깨끗한 물은 현대 사회의 기본적인 인프라이자 생존의 필수 요소입니다. 우리가 사용하는 수돗물은 정수처리 시설을 거쳐 공급되며, 이 과정에서 미생물은 핵심적인 역할을 담당합니다. 특히 활성슬러지 공정은 수많은 박테리아와 미생물이 유기물과 오염물질을 분해하여 수질을 정화하는 생물학적 처리 기술입니다. 이러한 미생물들은 보이지 않지만, 수처리 효율과 정수 품질을 좌우하는 중요한 존재입니다. 본 글에서는 정수처리에서 실제로 활용되는 대표적인 미생물들을 활성슬러지, 분해 역할, 박테리아 종류 중심으로 정리하여 소개합니다.
활성슬러지 내 핵심 미생물 – 수처리의 엔진
활성슬러지 공정은 미생물이 유기물을 분해하고 응집하여 침전되는 과정을 통해 오염물질을 제거합니다. 이 공정의 핵심은 바로 미생물 군집이며, 주요 구성원은 세균, 원생동물, 후생동물로 이루어져 있습니다. 각각의 역할은 수질정화와 슬러지 안정화에 결정적입니다.
- Floc-forming bacteria – Zoogloea spp.와 같은 박테리아는 점액질을 분비하여 미생물 군집을 응집시키고 침전성을 향상시킵니다.
- Nitrifying bacteria – Nitrosomonas, Nitrobacter는 암모니아를 아질산과 질산으로 산화시켜 질소 제거에 기여합니다.
- Filamentous bacteria – Sphaerotilus, Nocardia spp. 등은 과도한 성장 시 슬러지 팽창의 원인이 될 수 있으나, 적정 수준에서는 구조 유지에 도움을 줍니다.
- Protozoa – 짚신벌레, 나팔벌레는 박테리아를 섭취하며 슬러지의 성숙도를 보여주는 지표종으로 활용됩니다.
- Metazoa – 윤충류, 선충류는 비교적 안정된 슬러지 환경에서 서식하며 슬러지의 건강도를 나타냅니다.
활성슬러지는 단일 균종이 아닌 복잡한 군집의 조화로 이루어져 있으며, 온도, pH, 산소량 등 외부 환경에 민감하게 반응합니다. 따라서 슬러지 내 미생물 군집을 분석하고 관리하는 것은 수처리 공정의 효율을 높이는 핵심 전략입니다.
분해 역할 – 유기물, 질소, 인 제거에 기여하는 기능성 미생물
정수처리에서 미생물은 단순히 오염물질을 제거하는 것이 아니라, 생물학적 과정을 통해 자연적으로 분해하고 순환시키는 역할을 합니다. 이 과정에서 다양한 미생물이 각기 다른 기능을 수행합니다.
- 유기물 분해 세균 – Bacillus, Pseudomonas, Acinetobacter spp.는 지방, 단백질, 당류 등 복합 유기물을 분해하여 BOD, COD를 감소시킵니다.
- 질산화 세균 – Nitrosomonas는 암모니아를 아질산으로, Nitrobacter는 아질산을 질산으로 산화시킵니다. 이 과정은 생물학적 질소 제거의 핵심입니다.
- 탈질균 – Paracoccus, Alcaligenes spp. 등은 무산소 조건에서 질산염을 질소가스로 환원시켜 수중 질소 농도를 감소시킵니다.
- 포스파터– Accumulibacter spp.는 인산염을 세포 내에 축적하는 특성을 지니며, 생물학적 인 제거에 사용됩니다.
- 황화물 분해 세균 – Desulfovibrio spp.는 황산염을 황화수소로 환원하며, 산소가 부족한 환경에서 일어나는 환원성 반응을 담당합니다.
이러한 미생물들은 각자의 생리 특성에 따라 산소 농도, 수온, 유기물 농도 등의 조건에서 활성화되며, 적절한 공정 운영을 통해 이들의 기능을 극대화할 수 있습니다. 특히 질소·인의 제거는 수계 부영양화를 막는 데 매우 중요하며, 미생물 기반의 생물학적 처리가 가장 효과적인 방법으로 간주됩니다.
정수처리 박테리아의 종류 – 공정별로 활용되는 대표 세균들
정수처리 시스템은 물의 오염도를 줄이고, 병원성 물질을 제거하며, 안전한 수돗물을 공급하는 것이 목표입니다. 이 과정에서 다음과 같은 박테리아가 단계별로 중요한 역할을 합니다.
- Bacillus subtilis – 고초균으로, 유기물 분해 및 병원균 억제 효과가 있어 미생물 정수제의 원료로 활용됩니다.
- Pseudomonas fluorescens – 뛰어난 생물막 형성 능력으로 바이오필름 기반 수처리에 활용됩니다.
- Nitrosomonas europaea – 대표적인 암모니아 산화균으로 질소 제거 공정에서 핵심 역할을 합니다.
- Paracoccus denitrificans – 탈질작용에 특화된 세균으로, 무산소조에서 질산염을 질소로 환원시킵니다.
- Acinetobacter spp. – 생물학적 인 제거 기능 외에도, 다양한 유기물 분해능을 지닌 실용적 세균입니다.
- Zoogloea ramigera – 점액질을 생성해 세균 군집을 응집시키며, 슬러지의 침전 성능을 향상시킵니다.
- Thiobacillus spp. – 황산화 기능을 가진 세균으로, 무기질 오염물 분해 및 pH 조절에 기여합니다.
- Dechloromonas spp. – 클로로화 유기물 분해능이 뛰어나, 염소계 소독 부산물 감소에 유리합니다.
각 박테리아는 특정 처리 공정에 맞게 배양되고 유지되며, 정수처리 시설에서는 이들의 군집 구성을 주기적으로 분석하여 최적의 운영 조건을 조정합니다. 최근에는 메타게놈 분석 기술을 통해 실시간 군집 변화와 기능성을 평가하는 고급 분석이 이루어지고 있습니다.
결론적으로, 정수처리 과정은 물리적·화학적 공정과 더불어 생물학적 공정이 조화롭게 작동해야 최적의 결과를 얻을 수 있으며, 이 중에서도 미생물의 역할은 절대적으로 중요합니다. 활성슬러지 내 미생물 군집은 정수의 품질을 결정짓는 생물학적 엔진이며, 이들의 다양성과 기능성은 수질 안정성과 직결됩니다. 수처리 담당자와 환경관리자는 이러한 미생물들의 특성을 정확히 이해하고, 실시간으로 분석·관리함으로써 지속 가능한 수자원 관리를 실현할 수 있어야 합니다.