KR0166994B1 - 유기배수의 미생물 분해처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 악취가 발생하지 않고 고농도의 유기배수를 처리할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 유기배수에 저농도(0.1mM-0.5mM)의 알루미늄이온을 첨가함으로써 악취를 발생하지 않고 고농도로 증식하는 박테리아를 선택하여 그 박테리아에 의해 고농도의 유기배수를 악취없이 처리할 수 있으므로 처리설비의 소형화를 꾀할 수 있다.

또 하나 고농도(4mM이상)의 알루미늄이온을 더 첨가함으로써 처리후의 박테리아를 분리 제거할 수 있다.

또한 적당한 광물편을 혼입함으로써 보다 저농도(1mM이상)의 알루미늄이온의 첨가에 의해 박테리아의 분리 제거를 촉진할 수 있게 됨과 동시에, 슬러지의 중량을 경감시킬 수 있으므로 유지부담을 줄일 수 있다.

Description

유기배수의 미생물 분해처리방법

제1도는 하수로부터 채취한 박테리아의 경시적 증식 모습을 나타낸 그래프이다.

제2도는 하수로부터 채취한 박테리아의 배양액에 알루미늄이온을 첨가한 경우의 알루미늄이온과 상등액에 존재하는 박테리아량과의 관계를 나타낸 그래프이다.

제3도는 2mM 알루미늄이온을 첨가한 경우와 알루미늄이온을 첨가하지 않았던 경우의 박테리아의 증식 모습을 비교한 그래프이다.

제4도는 알루미늄이온을 이용한 오수처리 시스템의 구성도이다.

제5도는 광물편을 첨가한 경우의 박테리아의 경시적 변화를 나타낸 그래프이다.

제6도는 알루미늄 이온과 광물편을 이용한 오수처리 시스템의 구성도이다.

제7도는 악취 성분의 분석 수순을 나타낸 흐름도이다.

제8도는 합성된 중성 악취의 성분 비율을 나타낸 그래프이다.

제9도는 상등액과 침전에 보이는 중성 악취의 성분 비율의 경시적 변화를 나타낸 그래프이다.

제10도는 합성된 산성 악취의 성분 비율을 나타낸 그래프이다.

제11도는 상등액과 침전에 보이는 산성 악취의 성분 비율의 경시적 변화를 나타낸 그래프이다.

제12도는 양돈장에 있어서 알루미늄 이온법으로 오수를 처리했을 때의 유기탄소량의 변화이다.

제13도는 오수처리장에 있어서의 박테리아량의 변화를 나타낸 그래프이다.

제14도는 상기 각 오수처리조에 있어서의 유기탄소량을 박테리아가 가지는 유기탄소량과 가용(잔류 유기탄소량)으로 분획하여 나타내고 있다.

제15도는 갈색물질을 포함하는 용액에 의한 황화수소의 제거.

제16도는 갈색물질을 포함하는 용액에 의한 암모니아의 제거.

제17도는 갈색물질을 포함하는 용액에 의한 아민류의 제거.

제18도는 오수처리전의 돼지 배설물을 광물편과 알루미늄이온을 가한 오수처리조속에서 처리시킨 돼지배설물 처리수의 수질을 나타낸 도표이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 오수처리조 2 : 침전조

3 : 접속관 10 : 원수조

12 : 유량조정조 14 : 제1차 폭기조

16 : 제2차 폭기조 18 : 침전조

20 : 제3차 처리조

본 발명은 유기배수의 미생물을 이용한 분해처리방법에 관한 것으로, 특히 수산화 알루미늄막을 이용하는 유기배수의 생물학적처리방법에 관한 것이다.

일반 가정의 하수나 동물 사육과정의 분뇨나 각종 산업배수 등의 유기물을 포함하는 폐액(유기배수)을 처리하기 위해 지금까지는 물리적, 화학적처리법이나 생물학적 처리법 등 각종 처리방법이 개발되어 실용화되어 있다.

그 중에서 생화학적 산소요구량의 높은 오수처리에 관해서는 활성슬러지법으로 대표되는 바와 같은 생물학적 처리법이 물리학적 과학적처리법보다도 널리 채용되고 있다.

이 활성슬러지법은 유기물을 포함하는 배수에 미생물을 번식시켜 유기물을 박테리아에 의해 분해시켜 증식된 박테리아를 흡착성이 풍부한 침전물로서 침강시켜 투명한 처리액을 얻는 방법이다.

그러나, 이러한 활성슬러지법은 유기물을 포함하는 배수처리에는 유효하기는 하지만 처리시설로서 넓은 면적이 필요하며, 또한 고농도(예를 들어 BOD2,000-3,000ppm이상)의 오수를 처리하는 경우에는 대량의 물로 희석시켜야 하며, 침전된 슬러지의 제거하는 처리 횟수가 많아 경비가 많이 들고, 또 처리과정중에 부패악취가 발생하여 악취 공해원이 될 염려가 있는 등의 많은 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 활성슬러지법으로 대표되는 것과 같은 종래의 생물학적 처리방법이 갖고 있는 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은 부패악취를 발생시키지 않고, 오수처리가 가능하며 고농도의 오수라도 희석등의 처리가 불필요하며, 침전되는 슬러지의 양을 경감할 수 있고, 소규모의 시설로도 대량의 유기 배수를 처리할 수 있는 미생물을 이용한 새로운 생물학적 유기배수 처리방법을 제공하는 것이다.

청구항1에 기재된 발명에 의하면, 유기배수의 알루미늄이온농도를 0.1mM이상 0.5mM이하가 되도록 조제함으로써 종래의 활성슬러지법에서 사용되는 것과 같은 유기물을 분해하는 과정에서 부패악취를 발생시키는 박테리아를 침강분리시키고, 부패악취를 발생시키지 않는 박테리아를 선별하여 증식시킬 수 있다.

이와 같이 하여 선택 증식된 박테리아에 의해 부패악취를 발생시키지 않고 유기배수를 분해처리하는 것이 가능하다.

또한, 이와 같이 선택 증식된 박테리아는 종래의 활성슬러지법에 이용되는 박테리아군과 달리 고농도까지 증식할 수 있으므로 고농도의 오수를 희석시키지 않고 분해처리할 수 있으며, 따라서 오수처리 설비도 소형화가 가능하다.

또한, 청구항2에 기재된 발명에 따르면, 고농도의 알루미늄이온을 첨가함으로써, 청구항1에 기재된 방법에 의해 유기배수중의 유기물을 분해하여 증식시킨 박테리아를 수산화알루미늄막으로 봉입하여 신속히 분리 침강하는 구조물을 형성시킬 수 있으므로, 고농도로 증식한 박테리아를 제거하여 오수처리의 수질기준을 만족할 수 있는 상등액을 얻을 수 있다.

또한, 청구항3에 기재된 발명에 따르면, 저농도의 알루미늄이온에 의해 선별된 박테리아는 청구항2에 기재된 방법과 같이 고농도의 알루미늄이온을 첨가하지 않고도 혼입된 광물편을 권입하면서 수산화알루미늄막에 가두어진다.

이 결과 폭기(曝氣 : aeration)에 의해서도 파괴되지 않는 견고한 구조물을 구축하여 응집 침전해 가므로 유기배수를 분해처리하면서 증식되어 가는 박테리아를 분리 침강시켜 오수처리의 수질기준을 만족하는 상등액을 얻을 수 있다.

이와 같이 하여 얻어진 박테리아의 응집 침전물을 기계적 파괴에 대해서 안정되어 있으며, 침전한 박테리아를 원생동물에 먹임으로써, 광물편이 주체인 양이 적은 슬러지를 얻을 수 있다.

또한, 이 광물편은 재이용할 수 있다.

그리고, 광물편을 권입하여 형성되는 알루미늄막에 가두어진 박테리아의 구조물형성을 촉진할 수 있으므로, 유기배수를 분해처리하면서 증식해 가는 박테리아의 분리 침강을 촉진할 수 있다.

또한, 청구항4에 기재된 발명에 따르면, 청구항1에 기재된 방법에 의해 분리선택된 미생물에 의해 유기배수의 분해 처리를 하는 경우, 즉 처리가 필요한 유기배수가 추가된 경우에 있어서도 항상 그 알루미늄이온농도가 0.1mM 이상 0.5mM 이하로 유지되므로 부패악취를 풍기는 박테리아의 발생이 항상 억제된다.

이 때문에 부패악취를 풍기지 않는 박테리아를 고농도로 번식시킬 수 있으며, 고농도의 유기배수라도 그 유기배수를 희석시키지 않고 부패악취가 없는 분해 처리를 신속히 실시할 수 있다.

또한 청구항5에 기재된 발명에 따르면 제1항에 의하여, 선택 증식된 특정 박테리아는 악취를 발생하는 인돌, 스카톨, P-크레졸과 같은 냄새를 제거할 수가 있다.

그리고 청구항6에 기재된 발명에 따르면 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서, 갈색물질을 합성될 때에 생성되는 페놀류에 의하여 황화수소 아민 암모니아 등의 악취를 제거하는 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따라 구성된 유기배수의 미생물 분해방법의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

이미 설명한 바와 같이, 유기폐액에는 가정내 여러 가지 배수나 동물사육과정의 분뇨나 각종 산업배수등이 있으며, 이들 유기폐액을 처리하기 위해 물리적 화학적처리법과 생물학적 처리법 등 각종 수단이 개발되어 실용화되어 있다.

그 중에서 오수 처리에 관해서는 생물학적 처리법 즉, 활성슬러지법이 물리학적 과학적처리법에 비해 일반적이다.

그러나, 활성슬러지법에도 극복해야 할 점이 몇가지 있는데, 예를 들어 고농도(BOD 2,000-3,000ppm 이상)의 오수를 처리하고자 하면, 대량의 물로 그것을 희석하지 않으면 않되어 대형의 설비가 필요하다.

또한, 침전된 슬러지를 제거하는 처분횟수가 많아 경비가 많이 든다.

또한 처리과정중에 부패악취가 발생하여 때로는 악취공해를 일으키는 문제를 갖고 있다.

따라서, 본 발명자들은 종래의 활성슬러지법 등의 오수처리방법의 약점을 극복하기 위해 부패악취를 풍기지 않는 박테리아를 선별하여 그 박테리아에 의해 부패악취를 발생시키지 않고 고농도의 오수를 처리가 가능하고, 침전물의 양도 적어지게 할 수 있는 새로운 오수처리방법의 개발에 노력한 결과, 본 발명 방법에 이르게 된 것이다.

본 발명자들의 의견에 따르면, 종래의 활성슬러지법에 사용되는 박테리아는 대단히 낮은 농조 0.1-0.5mM, 바람직하기로는 0.1-0.2mM 정도의 알루미늄이온이 존재하면 침전해 버린다.

이 알루미늄이온 존재하에서 영양원을 부여하여 박테리아를 선택하여 증식하면 다음과 같은 특색을 가지는 박테리아군이 얻어졌다.

우선, 선택된 박테리아군은 활성슬러지법의 박테리아와 틀린 부패악취를 발생시키지 않았다.

이는 저농도의 알루미늄이온을 오수처리조에 첨가함으로써 유기물을 분해하는 과정에서 부패악취를 만드는 박테리아가 제거되는 것을 나타내고 있었다.

다음에, 선택된 박테리아군은 분뇨의 악취, 인돌, 스카톨, P-크레졸 등을 흡착 분해하였다.

그 결과, 오수처리조에 들어간 분뇨의 악취는 신속히 제거되었다.

이로써 오수처리장에서 부패 악취를 없앰과 동시에 분뇨의 악취를 제거할 수 있었다.

따라서, 선택된 박테리아군에 따르면 본 발명 방법의 목적의 하나인 오수처리장에서 생기는 악취의 문제를 없앨 수 있다.

또한, 종래의 활성슬러지법에서는 오수처리조에 투입되는 원수를 2,000-3,000ppm 이하로 오수를 희석시켜야 함으로써, 필연적으로 오수처리조를 크게 하여야만 했다.

이점은 본 발명자들의 견해에 따르면 본 발명 방법에 의해 저농도의 알루미늄이온 존재하에서 선택한 박테리아군은 활성슬러지법에 이용되는 박테리아군과 다르게 고농도까지 증식시킬 수 있으므로 10,000ppm 정도의 고농도 상태의 원수를 오수처리조에 투입하여도 분해 처리가 가능하여, 오수처리조를 소형화할 수 있다.

이하, 알루미늄이온을 이용하여 선별한 박테리아를 이용하여 오수처리중에 있어서 부패악취를 없애고 분뇨의 악취를 제거하여, 광물편을 이용하여 증식된 박테리아를 신속히 침강시켜 상등액을 방류할 수 있는 본 발명에 따라 구성된 유기배수의 미생물 분해처리방법에 대해 상세히 설명한다.

1. 수산화 알루미늄이온에 의한 박테리아의 침전으로 부패악취를 풍기는 박테리아의 제거

하수에서 채취한 박테리아를 제 1도에 도시한 바와 같이 증식시키면, 활성슬러지법에서 볼 수 있는 박테리아의 응집 침전을 만들면서 증식되는 모습이 현미경하에서 관찰되었다.

여기서, 생물처리에 의한 오수처리의 목적은, BOD, COD 로 표현되는 유기물의 분해, 제거이지만, 발생되는 슬러지의 양을 최소한 억제하고 또한 질소, 인을 제거하기 위해 지금까지 여러 가지 연구가 있었다.

예를 들어, 활성슬러지법에서는 투명한 상등액을 얻기 위해 박테리아의 응집 침전을 이용하여 오수처리조로부터 박테리아를 제거하고 있다.

때문에 처리조내의 박테리아의 농도를 높게 할 수 없어 고농도의 오수는 희석시킨 후 처리조에 넣어야만 했다.

그 때문에 처리조가 커질 수밖에 없는 단점이 있었다.

이러한 점은 고농도로 박테리아를 증식시켜 오수를 처리할 수 있다면, 처리조를 소형화할 수가 있으므로, 본 발명 방법은 이러한 기술적 과제를 해결하고자 한 것이다.

또한, 이들 활성슬러지법에서 이용되는 처리조의 슬러지는 부패악취가 있으므로, 그 악취를 없애는 것도 본 발명의 목적 중 하나이다.

하수로부터 채취한 박테리아의 배양액에 알루미늄이온을 첨가하면, 제 2도에 도시한 바와 같이 0.1mM을 넘은 정도의 저농도에서 침전이 증식되어 상등액이 투명해졌다.

박테리아는 크게 침전이 되며, 이 침전을 수산화알루미늄을 염색할 수 있는 알루미논으로 염색한 바, 활성슬러지에 해당하는 박테리아끼리에서의 응집 침전부분은 빨갛게 염색되지 않았다.

이 침전 일부에 알루미논으로 빨갛게 염색된 부분이 관측되었는데, 이 부분은 수산화알루미늄의 막에 덮인 박테리아의 침전이었다.

이와같이 본 발명 방법에 따르면, 하수의 박테리아는 저농도의 알루미늄이온의 첨가에 의해 거의 침전되어 제거되었다.

이 용액을 실온(25도를 넘는다) 속에서 방치했지만, 수 주일 지나도 부패악취는 없었다.

이로써 부패악취를 만드는 박테리아가 저농도의 알루미늄이온으로 침전되어 제거됨이 나타난다.

그러므로 이 저농도의 알루미늄이온에 의한 박테리아의 침전이 오수처리조로부터 부패악취를 제거한 원인이라고 생각된다.

2. 알루미늄이온 존재하에서의 박테리아의 증식

이하의 실험에서는 유기폐액(오수)로서 인공생활배수(펩톤계) 또는 발식 양돈장의 바닥에 퇴적한 분뇨혼합물을 구멍 직경이 0.5mm 의 메쉬스크린으로 여과한 액체부분을 이용하였다.

20리터의 오수처리장치속에 1.8리터의 유기폐액(오수)를 넣어 분해처리를 행하였다.

이 용액에 본 발명의 방법에 따라 0.4mM 의 알루미늄이온을 첨가하면 박테리아가 침전되었다.

이들 소량의 유기폐액(오수)하에서 하루밤 폭기하여 박테리아를 증식시키면 본 발명의 방법에 따라 선택된 새로운 박테리아가 증가하였다.

이를 종균으로 하여 여러 알루미늄이온의 농도하에서 박테리아의 증식을 조사하였다.

알루미늄이온의 수용액은 산성이므로 알루미늄이온을 첨가한 후에 NaOH으로 배양액의 pH를 중성이 되도록 조성하였다.

소정의 각 시간마다 박테리아량을 분광광도계로 측정하고 현미경으로 관찰하였다.

우선, 알루미늄이온을 첨가하지 않는 무첨가 배양액에서는 박테리아는 바로 증식을 시작하여 곧 박테리아끼리 결합하여 침전하는 모습이 관찰되었다.

이 박테리아는 활성슬러지법에 있어서의 박테리아군이며, 제 3도에 도시한 바와 같이 4시간 정도에서 증가가 정지되고 침전에 의해 박테리아수가 감소하였다.

이에 대해 2mM의 알루미늄이온을 첨가한 처리수에서는 제 3도에 도시한 바와 같이, 당초 3시간 정도는 거의 증식하지 않았지만, 4시간을 넘는 정도에서 증식을 개시하여 그 후 고농도로 증식을 계속하였다.

박테리아는 0.5mM 알루미늄이온에서는 파장이 610nm에서는 흡광도가 4.8까지 증식하고, 2mM에서는 3.4로, 5mM에서는 2.3정도까지 증식되었다.

이와 같이 본 발명의 방법에 의해서 저농도의 알루미늄이온의 존재하에서 선택된 박테리아는 영양, 즉 오수를 부여하면 종래의 활성슬러지법의 박테리아와 비교하여 훨씬 고농도까지 증식할 수 있으며, 따라서 고농도의 오수를 희석하지 않고서도 분해처리할 수 있다.

그렇지만, 본 발명의 방법에 의해 알루미늄이온 존재하에서 증식된 박테리아는 활성슬러지법의 박테리아와 달리, 박테리아끼리의 응집 침전은 형성되지 않고, 따라서 오수처리후에 투명한 상등액이 생기지 않았다.

현미경하에서는 수산화알루미늄의 막에 박테리아가 감싸인 작은 구조물이 보였지만, 상기와 같은 저농도의 알루미늄이온의 용액중에서는 박테리아의 침전을 형성하는 단계까지는 이르지 않았다.

이상과 같은 관측결과고부터 본 발명의 방법에 따라 선택되어 고농도로 증식된 박테리아에 의해, TOC를 고농도로 포함하는 오수를 분해하는 것이 가능하다.

그러나, 분해처리후의 상등액이 거의 완전히 투명한 활성슬러지법과 비교하면 오수처리법으로서는 이대로 실용화를 할 수 없으므로 다음에는 박테리아를 제거하는 방법에 대해 검토하였다.

3. 고농도의 염화알루미늄이온에 의한 침전

하수의 박테리아와 같이 활성슬러지를 만드는 박테리아는 제 2도에 도시한 바와 같이, 0.15mM 정도의 알루미늄이온의 첨가로 완전히 상등액이 투명해졌다. 이에 대해, 저농도의 알루미늄이온 존재하에서 증식한 박테리아는 고농도의 알루미늄이온을 첨가하지 않으면 침전되지 않음을 알았다.

따라서, 5mM의 알루미늄이온을 첨가하면 박테리아는 조금씩 침전되기 시작하여 7mM 의 농도에서 거의 침전하였다.

이와 같이 처음 0.15mM 으로 침전한 하수의 박테리아를 저농도의 알루미늄이온중에서 배양하는 것에 의해 약 50배의 7mM의 알루미늄이온이 침전을 위해 필요로 하는 군으로 변화하고 있음이 판명되었다.

다음은 상기와 같은 본 발명의 방법에 따라 구체적으로 오수처리를 실시한 몇가지 실시예에 대해 간단히 설명한다.

1 : 고농도 알루미늄이온에 의한 침전법을 이용한 오수처리 시스템

(1) 오수의 1차 처리

제 4도에 도시한 바와 같이, 오수처리조(1)와 침전조(2)를 설치하고, 도시하지 않는 밸브를 가지는 관로(3)를 개재시켜 2개의 조를 접속한 간단한 구조의 오수처리 시스템을 이용하였다.

우선 이 오수처리조(1)에 도입된 오수에 0.2-0.5mM 정도의 알루미늄이온을 첨가하여 박테리아조를 만든다.

이어서 고농도로 증식시킨 박테리아의 배양액중에 일정량의 오수를 투입하여 박테리아에 의한 유기물의 분해가 종료된 후 관로(3)를 개재시켜 처리수의 일정량을 침전조(2)에 도입하였다.

(2) 박테리아의 침전

이어서, 침전조(2) 내에 7mM 정도의 알루미늄이온을 첨가하면 박테리아는 거의 침전한다.

또한 본 실시예에서는 7mM정도의 알루미늄이온을 첨가함으로써 박테리아를 침전시켰지만, 본 발명의 이러한 알루미늄이온농도로 한정하지 않는다.

박테리아를 침전시키기 위해 필요한 알루미늄이온 농도는 박테리아의 농도 혹은 후술하는 바와 같이 광물편을 혼입여부에 따라 크게 변화하며, 광물편을 혼입하지 않는 경우에는 4mM 이상, 바람직하기로는 7mM 이상의 알루미늄이온 농도를 달성하는 것에 의해 효과적으로 박테리아를 침전시킬 수 있다.

(3) 상등액 및 슬러지의 처리

이와 같이 하여 오수를 박테리아에 의해 분해처리하고, 고농도의 알루미늄이온을 더 첨가하여 박테리아를 침전시킨 후에는 투명한 상등액을 얻을 수 있다.

이 상등액은 오수처리의 수질기준을 충분히 만족하는 것이므로, 폐기가 가능하다.

또한, 침전된 슬러지(박테리아)는 제거하여 이를 다른 목적에 재이용할 수 있다.

이상이 가장 간단한 수산화알루미막법에 의한 유기배수의 분해방법이지만, 박테리아를 재용하지 않을 때에는 반대로 다량의 슬러지의 형성이라는 사태가 되므로 그 대책이 필요하다

따라서, 다음은 슬러지 대책도 고려한 오수처리 시스템에 대해 설명하기로 한다.

2 : 박테리아와 광물편과 알루미늄이온이 혼재하는 오수처리 시스템

박테리아와 광물편과 알루미늄이온을 섞어 오수처리를 고찰하였다.

(1) 오수처리조건

오수처리 시스템에서는 제6도에 도시한 바와 같은 원수조(10), 유량조정조(12), 제1차 폭기조(14), 제2차 폭기조(16), 침전조(18) 및 제 3차 처리장치(20)를 설치하고 도시하지 않은 밸브를 가지는 관로로 접속한 것을 이용하였다.

(2) 박테리아의 선택 및 증식

우선, 원수조(10)에서 유량조정조(12)를 개재시켜 제 1차 폭기조(14)에 의해 오수를 도입하고, 여기에 저농도의 알루미늄을 첨가하여 박테리아를 증식시켰다. 그리고 선택된 박테리아를 1mM 알루미늄이온 농도의 조건으로 배양하여 여기에 광물편으로서 제올라이트 200을 혼입하였다.

이어서, 원수조(10)에서 유량조정조(12)를 개재시켜 제 1차폭기조(14)에 1/10량의 유기폐액(인공생활배수)을 첨가하여 폭기하면, 박테리아는 바로 증식을 시작하여 제 5도에 도시한 바와 같이 3-5시간에서 박테리아는 최고 농도에 도달하였다.

이 처리조 속에는 침전이 형성되어 활성슬러지법의 박테리아의 응집 침전과 비슷하였다.

2시간 후에 침전을 알루미논으로 염색한 바, 수산화알루미늄막에 감싸인 박테리아의 침전이 많이 보이며, 알루미논으로 빨갛게 염색되었다.

그것을 광물편인 제올라이트 200이 감싸고 있었다.

이 박테리아의 침전중이나 주위에 제올라이트 200이 취입된 구조물은 기계적 파괴에 대해 강하고, 폭기를 해도 수산화알루미늄막에 감싸인 박테리아의 침전물은 파괴되지 않았다.

(3) 박테리아의 침전

또한, 6시간 배양한 후 혼탁한 용매액을 제 2차 폭기조(16)로 옮겨 1mM의 알루미늄이온을 더 첨가한 바, 제 5도에 도시한 바와 같이 박테리아와 제올라이트 200의 혼합액은 응집을 일으켜 거의 침전되었다.

그러나, 이 상등액은 파장 660nm에서 흡광도 0.5 정도로 아직 혼탁하였다.

이 2mM 알루미늄이온의 농도로 폭기를 계속한 바, 제 5도에 도시한 바와 같이 2일째에는 흡광도가 0.3, 3일째에는 흡광도가 0.15, 4일째에는 흡광도가 0.04로 되어, 완전히 상등액은 투명해졌다.

이 상등액이 투명해졌을 때의 침전을 보면 원생동물이 박테리아를 먹어 거의 제올라이트 200인 광물편만이 침전되어 있었다.

이와 같이 원생동물에 의해 박테리아를 제거함으로써 사용이 끝난 광물편의 재이용이 가능함과 동시에, 최종적으로 발생되는 슬러지의 양을 가볍고 적게 할 수 있으며, 오수처리 시스템의 유지를 용이하면서도 경제적으로 행할 수 있다.

이에 대해 광물편을 넣지 않고 저농도의 알루미늄이온으로 증식한 박테리아는 2mM 정도 저농도의 알루미늄이온으로는 침전하지 않고 7mM 가 필요하였다.

그러나, 상기와 같이 제올라이트 200과 같은 광물편을 혼입한 경우에는 광물편을 박테리아가 취입하여 수산화알루미늄막에 덮혀 침전하기 쉬운 박테리아와 광물편으로 이루어진 구조물이 형성된 경우에는, 저농도의 알루미늄이온, 예를 들어 1mM 이상, 바람직하기로는 2mM 정도의 재첨가에 의해 용이하게 박테리아군을 침전시킬 수 있다.

이와 같이, 박테리아와 광물편과 알루미늄이온을 섞어 오수처리조를 운전한바, 박테리아를 고농도로 증식시켜 고농도의 오수를 처리한 후에 투명한 상등액이 형성되었다.

또한, 광물편은 재이용할 수 있음도 나타내졌다.

이상과 같이 본 발명의 방법에 의해, 활성이탄(泥炭)법과는 다른 새로운 수산화알루미늄막법에 의한 오수처리법이 확립된다.

또한, 오수에 투입하는 광물편으로서는 제올라이트 200 이외에도 여러 광물편이 가능하며, 기본적으로는 박테리아가 그 위에 흡착이 가능하면 각종 광물편을 사용할 수 있다.

광물편과 몰과의 경계면을 계면이라 하는데, 계면에는 세균의 흡착효과, 영양물의 농축과 희석현상 혹은 세균의 활성화에너지를 변환시키거나 유도효소의 유도 시간을 단축하는 효과가 있음이 알려져 있다.

그러므로, 알루미늄이온에 의해 특별한 능력을 가진 세균이 선택 흡착되므로 광물편에 박테리아가 흡착된다고 생각된다.

또한, 제올라이트 200 대신에 밭토양, 갈색 삼림토양, 모래, 점토를 첨가해도 마찬가지로 광물편, 세균, 수산화알루미늄막의 구조물이 형성되었지만, 무첨가의 오수처리장에는 관찰되지 않았다.

다음은 본 발명에 따라 구성된 오수처리방법에 의해 오수처리조속의 분뇨의 악취 제거효과에 대해 실증한다.

본 발명의 방법에 의해 저농도의 알루미늄이온의 존재하에서 증식시킨 박테리아를 이용한 오수처리조에 가축분뇨의 오수를 첨가하여 폭기하면 이 처리조속의 분뇨의 악취가 제거되었다.

이를 확인하기 위해 합성 혼합한 악취성분을 만들었다.

중성 악취성분(p-크레졸, 인돌, 스카톨)과 산성악취성분(초산, 프로피온산, 이소부틸산, 부틸산, 이소길초산(isovaletic acid))에 상기 오수처리조의 수산화알루미늄막에 감싸인 박테리아와 제올라이트 200을 결합한 구조물을 첨가하여 악취의 양적 변화를 제 7 도에 도시한 수순에 따라 레오플렉스 400의 가스크로마토그래피로 분석하였다.

그 결과를 제8도 내지 제 11도에 도시한다.

제8도 및 제9도에 도시한 바와 같이, 중성의 악취는 처리 1시간 후에는 침전하기 시작하여 상등액으로부터 감소해 갔다.

2 시간 후에는 상등액의 악취가 거의 없어지고 하룻밤 방치후에는 소실되어 갔다.

이는 박테리아가 악취를 흡착하여 그 악취를 분해해 버림을 나타내고 있었다.

이와 같이 인간에게 악취가 소실됨을 느낀 것이 가스크로마토그래피에 의해서도 과학적으로 입증되었다.

또한, 제10도 및 제11도에 도시한 바와 같이 산성의 악취도 박테리아의 침전구조에 흡착되었지만, 박테리아에 의한 분해속도는 늦었다.

인간이 냄새난다고 느끼는 배설물 처리장의 악취는 중성의 악취가 주된 것이므로 본 발명 방법에 의해 저농도의 알루미늄이온의 존재하에서 증식된 박테리아에 의하여 분뇨의 악취를 소실시킬 수 있다.

이를 입증하기 위해, 악취의 하나인 인돌을 본 발명의 방법에 의해 선택된 박테리아의 침전물과 섞어 잠시 방치한 후 원심분리기로 남은 인돌을 제거하였다.

여기에 인돌을 염색할 수 있는 코백시약을 섞으면 시간이 경과하면서 침전이 빨개져 이를 현미경으로 관찰한 바, 침전의 거의가 빨갛게 염색되어 이 오수처리층의 박테리아는 인돌을 흡착하여 분해하는 능력이 풍부함을 알 수 있다.

3 : 양돈장 오수처리의 연속 운전

다음은 본원 방법에 의거하여 양돈장의 분뇨를 분해하는 처리조를 만들어 분뇨를 분해한 실시예에 대해 설명한다.

처리 대상인 양돈장 오수처리장에는 분뇨를 포함하는 7,000-10,000ppm 정도의 짙은 오수가 흘러들어온다.

제12도에 도시한 바와 같이, 오수처리장의 오수는 5,000-7,000ppm의 고농도의 유기배수이다.

그중 거의 1,000ppm 이 갈색 물질에 의한 유기탄소량이다(TOC/GF로 표시되는 유기탄소의 베이스라인값이 그에 상당한다).

오수처리장으로는 본원 방법에 의해 선택된 박테리아군이 4,000ppm 정도의 농도로 투입되고, 이 박테리아군에 의해 유입되어 오는 1,500ppm 정도의 유기탄소물이 2시간 이내에 분해되어 가스화 된다.

제12도에 도시한 바와 같이, 오수가 유입될 때마다 1,500ppm 정도의 유기 탄소가 증가하여 드디어 분해되어 감소되고 있다.

TOC(GF)는 박테리아군을 제외한 유기탄소량이므로 오수처리장에 박테리아군 이외의 유기물이 유입되어서는 분해되어 감소되어 가는 모습이 제 12도에 도시되어 있다.

또한 모든 TOC로 표시되는 베이스라인은 증가하지 않고, 따라서 본원 방법에 의해 선정된 박테리아군은 유기물의 분해처리중에는 증가하지 않고 실질적으로 일정값을 유지하고 있는 것이라 생각된다.

그 때문에 유입된 유기물은 박테리아군에 의해 분해되어 가스화한 것이라고 판단된다.

제13도는 상기 오수처리장내에 존재하는 본원 방법에 의해 알루미늄이온 존재하에서 선정된 박테리아의 농도를 나타내고 있다.

도시한 바와 같이, A610nm에서 30-32 정도의 농도이므로 대단히 고농도의 박테리아군과 침전물이 형성되어 있음을 알 수 있다.

처리당초(0시간내)에 분뇨의 오수가 처리조에 유입되어 분해되어갈 때에도 박테리아군은 대단히 고농도이므로 눈에 띄는 농도변화는 보이지 않고, 박테리아군의 증감정도는 오차 범위의 변화라고 판단할 수 있다.

장시간 동안에는 박테리아군의 증감이 관찰되지만, 유입된 유기탄소가 분해되는 2시간 이내에 있어서는 박테리아군의 눈에 띄는 증감은 관찰되지 않으므로, 유입된 유기탄소의 대부분은 분해되어 탄소가스로서 방출된 것이라 생각된다.

제14도에 각 양돈장의 오수처리조에 있어서의 유기물의 양 및 박테리아군의 양을 TOC계로 측정한 값을 나타냈다.

어느 양돈장에 있어서는 TOC로 10,000ppm(BOD 20,00ppm)정도의 유기물을 포함하는 원수가 유기배수로서 오수처리조에 유입되어 온다.

그리고 본원 방법에 따르면 이와 같이 고농도의 분뇨를 약하게 하지 않고 박테리아군에 의해 분해시킬 수 있다.

제14도에 도시되어 있는 바와 같이, 원수조에서 조정조로 들어가면 폭기가 개시되어 박테리아에 의한 유기배수의 분해가 시작된다.

또한, 본 실시예에서 조정조라 칭하고 있는 이 조정층은 실질적으로는 제1폭기조에 상당한다.

따라서, 본 실시예에서는 3개의 폭기조를 이용하여 분해처리를 행하고 있다고 생각할 수 있다.

제14도에 도시한 바와 같이, 각 조(槽)에 있어서 유기물은 박테리아에 의해 순차로 분해되어 10,460ppm 정도의 유기물을 포함하는 원수는 침전조에 도달한 시점에서는 490ppm 농도의 유기물을 포함하는 처리수가 된다.

따라서, 유기물을 분해한 박테리아 자체도 유기물을 분해한 후 서서히 소멸되어 감을 알 수 있다.

침전조에 도달한 용액을 필터로 여과한 경우, 그 여과 용액중에 포함되는 물질(449ppm)의 대부분은 갈색을 가지는 유기물이며, 그 BOD는 0이다.

이와 같이 본원 방법에 따르면 유기물은 알루미늄이온 존재하에서 선정된 박테리아군에 의해 탄산가스, 물, 질소가스로서 방출되므로, 고농도의 오수처리가 가능하다.

또한, 본 발명 방법에 의한 처리에 따르면, 활성슬러지법과 달리 헤드로가 대단히 적다.

또한, 이 처리조의 용액을 정치(靜置)하여 박테리아를 제거한 후 돈사에 환류하면 돈사의 악취는 없어져 악취가 없는 돈사가 되었다.

4 : 오수처리수내의 갈색물질(phenolic compounds)에 대해

본 발명에 따라 알루미늄이온법으로 처리한 양돈장의 오수처리수는 갈색을 띠고 있다.

다음에 이 갈색물질은 무엇인지 또 이 갈색물질은 부식산과 비슷한 흡광곡선을 나타내고 있는데, 이는 어떻게 무엇에 의해 만들어지는가에 대해 설명한다.

이 갈색물질은 0.22μ의 구멍직경의 유리필터를 통과하였다.

오수처리수중의 박테리아군은 이 필터를 통하지 않으므로 이 필터를 통과하는 유기물은 상기 갈색물질과 오수중의 미분해유기물로 구성되어 있다고 생각된다.

따라서, 이 필터를 통과한 유기물을 전유기탄소계(TOC계)로 측정함으로써 그 물질을 측정할 수 있다.

또한, 박테리아군에 의해 유기물을 충분히 분해함으로서 오수중의 미분해 유기물을 제거할 수 있다.

따라서, 잔여유기물은 실질적으로 갈색물질이라고 생각된다.

이 갈색물질은 본원 방법에 의해 선정된 박테리아군에 의해서도 거의 분해되지 않으므로, 오수처리후에 남은 유기물로부터 박테리아군을 제거하고(0.22μ의 유리필터를 통과하면)남은 유기물이 갈색물질이라고 생각된다.

본원 발명자들의 연구에 따르면, 유기배수중에서 증식하는 미생물은 다량의 갈색물질을 합성하는 것에 의해 안전한 생존상태를 유지할 수 있음을 알 수 있었다.

제12도에 도시한 바와 같이, 양돈장의 오수처리조에는 5,000-7,000ppm 의 유기물이 존재한다.

이 유기물 중 갈색물질은 거의 1,000ppm 이었다.

이 갈색물질은 증감이 거의 없고, 일정값을 가지고 있었다.

그리고, 이 갈색물질은 합성될 때 생기는 페놀류라고 불리우는 페놀환을 가지는 물질군임이 판명되었다.

페놀물질은 최근 식물의 생육하는 과정에서 많이 사용되고 있으며, 생물에게 있어 중요한 역할을 담당하는 물질임이 판명되어 왔다.

이 페놀류는 카르복실기, 페놀성수산기, 아미노기 등을 포함한다.

그 때문에 수산기를 개재시켜 수소 결합을 만들어 큰 물질로서 중합해 간다. 그리고 알루미늄이온, 철이온, 아연 등을 개재시켜 착물(錯物)을 형성하여 처리조속에서의 침전물 형성을 촉진한다.

또한, 페놀류는 반응성이 풍부하므로 분뇨내에 존재하는 황화수소, 아민, 암모니아 등의 악취를 제거할 수 있다.

다음에 이러한 황화수소, 암모니아, 아민류의 악취제거에 대해 설명한다.

화장실에서 우리들이 악취로 느끼는 것에 황화수소, 암모니아, 아민 등이 있다.

이들은 분뇨가 분해되어 갈 때 만들어지는 물질이다.

황화수소는 달걀이 썩을 때 생기는 악취로서, 화장실에서 우리들이 가장 심한 냄새라고 느끼는 것이다.

(1) 황화수소의 제거

우선, 황화수소의 악취 제거에 대해 고찰하였다.

500㎖ 의 삼각콜벤속에 양돈장 분뇨의 조정조액을 50㎖가하였다.

삼각콜벤은 밀봉되어 작은 구멍이 뚫려 있는데, 필요할 때 이외에는 막혀 있다.

이 삼각콜벤에 작은 구멍을 통해 유리관에 봉입된 황화수소검출관(가스텍사제)을 넣어 콜벤의 공기를 흡입하여 황화수소의 양을 측정하였다.

또한, 이 조정조액속에 여러 가지 용액을 등량(50㎖)을 넣었다.

그후 황화수소가 어떻게 변하는지를 시간경과에 따라 조사하였다.

제15도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방법에서 사용되는 짙은 오수처리조액을 가하면, 황화수소는 5분후에 전혀 검출되지 않았다.

갈색물질물을 가했을 때도 거의 황화수소의 양은 0에 가까웠다.

제1폭기조의 용액, 엾은 오수처리조액은 5분후에는 8 내지 12ppm 의 황화수소가 검출되었지만, 10분후에는 모두 검출되지 않았다.

황화수소의 악취를 제거한 것은 갈색물질의 phenolic compounds 인 것이다.

이 갈색물질은 거의 박테리아를 없음으로 박테리아가 황화수소를 제거했다고 생각하기는 어렵다.

또한, 산추출한 펠레트물을 분뇨의 원수의 1/100 첨가했을 때에도 황화수소는 검출되지 않게되었다.

이들에 공통된 물질은 갈색물질이며, 분자량은 수백부터 시작되는 각종 크기의 물질군일 것이라고 추정된다.

(2) 암모니아의 제거

암모니아의 악취제거는 첨가한 용액에 의해 상당히 차가 났다.

제16도에 보이는 바와 같이 암모니아를 제거한 것은 제1폭기조의 용액이었다.

이어서 갈색침전이었다.

(3)아민류의 제거

제17도에는 아민류의 제거 모습이 도시되어 있다.

짙은 오수처리조액에서는 10분후에 50% 가까이 까지 아민류는 저하되었지만, 그 이후는 감소되지 않았다.

엷은 오수처리조액은 짙은 오수처리조액보다도 아민류를 감소시켰다.

이상과 같이, 오수처리내에서 본 발명 방법에 의해 선택한 박테리아는 갈샐의 phenolec compounds를 합성하여 박테리아를 안정적으로 생육시킬 뿐 아니라, 그 반응성이 풍부한 성질 때문에 황화수소, 아민, 암모니아 등을 제거할 수 있으며, 오수처리조로 부터의 악취제거에 효과를 발휘하였다.

또한, 갈색물질은 알루미늄이온, 철이온, 아연과 석물을 만들어 박테리아를 포함하는 침전물형성을 촉진하여 침전층에서의 박테리아 제거에 유용하였다.

이와 같이 본 발명의 방법에 의해 선택한 박테리아군을 이용하면 악취제거가 가능하므로, 생쓰레기 처리기에 0.2mM 정도의 알루미늄이온을 첨가하고 상기, 박테리아군을 첨가해 두면 무취중에 쓰레기를 하룻밤 동안에 분해하여 물과 탄산가스와 질소가스로 분해가 가능하며, 따라서 본 발명 방법에 의해 선택된 박테리아군은 소멸형 생쓰레기 처리기를 만드는데 최적이었다.

또한, 종래부터 행해지고 있는 활성슬러지법에서의 슬러지의 유기물은 박테리아가 대부분이지만, 이를 분해하여 무기화하는 것은 곤란하였다.

따라서, 이들 슬러지에 수분조정을 위해 제올라이트 등의 광물을 첨가하고, 또한 본 발명의 방법에 의해 조제된 오수처리조액을 첨가하면 슬러지는 광물편과 결합하여 갈색물질에 의해 덮여 토양화 할 수 있다.

이들은 물을 첨가하여도 헤드로가 광물편으로부터 용출되지 않고 커다란 단립(團粒)구조를 가지는 토양이 되었다.

이와 같이 본 발명은 악취를 가진 헤드로를 광물편과 갈색물질에 의해 단립구조를 만들게 하여 서서히 식물에 의해 분해시킴으로써 식물의 영양원으로서 재이용할 수 있는 방법으로서도 유용하다.

다음에, 본 발명에 의하여 선택된 박테리아를 측정하기 위해 저농도의 알루미늄이온의 존재하에서 증식하고, 악취의 하나인 인돌을 흡착할 수 있는 박테리아를 코백시약을 이용하면서 선택하였다.

박테리아는 보통 한천(寒天)배지에 넣어 25도에서 4일간 배양하였다.

출현한 콜로니는 모두 조균(釣菌)으로 하여 순수배양후 Cowan-steel 의 메뉴얼에 따라 박테리아를 측정하였다.

무첨가의 처리조에서는 Bacillus spp., Pseudomonas spp., Coryneform bacteria, Flavobacterium spp., 등이 중심이었다.

이에대해 저농도의 알루미늄이온 존재하에서 증식하여 인돌을 흡착 분해할 수 있는 주요한 선점세균은 Achromobacter spp., Alcaligenes spp., Pseudomonas spp., Acinetobacter spp., 이었다.

이들 세균의 대부분이 초산환원력이나 탈질소력을 가지며 또한 초화력을 가지고 있었다.

무첨가 처리조의 박테리아는 통상의 활성슬러지법의 그것과 아주 유사함에 비해, 광물편이나 알루미늄이온을 첨가한 오수처리조의 박테리아는 선점하는 박테리아의 속(屬)이 다를 뿐 아니라, 그 능력에 있어서도 무첨가 처리조의 박테리아와 차가 있었다.

이상과 같이 광물편이나 알루미늄이온 첨가에 의해 특이한 능력을 가진 박테리아가 선택되므로 본 발명 방법에 의하면 오수처리에 최적인 박테리아가 선택되었다고 생각된다.

마지막으로 분해처리된 처리수의 수질에 대해 검토하였다.

실험 개시전의 오수와 오수 처리후의 pH, BOD, SS, 전질소량, 전인량 JIS규격에 따라 측정하였다.

대장균수는 미생물 검사용 Coil-Count 샘플러(일본 미리포아 리미티드사)로 측정하였다.

그 결과, 알루미늄이온을 넣은 오수처리조에서는 초산환원력이나 탈질소력을 가진 세균이 선점해 있으며, 고농도로 양식되어 있음을 이미 나타냈지만, 그 때문에 오수중의 유기물의 분해능력이 높아 유기물은 탄산가스, 질소가스로서 처리조 밖으로 방출되므로 발생슬러지량이 무첨가의 오수처리조보다 상당히 적었다.

제 18도에 오수처리전의 돼지배설물과 광물편과 알루미늄이온을 첨가하여 오수처리조속에서 처리시킨 돼지배설물 처리수의 수질을 나타내었다.

오수 처리를 처리한 후의 처리수값을 비교하면 각 값 모두 방류기준을 만족하고 있었다.

하천에 방류하는 경우에는 각 시.도.군의 배수기준에 합치될 필요가 있는데, 교토의 환경기준 수질, 세토나이 대상지역(신설사업장)의 값은 pH5.6-8.6, 6, BOD 20㎎/ℓ, COD 120㎎/ℓ,

SS 70㎎/ℓ, 대장균군수 3,000/㎤으로 되어 있다.

본 실험의 처리수의 수질은 이를 훨씬 밑돌아 대단히 우수함이 판명되었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 저농도 알루미늄이온의 존재에 따라 부패악취를 발생시키는 박테리아는 제거되고, 부패악취를 발생하지 않는 선택된 박테리아에 의해 유기배수를 악취없이 분해처리 할 수 있다.

또한, 이와 같이 하여 선택된 박테리아를 고농도로 증식할 수 있으므로, 유기 배수를 희석하지 않고 처리가 가능하여 오수처리 시스템을 소형화 할 수 있다.

또한, 분해처리후에는 고농도의 알루미늄이온을 첨가함으로써 선택된 박테리아를 응집 침전시켜 수질기준에 있던 상등액을 형성할 수 있다.

그리고, 적당한 광물편을 첨가함으로서 그 광물편 주위에 박테리아의 콜로니를 형성시킴으로서 응집 침전을 촉진시켜 보다 저농도의 알루미늄이온첨가에 의해 박테리아군을 제거할 수 있다.

Claims (6)

1. 유기배수의 알루미늄이온농도를 0.1mM 이상 0.5mM 이하가 되도록 조제함으로써 유기물을 분해하는 과정에서 부패악취를 발생시키는 박테리아를 침강분리시키고, 부패악취를 발생시키지 않는 박테리아를 선별하여 증식시켜, 선택 증식된 박테리아에 의해 부패악취를 발생시키지 않고 유기 배수를 분해 처리하는 것을 특징으로 하는 유기배수의 미생물 분해 처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 선택 박테리아에 의하여 처리용액 속의 BOD분해가 이루어진후에 박테리아의 침전이 이루어지도록 알루미늄이온을 4mM 이상 유지하는 것을 특징으로 하는 유기배수의 미생물 분해처리방법.
3. 제 1항에 있어서, 저농도의 알루미늄이온에 의해 선별된 박테리아와 삽입된 광물편이 서로 얽혀 견고한 구조물을 구축함으로써, 유기배수를 분해 처리하면서 증식되어 가는 박테리아를 신속히 분리 침강시키는 것을 특징으로 하는 유기배수의 미생물 분해처리방법.
4. 제 1항에 있어서, 유기배수 처리중에 유기배수가 계속 유입되는 경우에 있어서 항상 그 알루미늄이온농도가 0.1mM 이상 0.5mM 이하로 유지되도록 하여 부패악취를 풍기는 박테리아의 발생이 항상 억제되고, 이 때문에 부패악취를 풍기지 않는 박테리아가 고농도로 증식할 수 있어, 고농도의 유기배수라도 그 유기배수를 희석시키지 않고 부패악취가 발생하지 않고 분해처리 하는 것을 특징으로 하는 유기배수의 미생물 분해처리방법.
5. 제 1항에 있어서, 선택 증식된 특정 박테리아는 악취를 발생하는 인돌, 스카톨, P-크레졸과 같은 냄새를 제거하는 것을 특징으로 하는 유기배수의 미생물 분해처리방법.
6. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, 갈색물질이 합성될 때에 생성되는 페놀류에 의하여 황화수소, 아민, 암모니아 등의 악취를 제거하는 것을 특징으로 하는 유기배수의 미생물 분해처리방법.