오수로 어떻게 호기성 과립 슬러지를 배양하는가

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호기성 입자슬러지는 폐수 생물처리 분야의 새로운 기술입니다. 현재 널리 사용되고 있는 활성슬러지법에서 형성되는 활성슬러지 응집체와 비교했을 때, 호기성 입자슬러지의 장점은 특정 조건 하에서 활성슬러지 응집체가 입자 형태로 성장한다는 점입니다. 이때 물속에서의 침강 속도가 활성슬러지 응집체보다 훨씬 빠릅니다. 따라서 호기성 입자슬러지를 이용해 폐수를 처리하면 폭기조 내 생물 농도를 높일 수 있고, 침강 시간은 단축시킬 수 있습니다. 일반적인 활성슬러지법에서는 폭기조 내 활성슬러지 농도가 약 3,000 mg·L⁻¹이며, 침강 시간은 30분에서 2시간 정도입니다. 반면 호기성 입자슬러지 기술을 적용하면 폭기조 내 슬러지 농도가 10,000~14,000 mg·L⁻¹까지 올라가며, 침강 시간은 단 1~3분밖에 걸리지 않습니다. 고농도 폐수나 분해가 어려운 폐수 처리에 주로 사용되는 혐기성 입자슬러지와 비교했을 때, 호기성 입자슬러지의 배양 기간은 약 1주일에서 1개월 정도로, 혐기성 입자슬러지의 6개월에 비해 훨씬 짧습니다. 따라서 호기성 입자슬러지 기술은 오늘날의 폐수 생물처리 기술에 획기적인 발전을 가져올 것으로 기대됩니다.

하지만 호기성 슬러지 입자화에 관한 연구는 아직 초기 단계에 있으며, 호기성 입자슬러지의 형성 과정, 형성 메커니즘, 각종 환경 요인이 미치는 영향 및 입자슬러지 내 미생물학적 특성 등에 대해서는 아직 심도 있는 연구가 부족합니다. 또한 대부분의 연구에서는 실험실 규모에서 유기물 농도가 높은 인공 폐수(예: 포도당 등)를 기질로 사용하는 경우가 많으며, 유기물 농도가 낮은 도시 생활폐수를 이용해 호기성 입자슬러지를 배양하는 사례는 드뭅니다. 한편 도시 생활폐수에는 다양한 오염물질이 함유되어 있으나 COD 함량은 보통 200 mg·L⁻¹ 미만으로 낮은 편입니다. 현재 이러한 폐수는 대부분 기존의 활성슬러지법으로 처리되고 있으며, 처리 효과는 양호하지만 기존 활성슬러지법 시스템은 부지 면적이 넓고 건설 비용이 많이 들며, 잔류슬러지 양도 많고 운영비용도 높습니다. 게다가 슬러지 팽창 현상이 발생하기 쉽습니다.

본 연구에서는 파일럿 규모의 실험 장치를 구축하여 실제 도시 폐수를 이용해 호기성 입자슬러지를 배양하고, 공초점 레이저 주사현미경, X선 회절 등 현대적 분석 기법을 활용해 배양된 입자슬러지의 특성을 연구함으로써 호기성 입자슬러지 기술의 실용화를 위한 기초 자료를 마련하고자 합니다