KR100403850B1

KR100403850B1 - 액상부식법에 있어서 축산폐수 또는 분뇨 고도처리의 질소및 인 제거방법과 이에 따르는 슬러지 감량화 시스템

Info

Publication number: KR100403850B1
Application number: KR10-2002-0051284A
Authority: KR
Inventors: 김학로; 후구나가도시오; 노자와모
Original assignee: 김학로
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2003-11-05
Also published as: KR20020082166A

Abstract

[과제]

본 발명은 축산폐수 또는 분뇨에 포함된 광범위 살균성 항생제 및 방역용 소독제 등이 다량으로 포함되어 생물학적으로 필요한 각종 미생물의 증식 및 활성화를 방해하여 처리효율을 감소시키고 처리시간을 길게 요구하는 등, 종래 기술의 구조적 제약 조건과 많은 에너지 소모를 해결하기 위한 방법으로, 항생제와 소독제의 내성이 우수하고 제거 능이 우수한 신균주 미생물과 다공성 세라믹 담체를 이용하여 신균주 미생물의 우점적 활성화와 자동제어로부터, 적정한 용량의 시설과 짧은 시간에 질소 및 인 등의 영양염류 뿐만아니라 각종 오염물질을 동시에 제거하고 슬러지 감량화의 생물학적 고도처리 기술을 제공한다.

[해결수단]

본 발명은 축산폐수 또는 분뇨의 질소 및 인을 제거하는 방법에 관한 것으로서, 액상부식조의 각종 센서 및 측정장치와 연동된 자동제어 장치를 이용하여 최적의 운전 조건을 유지하고, 고농도 폐수에 포함된 광범위 살균성 항생제와 방역용 소독제 등이 다량 포함되어 각종 미생물의 증식 활성화를 저해하고 처리효율을 감소시키는 것으로, 이것을 해결하기 위하여 광범위 항생제와 방역용 소독제에 내성이 우수한 신균주 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와 Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP)에 포함된 산화미생물, 질화, 탈질미생물 및 폴리-인(poly-p) 미생물, 생물고분자 응집제를 생산하는 미생물 등을 접종하고,상기 신균주 미생물로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 것을 흡착 고정한 다공성 활성 세라믹 볼(bio-ceramic ball)을 투입하여 호기성 폭기(air-on/off) 및 무산소-수중교반(mixer-on/off)을 자동조절하여 상기 신균주 미생물의 우점화로부터 생물학적 반응을 수행한 후, 응집반응조에서 무기 및 유기 응집제를 첨가하여 고액분리한 후, 다시 탈리액은 중화 및 여과처리 하여 소독 방류하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 방법에 따르면, 고농도 폐수중의 유기오염 물질과 질소와 인을 효율적으로 제거할 수 있다.

Description

액상부식법에 있어서 축산폐수 또는 분뇨 고도처리의 질소 및 인 제거방법과 이에 따르는 슬러지 감량화 시스템{omitted}

[산업상 이용분야]

본 발명은 축산폐수 또는 분뇨 고도처리의 탈질 및 탈인 프로세스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 호소, 하천 및 해양에 부영양화의 원인 물질인 질소 및 인 등의 각종 오염물질을 생물학적으로 동시에 제거하고, 슬러지 감량화로부터 고농도 폐수의 고도처리 기술을 제공한다.

[종래 기술]

본 발명은 축산폐수 및 분뇨 고도처리의 질소, 인 제거방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 호소, 하천 및 해양 등 수계의 부영양화의 원인이 되는 질소 화합물과 인화합물 중에서 암모니아(ammonnia)는 그 자체가 독성이 있어 수생생물에게 독성을 나타내고, 아질산염(NO₂)은 혈액중에 헤모글로빈과 결합하여 태아에게 치명적인 메테모글로비네미아(methemoglobinemia)라는 질병을 유발시키며 또한 아민과 반응하여 발암물질인 니트로스아민(nitrosamine)을 만든다. 또 질산화 과정을 거치면서 산소를 다량 소모하여 수계의 무산소 상태를 만들기도 한다. 따라서 인산염(PO₄)과 다른 영양염과 같이 존재하면 세포내의 물질로 전환(동화작용)되어 조류의 발생을 유발시킬 수 있다. 이러한 이유로 우리나라를 비롯한 세계 여러나라는 질소와 인을 각 형태별로 기준치를 정하여 수질을 관리하고 있으며, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 국내에서도 배출허용 기준을 하향하고 있다.

특히, 가축의 배설물로서 발생되는 축산폐수는 유기물의 농도가 높고 수계에 부영양화를 유발하는 영양염류물질 농도가 높아 적정처리하지 않을 경우 호소 및 하천, 해역의 녹조 또는 적조등의 원인물질로 작용하고 있다.

이러한 수질오염을 방지하기 위하여 지금까지 축산폐수 또는 분뇨 처리기술로는 회분식 활성오니법이 주종을 이루고 있으나, 고농도 폐수에 포함된 각종 저해요소로부터 종래 기술에 여러 종류의 후단처리 시설을 부가하여 처리하는 종래의 방법에 의존하고 있는 실정이다.

따라서 종래의 다공성 세라믹 담체를 이용한 기술로는 대한민국 특허공보 등록번호 특1996-0003922호는 전단에서 모래여과 장치를 통과시킨 후 폭기조에 해양성 규석 및 화산재 광석을 메디아로 충전하여 반응하고 후단에서 RO 시스템을 이용여과처리 하는 방법이고, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특1999-0046204호는 반응조의 산소성 영역과 무산소성 영역에 세라믹 담체를 이중으로 충진하여 처리하는 방법이고, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2001-0028550호는 혐기성 소화조에다공성 세라믹 담체를 충징하여 혐기성 소화 효율을 증진하는 방법이고, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2001-0067161호는 바이오 세라믹 담체의 제조방법 및 하수처리 방법이고, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2002-0051349호는 유동성 담체와 고정상 담체를 이용한 영양염류 제거방법이고, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2002-0038643호는 미생물 부착성이 우수한 발포유리 블록을 유동상 담체로 이용한 오, 폐수처리 방법이고, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2002-0018571호는 해양성 규석과 다공질의 화산재 광석으로 구성된 주름성 특수 담체를 이용한 중수도 처리방법이다.

또한 균주를 이용한 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0202301호는 가수분해균 및 광합성세균이 고정된 생물막에 접촉시켜 축산폐수를 정화하는 방법이고, 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0297494호는 혼합미생물 균주 JSB 98.0을 미생물 처리조에 투입하여 그 미생물로부터 축산폐수를 호기적 처리하는 방법이 제시되고 있다.

그러나 상기 종래의 기술은 우리나라의 축산폐수 또는 분뇨의 특성상 광범위 살균성 항생제(enrofloxacn, oxytetracycline, kitasamycin 등)와 방역용 소독제(n-alkyl(C₁₂, C₁₄, C₁₆, C₁₈), triple salt, sodiium chloride) 등이 다량 포함되어 각종 미생물의 증식과 활성화를 저해 처리효율을 감소시키는 것은 물론 생물반응조의 크기와 처리시간이 길어지는 것에 따라 건설비 및 운전관리비의 과다 지출로 재정 부담을 가중시키고 있을 뿐만 아니라 연동된 각종 시스템들이 적정으로 운전되지 못하여 방류수 수질검사 항목인 BOD, COD, SS, TN, TP, 대장균 등의 처리수질의 배출허용 기준치 확보가 어려웠다.

본 발명에서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 광범위 항생제와 소독제에 내성이 우수하고, 각종 오염물질의 제거 능이 우수한 신균주 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와 Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP) 미생물을 접종 우점적 활성화와; 상기 신균주 미생물로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 것을 흡착 고정된 다공성 세라믹 볼을 액상부식조 저부에 고정하여 담지된 활성배양균으로부터 질화, 탈질, 탈인을 동시에 달성하는 처리 공정과 생물여과처리 공정 등을 PLC제어(programmable logic controller) 하여 처리시간과 유지관리의 간소화는 물론 처리수의 배출허용 기준치를 확보하기 위한 질소, 인 등의 영양염류를 생물학적으로 고도처리하는 방법을 연구 개발하여 본 발명을 완성하였다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 구획된 전액상부식조와 주액상부식조에서 호기 반응(air-on/off)과 무산소 반응(mixer-on/off)을 연속적으로 반복하고, 광범위 항생제 및 소독제에 내성이 우수하고 각종 오염물질의 제거 능이 우수한 신균주 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와 Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP) 미생물을 접종 우점화 한다. 또한, 상기 신균주 미생물로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 것을 흡착 고정한 다공성 활성 세라믹 볼(bio-ceramic ball)을 접촉장치에 수납하여 액상부식조 저부에 고정하고 폐수와 접촉함으로서, 유기물 산화 미생물, 질산화 미생물, 탈질 미생물, 탈인에 관여하는 다종다양한 미생물을 우점적 활성화로 부터 단시간 내에 생물반응되고, 반응액을 다시 고액분리 하여 환경기준에 적합한 처리수를 얻는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축산폐수 또는 분뇨 고도처리 공정도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 바이오 세라믹 접촉장치 배치도이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액상부식조의 운전 타임스케줄도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : ORP Controller 2 : DO Controller

3 : pH Controller 4 : 온도검출센서

5 : 수중교반기(submerged mixer) 6 : 산기장치(diffuser)

7 : 브로워(blower) 8 : 검출장치

9 : 제어장치 10 : 신규주접종장치

11 : 활성세라믹볼접촉장치 12 : TWL Sensor(top water level)

13 : BWL Sensor(bottom water level) 14 : 슬러지감량장치(SRS)

101 : 투입구 102 : 협잡물처리기

103 : 침사조 104 : 원심분리기

105 : 저류조 106 : 전액상부식조

107 : 주액상부식조조 108 : 혼합조

109 : 응집반응조 110 : 탈수기

111 : 중화조 112 : 상향류식필터

113 : 생물접촉여과조 114 : 디스크필터

115 : 오존접촉조 116 : 활성탄흡착기

117 : 방류수조

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 목적을 달성하고자 본 발명에서는 액상부식조와 고액분리장치를 이용하여 고농도 축산폐수를 생물학적으로 처리하는 방법에 있어서 기술적 사상이 첨부된 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다. [도 1] 은 본 발명의 실시예에 따른 축산폐수 또는 분뇨 고도처리 공정도이고, [도 2] 는 본 발명의 실시예에 따른 바이오 세라믹 접촉장치 배치도이고, [도 3] 은 본 발명의 실시예에 따른 액상부식조의 운전 타임 스케줄도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 축산폐수 또는 분뇨를 수거차로부터 투입구(101)에 투입하고, 협잡처리기(102)와 원심분리기(104)에서 협잡물을 고액분리한 다음 저류조(105)에서 일정기간 체류하면서 수질을 균등화하여 일정량 전액상부식조(106)에 이송되어 무산소 반응단계(mixer-on/off)와 주액상부식조(107)의 호기성 반응단계(air-on/off)를 운전 타임스케줄에 따라 반복 연속적으로 이루어지고, pH, ORP, DO, 온도 등을 검출센서를 포함하는 검출장치(8), 상기 센서들의 각각의 검출된 값에 따라 즉시 대응하는 마이크로프로세스 제어 하에 전력 펄스 신호를 출력하는 인터페이스로부터 인가되는 전력 펄스 신호에 따라 상기 센서들의 검출치를 각각의 예비 설정치로 유지하는 제어장치(9)로 이루어지고, 액상부식조(106, 107)와 각각의 처리공정에 장착된 분산 제어시스템과 연동 하여, 액상부식조(106, 107)에서 폐수에 포함된 광범위 살균성 항생제 및 방역용 소독제에 내성이 있는 신균주 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와 Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP)에 포함된 BOD제거 미생물(bacillus sp. zoothamnium sp. colpoda sp. 등), 질산화 미생물(monas sp., lepadella sp., epistylis sp 등), 탈질 미생물 (bodo sp., vorticella spp., amoeba sp., spirostomum sp. 등) 및 폴리-인(pseudomonas sp., acinetobacter sp., bacillus sp. 등) 미생물을 접종하고, 호기성 폭기(air-on/off) 및 무산소 수중교반(mixer-on/off)과 각각의 산화환원전위(ORP)차가 +10mV 내지 +150mV 및 -100mV 내지 -230mV가 되도록 교대로 실시하면서 산소공급량, 미생물 접종량 또는 폐수의 유입, 유출수량을 자동조절하여 생물학적 액상부식을 수행한 후, 혼합조(108)에서 혼합되어, 응집반응조(109)로 일정량 이송, 응집제를 첨가하여 탈수가 용이하게 전처리 하여 탈수기(110)에서 고액분리 한 후 탈리액은 중화조(111)에서 pH를 조정하여, 상향류식여과기(112)와 디스크필터(114)를 통과하여 미세 부유물질을 제거하고, 생물접촉여과조(113)에서 여과재에 담지된 상기 신균주 미생물의 활성으로 잔여 오염물질을 생물분해 및 여과처리 한다.

이어서, 오존접촉조(115)에서 O₃에 의한 멸균 및 COD를 제거하고, 활성탄흡착기(116)를 통과 색도 및 오염물질을 수질기준에 적합한 처리수로 방류수조(117)에서 방류하는 처리공정이다.

여기서 선택적으로 탈수된 슬러지 케익을 퇴비화설비로 이송 퇴비화하거나, 소각처리 하는 것을 특징으로 하는, 고농도 폐수의 고도처리 방법이 제공된다.

상기와 같은 구성된 본 발명에 대하여 본 발명을 실시하기 위한 처리공정도가 [도 1] 에 도시되어 있으며, 이를 참고로 하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 하기와 같이 설명한다.

본 발명에 따른 축산폐수 또는 분뇨의 고도처리 공정도가 [도 1]에 도시되어 있으며, 이를 참고로 하여 본 발명의 처리공정을 하기와 같은 4단계로 나누어 설명한다.

제1처리공정(투입구, 협잡물처리기, 원심분리기, 저류조) : 축산폐수 또는 분뇨의 전처리 공정으로서 투입구(101), 협잡물처리기(102), 원심분리기(104), 저류조(105)로 구성되고, 수거된 폐수중의 토사, 섬유, 고루, 비닐, 프라스틱, 과일의 씨앗 등 협잡물에 의해 펌프, 밸브, 배관등의 막힘이나 파손 또는 처리설비의 기능 저하를 미연에 방지하기 위하여 협잡물처리기(102)와 침사조(103)를 거처 다시 원심분리기(103)에서 고액분리한 다음 저류조(105)에 투입되고, 여기서 폐수의 성상을 균질화하기 위해 일정하지 않은 수거량을 감안하여 3∼10일의 저류용량을 확보하기 위한 전처리 공정이다.

제2처리공정(액상부식조) : 상기 고형협잡물 및 토사를 제거하고 균질화된 폐수를 저류조(105)에서 전액상부식조(106)로 일정량 이송하고, 여기서 일정시간 무산소 상태로 유지하여 폐수에 포함된 다량의 항생제 및 소독제에 내성이 우수하고 각종 오염물질의 제거 능이 우수한 신균주 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와 Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP)에 포함된 BOD산화 미생물, 질화, 탈질 미생물 및 폴리-인(poly-p) 미생물을 신균주 접종장치(10)에 의해 일정량 접종하고, 상기 신균주 미생물로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 것을 흡착 고정한 다공성 활성 세라믹 볼(bio-ceramic ball)을 투입하고, 수중교반기(5)에 의한 무산소 수중교반을 실시하고, 구획된 주액상부식조(107)에 일정량 유입하여 브로워(7)에 의한 호기성 폭기(air-on/off) 및 수중교반기(5)에 의한 무산소 수중교반(mixer-on/off)을 교대로 실시하여 생물학적 호기/무산소 반응을 수행하고 일정량을 전액상부식조(106)로 순환한다. 이때, BOD제거 미생물은 수중의 산소를 이용하여 폐수 중의 탄수화물, 지방, 단백질 등의 유기물을 CO₂와 H₂O로 변환시키고, 질화, 탈질 미생물은 폐수 중의 질소화합물을 불활성인 질소가스(N₂)로 변환시키며, 폴리-인 미생물은 폐수 중의 인을 과잉섭취하여 다중인산염 형태로 저장한다.

제3처리공정(혼합조, 응집반응조, 탈수기) : 상기 액상부식조(106, 107)에서 생물학적 반응이 완료된 폐수를 혼합조(108)로 이송한 후 일정시간 저류하고, 여기서 고액분리를 용이하게 하기 위하여 응집반응조(109)에 교반기, pH Controller(3), 계량조 및 분배조를 갖추고 가성소다(NaOH), 폴리머 및 염화제2철(FeCl₃)등을 투입함으로서 불순물을 화학적으로 응집처리된 응집반응액을 탈수기(110)에서 고액분리한 다음 탈수 케이크는 고속 퇴비화공정으로 이송 하거나반출 소각처리 한다.

제4처리공정(중화조, 상향류식필터, 생물접촉여과조, 디스크필터, 오존접촉조, 활성탄흡착기, 방류수조) : 상기 탈수기(110)에서 고액분리된 탈리액은 중화조(111)에서 pH를 조정한 후 상향류식필터(112)에서 부유물질을 제거하고, 다시 생물접촉여과조(113)의 미생물 담체에 담지된 상기 미생물의 활성으로 각종 오염물을 제거하고, 다시 마이크로 필터가 장착된 디스크필터(114)에서 오염물질을 제거하고, 오존접촉조(115)에서 O₃를 주입하여 산화작용으로 멸균 및 COD를 제거하고, 활성탄흡착기(116)에서 색도 및 중금속 등 오염물질을 고도처리하여 수질검사기준에 적합한 처리수로 안전하게 최종 방류한다.

본 발명에서 PLC제어 시스템은 검출장치(8)와 제어장치(9)로 구성된다. 검출장치(8)는 액상부식조(106, 107)의 pH, ORP, DO, 온도 등을 이용하여 처리 시스템의 상태를 간접적으로 측정한다. 액상부식조(106, 107)의 구조적 등과 같은 처리시스템의 제약 사항이나 여러 제어 목표치를 동시에 고려하여 제어장치(9)의 새로운 설정치를 결정하는 부분으로서 최적의 운전 조건을 기반으로 자동제어 된다.

본 발명의 상기한 처리공정으로부터 얻어진 수질성적은 하기 [표 1] 과 같다.

[표 1]

이하 다음과 같은 실시예를 통하여 본 발명의 특징에 대하여 상세히 설명한다.

[실시예]

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.

[도 1] 과 같이 축산폐수 또는 분뇨를 물리, 화학적 및 생물학적으로 고도처리하기 위하여 액상부식법을 이용 처리하였다. 처리결과는 [표 6] , [표 9] 와 같이 만족할 만한 처리결과를 얻었다. [표 2] 의 성상을 가지는 실제의 축산폐수 또는 분뇨를 Pilot Plant 와 Lab Test의 실험장치로 실험하였다. 실험장치는 [도 1]에 나타난 처리공정으로 동일하게 제작하였으며, 질소(N)와 인(P)을 동시 또는 후단에서 잔존하는 인화합물을 처리할 수 있는 공정과 광범위 항생제 및 방역용 소독제에 내성이 우수하고 각종 오염물질 제거 능이 우수한 신균주 미생물을 일정기간접종하고, 따라서 상기 신균주 미생물로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 것을 다공성 활성 세라믹 볼(bio-ceramic ball)에 흡착 고정하여 액상부식조(106, 107)에 투입하고 축산폐수와 접촉시켜 세라믹 볼에 담지된 신균주 미생물의 우점적 활성화로 부터 오염물질 제거 실험과 생물접촉여과조(113)에서 생물학적 고도처리 실험을 실시하였다.

처리효율을 극대화 할 수 있는 운전조건을 확립하기 위하여 운전제어 인자인 폐수수질, 제어시간, pH, ORP, DO, 온도 등을 측정하여 최적의 운전조건 데이터를 모텔링하여 적용하고, 유기물 및 질소, 인 제거효율을 측정 분석하였다.

또한 PLC제어(programmable logic controller)시스템을 이용 액상부식조(106, 107)의 DO, pH, ORP, 온도 등의 검출센서 및 검출장치(8)에 의한 제어장치(9)로서 브로워(7), 수중교반기(5), ORP Controller(1) 펌프 등을 자동제어 하였다.

실험에서 사용된 폐수의 성상은 [표 2] 과 같다.

[표 2]

제1처리공정(투입구, 협잡물처리기, 침사조, 원심분리기) : 수거된 분뇨 또는 축산폐수의 전처리 공정으로, 수거차에서 직접 투입구(101)에 투입되고 협잡물처리기(102)와 원심분리기(104)를 통과 폐수중에 섬유, 고무, 비닐, 프라스틱, 과일씨앗 등에 의해 펌프, 밸브, 배관등의 막힘이나 파손 또는 처리 설비의 기능을 저하를 미연에 방지하기 위하여 제거하고, 침사조(103)에서 흙과 모래(0.5mm이상, 비중2.65) 및 비부패성 무기물 등을 급속침전 분리하여 모래에 의한 펌프나 기계손상, 관로의 폐쇄 및 조내의 퇴적을 방지하기 위한 전처리 공정을 거처 다음 공정으로 이송하였다.

제2처리공정(저류조, 전액상부식조) : 폐수의 성상을 균질화하고, 일정하지 않은 수거량을 감안하여 3∼10일의 저류용량을 확보하기 위한 저류조(105)로부터 일정량이 전액상부식조(106)로 이송된다. 여기서 폐수에 포함된 다량의 광범위 항생제 및 방역용 소독제로부터 활성이 약한 미생물을 보충하기 위하여, 내성이 우수한 신균주 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와 Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP)에 포함된 질산화 미생물, 탈질 미생물, 폴리-인(poly-p)미생물 및 생물고분자 응집제를 생산하는 미생물(bacillus sp.)등을 1주내지 2주간 접종 스케줄에 따라 1주간 매일 유입량의 1m²당 5∼10ppm을, 2주간 매일 유입량의 1m²당 2∼5ppm으로 신균주 접종장치(12)에 의해 자동으로 접종하고, 따라서 신균주 미생물로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 것으로 균주수 3.5 ×10⁸/gram 이상으로 흡착 고정한 다공성 활성 세라믹 볼(bio-ceramic ball)을 접촉장치(11)에 수납하여 액상부식조(106, 107) 저부에 고정하고, 호기성(air-on/off)건과 무산소 (mixer-on/off)조건을 운전 타임스케줄에 따라 연속 또는 반복적으로 수행한다.

여기서 BOD, COD 및 NH₄-N, H₃PO₄등이 95%이상 제거되고, 상기 접종된 미생물과 세라믹 볼 접촉장치(11)의 세라믹 볼(bio-ceramic ball)에 흡착 고정된 미생물 군은 활성화되어 우점적으로 종속영양세균, 아질산균, 질산균, 탈질균, 폴리-인 등의 균수를 [표 3] 보였다. 시료 건조중량 1mg중의 생균수를 Standard Plate Count법으로 각 3회 반복 실험 후 유효숫자 범위내의 CFU 값을 평균으로 하여 [표 3]과 같다.

[표 3]

여기서 액상부식조(106, 107)의 운전은 하나의 운전주기에 의해서 PLC(programmable logic controller)제어된다. 주액상부식조(107) 내의 BOD, COD 및 질산화 및 인과잉섭취 등의 조건을 충족하기 위하여 일정시간동안 호기성 조건의 폭기와 전액상부식조(106)의 무산소 조건의 수중교반을 실시한다. 이때, DO 검출센서에서 검출된 폐수의 DO 농도값은 A/D신호로 변환 제어하는 마이크로프로세스에 전송 연산처리되고, 제어장치(9)에서 인터페이스로부터 인가되는 전력 펄스치에 의해 브로워(7), 수중교반기(5), 순환펌프 등을 제어한다. 따라서, 주액상부식조(107)의 ORP 전위차는 +10mV∼+150mV이고, 전액상부식조(106)의 ORP 전위차는 -100mV∼-230mV로 ORP Controller(1)에 의해 제어하였다.

여기서, 질소부하 0.2 ∼ 0.4kgN/m³/day, 유기물부하 0.6 ∼ 1.2kg.BOD/m³/day로 되고, MLSS 측정 값에 따라 MLSS 5,000 ∼ 8,000mg/ℓ로 유지 제어 운전하였다. 이때, 미리 조성된 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와 Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP)미생물을 2주간의 접종스케줄에 따라 총폐수 유입량 및 저수량에 제1일에서 7일은 5 ∼ 10ppm/m³-day, 제7일에서 14일은 2 ∼ 5ppm/m²·day로 접종 완성하고, 상기 신균주 미생물로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 것을 균주수 3.5 ×10⁸/gram 이상으로 흡착 고정된 다공성 활성 세라믹 볼을 접촉장치(11)에 수납하여 액상부식조(106, 107) 저부에 일정 간격으로 배치하고 축산폐수 또는 분뇨와 접촉하였다.

항생제 및 소독제에 내성이 우수하여 바로 활성화 된 미생물에 의한 흡착, 중합, 축합등의 작용에 이한 분자의 거대화와 가용성 유기물의 고형화를 유도하여 정화하는 생물학적 처리과정과 거대화된 분자 및 고형화된 유기물에 응집제 및 보조제를 첨가하여 전량 강제 고액분리와 다수의 여과장치와 오존처리를 거치게 됨으로서 고농도 유기성폐수를 정화하는 방법으로 하기의 메카니즘에 따라 유기오염물질이 제거되면서 BOD, COD, SS, TN, TP가 낮아진다.

여기서 액상부식조(106, 107)에서 질산화와 탈질, 탈인을 동시 또는 순차적으로 수행하는 처리공정과 액상부식조를 전액상부식조(106)(pre react zone)와 주액상부식조(107)(main zone)로 구획하고, 단속유입(batch flow)과 연속유입(bontinuous flow)으로 실험하여 처리효율을 측정하였다. 또한 처리효율을 향상시키기 위하여 생물접촉여과조(113)를 후단에 설치하여 처리효율을 극대화할 수 있도록 실험하였다.

따라서 액상부식조(106, 107)의 고농도 폐수중의 유기물 일부는 미생물과 접촉하고 유기물은 산화식에 따라서 탄산가스(CO₂)나 물(H₂O)같은 무기물로 산화되고, 나머지 일부는 세포질의 형성에 따라서 미생물의 세포합성에 쓰여지고, 자신의 세포질을 분해에 의해 에너지를 얻는 산화과정과 동화과정의 메카니즘은 다음 식과 같다.

[반응식 I]

산화과정 : CxHyOz + O₂→CO₂+ H₂O - △H(35%-40%)

[반응식 II]

동화과정 : CxHyOz + NH₃+ O₂→세포 + CO₂+ H₂O - △H(60%-65%)

1) 생물학적 질소 제거공정

여기서 질산화와 탈질소의 이론을 상세히 설명하면 대기중에 79%정도로서 가장 많은 부분을 차지하는 질소의 형태는 크게 유기형태와 무기형태로 나눌 수 있으며 산화형태에 따라 [표 4] 에 나타난 것과 같이 NH₃, N₂,등으로 나누어진다.

[표 4]

본 발명의 폐수처리에 있어 질산화(nitrification)반응은 암모니아성 질소를 아질산성질소(nitrite)로 산화시키는 Nitrosomonas sp. 와 아질산성질소를 질산성질소(nitrate)로 산화시키는 Nitrobator sp. 의 두종류 미생물 등에 의하여 이루어진다. 질산화 미생물은 탄소원으로 CO₂, H₂CO₃등을 이용하여 아래와 같이 두 단계의 과정으로 진행된다.

호기성 상태에서, 폐수의 BOD 농도가 낮아지면 급격히 질산화가 진행된다. BOD 농도가 높은 경우는 타급영양성 미생물인 산화 미생물이 우점종이 되는데 BOD가 낮아지면 자급영양성 미생물인 질산화 미생물이 우점종이 된다.

본 발명의 생물학적인 질산화 방법은 하기 [표 5] 에 나타낸 질산화 미생물을 이용하여으로 변화시키는 것이다. 이때 질산화 미생물은 혐기성 독립영양미생물이다. 호기성 조건하에서의 질산화 공정은 폐수중의 암모니아성 질소가 아질산균(예: 니트로조모나스(nitrosomonas), 니트로조코쿠스(nitrosococcus) 등)에 의해 아질산성 질소로 산화되고, 아질산성질소가 질산균(니트로박터(nitrobactor) 등)에 의해 질산성 질소로 산화되는 2단계 공정으로 이루어지며, 질산화 우점종 미생물은 [표 5] 와 같다

[표 5]

유기물 부하가 높은 경우 질산화 미생물은 종속영양 미생물에 비해 성장속도가 낮아 이 종속영양 미생물(heterotroph)과의 경쟁에서 불리하므로, 높은 질산화율을 얻기 위해서는 액상부식조(106, 107)에 연동된 검출장치(8) 및 제어장치(9)를 이용하여 제어함으로서 유기물 부하, 용존산소, 적정한 산화환원전위 및 온도 등을 조절하여야 한다.

또한, 탈질의 생물학적 과정은 NO₃-N를 질소가스의 형태로 환원시키는 과정이다. 가스상 물질은 주로 질소가스인 N₂이지만, N₂O 또는 NO로 변환되기도 한다. 가스상 질소는 생물학적 성장을 위해 쉽게 이용할 수 있는 형태가 아니므로, 탈질은 환경에 크게 해를 주지 않는 질소 형태로 변환시키는 것이다.

본 발명에 따르면, 우선적으로 질산성 질소의 존재하에 유기탄소원(organic carbon source)으로 내부 BOD원을 이용하는 조건으로 격리된 전액상부식조(106) 탈질구역의 수중교반기(5)를 작동한다. 탈질과정은 질산염(nitrate)을 아질산염(nitrite)으로 변환시키는 과정과 아질산염(nitrite)을 두 개의 중간생성물을 거쳐 질소가스(N₂)로 변환시키는 과정으로 나눌 수 있다. 이들 과정은 분리된 효소에 의해서 촉매되어 진행되며, 이것이 이화(dissimilation) 과정이다. 탈질능력이 있는 미생물은 동화(assimilation)과정을 통해 질산성질소를 암모니아로 변환시킬 능력이 있다. 이들 암모니아는 미생물의 성장을 위해 질소원으로 이용이 가능하다. 정상적인 질산화와 탈질화 과정의 생화학적 경로는 아래와 같이 요약할 수 있으며 이 과정을 통해 이루어진다;

[반응식 IV]

[반응식 V]

탈질용 우점종 미생물은 [표 6] 과 같다.

[표 6]

본 발명에서는 별도의 메탄올을 사용하지 않고 내부 BOD원을 유기탄소원으로이용하여 탈질반응을 제공한다. 특히, 고농도 유기성폐수를 처리하는 경우 탈질공정에서 문제가 될 수 있는 것은 스컴의 부상이다. 이것을 처리하기 위하여 본 발명에서는 조의 측면에 스컴제거장치를 설치하였다.

상기 질소제거 공정에 따라 [표 7] 과 같이 처리하였다.

2) 생물학적 인 제거공정

인은 수체내에서 부영양화의 원인물질 중의 하나이며, 이에 대한 속도 제한물질이다. 영양염류가 성장을 시작하기 위해서는 적어도 10㎍/ℓ의 인이 필요하므로, 인을 함유한 물질을 효과적으로 제어하는 것은 부영양화의 제어에 필수적이다.

본 발명의 생물학적 인 제거공정에 따르면, 2주간 접종스케줄에 따라 접종되는 폴리-인(poly-p) 미생물은, 혐기상태에서 세포내에 축적되어 있던 인을 분해할 때 발생하는 에너지를 이용하여 아세테이트와 같은 유기산을 섭취한 후, PHB(폴리-β-하이드록시부터레이트) 및 PHV(폴리-β-하이드록시비닐레이트) 등으로 저장하고 오르토인산염(orthophosphate)을 세포 밖으로 방출시킨다. 또한, 혐기상태에서 호기상태로 바뀌면, 폴리-인 미생물은 저장해 두었던 PHB 및 PHV를 분해하여 ATP를합성하고 이를 이용하여 오르토인산염을 섭취하고 폴리-인(poly-p)으로 합성하여 세포내에 저장한다. 이러한 현상을 인의 과잉섭취(phosphorus luxury uptake)라고 한다.

즉, 본 발명에 따르면, 무산소공정과 호기공정을 교대로 사용한 공정을 이용한 실험에서 스트레스 상태(stress condition)를 겪는 미생물은 호기단계로 바뀌면 곧바로 인을 과도하게 섭취한다는 사실을 관찰하였으며, 폴리인산염의 저장은 미생물이 무산소 및 혐기상태에서도 살아남을 수 있는 폴리-인(poly-p)과 신균주 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P)와 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP)에 포함된 미생물의 또 다른 기능중 생물고분자 물질인 폴리글루탐산(polyglutamic acid)를 생산하는 것으로 부유물과 인화합물을 흡착 응집하는 인제거 원동력이라 하겠다. 또한, PHB로 저장된 유기 중합체(organic polymer)는 H⁺와 전자를 저장하여 무산소 및 혐기 환경에서도 활성화 되도록 한다.

무산소 조건에서 유기물이 저분자지방산(short chain fatty acid)으로 변화되고 SCFA가 세포내로 이송된다. 세포내에 있는 Polyphosphate가 Othophosphate로 변화하여 방출된다. 이때 SCFA는 PHB(C₆H₆O₂O)_n로 변화되어 축척된다.

[반응식 VI]

인방출 : 무산소조건 Poly-P + VFA → PHB =

호기성 조건에서는 폴리인산염으로 인을 재축적하고 이때 PHB를 산화하여 증식하고 (호기성 조건에서 인의 과잉 섭취) 증식된 (인이 과잉 섭취된) 잉여슬러지를 고액분리 하므로서 인 제거가 달성된다.

[반응식 VII]

인섭취 : 호기조건 PHB + PO →Poly-P + H₂O + CO₂

본 발명에 따른 인 제거에 사용되는 우점적 폴리-인 미생물을 하기 [표 8]에 나타내었다.

[표 8]

본 발명의 생물학적 인 제거공정에 따르면, 호기성 조건에서 DO가 2mg O₂/ℓ일 때 최고 인 섭취가 이루어지고 유기물 부하가 높은 경우 0.1mg O₂/ℓ이하에서 인 방출이 시작되는 것을 알 수 있고, 미생물 중 애시네토박터 칼코아세티커스(acinetobacter calcoaceticus)가 우점종이 되었을 경우 DO가 인섭취에 미치는 영향은 하기 [표 9] 와 같다.

[표 9]

아울러, [도 3] 은 본 발명에 따른 액상부식소(106, 107)의 운전제어 타임 스케줄도로서, 호기 및 무산소조건에 따른 질산화와 탈질 공정, 및 인섭취와 탈인 공정을 보여주고 있다. 따라서, [표 10] 은 본 발명 액상부식조(106, 107) 및 응집반응조(109)와 생물접촉여과조(113)에서의 인(P) 처리 효율을 얻었다.

[표 10]

3) 화학적 인 제거공정

폐수중에는 정인산염(H₃PO₄, H₂PO₄등), 폴리인산염(H₄P₂O₇, H₃P₂O₄등), 유기 인산염 등 여러 형태의 인이 존재한다. 액상부식조(106, 107) 내의 생물학적 처리수는 미생물과 접촉한 후이기 때문에 복합 인산염이 정인산염의 형태로 존재하며, 이러한 정인산염은 생물학적으로는 완전히 제거되기 어려운 특성을 갖는다.

따라서, 액상부식조(106, 107)에서 주처리공정(생물반응)을 거친 처리액을 후처리공정의 응집반응조(109)로 이송하고 pH를 조절한 후 무기응집제, 바람직하게는 알루미늄염 또는 철염을 첨가하여 불순물, 특히 인산염 형태의 인을 화학적으로 응집 시킨다.

폐수의 인 제거에 일반적으로 사용되는 Fe²⁺, Fe³⁺이온은 황산 제1철, 황산 제2철, 염화 제1철, 염화 제2철 등의 형태로 사용된다. 이들 형태 중 염화 제1철 및 황산 제1철은 폐수중의 알칼리도(alkalinity) 저하와 pH의 감소를 유발시킨다. 인에 관계되는 염화 제1철과 인산염 사이에는 다음의 관계식이 성립한다;

[반응식 Ⅷ]

Fe : P의 화학양론적인 무게비는 1.8 : 1인 반면, FeCl₃와 P의 무게비는 5.2:1이다. 철엽을 이용한 반응은 하기 반응에 의해서도 지배적으로 이루어지며, 실제에 있어서는 매우 복잡한 반응의 경로를 거치게 된다;

[반응식 IX]

철염으로 인을 제거하는 것에는 pH의 영향이 많고 최적 pH는 4.5∼5.0이다. 그러나, 본 발명에서는 인의 제거가 높은 pH에서 달성될 수 있는데 Fe²⁺이온은 최적 pH가 대략 8.0 정도이다.

수용액속에 함유된 O₂는 철을 산화시키는 기회를 맡이 제공하여 산화 과정을 거치게 되는데 가장 간단한 예는 Fe₃O₄이 Fe₂O₃로 변화되는 산화를 말할 수 있다.

이러한 산화 과정은 다음의 반응을 따른다;

[반응식 X]

4Fe₃O₄+ O₂→6Fe₂O₃

이러한 Fe₂O_`는 수용액상에서 수화 작용을 받아 Fe(OH)₃로 변화하게 된다.

[반응식 XI]

Fe₂O₄+ 3H₂O →2Fe(OH)₃

4FeCO₃+ O₂→2Fe₂O₃+ 4CO₂↑

이러한 산화철을 이용한 인제거 원리는 인의 흡수 및 고정으로 말할 수 있으며, 수화된 Fe의 이삼산화물의 (-) ion 치환에 의한 인(P)의 고정의 반응식을 정리하면 다음과 같다;

[반응식 XII]

Fe₃(OH)₃+ 2KH₂PO₄→Fe₃(OH)₃(PO₄)₂+2KOH + H₂O

Fe₂O₃·H₂O + H₂PO₄→Fe₂(OH)₃PO₄+ H₂O

전단계인 제2처리공정을 거친 폐수를 고액분리하기 위하여 3종류의 응집제를 투입한 후 측정된 BOD, COD 및 TP 제거율을 하기 [표 11] 와 같다.

[표 11]

4) 슬러지 감량화 공정

상기 액상부식조(106, 107)의 생물학적 처리공정에서, 1 Step의 상기 신균주 미생물의 활성화로부터 유기물산화-슬러지생성-자기산화 공정으로 이루어지고, 액상 부식조(106, 107)의 자기산화를 극대화 또는 증진하는 미생물의 우점화로부터 슬러지에 포함된 유기물 종류의 탄수화물은 당류나 유기산으로, 단백질은 아미노산으로, 지방은 지방산이나 그리세린으로 분해되어 다시 작은 분자로 분해되어 슬러지의 볼륨(sludge volume)을 적극적으로 줄이는 단계로부터 최후에는 무기질인 물과 미네랄 탄산가스 등으로 물과 함께 배출되거나 대기중에 소멸한다; 따라서 2 Step에서 주액상부식조(107)의 액상부식액의 일정량을 전액상부식조(106)로 슬러지감량장치(14)를 거처 순환하여 전자공여체(electron donor)인 유기탄소원(organic carbon source)으로 공급 탈질산화와 슬러지 감량화 기술이 달성된다.

5) 활성 세라믹 반응 공정

각각의 반응조에서 자연적으로 출연한 미생물을 폐수와 접촉시켜 오염 유기물질을 산화분해 하는 것으로 그러나 그러나 이러한 종래와 방법은 고농도의 폐수와 분뇨를 처리할 때 처리시간이 길고 조의 용적이 커지고 산소공급에 따른 런닝코스트의 증가하는 단점이 있었다. 따라서 고농도 폐수가 반응조에 유입되면 유기물 부하가 높아져 미생물의 활성이 급격히 저하되기 때문에 수질이 악화되고 슬러지 생성이 많았다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 반응조 내에 미생물 농도를 고농도로 유지하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 발명에서는 축산폐수 또는 분뇨에 포함된 각종 유기오염물의 분해 능이 우수하고 항생제 및 소독제에 내성이 우수한 신균주 미생물 Bacillus khr-10-mx(KCTC 8533P), Cellulomonas khr-5-mx(KCTC 8534P), 복합균주 khr-5-mx(KCTC 0078BP)에 포함된 산화 미생물, 질산화 미생물, 탈질산화 미생물, 폴리인 미생물, 생물고분자 응집제를 생산하는 미생물 등을 활성 세라믹 담체에 흡착 고정하였다.

일반적으로 미생물은 모든 물체에 부착번식 하려는 성질을 가지고 있다. 따라서 담체는 미생물을 부착시키기 위하여 사용하는 지지체를 말한다. 담체로는 PE 또는 PVC 등과 같은 고분자 및 모래 자갈 등이 이용된다. 그러나 이러한 담체는 비표면적이 낮기 때문에 부착할 수 있는 미생물의 수가 적어 고농도의 폐수를 처리하기 에는 적합하지 않고, 고분자 담체는 내구성 및 내화학성이 떨어진다.

상기 담체의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 높은 비표면적과 가공율을 가지는 다공성 바이오 세라믹 담체를 이용하여 축산폐수 또는 분뇨를 고도처리기술을 개발하였다. 본 발명자는 종래의 담체보다 다공질과 강도가 높은 활성 세라믹 담체의 재료는 산화규소(SiO₂) 65∼90중량%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 10∼25중량%를 주재로 하고 산화제2철(Fe₂O₃), 산화티탄(TiO₂), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO)를 함유하고, 은(Ag) 0.1∼5.0중량%, 구리(Cu) 0.1∼5.0중량%를 배합하여 필요에 따라 10∼50mm 원구상으로 성형한 다음 소성로 온도 900∼1200℃에서 소결하고, 상기 신균주 미생물 배양조에 일정시간 침적하여 흡착하고, 진공건조 하여 균주수 1.5 × 10⁸/gram ∼3.5 ×10⁹/gram 담지된 바이오 세라믹 볼을 얻었다.

상기 활성 세라믹 볼을 접촉장치에 수납하고 반응조 저부에 고정하였다. 따라서 바이오 세라믹 볼 접촉장치 하부에서 공기를 공급하고 축산폐수와 접촉하였다. 접촉시간 10∼30분 후 담지된 상기 미생물이 출연하고 번식 성황기의 활성을 보였다. 여기서 세라믹 볼에 흡착 고정된 신균주 활성배앙균은 여러 종류의 기능을 발휘하는 미생물을 상충작용 없이 공존시키는데 그 특성이 있다. 즉 여러 종류의 미생물을 혼합해 놓으면 변이를 일으키고 상호 저해 작용을 하는데 이것을 유전자 재조합시켜 독립된 격리입자를 형성 생종하도록 재조합 한 것으로, 일예로 신균주 미생물은 휴면 상태에서 먹이인 유기오염물질을 접하면 휴면상태에서 깨어나 유기오염물인 먹이를 섭취하고 분해하고, 먹이가 없어지면 다시 휴면 상태로 정지하고 유기물을 접하면 활동을 재개하여 오염유기물을 섭취분해, 질산화, 탈질, 탈인, 자기산화하여 끊임없이 활동하고, 특히 1개의 신균주 미생물은 약 336∼504세대 까지 분열하면 그 후 분열 능력이 반감하기 시작한다. 1회 분열 시간은 약 20∼30분 으로 약7일 동안의 번식 성황기(peak time)가 된다. 상기 활성 세라믹 볼 담체를 이용하여 종래의 기술보다 적은 처리시간과 작은 반응조, 적은 런링코스트와 높은 처리 표과를 얻었다.

상기 실시예를 이용하여 제조된 다공성 활성 세라믹 볼의 측정된 물리적 특성의 결과를 [표 12] 에 나타내었다.

[표 12] 다공성 활성 세라믹 볼

본 발명의 고농도 폐수인 축산폐수 또는 분뇨의 질소와 인을 물리적, 생물학적, 화학적으로 고도처리 하고 슬러지를 감량화함으로서 수질검사 기준에 적합한 처리수를 얻고, 또한 본 발명의 방법을 수행함에 있어서 광범위 항생제 및 소독제에 내성이 우수한 신균주 미생물과, 상기 신균주 미생물이 담지된 다공성 활성 세라믹 볼을 사용함으로서 처리효율을 높이고, 시설의 간소화로 런닝 코스트를 절감할 수 있다.

Claims

축산폐수 또는 분뇨 고도처리의 질소, 인 제거방법 및 이에 따르는 슬러지 감량화 시스템에 있어서,

수거된 축산폐수 및 분뇨를 안정적으로 처리하기 위한 투입구(101), 협잡물처리가(102), 침사조(103), 원심분리기(104), 저류조(105), 전액상부식조(106), 주액상부식조(106), 주액상부식조(107), 혼합조(108), 응집반응조(109), 탈수기(110), 상향류식필터(112) 및 각각의 여과수조와 생물접촉여과조(113), 디스크필터(114), 오존접촉조(115), 활성탕흡착기(116), 방류수조(117) 등 각각의 조(tank)와 단위(unit) 장치를 조합 연결하고; 상기 투입구(101), 협잡물처리기(102), 침사조(103), 원심분리기(104)에서 전처리된 폐수를 연속유입(continuous flow) 또는 단속유입(batch flow)을 선택적으로 구비하고, 액상부식조(106, 107)의 생물반응 공정에서 무산소공정(mixer-on/off)과 호기공정(air-on/off)을 운전 타임 스케줄에 따라 반복 연속적으로 이루어지고, 여기서 미생물에 의한 흡착, 중합, 축합 등의 작용에의한 분자의 거대화와 가용성 유기물의 고형화를 유도하여 BOD제거는 물론 생물학적 질산화, 탈질산화, 탈인(인과잉섭취)을 동시에 수행하는 1주기(1 cycle) 처리 공정과; 상기 액상부식조(106, 107)에서 광범위 항생제 및 소독제의 내성이 우수하고, 각종 오염물질의 제거 성능이 우수한 신균주 Bacillus khr-10-mx(KCTC8533P)와 Cellulomonas khr-15-mx(KCTC 8534P)와 Mixture khr-5-mx(KCTC 0078BP)에 포함한 질산화 미생물, 탈질산화 미생물, 생물 고분자 응집제를 생산하는 미생물 등을 접종 스케줄에 따라 1주간 매일 유입수량 1㎥당 5∼10ppm을, 2주간 매일 유입수량의 1㎥에 2∼5ppm으로 신균주 접종장치(12)에 의해 접종 우점적 활성화 하는 단계와; 상기 신균주가 3.5 ×10⁸/gram 이상으로 흡착 고정된 활성 세라믹 볼을 접촉장치(11)에 수납하여 액상부식조(106, 107)의 저부에 소정의 간격으로 배치하고, 축산폐수 또는 분뇨에 접촉함으로서 상기 활성 세라믹 볼(bio-ceramic ball)에 담지된 미생물의 활성을 증진하는 단계와; 상기 액상부식조(106, 107)에서 상기 신균주 미생물의 우점적 활성화로부터 유기물 산화, 세초질의 형성, 세포질의 산화 메카니즘에 따라 자기산화를 증진시켜 슬러지 생성을 감량화하는 단계로부터 액상부식조(107)의 생물 반응액 일정량을 슬러지 감량장치(14)를 통과하고, 여기서 미세화된 반응액을 유기탄소원(organic carbon source)으로 순환 공급하여 탈질산화와 슬러지 감량화 단계와; 상기 액상부식조(106, 107)의 호기공정과 무산소공정에서 ORP Controller로부터 산화황원전위가 +10mV∼+150mV 내지 -100mV∼-230mV로 공급하는 단계와; 수소이온농도(pH), 산화환원전위(ORP), 용존산소(DO), 온도 등의 검출센서를 포함하는 검출장치(8), 상기 센서들의 검출치에 대응하는 전력펄스 신호를 출력하는 인터페이스 및 마이크로 프로세스 제어 하에 상기 인터페이스로부터 인가되는 전력펄스 신호치에 따라 상기 센서들의 검출치를 각각의 검출치를 각각의 예비설정치로 유지하는 제어장치(9)로부터 각종 단이 장치인 Blower(7), Submerged Mixer(5), ORP Controller(1)와 각종 펌프 등을 자동제어하는 공정과; 상기 액상부식조(106, 107)에서 생물학적 반응을 수행한 반응액을 일정량 응집반응조(109)에서 응집제를 첨가하고 탈수기(110)에서 고액분리하는 공정과; 상기 탈리액을 중화조(111)에서 pH를 중화처리하는 공정과; 고도처리 공정의 상향류식필터(114)에서 부유물을 제거하고, 다시 생물접촉여과조(113)에서 접촉재에 담지된 미생물의 활성으로 오염물질을 제거하고, 다시 디스크필터(114)에서 미세 부유물을 제거하는 공정과; 오존접촉조(115)에서 처리수에 오존(O₃)을 접촉시켜 멸균 및 COD를 제거하고, 활성탄흡착기(116)에서 색도, 냄새 및 중금속 등을 흡착제거하는 축산폐수 또는 분뇨의 고도 처리 방법.
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