KR100298510B1

KR100298510B1 - 고속생물분해방식에의한고농도유기성폐수처리공정

Info

Publication number: KR100298510B1
Application number: KR1019980022002A
Authority: KR
Inventors: 최성훈
Original assignee: 최성훈
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2001-11-22
Also published as: KR19980064989A

Abstract

본 발명은 고농도 유기성 폐수처리 공정으로서, 고속분해조에 다수의 균주들이 투입시켜, 고속 생물분해 방식으로 활성이 우수한 미생물로 폐수를 처리하게 되는 것으로 이의 균주들은 단백질 분해 효소생산 및 유기물을 신속히 분해하는 바실러스 브리비스 S1-1(Bacillus brcvis)와, 플럭(Floc) 형성 및 유기물 분해(dmylase) 효소를 생산하는 바실러스 써클란스 R1-2(Bacillus circulans), 리파지(지방분해) 효소생산 및 신속한 증식을 위한 스트랩토코커스 SP.M2-1(Strcptococcus), 플럭(Floc)형성 및 유기물을 신속히 분해하는 슈도모나스 SP.S2-8(Pseudomonas), 색소성분의 분해 및 저영양환경에서 신속하게 증식되는 네이세리아 SP.W3-3(Neisseria), 알칸계 탄수화수소를 신속 분해 제거하는 바실러스 SP.R7-2(Bacillus), 유기물을 신속 분해하는 에어로모나스 SP.W7-3(Acromonas), 음이온 계면활성제 성분을 신속 분해하는 코리네박테리움 뮤리움 W8-6(Corynebacterium) 등이 폐수를 고속 분해토록 하는 방식으로 처리하도록 된 것이다. 즉, 원수(폐수)유입→대형 고형물 1차 여과(SCREEN PIT)→집수조로 유입(STORAGE TANK)→중, 소 부유물 2차여과(Screening Facility)→고속분해조→1차침전조→폭기조→2차침전조→처리수조→활성탄 여과→방류조에서 소독→처리수 방류의 단계로 폐수를 처리할 수 있도록 발명된 것이다.

Description

고속 생물분해 방식에 의한 고농도 유기성 폐수 처리 공정{wastewater treatment plant by high-speedly bio-degrading method for high-concentration organic wastewater}

본 발명은 가정용 폐수, 산업용 폐수 등의 고농도 유기성 폐수를 화학적 처리 없이 직접 생물학적 공정으로 폐수를 처리할 수 있도록 한 것이다. 즉 고활성 미생물 균주 및 다기능성 미생물 균주를 이용하여 고속 분해방식에 의해 폐수 처리할 수 있도록 발명된 고속 생물분해 방식에 의해 폐수처리할 수 있도록 한 고농도 유기성 폐수처리공정에 관한 것이다.

현재 우리 인류가 직면하고 있는 상황중 급속한 인구증가 현상과 고도의 산업발달로 인하여 환경오염이 심각한 실정이다. 특히 대량의 다양한 폐기물 방출로 물, 공기, 토양 등 자연환경이 심각하게 오염되고 있으며 이로 인한 환경 정화 문제는 우리 스스로가 해결하지 않으면 안되는 당면 과제가 되고 있는 것이다.

따라서 최근에는 이와 같은 다양한 오염물질을 분해, 제거할 수 있는 방법으로 물리 화학적 처리 방법 외에 2차 오염의 가능성이 적고 보다 경제적이고 효율적인 방법으로써 미생물을 이용한 생물학적 처리방법에 대한 연구가 환경정화차원에서 매우 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 현재 가정용 폐수, 산업용 폐수 등을 처리하는 방법으로는 물리적, 화학적 및 생물학적 처리의 세 가지 방법으로 분류하는데 대부분의 폐수처리바장은 이 세가지의 방법을 병행하여 폐수를 처리하고 있다. 이러한 기존의 처리 방법은 오염 물질이 고농도인 경우 BOD, COD, SS가 각각 1,000㎎/ℓ이상인 경우 화학적 처리로 오염물질의 농도를 낮추어 생물학적 공정에 부하시키는데 이는 높은 BOD 부하시 BOD 충격(shock)에 의한 플럭(floc) 해체 현상으로 생물학적 공정 침전조에서 해체된 미생물 플럭(floc)이 방류되어 높은 방류수 수질을 초래하기 때문이다.

그러나 화학적 처리 없이 고농도의 유기성 폐액을 생물학적 공정으로 직접 처리하는 경우 화학적 처리로 인한 약품비 절감, 화학적 처리시의 화학 약품 찌꺼기(sludge) 및 생물 처리시의 찌꺼기 감소로 폐기물 처리 비용의 절감과 운전 인원을 줄일 수 있어 경제적인 면에서 우수한 폐수처리방법이라 할 수 있으며, 또한 국가적으로 매립지의 건설은 이미 한계에 도달하고 매립시 발생되는 침출수와 화학 처리시 발생되는 화학 슬러지로 인한 2차 오염을 방지할 수 있는 폐수처리방법이 계속 연구되어야 할 것이다.

본 발명은 고농도의 유기성 폐수를 화학적 처리없이 직접 생물학적 공정으로 폐수를 처리할 수 있도록 한 것으로서,

첫째: 오염물질이 과부하된 상태에서도 양호한 방류수 수질을 달성하고 전반적으로 폐수처리 공정상의 효율을 증대시킬 수 있도록 하며,

둘째: 분해 균주는 산업 폐수 내에 함유되어 있는 각종 난분해성 유기화합물을 우선적으로 처리하여 효과적으로 오염물질을 제거토록 하며,

셋째: 여러 가지 처리 조건의 변화나 난분해성 물질로 인하여 발생하는 슬러지 미생물의 억제 인자를 사전에 제거하여 미생물의 성장을 원활히 해 주도록 하고,

넷째: 활성 슬러지 방법의 운전시 가장 많이 발생하는 팽화(bulking) 현상의 발생을 억제하거나 효과적으로 제거토록 하며,

다섯째: 활성 슬러지 미생물의 활성을 효과적으로 유지 관리하여 반응시간을 단축토록 하고 큰 변화없이 일정하게 폐수처리 공정을 유지함으로써 운전 관리상의 문제를 해결할 수 있도록 한 것이다.

도1은 본 발명의 폐수 처리 공정 블럭도.

도2는 본 발명의 폐수 처리 공정 예시도.

이하 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

가정용폐수, 산업용폐수 등의 원수(폐수)가 유입되는 곳에 수조에 조세(潮勢) 스크린(screen)을 설치하여 대형 고형물을 1차 여과하는 단계와;

상기 조세스크린에서 1차 여과된 후 집수조 혹은 저수조(STRAGE TANK)에서 균등한 농도 및 일정한 유량으로 생물학적 처리로 부하시키는 단계와;

상기 집수조의 폐수가 부패되는 것을 방지하고 폐수가 혼합되도록 에어라인(Air Line)으로 교반시키는 단계와;

상기 집수조의 에어라인에 의해 교반된 원수는 2차 여과기(Screening Facillity)에서 1m/m 이상의 중, 소 부유물질(SS: Suspended Solids)을 완전히 제거한 다음 고속 분해조(High-speedly Degrading Tank)에 유입시키는 단계와;

상기 집수조에서 선별된 균주, 바실러스 브리비스 S1-1(Bacillus brcvis), 바실러스 써클란스 R1-2(Bacillus circulans), 스트랩토코커스 SP.M2-1(Strcptococcus), 슈도모나스 SP.S2-8(Pseudomonas), 네이세리아 SP.W3-3(Neisseria), 바실러스 SP.R7-2(Bacillus), 에어로모나스 SP.W7-3(Acromonas), 코리네박테리움 뮤리움 W8-6(Corynebacterium)의 균주 종자(seeder)를 증식 반응기(KR-Reacter)를 통하여 확대, 순응 배양된 고활성 미생물로 고농도의 유기물질을 흡착, 산화, 분해반응을 통하여 배양 분해하는 단계와;

상기 고속 분해조에서 고활성 미생물로 고농도의 유기 물질을 흡착, 산화, 분해 반응으로 분해한 BOD, COD 성분 오염물질을 제거하기 위한 수단으로서 1차 침전조에서 생물학적으로 처리가 곤란한 난분해성 물질을 제외한 오염물질을 침전시키는 단계와;

상기 침전된 슬러지는 반송되며 일부는 농축조로 이송되어 농축 후 슬러지 저류조로 이송되고 이송된 슬러지는 필터 프레스(filter press)나 벨트 프레스(belt press)로 탈수되는 단계와;

상기 1차 침전조에서 침전 정수된 원수는 폭기조에서 브로워(BLOWER)로 폭기를 시키는 공기방울의 비표면적을 크게 하기 위하여 사용하는 산기관을 사용하는 단계와;

상기 폭기 과정을 거친 원수는 2차 침전조에 유입되어 약 2.5∼4hrs 동안 침전되고, 침전된 슬러지는 다시 농축조로 이송되고 농축조에서 농축된 후 저류조로 이송되어 필터프레스로 탈수하는 단계와,

상기 2차 침전이 끝난 원수는 처리 수조에서 15∼20분 동안 체류되어 활성탄 여과 후 소독조에서(처리수는 병원성 세균을 제거함) 방류시 2차 오염을 예방하기 위하여(약품 탱크 및 화학 공급 탱크에서 약품이 유입됨) 잔류된 병원성 세균을 제거한 다음 처리수가 방류되도록 한 폐수 처리 할 수 있도록 된 공정이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 폐수 처리공정에 대한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

가정용 폐수, 산업 폐수 등 원수(폐수)가 유입되는 수조에 조세(潮勢)스크린(screen)을 설치하여 대형 고형물을 1차 여과하게 된다.

이렇게 대형 고형물을 사전에 차단하여 기계 및 배관의 막힘과 수조 내에서의 부패 방지를 하게 된다.

상기 1차 여과 공정을 거친 폐수는 집수조 또는 저수조(STORAGE TANK)에서 균등한 농도 및 일정한 유량으로 생물학적 처리로 부하시키고, 원수(폐수)가 부패되는 것을 방지하고 교반되도록 에어라인(Air Line)을 설비하여 가동한다.

상기 집수조에서 교반된 원수는 완전 분해에 장시간이 걸리고 생물학적 처리시 오염물질 부하를 줄이기 위해 다시 2차 여과기(Screening Facility)에서 1m/m 이상의 중, 소 부유물질(SS: Suspended Solids)을 완전히 제거한 후 고속 분해조(High-speedly Degrading Tank)에 유입시켜 선별된 10종의 균주 즉, 바실러스 브리비스 S1-1(Bacillus brcvis), 바실러스 써클란스 R1-2(Bacillus circulans), 스트랩토코커스 SP.M2-1(Strcptococcus), 슈도모나스 SP.S2-8(Pseudomonas), 네이세리아 SP.W3-3(Neisseria), 바실러스 SP.R7-2(Bacillus), 에어로모나스 SP.W7-3(Acromonas), 코리네박테리움 뮤리움W8-6(Corynebacterium)의 균주 종자(seeder)를 증식 반응기(KR-Reacter)를 통하여 환대, 순응 배양된 고활성 미생물로 고농도의 유기물질이 흡착, 산화, 분해반응을 일으켜 배양, 분해하게 된다.

상기 고속 분해조에서 미처리된 BOD, COD 성분 오염물질을 제거하기 위한 수단으로서 1차 침전조에서 생물학적으로 처리가 곤란한 난분해성 물질을 제외한 오염물질을 침전시킨다.

이때 침전 체류시간은 2.5∼4hrs이며, 발생된 침전 슬러지는 다시 고속 분해조로 반송되며 일부는 농축조로 이송되고 농축 후 슬러지 저류조로 이송된다.

상기 저류조로 이송된 슬러지는 벨트 프레스(belt press) 또는 필터 프레스(filter press)로 탈수 후 케이크화시켜 처리장으로 이송된다.

또한 1차 침전조에서는 2차 침전조에서 고액 분리가 잘 이루어지도록 바이오-플럭(Bio-floc) 상태를 양호하게 형성하여 침전시키는 일을 병행하게 된다.

상기 1차 침전조에서 침전 정수된 원수는 폭기조에서 산소 공급에 의한 공기방울로 폭기시킨다. 즉, 브로워(blower)의 공기방울로 원수를 폭기시킬 때를 공기방울의 비표면적을 크게 하기 위하여 산기관을 사용한다.

상기 폭기 과정을 거친 원수는 2차 침전조에 유입되어 약 2.5∼4hrs 동안 침전되고, 이 때 발생된 슬러지는 다시 농축조로 이송되고 농축된 후 저류조로 이송되어 벨트 프레스 또는 필터 프레스로 탈수한다.

상기 2차 침전이 끝난 원수는 처리 수조에서 15∼20분 동안 체류후 활성탄에 여과된 다음 소독조에 유입되어 방류시 2차 오염을 예방하기 위하여 잔류된 병원성 세균을 제거한 처리수는 방류되도록 한 것이다.

상기와 같이 처리되는 본 발명은 고속 분해조에서 다수의 균주들이 투입되어 고속 생물분해 방식으로 활성이 우수한 미생물로 폐수를 처리하게 되는데 이의 균주들은 단백질 분해 효소 생산 및 유기물을 신속히 분해하는 바실러스 브리비스 S1-1(Bacillus brcvis)와, 플럭(floc) 형성 및 유기물 분해(dmylase) 효소를 생산하는 바실러스 써클란스 R1-2(Bacillus circulans), 리파지(지방분해) 효소 생산 및 신속한 증식을 위한 스트랩토코커스 SP.M2-1(Strcptococcus), 플럭(floc) 형성 및 유기물을 신속히 분해하는 슈도모나스 SP.S2-8(Pseudomonas), 색소 성분의 분해 및 저영양환경에서 신속하게 증식되는 네이세리아 SP.W3-3(Neisseria), 알칸계 탄수화수소의 신속 분해 제거하는 바실러스 SP.R7-2(Bacillus), 유기물을 신속 분해하는 에어로모나스 SP.W7-3(Acromonas), 음이온 계면 활성제 성분을 신속 분해하는 코리네박테리움 뮤리움 W8-6(Corynebacterium) 등이 폐수를 고속 분해함으로써 원수의 정화가 빨리 이루어지도록 한 것이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 미생물은 분리 - 선택 - 적응 - 활성화된 미생물 균주를 사용함으로써 생물학적 처리 운전상의 자연적인 활성슬러지 미생물 균의 형성 기전을 인위적으로 향상시켜 처리 효율을 높이고 운전관리 측면에서도 긍정적인 역할을 할 수 있다.

본 발명의 고활성 미생물 균주의 개발 과정은 표1과 같다.

이러한 개발 과정을 통하여 활성이 우수한 균주들 중 분해활성이 높은 상기 균주를 선별하였으며 이들이 고속 분해조에서 고속 생물분해 방식에 의한 고농도 유기성 폐수를 처리하게 된다.

따라서 본 발명은 유기성 폐수를 상기 균주로 하여금 효과적으로 처리하고 BOD 제거율을 높이기 위해 반응기(KR-Reacter)를 활용하였으며, 1차 생물처리조를 고속 분해조라 명하였고, 2차 생물처리조는 폭기조라 명하였으며 이에 대한 공정도는 표2와 같다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명이 실시되는 처리 공정을 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저 원수(폐수)유입 → 대형 고형물 1차 여과(SCREEN PIT) → 집수조 또는 저조류로 유입(STORAGE TANK) → 중, 소 부유물 2차여과(Screening Facility) → 고속 분해조 → 1차 침전조 → 폭기조 → 2차 침전조 (이 때 1·2차 침전조에서 발생된 슬러지는 반송되며 일부는 농축조로 이송되어 농축된 후 슬러지는 저류조로 이송되어 밸트 프레스 또는 필터 프레스로 탈수한다) → 처리수조에서 15∼20분 → 방류조에서 병원균을 제거하기 위한 소독 → 정화된 처리수 방류와 같은 처리방법으로 공정이 이루어지는 것이다.(도1 및 도2 참조)

이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시 예로서 식품폐수와 도축폐수 및 제당폐수를 대상으로 실험한 결과를 다음과 같이 얻을 수 있었다.

단위:PPM

구분 대상	식품폐수(오렌지제조)	도축폐수(도축처리장)	제당 폐수
원 수	1500	2200	1100
1차 여과 처리수(SCREEN PIT)	-	2000	-
2CK 여과 처리수(Hydrasive)	1300	1800	1050
1차 침전조 처리수	300	350	200
2차 침전조 처리수	35	50	40
소독 방류수	-	45	-
전체 처리효휼	97.60%	98%	96.40%

상기의 실험에서도 알 수 있는 바와 같이 식품폐수 중 오렌지 제조 품목의 BOD 전체 효율이 97.6% 이며, 도축 및 육가공 폐수의 경우도 98%의 높은 처리효율을 보였으며, 제당폐수의 경우 96.4%의 처리효율의 결과를 얻었다.

이렇게 고활성 균주를 이용한 고속 생물분해 방식에 의한 고농도 유기성폐수처리 실험결과 식품폐수, 도축폐수, 제당폐수의 BOD제거효율은 각각 97.6%, 98%, 96.4% 였으며, 생물공정도의 효율은 97.3%, 97.2%, 96.1%의 결과과 발생되는 것을 알 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 분해활성이 높고 대사활성이 다양한 미생물을 생물학적 처리에 적용하여 폐수 처리 효율을 증진시킴은 물론 수처리된 물을 병원균을 비롯한 2차오염이 방지되도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명은 고활성 균주를 생물학적 폐·하수처리에 적용시에 재래식 생물학적 처리공정에서 나타날 수 있는 여러 문제점들을 상당히 극복할 수 있게 되었다. 즉, 본 발명의 폐수처리 공정은 오염물질이 과부하된 상태에서도 양호한 방류수 수질을 달성하고 전반적으로 폐수처리 공정상의 효율을 증대시키며, 분해균주는 상업폐수 내 함유되어 있는 각종 난분해성 유기화합물을 우선적으로 처리하여 효과적으로 오염물질을 제거하며, 여러 가지 처리 조건의 변화나 난분해성 물질로 인하여 발생하는 슬러지 미생물의 억재인자를 사전에 제거하여 미생물의 성장을 원활히 해 주며, 활성슬러지 공법의 운전시 가장 많이 발생하는 팽화(bulking) 현상의 발생을 억재하거나 효과적으로 제거하며, 활성슬러지 미생물의 활성을 효과적으로 유지 관리함으로써 반응시간을 단축하고, 큰 변화없이 일정하게 폐수 처리공정을 유지함으로써 운전 관리가 간단 용이하며, 관리 인원을 최대한 줄이고 폐수처리의 효과는 일층 증진되는 효과를 갖게 되었다.

Claims

가정용폐수, 산업용폐수 등의 원수(폐수)가 유입되는 곳에 수조에 조세(潮勢) 스크린(screen)을 설치하여 대형 고형물을 1차 여과하는 단계와;

상기 조세스크린에서 1차 여과된 후 집수조 혹은 저수조(STRAGE TANK)에서 균등한 농도 및 일정한 유량으로 생물학적 처리로 부하시키는 단계와;

상기 집수조의 폐수가 부패되는 것을 방지하고 폐수가 혼합되도록 에어라인(Air Line)으로 교반시키는 단계와;

상기 집수조의 에어라인에 의해 교반된 원수는 2차 여과기(Screening Facillity)에서 1m/m 이상의 중, 소 부유물질(SS: Suspended Solids)을 완전히 제거한 다음 고속 분해조(High-speedly Degrading Tank)에 유입시키는 단계와;

상기 집수조에서 선별된 균주, 바실러스 브리비스 S1-1(Bacillus brcvis), 바실러스 써클란스 R1-2(Bacillus circulans), 스트랩토코커스 SP.M2-1(Strcptococcus), 슈도모나스 SP.S2-8(Pseudomonas), 네이세리아 SP.W3-3(Neisseria), 바실러스 SP.R7-2(Bacillus), 에어로모나스 SP.W7-3(Acromonas), 코리네박테리움 뮤리움 W8-6(Corynebacterium)의 균주 종자(seeder)를 증식 반응기(KR-Reacter)를 통하여 확대, 순응 배양된 고활성 미생물로 고농도의 유기물질을 흡착, 산화, 분해반응을 통하여 배양 분해하는 단계와;

상기 고속 분해조에서 고활성 미생물로 고농도의 유기 물질을 흡착, 산화, 분해 반응으로 분해한 BOD, COD 성분 오염물질을 제거하기 위한 수단으로서 1차 침전조에서 생물학적으로 처리가 곤란한 난분해성 물질을 제외한 오염물질을 침전시키는 단계와;

상기 침전된 슬러지는 반송되며 일부는 농축조로 이송되어 농축 후 슬러지 저류조로 이송되고 이송된 슬러지는 필터 프레스(filter press)나 벨트 프레스(belt press)로 탈수되는 단계와;

상기 1차 침전조에서 침전 정수된 원수는 폭기조에서 브로워(BLOWER)로 폭기를 시키는 공기방울의 비표면적을 크게 하기 위하여 사용하는 산기관을 사용하는 단계와;

상기 폭기 과정을 거친 원수는 2차 침전조에 유입되어 약 2.5∼4hrs 동안 침전되고, 침전된 슬러지는 다시 농축조로 이송되고 농축조에서 농축된 후 저류조로 이송되어 필터프레스로 탈수하는 단계와,

상기 2차 침전이 끝난 원수는 처리 수조에서 15∼20분 동안 체류되어 활성탄 여과 후 소독조에서(처리수는 병원성 세균을 제거함) 방류시 2차 오염을 예방하기 위하여(약품 탱크 및 화학 공급 탱크에서 약품이 유입됨) 잔류된 병원성 세균을 제거한 다음 처리수가 방류되도록 한 폐수처리 공정을 특징으로 하는 고속 생물분해 방식에 의한 고농도 유기성 폐수 처리 공정.