제지 오수 처리장 활성슬러지법 처리 시스템 고장 원인 분석

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제지업의 활성슬러지법 처리시스템에는 다양한 일반적인 시스템 구성 요소들에서 발생하는 운영상의 이상점들이 많이 있습니다. 이러한 이상점들을 종합적으로 분석하는 것은 반드시 해결하고 숙지해야 할 과제입니다. 이는 우리의 시스템 판단 능력 향상에 큰 도움이 됩니다.이하에서는 전체 시스템에서 흔히 발생하는 고장들에 대해 상세한 원인 분석을 진행하여, 현장의 운영 관리자들이 시스템 고장에 대한 이해를 높일 수 있도록 돕습니다.1. pH 값의 이상적인 변동 원인 pH 값의 이상적인 변동은 주로 생산 현장에서 배출되는 산성 및 알칼리성 물질과 관련이 있습니다.대형 제지업체의 경우, 산성 및 알칼리성 폐수는 주로 설비의 정기적인 청소에서 발생합니다.2. 유입수량 및 수질의 이상 분석
유입수량은 보통 일정하게 유지되지만, 사고로 인해 물이 배출될 경우 생산 라인에서 탱크나 장비를 청소하기 위해 많은 양의 물이 사용됩니다. 또한 사고가 발생하면 대량의 원료와 화학물질도 폐기되게 되는데, 이러한 폐수가 폐수 처리장으로 흘러들어가면 시스템에 상당한 부담을 줍니다. 이것이 바로 1차 침전조나 생화학 처리조에서 나오는 폐수의 COD 함량이 높은 이유입니다.폐수에 포함된 유기성 원료는 대부분 섬유와 아밀로스인데, 특히 아밀로스는 분자량이 크고 물리화학적 침전성도 좋지 않다. 게다가 혼입된 분산제 역시 물리화학적 처리 단계에서 PAC와 PAM의 응집 효과에 영향을 미친다.이것들은 모두 유입되는 폐수의 양과 수질이 시스템에 미치는 영향입니다.3. 조정탱크의 과량 침전물 영향 분석 조정탱크의 과량 침전물은 일상적인 유입수에 포함된 여과되지 않은 탄산칼슘 입자와 펄프 섬유에서 비롯됩니다.조정탱크의 교반 장치가 중앙에 위치해 있기 때문에, 교반으로 인한 원심력으로 인해 많은 침전물들이 조정탱크의 네 모서리에 쌓이게 됩니다. 이것이 조정탱크에 진흙이 많이 쌓이는 주된 원인입니다.조정탱크 내 우물에 전용 공기압축 장치가 설치되어 있지 않아, 그 결과 침전된 슬러지가 혐기성 상태에서 가수분해 및 산화 반응을 일으킨다.이로 인해 의도치 않게 유입되는 폐수가 사전 처리되는 셈이 되는데, 바로 저수조 내의 진흙에서 일어나는 가수분해 및 산화 반응을 조절함으로써, 대분자인 펄프 섬유와 직쇄 전분이 소분자로 분해되어 쉽게 분해될 수 있는 유기물이 됩니다. 이 과정을 통한 유기물의 분해율은 약 10%입니다.조정탱크에 유입되는 폐수의 pH 값과 조정탱크에서 배출되는 폐수의 pH 값을 비교해보면, 조정탱크에서 나오는 폐수의 pH 값은 유입되는 폐수의 pH 값보다 약 0.5~1.0 정도 낮은 것으로 나타납니다.이는 저수지 내에 퇴적된 진흙으로 인해 가수분해 산화 반응이 일어나고 있음을 보여주는 강력한 증거이며, 이 pH 값의 차이를 통해 가수분해 산화 반응의 정도를 파악할 수도 있습니다.매우 전형적인 것은, 이 차이가 여름에는 겨울보다 현저히 높다는 점입니다. 온도가 가수분해 산화 반응에 미치는 영향을 알 수 있다.4. 물화구역의 응집 효과가 떨어지는 원인 분석
물화구역에서의 응집 효과 저하는 다양한 요인과 관련이 있습니다. 주요 원인으로는 유입되는 폐수 내 분산제의 함량이 너무 많은 것, 응집제와 응고제의 투입량이 최적의 범위에 있지 않은 것, pH 값의 영향, 혼합 과정의 문제, 부하 유량과의 관계, 폐수 내 부유 입자의 함량, 응집이 잘 되지 않는 물질들의 함량이 너무 많은 것 등이 있습니다.위의 영향 요인들에 대해, 아래에서 자세한 고장 분석을 진행하겠습니다.(1) 분산제의 영향 어느 대형 제지업체는 펄프가 제지기의 벨트 위에 고르게 분포하여 덩어리지지 않도록 분산제를 투입했다.분산제와 응집제는 서로 반대되는 작용을 하는 두 가지 화학물질입니다.제지기에서 압착 여과된 백수에는 분산제가 다량 함유되어 있으며, 이 폐수는 배출되어 폐수 처리장으로 들어갑니다. 그 결과, 응집제를 투입하여 물리화학적으로 침전시키는 처리 과정에 영향을 미치게 됩니다.전형적인 경우는 응집제와 결합제를 투입한 후에도 부유 입자들이 큰 덩어리로 응집되지 못하고, 사람들이 보는 것은 작고 쉽게 응집되지 않는 부유 입자들뿐입니다. 이러한 작은 입자들은 물의 흐름에 의해 쉽게 움직이므로, 1차 침전조에서의 침전 성능이 좋지 않습니다. 과부하 상황에서는 1차 침전조를 쉽게 벗어나서 후속의 생화학 처리 공정에 영향을 미칩니다.(2) 응집제와 침전제의 투입량은 최적의 범위가 아닙니다.응집제와 응고제의 투입량 및 두 물질의 투입 비율은 매우 중요하며, 이는 응집체의 침전 효과를 높이고 응집제와 응고제의 사용량을 줄이는 핵심 요소입니다.응집제 PAC의 투입량이 부족할 경우, 1단계 서서히 혼합되는 탱크에서는 초기 단계에서 미세하고 깨끗한 혼합액이 만들어지지 않습니다. 특히, 그 사이에 있는 물의 깨끗함 정도는 PAC와 같은 응집제가 적절히 투입되었는지를 판단하는 중요한 기준입니다.반대로, 과도한 응집제와 보조 응집제를 투입해도 최적의 응집 효과를 얻을 수 없습니다.과도하게 응집제와 현탁제를 투입하면, 혼합액 내에 형성되는 젤리 같은 구조물들이 상당히 거칠어집니다. 하지만 마찬가지로, 거친 젤리 구조물들 사이의 공간에 있는 물도 과도한 양의 약제가 투입된다고 해서 깨끗해지지는 않습니다.주로 과량의 약제를 투입한 후에는 거친 젤리 같은 구조가 형성되지만, 이 젤리 구조는 저속 혼합 탱크 내의 수력적 혼합 작용으로 인해 매우 쉽게 부서집니다. 부서진 젤리 구조는 다시 응집 능력이 떨어지게 되며, 이런 상황에서 부서진 젤리 구조들은 간극수 내에 혼탁한 입자 물질을 형성하게 됩니다.전체 물화 투약 구역의 구성을 살펴보면, 빠른 혼합 탱크 앞에 pH 값 조절 탱크가 있는 것을 볼 수 있으며, pH 값이 조절된 후에야 폐수에 응집제와 보조 응집제를 투입해 최적의 효과를 얻을 수 있다.빠른 혼합 탱크에 PAC나 유사한 응집제를 투입한 후 빠르게 저어주어도 응집 효과에는 영향을 주지 않습니다. 오히려 투입된 응집제가 폐수 전체에 빠르게 섞이도록 해주어, 천천히 혼합되는 탱크에서 1단계의 젤 형성을 위한 기반을 마련해 줍니다.슬로우 믹싱 풀의 저속 교반 목적도 바로 형성된 젤 플룸을 더욱 응집시켜 크기를 키우고, 수류의 저항력이 형성된 젤 플룸을 파괴하지 않도록 하는 데 있습니다.이 폐수 처리장에 투입되는 응집제는 PAM(폴리아크릴아미드)입니다. 설계상 투입 지점은 첫 번째 서서히 혼합되는 탱크이며, 이때 두 번째 서서히 혼합되는 탱크가 존재함으로써 약품이 투입된 후에도 응집체가 계속해서 성장할 수 있는 공간이 마련됩니다.5. 1차 침전조의 운전 고장 원인 분석
1차 침전조의 운전 고장은 주로 약품을 투입한 후의 폐수를 물리화학적으로 응집시켜 진흙과 물을 분리하는 과정에서 발생합니다. 만약 진흙과 물의 분리 효과가 좋지 않으면, 이는 후속적인 생화학적 처리 과정의 정상적인 작동에 영향을 미치게 됩니다.초침전조의 진흙과 물 분리 효과가 좋지 않은 것은, 건설 설계 단계에서 문제가 남아 있을 수도 있지만, 더 주된 원인은 물리화학적 처리 과정에서 투입되는 응집제와 보조 응집제의 사용이 적절하지 않기 때문입니다.약품 투입량이 부족해 응집체의 충분한 응집이 이루어지지 않는 것과, 약품 투입량이 과다해 응집체가 너무 커져 1차 침전조의 진흙과 물 분리 과정에서 부서지는 것은 결과적으로 동일하다.초기 침전조의 체류 시간이 응집체가 완전히 침전되는 데 필요한 시간을 충족할 때는, 침전조에서 나오는 물이 맑고 침전되지 않은 입자가 섞여 있지 않은 것을 볼 수 있습니다. 반대로 그렇지 않을 경우, 응집된 입자들이 침전조 밖으로 유출되어 이후의 생화학적 처리 과정에 영향을 미칠 수 있습니다.초침전조의 슬러지 배출 장애는 대부분 슬러지 배출 장비의 고장으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 슬러지 펌프의 고장, 슬러지가 제때 배출되지 않는 문제, 유입되는 폐수에 다량의 부유 입자가 포함되어 있음에도 불구하고 슬러지 배출량을 늘리지 않는 것 등이 주요 원인입니다.초침전조에 진흙이 과도하게 쌓였는지 확인할 때는, 슬러지 스쿠퍼가 원활하게 움직이는지를 살펴보는 것이 중요합니다. 만약 슬러지 스쿠퍼가 흔들리거나 미끄러지는 현상이 보인다면, 초침전조에 진흙이 과도하게 쌓였을 가능성이 있으므로 반드시 확인해야 합니다.6. 생물학적 필터의 일반적인 운전 과정에서의 고장 분석 생물학적 필터가 운전되는 동안 발생하는 고장은 주로 유입수의 변동이 이미 형성된 생물막에 미치는 영향에서 비롯됩니다.생물학적 필터의 운전 효과가 제대로 발휘되지 않으면, 이는 후속의 활성슬러지법 시스템에 큰 영향을 미칩니다.생물학적 여과조의 흔한 고장 원인 분석은 다음과 같습니다.(1) pH 값의 이상으로 인해 생물학적 여과조에 문제가 발생하는 원인은, 생물막도 활성슬러지와 마찬가지로 pH 값의 급격한 변동을 견디는 능력은 활성슬러지법보다는 더 뛰어나지만, 이상한 pH 값을 가진 폐수의 영향을 받으면 큰 손상을 입습니다.생물막 표면의 미생물이 충격을 받으면 죽어서 박리되고, 이에 따라 내부의 미생물도 충격을 받아 박리되어 결국 전체 생물막이 박리됩니다.벗겨진 생물막은 생물학적 여과기의 여과재 틈새를 쉽게 막아 물의 흐름이 원활하지 않아 오버플로우가 발생합니다.생물막은 pH 값의 변화로 인해 벗겨진 후 일정한 자가 복구 시간이 필요하며, 보통 pH 값의 이상적인 변동 영향이 사라진 후 회복하는 데 약 1주일 정도의 시간이 걸린다.(2) 생물막 성장 부진의 전형적인 현상은 주로 생물막이 너무 두껍거나 너무 얇게 자라는 것입니다.또한, 비교적 흔한 것은 생물막의 성장 두께가 고르지 않다는 점입니다.생물학적 여과조의 유입수 내 유기물 함량과 관련이 있을 뿐만 아니라, 유입수 내 영양제가 충분한지 여부와도 관련이 있습니다.유입수의 유기물 함량이 너무 낮으면 생물막이 얇아집니다；그리고 유입되는 유기물의 양이 너무 많을 경우, 생물막이 급격히 증가하여 필터 재료 위에 지나치게 두꺼운 생물막이 형성됩니다.실제 운영 과정에서 생물막이 너무 두꺼울 경우, 유기물 제거율이 반드시 얇은 생물막보다 높지는 않다는 것이 밝혀졌습니다. 그 이유는 생물막이 폐수 내 유기물을 제거하는 효율이 생물막과 폐수의 효과적인 접촉 면적에 달려 있으며, 막의 두께와는 관련이 없기 때문입니다.폐수 내 영양제의 부족은 활성슬러지법 운영 시에 필요한 영양제의 양과 마찬가지로 이해할 수 있다.이를 위해 생물여과조의 유입 전단에서 영양제를 투입해야 합니다.영양제의 투입량은 생물여과조와 활성슬러지법에서 미생물들의 영양제 수요를 고려해야 하므로, 투입되는 영양제의 유기물 함량값을 선택하는 것이 매우 중요하다.이 대형 제지업체의 폐수 처리장에서는, 생물탑 앞에 투입되는 영양제의 양을 계산할 때 필요한 원수 내 유기물 함량은 초침전조에서 나오는 물의 유기물 함량을 기준으로 합니다.이러한 계산 방식은 필연적으로 생물학적 여과조에 사용되지 않은 영양제가 남게 되며, 이 영양제는 활성슬러지 시스템으로 흘러가 재활용됩니다.겉으로 보기에는 이러한 영양제의 투입에 문제가 없어 보이지만, 실제로는 생물여과조에 영양제가 과도하게 존재하고, 게다가 생물여과조에 지붕이 없기 때문에 여과재 표면에 대량의 조류가 번식하게 됩니다.이로 인해 생물학적 여과장치의 처리 효율도 떨어지며, 일반적으로 제거 효율이 10% 감소합니다. 그 이유는 자라나는 조류들이 폐수 내 유기물을 분해할 능력이 없기 때문이며, 성장과 번식에 필요한 에너지로는 영양분과 햇빛만 있으면 됩니다.생물막의 색상이 유백색으로 변하는 현상에 대해서는 아직 충분히 이해되지 않았으나, 유입수 수질과 시스템 운영 상황을 종합해볼 때, 생물막에서 사상균체가 팽창하는 것과 관련이 있는 것으로 보입니다.현미경 관찰을 통해, 우유색의 균젤 덩어리가 다량의 실모양 균체로 구성되어 있음을 알 수 있다.사상균체 주위에는 원생동물이 거의 존재하지 않는데, 이는 생물상 관찰 분석에서도 이해할 수 있는 현상입니다. 왜냐하면 사상균체는 미생물응집체와 달리 유리박테리아나 작은 미생물응집체와 같은 원생동물의 먹이를 제공해주지 못하기 때문입니다.실모양의 균체도 수질을 정화하는 능력이 있기 때문에, 실모양 균체가 생물막 내에서 대량으로 증식할 경우 전체 생물학적 여과장치의 폐수 내 유기물 제거율이 현저히 낮아지는 것은 아니며, 약간만 낮아질 뿐입니다. 보통은 정상적인 생물막의 유기물 제거율보다 약 10% 정도 낮아집니다.이러한 섬유상 세균들의 현미경 관찰 형태를 보면, 활성슬러지법에서 섬유상세균 팽창이 발생할 때 나타나는 특징과 유사한 섬유상세균들이 있는데, 즉 몸체가 가늘고 길며 단단하고 구부러지기 어려운 형태입니다；몸체가 부드러운 것도 있으며, 이는 생물막에만 존재하는 실 모양의 균체입니다.요약하자면, 실모양의 균체가 대량으로 증식하면 생물학적 여과기의 생물막 위에 유백색의 균덩어리들이 나타나게 됩니다. 이는 균군집이 여과재에 부착되어 혐기성층의 흡착 작용에 의해 여과재에 남아 있는 것과는 다릅니다. 유백색 실모양 균체는 주로 균체 표면의 미세한 구조를 통해 폐수의 충격을 막아내고 여과재에 그대로 남아 있도록 합니다.생물막이 유백색의 균체를 형성한 후에도 폐수 내 유기물을 분해하는 능력은 크게 저하되지 않지만, 이러한 실모양 균체는 후속적인 활성슬러지 시스템에서 실모양 세균의 과증식을 쉽게 유발한다는 것을 알 수 있습니다.주된 원인은 일상적인 운영 과정에서 일정량의 이러한 흰색 생물막이 떨어져 나와 후속의 공기압축 탱크로 흘러 들어가기 때문입니다.초기 단계에서는 환경에 적응하지 못해 섬유상 세균이 생물막 환경에서 폭기조로 옮겨가도 효과적으로 생존하기 어렵기 때문에, 폭기조 내에서 급격한 증식이 일어나지 않습니다.하지만 시간이 지나면, 박리되어 폭기조로 유입된 이러한 섬유상 세균 중 일부는 결국 새로운 환경에 적응하게 되어 폭기조 내에서 우점종군을 형성함으로써 활성슬러지 시스템 전체의 운전 품질에 영향을 미치게 됩니다.7. 폭기조 운전 시 흔히 발생하는 고장 원인 분석 (1) 폭기조 수면에 거품이 생기는 원인 우리는 폭기조 수면에 거품이 생기는 현상을 분석할 때, 하나의 기본적인 원인을 이해해야 합니다. 즉, 거품이 생기는 이유는 그 비중이 폭기조 내 혼합액의 비중보다 낮기 때문입니다.따라서 폭기조에 왜 부유물이 생기는지 판단할 때 이 측면에서 접근할 수 있습니다.실제 운용 측면에서 보면, 주로 슬러지에 기포가 섞여 있는 것이 원인입니다. 그리고 기포가 부스러기가 생기는 동인으로서는, 단지 부스러기를 떠오르게 하는 원인일 뿐입니다. 기포가 왜 부스러기를 떠받칠 수 있는지에 대한 이유야말로 확인해야 할 근본적인 원인입니다.기포의 발생은 폭기가 존재하기 때문에 불가피하다고 할 수 있다.따라서, 주된 문제는 활성슬러지가 기포를 흡착하고 감쌀 수 있는 능력을 갖추고 있느냐는 것입니다.이러한 능력이 있다면, 기포를 흡착한 박테리아 군집은 자연스럽게 액체 표면에 떠오르게 됩니다. 이것이 바로 공기압입조의 액체 표면에 부유하는 찌꺼기가 생기는 원인입니다.활성슬러지가 기포를 흡착하는 능력은 주로 활성슬러지 자체에 의해 결정됩니다.그 자체의 점성 물질이 과도하게 분비되면 활성 슬러지의 점성이 크게 상승하고, 이로 인해 미세한 기포를 흡착하는 능력도 증가한다.다시 돌아가서 기포가 생기는 원인을 분석해 보겠습니다.앞서 언급했듯이, 폭기를 하면 다량의 미세 기포가 생성되는데 이 기포들이 점성이 있는 활성슬러지에 흡착되어 결국 부상물이 발생하게 된다.또한, 기포가 생기는 원인은 활성슬러지가 유기물을 분해할 때 방출되는 기포로, 이 기포에는 이산화탄소와 수소 등이 포함되어 있습니다. 이러한 기포들은 실제로 점성이 있는 활성슬러지가 흡착된 후 부유물이 생성되는 원인이 됩니다.마찬가지로, 활성슬러지가 탄소와 질소의 비율 불균형으로 인해 반질화가 일어나면, 이 역시 기포가 생겨 부유물이 발생하게 됩니다.액면의 부유물이 어떤 특성을 가진 기포에 의해 발생하는지를 파악하는 것은, 운영 관리 측면에서 공정을 어떻게 조절할지 결정하는 데 매우 중요합니다.여기서 흔히 사용되는 판별 방법은 활성슬러지 침강비입니다.활성슬러지의 침강비를 관찰한 후, 측정용 유리관 내의 액면에 생긴 부유물을 관찰하면 액면 부유물 속에 기포가 존재하는 것을 명확히 볼 수 있습니다. 이때 보이는 기포는 공기주입 과정에서 생성된 것입니다. 육안으로는 액면 부유물 속에 기포가 있는지를 알아볼 수 없지만, 현미경으로 관찰했을 때 기포가 발견된다면 이 기포들은 활성슬러지 자체가 유기물을 분해할 때 생성된 것으로 볼 수 있습니다.여기서의 차이점은 기포의 크기를 비교하는 지표라는 점입니다.다른 한편으로는 액면의 부유물을 빠르게, 소량만 교반하는 방법이 있습니다. 만약 교반 후에도 액면의 부유물이 다시 가라앉는다면, 이때 액면의 부유물 속에 있는 기포는 활성슬러지가 스스로 유기물을 분해할 때 생성된 것이거나, 혹은 활성슬러지에서 탈질 반응이 일어날 때 생성된 것으로 볼 수 있습니다.그리고 액면의 부유물을 저어줘도 뚜렷하게 부유물이 가라앉지 않는 경우, 대부분의 경우 이때 액면의 부유물에 포함된 기포들은 활성슬러지에 공기를 주입할 때 생성된 기포라고 여겨집니다.이는 액면 부상법으로 저어준 후 나타나는 현상을 통해 액면의 부유물 내 기포가 발생하는 근원을 판단하는 것입니다.(2) 활성슬러지의 흙내 나는 냄새가 발생하는 원인은 생화학 반응조를 점검할 때 매우 뚜렷한 흙내 냄새가 나는데, 이는 주로 활성슬러지가 유기물을 분해하고 스스로 증식하며 대사하는 과정에서 생성되는 고유한 냄새입니다.활성슬러지에는 살아있는 세균체 외에도 죽은 세균체도 포함되어 있으며, 이로 인해 형성된 활성슬러지는 슬러지의 특성을 가지게 됩니다.공기 공급의 영향으로 활성 슬러지 내의 각종 냄새들도 함께 밖으로 빠져나오는데, 이것이 사람들이 공기 공급 탱크 주변을 순찰할 때 흙내 같은 냄새를 맡게 되는 주된 원인입니다.여기서는 활성슬러지에서 토취미가 나는 것을 부정적으로 보지 않습니다. 오히려 그러한 토취미가 있어야만 활성슬러지의 정상적인 기능을 확인할 수 있습니다. 하지만 생화학 처리조에서 토취미가 나지 않거나 다른 냄새가 난다면, 활성슬러지 시스템에 문제가 있는 것이므로 철저한 확인이 필요합니다.활성슬러지의 비린내 강도는 기온과 활성슬러지의 반응 정도와 관련이 있습니다.여름에는 생화학 처리장 위의 흙냄새가 높은 기온의 영향으로 더욱 쉽게 날아가기 때문에, 여름에 흙냄새가 더 잘 맡아지는 것입니다；겨울에는 반대입니다.동시에, 활성슬러지의 흙냄새는 생화학적 시스템의 반응 강도와도 관련이 있습니다. 활성슬러지의 농도를 너무 높게 유지하면 생화학적 반응도 심해져서, 마찬가지로 강한 흙냄새가 납니다.실제 운영 과정에서 흙냄새의 강도를 통해 활성슬러지 시스템이 양호한 상태로 작동하고 있는지 판단할 수 있다.일반적으로 활성슬러지의 부하가 너무 높은 단계나 활성슬러지가 노화된 단계에서는, 그 강한 활성슬러지 특유의 비린 냄새를 맡기 어렵습니다.이 점은 활성슬러지의 운전 상태를 종합적으로 판단하는 데 매우 유용합니다.생화학 처리조에서 활성슬러지의 흙내 나는 냄새 외에도, 산냄새나 알칼리성 냄새와 같은 다른 냄새들도 맡을 수 있습니다.그 원인은 주로 너무 높거나 낮은 pH 값을 가진 폐수가 생화학 처리 시스템으로 유입되어, 시스템 내 전체 활성슬러지 혼합액의 pH 값이 비정상적으로 변동하기 때문입니다.이러한 상황에서는 사람들이 생화학적 시스템 주변에서 산성 냄새나 알칼리성 냄새를 쉽게 맡을 수 있습니다. 이때 생화학적 시스템을 조절하는 것이 매우 필요하며, 그렇지 않으면 생화학적 시스템에 불필요한 영향을 줄 수 있습니다.(3) 공기압입탱크의 거품 문제 공기압입탱크의 거품 문제는 발생 원인이 다양하고 분석도 상당히 복잡하지만, 실제 현상의 규칙성 측면에서는 따를 수 있는 규칙이 있으며, 주로 다음과 같은 측면에서 분석하고 논의할 수 있다.1) 공기압축조의 부유물은 어느 정도 거품에서 변질된 것이다.거품이 계속 쌓이면서 슬러지는 점점 더 두꺼워집니다. 그러면 슬러지 내부에서 혐기성 상태가 되어 검은색으로 변하는 문제가 생깁니다.분해되어 사라지는 부유물과 새로 생성되는 부유물의 상호 작용이 부유물층의 최종 두께를 결정하며, 용해되어 사라지는 부유물은 2차 침전조의 유출수가 탁해지는 주요 원인이 되고, 유출수 내 유기물 함량이 증가하는 원인이기도 합니다.위의 분석을 통해, 우리는 생화학 처리조에서 발생하는 거품 문제에 큰 주의를 기울여야 하며, 이로 인해 처리조 내 액면에 슬러지가 형성되는 것을 방지해야 합니다.2) 폭기조에 부유물이 생기는 것은 활성슬러지의 점도가 너무 높기 때문인데, 마찬가지로 거품이 생기는 것도 활성슬러지의 점도와 관련이 있음을 알 수 있다.3) 생화조의 수면에서 생기는 거품의 색깔도 사람들에게 많은 단서를 줄 수 있습니다.갈색 거품이 생길 때, 거품의 쉽게 깨지는 성질과 거품이 쌓이는 속도를 고려하면 이것이 활성슬러지의 노화로 인한 거품인지 판단할 수 있다.앞서 설명한 지식들을 통해, 활성슬러지가 노화되었는지 여부를 여러 측면에서 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 활성슬러지의 침전비, SVI 값, F/M 값, 슬러지 수명 등이 그것입니다. 여기서 한 가지 더 언급해야 할 점은, 활성슬러지가 심각하게 노화될 경우 생화학 반응탱크의 액면에 갈색빛을 띤 거품이 생긴다는 것입니다. 이 거품의 특징으로는 갈색빛을 띤다는 점 외에도, 쉽게 깨지고, 쉽게 부유물로 쌓이며, 점도가 낮다는 점도 주요 특징입니다.흔히 보이는 갈색 거품 외에, 또 다른 흔한 거품은 하얀색 거품입니다.흰색 거품은 흰색이라는 특징 외에도 점도가 높고 쉽게 쌓이지만 부유물이 생기지 않는다는 점도 주요한 식별 특징입니다.이러한 거품의 발생은 보통 활성슬러지 시스템의 고장에 대한 비교적 명확한 지표가 됩니다.여기서 밝혀야 할 또 하나의 매우 실용적인 지표는, 이러한 흰색 거품이 발생하는 것이 활성슬러지 시스템이 갑작스러운 높은 부하를 받는 것과 관련이 있다는 점입니다.그 기전을 살펴보면, 유기물 농도가 높은 폐수도 충분한 공기 공급이 이루어진다면 상당한 적층 능력을 가진 거품이 발생할 수 있다고 볼 수 있습니다. 마치 배출조에서 물의 흐름이 변하는 지점에는 보통 많은 양의 거품이 쌓이는 것과 같습니다.그렇다면 상상해보면, 방류되는 물의 유기물 농도(COD를 예로 들면)는 보통 100mg/L를 넘지 않습니다. 이런 경우에는 수위 변동으로 인해 많은 거품이 생길 수 있습니다. 반면, 생화학 처리장으로 들어가는 폐수의 유기물 함량(COD를 기준으로)은 보통 500mg/L 이상입니다. 이처럼 고부하의 폐수가 생화학 처리장에 들어오면, 공기 공급 작용으로 인해 쉽게 거품이 생길 수 있습니다.따라서 요약하자면, 활성슬러지는 대량의 물과 높은 부하를 가진 폐수의 영향을 받을 때 다량의 흰색이고 점성이 있는 거품을 생성할 수 있습니다. 그리고 이 거품의 표면에는 갈색을 띤 활성슬러지 찌꺼기가 없습니다. 갈색 찌꺼기가 없다는 것은, 활성슬러지가 높은 부하의 영향을 받으면 노화 단계에 들어가지 않으므로, 흰색의 점성 있는 거품 위에 붙어 있을 만한 분해된 활성슬러지도 존재하지 않는다는 뜻입니다. 오히려 충격을 받은 활성슬러지 내의 미생물들은 지수적으로 성장하여 활동성이 매우 높으며, 따라서 흰색의 점성 있는 거품 표면에 자유롭게 떠다니는 세균군도 존재하지 않습니다.4) 앞서 충분히 설명한 슬러지 노화와 충격 부하로 인한 거품 문제와는 별개로, 몇 가지 특수한 상황도 구별할 필요가 있다.구분해야 할 주요한 것은 세제가 흘러들어가면서 생기는 거품과, 활성슬러지가 분해될 때 생기는 거품이라는 두 가지 특수한 경우입니다.세제가 생화학 시스템으로 유입되면 흰색의 거품이 생기며, 이 거품은 점성이 있습니다. 하지만 과도한 부하가 가해졌을 때 생기는 흰색 거품에 비해 그 점성은 약합니다.또한, 세제나 표면분산제로 인해 생기는 거품은 햇빛에 비추면 약간의 색을 띠게 됩니다. 이는 이러한 세제와 표면분산제, 계면활성제들이 대부분 석유에서 유래했기 때문에 기름 성분을 가지고 있어, 햇빛에 의해 거품에 색깔이 있는 반사광이 나타나는 것입니다.세제나 표면분산제, 계면활성제로 인해 거품이 발생했는지를 더욱 명확하게 판단하기 위해, 생화학 처리 공정의 앞 단계에 있는 물리화학 처리 구역에서 확인할 수 있습니다. 중요한 것은 초기 침전조의 배출구 주변에 거품이 생기는지를 관찰하는 것입니다.보통 과부하로 인해 폐수 내 유기물 농도가 높은 경우, 수위 변화가 그다지 심하지 않는 한 거품이 쌓이는 일은 일반적으로 없습니다.하지만, 세제나 표면분산제, 계면활성제 등으로 인해 생기는 거품은 아주 약한 물의 흐름에도 쉽게 많은 양의 거품이 생성됩니다. 때로는 물리화학적 처리 구역의 혼합기 중심부에서도 거품이 생길 수 있습니다. 이는 폐수에 유기물이 다량 함유되어 있어서 생기는 거품과는 다른 점입니다.활성슬러지 중독으로 인해 생기는 거품과 활성슬러지의 노화로 인해 생기는 거품은 색깔을 통해 구분할 수 있습니다.중독이 발생하면 활성슬러지는 빠르게 분해되며, 공기 주입으로 인해 수면 위로 떠올라 거품이 됩니다. 하지만 이 거품들은 색깔이 어둡고 대부분 회색을 띠며, 활성슬러지가 노화될 때 생기는 거품처럼 생동감 있는 활성슬러지가 거품에 달라붙어 있지는 않습니다.물론, 보조 진단을 위한 가장 좋은 방법은 현미경을 이용해 원생동물을 관찰하는 것입니다. 그렇게 하면 확인이 훨씬 용이해집니다.8. 2차 침전조 운영 중 발생하는 일반적인 고장 원인 분석
2차 침전조의 고장은 대부분 호기조의 부적절한 운영으로 인해 발생합니다. 호기조와 2차 침전조는 서로 밀접하게 연결되어 있으며, 2차 침전조는 생화학적 처리 시스템에서 활성슬러지를 물과 분리하는 장소입니다. 따라서 2차 침전조의 운영 상태는 활성슬러지가 분리된 후 방출되는 물의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.이를 위해 흔한 고장의 원인을 분석해 보는 것이 필요합니다.(1) 2차 침전지 수면의 부유물 2차 침전지 자체에서는 거의 부유물이 생성되지 않으며, 주로 폭기조에서 유래한다.폭기조에서 부상물이 생성된 후에는 2차 침전조로 쉽게 들어가서 수면 위로 떠오르게 되는데, 2차 침전조에는 혼합 작용이 없기 때문에 부상물이 더욱 쉽게 발생하게 됩니다.물론, 공기압축조에 비하면.2차 침전조에서는 활성슬러지의 반질소화가 더 쉽게 일어나며, 그 결과 많은 양의 활성슬러지가 위로 떠올라 수면에 부유물이 생깁니다. 그 이유는 반질소화에는 상대적인 저산소 및 혐기성 조건이 필요한데, 공기압입조에서는 혐기성 조건이 만들어지지 않기 때문입니다.이것이 2차 침전조에서 활성 슬러지의 반질소화가 쉽게 일어나는 원인으로, 특히 공기압입조 출구의 용존 산소 농도가 너무 낮고 탄소-질소 비율이 심각하게 불균형할 때 그렇습니다.(2) 2차 침전지에서 나오는 물에 부유물이 발생하는 현상이 있습니다. 이러한 부유물의 발생은 주로 활성슬러지가 노화되는 것과 관련이 있습니다. 노화된 활성슬러지가 분해되면 미세한 응집체들이 물속에 떠다니게 되는데, 이들이 충분히 침전되지 못한 채 2차 침전지를 빠져나가서 부유물이 되는 것입니다.물론, 많은 경우에 퇴적물은 수력 부하가 과도하거나, 혼합액 내의 활성 슬러지 덩어리들이 정상적으로 침전되기 전에 탱크 밖으로 유출되는 것과 같은 여러 요인들의 결과입니다.(3) 2차 침전지에서 활성슬러지 응집체가 떠오르는 현상
2차 침전지를 점검할 때, 우리는 보통 2차 침전지의 유입구 근처 수질 상태를 살펴봅니다. 왜냐하면 그곳이 2차 침전지에서의 침강 상태가 좋고 나쁨을 가장 먼저 알 수 있는 곳이기 때문입니다.만약 유입구 쪽에 활성슬러지 덩어리가 대량으로 떠오르는 것이 발견된다면, 보통 문제가 상당히 심각한 경우입니다.이러한 집단화된 활성슬러지 덩어리들이 2차 침전조에서 제대로 침전되지 못한다면, 반드시 2차 침전조 밖으로 유출될 것입니다. 그렇게 되면 전체 활성슬러지 시스템에 치명적인 영향을 미칩니다. 왜냐하면 집단화된 활성슬러지 덩어리들이 2차 침전조 밖으로 유출되면, 공기압축조 내의 미생물 수가 급격히 줄어들기 때문입니다. 그 결과 공기압축조를 다시 정상 상태로 되돌리는 데 오랜 시간이 걸리며, 유출되는 물의 수질도 분명히 기준을 초과하게 됩니다.그렇다면 무엇이 활성슬러지의 군집이 2차 침전조에서 위로 올라가게 하는 걸까요?실제로 이러한 현상이 발생하는 것은 활성슬러지에서 섬유상균 팽창이 일어나는 것과 밀접한 관련이 있으며, 이것이 바로 우리가 섬유상균 팽창 때문에 매우 골치 아파하는 이유입니다.따라서 활성 슬러지에 필라멘트 형태의 균류가 증식한 후, 다시 수력적 부하가 가해지면 활성 슬러지의 덩어리들이 위로 올라가는 것이 매우 가능합니다.(4) 2차 침전조의 배수구에서 이끼가 과도하게 자라는 주된 원인은, 2차 침전조의 배수수에 영양분이 너무 많이 포함되어 있어, 빛이 있는 환경에서 조류가 대량으로 번식하기 때문입니다.2차 침전조에서 나오는 물의 영양분 함량을 측정함으로써, 과도한 양의 영양분이 남아 있어서 조류가 번식하는 것인지를 알아낼 수 있습니다.9. 3단계 침전조의 운전 오류 분석: 이 대형 제지 공장에서는 3단계 침전조에는 그다지 많은 오류가 발생하지 않습니다. 왜냐하면 이 장치는 2단계 침전조에서의 침전 과정을 보완하는 역할을 하기 때문입니다.하지만 문제는 주로 3차 침전조 전단의 물리화학적 반응 구역에서 발생하는데, 일부 작업자들이 이 부위에서 실수를 하기 쉽습니다.이 구역의 물리화학적 반응 구간에서 작업할 때, 주된 목적은 2차 침전지에서 나온 물에 포함된 미세 침전 입자들을 강화시켜, 약품 투입을 통해 3차 침전지에서 보다 효과적으로 제거되도록 하는 것입니다.하지만 투약 시에는 문제가 자주 발생하는데, 이는 투입되는 약제가 1차 침전조 이전의 물리화학 처리 공정과 완전히 동일하기 때문입니다.이로 인해 문제가 생기는데, 1차 침전조 앞단의 물리화학적 처리 과정에서 투입되는 약제는 폐수 내에 있는 부유물질들과 유사한 성질을 가지고 있으며, 이들은 모두 음전하를 띠고 있습니다. 그래서 1차 침전조 앞단의 물리화학적 처리 구역에 PAC를 투입하면 생성되는 입자들은 매우 작습니다. 응집제인 PAM(음전하)을 추가로 투입해야만 응집체가 커질 수 있습니다.그 이유는 PAC가 응집체 형성의 골격 역할을 하여, PAC의 응집 작용을 통해 폐수 내의 입자 물질들을 응집시키기 때문입니다. 그 결과, PAC의 중합 기능단에는 대량의 음전하를 띤 콜로이드 입자나 점토와 유사한 성질의 입자들이 흡착됩니다.하지만 PAC의 단점은 이미 형성된 응집체 위에 다른 응집체들을 계속 흡착시켜 응집체의 부피를 더욱 키울 수 없다는 것입니다. 그래서 PAC를 투입한 후에 형성된 응집체들은 대체로 작은 크기를 가집니다. 이런 경우, PAC 투입이 적절한지 판단하려면 전체 혼합액 내에서 형성된 응집체들 사이에 명확한 물줄기가 있는지, 즉 입자들 사이에 명확한 공간이 있는지를 살펴보는 것이 중요합니다. 이러한 관찰은 PAC 투입 후의 효과를 평가하는 데 매우 유용합니다.PAC를 투입한 후 PAM을 추가로 투입하여 응집 고체의 크기를 키우는 효과를 높이는 것에 대해서도 이론적 근거가 있습니다.PAM은 유기 고분자 형의 응집제로, 분자량이 매우 크며 가수분해된 후에는 수많은 응집 단위들이 생성됩니다. 이러한 단위들은 수중의 입자 물질을 흡착하고 포획하는 능력이 매우 뛰어납니다. 일반적으로 PAC와 함께 사용되는데, 이때의 PAM은 음전하를 띤 형태의 것입니다. 즉, PAM이 이온화되어 가수분해된 후의 단위들인 것입니다.앞서 언급했듯이, PAC에 의해 양전하를 띠게 된 그룹들이 흡착된 후에는, 하나의 PAC 사슬에 포함된 기저단들에도 거의 모두 음전하를 띤 점토와 유사한 입자들이 흡착됩니다. 반면, 강한 음전하를 띤 PAM을 첨가하면, PAM을 중심으로 한 구조가 많은 양의 PAC 사슬들을 흡착할 수 있습니다. PAM의 중심 기저단에 많은 양의 PAC 사슬들이 흡착되면, 매우 큰 형태의 응집체가 만들어집니다.여기서 우리는 음전하를 띠는 수중의 입자 물질들이 첨가된 양전하를 띠는 PAC에 의해 흡착되어 긴 사슬 모양의 플록을 형성하는 것을 명확히 볼 수 있습니다. 그 다음 음전하를 띠는 PAM 응집보조제를 첨가하면, 이 역시 양전하를 띠는 PAC에 흡착되어 긴 사슬 모양의 플록이 더욱 커지게 됩니다. 이것이 바로 큰 플록이 형성되는 대략적인 과정입니다.3단 침전조의 출수를 보장하기 위해, 2단 침전조에서 나오는 활성슬러지 응집체를 응집제를 투입하여 침전시켜 제거해야 합니다.우리는 소량의 응집제를 투입해도 전혀 응집 효과가 나타나지 않는다는 것을 발견했습니다.이러한 현상이 발생하는 이유는, 2차 침전조에서 나오는 응집체들이 대부분 해체된 활성슬러지이기 때문입니다. 활성슬러지는 매우 강한 음전하를 띤 응집체 입자들입니다. 하지만 여러 가지 이유로 활성슬러지가 해체된 후에 다시 그 응집체들을 재응집시키는 것은 매우 어렵습니다. 왜냐하면 활성슬러지 내의 미생물들이 가진 점착성 물질이 없기 때문에, 모두 음전하를 띤 활성슬러지 응집체들은 더 큰 응집체로 잘 응집되지 않기 때문입니다.이는 2차 침전조의 유출수와 함께 물살에 실려 나가는 해소성 활성슬러지 입자에서 특히 두드러집니다.따라서, 3단 침전조의 앞단에 위치한 물리화학 처리 구역에 충분한 양의 PAC를 투입하지 않으면 적절한 응집 효과를 얻기 어렵습니다.많은 운영자들은 이러한 상황을 PAM 투입량이 부족한 것으로 생각하여 PAM 투입량을 계속 늘리게 됩니다. 그 결과 음전하를 띠는 PAM 단량체가 대량으로 존재하게 되는데, 이는 응집이 풀린 활성슬러지가 지닌 음전하를 띠는 플록들과는 전혀 응집할 수 없게 됩니다. 따라서 응집된 플록이 생기기는커녕, 오히려 활성슬러지의 입자들이 더욱 안정화되어 응집 효과는 전혀 나타나지 않게 되는 것입니다.이 문제를 해결하려면 PAC의 투입량을 늘리는 데 중점을 두어야 합니다. PAC을 응집체의 골격으로 활용하는 것이죠. 2차 침전조에서 나오는 활성슬러지의 응집 파편의 양이 때로는 그다지 많지 않기 때문에, 수중에 있는 응집 파편의 수가 적을 경우 파편들끼리 서로 부딪혀 응집될 기회도 줄어듭니다.이렇게 흩어져 있는 응집 입자들은, PAC의 투입량을 늘림으로써만 PAC를 응집의 골격으로 활용하여 응집 효과를 높일 수 있다.실제로도, 2차 침전조 내의 진흙의 전기적 특성을 명확히 하는 것은 응집제와 보조 응집제를 선택하고 그 투입량을 결정하는 데 매우 유용하다는 것이 입증되었습니다.