KR100637735B1

KR100637735B1 - 호열성미생물과 고정상 담체 및 평판형 정밀여과막반응조를이용한 산업폐수 고도처리장치 및 방법

Info

Publication number: KR100637735B1
Application number: KR20050069200A
Authority: KR
Inventors: 성기문; 이병호; 고인범; 송종민; 김만수
Original assignee: 주식회사 환경시설관리공사; 금광기업 주식회사
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2006-10-25

Abstract

본 발명은 폐수가 유입되는 유입관(1); 상기 유입관(1)에 연결설치되어 유입된 폐수에 포함된 협잡물을 제거하는 전처리시설(2); 상기 전처리시설(2)에 연결설치되어 유입된 폐수의 유량을 조절하는 유량조정조(4); 상기 유량조정조(4)에 연결설치되고 그 내부에 고정상 담체(33)가 구비된 용존산소 0.5 내지 1mg/ℓ로 유지되는 발아조(8a); 상기 발아조(8a)에 연결설치되며 그 일측에 포자화촉진제가 채워져 있는 포자화촉진조(29a)가 연결설치된 용존산소 0.1mg/ℓ 이하로 유지되는 반응제2조(9); 상기 반응제2조(9)에 연결설치되며 그 내부 일측에 교반기가 구비된 용존산소 0mg/ℓ로 유지되는 포자화조(10a); 상기 포자화조(10a)에 연결설치되어 포자화조(10a)에서 처리된 처리수를 고액 분리하는 침전조(14); 상기 침전조(14)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 처리액을 외부로 배출하는 방류수 배출구(20); 상기 침전조(14)와 발아조(8a)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 슬러지를 발아조(8a)로 반송하는 반송슬러지관(15); 상기 침전조(14)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 슬러지를 슬러지농축조(21)로 이송시키는 잉여슬러지관(17) 및 상기 슬러지농축조(21)에 연결설치되어 농축된 슬러지를 배출하는 슬러지배출구(28)를 포함하는 산업폐수 처리장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 포자화촉진제를 반응제2조에 투입하여 포자화를 촉진하고 사상체의 해체를 유도하여 침전조에서 침전효율을 향상시키고, 고정상 담체를 반응조내에 설치하여 미생물 농도를 높이고, 반응조내 체류시간을 길게하여 포자화된 호열성미생물의 발아율을 높여 유기물, 질소 및 인의 처리효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

산업폐수 처리장치, 미생물, 평판형 정밀여과막반응조

Description

호열성미생물과 고정상 담체 및 평판형 정밀여과막반응조를 이용한 산업폐수 고도처리장치 및 방법{Apparatus and Method of Advanced Treatment for Industrial Wastewater Using Thermophile Microorganisms Combined with MBR and Media.}

도 1은 종래의 바실러스 종 혼합균에 의한 하·폐수 처리장치를 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 고정상 담체를 이용한 산업폐수 고도처리장치의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 평판형 정밀여과막반응조을 이용한 산업폐수 고도처리장치의 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 고정상 담체와 평판형 정밀여과막반응조를 이용한 산업폐수 고도처리장치의 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 발아조의 호열성미생물 PCR산물을 나타내는 도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 유입관 2 : 전처리시설

3 : 전처리시설 유출수 4 : 유량조정조

5 : 유량조정지 폭기장치 6 : 유량조정조 유출수

7 : 반응기 8 : 반응제1조

8a : 발아조 9 : 반응제2조

10 : 반응제3조 10a: 포자화조

11 : 폭기장치 12, 12a : 교반장치

13 : 반응조 유출구 14 : 침전조

14a : 평판형 정밀여과막반응조 15 : 반송슬러지관

16 : 전처리시설 슬러지이송관 17 : 잉여슬러지관

18 : 침전조 유출구 19 : 소독조

20 : 방류수 배출구 21 : 슬러지농축조

22 : 농축슬러지 23 : 분리액

24 : 농축슬러지 저류조 25 : 탈수기유입 농축슬러지

26 : 탈수기 27 : 탈수액 반송관

28 : 슬러지 배출구 29 : 미생물활성제조

29a : 포자화촉진제조 30 : 미생물활성제

30a : 포자화촉진제 31 : 응집제조

32 : 응집제 33 : 고정상 담체

본 발명은 산업폐수 고도처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고정상 담체가 구비된 호열성 미생물이 우점화된 반응조 및/또는 평판형 정밀여과막반응조를 이용하여 산업폐수 중에 함유된 유기물과 부유성 고형물은 물론 질소 및 인 등을 동시에 제거하는 산업폐수 고도처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

일반적인 산업폐수를 처리하는 기술은 표준활성슬러지기술 및 그 응용기술로서 유기물과 부유물질만을 제거한 후 방류시킬 뿐 부영양화 및 적조현상의 원인이 되는 질소 및 인의 제거는 거의 이루어지지 않았다. 이에, 대한민국정부에서는 1996년 1월 1일부터 수질방류기준을 강화하여 질소 및 인까지 처리할 수 있는 적합한 시설을 갖추도록 하였다.

그러나 질소 및 인의 제거기술이 미약한 국내실정으로 인하여 선진 해외기술을 무분별하게 도입하게 되었는 바, 전술한 선진 해외기술의 대표적인 일례로서 A/O, A₂/O, Bardenpho, VIP, UCT, SBR 등의 방법이 사용되었다.

이와 같은 방법은 질소를 질산화시킨 후 무산소 상태에서 탈기하여 질소를 제거하는 동시에 혐기성 상태를 조성하여 인의 방출을 증가시킨 후 호기성상태에서 미생물이 방출된 인을 과잉섭취하도록 한 다음 인을 섭취한 미생물이 포함된 슬러지를 처리하여 인을 제거하는 것이다.

그러나 전술한 방법은 질소 및 인의 제거효율이 60 내지 70%정도이며, 수온, 수질 및 수량변동에 민감하여 안정된 수질을 얻을 수 없고, 질소를 질산화시키기 위해 많은 양의 동력이 소요될 뿐만 아니라 처리공정이 복잡하여 시설운전에 고도의 기술이 요구되는 등의 문제점이 있다.

또한, 상기 종래 기술들은 각각의 공정에서 발생되는 악취를 제거하기 위한 별도의 처리시설을 설치해야 하며, 공정상 부식이 쉽게 발생되어 처리시설의 수명이 짧고, 이에 따라 처리시설의 유지비가 증가하는 등의 문제점이 있다.

전술한 문제점을 극복하기 위하여 대한민국특허등록 제0391136호에서는 반응조(7)를 3개의 조로 분할 구성하고, 반응제1조(8)는 용존산소를 0.5 내지 1.0㎎/ℓ로 유지하고, 반응제2조(9)는 용존산소를 0.1㎎/ℓ이하로 유지하며, 반응제3조(10)는 공기를 전혀 주입하지 않고 침전을 방지하기 위하여 기계적 교반을 하면서 용존산소가 0㎎/ℓ가 되도록 하여 바실러스 종 혼합균을 완전히 포자화시킨 다음, 침전지의 슬러지 중 일부를 다시 반응조로 반송시켜 호열성미생물이 포자-발아-영양체-포자의 과정을 반복하면서 질소 및 인을 섭취하도록 한 하·폐수 고도처리방법이 개시되어 있다(도 1 참조).

그러나 전술한 바실러스 종 혼합균을 이용한 하·폐수 고도처리장치 및 방법은 반응제3조(10) 및 침전조(14)를 무산소 상태로 조성하여 바실러스 종 혼합균을 완전히 포자화시킨 다음, 이들 포자화된 바실러스 종 혼합균을 반응제1조(8)로 반송시키는 것이므로 반응제1조(8)에서 포자가 발아되는데 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 발아율도 감소하기 때문에 반응제1조에서 고농도의 바실러스 종 혼합균을 유지하기 어렵다는 문제점이 있다. 특히, 하·폐수에 포함된 유기물, 질소 및 인의 대부분은 반응제1조(8)에서 분해되기 때문에 반응제1조(8)에서 고농도의 바실러스 종 혼합균을 유지하지 못하게 되면 시스템 전체의 처리효율이 감소하게 된다.

이에, 전술한 문제점을 극복하기 위해 반응제3조(10)의 바실러스균 포자를 반응제1조(8)로 반송하거나 침전조(14)에서 체류시간을 짧게 하여 바실러스 종 혼합균이 포자로 진행되는 비율을 낮추는 방안이 제시된 바 있고, 초기 발아단계와 세포분열을 촉진시키기 위한 별도의 미생물 활성제를 주입하는 방법이 개발되었다.

그러나 전술한 방법은 단지 포자의 발아를 촉진시키기 위한 것에 불과하고 포자-발아-영양체-포자의 과정을 반복하면서 우점 배양하는 방법이 동일하기 때문에 종래의 문제점을 근본적으로 해결하였다고 볼 수는 없다.

더욱이, 전술한 대한민국특허등록 제0391136호는 반응조 유출수에 응집제를 투입하여 침전조에서 고액분리를 행하고 있으나, 방류수 중에 미반응 응집제 함유로 인한 2차 수질오염이 발생될 수 있으며, 탈수기의 탈수액과 슬러지농축조의 상징수(침전조 유출수) 및 침전조에서 침전분리되는 반송슬러지를 전처리시설로 반송함으로써 전처리시설의 유입량 증가에 따른 부하로 전처리시설 처리효율 저하 및 유량조정조에서 고형물 침전을 방지하기 위한 폭기량 증가로 동력비가 증가하는 문제점 등이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 호열성 미생물이 우점화된 반응조에 고정상 담체 및 포자화촉진제조 등을 설치하여 산업폐수 중에 함유된 유기물과 부유성 고형물은 물론 질소 및 인 등을 동시에 제거하는 장치 및 방법을 제공하는 것에 기술적 과제가 있다.

한 가지 관점에서, 본 발명은 폐수가 유입되는 유입관(1); 상기 유입관(1)에 연결설치되어 유입된 폐수에 포함된 협잡물을 제거하는 전처리시설(2); 상기 전처리시설(2)에 연결설치되어 유입된 폐수의 유량을 조절하는 유량조정조(4); 상기 유량조정조(4)에 연결설치되고 그 내부에 고정상 담체(33)가 구비된 용존산소 0.5 내지 1mg/ℓ로 유지되는 발아조(8a); 상기 발아조(8a)에 연결설치되며 그 일측에 포자화촉진제가 채워져 있는 포자화촉진조(29a)가 연결설치된 용존산소 0.1mg/ℓ 이하로 유지되는 반응제2조(9); 상기 반응제2조(9)에 연결설치되며 그 내부 일측에 교반기가 구비된 용존산소 0mg/ℓ로 유지되는 포자화조(10a); 상기 포자화조(10a)에 연결설치되어 포자화조(10a)에서 처리된 처리수를 고액 분리하는 침전조(14); 상기 침전조(14)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 처리액을 외부로 배출하는 방류수 배출구(20); 상기 침전조(14)와 발아조(8a)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 슬러지를 발아조(8a)로 반송하는 반송슬러지관(15); 상기 침전조(14)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 슬러지를 슬러지농축조(21)로 이송시키는 잉여슬러지관(17) 및 상기 슬러지농축조(21)에 연결설치되어 농축된 슬러지를 배출하는 슬러지배출구(28)를 포함하는 산업폐수 처리장치를 제공한다.

다른 관점에서, 본 발명은 ⅰ) 유입된 폐수에 포함된 협잡물을 제거하는 전 처리 단계; ⅱ) 상기 전처리단계를 거친 폐수의 유량을 조절하는 유량조정 단계; ⅲ) 상기 유량조절단계에 의해 유량이 조절된 폐수를 내부에 고정상 담체가 구비된 용존산소 0.5 내지 1mg/ℓ로 유지되는 발아조로 유입시켜 미생물의 농도를 높게 유지하는 발아 단계; ⅳ) 상기 발아 단계가 종료된 폐수를 용존산소 0.1mg/ℓ로 유지되는 반응제2조로 유입시키는 동시에 유입된 폐수에 포자화촉진제를 공급하여 미생물의 포자화를 준비하는 포자화 예비단계; ⅴ) 상기 포자화 예비단계가 종료된 폐수를 공기가 전혀 없고 침전을 방지하기 위해 기계적 교반만을 수행하는 용존산소 0mg/ℓ로 유지되는 포자화조로 유입시켜 미생물을 포자화하는 포자화 단계; ⅵ) 포자화단계가 종료된 처리수를 고액분리하는 고액분리 단계; ⅶ) 상기 고액분리 단계에서 분리된 처리수는 외부로 배출하고, 슬러지의 일부는 발아조로 반송하고 나머지 일부는 슬러지 농축조로 이송하는 슬러지 이송단계를 포함하는 산업폐수 처리방법을 제공한다.

이하 본 발명에 따른 산업폐수 처리장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 고정상 담체를 이용한 산업폐수 고도처리장치의 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 평판형 정밀여과막반응조을 이용한 산업폐수 고도처리장치의 구성도, 도 4는 본 발명에 따른 고정상 담체와 평판형 정밀여과막반응조를 이용한 산업폐수 고도처리장치의 구성도로서 함께 설명한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 산업폐수 처리장치는 폐수가 유입되는 유입관(1); 상기 유입관(1)에 연결설치되어 유입된 폐수에 포함된 협잡물을 제거하는 전처리시설(2); 상기 전처리시설(2)에 연결설치되어 유입된 폐수의 유량을 조절하는 유량조정조(4); 상기 유량조정조(4)에 연결설치되고 그 내부에 고정상 담체(33)가 구비된 용존산소 0.5 내지 1mg/ℓ로 유지되는 발아조(8a); 상기 발아조(8a)에 연결설치되며 그 일측에 포자화촉진제가 채워져 있는 포자화촉진조(29a)가 연결설치된 용존산소 0.1mg/ℓ 이하로 유지되는 반응제2조(9); 상기 반응제2조(9)에 연결설치되며 그 내부 일측에 교반기가 구비된 용존산소 0mg/ℓ로 유지되는 포자화조(10a); 상기 포자화조(10a)에 연결설치되어 포자화조(10a)에서 처리된 처리수를 고액 분리하는 침전조(14); 상기 침전조(14)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 처리액을 외부로 배출하는 방류수 배출구(20); 상기 침전조(14)와 발아조(8a)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 슬러지를 발아조(8a)로 반송하는 반송슬러지관(15); 상기 침전조(14)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 슬러지를 슬러지농축조(21)로 이송시키는 잉여슬러지관(17) 및 상기 슬러지농축조(21)에 연결설치되어 농축된 슬러지를 배출하는 슬러지배출구(28)로 구성된다.

여기서, 상기 침전조(14) 대신 평판형 정밀여과막반응조(14a)를 사용하여 구성할 수 있고, 상기 슬러지농축조(21)와 슬러지 배출구(28) 사이에 농축슬러지 저류조(24) 및 탈수기(26)를 순차적으로 연결설치하고, 상기 탈수기(26) 및 발아조(8a)의 일측에 탈수기(26)에서 분리된 탈수액을 발아조(8a)로 이송시키는 탈 수액 반송관(27)을 더 연결설치할 수 있다.

본 발명에 따른 전처리시설(2)은 전처리시설(2)에 연결설치된 폐수 유입관(1)으로부터 유입되는 폐수에 포함된 협잡물을 제거하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성하기 위하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 전처리시설(2)이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 유량조정조(4)는 상기 전처리시설(2) 및 반응기(7) 사이에 연결설치되어 전처리시설(2)로부터 유입되는 폐수의 유량을 조절하여 반응기(7)로 유입되는 유량의 양을 정해진 양으로 공급하도록 조절하기 위한 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 유량조정조(4)라면 어떠한 것을 사용하여도 좋다.

본 발명에 따른 산업폐수를 처리하는 반응기(7)는 특정적으로 3개의 조로 분리하는 바, 미생물의 농도를 높게 유지하는 발아조(8a), 상기 발아조(8a)에 연결설치된 반응제2조(9) 및 포자화조(10a)가 순차적으로 구성된다.

이에, 본 발명에 따른 반응기(7)를 구성하는 발아조(8a), 반응제2조(9) 및 포자화조(10a)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 상기 발아조(8a)는 미생물, 바람직하게는 호열성미생물, 더욱 바람직하게는 이동성 간균인 바실러스 종 혼합균이 성장하는 장소를 제공하기 위한 것으로서, 포자화된 호열성미생물이 발아하여 유기물을 분해할 수 있는 환경으로 조성되어야 하며, 전체적인 발아조(8a)의 용존산소는 0.5 내지 1mg/ℓ로 유지시켜 산화환원전위(ORP)를 200 내지 250mV가 되도록 하고, 상기 미생물이 알칼리성 물질을 섭취하여 수소이온농도가 6 내지 6.9가 되도록 하며, 미생물의 농도를 높게 유지시키 기 위해 고정상 담체(33)를 그 내부에 구비시켜 생물막을 형성시킨다.

이때, 상기 발아조(8a)의 미생물 농도(MLSS)를 3,500mg/ℓ이상으로 높게 유지하도록 침전조(14)의 반송슬러지를 이용하여 가변적으로 양을 조절할 수 있다.

여기서, 상기 고정상 담체(33)는 미생물, 바람직하게는 호열성 미생물, 특히 바람직하게는 바실러스 종 혼합균의 농도를 고농도로 유지하고, 미생물 체류시간을 길게하여 포자화된 호열성미생물의 발아가 충분히 이루어지도록 하기 위한 것으로서, 전술한 목적을 달성할 수 있는 고정상 담체라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 합성수지, 더욱 바람직하게는 폴리비닐 재질을 사용하는 것이 좋고, 특정적으로 165ℓ X 200H 정도 크기를 갖고, 비표면적이 420 내지 644㎡/㎥인 폴리비닐을 사용하는 것이 좋다.

한편, 본 발명에 따른 호열성미생물은 고온에서 서식하고 있는 미생물로 알려져 있으나, 일반적으로 중온영역(20 내지 35℃)에서도 잘 성장하는 특징을 가지고 있고, 특수한 효소와 각종 고분자 물질을 생산하여 고온환경 및 중금속, 황화수소 등 독성물질에 높은 내성을 갖는다. 또한, 상기 호열성미생물은 그람(Gram) 양성 진정세균으로서 단세포성 포자라 하는 특이한 형태의 휴면세포를 생성하며, 활발히 증식·분열하는 동안에는 포자가 형성되지 않지만 영양물질이 감소하고 영양세포군이 대수 증식기를 지나 정지기에 접근할 때 포자의 분화가 시작되며, 일반적으로 하나의 영양세포에서 하나의 포자만 형성된다. 따라서 포자형성은 생존의 수단이지 증식의 수단은 아니며, 단세포성 포자형성 미생물들은 모두 이분법으로 증식하고 대부분 막대모양의 형태를 갖는 균이다.

한편, 포자는 열, 자외선, 전리방사선과 많은 독성 화합물에 대하여 저항성이 크고, 주모성 편모를 이용하여 운동을 하지만 분열이 계속되면서 사상체를 형성하면서 비운동성으로 된다. 또한, 상기 호열성미생물은 화학종속영양성 세균으로서 호기성호흡, 질산(혐기성)호흡 또는 발효에 의해 유기화합물을 이화하고, 탄소원으로 당, 유기산, 알코올 등을 질소원으로서 암모늄이 함유된 하·폐수와 약 호기상태(DO 0.1 내지 1.0mg/L)에서 잘 생장한다.

한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 발아조(8a)는 용존산소 농도를 0.5 내지 1.0㎎/ℓ로 유지하여야 하며, 질산화와 탈질화가 동시에 일어나도록 하여 동력비를 절감할 수 있고, 외부 탄소원을 별도로 투입하지 않도록 하는 바, 이는 질산화를 위하여 많은 동력이 소요되는 부담과 탈질화를 위하여 외부 탄소원을 투입해야하는 부담을 갖는 종래의 하·폐수 처리장치와 비교하여 유지비를 절감할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 반응제2조(9)는 상기 발아조(8a)에서 섭취·분해되지 않은 유기물질 및 영양염류의 섭취가 이루어지고, 호열성미생물이 최대 증식기를 거쳐 포자화되는 예비단계로서 포자화는 수십분에서 수시간이 소요된다. 따라서 본 발명은 신속한 포자화 촉진을 위해 규산염, 마그네슘, 황 등을 포함한 특수 제조된 포자화촉진제를 투여하여 포자화에 소요되는 시간을 절약하고, 포자화율을 높일 수 있도록 상기 반응제2조(9)의 일측에 포자화촉진제(30a)가 충진된 포자화촉진제조(29a)가 연결설치된다. 이때, 반응제2조(9)의 용존산소농도를 0.1㎎/ℓ 이하로 유지하여 잔류하는 유기물질의 분해를 용이하게 한다.

본 발명에 따른 포자화조(10a)는 상기 발아조(8a) 및 반응제2조(9)를 거친 호열성미생물의 완전한 포자화를 유도하고, 포자형성시 부산물로 발생되는 점액질이 호열성미생물 포자들 사이에서 응결작용이 이루어지도록 하는 것으로서, 그 내부 일측에 포자화되는 호열성미생물 포자가 침전되지 않도록 혐기조건에서 교반을 행한다. 이때 용존산소의 공급은 호열성미생물의 포자화를 방지하고, 응결작용을 방해함으로써 용존산소농도가 0㎎/ℓ가 되도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 침전조(14)는 포자화된 호열성미생물 및 처리수를 고액분리하기 위한 것으로서 당업계에서 통상적으로 사용되는 침전조(14)라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 상기 침전조(14)에서 분리된 슬러지의 일부는 발아조(8a)로 반송하여 발아조(8a)내의 미생물 농도를 고농도를 유지시켜 유기물, 질소 및 인의 처리효율을 향상시키고, 분리된 슬러지의 나머지 일부는 잉여슬러지관(17)을 통하여 슬러지농축조(21)로 이송한다.

여기서, 상기 침전조(14)는 평판형 정밀여과막반응조(14a)로 대체하여 고액분리할 수 있는 바, 상기 평판형 정밀여과막반응조(14a)는 특정적으로 지지판과 지지판 양면에 판상부재와 평막이 차례로 적층되는 구조를 가지는 평막모듈로서, 그 크기는 560L X 1,000H이고, 평막의 재질은 합성 고분자용액을 이용하여 제조된 것이며, 평막의 공칭공경은 0.4㎛, 투과능력은 1시간당 1,500ℓ/㎡의 성능을 갖는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 산업폐수 처리장치는 슬러지농축조(21)와 슬러지 배출구(28) 사이에 농축슬러지 저류조(24) 및 탈수기(26)를 순차적으로 연결설치하고, 상기 탈수기(26) 및 발아조(8a)의 일측에 탈수기(26)에서 분리된 탈수액을 발아조(8a)로 이송시키는 탈수액 반송관(27)을 연결설치하여 탈수액의 일부를 발아조(8a)로 반송하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 탈수기(26)로부터 생성되는 탈수액과 슬러지농축조(21)의 상징수, 침전조(14) 및/또는 평판형 정밀여과반응조(14a)에서 침전분리되는 반송슬러지 등의 일부를 발아조(8a)로 이송함으로써, 전처리시설(2)의 유입부하를 감소시키고, 유량조정조(4)에서의 고형물 침전을 방지하기 위한 폭기량 저감에 따른 동력비를 절감시킬 수 있다.

특히, 대한민국특허등록 제0391136호에서는 반응조(7) 유출수에 응집제를 투입하여 침전조(14)에서 고액분리를 행하고 있는 바, 이는 호열성미생물의 포자화율이 낮아 사상체로 존재하는 바실러스 종 미생물이 존재하기 때문에 침전조(14)에서 벌킹현상이 발생하는 것을 방지하기 위한 수단으로 응집제를 사용하고 있는 것으로 미반응 응집제에 의한 2차 수질오염이 발생하기 쉬운 단점을 지니고 있지만, 본 발명은 포자화촉진제를 반응제2조(9)에 투입하여 반응조(7)에 사상체를 형성하고 있는 호열성미생물의 사상체 해체 및 포자화를 촉진하도록 하여, 응집제를 사용하지 않고도 침전조(14) 및/또는 평판형 정밀여과막반응조(14a)에 안정적인 고액분리가 가능하도록 하여 SS제거율을 99.9%까지 향상 시킬 수 있을 뿐만 아니라 발아조(8a)에 고정상 담체(33)를 설치하여 미생물농도를 고농도로 유지하고, 미생물 체류시간을 길게하여 포자화된 호열성미생물의 발아가 충분히 이루어지도록 한다.

한편, 본 발명에 있어 주체로 활동하는 미생물은 호열성미생물로 효소에 의해 생물학적으로 분해되기 어려운 난분해성 물질을 분해할 수 있으므로 다른 고농도 폐수 생물학적 처리법에 비해 생물 분해능이 높고, 호열성미생물이 폐수 속에 함유되어 있는 각종 오염물질 중 분해가 어려운 다당류, 단백질, 유지분, 헥산 등을 분해하는 강력한 가수분해효소인 아밀라제(Amylase, 프로타제(Protease) 및 리파제(Lipase) 등을 부산물로서 다량 생산함으로써 분해가 어려운 오염물질을 미생물이 섭취하기 쉬운 탄소원과 전자공여체로 전환시켜주기 때문에 미생물의 성장이 용이함과 함께 오염물질이 소모되면서 폐수가 정화되도록 한다.

또한, 모든 호열성미생물들은 산소와 반응할 수 있는 특정 효소들을 가지고 있는데 이들 효소의 수와 다양성은 산소에 대한 생물체의 생리적 관계를 결정한다. 산소에 의한 플라보로틴(flavorotin)의 산화는 항상 그 주요 생성물질의 하나로 유독물질인 H₂O₂의 형성을 초래하고, 그 이외에 더욱 독성이 강한 소량의 라디칼, 즉 과산화물(O₂ ^-)을 생성한다.

호기성 및 혐기성 미생물에 있어서, 과산화물(O₂ ^-)이 치명적인 양으로 축적되는 것은 수퍼옥사이드 디스무타제(Superoxide dismutase)에 의해 방지되는데, 이 효소는 과산화물을 산소와 과산화수소로 전환시키는 반응을 촉진한다. 즉, 상기와 같은 역할로 인해 산소 대사의 결과로 생기는 독성효과로부터 세포를 보호하는 역할을 한다. 그리고 호열성미생물의 성장 최적 조건이 ORP 200 내지 250mV인데, 이 러한 조건에서는 질산화 과정이 진행되지 않고, 인의 섭취율도 최대가 되는 때이므로 질소 및 인 제거가 잘되며, 악취원인 물질인 암모니아나 황화수소 등을 직접 섭취하여 대사하므로 악취제거를 동시에 수행함으로써 유기성 하·폐수처리에 적합하다.

한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 산업폐수 처리장치를 이용한 산업폐수 처리방법은

ⅰ) 유입된 폐수에 포함된 협잡물을 제거하는 전처리 단계;

ⅱ) 상기 전처리단계를 거친 폐수의 유량을 조절하는 유량조정 단계;

ⅲ) 상기 유량조절단계에 의해 유량이 조절된 폐수를 내부에 고정상 담체가 구비된 용존산소 0.5 내지 1mg/ℓ로 유지되는 발아조로 유입시켜 미생물의 농도를 높게 유지하는 발아 단계;

ⅳ) 상기 발아 단계가 종료된 폐수를 용존산소 0.1mg/ℓ로 유지되는 반응제2조로 유입시키는 동시에 유입된 폐수에 포자화촉진제를 공급하여 미생물의 포자화를 준비하는 포자화 예비단계;

ⅴ) 상기 포자화 예비단계가 종료된 폐수를 공기가 전혀 없고 침전을 방지하기 위해 기계적 교반만을 수행하는 용존산소 0mg/ℓ로 유지되는 포자화조로 유입시켜 미생물을 포자화하는 포자화 단계; 및

ⅵ) 포자화단계가 종료된 처리수를 고액분리하는 고액분리 단계;

ⅶ) 상기 고액분리 단계에서 분리된 처리수는 외부로 배출하고, 슬러지의 일 부는 발아조로 반송하고 나머지 일부는 슬러지 농축조로 이송하는 슬러지 이송단계로 구성된다.

이에, 본 발명의 산업폐수 처리방법을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 유입관(1)을 통하여 유입되는 산업폐수는 전처리시설(2)에서 협잡물 및 비교적 부피가 큰 부유물질이 제거된 다음 유량조정조(4)로 유입되어 일정시간 체류하면서 폭기교반에 의해 수질이 균등해진 폐수를 일정량씩 반응조(7)의 일측에 구비된 0.5 내지 1mg/ℓ로 유지되는 발아조(8a)로 유입시켜 산업폐수에 포함된 유기물 및 영양염류를 고정상 담체(33)에 고농도로 부착 배양된 호열성미생물 및 부유상태의 호열성미생물과 접촉하면서 호열성미생물의 동화작용 및 이화작용에 의하여 섭취 및 분해된다.

그 다음, 상기 발아조(8a)에서 처리된 폐수는 용존산소농도가 0.1mg/ℓ 이하로 유지되는 반응제2조(9)로 유입되어 발아조(8a)에서 분해되지 못한 유기물 및 영양염류를 분해하면서 사상체를 형성하게 된다.

이때, 호열성미생물이 사상체를 형성하게 되면 침전조(14) 또는 평판형 정밀여과막반응조(14a)에서 침전불량에 따른 벌킹현상 등 처리효율의 감소를 초래하므로 사상체의 해체와 포자화 촉진을 유도하기 위하여 포자화촉진제(30a)를 투여한다.

그 다음, 상기 반응제2조(9)에서 처리된 폐수를 용존산소농도가 0mg/ℓ로 유지되는 포자화조(10a)로 유입시킨 후 교반장치(12a)로 교반하여 포자화된 호열성미 생물의 침전을 방지함으로써 포자화과정에서 발생되는 점액질에 의해 호열성미생물의 응결이 이루어지도록 혐기교반을 행한다.

그 다음 포자화조(10a)에서 포자화되어 응결된 호열성미생물을 포함하는 처리수를 침전조(14) 또는 평판형 정밀여과막반응조(14a)로 유입시켜 고액분리하여 상등수는 방류시키고, 침전된 호열성미생물은 발아조(8a)의 미생물농도(MLSS)유지를 위하여 일정량을 반송슬러지관(15)을 통해 발아조(8a)로 반송시키고 나머지는 슬러지농축조(21)로 이송시켜 탈수케이크로 처분한다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

<실시예 1>

도 2에 도시된 바와 같이, W1.5m X B 25mm의 바형 스크린(Bar screen) 전처리시설(2) 및 14m X 31m X 3.75m 크기의 유량조정조(4)를 순차적으로 설치한 후 상기 유량조의(4)의 일측에 7.0m X 12.5m X 4m 크기를 갖는 발아조(8a)를 연결설치하였다.

그 다음, 상기 발아조(8a)의 내부에 φ165mm X H200mm의 크기를 갖고, 비표면적이 420 내지 644㎡/㎥인 폴리비닐 담체를 설치하고, 바닥면 일측으로 폭기장치(11)를 연결설치하였다.

그 다음, 상기 발아조(8a)의 일측에 7m X 10.6m X 4.0m 크기를 갖는 반응제2조(9) 및 포화자조(10a)를 순차적으로 연결설치한 후 상기 반응제2조(9)의 일측으로 포자화촉진제조(29a)를 연결설치하고, 그 하단으로 폭기장치(11)를 설치하였으며, 포화자조(10a)의 내부 일측에 교반장치(12a)를 연결설치하였다.

그 다음, 상기 포화자조(10a)의 일측에 7m X 16.5m X 4.0m 크기의 침전조(14a)를 연결설치하고, 침전조(14a)의 일측으로 발아조(8a)에 연결설치된 반송슬러지관(15) 및 슬러지농축조(21)에 연결설치된 잉여슬러지관(17) 및 소독조(19)를 연결설치하였다.

그 다음, 다음의 표 1과 같은 성상을 갖는 하수를 1일 1,700㎥ 양으로 전처리시설(2)로 유입시켜 처리하였으며, 구체적인 운전조건은 표 2로 나타냈고, 침강된 잉여슬러지는 원수 유입량 대비 100%를 발아조(8a)로 반송하였다.

그 결과를 표 1로 나타냈다.

산업폐수 및 처리수의 성상 (단위 ㎎/ℓ)

	생물화학적산소요구량(BOD)	부유물질(SS)	화학적산소요구량(COD)	총 질소(T-N)	총인(T-P)
원수	148.2	133.2	151.0	39.1	3.2
처리수	8.0	13.5	21.8	11.6	0.5
처리효율(%)	94.6	89.9	85.6	70.3	84.4

표 1에서 나타낸 바와 같이, 처리효율은 BOD 94.6%, SS 89.9%, COD 85.6%, T-N 70.3%, T-P 84.4% 이었다.

운전조건

	유량 (㎥/d)	조용량 (㎥)	BOD용적부하 (㎏/㎥.d)	F/M비 (㎏/㎏.d)	MLSS (㎎/ℓ)	체류시간 (hr)	슬러지반송비 (%)	수면부하 (㎥/㎡.d)
반응조	1,700	924	0.31	0.08	3,800	13	-	-
침전조	1,700	462	-	-	-	6.5	100%	23

아울러, 사용된 포자화촉진제는 하기 표 3과 같은 성상을 갖는다.

포자화촉진제 성분 및 사용방법

성분	농도(%)	사용방법
가용성규산	25-28	BOD 1㎏당 0.02㎏
알칼리(석회)	45-48
고토	2-3
황산망간	45%	BOD 1㎏당 0.002㎏

호열성미생물의 종류

No.	Identification	Similarity
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24	Bacillus cereus IBT016 Bacillus sp. Ni27 Bacillus sp. Ni31 Bacillus subtilis NEB4; AF406704 Uncultured soil bacterium clone 889-1 Bacillus cereus IBT016 Bacillus cereus ATCC53522; AF290551 Bacillus thuringiensis S32; AB116122 Bacillus subtilis NEB4; AF406704 Bacillus thuringiensis NEB17; AF406706 Bacillus thuringiensis HAMBI2389 Bacillus sp. BacB3 Bacillus cereus ATCC14579; AF290547 Uncultured soil bacterium clone 889-1 Bacillus subtilis WP1-21; AY162129 Bacillus cereus AF076031 Bacillus sp. H-11; AY461752 Bacillus sp. Tf 253 Bacillus sp. '6.5 MW-18'; AY826643 Bacillus cereus IBT016 Bacillus subtilis DSM10; AJ276351 Bacillus sp. X3; AY160223 No significant similarity found Bacillus cereus IBT016 Bacillus subtilis AJ277906 Bacillus cereus IBT016	96 % 93 % 98 % 89 % 96 % 94 % 87 % 97 % 97 % 97 % 94 % 97 % 97 % 74.9 % 66 % 90.5 % 97 % 99.7 % 89 % 90.9 % 97 % 44.9 % 95 %

도 5 및 표 4에 나타낸 바와 같이, PCR산물의 DNA를 정제하여 한국과학기술원 의과학연구센터에 의뢰하여 염기서열을 결정하였다. 결정된 염기서열을 NCBI 및 ribosomal DNA database를 사용하여 블라스트 써치(blast search)를 수행하여 분리된 세균을 동정하였다. PCR 실험으로 16S rDNA가 증폭된 미생물 수는 총 24종이었으며, 상기 표 4와 같이 대부분이 바실러스인 것으로 동정되었으나, 3종은 미확인 세균으로 동정되었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 반응조를 3개의 조로 분할 구성하고, 발아조는 용존산소를 0.5~1.0㎎/ℓ로 유지하고, 반응제2조는 용존산소를 0.1㎎/ℓ이하로 유지하며, 포자화조는 공기를 전혀 주입하지 않고 침전을 방지하면서 용존산소가 0㎎/ℓ가 되도록 하여 호열성미생물을 포자화시킨 다음, 침전지의 슬러지 중 일부를 다시 반응조로 반송시켜, 포자화촉진제를 반응제2조에 투입하여 포자화를 촉진하고 사상체의 해체를 유도하여 침전조에서 침전효율을 향상시키고, 고정상 담체를 반응조내에 설치하여 미생물 농도를 높이고, 반응조내 체류시간을 길게하여 포자화된 호열성미생물의 발아율을 높여 유기물, 질소 및 인의 처리효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 반응조 후단에 침전조 대신 평판형 정밀여과막반응조를 설치하여 미생물 혼합액을 고액 분리시키기 때문에 SS 처리효율이 탁월하고, 침전조 및 소독조를 갖추지 않고도 안정된 처리수를 얻을 수 있으며, 처리공정이 단순하여 운전이 용이하고 설치부지 면적을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims

폐수가 유입되는 유입관(1); 상기 유입관(1)에 연결설치되어 유입된 폐수에 포함된 협잡물을 제거하는 전처리시설(2); 상기 전처리시설(2)에 연결설치되어 유입된 폐수의 유량을 조절하는 유량조정조(4); 상기 유량조정조(4)에 연결설치되고 그 내부에 고정상 담체(33)가 구비된 용존산소 0.5 내지 1mg/ℓ로 유지되는 발아조(8a); 상기 발아조(8a)에 연결설치되며 그 일측에 포자화촉진제가 채워져 있는 포자화촉진조(29a)가 연결설치된 용존산소 0.1mg/ℓ 이하로 유지되는 반응제2조(9); 상기 반응제2조(9)에 연결설치되며 그 내부 일측에 교반기가 구비된 용존산소 0mg/ℓ로 유지되는 포자화조(10a); 상기 포자화조(10a)에 연결설치되어 포자화조(10a)에서 처리된 처리수를 고액 분리하는 침전조(14); 상기 침전조(14)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 처리액을 외부로 배출하는 방류수 배출구(20); 상기 침전조(14)와 발아조(8a)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 슬러지를 발아조(8a)로 반송하는 반송슬러지관(15); 상기 침전조(14)에 연결설치되어 침전조(14)에서 분리된 슬러지를 슬러지농축조(21)로 이송시키는 잉여슬러지관(17) 및 상기 슬러지농축조(21)에 연결설치되어 농축된 슬러지를 배출하는 슬러지배출구(28)를 포함하는 산업폐수 처리장치.
제 1항에 있어서,

상기 침전조(14) 대신 평판형 정밀여과막반응조(14a)를 사용하여 처리수를 고액분리하는 것을 특징으로 하는 산업폐수 처리장치.
ⅰ) 유입된 폐수에 포함된 협잡물을 제거하는 전처리 단계;

ⅱ) 상기 전처리단계를 거친 폐수의 유량을 조절하는 유량조정 단계;

ⅲ) 상기 유량조절단계에 의해 유량이 조절된 폐수를 내부에 고정상 담체(33)가 구비된 용존산소 0.5 내지 1mg/ℓ로 유지되는 발아조로 유입시켜 미생물의 농도를 높게 유지하는 발아 단계;

ⅳ) 상기 발아 단계가 종료된 폐수를 용존산소 0.1mg/ℓ로 유지되는 반응제2조로 유입시키는 동시에 유입된 폐수에 포자화촉진제를 공급하여 미생물의 포자화를 준비하는 포자화 예비단계;

ⅴ) 상기 포자화 예비단계가 종료된 폐수를 공기가 전혀 없고 침전을 방지하기 위해 기계적 교반만을 수행하는 용존산소 0mg/ℓ로 유지되는 포자화조로 유입시켜 미생물을 포자화하는 포자화 단계;

ⅵ) 포자화단계가 종료된 처리수를 고액분리하는 고액분리 단계; 및

ⅶ) 상기 고액분리 단계에서 분리된 처리수는 외부로 배출하고, 슬러지의 일부는 발아조로 반송하고 나머지 일부는 슬러지 농축조로 이송하는 슬러지 이송단계를 포함하는 산업폐수 처리방법.
제 3항에 있어서,

상기 고액분리 단계가 침전조 또는 평판형 정밀여과막반응조에 의해 고액분 리되는 것을 특징으로 하는 산업폐수 처리방법.