MBR

왜 배우는가: MBR은 침전지 없이 고농도 미생물과 양호한 처리수를 얻는 대표적인 고도처리 공법이다. 재이용 수요가 늘면서 여러 회차에 걸쳐 원리와 배경을 묻는 개념이다.

출제 이력: 제138회 3교시 5번, 제126회 4교시 2번, 제119회 1교시 1번, 제114회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

막결합형 생물학적처리법(MBR)은 활성슬러지 반응조에 분리막을 결합해 침전 없이 고액분리하는 처리법이다. 침전지 대신 정밀여과(MF)막 또는 한외여과(UF)막이 처리수와 미생물을 나누므로, 처리수의 부유물질 농도가 낮고 반응조 안에는 고농도 미생물을 유지할 수 있다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 막결합형 생물학적처리법(MBR): 생물반응조와 막분리 공정을 하나로 묶은 하수처리 공법이다.
• 고액분리: 혼합액에서 처리수와 고형물을 나누는 작업이며, MBR에서는 막이 이 역할을 맡는다.
• 정밀여과(MF)·한외여과(UF)막: 미생물과 부유물질을 막 표면에서 차단하는 저압 분리막이다.
• 혼합액 부유물질(MLSS): 반응조 혼합액의 부유물질 농도로, 반응조 안 미생물 농도를 나타낸다.
• 슬러지체류시간(SRT): 미생물이 반응조에 머무르는 평균 시간이다.
• 막오염(막폐색): 막 표면과 내부에 물질이 쌓여 투과 저항이 커지는 현상이다.
• 막여과유속(플럭스): 단위 막면적을 통과하는 처리수의 유량이다.

2. 개념 풀이

정식 정의는 다음과 같다. 막결합형 생물학적처리법은 활성슬러지법의 생물반응조에서 미생물이 유기물을 분해하고, 혼합액을 막으로 여과하여 처리수를 얻는 하수처리 공정이다. 핵심은 침전지가 맡던 고액분리를 막이 대신한다는 점이다.

원리는 다음과 같다. 기존 활성슬러지법은 침전지의 침강성에 의존하므로 반응조 MLSS를 2,000~3,000mg/L 수준으로 제한한다. 슬러지 침강성이 나빠지면 미생물이 처리수와 함께 빠져나가기 때문이다. 막은 침강성과 무관하게 미생물을 차단하므로 MLSS를 8,000~12,000mg/L 수준까지 높일 수 있다. 미생물 농도가 높으면 고부하에서도 유기물을 효과적으로 제거하고, SRT를 길게 유지할 수 있다. 막이 고액분리를 맡아 침강성과 무관하게 미생물 농도를 높인다. 다만 용존성 오염물질의 제거는 여전히 생물학적 처리 조건에 좌우된다.

막 분리는 막 양쪽의 압력차를 구동력으로 물을 투과시키는 방식이다. 물과 작은 용존 성분은 막을 통과하고, 미생물과 부유물질은 막 표면에 남는다. 막 표면에 쌓인 물질은 시간이 지나면서 투과 저항을 높이므로, 공정은 막오염을 줄이는 세정과 운전 조건을 함께 갖춰야 한다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 고액분리: 혼합액에서 처리수와 고형물을 나누는 작업이다. 침전지는 중력 침강으로 나누고, 막은 표면에서 차단하는 방식으로 나눈다.
• MLSS: 반응조 혼합액의 부유물질 농도이며 미생물 농도를 나타내는 지표이다. 막 공정에서는 이 값을 높여 반응조 용적당 처리능력을 키운다.
• SRT: 미생물이 반응조에 머무는 평균 시간이다. 막이 미생물 유출을 막으므로 수리학적 체류시간(HRT)과 독립적으로 조절할 수 있다.
• 막오염: 막 표면과 내부에 물질이 쌓여 투과 저항이 커지는 현상이다. 투과 유량이 줄거나 막간차압이 상승하는 형태로 나타난다.

3. 등장 배경과 필요성

활성슬러지법은 오랫동안 침전지의 성능에 처리 결과를 의존해 왔다. 슬러지 침강성이 나쁘면 MLSS를 높일 수 없고, 침전지 면적도 함께 커지므로 고농도 처리에 한계가 있었다.

막 기술이 하수처리에 도입되면서 이 한계를 넘는 방안이 마련되었다. 침지형 구성은 운전 동력이 낮고 막 가격이 지속적으로 하락하여, 1990년대 중반 이후 설치가 지수적으로 늘었다. 이 과정에서 막은 침전지를 대체하는 고액분리 수단으로 자리 잡았다.

재이용 수요가 커진 것도 필요성의 배경이다. 조경용수나 공업용수로 재이용하려면 부유물질과 탁도가 낮은 처리수가 안정적으로 나와야 하며, 막은 고형물을 물리적으로 차단하므로 이 조건을 충족하기 쉽다. 또한 부지가 좁은 도심형 하수처리장에서는 침전지를 생략해 시설을 집약할 수 있다는 점이 실무상 큰 이점이다.

방류수 수질 기준이 강화되면서 SS와 탁도, 병원성 미생물을 함께 낮추는 고도처리의 필요성도 커졌다. 막 여과 처리수는 부유물질과 병원성 미생물 농도가 낮은 것이 특징이다.