활성슬러지 공법(Activated Sludge Process)은 하수 및 폐수 처리에 사용되는 생물학적 처리 방법으로, 호기성 미생물을 이용하여 유기물을 분해·제거하는 공법이다. 이 공법은 1914년 영국의 아더(Ardern)와 로켓(Lockett)에 의해 처음 개발되었으며, 이후 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 하수처리 공정으로 자리잡았다.
원리
활성슬러지 공법의 기본 원리는 하수에 산소를 공급하여 호기성 미생물이 번식할 수 있는 환경을 조성하는 것이다. 미생물은 하수 속의 미립자와 부착하여 활성슬러지 플록(Activated sludge floc)이라는 덩어리를 형성한다. 이 플록 내의 미생물이 유기물을 흡착·산화·동화시켜 분해함으로써 물이 정화된다. 플록은 침전성이 좋아 침전조에서 가라앉으며, 일부는 반송되어 재사용된다.
구성 요소
일반적인 활성슬러지 공법은 다음과 같은 주요 시설로 구성된다.
- 폭기조(Aeration Tank): 미생물이 유기물을 분해하는 반응조로, 산소가 공급된다.
- 최종침전조(Final Settling Tank): 미생물 플록을 침전시켜 처리수와 슬러지로 분리한다.
- 슬러지 반송(Return Sludge): 침전된 슬러지의 일부를 폭기조로 되돌려 미생물 농도를 유지한다.
- 잉여슬러지 폐기(Waste Sludge): 과잉 증식된 슬러지는 계외로 배출하여 처리한다.
설계 및 운영 지표
활성슬러지 공법의 설계와 운영 관리에는 다음과 같은 주요 인자가 사용된다.
- BOD 용적 부하: 폭기조 부피 대비 유입 BOD 부하의 비율이다.
- F/M 비(Food-to-Microorganism Ratio): 미생물량 대비 공급되는 유기물(영양분)의 비율로, 공정 운영의 핵심 지표이다.
- MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids): 폭기조 내 혼합액 중 부유물질 농도를 의미한다.
- SVI(Sludge Volume Index, 슬러지 용적 지수): 슬러지의 침강 농축성을 평가하는 지표로, 50~150 범위일 때 침전이 양호한 것으로 판단한다.
- SDI(Sludge Density Index, 슬러지 밀도 지수): SVI의 역수로, 0.7 이상이면 침전이 양호함을 의미한다.
변형 공법
표준 활성슬러지 공법 외에도 다양한 변형 공법이 개발되어 있다.
- 회분식 활성슬러지법(SBR, Sequencing Batch Reactor): 하나의 반응조에서 시간적 순서에 따라 유입, 반응, 침전, 배출, 휴지의 단계를 수행하는 방식으로, 별도의 침전조가 필요하지 않다.
- A²O 공법: 혐기조, 무산소조, 호기조를 직렬로 배치하여 질소와 인을 동시에 제거하는 고도처리 공법이다.
- 장기폭기법(Extended Aeration): 폭기 시간을 길게 하여 잉여슬러지 발생량을 줄이는 방식이다.
장점과 한계
활성슬러지 공법은 유기물 제거 효율이 높고(일반적으로 BOD 90% 이상 제거 가능), floc이 재사용 가능하며, 다양한 변형을 통해 질소·인 제거 등의 고도처리가 가능하다는 장점이 있다. 반면, 미생물의 생태계 유지를 위한 지속적인 운전 관리가 필요하고, 슬러지 팽화(Bulking) 현상이 발생할 수 있으며, 유입수의 성분 변동에 민감하고 잉여슬러지의 처리·처분이 별도로 필요하다는 한계가 있다.
활성슬러지 공법은 현재 전 세계 하수처리시설에서 가장 보편적으로 적용되는 생물학적 처리 공정이며, 환경공학 및 상하수도 공학 분야의 핵심 기술로 자리잡고 있다.
