생물학적 처리는 미생물을 이용하여 폐수 속의 유기물을 분해하는 것으로, 주로 혐기성 생물학적 처리와 호기성 생물학적 처리로 나뉩니다.

무산소 생물학적 처리: 혐기성 생물학적 처리의 원리는 혐기성 미생물을 이용하여 산소가 없는 환경에서 유기물을 대사시켜 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂) 및 기타 중간 생성물로 전환하는 것입니다. 이 과정을 혐기성 소화라고 합니다.

호기성 생물학적 처리: 호기성 조건에서 미생물은 호흡을 통해 유기물을 이산화탄소와 물로 전환하는 동시에 암모니아성 질소 및 인과 같은 오염 물질을 제거합니다.

혐기성 처리 공정 중에는 다음 매개변수들을 모니터링해야 합니다:

pH

혐기성 미생물은 환경의 pH에 민감하며, 특히 산성 또는 알칼리성 조건에서는 대사 활동이 억제될 수 있습니다. 대부분의 혐기성 미생물에 대한 최적 pH 범위는 6.5~8.0입니다. pH를 모니터링하면 시스템이 적절한 환경 조건 내에 있는지 확인하는 데 도움이 되며, 과도한 산성화나 알칼리화를 방지할 수 있습니다.

용존산소(DO)

무산소 처리 과정에서는 무산소 미생물이 산소가 없는 환경에서 증식하므로 용존산소 농도가 0에 가까워야 합니다. 용존산소 농도가 너무 높으면 무산소 미생물의 활동이 억제될 수 있습니다. 무산소 환경을 유지하기 위해 일반적으로 산소 전극 방식(예: 용존산소 센서)을 사용하여 용존산소 농도를 모니터링합니다.

화학적 산소 요구량 (COD)

COD는 폐수 내 유기물 농도를 나타내는 중요한 지표입니다. 혐기성 처리의 목적은 미생물의 활동을 통해 유기물을 분해함으로써 폐수 내 COD를 저감하는 것입니다. COD를 정기적으로 모니터링하면 혐기성 처리 공정의 오염물질 제거 효율을 평가하고, 목표 처리 수준에 도달했는지 여부를 판단하는 데 도움이 됩니다.

총질소(TN) 및 암모니아성 질소(NH₃-N)

암모니아성 질소와 같은 질소 원료는 혐기성 처리 과정에서, 특히 혐기성 탈질 작용을 통해 질소를 제거할 수 있는 적절한 조건 하에서 분해될 수도 있습니다. 총질소 및 암모니아성 질소의 농도를 모니터링하면 질소 제거 효율을 평가하고, 부영양화를 유발할 수 있는 과도한 질소가 하류 수역으로 유입되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

온도

온도는 혐기성 미생물의 활성에 직접적인 영향을 미칩니다. 혐기성 소화 공정은 30~40°C의 온도 범위에서 가장 효율적으로 진행됩니다(중온 혐기성 소화). 온도가 너무 높거나 낮으면 반응 속도와 처리 효율에 영향을 미칠 수 있습니다. 온도를 최적 범위 내로 유지하는 것은 혐기성 공정의 원활한 운영에 매우 중요합니다.

KACISE의 수질 센서 거의 모두에 온도 센서가 장착되어 있습니다.

호기성 처리 과정 중에는 다음 매개변수들을 모니터링해야 합니다:

용존산소(DO)

용존산소는 호기성 미생물의 대사 활동에 필수적입니다. 미생물은 유기물을 분해하기 위한 호기성 호흡에 산소가 필요합니다. 용존산소 농도가 너무 낮으면 미생물 활동이 저하되어 처리 효율에 영향을 미칠 수 있습니다. 반면, 용존산소 농도가 너무 높으면 에너지가 낭비될 수 있습니다. 용존산소 농도는 일반적으로 DO 센서를 사용하여 실시간으로 모니터링하며, 적절한 범위(일반적으로 2~4 mg/L) 내에 유지되도록 관리합니다.

pH

pH는 미생물의 대사 활동과 유기물 분해 효율에 영향을 미칩니다. 호기성 미생물은 중성 또는 약알칼리성 환경에서 가장 활발하게 활동합니다. 극도로 산성이나 알칼리성인 조건은 미생물 활동을 저해할 뿐만 아니라 시스템 고장을 유발할 수도 있습니다. 따라서 정상적인 미생물 대사를 보장하기 위해 pH는 일반적으로 6.5~8.5 범위 내에서 유지됩니다.

화학적 산소 요구량 (COD)

화학적 산소 요구량(COD)은 폐수 내 유기물 농도를 나타내는 일반적인 지표입니다. COD 수치가 높을수록 물 속의 유기 오염 물질 농도가 높음을 의미합니다. 호기성 처리의 주된 목적은 이러한 유기 물질을 제거하고 COD를 낮추는 것입니다. 유입수 및 방류수의 COD 농도를 정기적으로 모니터링하면 호기성 처리의 효과를 평가하는 데 도움이 됩니다. 호기성 처리는 폐수의 COD를 현저히 감소시킬 수 있으며, 방류수의 COD는 일반적으로 규제 기준을 충족해야 합니다.

생화학적 산소 요구량 (BOD)

BOD는 물 속 유기물의 분해에 필요한 생물학적 산소 요구량을 나타냅니다. 이는 수질과 오염 수준을 평가하는 중요한 지표입니다. 호기성 처리 과정에서 미생물은 호기성 호흡을 통해 BOD에 포함된 유기물을 이산화탄소와 물로 분해합니다. BOD 수치를 정기적으로 측정하여 처리 시스템의 제거 효율을 평가합니다. 일반적으로 BOD5(5일 생화학적 산소 요구량)가 가장 흔히 모니터링되는 지표입니다.

암모니아성 질소 (NH₃-N)

암모니아성 질소는 폐수에서 흔히 발견되는 질소 오염물질입니다. 호기성 미생물은 질산화 과정을 통해 암모니아성 질소를 질산염으로 전환할 수 있습니다. 암모니아성 질소 농도가 너무 높으면 미생물 활동을 저해하고 처리 효율에 영향을 미칠 수 있습니다. 암모니아성 질소 농도를 모니터링하면 시스템에서 이를 효과적으로 제거하여 환경으로의 2차 오염을 방지할 수 있습니다.

총질소(TN)

총질소에는 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 기타 형태의 질소가 포함됩니다. 호기성 처리 과정에서 일어나는 질산화 반응을 통해 암모니아성 질소가 질산성 질소로 전환됩니다. 그러나 과도한 질산화는 질산성 질소의 축적을 초래할 수 있습니다. 특히 질소 제거 공정이 포함된 시스템에서 총질소 농도를 모니터링하면 질산화 과정이 원활하게 진행되도록 하고, 과도한 질소 축적을 방지할 수 있습니다.

온도

온도는 미생물의 대사 속도와 처리 효율에 중요한 영향을 미칩니다. 일반적으로 미생물은 20~35°C의 온도 범위에서 가장 활발하게 활동합니다. 온도가 너무 높거나 낮으면 미생물의 증식과 폐수 처리 효율에 영향을 미칩니다. 온도 센서는 반응기 온도를 모니터링하여 온도가 최적 범위 내에 유지되도록 하는 데 사용됩니다.

총 부유 고형물(TSS)

TSS는 물 속의 부유 고형물 농도를 나타냅니다. 호기성 처리 과정에서 폐수 내의 부유 고형물은 일반적으로 미생물(예: 활성슬러지)에 의해 분해됩니다. TSS가 과도하면 시스템이 막혀 폐수의 유동에 지장을 줄 수 있습니다. TSS 농도를 모니터링하면 부유 고형물의 과도한 축적을 방지하여, 반응기 내의 미생물 활동과 폐수의 유동성을 보장할 수 있습니다.

혼합 액체 현탁 고형물(MLSS)

MLSS는 활성슬러지와 미분해 유기물을 포함한 혼합액 내의 부유 고형물 농도를 의미합니다. MLSS 농도는 호기성 처리 시스템의 효율에 영향을 미칩니다. 일반적으로 MLSS 농도는 수중의 유기물을 분해할 수 있는 충분한 양의 미생물을 확보하기 위해 2000~5000 mg/L 범위 내에서 조절됩니다.