KR100472619B1

KR100472619B1 - 고효율 미생물제제를 이용한 유류오염 토양복원용유니트형 반응조

Info

Publication number: KR100472619B1
Application number: KR10-2003-0005114A
Authority: KR
Inventors: 김종오; 이우범; 박종천; 이원준
Original assignee: 이우범; 박종천; 이원준; 김종오
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2005-03-10
Also published as: KR20040068638A

Abstract

본 발명은 유류오염 토양복원용 반응조에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고효율 미생물제제를 이용한 유류오염 토양복원용 유니트형 반응조에 관한 것이다.

본 발명의 고효율 미생물제제를 이용한 유류오염 토양복원용 유니트형 반응조는 반응조 몸체와 반응조 주변에 따른 주변장치 및 미생물 제제로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명은 유류에 의해 오염된 토양 복원에 미생물 복합 제제를 이용한 생물복원 공법을 적용할 경우 그동안 어려움이 있었던 것을 유니트형 반응조를 개발하므로써 주민 불편해소, 고효율 미생물 제제를 통한 단기간 토양복원, 유니트형으로서 이동과 운전이 편리한 효과가 있다.

Description

고효율 미생물제제를 이용한 유류오염 토양복원용 유니트형 반응조{A Unit type reactor for the remediation of oil-contaminated soil using high efficiency microbial inocula}

오염 토양을 정화하기 위한 종래의 기술로는 경작법(Land Farming), 바이오벤팅법(Bioventing), SVE법(Soil Vapor Extraction) 등이 있는데, 경작법은 오염 토양을 파내어 넓은 부지에 펼쳐 놓고 수분과 영양분을 주입하고 토양을 주기적으로 섞어 생물학적 분해를 촉진함으로써 오염물을 제거하는 방법이며, 바이오벤팅법은 오염된 부지내에 공기와 영양분을 주입하여 토양중 호기성 미생물의 활동을 촉진하여 오염물을 분해하는 방법을 말한다. 그리고 SVE법은 오염물의 휘발성을 이용하는 것으로 오염 토양내에 배관을 설치한 후 강제 진공흡입으로 오염물을 뽑아내는 방법이다.

그러나, 상기한 종래의 방법들은 각각 여러 가지 문제점을 가지고 있는 바, 먼저 경작법은 넓은 부지가 소요되고 오염물질이 휘발성인 경우 대기오염을 발생시키는 문제점이 있고, 바이오벤팅법과 SVE법은 최적 조건을 위한 운전제어가 용이하지 않아 토양의 조건에 따라 운전의 불안정이 발생하고 처리효율이 낮아 장기간 운전하여야 하는 단점이 있다. 따라서, 현재 유류 및 휘발성 유기 화합물로 오염된 토양의 대부분은 폐기물로 분류되어 고가의 매립방법에 의해 처리되고 있는 실정이다.

또한 지금까지의 오염토양 적층(Soil pile)을 이용한 복원기술의 평가는 특별한 시설이나 설치 없이 오염토양을 현장에 쌓아두고 자연적으로 감소하는 것에 중점을 두었다. 이러한 경우 배출되는 침출수 관리의 어려움이 있어 2차 환경 오염을 발생시킬 수 있으며 단순하게 제작되어 심미적으로 인근 주민이나 관리인에게 불쾌감을 줄 수 있다.

토양내 적절한 함수비 유지와 미생물 개체수 서식은 토양 복원에 중요한 인자이나 단순한 적층을 적용 할 경우 쉽지가 않다. 단순 오염토양 적층(Soil pile)은 6개월 이상 장기간 관리되어 부지사용 능력을 감소시키고 재처리된 토양의 재활용 측면에서도 느린 순환과정이 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미생물을 이용한 유류 오염 토양의 복원기술을 개발하는데 있어 오염물질에 대해 어느 정도의 분해효율을 갖는가를 평가할 때 효과적으로 사용할 수 있는 반응조 개발로서 기존의 실험방법이 갖는 불확실성과 실험상 불편함을 해소하고자 하였고, 이동과 운전이 편리한 점을 특징으로 하는 고효율 미생물 제제를 통한 단기간 토양복원 유니트형 반응조를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 소정의 형상을 가지는 반응조 몸체(100); 수분과 영양소를 저장하는 장소인 물/영양소 공급 탱크(210); 상기 수분과 영양소를 상기 반응조 몸체(100)에 공급하여 주는 공급 펌프(220); 상기 반응조 몸체(100)의 상부에 마련되며 미생물 성장을 위한 수분 및 영양소를 상기 공급 펌프(220)로부터 받아 상기 반응조 몸체(100) 내부에 뿌려주는 스프링클러(110); 상기 반응조 몸체(100)의 내부에 마련되며 상기 반응조 내의 온도 측정을 위한 온도 센서(120); 상기 반응조 몸체(100)의 하부에 마련되며 배수의 막힘 현상을 방지하기 위하여 소정의 두께로 깔린 소정 크기의 자갈(130); 상기 자갈(130)의 상부에 마련되며 배수의 막힘 현상을 방지하기 위한 스크린(140); 상기 스크린(140) 상부에 마련되며 기계적 결함을 일으키는 돌과 다른 폐기물은 제거된 오염 토양(150); 상기 자갈 하부에 마련되며 공기 압축기에서 나오는 공기를 공급하여주고 배출되는 침출수를 침출수 저장탱크로 보내주는 관(160); Pseudomonas, Aeromonas, Bacillus, Acinetobacter 및 Enterobacteriaceae 속 중 어느 하나 이상으로 이루어져 상기 오염 토양에 투입되는 미생물제제; 상기 미생물제제의 성장과 여러 가지 유류 성분의 생분해를 위하여 상기 관(160)에 공기를 공급하게 하는 공기 압축기(230); 상기 관(160)으로부터 배출되는 침출수를 저장하는 침출수 탱크(240); 상기 관(240)의 소정 부위에 마련되며 상기 반응조 몸체(100)의 침출수 배출을 위하여 주기적으로 작동하며 공기가 공급되지 않는 동안 침출수가 배수되게 하는 솔레노이드 밸브(250); 및 상기 반응조 몸체(100)의 일측면에 설치되며, 소정 갯수의 타이머로 구성되어 상기 스프링클러(110)의 살수 및 상기 공기압축기(230)의 공기 공급 시간을 조절하는 콘트롤러(170)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 미생물제제를 이용한 유류오염 토양복원용 유니트형 반응조에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

본 발명은 유니트형 반응조 설계, 미생물제제 및 반응조 운전으로 구성되었다. 토양중의 초기 TPH(Total Petroleum Hydrocarbon) 농도는 5,855mg/kg으로 조절하였으며 127일 동안 미생물 성장을 위한 적절한 함수비 25-30%을 유지하기 위하여 스프링클러에서 물을 분무하였다.

도 1에 제시한 바와 같이 유니트형 반응조는 크게 반응조 몸체와 반응조 주변장치로 구성되어 있다.

반응조 몸체(100)는 콘트롤러(170), 스프링클러(110), 온도센서(120), 오염토양(150), 스크린(140), 자갈(130) 및 미생물 제제로 구성되어 있으며, 반응조 주변장치는 물/영양소 공급 탱크(210), 공급펌프(220), 솔레노이드 밸브(250), 침출수 저장탱크(240), 공기압축기(230)로 구성되어 있다.

상기 반응조 몸체(100)는 소정의 형상을 가지며, 바람직하게는 스틸 재질의 5mm의 두께, 100cm의 높이, 300cm의 길이, 150cm의 넓이를 가지는 직육면체의 형상을 가진다.

상기 반응조 몸체(100)의 일측면에 콘트롤러(170)가 설치되어 있다. 상기 콘트롤러는 타이머를 포함하고 있으며, 바람직하게는 두개의 타이머로 구성되어 상기 스프링클러(110)의 살수 및 상기 공기압축기(230)의 공기 공급 시간을 조절한다.

상기 물/영양소 공급 탱크(210)는 수분과 영양소를 저장하는 장소이다. 수분과 영양소는 상기 공급 펌프(220)를 통하여 상기 스프링클러(110)에 의해 반응조 내에 공급된다.

상기 스프링쿨러(110)는 미생물 성장을 위한 수분 및 영양소 공급을 위해 바람직하게는 시간당 10분씩 가동된다.

토양의 적절한 함수비 유지를 위해 상기 콘트롤러(170)의 타이머에서 상기 스프링클러(110)의 가동시간을 조절하여 매일 일정량을 상기 반응조(100)의 상부에서 물을 살포하되, 바람직하게는 골고루 살포한다.

상기 반응조 몸체(100) 내에는 반응장치 내의 온도 측정을 위하여 온도 센서(120)가 설치된다. 상기 온도 센서(120)에서 측정된 온도를 이용하여 반응조의 온도를 적정하게 유지한다.

상기 반응조 몸체(100) 하부에는 배수의 막힘 현상을 방지하기 위하여 소정 크기의 자갈(130)을 소정 두께 투입하되, 바람직하게는 1~3㎝ 크기의 자갈을 투입하며, 상기 자갈(130)의 상부에 배수의 막힘 현상을 방지하기 위하여 스크린(140)을 설치 한다.

상기 스크린(140) 상부에 기계적 결함을 일으키는 돌과 다른 폐기물은 제거하고 오염 토양(150)을 채워 넣는다.

또한 상기 자갈(130) 하부에는 공기 압축기(230)에서 나오는 공기를 불어넣어주고 배출되는 침출수를 침출수 저장탱크(240)로 보내주는 관(160)이 형성 되어 있다.

미생물 성장과 여러 가지 유류 성분의 생분해를 위하여 공기 압축기(230)를 이용하여 반응조 하층에 설치된 관(160)을 통하여 모든 층 내에 균등하게 공기를 공급한다.

공기가 공급되지 않는 동안 상기 관(160)에 연결되어 설치된 솔레노이드 밸브(250)를 통해 침출수가 배수되어 침출수 저장 탱크(240)로 저장된다.

상기 솔레노이드 밸브(250)는 상기 반응조(100)의 침출수 배출을 위하여 주기적으로 작동하며, 공기가 공급되지 않는 동안 상기 밸브(250)를 통해 침출수가 배수된다.

미생물 제제의 준비는 유류 분해 미생물의 분리를 위하여 토양, 하천수 및 활성 슬러지로부터 농화배양기법을 사용하여 유류 형태에 따른 분해 균종을 확보하여 LB(Luria & Bertani) 또는 TSA(Trypic Soy Agar) 액체배지에서 진탕 배양한다.

농화배양을 위한 배지는 Glucose-MM2 최소배지에 유일한 탄소원으로 10% 원유와 2% n-hexadecane을 첨가한 액체배지를 각각 사용하여 7∼14일 동안 배양한다. 75개의 균종에서 먼저 분리된 52종을 다시 원유, 벙커 유, 디젤 등과 첨가된 MM2 최소배지 5ml에 0.1ml 씩 접종하여 각 유류에 대한 분해 여부를 확인한다.

순수분리된 균주를 YEPD(yeast extract peptone dextrose), TSA, 그리고 MacCongkey 고체배지에 배양한 후 군체의 형태학적 특성을 파악하고 Gram 염색을 수행하고, 생리·생화학적 특성은 Bergey's Mannual of Systematic Bacteriology와 API kit 등을 이용하여 동정한 결과 Pseudomonas, Aeromonas, Bacillus, Acinetobacter, Enterobacteriaceae속 등으로 동정된다.

반응조에 투입한 미생물 제제는 순수 동정된 균종을 분말형태로 만든 것이다.

토양 특성 및 시료채취에 있어서, 토양은 균등계수가 15, 곡률계수가 1.02 로 양입도 분포를 나타내며 자갈질이 12%, 굵은 모래질이 62%, 가는 모래질이 19%, 실트 및 점토질이 7% 함유되어 있다. 공극율은 44% 이며, 토양입자 비중은 2.641 이며 건조밀도는 1.251 g/cm3로 조사되었다.

화학적·미생물학적 분석을 위해 매월 반응조에 채워진 토양을 토양 채취기 (2.5cm ID)를 이용하여 시료를 채취한다.

첫 번째 시료는 깊이 30cm에서 2개의 임의적인 위치로부터 샘플링하여 각 반응조로부터 채취한다. 시료는 체(8mm)로 걸러졌고, 곧바로 분석되거나 최대 7일 동안 4℃에서 유리 용기에 담아져 저장된다. 토양 시료 채취양은 약 50g 정도이며 채취 한 후 깨끗한 유리용기에 보관 후 즉시 전처리를 한다.

실시 예 1

Unit형 반응조에 4.5㎥ 의 토양을 채운 후 미생물 제제없이 실온에서 유지하여 시간에 따라 TPH의 분해율을 확인한다.

실시 예 2

Unit에 4.5㎥의 토양을 채운 후 미생물 제제가 3종 (Acinetobacter junii/jonsonii A-1, Acinetobacter baumanii/calcoaceticus N-1, Pseudomonas aerognosa NW-6)으로 혼합된 분말 5Kg을 첨가하여 실온에서 유지하여 시간에 따라 TPH의 분해율을 확인한다.

실시 예 3

Unit에 4.5㎥의 토양을 채운 후 미생물 제제가 4종(Acinetobacter junii/jonsonii A-1, Acinetobacter baumanii/calcoaceticus N-1, Pseudomonas aerognosa NW-6, Acinetobacter lwoffii NB-7)으로 혼합된 분말 5Kg을 첨가하여 실온에서 유지하여 시간에 따라 TPH의 분해율을 확인한다.

상기 실시 예 1 내지 실시 예 3의 TPH의 농도를 도 2에 나타내었다.

시험결과 본 발명에 의해 처리된 TPH 처리효율은 127일 후 미생물 제제 4종이 투입된 경우 73%에서 98%로 증가하였고 시간도 기존연구에 비해 단축시킬 수 있었다. 이는 본 발명에 의해 개발된 Unit형 반응조가 유류오염 정화에 우수한 효율로 처리할 수 있음을 의미한다.

따라서, 본 발명의 고효율 미생물제제를 이용한 유류오염 토양복원용 유니트형 반응조는 유류에 의해 오염된 토양 복원에 미생물 복합 제제를 이용한 생물복원 공법을 적용할 경우 그동안 어려움이 있었던 것을 유니트형 반응조를 개발하므로써 심미적으로 주민 불편해소, 고효율 미생물 제제를 통한 단기간 토양복원, 유니트형으로서 이동과 운전이 편리한 효과가 있다.

또한 이동과 운전이 상대적으로 쉽고 단기간에 토양을 복원시킬 수 있어 활용 부지의 증대와 재처리된 토양 재활용 측면에서도 국가 경제에 도움을 줄 수 있는 유용한 발명이다.

도 1는 본 발명에 따른 유니트형 반응조.

도 2은 본 발명에 따른 실시 예의 결과.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 유니트형 반응조 110 : 스프링클러

120 : 온도센서 130 : 자갈

140 : 스크린 150 : 오염토양

160 : 관 170 : 콘트롤러

210 : 물/영양소 공급탱크 220 : 공급펌프

230 : 공기압축기 240 : 침출수 저장탱크

250 : 솔레노이드밸브

Claims

유류오염 토양복원용 반응조에 있어서,

소정의 형상을 가지는 반응조 몸체(100);

수분과 영양소를 저장하는 장소인 물/영양소 공급 탱크(210);

상기 수분과 영양소를 상기 반응조 몸체(100)에 공급하여 주는 공급 펌프(220);

상기 반응조 몸체(100)의 상부에 마련되며 미생물 성장을 위한 수분 및 영양소를 상기 공급 펌프(220)로부터 받아 상기 반응조 몸체(100) 내부에 뿌려주는 스프링클러(110);

상기 반응조 몸체(100)의 내부에 마련되며 상기 반응조 내의 온도 측정을 위한 온도 센서(120);

상기 반응조 몸체(100)의 하부에 마련되며 배수의 막힘 현상을 방지하기 위하여 소정의 두께로 깔린 소정 크기의 자갈(130);

상기 자갈(130)의 상부에 마련되며 배수의 막힘 현상을 방지하기 위한 스크린(140);

상기 스크린(140) 상부에 마련되며 기계적 결함을 일으키는 돌과 다른 폐기물은 제거된 오염 토양(150);

상기 자갈 하부에 마련되며 공기 압축기에서 나오는 공기를 공급하여주고 배출되는 침출수를 침출수 저장탱크로 보내주는 관(160);

Pseudomonas, Aeromonas, Bacillus, Acinetobacter 및 Enterobacteriaceae 속 중 어느 하나 이상으로 이루어져 상기 오염 토양에 투입되는 미생물제제;

상기 미생물제제의 성장과 여러 가지 유류 성분의 생분해를 위하여 상기 관(160)에 공기를 공급하게 하는 공기 압축기(230);

상기 관(160)으로부터 배출되는 침출수를 저장하는 침출수 탱크(240);

상기 관(240)의 소정 부위에 마련되며 상기 반응조 몸체(100)의 침출수 배출을 위하여 주기적으로 작동하며 공기가 공급되지 않는 동안 침출수가 배수되게 하는 솔레노이드 밸브(250); 및

상기 반응조 몸체(100)의 일측면에 설치되며, 소정 갯수의 타이머로 구성되어 상기 스프링클러(110)의 살수 및 상기 공기압축기(230)의 공기 공급 시간을 조절하는 콘트롤러(170)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 미생물제제를 이용한 유류오염 토양복원용 유니트형 반응조.
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