MLSS 및 MLVSS

왜 배우는가: MLSS와 MLVSS는 폭기조 안의 미생물량과 운전 상태를 나타내는 기본 지표다. F/M비, 슬러지 반송, 잉여슬러지 인발 조절의 기준이 되므로 실무 운전과 시험 답안 모두에서 함께 이해해야 한다.

출제 이력: 제139회 1교시 12번, 제101회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의 문장: MLSS는 폭기조 혼합액 속 부유고형물 농도이고, MLVSS는 그중 강열 시 휘발되는 유기성 고형물 농도로 미생물량을 나타내는 지표다.

핵심 키워드

• 혼합액(Mixed Liquor): 활성슬러지 공정에서 폭기조에 들어가는 유입수와 반송슬러지의 혼합물이다.
• MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids): 폭기조 혼합액 중 부유고형물의 총량이다.
• MLVSS(Mixed Liquor Volatile Suspended Solids): MLSS 중 강열 시 휘발되는 유기성 고형물이다.
• 휘발성 부유고형물(VSS): 강열감량으로 구한 유기성 부유물질의 양이다.
• 강열감량: 건조 고형물을 고온에서 태울 때 줄어든 무게다.
• F/M비: 1일 유입 BOD량을 폭기조 내 미생물량으로 나눈 값이다.
• 활성슬러지: 호기성 미생물 덩어리가 유기물을 흡착·산화하는 처리 방식이다.
• 반송슬러지: 최종침전지에서 농축되어 폭기조로 되돌리는 슬러지다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 MLSS는 폭기조 물에 떠 있는 고형물의 무게다. MLVSS는 그 고형물 가운데 불에 태우면 날아가는 유기물 부분이다. 유기물을 먹고 사는 미생물은 대부분 이 부분에 속하므로 MLVSS가 미생물량을 대신 보여 준다.

정식 정의로 쓰면 다음과 같다. MLSS는 폭기조 혼합액 1L 속에 들어 있는 부유고형물의 총량(mg/L)이다. MLVSS는 MLSS 중 550℃ 강열 시 휘발되는 성분의 양(mg/L)이다. 휘발되지 않고 남는 부분은 무기성 고형물이라 한다.

측정 절차는 다음과 같다.

• 폭기조 혼합액을 잘 섞은 뒤 일정 부피를 취한다.
• 미리 무게를 잰 여과지로 시료를 거른다.
• 여과지를 105℃ 에서 건조해 무게를 재고, 증가분으로 MLSS를 구한다.
• 같은 여과지를 강열한 뒤 무게를 다시 재고, 감소분으로 MLVSS를 구한다.

두 값의 관계는 다음 식으로 나타낸다.

$MLSS = MLVSS + MLFSS$

여기서 MLSS는 혼합액 부유고형물 농도(mg/L), MLVSS는 휘발성 고형물 농도(mg/L), MLFSS는 강열 후 남는 무기성 고형물 농도(mg/L)다. 세 값을 같은 단위로 맞춰 계산해야 한다.

비율 지표로는 다음 식을 쓴다.

$\frac{MLVSS}{MLSS}$

이 비율은 고형물 중 유기성 성분이 차지하는 정도를 보여 준다. 일반적으로 0.75~0.85 수준이며, 비율이 크게 낮으면 모래나 응집 침전물 같은 무기성 고형물이 쌓였을 가능성을 의심한다. 반대로 비율이 높다고 미생물이 많다고 단정할 수는 없다. 유기성 물질 중 미생물 외의 부분도 포함되기 때문이다.

표준활성슬러지법에서 MLSS는 대략 1,000~2,000mg/L 수준으로 운전하는 사례가 많다. 이 값은 처리 방식, 유입 부하, 침전지 성능에 따라 달라진다.

3. 등장 배경과 필요성

활성슬러지법은 폭기조 안의 미생물이 하수 속 유기물을 흡착하고 산화해 제거하는 방식이다. 처리 성능은 폭기조에 있는 미생물의 양과 활성에 좌우된다. 따라서 운전자는 미생물량을 수치로 파악해야 했고, 그 출발점이 혼합액 고형물 농도의 측정이었다.

MLSS는 여과와 건조만으로 구할 수 있어 현장에서 가장 많이 쓰는 지표다. 반송슬러지량과 잉여슬러지 인발량을 정하는 기준이 되고, 폭기조 체류시간과 함께 운전 조건을 결정하는 데 쓰인다. 다만 MLSS에는 유입수에서 들어온 무기성 입자와 침전 물질이 섞여 있다. 그래서 같은 MLSS 값이라도 실제 미생물량은 다를 수 있다.

이 한계 때문에 유기성 부분만 따로 구하는 MLVSS가 필요해졌다. MLVSS는 강열 후 감량으로 구하므로 무기성 성분을 걸러 낸 유기성 고형물량을 보여 준다. 활성슬러지의 미생물과 유기물 양을 더 가깝게 추정하는 방법이다.

MLVSS는 F/M비 계산에서도 필요하다. F/M비는 유입 기질을 미생물량으로 나눈 값이므로 분모에 미생물량을 넣어야 한다. 이때 F/M비의 분모는 MLSS보다 MLVSS로 계산하는 것이 정확하다. 현장에서 MLSS로 계산하는 경우도 있지만, 이는 근사값이다.

부하 변동이 큰 하수처리장에서는 미생물량을 자주 맞춰야 한다. 유입 유기물이 갑자기 늘면 미생물이 부족해져 처리수질이 떨어지고, 반대로 줄면 미생물이 과잉 상태가 되어 잉여슬러지가 늘어난다. MLSS와 MLVSS를 정기적으로 측정하면 이런 변화를 미리 알아채고 반송과 인발을 조정할 수 있다.

결국 두 지표는 운전의 출발점이다. MLSS는 혼합액 전체의 고형물 관리에, MLVSS는 생물학적 처리능력 판단에 쓰인다. 두 값을 함께 보아야 폭기조 상태를 제대로 해석할 수 있다.

4. 구성요소·원리·절차

활성슬러지 공정에서 폭기조 혼합액의 고형물은 크게 무기성과 유기성으로 나뉜다. MLSS는 혼합액 부유고형물 전체이고, MLVSS는 그중 강열 시 휘발하는 유기성 부분으로 미생물과 유기물이 주로 차지한다. 두 값의 차이는 무기성 고형물에 해당한다.

원리는 다음과 같다. 미생물은 유입 유기물(BOD)을 섭취해 증식하므로 MLVSS가 생물량에 가까운 지표가 된다. 따라서 F/M비는 유입 BOD량을 폭기조 내 MLVSS량으로 나눈 값으로 정의하며, 식은 다음과 같다.

$F/M = \frac{Q \times S_0}{V \times X_V}$

여기서 Q는 유입유량(m³/day), S_0는 유입 BOD(kg/m³ 또는 mg/L 환산), V는 폭기조 용적(m³), X_V는 MLVSS 농도(kg/m³)다. 단위는 kg-BOD/kg-MLVSS·day로 쓴다. 예를 들어 Q=150m³/day, S_0=120mg/L(=0.12kg/m³), V=2×2×4.5=18m³, MLSS=2,000mg/L이고 MLVSS/MLSS를 가정한 비율로 보면 X_V=1.5kg/m³이므로 F/M=(150×0.12)/(18×1.5)=18/27≈0.67kg-BOD/kg-MLVSS·day이다. 값이 상식 범위의 상단임을 확인한다.

MLSS 농도 관리 절차는 다음과 같다.

• 폭기조 혼합액을 채취해 MLSS와 MLVSS를 측정한다.
• 유입 BOD와 유량으로 F/M비를 계산한다.
• 목표 F/M비와 비교해 반송슬러지량 또는 잉여슬러지 인발량을 조정한다.
• 침전지 SVI와 탈리 상태를 함께 확인해 반송 가능 농도를 판단한다.
• 결과를 기록해 MLVSS/MLSS 비의 추세를 관리한다.

MLVSS는 미생물과 유기물의 간접 지표이며 MLSS와 함께 해석한다

MLSS 1,000~2,000mg/L를 표준활성슬러지법의 일반 운전 범위로 본다. 이 범위는 F/M비와 함께 맞추는 것이 원칙이다.

5. 관련 법령·기준·표준

하수처리 설계의 기준은 「하수도설계기준」(환경부 고시)이 정한다. 이 기준은 「건설기술 진흥법」 제44조제1항에 따라 하수도시설의 계획과 설계 기준을 정하며, 세부 설계기준은 별지로 둔다. 따라서 MLSS·MLVSS 농도와 F/M비 같은 운전 기준값은 이 고시의 설계기준 별지와 함께 적용한다.

표의 값은 설계와 운전 관행에서 널리 쓰이는 범위다. 실제 설계에서는 처리방식, 유입 수질, 침전지 성능에 따라 조정한다. 장기포기법과 접촉안정법은 같은 활성슬러지 계열이지만 SRT와 부하가 달라 MLSS 범위도 다르다.

개정 연혁으로는 「하수도설계기준」이 제3조에 따라 3년마다 타당성을 검토하도록 되어 있다. 이 조항은 기준의 주기적 검토를 정하며, 개별 수치의 변경 내용은 이 문서에서 확인할 수 없다.