우선 한 가지를 이해해 봅시다: 하수 처리장에서 활성 슬러지는 단순한 진흙이 아닙니다. 여기에는 박테리아, 곰팡이, 원생동물과 같은 미생물들이 살고 있으며, 하수의 유기물을 먹고 살아가는 '하수 처리 전문가' 그룹의 보금자리입니다. 동시에 오염 물질을 무해한 물과 이산화탄소로 분해하여 하수를 깨끗하게 만듭니다. 하지만 활성 슬러지가 '독극물'에 중독되면 이 작은 전문가들은 시들해지고, 처리 능력이 급감하며, 심지어 전체 시스템이 붕괴될 수도 있습니다. 오늘은 이 독극물이 어떻게 처리 능력 저하를 점진적으로 유발하는지 자세히 살펴보겠습니다.
먼저 '활성 슬러지 중독'이 무엇을 의미하는지 명확히 해야 합니다. 사실, 부적절한 '독소'가 하수에 섞이는 것입니다. 공장에서 배출되는 중금속(구리, 크롬, 수은 등), 강산 및 강염기, 또는 분해하기 어려운 유기 화합물(특정 살충제 및 화학 폐수 성분 등)일 수 있습니다. 이러한 물질이 시스템에 들어가면 미생물에게 '치명적인 살인자'가 되어 일련의 연쇄 반응을 일으키고 자연스럽게 처리 능력을 감소시킵니다.
첫 번째 단계이자 가장 직접적인 단계는 '주요 선수'인 박테리아를 독으로 죽이는 것입니다. 우리 모두가 알다시피 활성 슬러지의 핵심은 유기물을 분해하는 주력군인 종속 영양 박테리아입니다. 이 박테리아의 세포막과 효소 시스템은 모두 '약점'입니다. 예를 들어, 중금속은 박테리아와 접촉하면 세포막에 달라붙어 세포막의 구조를 파괴하여 박테리아의 '보호막'을 부수는 것과 같습니다. 내부의 세포질과 핵이 새어 나와 박테리아가 직접 죽습니다. 또한 일부 독소는 박테리아 내 효소와 공간을 놓고 경쟁합니다. 효소는 원래 박테리아가 유기물을 분해하도록 돕는 '도구'입니다. 독소가 공간을 차지하면 효소가 작동할 수 없고, 박테리아가 살아 있어도 '먹을 수' 없어 천천히 굶어 죽을 수밖에 없습니다.
생각해 보세요, 원래 수영장에는 활성 박테리아가 가득했지만, 독극물에 중독된 후 죽고 붕괴되어 작동할 수 있는 박테리아 수가 갑자기 절반으로 줄었습니다. 이전에는 100개의 박테리아가 유기물 100개를 처리할 수 있었지만, 이제는 20개만 남았습니다. 나머지 유기물 80개가 수영장에 쌓이지 않겠습니까? 유출수 품질이 기준을 초과해야 하므로 처리 능력이 감소했습니다.
두 번째 단계는 일부 박테리아가 즉시 죽지 않더라도 '너무 무서워서 움직일 수 없게' 되어 '휴면 모드'에 들어가거나 대사 방식을 변경하여 더 이상 오염 물질을 제대로 분해하지 않는 것입니다. 많은 미생물은 '스트레스 반응'을 보입니다. 환경에서 위험(독소의 존재 등)을 느끼면 정상적인 성장, 번식 및 대사 활동을 중단하고 대신 자신을 감싸기 위해 일부 '보호 물질'을 합성합니다. 마치 동물이 동면하는 것처럼, 먼저 생명을 구하는 것입니다.
예를 들어, 고농도의 페놀 화합물(화학 폐수에서 흔히 발견됨)이 갑자기 하수에 섞이면 유기물을 분해하는 많은 박테리아가 '파업'을 하고 더 이상 COD(화학적 산소 요구량, 물 속의 유기물 양을 나타냄)를 분해하지 않습니다. 대신 페놀을 분해하여 생명을 구하기 위해 특별한 대사 경로를 활성화합니다. 그러나 이런 식으로 처리해야 할 유기물을 처리할 에너지가 없어 수영장의 COD를 줄일 수 없으므로 처리 효과가 자연스럽게 악화됩니다. 또한 이 '휴면'은 일시적인 것이 아닙니다. 독소가 지속되면 박테리아는 활성을 회복하지 못하고 처리 능력이 오랫동안 둔화될 수 있습니다.
세 번째 단계는 활성 슬러지의 '구조'가 파괴되어 '작은 플록'에서 '흩어진 병사'로 변하고 제대로 침전되지 않아 처리 시스템을 더욱 악화시키는 것입니다. 정상적인 활성 슬러지는 작은 솜 뭉치와 같은 플록 형태이며, 이러한 플록은 많은 수의 박테리아로 덮여 있어 침전 성능이 특히 좋습니다. - 2차 침전조에서 빠르게 탱크 바닥으로 침전되어 맑은 물이 위에서 흘러나가고 슬러지는 폭기조로 반환되어 계속 사용할 수 있습니다.
하지만 중독되면 상황이 바뀝니다. 한편으로는 박테리아가 죽으면 플록의 '골격'(주로 박테리아가 분비하는 다당류 및 단백질과 같은 점성 물질)이 지지력을 잃고 플록이 작은 입자로 분해됩니다. 다른 한편으로는 일부 독소가 박테리아가 분비하는 끈적한 물질을 파괴하여 플록이 끈기를 잃고 함께 모일 수 없어 물에 떠다니기만 합니다. 이러한 부서진 작은 입자는 2차 침전조에서 가라앉을 수 없고 유출수와 함께 흘러나가 '진흙이 흐르는' 현상을 형성합니다.
생각해 보세요, 모든 슬러지가 도망가고, 폭기조의 활성 슬러지 양이 감소하고, 작동할 수 있는 미생물이 줄어들어 악순환을 형성합니다. 그리고 흘러나온 슬러지는 유출수를 탁하게 만들어 COD와 SS(부유 고형물)가 기준을 초과하게 합니다. 처리 시스템은 부상에 더해 모욕을 더하는 것과 같습니다. 처리 능력이 감소하지 않을 수 있습니까?
네 번째 단계는 미생물의 '생태학적 균형'을 파괴하여 유익한 박테리아가 사라지고 유해한 박테리아가 빠르게 성장하여 처리 과정을 더욱 방해하는 것입니다. 정상적인 활성 슬러지에서 미생물은 서로 협력합니다. 박테리아는 유기물을 분해하여 작은 분자 물질을 생성하고, 원생동물(선충 및 윤충 등)은 박테리아를 먹고 박테리아 수를 제어하며, 점성 물질을 분비하여 플록 형성을 돕습니다. 모든 사람이 시스템 안정성을 유지하는 데 자신의 역할을 합니다.
중독된 후 이 균형이 깨집니다. 서로 다른 미생물은 독소에 대한 내성이 다르기 때문에 유기물을 분해하는 유익한 박테리아는 독성에 대한 내성이 약하여 먼저 죽습니다. 그러나 일부 독성이 강한 잡균(특정 방선균 등)은 살아남아 대량으로 번식하기 시작했습니다. 이러한 잡균은 오염 물질을 분해하지 않을 뿐만 아니라 남아있는 유익한 박테리아와 영양분과 산소를 놓고 경쟁하며, 심지어 유익한 박테리아의 성장을 억제하는 물질을 분비합니다.
예를 들어, 중독 후 폭기조에 많은 사상균이 나타나는 경우가 있습니다. 이 박테리아는 가늘고 길게 자라 활성 슬러지 플록을 감싸 플록의 침전 성능을 감소시키고('슬러지 팽창'이라고 함) 슬러지 누출을 유발할 수도 있습니다. 또한 사상균은 유기물을 많이 분해하지 않습니다. 너무 많으면 유익한 박테리아의 생활 공간이 압축되고 처리 능력이 자연스럽게 향상될 수 없습니다.
마지막으로, 활성 슬러지의 '회복 능력'은 중독 후 약해지며, 나중에 독소를 제거하더라도 처리 능력이 즉시 회복될 수 없습니다. 미생물의 성장과 번식에는 시간이 필요하기 때문에 죽은 박테리아는 되살릴 수 없고, 남아있는 소수의 박테리아는 원래 수로 번식하고, 플록 구조를 재건하고, 생태학적 균형을 회복해야 합니다. 이 과정은 며칠 또는 몇 주가 걸릴 수 있습니다. 이 기간 동안 시스템의 처리 능력은 낮은 수준에 있습니다. 중간에 오류가 발생하면(유입 부하의 변동 등) 완전히 붕괴되어 슬러지를 추가하여 다시 시작해야 할 수도 있습니다.
요약하면, 활성 슬러지 중독이 처리 능력 감소로 이어지는 이유는 본질적으로 '미생물에 대한 독소 공격'입니다. 먼저 핵심 분해 박테리아를 죽이거나 억제한 다음 슬러지의 플록 구조와 미생물 생태학적 균형을 파괴하고, 마지막으로 유기물이 분해되지 않고 슬러지가 도망가고 시스템에서 악순환이 발생합니다. 따라서 하수 처리장에서 가장 두려운 것은 유입수에 독성 물질이 갑자기 섞이는 것입니다. 일반적으로 유입수의 품질을 모니터링하고 이상이 발견되면 즉시 조치를 취해야 합니다. 그렇지 않으면 힘들게 구축된 처리 시스템이 단일 중독으로 인해 파업을 할 수 있습니다.
