KR100433791B1 - 생물학적 탈인공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생물학적 탈인공법에 관한 것으로서, 호소수를 혐기성반응을 통해 인성분 용출시킴과 아울러 발효되도록 하는 단계와; 상기 인성분 용출 및 발효된 호소수를 무산소반응을 통해 상기 호소수중의 질산염을 제거시키는 단계와; 상기 질산염이 제거된 호소수를 혐기성반응을 통해 다중고리인산염을 용출시키는 단계와; 상기 다중고리인산염이 용출된 호소수를 호기성반응을 통해 미생물이 인을 흡수하도록 하는 단계와; 상기 인을 흡수한 미생물중 일부를 상기 수계로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 슬러지 발생을 줄일 수 있으며 인의 제거 효율을 제고시킬 수 있는 생물학적 탈인공법이 제공된다.

Description

생물학적 탈인공법{BIOLOGICAL DEPHOSPHORIZATION METHOD}

본 발명은, 생물학적 탈인공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 슬러지 발생을 줄일 수 있으며 인의 제거 효율을 제고시킬 수 있도록 한 생물학적 탈인공법에 관한 것이다.

호소에 발생하는 조류는 호소수계에 존재하는 인 및 질소 등의 영양염류의 농도에 주로 영향을 받으며, 이들 영양염류중 인은 상대적으로 그 비율이 작으나 조류의 발생에 있어서는 필수적인 요소이다.

호소에 존재하는 인성분은 호소수에 녹아 있거나 호소의 저니층에 금속과 결합된 금속염의 형태로 안정화되어 있다. 이러한 인은 저니층에서 혐기화가 발생되면 용출되어 수계의 인의 농도를 높이게 되고, 인의 농도가 높아지게 될 경우 조류를 급속히 증가시키게 된다.

조류가 발생하여 수화(Water Bloom) 또는 적조가 발생될 경우 악취를 유발시키게 되고 호소의 경관을 저해하게 된다. 이렇게 수화 또는 적조가 발생된 호소수는 식수는 물론 용수로서의 사용이 불가하게 되며, 현재 조류의 발생을 억제하는 방법으로는 화학제를 투여하는 방법 및 여과장치를 사용하는 방법과 이들을 적절히 혼용하는 방법이 이용되고 있다.

그런데, 이러한 방법들은 대량의 화학제를 투입할 뿐만 아니라 미세한 크기의 조류를 호소수로부터 분리하기 위해 응집제 및/또는 보조응집제 등을 투여하도록 되어 있어, 슬러지발생량의 증가 및 슬러지처리비용의 증가 등으로 경제적 부담을 가중시키게 된다고 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 고려하여, 미생물을 이용하여 수중의 질소 및 인을 제거하는 생물학적 탈질/탈인 공법들이 연구 및 고안되고 있다.

그런데, 이러한 종래의 생물학적 탈인공법에 있어서는, 수계중의 질소를 주처리 대상물질로 공정이 형성되어 있어, 질소의 제거를 위한 폭기시 발생된 질산염은 인의 제거를 저해하게 되어 인의 제거 효율이 상대적으로 저하된다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 슬러지 발생을 줄일 수 있으며 인의 제거 효율을 제고시킬 수 있는 생물학적 탈인공법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물학적 탈인공법을 설명하기 위한 도면,

도 2는 도 1의 생물학적 탈인공법의 인제거 공정 흐름도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 혐기성 반응조 20 : 무산소반응조

30 : 호기성반응조 40 : 산소공급장치

50 : 여과장치

상기 목적은, 본 발명에 따라, 호소수를 혐기성반응을 통해 인성분 용출시킴과 아울러 발효되도록 하는 단계와; 상기 인성분 용출 및 발효된 호소수를 무산소반응을 통해 상기 호소수중의 질산염을 제거시키는 단계와; 상기 질산염이 제거된 호소수를 혐기성반응을 통해 다중고리인산염을 용출시키는 단계와; 상기 다중고리인산염이 용출된 호소수를 호기성반응을 통해 미생물이 인을 흡수하도록 하는 단계와; 상기 인을 흡수한 미생물중 일부를 상기 수계로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 탈인공법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 각 반응조는 단일의 연속회분식반응조로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 연속회분식반응조의 내부에 미생물의 밀도를 증가시킬 수 있도록 미생물의 담체를 충진하는 단계를 더 포함하는 것이 효과적이다.

상기 미생물중 일부를 제거하는 단계는, 상기 인을 흡수한 미생물중 일부를 고형물 분리 정수장치로 침강시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또, 상기 미생물중 일부를 제거하는 단계는, 상기 인을 흡수한 미생물중 일부를 여과시키는 단계를 포함하여 구성하는 것이 효과적이다.

상기 미생물중 일부를 제거하는 단계는, 침지형 여과장치의 분리막을 통과시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물학적 탈인공법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 생물학적 탈인공법의 인제거 공정 흐름도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 생물학적 탈인공법은, 혐기성반응을 통해 호소수중의 인성분을 용출시킴과 아울러 상호 호소수를 발효시키는 단계와(S10), 무산소반응을 통해 호소수중의 질산염을 제거하는 단계와(S20), 질산염이 제거된 호소수를 혐기성반응을 통해 다중고리인산염이 용출되도록 하는 단계와(S30), 호기성반응을 통해 호소수중의 인성분을 미생물이 섭취하도록 하는 단계와(S40), 미생물중 일부를 제거하는 단계(S50)를 포함하여 구성되어 있다.

먼저, 호소수중의 일부를 혐기성반응조(10)의 내부로 유입하여 호소수중의 미생물에 축적되어 있던 인성분이 용출됨과 아울러 발효가 이루어질 수 있도록 혐기성반응을 시킨다(S10). 여기서, 혐기성반응 조건하에서는 인성분의 용출이외에 다종의 물질대사공정이 수반되며, 이 물질대사공정중에는 일부의 혐기성 박테리아(Anaerobic Bacteria)에 의해 단고리 카르복시산, 즉, 초산, 프로피온산 등과 알코올류 등의 물질이 형성된다. 이들 물질은 유기성 예비물질, 예를 들면 poly-β-hydroxybutter acid로써 저장되며 호기성 조건하에서 미생물의 성장과 인성분의 섭취를 돕게 된다. 박테리아는 초기의 혐기성 상태에서는 다중고리 인산염을 저장하며, 혐기성 상태가 지속되면 저장된 다중고리 인산염을 에너지원으로 사용하게 된다. 이 때, 에너지원으로 사용된 인산염은 세포로부터 배출된다.

혐기성 미생물로는 아시노박터(Acinobactor), 모락셀라 박테리아(Moraxella Bacteria), 미마 박테리아(Mima Bacteria) 및 그람 포지티브속의 단세포 또는 필라멘트형의 박테리아가 활용된다.

한편, 혐기성 조건하에서 호소수중에 질산염(NO₃ ^-)이 존재하게 되면 인성분의 용출작용이 저해된다. 따라서, 혐기성반응조(10)를 통과한 호소수를 무산소반응조(20)로 유입되도록 하고 무산소반응을 통해 수중의 질산염이 탈질화공정을 거쳐 제거되도록 한다(S20).

질산염이 제거된 호소수는 혐기성반응조(10)로 반송시켜 혐기성반응을 통해 수중의 다중고리인산염(Polyphosphate)이 집중적으로 용출되도록 한다(S30). 혐기성반응을 통해 다중고리 인산염이 집중적으로 용출된 호소수는 외부로부터 공기 또는 순산소의 공급이 가능하도록 산소공급장치(40)를 구비한 호기성반응조(30)로 반송되도록 하고, 호기성반응조(30)의 내부에서 호기성반응을 통해 미생물이 수중의 인성분을 섭취하도록 한다. 혐기성반응하에서 생성된 단고리 카르복시산, 즉, 초산, 프로피온산 등과 알코올류 등의 물질은 미생물의 인성분의 섭취 및 생장을 돕게 됨으로써 인산염의 용출량과 생분해성 단고리 카르복시산의 저장량이 많을수록 인산염의 섭취량이 증대하게 된다.

인성분의 섭취를 통해 증식된 미생물을 잉여슬러지로 제거하여 수계로부터 인성분이 제거되도록 한다(S50). 여기서, 수계로부터 제거되는 인성분의 양은 용출된 인산염의 양과 미생물이 섭취하는 인성분의 양의 차가된다.

잉여슬러지를 제거함에 있어서는, 호기성반응조(30)의 후속공정으로 침전장치 또는 여과장치(50)를 구비하도록 하고, 침전장치 또는 여과장치(50)를 통해 침전 또는 여과된 처리수를 방출하도록 한다. 이 때, 여과장치(50)는 내부에 여과매질이 충전된 별도의 여과조를 사용할 수 있으며, 여과매질은 모래, 세라믹, 자갈 등의 무기질 천연재와 대나무, 참나무, 숯 등의 유기질 천연재 및 합성수지류 등을 이용할 수 있다.

또, 단일반응조의 내부에서 포기, 침전, 배출이 이루어지는 생물반응조 또는 연속회분식반응조(Sequencing Batch Reactor;SBR)로 구성되는 경우, 반응조의 내부에 미생물 담체를 충진하여 미생물의 밀도를 증폭시켜 충격부하에 대응하도록 한다. 여기서, 반응조의 내부에 통상의 중공사막형 한외여과(UF) 멤브레인 또는 판형 멤브레인 등의 침지형 막을 투입하여 운용할 수도 있으며, 반응조의 내부에 데칸터(Decanter)를 설치하여 상등액 또는 상징수를 처리수로 방출하도록 구성할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 호소수를 혐기성반응을 통해 인산염이 용출됨과 아울러 발효되도록 하는 단계와, 무산소반응을 통해 질산염을 제거하는 단계와, 탈질된 호소수를 혐기성반응을 통해 다중고리인산염을 용출시키는 단계와, 호기성반응을 통해 미생물이 인을 섭취하도록 하는 단계를 포함하도록 함으로써, 인의 제거효율을 제고시킬 수 있으며 슬러지의 발생을 줄일 수 있는 생물학적 탈인공법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 인을 제거하는 박테리아는 혐기성 조건에서 산소가 없을 경우 어떤 기질도 섭취하지 않는 절대 호기성 박테리아(Obligate Anaerobic Bacteria)와의 경쟁에서 생존환경의 변화에 대한 적응력이 강하다고 하는 이점이 있을 뿐만 아니라, 다중고리 인산염을 저장하는 모든 박테리아는 혐기성 조건하에서 저장했던 단고리 카르복시산 등을 호기성 조건하에서 생장 및 에너지원으로 이용하기 때문에 다른 종속영양 박테리아와 경쟁하지 않으므로 인의 제거효율을 높일 수 있으며 슬러지의 발생을 줄일 수 있는 생물학적 탈인공법이 제공된다.

Claims (6)

1. 호소수를 혐기성반응을 통해 인성분 용출시킴과 아울러 발효되도록 하는 단계와; 상기 인성분 용출 및 발효된 호소수를 무산소반응을 통해 상기 호소수중의 질산염을 제거시키는 단계와; 상기 질산염이 제거된 호소수를 혐기성반응을 통해 다중고리인산염을 용출시키는 단계와; 상기 다중고리인산염이 용출된 호소수를 호기성반응을 통해 미생물이 인을 흡수하도록 하는 단계와; 상기 인을 흡수한 미생물중 일부를 상기 수계로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 탈인공법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 각 반응조는 단일의 연속회분식반응조로 구성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 탈인공법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 연속회분식반응조의 내부에 미생물의 밀도를 증가시킬 수 있도록 미생물의 담체를 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 탈인공법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 미생물중 일부를 제거하는 단계는, 상기 인을 흡수한 미생물중 일부를고형물 분리 정수장치로 침강시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 탈인공법.
5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 미생물중 일부를 제거하는 단계는, 상기 인을 흡수한 미생물중 일부를 여과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 탈인공법.
6. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 미생물중 일부를 제거하는 단계는, 침지형 여과장치의 분리막을 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 탈인공법.