A2O공정 (Anaerobic-Anoxic-Oxic Process)
쉽게 풀면
산소가 전혀 없는 조, 산소 대신 질산염이 있는 조, 산소가 충분한 조를 차례로 거치며 오염물질과 질소·인을 한꺼번에 없애는 처리 방법이다.
왜 중요한가
A2O 공정은 질소와 인을 동시에 제거하는 생물학적 고도처리의 기준 공정이어서, 하수처리장 개량 연구나 질소 제거·인 제거 효율을 다루는 논문에서 비교 대조군으로 가장 자주 등장합니다.
각 반응조의 체류시간과 내부반송비를 어떻게 잡느냐에 따라 제거율이 크게 달라지므로, 운전 조건을 최적화하는 실험 설계의 표준 틀로 쓰입니다.
A2O는 별도의 화학적 처리 없이 질소와 인을 동시에 제거할 수 있어 약품비 부담이 적다는 점에서, 고도처리가 요구되는 국내 다수의 공공하수처리시설에서 표준적으로 채택되는 공법 중 하나로 다뤄진다.
어떤 절차인가
A2O(A²/O)는 혐기조, 무산소조, 호기조를 차례로 두고 두 가지를 되돌려 보내는 흐름으로 구성합니다. 각 조에서 일어나는 일은 다음과 같습니다.
- 혐기조: 산소도 질산염도 없는 조건입니다. 인 축적 미생물이 발효로 생긴 유기산을 흡수하며 저장했던 폴리인산을 분해해 인을 물속으로 내보냅니다(인 방출).
- 무산소조: 용존산소는 없지만 질산염이 있는 조건입니다. 호기조에서 질산화로 생긴 질산염을 내부반송으로 받아, 유입수의 유기물을 쓰는 세균이 질소가스로 바꿉니다(탈질).
- 호기조: 포기로 산소를 공급해 유기물을 산화하고 암모니아를 질산염으로 산화(질산화)하며, 인 축적 미생물은 방출했던 것보다 더 많은 인을 몸에 저장합니다(인 과잉섭취).
- 침전지: 슬러지와 처리수를 나눕니다. 슬러지 일부는 혐기조로 반송하고, 나머지는 잉여슬러지로 빼냅니다. 인은 이 잉여슬러지에 담겨 계 밖으로 나갑니다.
언제 쓰고 무엇을 얻나
A2O는 한 시스템에서 유기물, 질소, 인을 함께 줄이려는 목적에 쓰이며, 활성슬러지법을 확장한 영양염류 제거 공정의 기본형으로 비교 기준이 됩니다(Tchobanoglous 외, 2003). 가장 큰 설계 쟁점은 질소 제거와 인 제거가 서로 방해한다는 점입니다. 반송슬러지에 섞인 질산염이 혐기조로 들어가면 인 방출이 억제되고, 유입수의 쉽게 분해되는 유기물이 모자라면 탈질과 인 방출이 서로 그것을 놓고 경쟁합니다. 이를 보완하려고 반송슬러지를 무산소조로 보내 혐기조에 질산염이 들어가지 않게 한 변형 공정, 외부 탄소원 주입, 화학적 인 제거 보조 등이 쓰입니다(Henze 외, 2008). 형태가 다른 연속회분식 반응조나 막결합 생물반응조와 결합한 변형도 같은 이름으로 불리는 경우가 있어 구성을 확인해야 합니다.
가상의 계산. 내부반송비를 a, 슬러지반송비를 r(둘 다 유입유량 대비)이라 하면, 호기조를 나온 흐름 중 (a + r) / (1 + a + r)이 무산소·혐기 쪽으로 되돌아갑니다. 되돌아간 질산염을 완전히 탈질하고, 유입수에 질산염이 없으며 미생물 동화를 무시하는 이상적 가정에서 이론적 질소 제거율의 상한은 이 값입니다.
| 내부반송비 a | 슬러지반송비 r | 이론적 상한 |
|---|---|---|
| 100% | 50% | 60.0% |
| 200% | 50% | 71.4% |
| 300% | 50% | 77.8% |
| 400% | 50% | 81.8% |
반송비를 키울수록 상한이 오르지만 증가폭은 점점 줄고, 펌프 에너지와 무산소조로 들어오는 용존산소가 늘어 오히려 탈질을 방해할 수 있습니다. 실제 제거율은 이 상한보다 낮으며, 유입 탄소원 부족이 흔한 한계입니다(코드로 계산).
논문에는 이렇게 적는다
논문에서는 다음을 함께 보고합니다. ① 유입수 성상(BOD·COD, 총질소, 총인, C/N비, 수온). ② 반응조 구성과 용적, 체류시간, 슬러지체류시간(SRT), MLSS. ③ 내부반송비와 슬러지반송비. ④ 호기조 용존산소 설정과 외부 탄소원 사용 여부. ⑤ 시료 채취 주기와 분석 방법. ⑥ 제거율 = (유입 − 유출) / 유입, 기간 평균과 변동. 유입수 성상이 다르면 제거율을 단순히 비교할 수 없으므로 C/N비 등을 함께 적는 것이 좋습니다.
예시 문장(예시): “A2O 공정의 내부반송비를 200%로 운전하였을 때 총질소 제거율은 평균 70%였고, 총인 제거율은 슬러지 반송 질산염 농도에 영향을 받았다.”
논문에서는 이렇게 쓰입니다
실제 논문에서
이 용어를 직접 쓴 국내 논문 문장을 아직 수집하지 못했습니다. 수집되는 대로 출처와 함께 싣겠습니다.
예시 문장
아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.
A2O공정의 운전인자인 내부반송률 조정이 질소 제거에 미치는 영향을 설명한 문장이다.
앞 단계 반응조에서 충분히 인을 내보내야 뒤 단계에서 미생물이 인을 더 많이 흡수할 수 있다는 A2O공정의 원리를 설명한 문장이다.
조금 더 깊게 보면
혐기조로 되돌아오는 반송슬러지에 질산성질소가 섞여 들어오면 인 방출이 억제되어 인 제거율이 떨어지는데, 이 상충 관계를 다루지 않으면 결과 해석이 어긋나기 쉽습니다.
유입수의 C/N비가 낮은 국내 하수 조건에서는 외부 탄소원 주입 여부가 성능을 좌우하므로, 논문 간 제거율을 단순 비교하기 전에 유입수 성상을 먼저 확인해야 합니다. MBR이나 SBR과 결합한 변형 공정도 같은 이름으로 불리는 경우가 있어 공정 구성을 명시하는 것이 중요합니다.
A2O는 혐기조, 무산소조, 호기조를 순서대로 배치해 인 방출·질산화·탈질·인 과잉섭취가 각 조에서 순차적으로 일어나도록 설계한 공정으로, 호기조에서 생성된 질산성 질소를 무산소조로 반송하는 내부반송 흐름이 탈질 효율을 결정하는 핵심 변수가 된다.
주의할 점
A2O공정은 질소와 인 제거가 서로 경쟁적으로 작용할 수 있어 반송율과 체류시간의 균형 잡힌 설계가 요구된다.
내부반송률이 지나치게 높으면 무산소조에 용존산소가 함께 유입되어 탈질 반응을 저해할 수 있어 반송량과 반송 위치를 신중히 설계해야 한다.
헷갈리기 쉬운 용어
하수 고도처리 공정은 이름이 비슷하고 구성이 달라 구분이 필요합니다.
| 공정 | 구성 | 질소·인 제거 특성 |
|---|---|---|
| A2O 공정 | 혐기조-무산소조-호기조, 내부반송과 슬러지반송 | 질소와 인을 함께 제거. 두 목표가 경쟁 |
| 활성슬러지법 | 포기조와 침전지의 기본 구성 | 주로 유기물 제거. 영양염류 제거를 추가하려면 변형 필요 |
| 연속회분식 반응조 | 한 반응조를 시간 순서로 나눠 운전 | 공간 대신 시간으로 조건을 나눔 |
| 막결합 생물반응조 | 활성슬러지에 분리막을 결합 | 침전지 대신 막으로 고액 분리 |
참고 문헌
- Tchobanoglous, G., Burton, F. L., & Stensel, H. D. (2003). Wastewater Engineering: Treatment and Reuse (4th ed.). McGraw-Hill.
- Henze, M., van Loosdrecht, M. C. M., Ekama, G. A., & Brdjanovic, D. (2008). Biological Wastewater Treatment: Principles, Modelling and Design. IWA Publishing.
- Grady, C. P. L., Jr., Daigger, G. T., Love, N. G., & Filipe, C. D. M. (2011). Biological Wastewater Treatment (3rd ed.). CRC Press.
- Barnard, J. L. (1974). Cut P and N without chemicals. Water and Wastes Engineering, 11(7).
표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.