MBBR 는 무엇 입니까?

I. MBBR이란 무엇인가?

MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor) 공정은 바이오필름 기술의 원리에 기반합니다. 반응조에 일정량의 부유 담체를 추가하여 반응조 내 바이오매스 및 미생물 다양성을 증가시켜 처리 효율을 향상시킵니다. 담체의 밀도가 물과 거의 같기 때문에 폭기 시 물과 완전히 혼합되어 미생물 성장을 위한 3상(기체-액체-고체) 환경을 조성합니다. 담체 간의 충돌 및 전단력은 기포를 더 미세한 입자로 분해하여 산소 전달 효율을 향상시킵니다.

또한 각 담체는 서로 다른 미생물 군집(내부의 혐기성 또는 통성 혐기성 박테리아와 외부의 호기성 박테리아)을 품고 있어 각 담체를 질산화 및 탈질화가 동시에 일어나는 소형 반응조로 효과적으로 전환하여 전반적인 처리 성능을 향상시킵니다.

II. MBBR의 원리 및 특징

1. MBBR의 원리

MBBR 공정은 부유 담체를 추가하여 바이오매스 및 미생물 다양성을 증가시켜 반응조 효율을 향상시킵니다. 물과 유사한 밀도를 가진 담체는 폭기 시 완전한 혼합을 이루어 미생물 성장을 위한 기체-액체-고체 환경을 조성합니다. 담체에 의해 생성된 난류 및 전단력은 산소 이용률을 향상시킵니다.

각 담체는 내부의 혐기성/통성 혐기성 박테리아와 외부의 호기성 박테리아를 통해 동시 질산화 및 탈질화를 가능하게 하는 마이크로 반응조 역할을 합니다.

MBBR은 기존의 유동상 및 생물학적 접촉 산화 공정의 장점을 결합합니다. 폭기 및 수력 흐름에 의존하여 담체를 유동 상태로 유지하여 부유 활성 슬러지 및 부착 바이오필름 성장을 모두 촉진합니다. 이는 반응조 공간 활용을 극대화하고 부착 및 부유 바이오매스의 강점을 활용합니다. 기존의 고정 매체와 달리 MBBR 담체는 폐수와 지속적으로 상호 작용하여 '이동 바이오필름'이라는 이름을 얻었습니다.

2. MBBR의 장점

활성 슬러지 및 고정 매체 바이오필름 시스템과 비교하여 MBBR은 다음과 같은 장점을 제공합니다.

• 높은 효율성과 운영 유연성 (활성 슬러지와 유사).

• 충격 부하에 대한 강한 저항성, 긴 슬러지 연령, 낮은 잉여 슬러지 생성 (전통적인 바이오필름 시스템과 유사).

(1) 담체 특성

• 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 폼 등으로 제작.

• 중성 부력에 가까움 (밀도 ~1.0).

• 바이오필름 형성이 용이하고 막힘이 없으며 슬러징이 용이하도록 원통형 또는 구형.

(2) 우수한 질소 제거

• 담체는 호기성, 무산소 및 혐기성 구역을 생성하여 단일 반응조에서 질산화 및 탈질화를 허용합니다.

• 암모니아 제거 효과적.

(3) 높은 유기물 제거 효율

• 높은 슬러지 농도 (기존 활성 슬러지보다 5~10배 높음, 최대 30~40 g/L).

• 충격 부하에 대한 강한 저항성.

(4) 쉬운 유지 보수

• 담체 지지 구조가 필요하지 않음.

• 폭기 시스템의 간단한 유지 보수.

• 공간 및 투자 비용 절감.

3. MBBR의 단점

(1) 담체 축적

• 부적절한 폭기 또는 반응조 설계로 인해 담체가 특정 영역에 축적될 수 있습니다.

• 해결책: 폭기 레이아웃 및 반응조 구조 최적화.

• 권장 반응조 길이 대 깊이 비율: ~0.5, 길이 ≤3m (완전 유동화).

(2) 유출 스크린 막힘

• 담체 손실을 방지하기 위해 스크린/그리드를 사용하지만 막힐 수 있습니다.

• 해결책: 수동 청소를 위해 이동식 스크린을 사용하거나 공기 역세 시스템을 설치합니다.

III. MBBR 담체 평가 기준

1. 바이오필름 부착 능력

• 핵심 지표: 바이오필름 부착 = 보호 표면적 (설계 의존) × 단위 면적당 바이오필름 밀도 (담체 의존).

2. 담체 성능

(1) 표면 특성

• 거칠기: 더 거친 표면은 더 빠른 바이오필름 형성을 촉진합니다.

• 표면 전하: 미생물은 음전하를 띠며, 양전하를 띤 담체는 성장을 촉진합니다.

• 친수성: 친수성 담체는 미생물 부착을 선호합니다.

(2) 수력 특성

• 다공성: 다공성이 높을수록 좋습니다.

• 모양 및 크기: 흐름 역학에 영향을 미칩니다.

(3) 유동화 성능

• 최적 밀도: 0.97~1.03 g/cm³ (유동화 용이).

3. 바이오필름 성숙도 평가

• 육안 검사: 균일한 바이오필름 분포, 더 어두운 색상.

• 현미경 검사: 조밀한 바이오필름, 다양한 미생물 (예: Vorticella, Epistylis), 윤충/선충의 존재는 성숙도를 나타냅니다.

IV. MBBR의 빠른 시작

1. 담체 충전 단계

• 축적을 방지하기 위해 담체를 점진적으로 추가합니다.

• 간헐적 폭기 사용 (밤에는 폭기 감소).

• 24~48시간 후 유입 유량을 늘리고 DO를 확인합니다 (1.5~2.0 mg/L 유지).

• 약 7일 만에 완전 가동 가능.

2. 바이오필름 배양

(1) 정적 배양

• 종자 슬러지 (반응조 부피의 10%) + 영양소 (C:N:P = 100:5:1).

• 폭기 (1시간) 및 정적 기간 (2~4시간)을 번갈아 가며 사용합니다.

• 4~5일 후, 지속적인 저유량 공급 시작.

(2) 동적 배양

• 약 6일 후, 연속 흐름으로 전환 (DO: 2~4 mg/L).

• 원생동물 (예: 아메바, Vorticella)이 15~20일 안에 나타납니다.

• 성숙한 바이오필름 (윤충/선충)이 약 20일 안에 형성됩니다.

3. 바이오필름 순응

• 매개변수 조정 (DO: 2~3 mg/L, 폭기 ≥5시간/일).

• 목표 바이오필름 두께: 0.2~0.5 mm.

• 유출 BOD, COD, SS가 기준을 충족할 때까지 모니터링합니다.

V. 일반적인 MBBR 엔지니어링 문제

1. 겨울철 바이오필름 형성 시간?

• 가시적인 바이오필름: 7일.

• 유출수 규정 준수: <30일.완전 성숙: >1년 (계절 적응 후).

• 2. 바이오증강의 필요성?

일반적으로 불필요함 (자연적인 농축으로 충분).

• 산업/난분해성 폐수의 경우 특수 접종제가 도움이 될 수 있습니다.

• 3. 역세척 필요?

아니요 - 바이오필름은 노화/갱신으로 인해 자연적으로 떨어져 나갑니다.

• 4. MBBR의 핵심?

담체 + 유동화.

• 최적의 담체 모양: 평평한 원통형 (성능/내구성의 최적 균형).

• 5. 최대 충전 비율?

호기성 구역: ≤60%; 무산소 구역: ≤50%.