A/O·A2O 공법

왜 배우는가: A2O 공법은 같은 반응조에서 질소와 인을 함께 제거하는 대표적인 고도처리 공법이므로, 수질관리기술사의 하수처리 설계와 운전 문항에서 기본 공법으로 다뤄진다. A/O 공법과 A2O 공법을 비교하는 문항이 반복해서 나오므로 두 공법의 원리 차이를 정확히 설명할 수 있어야 한다.

출제 이력: 제120회 4교시 6번, 제111회 3교시 1번, 제90회 4교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

A2O 공법은 혐기조·무산소조·호기조를 직렬로 배치해 유기물, 질소, 인을 한 공정에서 함께 제거하는 생물학적 고도처리 공법이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 혐기조: 산소와 질산성 질소가 없는 반응조이며, 인이 방출되는 단계이다.
• 무산소조: 산소는 없고 질산성 질소만 있는 반응조이며, 탈질이 일어나는 단계이다.
• 호기조: 산소를 공급하는 반응조이며, 유기물 산화와 질산화, 인의 과잉섭취가 일어나는 단계이다.
• 생물학적 인 제거: 인 축적 미생물을 이용해 인을 잉여슬러지로 빼내는 처리 방법이다.
• 내부반송: 호기조의 혼합액을 무산소조로 되돌려 질산성 질소를 줄이는 흐름이다.
• 반송슬러지: 침전지에서 농축된 슬러지를 혐기조 입구로 되돌려 보내는 흐름이다.
• 폴리인산 축적 미생물(PAO): 세포 안에 폴리인산을 저장하는 종속영양 미생물이다.

2. 개념 풀이

A2O 공법은 활성슬러지법의 반응조를 혐기조, 무산소조, 호기조의 순서로 나누고 반송슬러지를 혐기조 입구로 되돌려 보내는 생물학적 처리 공법이다. 세 단계가 같은 흐름 안에서 순서대로 서로 다른 조건을 만들기 때문에, 단계마다 다른 미생물 군집이 우점하여 질소와 인을 동시에 제거할 수 있다. 정식 정의는 이 구성을 기준으로 삼는다.

원리는 혐기조에서 시작한다. 혐기조에는 용존산소와 질산성 질소가 없으므로 PAO가 유입수의 휘발성 지방산 같은 발효 산물을 흡수하여 세포 안에 저장한다. 이 과정에서 세포 안의 폴리인산이 분해되고 그 인이 액중으로 인 방출된다. 호기조에서는 PAO가 저장해 둔 유기물을 산화하여 에너지를 얻고, 주변 액중의 인을 인 과잉섭취하여 폴리인산 형태로 세포 안에 다시 축적한다. 축적된 인은 잉여슬러지와 함께 계외로 빠져나가므로 인 제거가 완성된다.

A2O 공법의 인 제거는 혐기조의 인 방출과 호기조의 인 과잉섭취가 한 쌍으로 일어나야 성립한다.

질소 제거는 호기조의 질산화에서 시작한다. 호기조에서 생성된 질산성 질소는 내부반송으로 무산소조에 보내지고, 무산소조의 탈질 미생물이 산소 대신 질산성 질소를 이용해 질소 가스로 환원한다. 이때 탄소원은 유입수가 혐기조를 거친 뒤 남은 유기물이 담당한다. 무산소조를 혐기조와 호기조 사이에 두는 이유는 질산성 질소가 혐기조로 들어가면 인 방출이 억제되기 때문이다. 즉 무산소조는 질소를 제거하면서 혐기조의 인 방출 조건을 지키는 완충 역할을 한다.

3. 등장 배경과 필요성

하수의 영양염류인 질소와 인이 호소와 폐쇄성 수역으로 유입되면 조류가 과다 증식하는 부영양화가 발생한다. BOD와 SS 제거를 목표로 한 2차처리만으로는 방류수의 영양염류 농도를 낮추기 어려워졌으므로, 2차처리 뒤에 질소와 인을 추가로 제거하는 고도처리가 필요해진 배경이다.

인 제거는 크게 화학적 방법과 생물학적 방법으로 나뉜다. 화학적 인 제거는 철염이나 알루미늄염을 투입하여 인을 침전시키는 방식으로 처리 효과는 안정적이지만, 약품비가 들고 화학 슬러지가 늘어나는 단점이 있다. 생물학적 방법은 약품 투입 없이 미생물 세포의 인 축적 능력을 이용하므로 운영비와 슬러지 발생량 측면에서 유리하다. A2O 공법은 이 생물학적 방법을 질소 제거와 함께 구현한 방식이다.

질소 제거에서도 생물학적 방법이 주로 채택된다. 암모니아 탈기나 파과점 염소주입 같은 물리화학적 방법은 약품과 에너지 소모가 크므로, 호기조의 질산화와 무산소조의 생물학적 탈질을 결합한 처리가 널리 쓰인다. 처리수의 총인 농도는 1mg/L 이하까지 낮출 수 있으며, 이 수준의 방류 목표를 만족하기 위해 A2O 공법이 검토된다. 여기서 중요한 점은 질소와 인을 하나의 반응조 흐름에서 모두 다루므로, 설치 면적과 건설비를 한 번에 줄일 수 있다는 것이다.