KR100465039B1

KR100465039B1 - 유기성폐수의 처리방법

Info

Publication number: KR100465039B1
Application number: KR10-2004-0016678A
Authority: KR
Inventors: 서희동; 서영준
Original assignee: 서희동
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-01-13
Also published as: KR20040027835A

Abstract

본 발명은 생활오수, 하수와 같은 유기성폐수를 활성부식물질, 활성미네랄성분을 다량 함유한 유문암(流紋巖)질이나 대사이드(Dacite)질의 부석(Pumice)을 이용 유기물질을 물에 불용성이면서 비휘발성의 안정된 부식물질로 전환하는 부식화 미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 배양하여 폐수 중 오염유기물질을 부식화반응에 의한 생물학적처리를 한 다음에 산화처리를 하여 유기성폐수를 고도 처리하는 공정으로 전처리공정의 조목스크린(1), 침사지(2), 탈수기(6) 또는 진동세목스크린(7)에 의해서 폐수 중 고형물질을 1차 전처리를 하고. 생물학적처리에서 활성부식물질 펠렛트(Pellet)와 유문암질이나 대사이드(Dacite)질의 부석이 충전된 생물반응기(16)가 내장된 배양조(15)에서 유기물을 거대 고분자 물질인 부식물질로 부식화(Humification)하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 배양하여 폭기조(10)로 보내어 전체시스템(System)이 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생하는 미생물이 생육할 수 있는 최적의 환경분위기로 전환하여 폐수중 유기물을 물에 불용성이면서 비휘발성의 부식전구물질(腐植前驅物質)로 전환하여 침전조(12)로 보내어 고액분리를 함으로서 폐수 중 유기오염물질을 제거하고 난 다음에 산화조(20)로 보내어 미 제거된 유기물질을 산화 제거하고 난 후에 방류하는 유기성폐수를 고도 처리하는 공정이다.

특이한 사항은 폐수 중 유기오염물질을 부식화반응에 의한 처리는 고도처리가 되면서 운전이용과 시설비가 저렴하면서 악취발생이 저감되는 장점이 있기 때문에 파급효과가 매우 클 것으로 기대된다.

Description

유기성폐수의 처리방법{Treatment method for organic wastewater}

본 발명은 생활오수, 하수와 같은 유기성폐수를 부식물질 중에서 자체의 산화기능을 가지고 있으면서 산화 탈취의 촉매기능, 동·식물(미생물포함)에 미네랄(Minerals)공급기능, 유기물질을 물에 불용성이면서 비휘발성의 안정된 거대고분자물질인 부식물질로 전화하는 부식화반응을 촉진하는 촉매기능 등을 가진 킬레이트(Chelate)성 과산화풀브산(Peroxyfulvic acid)의 미네랄착염형태의 활성부식물질(Activated humic substances)과 활성미네랄 성분이 다량 함유된 유문암(流紋巖)질이나 대사이드(Dacite)질의 부석(Pumice)과 산화조(22)의 산화수를 배양조(15)와 집수조(8)에 공급하여 산화환원전위(ORP) 값을 +250∼+350mV로 조정하여 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 보다 활성화 되게 배양한 미생물을 폭기조(10)에 공급하므로서 폐수 중 유기오염물질을 부식화반응에 의해서 물에 불용성이면서 비휘발성의 부식전구물질로 전환하여 침전조(12)에서 침전 제거한 다음에 산화처리에 의해서 탈색처리 및 미 제거된 유기오염물질을 고도 처리하는 것에 관한 것이다.

바실러스종(Bacillus Sp.) 혼합균을 이용하여 폐수처리 방법으로서 일본공개 특허 공보2001-321798호, 2000-159589호, 평(平)10-258293호, 평(平)9-169586호가 있으나 미생물에 의한 폐수 중 유기오염물질의 처리 메커니즘(Mechanism)과 미생물의 생리적 특성을 정확하게 파악하여 적용한 처리 공정이 아니기 때문에 경제적이면서 효율적으로 안전한 처리를 기대하기 어려운 문제점이 있다.그리고 축산폐수와 같은 고농도유기성폐수를 부식화반응에 의한 생물학적처리방법인 한국공개특허공보 공개번호제 2001-0088932호의 처리공정으로 처리를 하였을 때 처리수는 갈색을 띠면서 약한 냄새가 나는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 생활오수, 하수와 같은 유기성폐수 중 유기오염물질을 생물학적부식화반응에 의해서 부식물질을 생성하는 토양의 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 이용하여 BOD, COD, T-N, T-P 등을 경제적이면서 효율적으로 고도 처리하는 것이다.

도 1은 전처리공정도

도 2는 부식화반응에 의한 생물학처리공정도

도 3은 산화처리공정도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 조목스크린(Screen) 2: 침사지

3: 침사지스크랩퍼(Scraper) 4: 저류조

5: 저류조폐수이송펌프(Pump) 6: 탈수기

7: 진동세목스크린 8: 집수조

9: 집수조폐수이송펌프 10: 폭기조

11 : 접촉제 12: 침전조

13: 침전조스크랩퍼(Scraper) 14: 침전오니반송펌프

15 : 배양조 16: 생물반응기

17: 활성부식물질 펠렛트(Pellet) 18: 부석(Pumice)

19: 송풍기(Air blower) 20: 산화조

21: 산화조 교반기 22: 산화수 이송펌프

23: 최종처리수조

본 발명에서는 생활오수, 하수와 같은 유기성폐수를 경제적이면서 효율적으로 고도처리를 하기 위해서는 토양의 유기물질을 안정된 부식물질로 전환하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물의 생육환경조건이 최적이 되면서 부식화반응이 활발히 일어날 수 있는 최적의 환경조건을 조성하여 활성화되게 배양된 이들의 미생물에 의해서 폐수 중 유기오염물질은 물론이고, 질소, 인, 악취유발물질 등을 물에 불용성이면서 비휘발성의 부식전구물질로 전환하여 침전 제거한 후에 산화처리에 의해서 탈색 및 미 제거된 오염물질을 고도처리를 하는 공정으로 우선 유기물질을 안정적이면서 효율적으로 부식물질을 생성하는 부식화반응 메커니쥼(Mechanisms)과 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물의 종류와 특성을 보면 다음과 같다.

토양에 유기물질이 투입되면 소랑셀루로섬(Sorangium cellulosum), 악티노마이세스 그로비오포러스 로시어스(Actinomyces globioporus roseus)와 같은 방선균, 아스퍼길러스 니거(Aspergillus niger), 페니실륨종(Penicillium sp.)과 같은 곰팡이류, 세파로스포륨 고르도니(Cephalosporium gordoni), 바실루스 마이코이데스(Bacillus mycoides), 바실루스 루테어스(Bacillus luteus)와 같은 미생물은 녹말, 당류, 단순 단백질과 같이 분해가 용이한 유기물질을 섭취하여 CO₂, H₂O와 같은 간단한 무기물로 분해하면서 대사산물로 폴리페놀(Polyphenol)성 화합물을 배설한다.

그리고, 폴리페놀성화합물은 공기 중에서 산소와 부식물질 중에 함유된 산화효소(Polyphenoloxidase)의 촉매작용에 의해서 퀴논(Quinone)화합물로 산화되면서 과산화수소(H₂O₂)를 생성한다.

과산화수소(H₂O₂)는 토양 중에 존재하는 제일철염(FeSO₄)과 같은 금속염과 반응하여 푸리 하이드록실기(Free Hydroxyl Radical ; OH · )를 생성한다.

H₂O₂+ Fe²⁺--------→Fe³⁺+ OH^-+ OH ·‥‥‥‥‥③

푸리 하이드록실기는 부식화반응 중간에 생성되는 풀브산(Fulvic acid)과 같은 유기산(Organic acid)과 반응하여 과산화물질을 생성한 다음에 산화효소를 생성한다.

유기산 + OH·--------→과산화물질 ‥‥‥‥‥‥④

과산화물질 + 효소 --------→산화효소 ‥‥‥‥‥⑤

산화효소는 폴리페놀화합물을 공기 중에서 퀴논화합물로 산화하는데 촉매적인 역할을 한다.

퀴논화합물은 미생물에 의해서 분해가 어려운 셀루로스(Cellulose), 타닌Tannin), 리그닌(Lignin) 등과 중 · 축합반응을 하여 물에 불용성이면서 비휘발성의 안정된 거대 고분자물질인 부식물을 생성한다.

퀴논화합물 + 셀루로스,타닌,리그닌 -→부식전구물질 -→부식물질 .......⑥

악취발생물질인 암모니아(NH₃), 유화수소(H₂S), 메르캅탄(Mercaptan), 휘발성 아민과 같은 물질은 부식물질에 부동화(Immobilization)되므로서 악취발생이 저감하게 된다.

또한, 부식전구물질은 킬레이트(Chelate)성 물질로서 토양 중의 미네랄성분과 반응하여 부식질미네랄착화합물을 생성하며, 이 부식질미네랄착화합물은 동 ·식물에 미네랄 공급이 용이하게 하는 기능을 가지고 있다.

특이한 사항은 부식화반응에 의한 폐수처리의 경우에는 질소화합물이 폴리펩타이드(Polypeptide), 아미노산의 형태로 부식물질에 부동화되어 잉여오니로 제거되므로서 호기성, 혐기성의 조작이 없이도 질소화합물이 고도로 처리될 수 있다.

그리고, 부식화미생물과 상호공생관계에 있는 미생물 중에는 생물인광석(Bio-phosphate)이라고도 하는 악시네토박터속(Acinetobacter sp.) 등이우점적으로 생육하기 때문에 폐수중 인 성분은 거의 완벽하게 제거된다.

부식화반응에 의한 폐수 중 유기오염물질의 처리효율을 향상하기 위해서는 다음과 같은 환경조건을 조성해 주어야 한다.

1) 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물은 세포막이나 세포핵 등에 미네랄 함량이 높기 때문에 미네랄 공급이 충분하여야만 활발한 대사활동을 하므로 시스템(System)내에 충분한 미네랄을 공급해야 한다.

2) 활발한 부식화반응에 의해서 부식물질이 생성되기 위해서는 산화효소의 공급이 원활하여야 하며, 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물의 대사활동이 활발하여야 한다.

이들 미생물은 산화환원전위(ORP)값이 +250∼+350mV인 산화적 분위기에서 활발한 대사활동을 하면서 부식화반응이 촉진되기 때문에 산화효소의 공급과 적절한 호기성 분위기가 되어야 한다.

3) 적정 PH의 조건은 6전후의 약산성에서 부식화미생물의 생육이 활발하므로 pH는 5.5∼6.5 정도로 유지하는 것이 좋다.

4) 온도는 중온성미생물로 25∼35℃에서 부식화미생물의 생육이 활발하나 저온이나 고온에 대한 내성은 일반활성오니에서 활동하는 미생물에 비해서 내성이 강하다.

이상과 같은 조건을 감안하여 본 발명에서는 폐수 중 유기오염물질을 생물학적 부식화반응에 의해서 경제적이면서 효율적으로 고도처리를 할 수 있는 처리공정을 개발하였는데, 도면을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

고농도유기성폐수의 경우에는 유입폐수 중 대형고형물은 조목스크린(1)에서 제거하고, 모래와 같이 비중이 무거운 이물질은 침사지(2)에서 침전되면 침사지 스크랩퍼(3)에 의해서 제거한 다음에 저류조(4)로 보낸다.

폐수 중의 SS(Suspended solid)분은 진동세목스크린(7)이나 탈수기(6)에 의해서 제거한 다음에 여액은 집수조(8)로 보낸다.

집수조(8)의 폐수는 폭기조(10)로 보내고, 폭기조(10)에는 침전조(12)의 반송오니와 배양조(15)에서 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생관계에 있는 미생물을 배양한 미생물을 공급받아 폐수 중 유기오염물질, 질소화합물, 인화합물 등을 생물학적 부식화반응에 의해서 물에 불용성이면서 비휘발성인 부식물질의 전단계의 부식전구물질(腐植前驅物質)로 전환한다.

한국공개특허공보 공개번호제 2001-0088932호와 같이 부식화반응에 의한 생물학적처리 만으로는 축산폐수와 같은 고농도유기성폐수를 처리하였을 때 처리수는 갈색을 띠면서 약한 냄새가 나는 문제점이 있기 때문에 본 발명에서는 폭기조(10)에서 폐수 중 유기오염물질이 생물학적 부식화반응에 의해서 물에 불용성인 부식전구물질로 전환되면 침전조(12)로 보내어 고형물상태로 존재하는 부식전구물질과 미생물을 침전 분리한 후에 상등액은 산화조(20)로 보내어 산화처리를 하여 탈색 및 탈취처리를 한 다음에 최종처리수조(23)로 보내어 방류하며, 침전된 오니(부식전구물질과 미생물)는 조목스크린(1), 집수조(8)와 폭기조(10)로 반송하면서 일부는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물의 배양용으로 배양조(15)로 보내어 활성화된 미생물 배양액은 폭기조(10)로 보낸다.

배양조(15)에서는 활성화된 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물을 배양하기 위해서는 킬레이트(Chelate)성 미네랄착염의 형태인 과산화풀브산미네랄착염, 산화효소, 미생물의 생리적활성물질, 성장촉진물질, 병원성미생물과 부패 및 변패성미생물 등의 생육을 억제하는 항생물질 등을 다량 함유한 활성부식물질의 펠렛트(17)와 활성화미네랄 성분이 다량 함유한 유문암(流紋巖)질이나 대사이드(Dacite)질의 부석(18)이 충전된 생물반응기(16) 하부에 공기를 공급하면 배양조(15)내의 배양액과 공기는 에어리프팅(Air-lifting) 되면서 생물반응기(16)내부에 충전된 활성부식물질 펠렛트(17)층과 부석(18)층을 통과하면서 미네랄, 산화효소, 생리적활성물질, 기타 활성효소 등을 공급받아 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물의 활발한 대사활동을 하는 활성화된 미생물이 배양된다.

그리고, 부식화미생물이 활발한 대사활동을 하면서 부식화반응을 촉진하기 위해서는 산화환원전위(ORP)값이 +250∼+350mV 되어야 하기 때문에 공기를 폭기 하였을 때 산화환원전위(ORP)값이 +250mV 이하인 경우에는 산화조(22)의 산화수를 집수조(8), 배양조(15)로 반송하여 산화환원전위(ORP)값을 +250∼+350mV로 조정한다.

이상에서와 같이 배양조(15)에서 배양된 배양액은 폭기조(10)로 보내어 전체 시스템(System)이 유기물질을 부식물질로 전환하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물이 생육하는 환경분위기로 만들어 폐수 중 유기오염물질, 질소, 인화합물을 생물학적 부식화반응에 의해서 물에 불용성인 부식전구물질로 전환하여 이를 침전조(12)로 보내어 고액 분리하여 처리된 폐수는 산화조(20)로 보낸다.

폭기조(10)에는 처리효율을 향상하기 위해서 접촉제(담체;11)를 설치한다.

산화조(20)에서는 산화제(H₂O₂, NaClO등)와 제일철염(FeSO₄등)을 주입하여 미제거된 유기물질과 색소를 제거한 다음에 최종처리수조(23)로 보내어 방류한다.

이때, 집수조(8)와 배양조(15)의 산화환원전위(ORP)값의 조정은 산화조(20)의 산화수를 주입하여 부식화반응이 원활하게 일어날 수 있도록 산화환원전위(ORP) 값을 +250∼+350mV로 조정한다.

침전조(12)의 잉여오니는 농축조로 보내어 농축한 다음에 탈수기시스템으로 보내어 탈수 처리한다.

전술한 기술내용으로부터 자명하듯이 본 발명에서는 생활오수, 하수와 같은 유기성폐수를 부식화반응에 의한 생물학처리 및 산화처리를 하면 악취발생이 저감되면서 경제적으로 고도처리를 할 수 있기 때문에 하· 폐수처리에 널리 보급될 것으로 기대된다.

Claims

유기성폐수를 1차 고형물질을 제거한 다음에 2차 폭기조(10)로 보내어 배양조(15)에서 배양된 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물에 의해서 폐수 중 유기오염물질을 생물학적부식화반응에 의해서 물에 불용성인 부식전구물질로 전환한 다음에 침전조(12)로 보내어 침전된 오니는 조목스크린(1), 집수조(8), 폭기조(10)로 반송하면서 일부는 활성부식물질 펠렛트(17)와 부석(18)을 충전한 생물반응기(16)가 내장된 배양조(15)로 보내어 활성된 미생물을 배양한 배양액은 폭기조(10)로 보내면서 잉여오니는 농축조로 보내어 농축 후 탈수기시스템으로 보내어 탈수처리하며, 오니가 침전제거된 침전조(12)의 상등수는 산화조(20)로 보내어 산화제(H₂O₂, NaClO)와 제일철염(FeSO₄)을 공급하여 미 제거된 유기물질 및 색소를 제거하면서 멸균처리를 하여 최종처리수조(23)로 보내어 방류하면서 산화조(20)의 산화수 일부는 부식화반응에 의한 생물학처리공정의 처리효율을 향상하기 위해서 배양조(15) 및 집수조(8)에 공급하여 산화환원전위(ORP)값을 +250∼+350mV 범위로 조정하여 처리효율을 향상하도록 한 공정에 의해서 유기성폐수를 처리하는 방법.