사람들은 보통 변기의 물을 내리거나 채소 씻은 물을 버리지만, 이러한 하수구에 얼마나 많은 오염 물질이 숨어 있는지 거의 생각하지 않습니다. 오늘은 하수 처리의 매우 중요한 지표인 COD(화학적 산소 요구량)와, 이러한 오염 물질을 정화하는 조용한 "미생물 청소부" 그룹에 대해 이야기해 보겠습니다.
먼저, COD가 무엇인지 알아봅시다.
COD라는 용어는 매우 전문적으로 들립니다. 간단히 말해, 화학 산화제에 의해 "연소"될 수 있는 폐수 내 물질의 총량을 의미합니다. 주방에서 나온 음식물 찌꺼기나 공장에서 나온 유기성 폐수와 같은 유기 물질에는 다량의 탄소 원소가 포함되어 있으며, 이는 산화제에 의해 산화될 수 있습니다. 이 산화 과정에서 소비되는 산소의 양이 COD입니다. 값이 높을수록 하수구에 "더러운 것들"이 더 많다는 것을 의미합니다. 강에 직접 방류하면 물속의 물고기와 새우가 고통을 받게 됩니다.
미생물: 하수 처리장의 "주력군"
하수가 처리장에 들어가면, 실제 일꾼은 키가 큰 처리 장비가 아니라 현미경으로만 볼 수 있는 미생물입니다. 그들은 명확한 분업을 가진 작은 일꾼 그룹과 같아서, 어떤 미생물은 큰 유기 분자를 분해하는 데 능숙하고, 다른 미생물은 어려운 화합물을 해가 없는 물질로 천천히 씹어 먹을 수 있습니다. 이러한 미생물은 주로 세 가지 범주로 나뉩니다: 박테리아, 곰팡이, 원생동물. 가장 숙련된 "일꾼"은 여전히 박테리아입니다. 그들에게 집중해 봅시다.
COD의 미생물 분해를 위한 "3단계" 전략
1단계: 흡착 및 흡수 - "테이크아웃을 집으로 가져오기"
하수구의 유기물은 덩어리진 지방 덩어리(고분자량 유기물) 또는 작은 깍둑썰기 고기(저분자량 유기물)와 같습니다. 미생물은 우리처럼 손으로 음식을 잡지 않습니다. 그들은 세포 표면에 끈적한 물질을 분비하여 "끈적한 코트"를 입히는 것과 같습니다. 하수가 흐르면 작은 유기 분자는 세포 안으로 직접 침투할 수 있고, 큰 유기 분자는 세포 표면에 "붙어" 다음 분해 단계를 기다립니다.
예를 들어, 테이크아웃을 주문하는 것과 같아서, 작은 분자 유기물은 입에 바로 넣을 수 있는 미리 잘라진 과일 모듬이고, 고분자량 유기물은 먹기 전에 잘라야 하는 수박 한 통입니다.
2단계: 세포 내 분해 - "자, 먹자! 음식을 씹고 소화하자"
큰 유기 분자가 미생물 표면에 흡착되면, 그들은 엑스트라 세포 효소라고 불리는 것을 "뱉어냅니다". 이 효소는 녹말을 포도당으로, 단백질을 아미노산으로, 지방을 지방산과 글리세롤로 자를 수 있는 날카로운 칼과 같습니다. 분해 후, 작은 유기 분자는 세포막을 부드럽게 통과하여 미생물 세포 내부로 들어갈 수 있습니다.
세포로 들어가는 작은 유기 분자는 우리 몸의 소화와 유사한 일련의 복잡한 화학 반응을 겪습니다. 가장 흔한 반응은 호흡으로, 미생물은 유기물 내의 탄소 원소를 "태워" 생명 활동을 유지하기 위해 에너지를 방출합니다. 이 과정에는 산소의 도움이 필요하며, 이는 일반적으로 호기성 처리라고 합니다. 그러나 일부 미생물은 매우 독특하며 산소가 없는 환경에서도 작동할 수 있으며, 이는 혐기성 처리입니다.
호기성 호흡: "유기물 연소"의 호기성 버전
산소가 풍부한 환경에서 미생물은 "터보차저 엔진"을 운전하는 것과 같아서, 유기물을 특히 빠른 속도로 분해합니다. 그들은 포도당과 산소를 '태워' 이산화탄소, 물, 그리고 많은 양의 에너지를 생성합니다. 이 에너지의 일부는 단백질과 핵산과 같은 미생물 성장에 필요한 물질을 합성하는 데 사용됩니다. 다른 부분은 "음식"을 찾기 위해 "수영"하는 것과 같은 미생물의 일상 활동을 유지하는 데 사용됩니다.
혐기성 호흡: "대체 소화"의 혐기성 버전
산소가 없으면 미생물도 방법이 있습니다. 그들은 질산염과 황산염과 같이 산소를 대체할 수 있는 다른 물질을 찾습니다. 이러한 물질은 유기물 분해 중에 방출된 전자를 받아들여 "호흡"을 완료할 수도 있습니다. 그러나 혐기성 처리는 호기성 처리보다 느리고 메탄 및 황화수소와 같은 악취 가스를 생성합니다(그래서 혐기성 탱크는 때때로 악취가 납니다). 그러나 또한 장점이 있으며, 호기성 미생물이 처리할 수 없는 완고한 유기물을 처리할 수 있으며, 에너지원으로 바이오 가스를 생산할 수도 있습니다.
3단계: 합성 및 변환 - "배불러, 몸을 키울 시간이야"
미생물은 에너지를 얻기 위해서뿐만 아니라 '몸을 키우기' 위해 유기물을 분해합니다. 그들은 분해 과정에서 생성된 중간 생성물을 사용하여 자체 성장과 번식에 필요한 세포 물질을 합성합니다. 간단히 말해서, 먹는 "음식"을 자신의 "살"로 바꾸는 것을 의미합니다. 미생물이 계속 번식함에 따라 하수구의 미생물 수가 증가하여 우리가 종종 활성 슬러지 또는 바이오필름이라고 부르는 눈에 보이는 "작은 그룹"을 형성합니다.
미생물이 충분히 먹고 마시면 하수구의 COD도 감소합니다. 처리 후, 물은 침전 과정을 거쳐 미생물을 물에서 분리합니다. 깨끗한 물은 방류하거나 재사용할 수 있으며, "살이 찌는" 미생물은 추가로 처리되어 비료 또는 매립용 슬러지로 변환됩니다.
미생물 작업 효율에 영향을 미치는 '작은 성질'
미생물은 작업의 주력군이지만, 또한 "성질"이 있어서 부적절한 환경에서는 제대로 작동하지 않습니다:
-온도: 대부분의 미생물은 20-35℃ 환경을 선호합니다. 너무 추우면 얼어붙고, 너무 더우면 열사병에 걸려 분해 효율이 감소합니다.
-PH 값: 6.5-8.5 사이의 pH 값은 가장 적합하며, 과도한 산성 또는 알칼리성은 미생물의 세포 구조를 손상시킬 수 있습니다.
-영양 비율: 미생물은 또한 작업할 때 "균형 잡힌 영양"이 필요하며, 유기물 외에도 적절한 양의 질소, 인 및 기타 원소가 필요합니다. 마치 사람들이 균형 잡힌 방식으로 고기와 채소를 먹는 것과 같습니다.
-유해 물질: 중금속, 화학 약품 및 기타 물질은 미생물에게 "독"과 같으며, 농도가 너무 높으면 직접 "독"을 줄 수 있습니다.
미래: 미생물이 더 효율적으로 작동하도록 만들기
과학자들은 미생물이 COD를 더 잘 제거하도록 만드는 방법을 연구해 왔습니다. 예를 들어, 유전자 조작을 통해 미생물이 처리하기 어려운 오염 물질을 분해하도록 하거나, 호기성 및 혐기성 처리를 결합하여 처리 효율을 향상시키는 새로운 하수 처리 공정을 개발합니다. 언젠가는 이 작은 미생물이 플라스틱 오염 및 유출과 같은 큰 문제도 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다!
다음번에 하수 처리장을 지나갈 때, 밤낮으로 더러운 물을 끊임없이 정화하는 수십억 개의 "미생물 청소부"가 숨어 있는 눈에 띄지 않는 수영장과 파이프라인을 과소평가하지 마십시오. 비록 작지만, 그들은 우리의 수생 환경을 지키고 있으며, 지구상에서 가장 강력한 "환경 수호자"입니다!
