A2O 공정: 공정도와 미생물 특성

 

A2O 공정: 생물학적 질소·인 제거

상세 정리로 서술형 시험 대비 (대학원 종합시험용)

1. 공정도: 구조와 흐름

A2O 공정은 하수(더러운 물)를 깨끗하게 만들기 위해 미생물을 이용하는 방법이에요. 혐기(Anaerobic), 무산소(Anoxic), 호기(Oxic)라는 세 단계로 구성돼 있으며, 유기물(BOD), 질소(N), 인(P)을 제거합니다.

• 구성 (3단계):
• 1) 혐기조 (Anaerobic): 공기가 없는 곳에서 인(P)을 물에 풀어내고 유기물을 먹어요.
• 2) 무산소조 (Anoxic): 공기 없이 질소(N)를 공기로 날려서 제거해요.
• 3) 호기조 (Oxic): 공기를 넣어 유기물을 태우고, 질소를 준비하고, 인을 다시 잡아요.
• 흐름과 반송:
• 하수가 혐기조 → 무산소조 → 호기조 → 침전조로 이동해요.
• 내부 반송: 호기조에서 무산소조로 질산염(NO₃⁻)을 돌려보내 질소 제거를 도와요.
• 슬러지 반송: 침전조에서 혐기조로 미생물을 보내 계속 일하게 해요.

쉽게: 하수가 3개의 방을 지나며 더러운 걸 치우고, 반송으로 미생물이 서로 도와요.

공정도 이미지:

2. 각 단계별 미생물 특성과 화학 반응

각 조마다 미생물이 다르고, 특정 조건에서 화학 반응을 일으켜요.

• 혐기조 (Anaerobic)
• 조건: 용존 산소(DO) 0 mg/L, 완전 혐기 상태
• 미생물: 인 축적 미생물(PAOs), 예: Accumulibacter spp., Candidatus Phosphoribacter
• 특성: PAOs가 하수의 유기물(휘발성 지방산, VFA)을 먹어 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)로 저장하고, 몸속 폴리인산염(Poly-P)을 쪼개서 인산염(PO₄³⁻)을 물로 내보내요. 나중에 인을 더 잡기 위한 준비예요.
• 반응식:
• Poly-P + H₂O → PO₄³⁻ + 에너지
• VFA → PHA (저장)
• 쉽게: 미생물이 밥을 먹고 인을 물에 뱉어요.
• 무산소조 (Anoxic)
• 조건: DO 0 mg/L, 질산염(NO₃⁻)이나 아질산염(NO₂⁻) 있음
• 미생물: 탈질 미생물, 예: Pseudomonas aeruginosa, Paracoccus denitrificans
• 특성: 호기조에서 온 질산염을 받아 유기물을 태우고, 질소 가스(N₂)로 바꿔요. 이걸 탈질(Denitrification)이라고 해요. 질소가 공기로 날아가요.
• 반응식:
• 2NO₃⁻ + 10e⁻ + 12H⁺ → N₂ + 6H₂O
• (예: CH₂O + 4NO₃⁻ → CO₂ + 2N₂ + 3H₂O)
• 쉽게: 미생물이 질산염을 먹고 질소를 공기로 뿜어요.
• 호기조 (Oxic)
• 조건: DO 2~4 mg/L, 폭기로 공기 공급
• 미생물:
• 호기성 미생물, 예: Bacillus subtilis (유기물 분해)
• PAOs (인 흡수)
• 질산화 미생물: AOB (Nitrosomonas europaea), NOB (Nitrobacter winogradskyi)
• 특성: 3가지 일이 일어나요:
• 호기성 미생물이 유기물을 CO₂와 H₂O로 태워요.
• AOB가 암모니아(NH₄⁺)를 아질산염(NO₂⁻)으로, NOB가 아질산염을 질산염(NO₃⁻)으로 바꿔요(질산화).
• PAOs가 PHA를 태워 에너지를 만들고, 물 속 PO₄³⁻을 과다 흡수해서 Poly-P로 저장해요.
• 반응식:
• CH₂O + O₂ → CO₂ + H₂O (유기물 산화)
• NH₄⁺ + 1.5O₂ → NO₂⁻ + 2H⁺ + H₂O (AOB)
• NO₂⁻ + 0.5O₂ → NO₃⁻ (NOB)
• PO₄³⁻ + 에너지 → Poly-P (PAOs)
• 쉽게: 공기 넣고 미생물이 유기물을 태우고, 질소를 준비하고, 인을 잡아요.

3. 전체 흐름과 미생물 상호작용

A2O는 미생물이 팀워크로 하수를 깨끗하게 만드는 과정이에요.

• 흐름: 혐기조 → 무산소조 → 호기조 → 침전조
• 상호작용:
• 혐기 → 호기: PAOs가 혐기에서 인을 풀고, 호기에서 다시 잡아서 인 제거를 끝내요.
• 호기 → 무산소: 호기에서 질산화 미생물이 만든 NO₃⁻가 무산소로 가서 탈질 미생물이 N₂로 바꿔요.
• 침전 → 혐기: 침전된 미생물이 혐기로 돌아와 공정을 이어가요.
• 핵심: 반송으로 단계가 연결돼요. 미생물이 서로 물건(질산염, 인)을 주고받아요.

4. 각 반응조의 특징

• 혐기조: DO 0 mg/L, 혐기성 대사, 인 방출과 유기물 저장, 냄새 날 수 있음
• 무산소조: DO 0 mg/L, 탈질 중심, N₂ 가스 발생, 산소 대신 질산염 사용
• 호기조: DO 2~4 mg/L, 호기성 대사, 폭기 필요, BOD·N·P 정리

5. 시험 대비 암기 팁

• 순서: "혐-무-호"
• 역할: "인 방출 - 탈질 - 질산화+인 흡수"
• 미생물: "PAOs - 탈질 - PAOs+AOB+NOB"
• 반응식:
• 혐기: Poly-P → PO₄³⁻
• 무산소: NO₃⁻ → N₂
• 호기: NH₄⁺ → NO₃⁻ / PO₄³⁻ → Poly-P
• 꿀팁: DO(0-0-2~4)와 미생물 이름 하나씩 쓰고, 반송 흐름 넣으면 완벽!

합격 응원: "혐-무-호" 흐름과 반응식 한두 개만 써도 서술형 충분! 천천히 이해하고 써보세요.