지방 폐수 처리장에서는 생물학적 공정이 유기물 제거와 질소 전환의 중추입니다. 운영자들은 종종 용존 산소, 슬러지 연령, 영양 균형에 집중하지만, 한 가지 중요한 매개변수는 종종 과소평가됩니다: 알칼리성.
알칼리성이 부족할 때, 생물학적 처리, 특히 질산화는 단순히 성능이 좋지 않을 뿐입니다. 불안정해지고 하중 충격에 대한 저항력을 잃으며, 궁극적으로 암모니아와 총 질소 배출 한계를 충족하지 못할 수 있습니다. 알칼리성이 왜 중요한지 이해하는 것은 시스템 설계와 일상 운영 모두에 필수적입니다.
알칼리성은 생물학을 유지하는 pH 완충제입니다
알칼리성은 주로 중탄산염 이온(HCO₃⁻)이 제공하는 산을 중화시키는 수질의 능력을 나타냅니다. 생물학적 처리 시스템에서 알칼리도는 pH를 안정화하는 완충, 미생물 군집을 급격한 산성화로부터 보호합니다.
시립 하수에는 여러 산성 생성 반응이 포함되어 있습니다:
- 생물학적 질산화
- 유기물 분해
- 가끔씩 산성 산업 유입
충분한 알칼리성이 없으면, 이러한 산 부하는 바이오리액터 내부에서 pH 하강으로 직접적으로 변환되며, 이는 종종 작업자가 예상하는 속도보다 더 빠르게 발생합니다.
질질화는 설계상 알칼리성을 소모합니다
질화는 알칼리성에만 민감할 뿐만 아니라 적극적으로 알칼리를 소비합니다.
암모늄의 질산염 산화는 다음과 같이 단순화할 수 있습니다:
NH₄⁺ + 2O₂ → NO₃⁻ + 2H⁺ + H₂O
산화된 암모늄 몰 1몰마다 수소 이온(H⁺)이 방출되어 산도가 증가합니다. 실용적인 공학 용어로는:
질산화된 NH₃-N 1그램당 약 7.14g의 알칼리도(CaCO₃)가 소비됩니다.
중간에서 높은 암모니아 농도의 공장에서는 이 알칼리도 요구량이 원수 폐수가 제공하는 수준을 빠르게 초과할 수 있습니다. 알칼리성이 감소하면 pH가 급격히 떨어지기 시작합니다.
질질화 박테리아는 pH에 매우 민감합니다
질화균은 활성화된 슬러지 생태계에서 가장 연약한 생물 중 하나입니다.
- 최적의 pH 범위: 7.5–8.0
- 아래에서 활동이 유의미하게 억제됨 pH 6.5
- 아래에서는 질화가 거의 멈춘다 pH 5.0
이영양 박테리아와 달리, 질화제는 억제 후 천천히 회복됩니다. 짧은 기간 동안 낮은 pH도 암모니아 돌파가 길어져 '신비한' 질산화 실패라는 착각을 만들 수 있습니다.
중요한 점은, 낮은 알칼리도가 질화제를 직접 죽이지 않는다는 것입니다— 이들이 기능하는 데 필요한 pH 환경을 파괴합니다.
버퍼링 손실은 공정 불안정성을 초래합니다
알칼리성은 단순히 평균 pH에 관한 것이 아니라, 시스템 회복력.
알칼리도가 충분할 때:
- pH는 천천히 변합니다
- 부하 변동이 흡수됩니다
- 미생물 군집은 안정적으로 유지됩니다
알칼리성이 소진될 때:
- 작은 암모니아 급상승이 급격한 pH 하락을 일으킵니다
- 일상적인 영향력 변동이 생물학적 스트레스를 유발합니다
- 질화제와 이영양 모두 억제됩니다
그 결과, 식물들은 다음과 같은 문제를 동시에 겪을 수 있습니다:
- 높은 폐수 암모니아
- COD 및 BOD 제거 효율 감소
- 온도 및 흐름 변화에 대한 민감도 증가
낮은 pH는 슬러지 성능을 저하시킵니다
생물학적 활성 외에도 알칼리도 부족은 슬러지 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
낮은 pH 상태는 다음과 관련이 있습니다:
- 불안정한 플로크 형성
- 슬러지 침전성 감소
- 슬러지 벌킹이나 세척 위험 증가
이러한 2차 효과는 배출 수질을 더욱 악화시키고 정화기 작동을 복잡하게 만듭니다.
지방 자치 식물에서 알칼리성 결핍이 흔한 이유
알칼리성 문제는 여러 경향으로 인해 점점 더 흔해지고 있습니다:
- 더 엄격한 암모니아와 총 질소 한도
- 업그레이드된 공장에서 더 높은 질화율
- 원천 수질 변화로 인한 낮은 알칼리도 유입
- 산업 및 산성 유출 증가
많은 경우, 식물은 원래 영향력 있는 알칼리성만으로도 충분할 것이라고 가정하여 설계되었으나, 현재는 이 조건이 더 이상 적용되지 않습니다.
알칼리도 보충은 교정이 아니라 통제 전략입니다
알칼리도가 부족할 때, 외부 알칼리도 첨가가 필요해집니다 안정적인 질산화를 유지하기 위해서입니다.
일반적인 알칼리도 원천은 다음과 같습니다:
이 중 탄산수소나트륨은 부드러운 pH 조절과 즉각적인 완충 능력 때문에 생물학적 시스템에 선호되는 경우가 많습니다.
적절한 알칼리도 조절은 다음을 목표로 해야 합니다:
- 반응기 pH를 이상 유지하세요 7.0, 이상적으로는 7.2–8.0
- 혼합액에 잔류 알칼리성을 유지하세요
- 알칼리도 도징을 실제 암모니아 제거율과 일치시키기
이는 고장 후 반응성 화학 투여가 아닌 일상적인 모니터링과 알칼리도 균형 계산이 필요합니다.
결론: 알칼리성 없음, 질화 안정성 없음
생물학적 치료는 알칼리성이 부족할 때 갑자기 실패하는 것이 아닙니다 체계적으로.
알칼리도 감소는 다음과 같은 결과를 초래합니다:
- 급격한 pH 하락
- 질화 억제
- 버퍼링 용량 손실
- 불안정한 생물학적 성능
- 유출수 암모니아 불준수
지방 폐수 처리에서 알칼리도는 선택 사항으로 고려되는 화학적 매개변수가 아닙니다. 그것은 기초 요구 사항 신뢰할 수 있는 생물학적 질소 제거를 위해서입니다.
알칼리도를 모니터링, 계산, 적극적으로 관리하는 공장은 안정적인 질산화, 탄력적인 운영, 일관된 규제 준수를 달성할 가능성이 훨씬 높습니다.
