거품과 스컴

왜 배우는가: 거품과 스컴은 하수처리장 운전에서 가장 자주 부딪히는 이상현상이며, 침전지 월류·처리수 질 저하와 악취, 소화조 운전 장애로 이어져 실무 민원과 운영비에 직접 영향을 준다. 기술사 시험에서는 발생원인과 제거방안을 묻는 1교시 문제로 반복 출제되므로 원인을 미생물·운전조건·유입 물질로 나누어 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제134회 1교시 12번, 제121회 1교시 10번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

거품(Foam)은 활성슬러지 포기조 표면에 기포가 모여 생기는 층이고, 스컴(Scum)은 기름·그리스·부유 고형물이 처리조 표면에 떠올라 쌓인 층이다.

핵심 키워드

• 거품(Foam)
• 스컴(Scum)
• 사상성 미생물(Filamentous Microorganisms)
• n-헥산 추출물질(n-Hexane Extractable Matter)
• 그리스 및 오일(Oil & Grease)
• 소포제(Antifoaming Agent)
• 고형물 체류시간(SRT)
• 부상농축(Flotation)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 말하면, 물 위에 뜨는 거품과 기름때 같은 찌꺼기가 처리조 표면에 쌓이는 현상이다. 거품은 기포가 미생물 세포 표면이나 지질 성분과 결합해 안정화된 것이고, 스컴은 물보다 가볍고 물에 잘 녹지 않는 물질이 표면에 모인 것이다.

정식 정의는 다음과 같다. 거품은 공기 기포가 미생물 생성 물질(지질·단백질·계면활성 물질)과 결합해 액체 표면에 안정적으로 머무는 기포층을 말한다. 스컴은 비중이 물보다 낮아 표면에 떠오른 유지류, 그리스, 부유 고형물이 농축된 층을 말한다.

거품은 주로 활성슬러지 포기조에서 생기며, 미생물이 만든 계면활성 물질이 기포 표면을 안정시키는 것이 핵심 원리다. 스컴은 주로 1차 침전지와 소화조 상부에서 생기며, 유지류가 기름층으로 분리되어 쌓이는 것이 핵심이다. 두 현상은 같은 표면에 나타나지만 원인과 대책이 다르므로 답안에서 나누어 쓴다.

n-헥산 추출물질은 용제인 n-헥산에 녹는 물질을 말하며, 유지류와 광유가 여기에 포함된다. 이 물질은 스컴 발생의 원인이 되고, 처리시설의 조작과 소화 과정에 나쁜 영향을 준다.

사상성 미생물은 긴 가닥 형태로 자라는 세균·곰팡이 등을 말한다. 정상 수준에서는 플록을 붙잡아 주는 골격 역할을 하지만, 과다하게 자라면 플록 침강을 방해하고 표면에 섬유망을 만들어 거품을 안정시킨다.

3. 등장 배경과 필요성

하수처리장은 유입 하수의 성분이 시기와 지역에 따라 크게 달라진다. 가정에서 나오는 세제의 계면활성제, 음식점과 식품공장에서 나오는 유지류, 산업폐수의 유기 물질이 함께 들어오면서 거품과 스컴 문제가 생기기 시작했다. 특히 고도처리를 도입해 체류시간을 늘리고 생물반응조의 미생물 농도를 높이면서 사상성 미생물이 우점하는 경우가 많아졌다.

거품이 발생하면 포기조 표면에서 기포층이 두껍게 쌓여 산소 전달 효율이 떨어지고, 바람에 날려 작업 환경과 주변 민원을 악화시킨다. 스컴이 침전지 표면을 덮으면 월류 위어로 부유물이 넘어가 처리수 SS와 대장균 기준 관리에 부담을 준다. 또한 스컴이 소화조로 유입되면 소화 가스 발생과 교반을 방해하여 소화 효율을 낮춘다.

따라서 거품과 스컴은 처리 성능, 유지관리비, 민원 세 측면에서 필요성이 크다. 원인을 정확히 파악하고 제거 방안을 단계별로 적용하는 능력이 기술사에게 요구된다.

거품과 스컴은 처리 효율 저하, 처리수 질 악화, 민원을 동시에 일으키므로 원인 진단과 제거 방안을 함께 제시해야 한다.

4. 구성요소·원리·절차

거품(foam)과 스컴(scum)은 생성 경로가 다르지만 처리장 안에서는 함께 나타난다. 거품은 미생물 대사산물과 계면활성 물질이 기포를 감싸 안정화된 상태이고, 스컴은 기름·그리스 등 비중이 낮은 물질이 수면이나 침전지 표면에 떠올라 쌓인 층이다. 두 현상을 구분해 구성요소를 이해해야 원인에 맞는 제거방안을 쓸 수 있다.

거품 구성 요소는 세 가지로 나눠 볼 수 있다. 첫째, 공기 기포가 입자와 결합해 부력을 얻는 기포 부상 메커니즘이다. 둘째, 친유성 물질(지질, 지방)을 가진 미생물이 수면으로 떠오르는 것이다. 셋째, 섬유상 미생물이 네트워크를 이루어 거품을 붙잡고 안정화하는 것이다. 이 세 요소가 겹칠 때 거품이 가장 심해진다.

거품은 미생물 세포 표면의 소수성 물질과 기포가 결합해 부상하고, 섬유상 미생물 네트워크가 이를 지탱하여 안정화된다

거품 생성 원리는 다음과 같다. 장기 슬러지 체류시간(SRT)에서는 성장이 느린 사상성 미생물이 우세해진다. 이 미생물은 지질 성분이 많아 물보다 가볍고, 수면으로 떠오르며 기포와 입자를 포획한다. 여기에 계면활성제가 더해지면 거품층이 쉽게 무너지지 않는다. pH가 낮아지면 사상성 미생물 성장이 억제되는 경향이 있으나, pH 변화 자체가 거품을 유발할 수도 있으므로 조건을 함께 봐야 한다.

스컴 생성 원리는 밀도 차이에 있다. 기름·그리스는 물에 대한 용해도가 매우 낮고 비중이 물보다 작다. 따라서 1차 침전지에서 수면으로 분리되어 농후한 스컴층을 형성한다. 스컴층이 두꺼워지면 침전지 유출 월류부로 넘쳐 후속 공정을 오염시킨다.

거품·스컴 제거 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 발생 원인을 확인한다. 현미경 관찰로 사상성 미생물 종류를 구분하고, 유입수의 유지류·계면활성제 농도를 분석한다.
• 운전인자를 조정한다. 폭기조 SRT와 F/M비를 조절하고 용존산소와 반송비를 점검한다.
• 물리적으로 제거한다. 스컴 스키머로 수면 부유물을 걷어내고 거품 제거용 살수 노즐을 가동한다.
• 화학적으로 억제한다. 소포제를 주입하여 기포 표면장력을 깨고, 필요하면 염소계 약품으로 사상성 미생물을 제어한다.
• 생물학적으로 안정화한다. 선택 조건을 유지해 분산성 활성슬러지가 우세하도록 한다.
• 발생 후 확인한다. 거품 높이와 처리수 SS·BOD를 추적해 조치 효과를 판단한다.

다음 도식은 제거 흐름을 보여준다.

5. 관련 법령·기준·표준

거품·스컴 자체를 직접 규제하는 법정 수치는 많지 않다. 대신 처리수 수질과 유지관리 기준이 간접적으로 관련된다. 「하수도법」과 「물환경보전법」은 방류수 수질기준을 정하며, 거품과 스컴으로 인한 SS·BOD 증가가 이 기준 달성을 어렵게 한다. 또 「하수도법 시행규칙」에 따라 공공하수처리시설의 방류수 수질 기준을 지켜야 한다.

기준 항목별 주요 값은 다음과 같다.

표의 방류수 기준은 지역과 시설 규모에 따라 다를 수 있으므로 적용 시설의 허가 조건을 함께 확인한다. 소포제 주입량은 처리장별 시험 결과를 따른다.

스컴 관리는 1차 침전지 설계와 연계된다. 표면부하와 스컴 제거 장치 설치 여부를 설계 단계에서 정하고, 운전 중에는 스컴층 두께를 주기적으로 측정한다. 거품 관리는 폭기조 SRT·DO 운전 기준과 연결되어 있어 두 항목을 함께 관리해야 한다.