | 4,211 | 1,527 | 1,380 | 0.5 | 1.6 | 6,994 |
| 유출수 | 32 | 152 | 47 | 4.6 | 88.7 | 1,036 |
| 제거(%) | 99% | 90% | 97% | - | - | 85% |
활성 슬러지 시스템에서와 마찬가지로 높은 질소 제거율을 얻으려면 많은 내부 재활용 유량이 필요합니다.
인의 처리
인의 제거는 미생물이 가장 섭취하기 좋은 조건인 DO 농도 0.5mg/ℓ 정도로 유지시켜 고농도로 유지되는 바실러스 종 혼합균에 의해 섭취 제거하는 원리로서 기존 생물학적 처리공정의 혐기상태에서의 인의 방출 및 호기상태에서의 인의 과잉섭취를 거쳐 제거하는 기작과는 차별화됩니다. 바실러스 혼합균의 세포벽에는 많은 양의 테이코산이 포함되어 인산기로 연결된 글리세롤이나 리비톨이 존재하기 때문에 인 섭취량이 그람음성균에 비해 훨씬 많습니다. 생물학적 인 섭취는 용존산소 농도 0.1mg/ℓ(ORP 80mV 정도)에서 poly-P 합성이 시작되면서 0.5mg/ℓ(ORP 200mV 정도)에서 인 섭취가 최대가 됩니다. 이 경우 질산화가 이루어지지 않는 암모늄염 상태에서 Bacillus spp.의 최적 성장조건이 용존산소 0.1mg/ℓ에서 1.0mg/ℓ 이하이기 때문에 인 제거율의 최대치를 이끌어 낼 수 있습니다. 또한, 인은 세포구성물질을 C50H87O23N12P 라고 가정할 때 1kg의 세포를 합성하는데 0.025kg의 인이 필요하며, 탄소 50%, 산소 20%, 질소 14%, 인 3%를 차지하는데, 핵의 총질량의 35%를 차지하고 있어 단백질과 RNA 등의 구성물질이 되어 있습니다. 그리고, 인은 ATP, 핵산과 조효소 NAD, NADP와 flavin의 구성성분의 하나입니다. 균의 농도가 높으면 높을수록 인 제거 효율은 높아집니다.