KR20030071604A - 변성 배양된 통성혐기성 박테리아에 의한 고농도 및난분해성 폐수의 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 변성 배양된 통성혐기성 박테리아에 의한 고농도 및 난분해성 폐수의 처리방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 다수의 토양유래 통성혐기성 박테리아를 고농도 및 난분해성 오염물질이 함유된 폐수에 적응 배양시켜 원폐수에 대한 강력한 분해기능을 갖게 하고, Ca++에 의해 그 기능을 강화시킴과 동시에 오염물질에 대한 흡착도를 높여, 약알칼리성 상태 및 DO=0.1∼1mg/ℓ의 영역에서 상기 원폐수에 혼합시켜 이들의 특수 효소에 의해 오염물질을 분해하는 통성혐기성처리단계, 화학응집처리단계 및 호기성처리단계를 포함하는 고농도 및 난분해성 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다. 상기 통성혐기성 처리단계는 BOD성 오염물질의 분해 뿐 아니라 미생물 처리로 분해되지 않는 COD성 유기물질의 분해기능이 있어 이후 화학응집처리에 의한 COD성 물질의 제거효율을 극대화시키며, 이에 따라 미생물에 의한 BOD성 물질의 제거효율도 높아져 안정적인 처리가 가능하다. 또한, 본 발명의 방법은 처리시간이 3∼4일로서 경제적으로도 바람직하다.
Description
본 발명은 변성 배양된 통성혐기성 박테리아에 의한 고농도 및 난분해성 폐수의 처리방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 다수의 토양유래 통성혐기성 박테리아를 고농도 및 난분해성 오염물질이 함유된 폐수에 적응 배양시켜 원폐수에 대한 강력한 분해기능을 갖게 하고, Ca++에 의해 그 기능을 강화시킴과 동시에 오염물질에 대한 흡착도를 높여, 약알칼리성 상태 및 DO(Dissolved Oxygen, 용존산소) = 0.1∼1mg/ℓ의 영역에서 상기 원폐수에 혼합시켜 이들의 특수 효소에 의해 오염물질을 분해시키는 통성혐기성처리단계, 화학응집처리단계 및 호기성처리단계를 포함하는 고농도 및 난분해성 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다.
매립장에서 매립과정시 배출되는 침출수 또는 소나 돼지를 사육시 배출되는축산폐수는 고농도이면서 난분해성물질을 함유하고 있어 처리에 상당한 어려움을 겪고 있는 현실이다. 특히 매립장 침출수는 매립시간의 경과에 따라 수질의 성상이 매립초기에 비해 변화되는 폭이 여타 폐수보다 심한 편이다.
보통 매립 후 시간이 경과할수록 수질의 BOD 및 COD가 높아지지만, 일정 시간 이후부터는 BOD가 급격히 감소하며 상대적 COD가 높게 나타난다(도 1 참조). BOD : COD 비로 설명하면, 매립초기에는 약 0.5 이상으로써 침출수 내에 분해 가능한 유기물질이 다량 함유되어 있음을 알 수 있다. 이들은 지속적으로 분해되어 침출수 내의 함량이 감소한다. 그러나 시간이 더욱 경과함에 따라, BOD : COD의 비는 약 0.2 이하로 난분해성 물질이 분해되지 못해 상대적으로 침출수 내의 다량 함유되어 있음을 알 수 있다.
또한, 미생물 활동 및 생존에 영향을 끼칠 수 있는 요인은 음식물찌꺼기 매립장의 침출수, 해안 매립지의 침출수 등에 함유된 높은 염소이온 농도, 강우량에 따른 유량의 심한 변동 등이며, 기존의 처리공정은 이러한 요인에 의해 오염물질의 처리에 상당한 어려움이 있었을 뿐만 아니라, 상당한 건설비로 경제성이 없음은 주지의 사실이다.
국내의 매립장에 적용되고 있는 기존의 매립장 침출수 처리공정을 하기 표 1에 나타내었다.
상기 표 1에 나타낸 기존의 처리공정을 분류해보면 다음과 같다.
1) 호기성 미생물처리 ＋ 화학응집처리
2) 화학응집처리 ＋ 호기성 미생물처리
3) 혐기성 미생물처리 ＋ 호기성 미생물처리 ＋ 화학응집처리
4) 호기성 미생물처리 ＋ 화학응집처리 ＋ 호기성 미생물처리
5) 혐기성 미생물처리 ＋ 호기성 미생물처리
상기 기존의 처리공정은 오존, 펜톤의 산화처리나 모래여과, 활성탄여과 등을 추가로 포함하고 있어 건설비의 과다로 인해 비경제적인 단점이 있으며, 호기성 처리든 혐기성 처리든 간에 처리시간(체류시간)이 상당히 길다는 단점이 있다.
칠곡군의 폭기식라군의 처리시간은 7일∼20일 정도이며, 수도권 매립지 (김포)의 경우에는 혐기성 소화가 약 10일, 포기식라군은 약 11일로 총 약 21일의 처리시간이 소요되는 것과 같이 대다수 처리장의 처리시간이 약 10∼20일 정도 소요됨을 알 수 있다.
즉, 처리조가 거대해 질 수 밖에 없고, 따라서 공기를 공급해주는 기계장치도 비례하여 커짐으로써 설비비가 많이 소요되며, 가동을 위한 동력비 등의 운전 경비 역시 상당히 소요된다. 또는 광대한 처리장의 요구로 과다한 건설비가 소요될 수 있다.
처리 기능면에서, 기존의 처리공정은 상기 표 1에 나타난 바와 같이 대분분 활성오니＋응집침전 또는 응집침전＋활성오니로 하는 주된 처리공정을 채택하고 있으며, 경우에 따라 혐기성＋활성오니＋응집침전, 활성오니＋응집침천＋활성오니 공정을 채택하고 있다. 그러나 상기의 공정들은 오염물질이 고농도이거나 난분해성일 경우는 적합지 않으며, 처리시간이 길고 비경제적인 단점이 있다.
저농도이면서, 난분해성 물질이 적은 폐수처리의 경우, 활성오니의 처리시간은 길어도 1∼2일이 주어지면 충분하다. 그러나 고농도이면서 난분해성 물질이 다량 함유된 축산폐수나 침출수 등의 처리는 혐기성 및 활성오니에 화학응집 처리로 구성된 처리공법으로는 적어도 10일 이상이 소요될 뿐만 아니라, 할성오니의 경우도 10일 이상의 처리시간이 요구된다.
또한, 혐기성 박테리아나 활성오니가 내는 효소는 고농도 또는 난분해성 물질의 분해에 한계가 있으며, 상기 처리공정에는 별도의 배양조가 없어, 만약 폐수의 유량이 급격히 변동하거나 수질의 변동 등으로 처리의 주축을 이루고 있는 미생물 처리조(활성오니-호기성소화, 혐기성소화)에 직간접적인 영향을 끼친다면, 미생물이 사멸하거나 미생물의 개체수가 급감되어 처리가 제대로 되지 않아 결국 처리수가 악화된다. 따라서, 별도의 배양조가 없는 한 엄청난 시간이 경과되어야만 미생물의 정상회복이 가능하다.
전술한 바와 같이, 기존의 처리공정들은 고농도 및 난분해성 오염물질의 분해에 한계가 있고, 미생물의 점성 유지 및 무기성 COD성 물질로의 전환에도 한계가 있으며, 이에 따라 화학응집처리도 효율적이지 못하다. 또한, 분해 시간이 상당히 긴 혐기성 및 호기성 방식을 채택함으로써 처리효율의 저하 및 건설비의 과다로 인한 경제적인 손실 등의 문제점이 있다. 특히, 축산폐수 또는 침출수 등의 폐수의 경우, 수질 및 유량의 변동 폭이 심할 수 있는 밖에 없어 미생물의 활동이 정지 되거나 급기야는 사멸에 이를 수 있어 처리가 제대로 안되는 문제점이 있다.
위와 같은 문제로 정부 환경관련 기관에서 여러 가지 방안을 모색하고 있다. 특히 침출수의 처리는 전술한 이유로 제대로 처리되지 않아 하수종말처리장과 연계처리 한다거나, 음식물 쓰레기를 감소시키는 대책을 마련한다거나, 소각 등의 방법을 모색한다거나 하는 여러 가지 대책을 강구하고 있지만 또 다른 문제점 등이 야기되고 있는 실정이다.
따라서 단위별 공정을 기능에 따라 조합시킴으로써 기존의 어떤 공정보다도 안정적이면서 효율적이고, 경제적인 처리가 가능한 처리 시스템 구축이 시급할 뿐만 아니라, 오염물질 분해를 위해 사용되어지는 박테리아의 장단점을 증진 보완 할 수 있는 공정의 개발 및 처리가 가장 어려운 고농도 및 난분해성 물질이 함유된 폐수를 가장 경제적이고도 완벽하게 처리할 수 있는 공정의 개발이 요구되고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 임의적인 통성혐기성 박테리아를 고농도 및 난분해성 오염물질이 다량 함유된 원폐수에 선택적으로 적응 배양시켜 원폐수에 대한 강력한 분해기능을 갖게 하였고, Ca++에 의해 그 기능을 강화시켜, 이들에 의해 분해가 쉬운 오염물질 뿐 아니라, 분해가 어려운 COD성 물질을 분해 처리시키면, 이 후 화학응집 처리 및 미생물 처리가 용이하여 안정적이고도 완벽하게 고농도 및 난분해성 오염물질을 처리할 수 있음을 발견하였다. 또한, 임의적인 통성혐기성 박테리아를 원폐수에 배양시키는 별도의 배양시스템은 원폐수의 유량과 어떤 수질의 변화에도 충격을 받지 않음으로써 미생물의 서식과 활동에 지장을 주지 않으며, 난분해성 오염물질의 급속한 분해로 처리기간이 총 3∼4일을 넘지 않아 기존의 처리공정의 20일에 비해 경제성이 아주 높음을 발견하였으며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 통성혐기성 박테리아에 의한 고농도 및 난분해성폐수의 처리방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 배양조에서 다수의 토양유래 통성혐기성 박테리아를 DO농도 0.1∼1mg/ℓ의 영역하에서 처리하고자 하는 원폐수에 선택적으로 적응 배양시키는 단계; 집수조정조에 원폐수를 도입시키고, DO 0.1∼0.5mg/ℓ영역하에서 상기 배양조에서 배양된 적응 변성 박테리아군 및 2차 처리시스템의 침전조에서 반송된 다수의 박테리아군을 투입시켜 이들의 특수효소에 의해 오염물질을 분해시키는 단계; 상기 집수조정조에서 처리된 처리수를 pH 조정조로 이송시키고, Ca(OH)2를 첨가시켜 상기 처리수의 pH를 8.5∼9.5로 조절시키는 단계; 상기 pH가 조절된 처리수를 변성조로 이송시키고, 상기 배양조에서 배양된 적응 변성 박테리아군을 투입시켜 흡착시킨 후 DO농도를 0.1∼1.0mg/ℓ사이에서 교차운전하여 오염물질의 저분자화시키고 질산화 및 탈질화시키는 단계; 상기 변성조에서 처리된 처리수를 효용조로 이송시키고, 상기 배양조에서 배양된 적응 변성 박테리아군을 더욱 도입시켜 오염물질을 저분자화 시키며, DO농도를 0.1∼1.0mg/ℓ사이에서 교차운전하여 오염물질의 질산화 및 탈질화를 가속화시키는 단계; 상기 효용조에서 처리된 처리수를 침전조로 이송시켜 고액분리한 후 침된 미생물군은 배양조, 변성조 및 효용조로 반송시키고, 상등수는 화학응집을 위해 먼저 pH조정조로 이송시키며, 잉여 슬러지는 탈수 처리시키는 단계; 상기 pH조정조로 이송된 상등수는 Ca(OH)2로 pH를 8∼9로 조정하여 반응응집조로 이송시키며, 이송된 상등수에 Fe계, Ca계 및 고분자 응집제를 첨가시켜 무기화된 COD성 물질과 응집시킨 후, 응집된 물질을 화학침전조로 이송시키는 단계; 상기 응집된 물질을 고액분리시키고, 분리된 상등수는 최종처리조인 활성오니 폭기조로 유입시키며, 침전된 슬러지는 탈수 처리시키는 단계; 상기 활성오니 폭기조로 유입시킨 상등수를 MLSS 농도가 3,000∼4,000mg/ℓ이고, DO 범위가 1∼3mg/ℓ인 호기성 영역 하에서 미생물에 의해 소화시키는 단계; 및 상기 폭기조에서 응집된 MLSS를 최종 침전조로 유입시켜 고액분리시킨 후 상등수는 방류조를 거쳐 최종 처리수로 방류시키고, 침전된 오니는 반송시키거나 탈수 처리시키는 단계를 포함한다.
도 2은 본 발명의 처리방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 방법을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 처리공정은 배양조, 집수조정조, 변성조, 효용조 및 침전조로 구성된 통성혐기성 처리시스템, pH조정조, 반응응집조 및 화학침전조로 구성된 화학응집 처리시스템 및 활성오니 폭기조, 최종침전조로 구성된 호기성 처리시스템의 3단계 공정으로 이루어진다. 상기 3단계 처리 공정을 차례로 살펴보면 아래와 같다.
제1단계 처리시스템인 통성혐기성 미생물군에 의한 처리공정은 배양조, 집수조정조, 변성조 및 효용조에서 이루어진다.
먼저, 배양조에서 다수의 토양유래 통성혐기성 박테리아를 DO 범위 0.1∼1mg/ℓ의 영역하에서 처리하고자 하는 원폐수에 선택적으로 적응 배양시킨다.
본 발명에 적용되는 미생물군은 기존의 혐기성이나 활성오니의 제한적인 영역을 벗어나 DO 0.1∼1mg/ℓ 영역(혐기성 및 호기성 중간상태)의 통성 혐기성 박테리아이며, 슈도모나스(Psedomonas) 속, 패너로키티 크니조스포리움(Phanerochaete chnysosporium), 퓨자리움(Fusarium) 속, 스트렙토마이세스(Steptomyes) 속, 노카디아 바실러스(Nocardia Bacillus), 에어로모나스(Aeromonas) 속 등으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다. 상기 박테리아는 고농도 및 난분해성 오염물질을 함유한 원폐수에 직접 적응 배양되며 원폐수의 고농도 및 난분해성 오염물질이 함유된 폐수에 대한 강력한 분해기능을 갖도록 순응 변성된다.
본 발명은 별도의 배양조는 처리장에 필요한 미생물의 배양, 저장 및 농축시키는 기능을 가지며, 집수조정조, 변성조 및 효용조에 미생물의 상태에 따라 투입량을 적정하게 조절한다. 또한, 원폐수의 어떠한 유량과 수질의 변화에도 미생물에 특별히 영향을 끼치지 않을 뿐만 아니라, 여러 가지 요인으로 처리장의 미생물이 악화되거나 사멸될 경우, 저장된 배양조의 미생물군을 각 처리조에 즉시 투입시켜 단기간 내에 처리 공정을 정상화시킴으로써 처리에 지장이 없도록 조치할 수 있다.
폐수처리를 위해 먼저 침출수 및 축산폐수 등의 고농도이면서 난분해성 오염물질이 함유된 폐수가 다수의 통성혐기성 박테리아와 함께 집수조정조에 유입된다. 또한 상기 배양조에서 원폐수에 의해 선택 배양되어진 다수의 박테리아 및 2차 처리시스템의 침전조에서 반송된 다수의 박테리아가 투입되어 이들의 특수효소에 의해 오염물질의 분해의 초기단계가 이루어진다. 집수조정조의 DO 범위는 0.1∼0.5mg/ℓ이며, 체류시간은 약 24시간 이상이 바람직하다.
집수조정조는 본 발명의 적응 변성 박테리아가 DO 범위가 0.1㎎/ℓ 이상이면서식 활동이 가능한 점을 활용하여 배양조에서 배양된 임의성 박테리아를 유입시켜 원폐수와 접촉시켰으며, 배양된 박테리아의 기능을 강화시켜 오염물질의 처리효율을 높였다. 이에 따라, 후속 단계의 처리를 용이하게 할 뿐만 아니라 전체적인 처리효율을 높이는 효과를 이끌어 낸다.
본 발명의 집수조정조는 폐수의 저장, 유량의 조절 및 수질의 균질화의 주된 기능뿐 아니라, 도입된 박테리아에 의해 고농도 및 난분해성 오염물질을 분해하기 쉬운 물질로 전환시키고 무기화시키는 기능이 부가되어 후속 공정의 처리를 용이하게 한다.
그 다음, 상기 집수조정조에서 처리된 처리수를 pH 조정조로 이송시키고, Ca(OH)2를 첨가시켜 상기 처리수의 pH를 8.5∼9.5로 조절시킨다. 상기 처리수의 pH를 상기 범위로 조절하는 이유는 통성혐기성 박테리아의 다수가 약 알칼리성 환경에서 서식하기 때문이다.
적정 알칼리 범위로 조정된 처리수를 변성조로 이송시키고, 상기 배양조에서 배양된 적응 변성 박테리아군을 더욱 투입시켜 흡착시킨 후 DO농도를 0.1∼1.0mg/ℓ사이에서 교차운전하여 오염물질의 질산화 및 탈질화를 본격적으로 진행시킨다.
변성조에 유입되는 집수조정조의 폐수는 폐수 내에 순응된 임의성 박테리아와 배양조에서 배양된 균주가 혼합 되어 폭넓은 임의성 박테리아군이 형성되어 처리기능이 다양해지고 처리범위가 확대된다. 영양제로써 N.P.(Nirtrogen.Phosphate Source, 질소원 인산염원)가 투입되기도 한다. 변성조에서는 상기 pH 조정조에서투입된 Ca(OH)2의 Ca++에 의해 박테리아가 오염물질에 잘 흡착되며, 오염물질의 질산화 및 탈질화가 이루어져 다음 단계의 처리를 용이하게 할 뿐만 아니라 전체적인 처리효율을 높이는 효과를 나타낸다. 본 조의 COD 제거효율은 30∼40%이며, T-N(총 질소) 제거효율은 60∼70%.이고, 체류시간은 약 16∼20시간이다.
상기 Ca(OH)2는 pH 조절제 역할뿐 아니라, 입자상인 관계로 박테리아의 용적을 높이는 기능도 갖는다. 또한 및 흡착 기능이 있어 단위 용적당 많은 수의 박테리아를 흡착시켜 조 내의 균체농도를 높인다. 따라서 조 내의 BOD용적부하 (BOD-㎏/㎥)가 낮게 유지되어 박테리아에 의한 보다 안정적이고 효율적인 처리를 보장케 한다.
한편, 대부분의 통성혐기성 박테리아의 유영성으로, 침전성이 매우 낮아 고액분리시 어려움이 있으며, 반송오니의 농축도가 떨어져 배양조, 변성조 및 효용조 내로 적정 박테리아가 반송되지 않아 조 내의 미생물 농도를 낮추는데 상당한 어려움이 있었으며 결국 처리효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 그러나 pH 조절을 위해 사용된 Ca(OH)2의 Ca++가 상기 문제점을 극복하였다. 즉, Ca++은 높은 침전성도 갖고 있기 때문에, 박테리아군을 흡착시켜 용이하게 침전시킬 수 있고, 따라서 조 내에 활성오니와 같은 미생물의 농도를 일정히 유지시킬 수 있으며, 침전조에서 고액분리시 박테리아와 처리수가 용이하게 분리되어 반송오니의 박테리아 농도를 획기적으로 증가시킬 수 있었다. 따라서 전처리 시스템에 필요한 박테리아가 쉽게 확보하여 효율적인 처리가 가능하였다.
이 후, 상기 변성조에서 처리된 처리수는 효용조로 이송된다. 효용조에 상기 배양조의 박테리아군을 더욱 도입시킬 뿐 아니라, 변성조에서 폭넓고 기능이 강화된 박테리아들이 대거 유입되어, 본격적인 오염물질의 질산화 및 탈질화가 이루어진다. 본 조의 DO범위는 0.1∼1.0mg/ℓ로 교차운전되며, COD 제거효율은 60∼70%이고, 체류시간은 약 20∼30시간이다.
상기 변성조 및 효용조에서의 중요한 작용은 DO농도를 0.1∼1.0mg/ℓ사이에서의 교차운전으로 효율적으로 오염물질의 질산화 및 탈질화를 지속시키는 것이다. 즉, DO = 1.0mg/ℓ부근에서의 산소 및 DO = 0.1mg/ℓ부근에서의 무산소의 교차로 운전으로 질산화 및 탈질화가 이루어진다.
질산화 반응을 하기 반응식 1에 나타내었으며, 전환된 아질산염과 질산염은 본 발명의 다수의 통성 혐기성 박테리아에 의해 질소로 환원되어져 기체 상태로 날아간다.
호기성 질산화에는 아질산박테리아, 질산염박테리아 등이 관여하고, 혐기성 탈질화에는 에어로박터(Aerobacter) 속, 바실러스(Bacillus) 속, 플래보박테리움(Flavobacterium) 속, 락토바실러스(Lactobacillus) 속, 마이크로코코스 프로테우스(Micrococcus Proteus), 슈도모나스(Pseudomonas) 속과 스파이어리움(Spirillum) 속 등이 관여한다.
상기 효용조도 약알카리성을 유지하는 것이 바람직하며, 그 이유는 선택 배양된 다수의 약 알카리계 통성 혐기성 박테리아이므로 이들을 활성화를 위함이며,탈질화의 신속한 진행을 위해서는 약알칼리성 상태가 바람직하기 때문이다.
상기 효용조에서 처리된 처리수를 침전조로 이송시켜 고액분리한 후 침전된 미생물군은 배양조, 변성조 및 효용조로 반송시키고, 상등수는 화학응집을 위해 먼저 pH조정조로 이송시키며, 잉여 슬러지는 탈수 처리시킨다.
상기 고액분리의 상등수는 효용조에서 고농도 및 난분해성(COD성) 물질이 상당부문 제거되어 무기화된 상태이며, 아직 잔류하고 있는 COD성 물질을 제거하기 위해 제2단계 처리공정인 화학응집 처리조로 이송된다. 화학응집 처리는 유,무기화된 COD성 물질을 상당량 제거함으로써 활성오니조의 안정적인 처리를 기할 수 있게 도와준다.
화학응집 처리조는 pH조정조, 반응응집조 및 화학침전조로 구성된다.
먼저 상기 pH조정조로 이송된 상등수는 Ca(OH)2로 pH를 8∼9로 조정하고 반응응집조로 이송시켜 무기 응집제 및 고분자 응집제를 첨가시켜 무기화된 COD성 물질과 응집시킨다.
pH를 상기 범위로 조정하는 이유는 반응조에 투입되는 Fe계 응집제의 최적pH를 맞추기 위함이다. pH 조절은 Fe계 응집제 및 Ca(OH)2의 양에 따라 연동조정이 가능하다. 또한, 상기 무기응집제로는 황산철염계, 황산알루미늄계, 칼슘계의 수산화물, 바람직하게는 폴리황산제2철 용액을 사용하는 것이 바람직하며 고분자 응집제로는 아크릴아미드계, 디메틸-아미노-메틸 메타크릴에이트(Dimethyl-Amino-Methyl Methacrylate)와 같은 양이온성 모노머와 아크릴아미드(Acrylamide)계 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 응집반응의 일 실시예를 하기 반응식에 나타내었다.
상기 응집반응조에서 제거되는 COD성 물질은 약 40∼50%정도이며 기존의 화학응집처리 처리과정에서 제거되어지는 약 20∼30% 보다 약 1/3 이상이 더 제거될 수 있다. 이는 변성조 및 효용조에서 난분해 COD성 유기물질이 미생물의 특수효소에 의거 분해되어져 무기화로 진행되었기 때문이다.
상기 응집된 물질들을 화학침전조로 이송시켜 고액분리시킨 후 분리된 상등수는 최종처리조인 활성오니 폭기조로 유입시키고, 침전된 슬러지는 탈수 처리시킨다.
활성오니 폭기조로 유입되는 상등수는 화학응집처리수는 상당량의 COD가 제거되어진 상태이다. COD : BOD의 비율로 보면 상기 처리수는 약 30 : 70으로 활성오니의 처리조건일수 있는 기준 40 : 60보다 훨씬 처리하기 용이한 상태로 유입되어지기 때문에 미생물 처리가 기존의 침출수 또는 축산폐수의 처리 공정에 비해 훨씬 유리하다. COD성 물질은 미생물로 처리하기 어렵기 때문에 폭기조에서 COD성 물질이 많을 경우 안정적인 처리가 보장되지 않는다. 본 발명에서는 폭기조로 유입되는 처리수의 COD성 물질이 반으로 줄어들었으며, 상대적으로 처리가 쉬운 BOD성 물질이 많아 활성오니조에서 처리효율이 기존의 공정보다 약 2배 높아져 보다 안정적인 처리가 가능하다.
최종 단계인 제3단계 활성오니에 의한 처리 시스템은 기존의 활성오니 공정과 동일하지만, 한가지 중요한 차이점이 있다. 즉, 기존에는 호기성 미생물군에 의한 처리로 처리 형태가 다양하지 못하였으나, 본 발명은 호기성 및 통성 혐기성 미생물군에 의해 폭넓은 처리가 가능하다는 것이다.
상기 활성오니 폭기조로 유입시킨 상등수를 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids: 폭기조내 혼합액 부유물질량 : 일반적으로 폭기조 내의 미생물을 말함) 농도가 3,000∼4,000mg/ℓ이고, DO 범위가 1∼3mg/ℓ인 호기성 영역 하에서 미생물에 의해 소화시킨다. 이때, 영양제로써 N.P(질소원 및 인삼염원)를 투입하기도 한다.
이때 상기 효용조의 임의성 박테리아가 일부 유입되며, 상기 DO농도 1mg/ℓ부근의 호기성 상태로 운전되어 유입됨으로 활성오니조의 호기성 환경에 그대로 적응활동하게 된다. 전술한 바와 같이 기존의 활성오니조보다 다양한 종의 박테리아에 의해 처리수가 처리되어져 보다 안전하고 완벽한 처리가 가능하다.
상기 폭기조에서 침전된 MLSS를 최종 침전조로 유입시켜 고액분리시킨 후 상등수는 방류조를 거쳐 최종 처리수로 방류시키고, 침전된 오니는 반송시키거나 탈수 처리시킨다. 폭기조에서 COD성 물질의 제거율은 약 70%이고, BOD성 물질의 제거율은 90% 이상이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
2003년 11월에 대구시 방천리 방천동 쓰레기 매립장에서 배출되는 침출수를 미생물 배양기간을 거쳐 2002년 12월에 본격적으로 처리시험을 실시하였다.
1일처리량은 9∼10ℓ이며 유량측정은 집수조정조의 유량측정선에 의거 실측하였으며 A-Step관련설비 및 B-Step 관련설비는 연속운전시행하고, 화학응집처리는 회분식으로 운전시행하였다. COD측정은 망간법으로 측정하였고, BOD는 5일법으로 분석하였다. 배양은 초기단계엔 침출수 : 용수 = 1 : 2의 비율로 한 배양조에 토양에서 채취된 다수의 통성혐기성 박테리아를 접종하여 약 2∼3간의 순응시킨후 점차 원폐수의 양을 늘려 최종일에는 희석치 않고 원폐수에만 배양 완료시킨다. 이때 배양된 박테리아는 일종의 알카리 토양균으로써 패너로키티 크니조스포리움 속, 퓨자리움 속, 스트렙토마이세스 속, 노카디아 바실러스, 슈도모나스 속, 에어로모나스 속 등을 포함한다.
1) 집수조정조
원폐수의 수질은 BOD는 최소 476㎎/ℓ, 최대 690㎎/ℓ이고 COD는 최소 137㎎/ℓ, 최대는 1605㎎/ℓ로써 수질의 변화의 폭이 크며 BOD : COD 비율은 약 30 : 70으로써 미생물처리에 적합한 비율인 60 : 40에 비해 매우 낮아 미생물처리가 쉽지 않은 상태였다. 이러한 원폐수를 집수조정조에 유입시키며, 배양조에서 배양된 박테리아를 투입시키고, 원폐수에 일정시간 재배양 순치시켜 적정 박테리아수가 유지되는 시점에 원폐수의 정상적인 유입을 시작했다. 유입량은 1일 10ℓ이며 체류시간은 24시간이고 MLSS 농도는 500㎎/ℓ이며, DO를 0.7㎎/ℓ로 운전했다. 집수조정조의 처리결과를 하기 표 2에 나타내었다.
2) 변성조
집수조정조에서 처리된 원폐수를 다수의 통성혐기성 박테리아와 함께 유입시켰다. 변성조에 설치된 산기장치에 의해 DO는 0.3㎎/ℓ MLSS는 1,000㎎/ℓ로 운전되어지며, Ca(OH)2를 15㎎/ℓ농도로 투입시키고, 16시간 동안 체류시켰다. 변성조에서의 처리결과를 하기 표 3에 나타내었다.
3) 효용조
변성조에서 분해된 처리수와 1200㎎/ℓ의 MLSS를 혼입시켜 DO 0.5㎎/ℓ로 24시간 동안 체류시켰다.
본조는 3단구조로 되어 있으며 첫 번째 단은 DO가 0.7㎎/ℓ에서 질산화가 이루어지며, 두 번째 단은 DO 0.1㎎/ℓ에서 탈질화가 이루어지고, 세 번째 단은 DO 0.5㎎/ℓ에서 운전되어진다. 본조에서도 Ca(OH)2를 15㎎/ℓ투입시켜 약알카리성을 유지시켰다. 효용조 처리결과를 하기 표 4에 나타내었다.
4) 침전조
수면적 부하는 12m/m·일이며, 반송율은 유입수의 약 60%이다. 반송은 에어리프트(Air Lift) 방식을 사용하였으며 잉여 슬러지는 오전 오후 각각 1회씩 배출시켰다.
5) 화학응집반응조
침전조의 상등수를 반응응집조에 도입시켰다. 무기 응집제로 폴리황산제2철 용액을 투입시키고 고분자 응집제로 아크릴아미드계를 주원료로 하는 수용성 고분자응집제를 투입시켜 응집반응킨 후 화학침전조에서 침전분리시켰다.
반응응집조는 3개로 구성하였으며, 2개의 반응조는 교반기를 사용하여 약 200rpm으로 교반시켰으며 약 10분 동안 체류시켰다. 응집조는 약 120rpm으로 교반시켰으며 다. 약 15분간 체류시켰다.
6) 화학침전조
상기 응집반응조에서 응집된 물질을 화학침전조로 유입시켜 침전분리시켰다. 상등수는 최종처리단계인 활성오니조로 이송시켰고 침전된 SS성분은 슬러지로 배출시켜 탈수처리시켰다. 수면적부하는 24m/m·일이며 약 3시간 동안 체류시켰다.
화학응집처리 후 침전조에서 고액분리시킨 상등수의 수질분석 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
7) 활성오니조
화학침전조에서 침전분리된 상등수를 도입시켜 BOD용적부하가 0.4kg·BOD/㎥·일이고, MLSS 농도는 4,000㎎/ℓ이며, DO는 2㎎/ℓ이고, F/M비는 0.1㎏-BOD/kg-MLSS로 하여 처리시켰다.
MLSS호흡에 필요한 DO양은 MLSS 1톤 당 10kg-O2/Hr로 계산하였으며 활성오니조의 처리결과를 하기 표 6에 나타내었다.
8) 최종침전조
수면적 부하는 12㎥/㎡·일이며 반송율은 유입수의 약 60%수준이었다. 반송은 에어리프트 방식을 채택하였으며 잉여 슬러지는 오전 오후 각각 1회씩 배출시켜 처리하였다.
실시예 1의 종합 처리결과를 하기 표 7에 나타내었다.
상기 표 2∼7에서 알 수 있는 바와 같이 집수조정조에서 COD 제거효율 및 BOD제거효율은 각각 27.4％, 24.6％이고 T-N 및 T-P 는 각각 20.1％, 16.7％로써 기존의 집수조정조의 유량조정 및 수질균질화 기능뿐 아니라, 오염물질 처리기능이 있음을 알 수 있다.
변성조에서는 BOD 및 COD 제거효율은 21.3％, 53.5％로 BOD : COD 비율은 40 : 60으로 유입당시 30 : 70보다 COD 비율이 낮아졌음을 알 수 있고 T-P 및 T-P 의 제거효율은 67.1％, 50％로서 특히 탈질화의 과정이 원활히 이루어지고 있음을 알 수 있다.
효용조에서의 BOD 및 COD 제거효율은 38.9％, 57.1％로 COD : BOD 비율이 50 : 50 수준으로 미생물처리가 용이한 수준에 근접하였으며, 특히 T-N의 처리효율이 94.1％로 완벽한 탈질화가 진행되었음을 알 수 있고, 화학응집에 의한 COD제거는 48.8％로 기존의 최대 30％보다 월등함을 알 수 있었다. 또한 50％에 달하는 COD성분의 제거로 BOD : COD가 63 : 37이었으며, BOD의 비율이 60％이상으로 높아졌음을 알 수 있었다. 즉 미생물처리에 가장 적합한 상태가 화학응집으로 만들어졌음을 알 수 있었다.
최종처리조인 활성오니조에서는 BOD 및 COD의 제거효울은 각각 92.0％, 68.9％로 BOD : COD의 비율이 30 : 70으로 나타났으며, 나 미생물이 먹이가 되는 BOD가 미생물처리의 적합조건인 60％에 비해 1/2정도 밖에 되지 않음을 알 수 있다.
실시예 1의 침출수는 과 같이 수질변동의 폭이 크고, 미생물먹이의 부족과 난분해성물질의 다량 함유되어 있으며, COD가 1,600㎎/ℓ이나 되는 고농도의 수질이었으므로 기존의 미생물처리공법으로는 안정적이고도 효율적인 처리를 기대하기가 힘들다. 그러나 본 발명의 다수의 선택된 자연계의 임의성 박테리아군에 의한 미생물처리가 상기의 어려운 조건임에도 안정적이고도 효율적인 처리를 수행했음을 상기 결과를 통해 알수 있었다. 특히 COD성물질의 분해에 탁월한 효과를 나타내었으며, 완벽한 탈질화로 대다수 T-N을 제거하였다.
아울러 본 발명에 따라 적응 변성된 통성혐기성 박테리아의 특수 효소군에 의한 COD성 물질의 유,무기화로 화학응집처리효율이 기존의 최대 30％에 비해 50％로 나타나 탁월한 처리기능을 나타내었으며, 활성오니시스템에서 BOD: COD 효율을 최적의 조건으로 처리시켰다. 따라서, 임의성 미생물군에 의한 처리공정인 변성조, 효용조의 처리과정 이후에 화학응집처리를 배치시킨 것은 처리효율을 극대화시키기 위해 적절한 것으로 나타났다.
끝으로, 처리에 걸리는 시간이 총 3∼4일로써 상당히 단축되었으며, 이에 따라 처리비용을 줄일 수 있었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 변성 배양된 통성혐기성 박테리아에 의한 고농도 및 난분해성 폐수의 처리방법은 기존의 어느 공법보다도 안정적이고, 완벽하게 오염물질을 처리할 수 있었으며, 처리시간이 짧아 운전경비 및 건설비의 소요가 줄어 경제적이었다. 본 발명의 별도의 배양조는 원폐수에 다수의 임의성 박테리아를 직접 투입시켜 배양시켰으며, 적정농도의 박테리아를 각 처리조에 투입할수 있어 처리효율을 높일 수 있었다. 또한, 본 발명은 처리기능별로 단위 공정처리 시스템이어서 원폐수의 유량 및 수질의 어떤 변화에도 완벽하고 안정적인 처리가 가능하였다. 본 발명의 제1단계인 통성혐기성 미생물처리는 적응 변성된 박테리아를 Ca++에 의해 기능을 강화시켜 고농도 및 난분해성 물질을 저농도 및 분해 용이한 저분자 상태로 효과적으로 전환시켰으며, 제2단계인 화학응집처리 및 제3단계인 호기성 미생물 처리의 처리효율을 극대화시켰다. 즉, 제1단계의 효율적인 처리로 제2단계에서 COD성 오염물질이 용이하게 50% 정도 제거됨으로써 제3단계에서 미생물에 의한 BOD성 물질의 분해효율이 기존의 공정보다 2배 이상 높아져 보다 안정적인 처리가 가능하였다. 한편, 체류시간이 총 3∼4일 정도로써 기존 공법의 20일에 비해 상당히 줄어들어 운전경비 및 건설비가 훨씬 줄어든 효과를 나타내었다. 따라서, 매립장에서 매립과정시 배출되는 침출수 또는 소나 돼지를 사육시 배출되는 축산폐수 등과 같이 고농도 및 난분해성 오염물질을 다량 함유한 폐수의 처리시 본 발명의 처리공정을 이용한다면 오염물질을 저렴한 비용으로 안전하고 완벽하게 처리할 수 있을 것으로 기대된다.
Claims (2)
- DO농도 0.1∼1mg/ℓ로 조절되는 배양조에서 다수의 토양유래 통성혐기성 박테리아를 처리하고자 하는 원폐수에 선택적으로 적응 배양시키는 단계;집수조정조에 원폐수를 도입시키고, DO 0.1∼0.5mg/ℓ 영역하에서 상기 배양조에서 배양된 적응 변성 박테리아군 및 2차 처리시스템의 침전조에서 반송된 다수의 박테리아군을 투입시켜 이들의 특수효소에 의해 오염물질을 분해시키는 단계;상기 집수조정조에서 처리된 처리수를 pH 조정조로 이송시키고, Ca(OH)2를 첨가시켜 상기 처리수의 pH를 8.5∼9.5로 조절시키는 단계;상기 pH가 조절된 처리수를 변성조로 이송시키고, 상기 배양조에서 배양된 적응 변성 박테리아군을 투입시켜 흡착시킨 후 DO농도를 0.1∼1.0mg/ℓ사이에서 교차운전하여 오염물질의 저분자화시키고 질산화 및 탈질화시키는 단계;상기 변성조에서 처리된 처리수를 효용조로 이송시키고, 상기 배양조에서 배양된 적응 변성 박테리아군을 더욱 도입시켜 오염물질을 저분자화 시키며, DO농도를 0.1∼1.0mg/ℓ사이에서 교차운전하여 오염물질의 질산화 및 탈질화를 가속화시키는 단계;상기 효용조에서 처리된 처리수를 침전조로 이송시켜 고액분리한 후 침전된 미생물군은 배양조, 변성조 및 효용조로 반송시키고, 상등수는 화학응집을 위해 먼저 pH조정조로 이송시키며, 잉여 슬러지는 탈수 처리시키는 단계;상기 pH조정조로 이송된 상등수는 Ca(OH)2로 pH를 8∼9로 조정하여 반응응집조로 이송시키며, 이송된 상등수에 Fe계, Ca계 및 고분자 응집제를 첨가시켜 무기화된 COD성 물질과 응집시킨 후, 응집된 물질을 화학침전조로 이송시키는 단계;상기 응집된 물질을 고액분리시키고, 분리된 상등수는 최종처리조인 활성오니 폭기조로 유입시키며, 침전된 슬러지는 탈수 처리시키는 단계;상기 활성오니 폭기조로 유입시킨 상등수를 MLSS 농도가 3,000∼4,000mg/ℓ이고, DO 범위가 1∼3mg/ℓ인 호기성 영역 하에서 미생물에 의해 소화시키는 단계; 및상기 폭기조에서 응집된 MLSS를 최종 침전조로 유입시켜 고액분리시킨 후 상등수는 방류조를 거쳐 최종 처리수로 방류시키고, 침전된 오니는 반송시키거나 탈수 처리시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변성 배양된 통성혐기성 박테리아에 의한 고농도 및 난분해성 폐수의 처리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 통성혐기성 박테리아는 슈도모나스(Psedomonas) 속, 패너로키티 크니조스포리움(Phanerochaete chnysosporium), 퓨자리움(Fusarium) 속, 스트렙토마이세스(Steptomyes) 속, 노카디아 바실러스(Nocardia Bacillus), 에어로모나스(Aeromonas) 속 등으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
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