A2O 공정: 혐기성, 무산소 및 산소성 폐수 처리에 대한 궁극적인 가이드

A2오 프로세스 소개

현대 폐수 공학의 세계에서는 깨끗한 물에 대한 표준이 바뀌었습니다. 더 이상 단순히 유기 고형물을 제거하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 오늘날의 규정은 생태계를 위협하는 용해된 영양분의 제거를 요구합니다. 다음을 입력하세요. A2O 공정 (혐기성-무산소-산소).

A2O 공정은 특별히 설계된 활성 슬러지 시스템의 구성으로 널리 채택되고 있습니다. 생물학적 영양소 제거(B엔R) . 주로 탄소 제거에 중점을 두는 기존 처리 방법과 달리 A2O 공정은 동시에 탄소 제거를 목표로 합니다. 질소 그리고 인 —물 부영양화의 두 가지 주요 원인.

3개의 서로 다른 환경 구역을 통해 폐수를 지능적으로 순환시킴으로써— 무산소성 (산소 없음, 질산염 없음), 무산소 (산소 없음, 질산염 있음) 및 옥시 (폭기) - A2O 시스템은 다양한 미생물 생태계를 생성합니다. 이들 미생물은 조화롭게 작용하여 유기물을 분해하고, 암모니아를 무해한 질소 가스로 변환하며, 생물학적으로 슬러지에 인을 가두어 놓습니다.

A2O 프로세스가 중요한 이유는 무엇입니까?

• 단순성: 화학 첨가물 없이 단일 슬러지 시스템에서 질소와 인을 동시에 제거합니다.
• 효율성: 이는 폐수에 자연적으로 존재하는 유기 탄소를 활용하여 탈질 공정에 연료를 공급하여 추가 탄소원의 필요성을 줄입니다.
• 지속 가능성: 영양분 부하를 줄임으로써 수역에서 독성 조류가 번성하는 것을 방지하고 수생 생물과 인간의 건강을 보호합니다.

폐수 처리 목표 이해

A2O 프로세스의 우아함을 이해하려면 먼저 A2O 프로세스가 맞서 싸우는 적을 이해해야 합니다. 폐수 처리는 단순히 물을 맑게 만드는 것이 아닙니다. 자연의 균형을 깨뜨리는 눈에 보이지 않는 화학 오염물질을 제거하는 것입니다.

기존의 치료에 중점을 두는 반면 탄소 (BOD/COD로 측정) 및 고체 (TSS), A2O와 같은 고급 프로세스는 이러한 문제를 해결하도록 설계되었습니다. 영양소 .

세 가지 주요 오염물질

1. 유기물(BOD/COD)

• 그것은 무엇입니까: 생분해성 폐기물(음식 찌꺼기, 인간 폐기물).
• 위험: 처리되지 않은 채 방출되면 강과 호수의 박테리아가 이 물질을 공격적으로 소모하게 됩니다. 그렇게 함으로써 그들은 물 속의 용존 산소를 모두 소모하여 물고기와 기타 수중 생물을 질식시킵니다.
• A2O 역할: A2O 공정은 주로 혐기성 및 무산소 구역에서 유기물을 제거하고(특정 반응을 위한 연료로 사용) 산소 구역에서 작업을 완료합니다.

2. 질소(암모니아 및 질산염)

• 그것은 무엇입니까: 질소는 주로 요소와 단백질을 통해 폐수로 유입됩니다.
• 위험:
  • 독성: 높은 수준의 암모니아는 어류에 직접적으로 독성이 있습니다.
  • 부영양화: 질소는 조류의 비료 역할을 합니다. 조류가 죽어 부패하면 산소가 고갈됩니다(데드존).
• A2O 역할: A2O 공정은 독성 암모니아(엔H)를 변환합니다. ₄ )를 질산염(아니요 ₃ ^- ), 산소를 제거하여 무해한 질소 가스(N)를 방출합니다. ₂ ).

3. 인

• 그것은 무엇입니까: 세제, 비누, 인간 배설물에서 발견됩니다.
• 위험: 인은 일반적으로 담수에서 "제한 영양소"입니다. 아주 작은 첨가물이라도 물을 녹색으로 바꾸고 독성이 있는 대규모의 통제할 수 없는 조류 꽃을 유발할 수 있습니다.
• A2O 역할: 이것이 A2O 공정의 특징입니다. 혐기성 구역의 박테리아에 스트레스를 가함으로써 시스템은 박테리아가 산소 구역에서 엄청난 양의 인을 흡수하도록 준비하여 이를 슬러지에 가두어 물에서 제거할 수 있도록 합니다.

A2O 프로세스 흐름: 단계별 여정

A2O 공정은 다양한 유형의 박테리아를 선호하는 특정 환경 조건을 조성하도록 설계된 폐수에 대한 지속적인 여정입니다. 성공의 열쇠는 탱크 자체뿐만 아니라 탱크 사이에 물과 슬러지를 이동시키는 두 개의 중요한 재순환 루프에 있습니다.

1. 무산소 구역(선택자)

이는 프로세스가 시작되는 초기 접촉 영역입니다.

• 유입: 원 유입 폐수(유기농 "식품"이 풍부함)는 다음과 혼합됩니다. 활성 슬러지 반환(라스) 2차 정화기에서.
• 환경: 엄밀히 말하면 무산소성입니다. 용존 산소가 없습니다 (O ₂ ) 및 질산염 없음(NO ₃ ).
• 주요 프로세스(P-릴리즈): 이런 스트레스 받는 환경 속에서 인산염 축적 유기체(PAO) 선택됩니다. 그들은 폐수에서 휘발성 지방산(VFA)을 소비하고, 그렇게 하기 위한 에너지를 얻기 위해 내부 폴리인산염 결합을 분해하여 오르토인산염을 액체로 방출합니다.

2. 무산소 구역(탈질소)

폐수는 혐기성 구역에서 무산소 구역으로 흘러 들어가고, 그곳에서 엄청난 양의 재활용수 흐름과 합쳐집니다.

• 유입: 무산소 구역의 혼합주 내부 혼합주 재활용(IMLR) 옥시 존에서.
• 환경: 무산소. There is no free dissolved oxygen, but there is chemically bound oxygen in the form of nitrates (NO ₃ ) IMLR에서 가져온 것입니다.
• 핵심 공정(탈질화): 종속영양세균은 남은 유기물을 식량원으로 사용합니다. 숨을 쉬기 위해 그들은 질산염 분자에서 산소 원자를 제거합니다(NO ₃ ), 이를 질소 가스(N ₂ ), 이는 물 밖으로 무해하게 거품을 냅니다. 이것이 질소 제거의 주요 메커니즘입니다.

3. 산소 존(호기성 엔진)

이곳은 공기가 활발하게 유입되는 가장 크고 가장 활동적인 구역입니다.

• 유입: 무산소 구역의 혼합주.
• 환경: 에어로빅. 높은 수준의 용존 산소는 디퓨저나 통풍 장치를 통해 유지됩니다.
• 핵심 공정 1(질산화): 독립영양세균(예: 니트로소모나스 그리고 니트로박터 ) 독성 암모니아(NH)를 전환합니다. ₄ )를 질산염으로(NO ₃ ).
• 핵심 프로세스 2(럭셔리 P-흡수): 이제 산소가 풍부한 환경에 있는 PAO는 물에서 다량의 인산염을 "고급 흡수"하여 내부 저장소를 재건하고 액체 상태에서 제거합니다.
• 분할: 이 구역의 끝에서 질산염이 풍부한 혼합액의 상당 부분이 다음을 통해 무산소 구역으로 다시 펌핑됩니다. IMLR , 나머지는 정화기로 흘러갑니다.

4. 2차 청징제(분리)

마지막 단계는 물리적 분리 과정이다.

• 유입: Oxic zone의 혼합주입니다.
• 과정: 생물학적 플록(슬러지)은 탱크 바닥에 가라앉고 상단에는 깨끗하고 처리된 물이 남습니다.
• 유출(유출): 투명한 상층액은 둑 위로 흘러 처리된 유출수로 배출됩니다.
• 슬러지 관리: 침전된 슬러지는 다음과 같이 다시 처음으로 재활용됩니다. RAS 생물학적 개체군을 유지하거나 시스템에서 제거하기 위해 폐기물 활성 슬러지(WAS) 인과 과잉 바이오매스를 영구적으로 제거합니다.

A2O 프로세스의 핵심 단계

A2O 공정은 단일 슬러지 부유 성장 시스템입니다. 선형으로 보이지만 효율성은 내부 재순환에 크게 의존합니다. 폐수는 서로 다른 세 가지 환경 구역을 통해 이동하며, 각각은 서로 다른 오염 물질을 표적으로 삼기 위해 특정 박테리아 군집을 배양합니다.

[A2O 공정 흐름도 이미지]

1. 무산소 구역(선택자)

이는 유입수 원폐수가 반환 활성 슬러지(RAS)와 혼합되는 초기 접촉 구역입니다.

• 환경: 엄밀히 말하면 혐기성 조건입니다. 유리산소(O)가 없습니다. ₂ ) 및 결합된 산소(질산염/아질산염)가 없습니다.
• 메커니즘(인 방출): 스트레스가 가득한 이 환경 속에서, 인산염 축적 유기체(PAO) 지배적입니다. 생존을 위해 그들은 폐수에서 휘발성 지방산(VFA)을 섭취합니다. 이러한 VFA를 흡수하는 데 필요한 에너지를 얻기 위해 PAO는 내부 폴리인산염 결합을 분해하여 오르토인산염을 액체로 방출합니다.
• 결과: 아이러니하게도 인산염 농도는 증가하다 이 단계에서. 이 "방출"은 나중에 발생하는 "럭셔리 흡수"에 필요한 전조입니다.

2. 무산소 구역(탈질소)

폐수는 혐기성 구역에서 무산소 구역으로 흐릅니다. 여기에서 중요한 내부 재활용 루프는 공정 종료(호기성 구역)에서 질산염이 풍부한 혼합액을 다시 공급합니다.

• 환경: 무산소 conditions. There is no free dissolved oxygen, but chemically bound oxygen is present in the form of Nitrates (NO3 ^- ).
• 메커니즘(탈질화): 종속영양세균은 폐수에 남아있는 유기물(BOD)을 먹이로 이용합니다. 호흡하기 위해 그들은 질산염에서 산소 분자를 제거합니다.
• 화학적 변화: 이 과정은 질산염(NO3 ^- )를 질소 가스(N ₂ ), 이는 물 밖으로 무해하게 거품을 냅니다.
  NO3 ^- → NO2 ^- → NO → N ₂ O → N ₂
• 결과: 총 질소의 상당한 제거.

3. 산소존(유산소 치료)

이는 기계식 표면 통풍기 또는 확산 공기 시스템을 통해 폭기가 도입되는 마지막 생물학적 단계입니다.

• 환경: 용존 산소(DO) 수준이 높은 호기성 조건(일반적으로 2.0mg/L 이상).
• 메커니즘 A(질산화): 독립영양세균(예: 니트로소모나스 그리고 니트로박터 ) 암모니아(NH)를 변환합니다. ₄ )를 질산염(NO3)으로 ^- ). 이 질산염은 무산소 구역으로 다시 재활용되어 제거됩니다.
• 메커니즘 B(고급 인 흡수): 이제 산소가 풍부한 환경에 있는 PAO는 과도하게 구동됩니다. 이들은 저장된 유기물(혐기성 단계에 흡수됨)을 산화하여 저장된 인산염을 보충합니다. 그들은 이전에 방출한 것보다 훨씬 더 많은 인산염을 흡수합니다.

• 결과: 암모니아는 산화되고, 액상 인산염은 박테리아 내부에 갇혀서 급격히 감소합니다(결국 슬러지로 제거됨).

A2O 프로세스 효율성에 영향을 미치는 요소

A2O 공정은 생물학적 균형을 이루는 행위입니다. 살아있는 미생물에 의존하기 때문에 시스템은 환경 변화에 민감합니다. 최적의 영양소 제거를 달성하려면 운영자는 여러 가지 주요 요소를 주의 깊게 모니터링하고 제어해야 합니다.

1. 용존산소(DO) 조절

이것이 가장 중요한 매개변수입니다. 각 구역의 박테리아가 기능하려면 특정 산소 환경이 필요합니다.

• 무산소성 Zone: 엄격하게 혐기성이어야 합니다(DO ≅ 0 mg/L). 여기에는 소량의 산소라도 인 방출을 중단시킵니다.
• 무산소 Zone: DO는 낮지만(DO < 0.5mg/L) 질산염은 높아야 합니다. DO가 이 영역에 들어가면(예: 과도한 난류 또는 과포기된 반환 슬러지를 통해) 박테리아는 질산염 산소 대신 유리 산소를 사용하여 탈질을 중단합니다.
• 옥시 Zone: 충분한 DO(2.0 - 3.0 mg/L)가 필요합니다. 수준이 너무 낮아지면 질산화가 중단됩니다. 수준이 너무 높으면 에너지를 낭비하고 재활용 루프를 통해 과잉 산소를 무산소 구역으로 다시 보냅니다.

2. 내부 재순환 비율

A2O 공정의 "핵심"은 펌프입니다.

• IMLR(내부 혼합주 재활용): 이는 질산염이 제거되는 양을 결정합니다. 표준비율은 200% ~ 300% 유입 흐름의. 비율이 너무 낮으면 질산염이 폐수에서 빠져나갑니다. 너무 높으면 혼합액이 희석되어 체류시간이 단축됩니다.
• RAS(활성 슬러지 반환): 이렇게 하면 혐기성 구역에 충분한 바이오매스가 확보됩니다. 일반적으로 다음으로 설정됩니다. 50% ~ 100% 유입수 흐름.

3. 온도와 pH

박테리아마다 "안전지대"가 다릅니다.

• 온도: 질화세균(산소지대)은 추위에 매우 민감합니다. 12 이하 ℃ , 이들의 활동이 크게 감소하여 배출 시 암모니아가 높아질 위험이 있습니다.
• pH: 질산화는 알칼리도를 소모하여 자연적으로 pH를 낮추게 됩니다. pH가 아래로 떨어지면 6.5 , 박테리아가 작동을 멈춥니다. 작업자는 pH를 유지하기 위해 알칼리도(석회 또는 소다회 등)를 추가해야 하는 경우가 많습니다. 7.0 및 8.0 .

4. 탄소 대 영양소 비율(C:N:P)

박테리아가 일을 하려면 음식(탄소)이 필요합니다.

• 탈질화 유기 탄소가 필요합니다. 폐수가 "약한"(낮은 BOD) 경우 무산소 구역의 질산염을 박테리아가 분해할 먹이가 충분하지 않습니다.
• 인 제거 휘발성 지방산(VFA)에 의존합니다. 유입수에 VFA가 부족하면 인 제거가 제대로 이루어지지 않습니다.

A2O 공정의 장점과 단점

A2O는 생물학적 영양소 제거의 표준이지만 "설치하고 잊어버리는" 시스템은 아닙니다. 기존 활성슬러지에 비해 뚜렷한 장단점이 있습니다.

장점(장점)

• 동시 영양소 제거: 별도의 화학적 침전 단계 없이 단일 슬러지 시스템에서 BOD, 질소, 인을 효과적으로 제거합니다.
• 비용 효율적인 운영: 무산소 구역에서 BOD를 산화시키기 위해 (공기 대신) 질산염을 사용함으로써 공정은 산소를 회수하여 전체적인 통기 에너지 수요를 줄입니다.
• 개선된 슬러지 특성: 혐기성 선택 구역은 종종 "슬러지 벌킹"을 유발하는 사상균의 성장을 억제합니다. 이로 인해 정화기 내 슬러지가 더 잘 침전됩니다.
• 추가된 화학물질 없음: 이는 인 제거를 위해 값비싼 화학적 응고제(명반이나 염화제이철 등)보다는 생물학적 메커니즘에 의존합니다.

단점 (단점)

• 유입수 품질에 대한 민감도: 이 과정은 처리되지 않은 하수의 BOD 대 질소/인 비율에 크게 좌우됩니다. 유입되는 물의 유기물(탄소) 함량이 낮을 경우 제거 효율이 급격하게 떨어집니다.
• 운영의 복잡성: 두 가지 재활용 루프(RAS 및 IMLR)의 균형을 맞추려면 숙련된 작업자와 정밀한 제어 시스템이 필요합니다.
• 질산염 피드백: 내부 재활용이 올바르게 관리되지 않으면 질산염이 혐기성 구역으로 다시 흘러 들어갈 수 있습니다. 혐기성 구역의 질산염은 인 제거 메커니즘에 독으로 작용합니다.
• 더 높은 초기 자본: 3개의 별도 구역, 내부 벽, 혼합기 및 재활용 펌프에 대한 요구 사항으로 인해 단순한 폭기조에 비해 초기 건설 비용이 증가합니다.

A2O의 실제 응용

A2O 공정은 다재다능하고 확장 가능하므로 다양한 폐수 처리 시나리오에서 선호되는 선택입니다.

1. 생활폐수 처리

이것은 가장 일반적인 응용 프로그램입니다. 전 세계 도시에서는 질소와 인을 강과 호수로 배출하는 것을 금지하는 엄격한 배출 기준을 충족하기 위해 A2O를 사용합니다.

• 개조: A2O의 가장 큰 장점 중 하나는 배플(벽)을 설치하여 3개의 구역을 만들고 재순환 펌프를 추가함으로써 기존의 많은 "플러그 흐름" 폭기조를 A2O 시스템으로 개조할 수 있다는 것입니다.
• 규모: 이는 중대규모 공장(인구 10,000명에서 1,000,000명 이상에 서비스 제공)에 효과적입니다.

2. 산업 응용

영양분 함량이 높은 유기 폐기물을 생산하는 산업에서는 A2O가 특히 효과적입니다.

• 음식 및 음료: 낙농장, 양조장, 도살장에서는 질소와 인 함량이 높은 폐수를 생산하는 경우가 많습니다. A2O는 이러한 시설이 과도한 화학물질 비용 없이 환경 배출 허가를 충족하도록 돕습니다.
• 비료 식물: 이러한 시설은 높은 암모니아 농도를 처리하므로 A2O의 질화/탈질화 기능이 필수적입니다.

유지 관리 및 문제 해결

완벽하게 설계된 A2O 시스템이라도 운영상의 어려움에 직면할 수 있습니다. 생물학적 시스템은 역동적입니다. 날씨 변화, 유입수 구성 또는 장비 고장으로 인해 박테리아의 섬세한 균형이 깨질 수 있습니다.

일반적인 운영 문제 및 솔루션

아래 표에는 A2O 플랜트에서 운영자가 직면하는 가장 빈번한 문제와 해결 방법이 요약되어 있습니다.

예방 유지 관리 팁

• 센서 교정: A2O 공정은 DO 및 질산염 센서를 사용하여 펌프를 제어합니다. 매주 교정하세요.
• 믹서 유지 관리: 혐기성 및 무산소 구역에서는 수중 혼합기를 사용하여 산소를 추가하지 않고 고형물을 부유 상태로 유지합니다. 믹서가 고장나면 고형물이 침전되어 유효 탱크 용량이 줄어듭니다.
• 펌프 검사: 내부 재활용 펌프(IMLR)가 지속적으로 작동합니다. 갑작스러운 고장을 방지하려면 정기적인 진동 분석 및 씰 점검이 필수적입니다.

A2O 프로세스에 대해 자주 묻는 질문(FAQ)

Q: A/O 프로세스와 A2O 프로세스의 주요 차이점은 무엇입니까?
답: 표준 A/O(혐기성-산소) 공정은 주로 다음을 위해 설계되었습니다. 인 제거. "무산소" 구역과 내부 질산염 재활용이 부족하여 질소를 효과적으로 제거할 수 없습니다. A2O(혐기성-무산소-산소)는 제거에 중간 단계를 추가합니다. 둘 다 질소와 인.

Q: 왜 무산소 구역에는 질산염이 없어야 합니까?
답: 혐기성 구역에 질산염이 존재하는 경우 박테리아는 폐수를 발효시키는 대신 질산염의 산소를 사용하여 호흡합니다. 이는 PAO(인 축적 유기체)가 인을 방출하는 데 필요한 "스트레스" 조건을 방지하여 생물학적 인 제거 과정을 효과적으로 방해합니다.

Q: A2O 시스템의 일반적인 제거 효율은 무엇입니까?
답: 잘 운영되는 A2O 플랜트는 일반적으로 다음을 달성할 수 있습니다.

• 이사회/대구: > 90%
• 총질소(TN): 60% – 80% (내부 재활용 비율에 따라 제한됨)
• 총인(TP): 70% – 90%

Q: MLSS란 무엇이며 A2O에서 왜 중요한가요?
답: MLSS는 혼합 주류 부유 물질 . 탱크 내 박테리아(바이오매스)의 농도를 측정한 것입니다. A2O 시스템에서 MLSS는 일반적으로 3,000mg/L에서 5,000mg/L 사이로 유지됩니다. 너무 낮으면 물을 처리할 박테리아가 충분하지 않습니다. 너무 높으면 정화기가 과부하될 수 있습니다.

Q: A2O 공정은 엄격한 총 질소 제한(예: < 3 mg/L)을 충족할 수 있습니까?
답: 표준 A2O는 단일 내부 재활용 루프에 의존하기 때문에 매우 낮은 질소 한계에 도달하는 데 종종 어려움을 겪습니다. 3~5mg/L 미만의 한도를 충족하려면 식물은 종종 2차 무산소 구역(수정된 Bardenpho 공정)을 필요로 하거나 탈질화를 촉진하기 위한 외부 탄소원(예: 메탄올)을 추가해야 합니다.

Q: A2O 공장의 정화기에서 "슬러지 상승"이 발생하는 이유는 무엇입니까?
답: 슬러지 상승은 일반적으로 다음으로 인해 발생합니다. 통제되지 않은 탈질화 정화기에서. 슬러지가 너무 오래 방치되면 박테리아는 남은 질산염을 질소 기포로 변환하여 슬러지에 달라붙어 표면으로 떠오릅니다. 해결책은 활성 슬러지 반환(RAS) 속도를 높여 슬러지를 정화기에서 더 빠르게 빼내는 것입니다.