A2O공법 및 변형공법

왜 배우는가: A2O 공법은 질소와 인을 동시에 제거하는 대표적 생물학적 고도처리 공정으로, 하수처리시설 개량과 신설 설계에서 가장 많이 쓰인다. 혐기·무산소·호기 조건의 순서와 미생물 역할을 이해해야 공정 원리와 운전 문제를 함께 답할 수 있어 기술사 시험에서 반복 출제된다.

출제 이력: 제132회 4교시 3번, 제128회 3교시 6번, 제111회 2교시 6번, 제103회 2교시 1번, 제102회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

A2O 공법은 혐기조, 무산소조, 호기조를 순서대로 배치해 유기물과 질소, 인을 생물학적으로 함께 제거하는 활성슬러지 계열의 고도처리 공법이다.

• 혐기조: 인 방출과 유기물 흡수가 일어나는 반응조
• 무산소조: 내부반송수의 질산성 질소를 질소가스로 환원하는 반응조
• 호기조: 암모니아성 질소의 질산화와 과잉 인 섭취가 일어나는 반응조
• 내부반송: 호기조의 질산성 질소를 무산소조로 되돌리는 흐름
• 인 방출·과잉섭취: 인 축적균(PAOs)의 생물학적 인 제거 원리
• 탈질: 무산소 조건에서 질산성 질소가 질소가스로 바뀌는 반응
• 반송슬러지: 침전지에서 반송되어 혐기조로 들어오는 활성슬러지

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 하수를 세 개의 방에 차례로 통과시키면서 미생물이 각 방의 환경에 맞게 일하도록 만든 공정이다. 첫 방은 산소가 없어 인을 내놓는 미생물이 힘을 쓰고, 둘째 방은 산소 없이 질산을 질소가스로 바꾸며, 셋째 방은 산소를 넣어 암모니아를 질산으로 만들고 인을 다시 빨아들인다.

정식으로는 혐기성(DO 0, 질산성 질소 없음), 무산소성(DO 거의 0, 질산성 질소 존재), 호기성(DO가 충분한 상태) 환경을 순서대로 조성하는 활성슬러지법이다. 호기조에서 생성된 질산성 질소를 내부반송으로 무산소조에 되돌려 탈질에 쓰고, 반송슬러지를 혐기조 앞으로 보내 인 방출을 유도하는 것이 핵심 구조다.

혐기조에서는 인 축적균이 유기산을 흡수하면서 폴리인산염을 분해하고 인을 세포 밖으로 방출한다. 호기조에서는 같은 균이 산소를 이용해 방출량보다 많은 인을 다시 세포 안에 저장한다. 이 인 농도 차이를 잉여슬러지로 빼내는 것이 생물학적 인 제거다.

3. 등장 배경과 필요성

하수의 질소와 인은 하천과 호소로 유입되면 부영양화를 일으킨다. 표준 활성슬러지법은 유기물(BOD)은 잘 제거하지만 질소와 인은 각각 대부분 남아 방류수 수질 기준을 맞추기 어렵다. 그래서 2차 처리에 생물학적 영양염류 제거 기능을 더한 고도처리가 필요해졌다.

화학적 방법으로 인을 침전시키는 것도 가능하지만 응집제 비용과 슬러지 발생량이 늘어난다. 생물학적 방법은 약품 투입을 줄이고 슬러지 처리 부담을 낮출 수 있어 경제성이 있다. 그러나 생물학적 제거는 미생물이 요구하는 환경을 공정 순서로 만들어 주어야 하므로, 반응조를 혐기, 무산소, 호기로 나누는 구조가 자연스럽게 도입되었다.

질소 제거는 질산화(암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화)와 탈질(질산성 질소를 질소가스로 환원)의 두 단계로 이루어진다. 질산화는 산소가 있어야 하고 탈질은 산소가 없고 유기물이 있어야 한다. 두 반응의 조건이 다르기 때문에 한 반응조에서 동시에 처리하기 어렵고, A2O는 호기조와 무산소조를 분리하고 내부반송으로 두 반응을 연결한다. 이 구조가 A2O가 등장한 기술적 배경이다.