[수질관리기술사 138회 2교시 6번] 하수 생물학적 고도처리공법(A/O, A2/O)의 원리 및 특성

문제 분석

수질관리기술사 시험에서 생물학적 고도처리(BNR, Biological Nutrient Removal)는 부영양화 방지를 위한 핵심 공정으로 매회 빠지지 않고 출제되는 필수 테마임

138회 2교시 6번 문제는 질소와 인 제거의 근본적인 원리와 함께, 가장 대표적인 고도처리 공법인 A/O 및 A2/O 공법의 계통도와 기술적 특성을 묻고 있음

이 문제는 미생물의 대사 작용(질산화, 탈질, 인 방출 및 과잉 섭취)에 대한 명확한 이해와 이를 구현하기 위한 반응조 조합 능력을 평가함

수질관리기술사 기출 분석 결과, 단순한 공정 나열보다 각 반응조에서의 환경 조건(DO, ORP 등)과 미생물 거동을 유기적으로 연결하여 기술하는 것이 수질관리기술사 답안 고득점의 핵심임

수질관리기술사 합격을 위해 반드시 숙달해야 할 고도처리의 핵심 메커니즘임

질소 제거 원리: 유기질소의 암모니아화 → 호기조의 질산화(Nitrification) → 무산소조의 탈질화(Denitrification) 과정을 거쳐 $N_2$ 가스로 방출
인 제거 원리: 혐기조에서 인 방출(Phosphorus Release) → 호기조에서 인 과잉 섭취(Luxury Uptake) 후 슬러지 인출을 통해 제거
A/O 공법 (Anaerobic/Oxic): 인 제거를 주 목적으로 하며 혐기조와 호기조로 구성
A2/O 공법 (Anaerobic/Anoxic/Oxic): 질소와 인을 동시에 제거하기 위해 혐기-무산소-호기조를 조합하고 내부 반송을 실시

질산화 (Nitrification): 호기성 조건에서 질산화균(Nitrosomonas, Nitrobacter)에 의해 암모니아성 질소가 아질산성 및 질산성 질소로 산화됨 (알칼리도 소모)
탈질화 (Denitrification): 무산소 조건(DO≒0, $NO_3$ 존재)에서 탈질균이 유기물을 전자공여체로 사용하여 질산성 질소를 $N_2$ 가스로 환원시켜 대기로 방출함 (알칼리도 생성)

인 방출 (Anaerobic Release): 혐기성 조건(DO, $NO_3$ 부재)에서 인 축적 미생물(PAOs)이 세포 내 에너지를 사용하여 유기물(VFA)을 섭취하고 인을 세포 외로 방출함
과잉 섭취 (Aerobic Uptake): 호기성 조건에서 PAOs가 방출한 양 이상의 인을 세포 내로 과잉 섭취하여 축적함
최종 제거: 인을 다량 함유한 미생물을 잉여 슬러지로 인출함으로써 시스템 외부로 제거함

계통도: 유입수 → [혐기조] → [호기조] → 침전지 (반송 슬러지는 혐기조로 환송)
주요 특성:
1. 인 제거가 주목적이며 질소 제거 효율은 낮음 (무산소조 부재)
2. 공정이 단순하고 유지관리가 용이함
3. SRT(고형물 체류시간)를 짧게 유지할수록 인 제거 효율이 유리함

계통도: 유입수 → [혐기조] → [무산소조] → [호기조] → 침전지
- 내부 반송: 호기조의 질산화액을 무산소조로 환송 (탈질 유도)
- 슬러지 반송: 침전지 슬러지를 혐기조로 환송
주요 특성:
1. 질소와 인을 동시에 제거할 수 있는 가장 표준적인 고도처리 공법임
2. 무산소조의 탈질 반응으로 생성된 알칼리도가 호기조의 질산화 반응에 재이용됨
3. 단점: 질소 제거 효율이 내부 반송비에 의존하며, 반송 슬러지 내 질산염 유입 시 혐기조 인 방출이 저해될 수 있음

수질관리기술사 기출 답안에서 차별화를 확보하기 위한 기술적 제언임

ORP 활용 기술: 혐기조의 인 방출 완결 시점인 ‘Nitrification-Denitrification Knee’나 ‘P-release point’를 ORP 변화율로 감지하는 운영 방안 제시
슬러지 반송 최적화: 혐기조로 유입되는 반송 슬러지 내의 용존산소와 질산염 농도를 최소화하여 인 방출 효율을 높이는 기술사적 견해 강조
화학적 처리 병행: 생물학적 처리만으로 T-P 기준 준수가 어려울 경우 후단에 응집·가압부상을 결합한 Hybrid 공정의 필요성 언급

수질관리기술사 자격 취득을 위한 효과적인 학습 방법임