이 글의 목적은 하·폐수 처리장에서 활성슬러지 공정의 MLSS를 안정적으로 관리하기 위한 실무 기준, 계산 방법, 조정 전략을 체계적으로 정리하여 현장에서 바로 활용할 수 있도록 하는 것이다.
1. 활성슬러지와 MLSS 기본 개념 정리
활성슬러지 공정은 포기조(aeration tank)에 미생물이 다량으로 존재하는 혼합액을 유지하면서 유기물·영양염류를 제거하는 방식이다. 이때 포기조 내 현탁된 고형물 농도를 나타내는 지표가 바로 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids, 혼합액부유물질)이다.
MLSS는 보통 105℃에서 건조 후 남는 고형물의 양(mg/L)을 의미하며, 활성슬러지(미생물＋무기물)의 총량을 간접적으로 나타내는 지표이다. 이와 유사한 개념으로 MLVSS(Mixed Liquor Volatile Suspended Solids, 혼합액휘발성부유물질)가 있으며, 가연성 유기물(실제 미생물량)에 더 가까운 값이다.
주의 : MLSS는 “미생물 활성” 그 자체가 아니라 혼합액 내 전체 부유고형물량을 의미하므로, MLSS만으로 공정 상태를 단정하지 말고 SVI, DO, F/M 등과 함께 판단해야 한다.
1-1. MLSS 측정 단위와 의미
- 단위: mg/L (또는 g/m³로 동일하다).
- 의미: 포기조 1L 안에 들어 있는 부유고형물의 건조중량.
- 관리 목적: 반송슬러지량·잉여슬러지량 조정의 기준 값으로 사용한다.
1-2. 공정 유형별 일반적인 MLSS 범위
| 공정 유형 | 주요 처리 대상 | 일반적인 MLSS 관리 범위 (mg/L) | 비고 |
|---|---|---|---|
| 단순 BOD 제거형 | 생활하수 중심 | 2,000 ~ 3,000 | 슬러지 침강성 양호 시 권장 |
| 고도처리(N, P 제거 포함) | 도시하수, 일부 산업폐수 | 3,000 ~ 4,500 | SRT 확보를 위해 다소 높게 운전 |
| 고부하 산업폐수(BOD 고농도) | 식품, 제지 등 | 3,000 ~ 6,000 | F/M 조절을 위해 고MLSS 필요할 수 있다. |
| 저부하·장기체류 공정 | 질소·인 강화 제거 | 3,500 ~ 5,000 | 슬러지 연령(SRT)을 길게 가져가는 공정 |
위 값은 일반적인 참고 범위일 뿐이며, 실제 설계서와 수질 특성을 반드시 함께 고려해야 한다.
2. MLSS가 공정에 미치는 영향
MLSS는 단순한 농도 값이 아니라, 공정의 유기물 부하, 미생물량, 슬러지 연령(SRT), 산소 요구량 등과 밀접하게 연결되어 있다.
2-1. 유기물 제거 효율과 F/M 비
F/M(Food to Microorganism) 비는 유입 유기물 부하(F)와 미생물량(M) 비율이다. 일반적으로 MLSS가 높을수록 미생물량(M)이 커져 F/M 비는 감소한다.
- MLSS 부족(저MLSS): F/M ↑ → 미생물이 상대적으로 부족하여 유기물 제거 효율이 저하될 수 있다.
- MLSS 과다(고MLSS): F/M ↓ → 안정적인 처리에는 도움이 되나, 과도하면 산소 요구량 증가, 슬러지 팽화, 침전 불량 등이 나타날 수 있다.
2-2. 슬러지 침강성과 SVI와의 관계
침전지에서 슬러지가 잘 가라앉지 않으면 방류수 SS가 증가하고, 최악의 경우 MLSS를 유지하기 어렵게 된다. 일반적으로 MLSS 상승과 함께 SVI(Sludge Volume Index, 슬러지 용적지수)도 함께 관리해야 한다.
- MLSS가 지나치게 낮고 SVI가 높은 경우: 미성숙 슬러지, 부상 슬러지, 기포 문제 가능성이 있다.
- MLSS가 높고 SVI도 높은 경우: 슬러지 팽화, 사상균 우점 가능성이 높다.
2-3. 산소 요구량과 에너지 비용
MLSS가 높을수록 미생물량이 많아지므로 동일한 유기물 부하에서도 산소 요구량이 증가하는 경향이 있다. 이는 포기기(블로워)의 송풍량과 에너지 비용 증가로 직결된다.
주의 : MLSS를 무조건 높게 유지하면 처리 효율이 좋아질 것이라는 오해가 많다. 실제로는 산소 요구량 증가, 슬러지 팽화, 슬러지 배출량 증가 등 부작용이 발생하므로 경제성·안정성을 함께 고려해야 한다.
3. MLSS 목표값 설정 실무 절차
실제 운영에서는 설계기준, 실제 유입부하, 방류수 기준, 시설 규모를 모두 고려하여 MLSS 목표값을 정해야 한다. 다음과 같은 순서로 접근하는 것이 실무적이다.
3-1. 설계기준 및 법적 요구사항 확인
- 하·폐수 처리시설 설계보고서 또는 도면에서 설계 MLSS 범위를 확인한다.
- 해당 방류수 수질기준(예: BOD, COD, T-N, T-P 등)과 유량조건(평균·최대)을 확인한다.
- 계획 유입부하와 실제 유입부하(BOD, COD, T-N 등)를 비교하여 과대/과소설계 여부를 판단한다.
3-2. F/M 비를 이용한 목표 MLSS 계산 예시
단순화된 예시로, F/M 비를 0.1 d⁻¹ 수준으로 유지하고자 할 때 필요한 MLSS를 역산하는 방법을 정리한다.
예시 조건: - 유입 BOD 부하 = 200 kg/d - 포기조 유효용적 = 2,000 m³ - 목표 F/M = 0.10 d⁻¹
계산:
필요한 MLSS·MLVSS(미생물량 M)를 역산
F/M = F / (MLVSS × V)
따라서 MLVSS = F / (F/M × V)
MLVSS = 200 / (0.10 × 2,000) = 1.0 kg/m³ = 1,000 mg/L
MLVSS/MLSS 비를 0.7로 가정
MLSS = MLVSS / 0.7 ≈ 1,430 mg/L
실무에서는 안전율을 고려하여
목표 MLSS를 2,000 mg/L 전후로 설정하고,
운전 경험을 통해 미세 조정한다.
실제 현장에서는 질소·인 제거 여부, 수온, 독성물질 가능성 등 추가 요소를 함께 고려하여 목표 MLSS를 설정한다.
3-3. 공정 목적별 MLSS 권장 범위 정리
| 공정 목적 | 특징 | MLSS 권장 범위 (mg/L) | 참고 운전 포인트 |
|---|---|---|---|
| 기본 BOD/COD 제거 | 질소·인 제거 비중 낮음 | 2,000 ~ 3,000 | F/M 0.15~0.3 d⁻¹ 수준 유지 |
| 질소 제거 강화 | 질산화·탈질 공정 포함 | 3,000 ~ 4,000 | SRT 충분히 확보, 저온기 상승 필요 |
| 질소·인 동시 제거 | 고도처리, 다단계 포기·무산소·혐기 | 3,000 ~ 4,500 | 구역별 DO·내부반송 고려 |
| 고농도 산업폐수 | 부하 변동·독성 가능성 높음 | 3,000 ~ 6,000 | 충격부하 대비, 단계적 MLSS 조정 |
4. MLSS 측정 방법과 데이터 관리
MLSS는 실험실에서 비교적 간단한 방법으로 측정 가능하지만, 표준 절차를 지키지 않으면 큰 오차가 발생한다. 특히 여과지(여과지 무게 보정), 건조시간, 시료 균질화 상태가 중요하다.
4-1. MLSS 측정 절차 요약
- 포기조 혼합액을 고르게 교반한 상태에서 샘플링한다.
- 측정 전 시료를 충분히 섞어 균질화한다.
- 미리 건조·냉각·무게 측정한 여과지 또는 유리섬유 필터 위로 일정량(예: 50 mL)을 여과한다.
- 105℃ 건조기에서 일정 시간(보통 1시간 이상) 건조 후 데시케이터에서 냉각하여 무게를 잰다.
- 시료량과 무게 증가분으로부터 MLSS(mg/L)를 계산한다.
주의 : 포기조 표면이나 한쪽 모서리에서만 채수하면 슬러지 농도가 실제보다 낮게 나오기 쉽다. 가능하면 포기조 중앙부, 일정 깊이에서 채수하고, 믹싱 상태를 육안으로 확인해야 한다.
4-2. 데이터 관리와 추세 분석
MLSS는 단일값이 아니라 추세로 관리하는 것이 중요하다. 최소 일 1회, 가능하면 교대별로 측정하여 다음 항목과 함께 그래프화하는 것이 좋다.
- MLSS, MLVSS 추이
- 유입 BOD/COD/T-N/T-P 및 유량
- 포기조 DO, 온도, pH
- 침전지 슬러지계면(SL) 높이, 반송슬러지 농도(RSS)
- 방류수 BOD, SS, T-N, T-P
| 항목 | 권장 측정/기록 빈도 | 비고 |
|---|---|---|
| MLSS | 1일 1~2회 | 부하 변동 크면 교대별 권장 |
| MLVSS | 주 1회 이상 | 미생물량 확인 목적 |
| SL 높이 | 1일 2~3회 | 침전지 안정성 확인 |
| 방류수 BOD/SS | 주기적(법적 기준에 따름) | MLSS 조정 결과 확인 |
5. MLSS 조정(증가·감소) 운전 전략
MLSS를 직접 “추가”하거나 “제거”하는 것이 아니라, 반송슬러지율과 잉여슬러지 배출량을 조정하여 간접적으로 관리한다. 조정은 반드시 단계적으로, 추세를 보면서 시행해야 한다.
5-1. MLSS가 낮을 때(저MLSS) 대처 방법
저MLSS는 보통 과도한 슬러지 배출, 유입부하 감소, 포기조 세척, 장기정지 이후 재가동 등에서 발생한다.
| 주요 원인 | 증상 | 대응 전략 |
|---|---|---|
| 잉여슬러지 과다 배출 | MLSS 급격히 감소, SVI 낮음 | 잉여슬러지 배출량을 단계적으로 감소시키고, SRT를 늘려 미생물량 회복 |
| 유입부하 급감 | BOD 제거는 양호하나 미생물 성장이 둔화 | 장기적으로는 목표 MLSS 하향 조정, 단기적으로는 잉여슬러지 배출량 최대한 줄임 |
| 포기조 세척·세정 후 | 초기 시운전 단계와 유사 | 시드 슬러지 도입 후 MLSS 상승까지 충분한 시간 확보, 부하를 서서히 투입 |
5-2. MLSS가 높을 때(고MLSS) 대처 방법
고MLSS는 슬러지 배출량 부족, 반송슬러지율 과다, 장기간 SRT 과다 등에서 발생한다.
| 주요 원인 | 위험 요인 | 대응 전략 |
|---|---|---|
| 잉여슬러지 미배출 또는 부족 | 침전지 슬러지 층 상승, 슬러지 월류 | 잉여슬러지 배출량을 서서히 증가시키면서 SL 높이 및 방류수 SS를 모니터링 |
| 반송슬러지율 과다 | 포기조 MLSS 급상승, SL 높이 불안정 | 반송슬러지율을 단계적으로 낮추고, 필요시 잉여슬러지 라인 조정 |
| 장기 고SRT 운전 | 노화 슬러지, 산소 요구량 증가 | 목표 SRT 재설정 후 잉여슬러지 배출량 재계산 |
주의 : MLSS를 조정할 때 하루에 10~15% 이상 급격히 변동시키지 않는 것이 안전하다. 잦은 급변은 슬러지 팽화·부상, 방류수 악화 등 2차 문제를 유발한다.
5-3. MLSS 조정 계산의 기본 개념
실무에서는 SRT(슬러지 체류시간)와 슬러지량을 이용해 잉여슬러지 배출량을 계산한다. 개념을 단순화하여 정리하면 다음과 같다.
기본 개념: - 포기조 내 슬러지량 (kg) = MLSS (kg/m³) × 포기조 용적 (m³) - SRT = 포기조 내 슬러지량 / (일일 슬러지 배출량)
따라서,
목표 SRT와 현재 슬러지량을 알면
필요한 일일 슬러지 배출량을 계산할 수 있다.
예시:
포기조 용적 = 2,000 m³
현재 MLSS = 4,000 mg/L = 4 kg/m³
포기조 슬러지량 = 4 × 2,000 = 8,000 kg
목표 SRT = 10일
→ 필요 일일 슬러지 배출량 = 8,000 / 10 = 800 kg/d
6. 계절별 MLSS 관리 포인트
수온 변화는 미생물 활성과 질산화 속도에 직접적인 영향을 미친다. 같은 MLSS라도 겨울철에는 미생물 활성도가 낮아지므로 사실상 “유효 미생물량”이 감소한 것과 비슷한 효과가 발생한다.
6-1. 하절기(고온기) MLSS 운전
- 미생물 성장속도가 빨라 SRT가 짧아져도 처리효율이 유지되기 쉽다.
- MLSS를 다소 낮게 운전해도 질산화·유기물 제거가 가능하다.
- 포기조 DO가 과도하게 높지 않도록 송풍량을 적절히 조정한다.
6-2. 동절기(저온기) MLSS 운전
- 미생물 성장속도가 느려져 질산화가 쉽게 저하된다.
- 같은 F/M을 유지하기 위해 MLSS를 약간 높이고 SRT를 길게 가져가는 전략이 필요하다.
- 슬러지 팽화 발생 시 단순히 MLSS를 낮추기보다, DO·영양염·미량독성물질 등 복합 원인을 점검해야 한다.
주의 : 겨울철에 질소기준을 맞추기 위해 무리하게 MLSS만 높이면 침전불량과 에너지 증가 문제가 동시에 발생할 수 있다. 질소 제거 공정에서는 내부반송, 무산소구역 체류시간, 탄소원 등도 함께 검토해야 한다.
7. 운영자가 자주 하는 MLSS 관리 실수와 체크리스트
7-1. 자주 발생하는 실수
- MLSS만 보고 공정 상태를 판단하고, SVI·DO·SL·방류수질은 상세히 보지 않는 경우
- 단기적인 방류수 악화를 보고 잉여슬러지 배출을 갑자기 0으로 줄이거나, 반대로 대량 배출하는 극단적 조정
- 채수 위치·방법이 일정하지 않아 MLSS 데이터의 신뢰성이 떨어지는 경우
- MLSS 측정 시 여과지 공차, 건조시간, 냉각시간 등을 고려하지 않아 측정값 편차가 큰 경우
- 설계 MLSS 범위를 이해하지 못한 채, 인근 다른 시설의 수치를 그대로 모방하는 경우
7-2. 일상 운전 체크리스트 예시
| 점검 항목 | 체크 내용 | 점검 빈도 |
|---|---|---|
| MLSS 농도 | 목표 범위 내 유지 여부, 급변 여부 확인 | 일 1~2회 |
| SL 높이 | 슬러지 침강 상태, 슬러지 월류 가능성 | 일 2~3회 |
| 방류수 SS·BOD | 최근 1주 추세, MLSS 변화와의 상관 검토 | 법정주기 이상 |
| 포기조 DO | 구역별 적정 DO 유지 여부(예: 1~3 mg/L 범위) | 상시 또는 자동측정 |
| 슬러지 배출량 | SRT 목표값과 일치하도록 조정·기록 | 일 1회 이상 |
주의 : MLSS 관리의 목적은 “숫자를 맞추는 것”이 아니라, 방류수질과 공정안정성을 확보하는 것이다. MLSS 수치가 설계범위를 조금 벗어나더라도 방류수질이 안정적이라면, 원인을 분석한 뒤 서서히 조정하는 것이 바람직하다.
FAQ
MLSS와 MLVSS 중 어떤 값을 기준으로 관리하는 것이 좋은가?
MLSS는 측정이 간편하고 일상운전에서 널리 사용되므로, 일반적으로 MLSS를 기본 지표로 관리하는 것이 현실적이다. 다만 미생물 활성 상태를 세밀하게 보고 싶다면 주 1회 정도 MLVSS를 측정하여 MLSS 대비 비율(보통 0.6~0.8 수준)을 확인하는 것이 좋다.
MLSS가 갑자기 떨어졌을 때 가장 먼저 확인해야 할 사항은 무엇인가?
첫째, 최근 잉여슬러지 배출량의 변동 여부를 확인해야 한다. 둘째, 유입부하 감소, 장시간 정전, 포기조 세척 등 설비 운전상의 이벤트가 있었는지 점검한다. 셋째, 채수 위치·방법이 변경되지는 않았는지 확인하고, 필요하면 재시료를 채취하여 재측정하는 것이 좋다.
슬러지 팽화가 발생했을 때 MLSS를 낮추면 해결되는가?
일시적으로 MLSS를 낮추는 것이 도움이 될 수 있으나, 근본 원인은 사상균 과다, 영양염 불균형, 독성물질, DO 부족 등 다양한 경우가 있다. 따라서 MLSS 조정만으로 문제를 해결하려고 하기보다 SVI, 현미경 관찰, 운영 이력 등을 종합 분석하여 원인을 찾아야 한다.
MLSS 목표값을 얼마나 자주 재검토해야 하는가?
유입부하와 방류수질이 안정적인 시설이라면 연 1~2회 수준의 정기 검토로도 충분하다. 그러나 신규 가동 초기나 증·개축 직후, 유입원 추가·변경이 있을 때에는 1~3개월 주기로 목표 MLSS와 SRT를 재검토하는 것이 바람직하다.
반송슬러지율(RAS rate)과 MLSS의 관계는 어떻게 이해하면 되는가?
반송슬러지율을 높이면 포기조로 되돌아가는 슬러지량이 증가하므로 MLSS가 상승하는 경향이 있다. 다만 반송슬러지 농도, 침전지 체류시간, 잉여슬러지 배출량 등도 함께 작용하므로, RAS 조정은 SL 높이·MLSS·방류수 SS를 동시에 보면서 단계적으로 시행해야 한다.