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환경공학

생물학적수처리(F/M비)

by BAE.Heeya 2024. 10. 8.
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오늘은 생물학적수처리에 또 다른 중요한 요소 F/M비에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

F/M비 란?

F는 Food, M은 Microorganism의 약자로 먹이와 미생물의 비율을 나타냅니다. Food는 유입수의 유기물, 일반적으로 BOD라고 봅니다. M은 미생물로 MLSS나 MLVSS의 양을 말합니다. 유입되는 유기물 부하(F)와 생물반응조 내 미생물(M)의 비율이 적절해야 좋은 제거효율을 낼 수 있습니다.

 

저는 주로 신입직원들에게 F/M비에 대해서 설명할 때 회사를 예로 많이 듭니다. F는 업무량, M은 직원의 수로 생각하면 이해하기 편합니다. 물론 디테일하게 들어가면 100% 맞는 예시는 아니지만 처음 F/M비에 대해서 잘 모를 때 이해하기에는 아주 적합한 예시라고 생각이 드는데요. 그 이유는 업무량과 직원의 수가 적절해야 공정 운영이 잘 된다는 것입니다. 업무량이 많은데 직원의 수가 적거나, 업무량은 적은데 직원의 수가 많으면 그 회사는 분명 문제가 생길 것입니다. 이런 방식으로 F와 M의 비를 생각하시면 이제 나올 F/M비 내용에 대해 조금 더 이해가 쉬우실 것 같습니다.

 

F/M비 계산방법

F/M비 계산 방법은 간단합니다. 유입유량과 유입 BOD의 농도, 그리고 생물반응조의 용적과 MLSS의 농도를 통해 계산할 수 있습니다. 단위는 kg BOD/ kg MLSS day입니다.

 

F/M비가 미치는 영향

일반적으로 하수처리장에서의 F/M비는 0.2~0.5 사이로 유지하는 것을 이상적으로 봅니다. 모든 수처리가 그렇지만, 정답은 없습니다. 책마다, 교육자료마다 조금씩 차이가 있기도 하고 각 처리장의 유입수 성상, 유입유량, 계절적 요인 등에 따라 같은 공법이더라도 다양한 인자를 가질 수 있습니다. 하지만 표준을 안다는 것은 기준을 안다는 것이고 그 기준을 참고해서 실제 현장에 적용할 수 있는 사람이 실력이 있는 사람이라고 생각합니다.

 

1. 높은 F/M 비

  • 단기 적으로는 미생물 성장에 도움이 되지만 장기적으로는 부정적입니다.
  • 유입 부하 대비 미생물의 양이 적은 상태로 유기물을 온전히 처리하기가 힘들어질 수 있습니다. 
  • 높은 유기물 부하는 미생물에게 스트레스 요인으로 작용하여 사상균 등이 번식할 수 있으며 슬러지 벌킹 문제가 생길 수 있습니다.
  • 유기물이 미생물에 비해 과도하게 많은 경우 미생물들은 영양공급이 부족하여 급격하게 분해하지만 충분한 성장과 증식을 하지 못하고 소모되는 유기물 대비 MLSS가 증가하지 않을 수 있습니다.
  • 많은 유기물을 처리하기 위해 미생물들은 더 많은 활동을 하며 산소 소모량이 급격하게 증가할 수 있습니다. 그렇게 되면 MLSS가 낮음에도 불구하고 평소 유지하고 있던 DO보다 더 높은 DO를 요구할 수 있습니다. 여기서 산소가 부족해지면 혐기성 환경으로 전환되며 악취를 유발할 수 있습니다.

 

2. 낮은 F/M 비

  • 유기물이 적으면 미생물들의 성장속도가 감소하고 세포 내부에 오랫동안 저장함으로 인해 슬러지 벌킹 발생 위험이 있습니다,
  • 미생물 성장속도가 느려지면서 유기물 분해가 어려워 처리수질이 안 좋아집니다.
  • 슬러지 처리비용 증가합니다. 유기물이 적으면 미생물들의 유기물 분해속도가 느려지며 서서히 성장하게 됩니다. 이렇게 적은 유기물에 적응하기 시작하는 미생물은 활동성은 감소하지만 세포 분열은 계속해서 진행하므로 미생물이 과잉 성장할 수 있으며 그 결과 슬러지 발생량이 증가하여 처리비용이 증가합니다.

3. 적정 F/M 비

  • F/M비는 과도하게 높거나 낮지 않다면 F/M비가 높을수록  유기물 제거 속도가 빨라지고 F/M비가 낮을수록 슬러지 침강성이 개선됩니다. 그렇기 때문에 표준 0.2 ~ 0.5를 참고하여 적정 F/M비를 찾는다면 상등수가 깨끗하고 침전이 잘 되는 양호한 수질을 유지할 수 있습니다.

 

F/M비 조절방법

F/M비를 조절하기 위해서는 간단하게 F를 늘리거나 줄이거나 또는 M을 늘리거나 줄이거나 하는 방법이 있습니다. 하지만 현실적으로 F를 조절하기란 어려움이 있습니다. 특히 하수처리장의 경우에는 유입부하를 늘리기 위해 사람들한테 하수를 많이 내보내라고 할 수도 없는 노릇이기 때문에 실질적으로 F를 조절할 수 있는 환경의 처리장은 한정적입니다. 그래서 일반적으로 M을 조절하여 F/M 비를 조절합니다.

  • MLSS 조절 : 슬러지를 외부로 배출하는 인발량과 다시 생물반응조 전단으로 보내는 반송량을 조절하여 MLSS를 늘리거나 줄일 수 있습니다. 
  • 일정한 부하로 운전 : 유입 자체를 늘리거나 줄일 수 없다면 공정에 가해지는 부하변동을 줄여주는 방법이 있습니다. 부하 변동이 적으면 미생물들은 그만큼 평소 유입성상에 맞게 적응을 할 것이고 장기적으로는 적절한 F/M비를 유지할 수 있습니다. 균등화조나 유량조정조 등을 통해 유입 부하변동을 줄여줍니다.
  • DO 조절 : 간접적인 방법으로는 폭기량을 조절하여 MLSS의 농도를 조절할 수 있습니다.

이상으로 F/M비에 대해 알아보았습니다.

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