SVI, SDI

왜 배우는가: SVI와 SDI는 활성슬러지의 침강성과 응집성을 수치로 판단하는 대표 지표이다. 포기조 슬러지가 잘 가라앉지 않으면 최종침전지에서 고형물이 유출되므로 운전 점검의 첫 항목이 된다. 1교시 용어 문제로 다뤄지는 개념이므로 정의와 계산식을 정확히 정리해 둘 필요가 있다.

출제 이력: 제134회 1교시 1번, 제120회 1교시 7번, 제117회 1교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

SVI는 활성슬러지 1g이 30분간 정치된 뒤 차지하는 부피(mL)로, 활성슬러지의 침강성과 농축성을 판단하는 지표이다.

슬러지 지표는 활성슬러지의 침전 특성을 나타내는 지표를 통칭하며, 대표적으로 SVI와 SDI가 있다. 두 지표는 같은 침강 특성을 반대 방향으로 나타낸다. SVI는 값이 클수록 침강성이 나쁘고, SDI는 값이 클수록 응집성이 좋다.

답안에 쓸 핵심 키워드는 다음과 같다.

• SVI(슬러지용량지표): 30분 정치 후 활성슬러지 1g이 차지하는 부피(mL/g)
• SDI(슬러지밀도지표): SVI의 역수에 100을 곱한 값으로 응집성을 판별
• 침전 슬러지 부피(SV30): 메스실린더에서 30분 정치한 뒤 침전한 슬러지의 부피
• 혼합액 부유물질(MLSS): 포기조 혼합액의 부유물질 농도로 SVI 계산의 분모
• 침강성: 슬러지가 중력으로 가라앉고 뭉치는 능력
• 벌킹: 슬러지가 잘 침강하지 않고 부피가 커지는 현상

2. 개념 풀이

SVI의 정식 정의는 활성슬러지 혼합액 1L를 메스실린더에 넣고 30분간 정치했을 때 침전한 슬러지 부피(SV30, mL/L)를, 같은 시료의 MLSS 농도(mg/L)로 나눈 뒤 1000을 곱한 값이다. 슬러지 부피는 고형물 농도에 따라 달라지므로, MLSS로 나누어 고형물 1g당 부피로 보정한다. 그 결과 SVI의 단위는 mL/g이다.

$SVI(mL/g) = SV_{30}(mL/L) / MLSS(mg/L) × 1000(mg/g)$

식의 단위를 보면 mL/L를 mg/L로 나누면 mL/mg이 되고, mg을 g으로 바꾸는 1000을 곱하면 mL/g이 된다. 가상의 예로 SV30이 300mL/L이고 MLSS가 3000mg/L인 시료는 SVI = 300 ÷ 3000 × 1000 = 100mL/g이며, 이는 정상 범위 안에 있다.

측정 절차는 다음과 같다.

• 포기조에서 활성슬러지 혼합액을 채취하여 1L 메스실린더에 채운다.
• 시료를 움직이지 않게 두고 30분간 정치한다.
• 침전한 슬러지 층의 부피를 읽어 SV30(mL/L)을 구한다.
• 같은 시료로 MLSS를 측정하고 식에 대입하여 SVI를 계산한다.

SV30만으로는 침강이 시간에 따라 어떻게 진행되는지 알 수 없다. 그래서 5, 10, 20, 45, 60분의 침전율을 구해 침전곡선을 그리면 침강 특성을 더 자세히 파악할 수 있다.

활성슬러지는 미생물과 유기물이 엉겨 형성한 플록이 중력으로 가라앉는 구조이다. 플록이 조밀하고 강하면 같은 고형물이라도 작은 부피로 압밀되므로 SVI가 낮게 나온다. 반대로 사상성 미생물이 과다 증식하여 플록 사이로 가지처럼 뻗으면 고형물이 엉성하게 쌓여 부피가 커지고 SVI가 높아진다. 따라서 SVI는 슬러지가 얼마나 잘 가라앉고 뭉치는지를 나타내는 침강성 지표이다.

일반적으로 SVI가 관련 기준이 정한 범위이면 침강성이 좋은 정상 상태로 본다. SVI가 증가하면 슬러지의 침강성이 나빠져 최종침전지에서 고형물 제거율이 낮아지고 처리수의 SS 농도가 증가한다. 이런 경우는 대부분 벌킹이 발생한 것이며, SVI가 벌킹 판정 기준을 넘으면 벌킹으로 판정한다. 값은 부하 조건에 따라서도 달라진다. BOD-SS 부하가 낮거나 무기성 SS가 많이 유입되면 SVI가 낮게 나오고, BOD-SS 부하가 높거나 특수한 공장폐수가 유입되면 SVI가 상승하므로 SVI는 운전 조건과 함께 해석해야 한다.

SDI는 SVI와 짝을 이루는 슬러지밀도지표로, 다음 식으로 계산한다.

$SDI = 100 / SVI$

SVI는 mL/g 단위를 그대로 대입한다. SVI가 100mL/g이면 SDI는 1.0이다. SDI는 값이 클수록 응집성이 좋은 슬러지를 뜻하며, 최적 범위는 관련 기준이 정한 범위로 제시된다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 플록: 미생물과 유기물이 엉겨 이룬 덩어리로, 침강성을 좌우하는 구조이다.
• 벌킹: 슬러지가 침강·압밀되지 않아 부피가 커지고 SVI가 크게 증가하는 현상이다. 사상성 벌킹은 사상균의 과다 증식으로 생기며, 비사상성(점성) 벌킹과 구분한다.
• 혼합액 부유물질(MLSS): 포기조 혼합액에 든 부유물질의 농도로, SVI 식의 분모이다.

3. 등장 배경과 필요성

활성슬러지법은 하수처리의 대표적인 생물학적 처리 방식으로, 포기조에서 미생물로 유기물을 분해하고 최종침전지에서 미생물 슬러지를 분리하여 반송슬러지로 포기조에 되돌린다. 이 공정의 처리 성능은 침전지에서 슬러지가 얼마나 잘 가라앉고 농축되는지에 크게 좌우된다. 슬러지 침강이 나빠지면 반송슬러지의 농도가 낮아져 포기조의 MLSS를 유지하기 어렵고, 슬러지 블랭킷이 최종침전지에서 넘쳐 처리수의 SS 농도가 높아진다.