KR100624783B1 - 고효율의 폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물 제제를 이용하여 유기성 폐수를 간단한 과정을 거쳐 산화환원전위가 낮고 생리활성능력이 강화된 처리물을 얻는 고효율의 폐수 처리 방법에 관한 것으로, 미생물을 이용하여 폭기조에서 폐수를 처리하는 방법에 있어서,

(a) 락토바실러스 카세이, 락토바실러스 불가리쿠스, 락토바실러스 브레비스 및 락토바실러스 플란트룸으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 통성혐기성 미생물;

(b) 바실러스 서브틸리스 나토 및 바실러스 메가트리움으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 호기성 미생물;

(c) 로도슈도모나스 캡슐라타, 로도슈도모나스 스페로이드, 로도슈도모나스 젤라티노사, 로도박터 캡슐라타, 로도박터 스페로이드, 로도박터 루부럼으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 광합성 미생물; 및

(d) 슈도모나스 플루오레센스, 슈도모나스 푸티다 및 슈도모나스 세파시아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 슈도모나스 속 미생물;

을 각각 배양하여 제조한 미생물 제제 (a), (b), (c) 및 (d)를 폭기조 내에 유입된 폐수에 동시 접종하고 폐수의 산화환원전위가 -350∼0 mv가 될 때까지 폭기 처리하는 것을 포함하는 고효율의 폐수 처리방법을 제공한다.

통성혐기성, 호기성, 광합성, 미생물, 폐수

Description

고효율의 폐수 처리방법{Method for treating a waste water}

본 발명은 미생물 제제를 이용하여 유기성 폐수를 간단한 과정을 거쳐 산화환원전위가 낮고 생리활성능력이 강화된 처리물을 얻는 고효율의 폐수 처리 방법에 관한 것이다.

돼지, 소 등의 가축의 분뇨를 포함한 축산 분뇨는 발효퇴비화가 비교적 용이하게 처리되므로 다양한 방법이 적용되고 있으나, 현재의 축산 분뇨의 처리법은 대부분 활성오니법, 접촉산화법 등으로 이루어지고 있다.

그러나, 이러한 처리방법들은 축산 분뇨를 산화적 처리 프로세스만을 이용하여 유기물이나 이를 함유된 오수는 토양이나 물에 환원될 경우, 산화작용의 촉진 때문에 주변의 산소가 소비되어 고갈됨으로 주변 다른 미생물의 생육환경을 파괴하는 등 환경분해 작용을 파괴하여 오히려 2차 환경오염을 유발하는 문제점이 있어왔다. 이에 따라 유기비료로서의 활용도가 낮고 환경피해가 있을 우려가 있다.

또한, 설비 비용이나 런닝 코스트에 비하여 그 유효한 처리 효율이 매우 낮은 실정이다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 유기물을 함유한 하수, 오수, 분뇨 폐수, 축산 폐수, 산업 폐수 등의 폐수를 처리함에 있어서, 처리 비용이 저렴하고, 기존의 시설에 추가 시설의 증설은 필요가 없으면서, 생활형이 다른 다양한 미생물을 투입하여 유기물의 처리 속도와 처리 효율은 매우 우수하면서, 이산화 탄소 등과 같은 온난성 가스의 배출은 낮고, 분해된 물질과 처리수는 환원성을 가져서 배출되어도 2차적인 환경 오염을 발생시키지 않는 폐수 처리 방법을 개발하고자 하였다.

이때, 본 발명에서는 광합성 미생물, 통성혐기성 미생물 및 호기성 미생물의 배양물이 포함되어 이루어지는 특정한 미생물 제제를 사용함으로써, 본 발명을 완성하였다. 이는 폐수의 산화환원전위를 낮추기 위해 사용되는 광합성 미생물만을 이용할 경우에는 분해 속도가 더디고, 나중에는 혐기적 조건과 광조건이 필요한데, 초기 분해 속도를 촉진하기 위하여, 초기에 같이 투입되는 통성혐기성균과 호기성균이 동시에 활동하여 발효, 분해, 재합성 공정을 거치면서 광합성 미생물이 생육하기에 적합한 영양과 환경 조건을 조성하게 하여, 추후 처리 속도를 증폭하게 하여 광합성 미생물만을 이용할 시 경우보다 보다 더 많이 분해할 수 있게 하여 처리 효율을 5배 내지 10배 가량 높여 후반의 재처리 과정을 삭제할 수 있음을 입증하였기 때문이다.

또한, 상기 생활형이 다른 미생물들의 활성이 폐수 처리 과정에서 균일하게 나타나도록, 폭기조에 폭기가 되는 호기상태와 상기 호기상태로부터 폐수를 혐기상태로 머무르게 하고 광합성 미생물에 의해 처리하여, 본 발명의 효과를 입증하였 다.

따라서, 본 발명의 목적은 폐수에 통성혐기성 미생물, 호기성 미생물 및 광합성 미생물로 이루어지는 미생물 제제를 투입하고 함께 폭기하여 처리하는 미생물을 이용한 폐수의 처리방법을 제공하는 것이다.

또한, 상기 방법으로 처리된 처리수는, 산화환전위가 낮아서 환원성을 가지고 수소의 함량이 높아 다른 부패성 미생물에 의해 2차 환경오염을 일으키지 않으며 저급으로 분해된 유기물이 풍부하면서, 고농도의 유기 폐수를 추가적인 처리하여 악취를 저감할 수 있기 때문에, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 처리수를 사용하여 축산 분뇨의 자원화와 살균법을 대체하는 환경개선기술로서 자연생태계의 환경공생적 자원으로 활용되는 축산분뇨의 이용에 목적을 둔다.

구체적으로 액비와 축산 분뇨 폐수가 배출되는 축사에 폐수 처리제로 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 미생물을 이용하여 폭기조에서 폐수를 처리하는 방법에 있어서,

(a) 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 락토바실러스 불가리쿠스(Lactobacillus bulgaricus), 락토바실러스 브레비스(Latobacillus brevis) 및 락토바실러스 플란트룸(Lactobacillus plantrum)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 통성혐기성 미생물;

(b) 바실러스 서브틸리스 나토(Bacillus subtillis natto) 및 바실러스 메가트리움(Bacillus megatrium)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 호기성 미생물; 및

(c) 로도슈도모나스 캡슐라타(Rhodopseudomonas capsulata), 로도슈도모나스 스페로이드(Rhodopseudomonas spheroides), 로도슈도모나스 젤라티노사(Rhodopseudomonas gelationsa), 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata), 로도박터 스페로이드(Rhodobacter sphaeroides), 로도박터 루부럼(Rhodobacter rubrum)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 광합성 미생물; 을 각각 배양하여 제조한 미생물 제제를,

폭기조 내에 유입된 폐수에 동시 접종하고 폐수의 산화환원전위가 -350∼0 mv가 될 때까지 폭기 처리하는 것을 포함하는 고효율의 폐수 처리방법을 제공한다.

또한, 상기 미생물 제제에 슈도모나스 플루오레센스, 슈도모나스 푸티다 및 슈도모나스 세파시아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 슈도모나스 속 또는 사카로마이세스 세레비지애, 사카로마이세스 로우시 및 칸다다 트로피칼스로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 효모류를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐수 처리방법을 제공한다.

아울러, 상기 폭기 처리는 간헐 폭기를 하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐수 처리방법을 제공한다.

또한, 상기 폭기조 내에 폭기되는 호기조와 폭기가 되지 않은 혐기 침전조를 설치하여 유입되는 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐수 처리방법을 제공한다.

아울러, 상기 폐수는 하수, 오수, 분뇨 폐수, 축산 폐수 또는 산업 폐수인 것을 특징으로 하는 고효율의 폐수 처리방법을 제공한다.

또한, 상기 미생물 제제를 폭기조에 유입되기 전의 폐수에 전처리하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐수 처리방법을 제공한다.

아울러, 상기 폐수 처리된 처리수는 산화환원전위가 -350∼0 mv로 처리된 환원수인 것을 특징으로 하는 고효율의 폐수 처리방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 고효율의 폐수 처리방법을 상세히 설명하기로 한다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.

또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

통성혐기성(痛性嫌氣性) 미생물은 주로 산소가 없는 곳에서 생육하는 미생물이나 공기가 있어도 물질 분해와 재합성 과정을 진행할 수 있는 미생물로서, 본 발명에서는 초반의 처리속도를 높이는데 지대한 공헌을 하고, 먼저 물질을 분해하여 유기산 및 저급 산화물로 분해함으로써, 호기성 미생물의 처리 효율을 향상시키는 역할을 한다.

호기성(好氣性) 미생물은 산소가 있는 곳에서 생육하는 미생물로, 본 발명에서는 상기 통성혐기성 미생물에 의해 분해된 물질을 다시 분해하여 더욱 저급의 산 화물과 분해 물질을 만들어 내어, 동시에 광합성 미생물이 빠르게 분해, 환원하여 물질을 재생산할 수 있게 하는 역할을 한다.

광합성(光合成) 미생물은 혐기 조건이나 호기 조건에서 생육을 하면서 광합성 작용을 할 수 있는 미생물로, 본 발명에서는 처리수와 처리된 유기물에 산화환원전위를 낮게 하여 환원성을 갖게 하고, 수소를 발생하여 처리수가 산화되는 것을 억제하는 역할을 한다.

본 발명은 유기성 폐수, 특히 가축의 분뇨를 포함한 축산 분뇨를 미생물에 의해 처리하여 산하환원전위를 낮추어 부패성균을 억제하고 생리활성수에 가깝게 변환함으로써, 이의 처리수를 이용하여 축산 분뇨를 유용한 자원으로서의 활용을 가능케 하며 살균능력을 갖추어 축사의 환경에 이용하여도 해가 없으며 오히려 환경을 더욱 개선케 하여 자연생태계에 친화되는 자원으로서 활용이 가능케 하는 폐수 처리방법이다.

또한, 본 발명은 미생물의 호흡작용과 생리작용을 이용하여 폐수에 환원성을 갖도록 특성을 부여하여 자연에 환원되거나 비료로서 이용하여도 다른 미생물 환경에 피해를 입히지 않으며 오히려 부패성 또는 생물기생성 병원균에 대하여 살균능력을 가지게 되므로 축사환경이나 토양환경에 투입하였을 경우 발효합성형 유익균의 생육환경을 촉진시키는 작용을 하는 힘을 갖도록 하는 미생물적 폐수 처리방법이다.

즉, 본 발명에 따른 폐수 처리방법은 고농도의 유기성 폐수에, 산화 분해에 의한 무기화와 동시에 발효 합성의 유기화 공정(process)이 동시에 이루어질 수 있 도록, 통성혐기성 미생물, 호기성 미생물 및 광합성 미생물로 이루어지는 미생물 제제를 접종(투입)하고 폭기 시기나 방법을 조절하여 발효시키는 것을 유도하여, 폐수의 처리 효율을 향상시키고 처리 완료 후에는 환경 친화적이고 생리활성능력이 강화된 산화환원전위(ORP)가 낮은 처리수를 배출되도록 한 것이다.

그리고, 본 발명의 폐수 처리방법은 특정 미생물 제제와 산화와 환원반응을 유도할 수 있는 폭기 조절 장치만 구비되어 있으면 어떠한 시설에서도 특별한 추가 장치가 필요 없이 적용할 수 있기 때문에, 기존 폐수 처리 시설을 그대로 이용할 수 있는 장점을 가진다.

이때, 본 발명에서 사용하는 폐수는 유기물 함량이 높은 하수, 오수, 분뇨 폐수, 축산 폐수 또는 산업 폐수를 말한다. 이중, 생물학적 산소 요구량(이하, BOD라 함)이 10,000∼70,000 ppm인 고농도의 분뇨 폐수에서 본 발명의 처리방법을 사용하면 종래 처리방법의 효과와 비교하여 매우 우수하다.

그리고, 본 발명에서 사용하는 미생물은, 본 발명의 목적을 수행할 수 있는 바실러스 속, 락토바실러스 속, 로도스피릴리움 속, 로도슈도모나스 속 및 로도박토 속에 해당되는 미생물이라면 상술한 미생물 이외에도 사용이 가능하며, 바람직하게는 상기 미생물 제제에 퇴비 발효능과 악취 제거능이 우수한 것으로 공지된 슈도모나스 플루오레센스(Pseudomonas fluorescens), 슈도모나스 푸티다 (Pseudo- monas putida) 및 슈도모나스 세파시아(Pseudomonas cepacia)로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 슈도모나스 속(Pseudomanas sp.) 또는 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 사카로마이세스 로우시(Saccharomyces rouxii) 및 칸다다 트로피칼스(Candida tropicalis)로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 효모류를 더 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 미생물의 종명은 공지의 종명에 말하는 것이나, 이에 한정되는 것이 아니라 상기 미생물 종에서 변이된 공지된 균주명도 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용하는 미생물 제제는 상술한 통성혐기성 미생물, 호기성 미생물 및 광합성 미생물을 각각 배양한 다음 그 배양물을 공지된 통합 배지에서 혼합 배양한 것을 사용할 수 있고, 각 미생물의 배양물을 따로 준비하고 폐수에 접종 시 동시에 투입할 수도 있는데, 바람직하게는 상기 혼합 배양물이나 별도 배양물을 공지의 방법으로 건조하여 불활성화시킨 분말 미생물 제제를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 보관이나 사용하기에 용이하기 때문이다.

그리고, 본 발명에 따른 미생물 제제를 우사, 돈사 등과 같은 축사에서 배출되는 분뇨 폐수에 사용할 경우에는 폐수 처리 장치의 폭기조로 폐수가 유입되기 전에 축사에 액상화한 본 발명의 미생물 제제를 미리 살포하여 전처리함으로써, 축사내부의 슬러리조에서부터 발효를 유발하여 처리시간 및 과정을 간소화시키는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 분뇨 폐수뿐만 아니라 다른 폐수에서도 폭기조에 유입되기 전에 전처리를 하여 유입시키는 것이, 상술한 효과에 있어서 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기 호기성 미생물, 통상혐기성 미생물 및 광합성 미생물이 폐수에서 적합한 활성을 유지할 수 있도록 폭기조에 폭기를 주기적으로 수행하는 단계와 중단하는 단계를 반복하여, 폭기 단계에서는 호기성 미생물의 활성 을 증가시키고, 중단되면 통성혐기성 미생물의 활성을 증가시켜 양 단계에서 활성되는 광합성 미생물의 최적 활성 조건을 유지하도록 하는 것이 바람직한데, 이를 간헐(間歇) 폭기 방법이라 한다. 이때, 본 발명에서는 폐수의 오염 정도, 하루 처리 속도 및 외부 온도 등에 따라, 간헐 주기가 변동되기 때문에 한정하는 것은 바람직하지 않으나, 미생물의 특성에 의거하여 1시간 내지 1시간 30분 내의 범위 간헐 주기를 이용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서는 상기 간헐 폭기 방법 이외에도 폭기조에 폭기 장치가 구비된 호기조와 폭기 장치가 구비되지 않은 혐기성 침전조를 설치하여, 호기성 조건과 1차 처리 공정을 거친 후, 혐기성 침전조에서 광합성 미생물의 활동을 극대화시켜 자동 침전을 유도하는 방식을 사용하는 것도 바람직하다. 이때, 본 발명에서는 산화환원전위를 보다 낮추기 위해 (1) 폐수를 호기조에서 주로 통성혐기성 미생물과 호기성 미생물에 의해 처리 후, 혐기성 침전조로 옮겨 주로 광합성 미생물에 의해 침전 및 환원과정을 거치는 공정을 거치게 하거나 (2) 호기조에서 처리 후, 혐기성 침전조를 거치고 다른 침전조를 거쳐 다시 환원과정을 거치게 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 광합성 미생물은 완전한 TCA 회로(tricarboxylic acid cycle)가 존재하고 다양한 유기물을 이용하여, 호기 암조건(in aerobic dark)에서는 호흡(respiration)에 의해서 생육을 하고, 혐기 명조건(in anaerobic light)에서는 광합성(photosynthesis)에 의해 생육을 하는 특성을 가지고 있으며, 구체적으로 광합성 미생물은 에너지원으로 빛을 이용하고 전자 공여체(electronic donor)로 환원형 무기 유황계 화합물이나 환원형 무기물 등과 반응하여 수소가스를 발생하며, 특히 탄소원으로 탄산가스와 유기물을 이용하여 자신(광합성 미생물)을 증식시켜서 이산화탄소(CO₂) 등의 온난화 가스의 방출을 줄이는 역할을 한다. 이중 특히, 홍색 비유황계 미생물(로도스피릴리움 속)은 완전한 TCA 회로가 존재하여 가스의 제거 효율이 매우 우수하고, 암소(in dark)에서 호기적으로 증식하면서 호기성 전자전달계를 이용하여 호흡하며, 이들 중 일부는 피루베이트(pyruvate)나 당(sugar)의 발효(fermentation)를 이용하여 암소에서 매우 느리기는 하지만 혐기적으로도 성장할 수 있으므로, 빛이 존재 유무에 따라 대사 과정을 바꾸어 생존을 유지하면서 활동을 하는 특징을 가진다.

이에, 광합성 미생물에 의하여 광동화될 수 있는 유기화합물의 범위는 매우 넓어서 지방산, 다른 유기산, 1차 알콜 또는 2차 알콜, 탄수화물 및 방향족 화합물까지도 처리할 수 있어, 본 발명에서는 고농도이면서 다양한 유기폐수에 그 적용이 가능하고 이를 효율적으로 처리할 수 있게 한다.

그리고, 본 발명에서는 광합성 미생물이 활동하기에 최적의 조건을 갖출 수 있게, 폐수에 통성혐기성 미생물과 호기성 미생물을 투입한다. 즉, 통성혐기성 미생물과 호기성 미생물은 물질을 빠르게 분해하면서 광합성 미생물이 균체 번식에 유리한 유기산과 탄산가스를 생성함으로써, 상기 물질을 광합성 미생물이 빠르게 흡수하여 자신의 균체 증식에 도움을 주는 역할을 하게 하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 통성혐기성 미생물, 호기성 미생물 및 광합성 물질이 생장하면서 분비하는 점액물질에 의해 폐수에 다량의 거품을 발생시켜, 폐수의 공기 접촉면적을 기존의 방법보다 초대량으로 증폭하여, 산화에 의한 처리 효율을 증가시킨다.

그리고, 광합성 미생물의 발효에 의해 생성되는 수소 가스 산출은 수소가스분자 또는 수소 이온이 처리수에 함유되면서 다시 탄산가스 등의 탄소원을 환원시켜 전분(starch)이나 광합성 미생물의 균체를 만드는 데에 이용되게 하는데, 이때 환원되는 탄소원의 부분에는 환원전위가 발생된다. 또한, 광합성 미생물의 활동에 따라 물과 빛에 의해 분해되어 일부는 전자 수용체인 산소로, 일부는 상술한 바와 같이 전자공여체인 수소로 방출한다. 구체적으로 광합성 미생물은 초산(acetic acid), 젓산(lactic acid) 및 부틸산(butylic acid)로부터 각각 4, 6 및 7 분자의 수소가 생성된다.

이와 같이, 상기 광합성 미생물의 발효 과정을 거쳐 폐수가 처리되면서 점차 환원전위가 낮아지게 된다. 즉, 산화환원전위가 낮아지는 것은 산화물과 환원물의 농도 차이에 의해 나타나게 되는데, 발생하는 수소가스 및 유기성 교질물(발효과정을 통해 재합성되어 환원되는 물질)의 농도가 높아짐에 따라 산화되어 미생물의 영양원으로 이용되는 물질의 농도는 점차 낮아지고, 미생물의 활동에 따라 환원되는 물질의 농도는 증가하게 됨으로써, 점차 산화환원전위가 낮아지게 되는 것이다.

또한, 광합성 미생물은 처리대상의 탄소원을 광합성의 원료로 이용하여 다른 탄수화물의 형태로 전이시키기 때문에, 기존의 폐수처리방식과는 전혀 다르게 이산화탄소가스의 발생을 최소화하면서 폐수를 처리한다.

그러므로, 폐수에 함유된 탄수화물 등의 각종 유기 물질은 광합성 미생물에 의해 생합성 과정을 거치면서 폐수는 점차 환원전위가 낮아져서 환원성이 높은 수질로 변화하게 되는 것이다. 본 발명에서는 폭기의 시기 및 방식에 따라 폐수에서 최종 처리된 처리수는 환원전위인 0 mV 이하의 산화환원전위를 가지게 되는데, 본 발명에 따라 폐수를 처리한 처리수는 약 -60mv 내지 -350mV정도의 산화환원전위를 가지게 된다. 이에, 본 발명에서는 처리수가 -350mV 내지 0mV의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 발효하여 재합성된 유용물질과 유용효소 및 생합성 물질 등은 폐수에 많이 함유되어있다 하더라도 낮은 산화환원전위와 부패성 미생물들이 이용하지 못하는 재합성의 형태로 존재함에 따라, 다른 분해 미생물이 달라붙지 못하는 형태가 유지되어 장기간의 보관을 하더라도 부패를 억제하고, 낮은 산화환원전위는 부패성 균을 억제하여 생합성 물질들이 부패되는 것을 막는다. 이는 부패를 일으키는 호기성 미생물의 경우 대부분의 미생물이 산화환원전위 +10mV 내지 + 500mV 정도에서 생육이 가능하기 때문이다.

또한, 본 발명에서 폐수에 첨가되어 사용되는 호기성과 통상혐기성 미생물들은 유기산과 유해성 아민을 분해하여 무해화(無害化)하는 특성을 가지고, 상기 암모니아, 아민류 미생물들의 다양한 효소 작용으로 분해가 이루어져 최종적으로 미생물 세포벽을 구성하는 단백질의 주성분인 아미노산들(systeine, serine 등의 R-NH2)과 미생물 대사에 필요한 성분으로 전환되는데, 즉 유기산 및 기타 악취류 황화메틸, 이황화메틸, 메틸메르캅탄 등은 미생물 세포 내로 흡수되어 미생물의 에너 지원으로 이용되는 NADH(Nicotinamide adenine dinucleotide)를 생성하는데 이용되거나 아미노산이나 당류를 만드는 경로에 이용하여 미생물 자체의 생육과 증식에 사용되게 한다. 구체적으로 상기 반응은 광합성 미생물의 크로마토포아(chromatopore)에서 일어나는 것으로서, 광인산화반응 또는 광합성적 인산화반응이라 말하는데, 이 반응은 미토콘드리아에서의 산화적 인산화반응과 마찬가지로, 전자전달과 함께 일어나는 반응 즉, 빛에 의해서 생긴 환원형의 저산화 환원전위계와 산화형의 고산화 환원전위계와의 사이에서 암반응(暗反應)으로 일어나는 전자전달과 더불어 인산화가 일어나는 것이다. 이때, 생성된 NADPH와 ATP를 소모하여 탄산고정이 일어나게 한다.

따라서, 본 발명에 따른 폐수 처리방법은 폐수 내에 함유된 유기물을 먼저 통성혐기성 미생물과 호기성 미생물로 하여금 광합성 미생물의 균체 번식에 유리한 유기산과 탄산가스를 생성시키고, 이의 생성 물질을 광합성 미생물이 분해하여 수소를 생산하고, 빛 등의 에너지전달 체계에서 발생하는 남는 유기교질물에 의해 낮은 산화환원전위를 발생시키면서 다른 탄수화물로 전환시킴으로써, 이산화탄소 가스의 발생량이 종래의 처리법에 비하여 현저히 낮게 하여 온난화가스의 발생량을 현저히 낮출 수 있는 친환경적인 특징을 가진다.

또한, 상술한 바와 같이 본 발명의 폐수 처리방법은, 통성혐기성 미생물, 호기성 미생물 등의 유기영양 미생물과 광합성 미생물에 의해 폐수 내 함유된 유기물을 빠르게 분해하고 이의 분해 효율을 촉진하면서, 상기 미생물들의 활성으로 분비하는 점액물질에 의해 폐수에 거품을 다량 생성하여 물의 접촉 면적을 높임으로써, 산화처리능력을 극대화시킨 것을 특징으로 하고, 폭기조 내의 미생물 환경은 초기에는 산화적 공정과 환원적 공정을 동시에 진행시켜 나가다 물질 전환 과정을 거치면서 모든 공정이 환원적 공정을 수행하게 되어, 이산화탄소는 고정하고 물의 성질은 환원수로 변화하여 자연환경에 매우 친화적인 폐수처리를 가능하게 한 것이다.

그리고, 본 발명에 따라 처리된 처리수에는 호흡이나 분해 과정에서 발생된 활성산소가 광합성 미생물의 생합성과정 중 발생된 수소와 반응되어 다시 물로 환원되게 하고, 처리수 자체가 매우 안전한 형태의 물로 환원되어 처리수를 재활용할 수 있도록 한 것이다.

구체적으로, 축사에서 발생되는 축산 폐수나 분뇨 폐수를 본 발명의 방법에 따라 처리하면, 배출되는 처리수를 축사 내에서 재활용하여 사용할 수 있으며, 특히, 먼저 본 발명의 미생물 제제를 축사 내부에 액제로 살포하여 악취를 저감하면서 발효를 수행하여, 폭기조로 유입되는 악취가 저감된 분뇨 폐수를 폭기함으로써, 악취로 인한 주변 주거지나 상업지구의 환경 오염과 작업자의 작업성이 개선되도록 한 것이다. 또한, 본 발명에 따른 폐수 처리방법은 공정 중반부터 악취의 발생이 전무하게 되고 공정 완료 후에는 악취는 전혀 재발생치 않으며, 처리수는 오랜 기간(약 1년 이상)동안을 두어도 악취의 발생이 일어나지 않는 효과를 나타낸다. 또한, 같이 투입한 미생물과 광합성세균의 폭발적 분해와 환원작용으로 고급의 영양물질을 저급의 물질들로 변환되어 발생되는 호흡에너지에 기인하여 공정 초기에는 온도가 약 40도 이상까지 상승하게 되어, 온도가 낮은 겨울철에서도 그 처리효율이 떨어지지 않는 장점을 가진다. 그리고, 본 발명에서는 초기에 휘발성 유기물질이 생성되는데 이러한 휘발성 물질과 온도의 영향으로 저온증발현상이 촉진되어 발효초기에 약 20%이상의 폐수가 저온 증발됨으로써, 처리수량이 대폭적으로 감소하여 용수량 대비 처리효율이 대폭 증가한다.

그리고, 본 발명의 처리방법을 거친 폐수의 처리수는 방류 시에도 자연계의 산화과정을 촉진시키지 않으므로 그 폐악이 전혀 없다. 또한, 일반의 과정을 거친 폐수의 잔존물은 잔류 오탁물이나 본 발명의 처리방법을 거친 폐수의 잔류 유기물은 자연계의 미생물들에게 오히려 매우 유익한 유용물질과 자연정화작용을 촉진시키는 영양원으로서의 역할을 하며, 오히려 환원화에 가까운 환경조성에 역할을 하게 된다. 그리고, 물 자체의 성질이 환원수가 됨으로, 그 효과는 배가된다.

또한, 본 발명의 폐수 처리방법에서는 질소와 인 등은 빠르게 분해되어 다시 다른 물질의 형태로 재결합되어 이용되기 때문에, 질소와 인의 제거효율은 높지만 실제로는 환원된 다른 형태로 전환되어 자연에 재이용가능하면서도 오히려 환경에 오염을 유발하지 않고, 새로운 결합을 통해 환원화되어 자원의 재이용 측면에서도 다른 처리방법에 비하여 월등히 그 효율은 특징이 있는데, 구체적으로, 본 발명에 의해 처리된 처리수에는 무기태 질소, 무기태 인은 적게 나타나나 실제로는 아미노산 등의 형태로 유기화가 이루어지며, 그 비율은 10 % 미만이 무기태로 잔존하고 대부분은 유기태로 전환된다.

그리고, 본 발명에 따라 처리된 처리수를 축사 내부에 살포하게 될 경우 그 효과는 매우 우수한데, 구체적으로 축사의 내부환경을 환원화로 유지함으로써 병원성 세균, 바이러스의 증식 등이 억제되고 가스발생 또한 쉽게 환원화되어 매우 극 미하여진다. 이에, 본 발명의 처리수는 액비화를 통한 토양의 환원 시에도 그 효과가 매우 우수하다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 보다 더 상세히 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 여러가지 변형 또는 수정할 수 있음은 이 분야에서 당업자에게 명백한 것이다.

[실시예 1] 미생물 제제 제조

1. 통성혐기성 미생물

통상적으로 폐수 처리에 사용되는 공지의 균주인 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 락토바실러스 불가리쿠스(Lactobacillus bulgaricus), 락토바실러스 브레비스(Latobacillus brevis) 및 락토바실러스 플란트룸(Lactobacillus plantrum)을 분양받아 각각 뉴트리언트 배지(nutrient agar)에서 배양하고, 성장력이 우수한 균주를 분리하여, 액상배지(nutrient broth) 1ℓ에 분리한 균주들을 접종하고 충분히 증식되도록, 5일 동안 25℃전후의 온도에서 혼합배양을 하여, 본 발명의 통성협기성 미생물 배양액을 제조하였다.

2. 호기성 미생물

통상적으로 폐수 처리에 사용되는 공지의 균주인 바실러스 서브틸리스 나토(Bacillus subtillis natto) 및 바실러스 메가트리움(Bacillus megatrium)를 분양받아 각각 뉴트리언트 배지(nutrient agar)에서 배양하고, 성장력이 우수한 균주를 분리하여, 액상배지(nutrient broth) 1ℓ에 분리한 균주들을 모두 접종하고 충분히 증식되도록 4일 동안 25℃전후의 온도에서 혼합배양을 하여, 본 발명의 통성협기성 미생물의 배양액을 제조하였다.

3. 광합성 미생물

로도슈도모나스 젤라티노사(Rhodopseudomonas gelationsa)를 분양받아 각각 뉴트리언트 배지에서 배양하고, 성장력이 우수한 균주를 분리하여 증식배지[물 1ℓ, 효모 추출물(yeast extract) 10mg, 소디움 아세테이트(sodium acetate) 3g, 황산암모늄 0.3g, 인산제2수소칼륨 0.5g, 황산마그네슘 0.2g, 염화나트륨 0.1g, 염화철 6수화물 5mg 및 염화칼슘 2 수화물 50mg] 1ℓ에 모두 접종하고 충분히 증식되도록 3일 동안 30℃ 전후의 온도에서 혼합배양하여, 본 발명의 광합성 미생물 배양액을 제조하였다.

[실시예 2] 폐수의 처리 효과

1. 위치: 경기도 포천시 청미원 대림농장

2. 대상의 환경 : 200톤 돈분뇨 저장조

3. 처리 기간 : 미생물 제제 투입 후 40 일간 처리

4. 처리 방법 : 폭기조에 유입된 돈분뇨에 상기 실시예 1에서 배양한 통성혐기성 미생물 배양액, 호기성 미생물 배양액 및 광합성 미생물 배양액을 투입하고, 처리 완료 후, 방류한 처리수를 채집하여 하기 표 1에 있는 항목을 처리 전과 측정하였다.

이의 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

항목	원수	처리수
질소	3500mg/l	100mg/l
인	550ml	3.63mg/l
BOD	19,500ppm	45.5ppm
구리	미검사	미검출
아연	미검사	1.13ppm
산화환원전위	미검사	-260mV
살모넬라 및 대장균	검출	음성(불검출)

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 질소의 제거 효율은 간헐 폭기과정만으로 97.24%에 가까운 제거효율을 보였으며, 인의 제거에도 99%에 가까운 효과를 나타내었다. 또한 BOD의 감소 효과도 99%에 가까운 제거효율을 보였으며, 산화 환원 전위는 -260mV로 환원수임을 알 수 있었다.

이외에, 처리수에서는 병원균 및 대장균의 검출이 나타나지 않아, 처리 과정에서 모두 사멸되었음을 알 수 있었다.

따라서, 환경에 무해한 형태로 유기물의 분해 효과를 가지고 있음을 알 수 있었다.

이의 결과로, 본 발명은 고농도일수록 처리 시간이 변동할 수는 있으나, 일반적인 액비화 과정으로의 이행 시에는 약 20일 정도의 처리만으로도 액비화가 가능할 것으로 판단되며, 이러한 처리수를 침전, 산화의 과정으로 이행 시 상기 방류수질로 방류가 가능할 것으로 기대된다.

이상과 같이, 본 발명의 유기성 폐수의 처리방법은 기존의 산화적 처리방법 에 비하여 고농도 폐수에 대하여 그 처리 효율이 매우 높고 희석수 등을 이용하지 않고도 그 처리가 간결하며 처리중 악취의 발생우려가 없고 온난화 가스를 환원시켜 균체나 탄수화물 등으로 재이용할 수 있게 된 것이다.

또한, 본 발명의 방법으로 처리한 처리수는 산화 환원전위가 낮아 오랫동안 보관 시에도 부패하지 않으며 토양 및 축사에 환원하여 사용할 경우 토양의 비옥도를 높이고 토양의 미생물적 균형을 발효 합성형으로 유도하며 축사 내에 살포하여도 유해세균 및 바이러스를 사멸하는 환원적 형태로 유도할 수 있는 자원화가 가능하도록 한 것이다. 특히, 축사 내부에 본 발명의 미생물 제제를 살포하면, 축사 내부의 환경을 정화하고 축사 내의 축분 저장조에서부터 가스의 발생을 억제하며 기초발효과정을 거치도록 함으로써 처리효율을 높이고 시간을 단축시키는 효과를 제공하게 된다.

그리고, 전술한 개시에 대해서 일정 범위의 수정, 변화 및 치환이 가능하며, 어떤 경우에는 본 발명의 특징 중 일부만이 사용될 수도 있다. 따라서, 첨부된 청구항들이 넓게 또한 본 발명의 사상과 범위에 부합되게 해석되어야 한다.

Claims (7)

1. 미생물을 이용하여 폭기조에서 폐수를 처리하는 방법에 있어서,

   (a) 락토바실러스 카세이, 락토바실러스 불가리쿠스, 락토바실러스 브레비스 및 락토바실러스 플란트룸으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 통성혐기성 미생물;

   (b) 바실러스 서브틸리스 나토 및 바실러스 메가트리움으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 호기성 미생물;

   (c) 로도슈도모나스 캡슐라타, 로도슈도모나스 스페로이드, 로도슈도모나스 젤라티노사, 로도박터 캡슐라타, 로도박터 스페로이드, 로도박터 루부럼으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 광합성 미생물; 및

   (d) 슈도모나스 플루오레센스, 슈도모나스 푸티다 및 슈도모나스 세파시아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 종의 슈도모나스 속 미생물;

   을 각각 배양하여 제조한 미생물 제제 (a), (b), (c) 및 (d)를 폭기조 내에 유입된 폐수에 동시 접종하고 폐수의 산화환원전위가 -350∼0 mv가 될 때까지 폭기 처리하는 것을 포함하는 고효율의 폐수 처리방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 폭기 처리는 간헐 폭기를 하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐수 처리방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 폭기조 내에 폭기되는 호기조와 폭기가 되지 않은 혐기 침전조를 설치하여 유입되는 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 고효율의 폐수 처리방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 폐수는 하수, 오수, 분뇨폐수, 축산폐수 또는 산업폐수인 것을 특징으로 하는 고효율의 폐수 처리방법.
6. 삭제
7. 삭제