KR100769036B1 - Biological advanced treatment apparatus of domestic sewage or waste water - Google Patents

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최원석
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Abstract

A biological advanced treatment apparatus of domestic sewage or wastewater is provided to enable nitrification to be performed sufficiently after removing most of organic matters by separating aerobic heterotrophic bacteria for removing organic matters and autotrophic bacteria for nitrifying nitrogen compounds as dominant species. A biological advanced treatment apparatus of domestic sewage or wastewater comprises: an anoxic reactor(20) which maintains an anoxic state to remove simultaneously nitrogen and organic materials and release phosphorous by denitrifying a nitrification solution using organic materials contained in domestic sewage or wastewater, and which contains denitrifying bacteria for denitrifying the nitrification solution using the organic materials; an aerobic reactor(30) comprising a first biofilm filtration tank(31) including a filter media to which aerobic heterotrophic bacteria are attached as a dominant species to remove organic matters contained in water to be treated that has flown in through the anoxic reactor, a second biofilm filtration tank(32) including a filter medium to which aerobic heterotrophic bacteria and autotrophic bacteria are attached to remove residual organic matters contained in water to be treated that has flown in through the first biofilm filtration tank and nitrify nitrogen compounds contained in the water to be treated that has flown in respectively, and a third biofilm filtration tank(33) including a filter medium to which autotrophic bacteria are attached as a dominant species to nitrify nitrogen compounds contained in water to be treated that has flown in through the second biofilm filtration tank; and a return means(50) for returning a nitrification solution in the aerobic reactor to the anoxic reactor.

Description

생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치{Biological Advanced Treatment Apparatus of Domestic Sewage or Waste Water}Biological Advanced Treatment Apparatus of Domestic Sewage or Waste Water}

도 1은 종래기술에 따른 하폐수 고도 처리 장치의 일예를 보여주는 개략적인 구성도이고,1 is a schematic block diagram showing an example of an advanced wastewater treatment system according to the prior art,

도 2는 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 일예를 보여주는 개략적인 구성도이고,Figure 2 is a schematic block diagram showing an example of an advanced biological treatment of sewage or wastewater according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 바람직한 실시예를 보여주는 구성도이고,Figure 3 is a block diagram showing a preferred embodiment of the advanced biological treatment of sewage or wastewater in accordance with the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 다른 일예를 보여주는 개략적인 구성도이고,Figure 4 is a schematic block diagram showing another example of an advanced biological treatment device for sewage or wastewater according to the present invention,

도 5 내지 도 8은 각각 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 운전 기간 중 각 공정별 온도, DO, pH, 알칼리 변화를 나타내는 그래프이고,5 to 8 are graphs showing changes in temperature, DO, pH, and alkali for each process during the operation period of the biological advanced treatment apparatus for domestic sewage or wastewater according to the present invention,

도 9는 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 운전 기간 중 TCODcr, SCODcr, TSS의 제거율을 나타내는 그래프이고,9 is a graph showing the removal rate of TCOD cr , SCOD cr , TSS during the operation period of the biological advanced treatment device of municipal sewage or wastewater according to the present invention,

도 10은 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 운전 기간 중 TCODcr, TSS, TN, TP의 평균 물질 수지를 나타내는 그래프이고, 10 is a graph showing the average material balance of TCOD cr , TSS, TN, TP during the operation period of the biological advanced treatment apparatus for domestic sewage or wastewater according to the present invention,

도 11은 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 운전 기간 중 TCODcr, TSS, TN, TP의 평균 물질 수지를 나타내는 그래프이고,11 is a graph showing the average material balance of TCOD cr , TSS, TN, TP during the operation period of the biological sewage treatment system of municipal sewage or wastewater according to the present invention,

도 12a 와 도 12b는 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치에서 채취된 역세폐수 중의 탈리 생물막을 MPN법(a)과 FISH-DAPI법(b)을 이용하여 생물막내 미생물 군집 특성을 고찰한 결과를 나타내는 그래프이고,12A and 12B are characteristics of microbial community in biofilms using the MPN method (a) and the FISH-DAPI method (b) for the desorption biofilm in the backwashed wastewater collected from the biological sewage treatment system of living sewage or wastewater according to the present invention. Is a graph showing the result

도 13은 본 발명에 따른 무산소 반응조의 미생물 군집에 대하여, nirS1F-nirS6R과 nirK1F-nirK5R을 이용하여 수행한 PCR 증폭결과를 나타내는 그래프이고,13 is a graph showing a with respect to the microbial community of the anaerobic reactor according to the invention, nir S1F- nir S6R and nir K1F- ni PCR amplification results of using the rK5R,

도 14는 본 발명에 따른 무산소 반응조내의 슬러지에 대한 DGGE profile을 보여주는 분석 사진이다. 14 is an analysis photograph showing a DGGE profile for sludge in an anoxic reactor according to the present invention.

**도면의 주요부분에 대한 기호의 간단한 설명**** Simple explanation of symbols for main parts of drawing **

10: 유량 조정조 20: 무산소 반응조10: flow rate adjusting tank 20: oxygen-free reaction tank

30: 호기성 반응조 31: 제1 생물막 여과조30: aerobic reactor 31: first biofilm filtration tank

32: 제2 생물막 여과조 33: 제3 생물막 여과조32: second biofilm filtration tank 33: third biofilm filtration tank

40: 처리수조 50: 질산화액 반송40: treatment tank 50: nitric oxide return

60: 침전조 60: sedimentation tank

본 발명은 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치에 관한 것으로, 특히 무산소 반응조와 호기성 반응조를 포함하는 생활하수나 폐수의 고도 처리 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 상기 호기성 반응조를 종래와 같이 하나의 반응조로 구성한 것이 아니라, 3개의 다중 병렬식 생물막 여과조로 구성하여, 유기물을 제거하는 호기성 종속(heterotrophic) 영양 박테리아와 질소화합물을 질산화시키는 독립(autotrophic) 영양 박테리아를 구분하여 우점종시킴으로써, 먼저 대부분의 유기물을 제거한 뒤에 충분한 질산화가 수행되도록 한 것이 특징이다. The present invention relates to an advanced biological treatment apparatus for living sewage or wastewater, and more particularly, to an advanced treatment apparatus for living sewage or wastewater including an anaerobic reactor and aerobic reactor. More specifically, the aerobic reactor is not composed of a single reactor as in the prior art, but is composed of three multi-parallel biofilm filtration tanks, which autoniticize aerobic heterotrophic nutrient bacteria and nitrogen compounds to remove organic matter. By dominant species of nutrient bacteria, most organics are removed first and sufficient nitrification is performed.

각종 생활하수나 폐수를 처리하는 방법은 스크리닝, 침전, 부상 및 여과 등과 같은 물리적 방법과, 중화, 산화환원, 응집 및 흡착 등과 같은 화학적 처리방법 그리고 미생물의 배양에 따라 정화처리가 이루어지는 생물학적 방법이 있는데, 종래부터 사용되어온 표준 활성 슬러지법은 생물학적 방법에 물리적 및 화학적 방법을 적절히 혼합한 것으로서, 유량조정조에 저장된 하폐수를 폭기조로 보내고, 폭기조에서는 산소를 공급하여 호기성 미생물의 활동을 촉진시켜 유기물을 분해시킨 다음, 마지막으로 침전조에서 슬러지와 처리수를 비중차에 의해 고액분리 시키는 것이다.There are physical methods such as screening, sedimentation, flotation and filtration, chemical treatment methods such as neutralization, redox, flocculation and adsorption, and biological methods in which purification is performed according to the culture of microorganisms. The standard activated sludge method, which has been conventionally used, is a mixture of physical and chemical methods in a biological method. The wastewater stored in the flow control tank is sent to the aeration tank, and the aeration tank supplies oxygen to promote the activity of aerobic microorganisms to decompose organic matter. Next, finally, the sludge and the treated water in the sedimentation tank is separated into solids by specific gravity.

그러나 이러한 표준활성 슬러지법은 혐기와 무산소 상태를 제공하지 못하기 때문에 유기물의 제거에는 효과적이지만 질소와 인과 같은 영양염류를 제거할 수 없었다. 한편, 생활하수나 폐수 중에 포함된 질소와 인과 같은 영양염류에 의해 발생되는 하천의 부영양화와 해수의 적조현상이 새로운 환경문제로 대두됨에 따라 유기물의 농도에 의한 수질관리보다는 영양염류의 농도에 의한 수질관리가 더 중요하게 인식되었어며, 이에 따라 하폐수 중의 영양염류를 제거하기 위한 하폐수 고도처리장치가활발히 개발되었다.However, these standard activated sludge methods are effective in removing organic matter because they do not provide anaerobic and anaerobic conditions, but they cannot remove nutrients such as nitrogen and phosphorus. On the other hand, as the eutrophication of streams caused by nutrients such as nitrogen and phosphorus contained in domestic sewage and wastewater and the red tide of seawater are emerging as a new environmental problem, water quality due to the concentration of nutrients rather than water quality management by organic concentration Management became more important, and advanced wastewater treatment systems were actively developed to remove nutrients from the wastewater.

종래의 하폐수 고도처리장치는 도 1에서 보는 바와 같이, 일반적으로 큰 입자성 물질을 제거하는 전처리조(100)와, 인 방출을 목적으로 하는 혐기성 반응조(130), 탈질 및 유기물 제거를 목적으로 하는 무산소 반응조(150), 질산화, 인 축적 및 유기물 제거를 목적으로 하는 호기성 반응조(170) 그리고 중력에 의해 처리수와 미생물을 고액분리시키는 침전조(190)로 구성된다. 또한 호기성반응조(170)에서 질산화액을 무산소 반응조(150)로 반송하는 질산화액 반송수단(160)과 반응조 내에 적정 미생물 농도를 유지하기 위하여 침전조(190)의 슬러지를 반송하는 슬러지 반송수단(180)으로 구성된다.Conventional sewage wastewater treatment apparatus is generally a pre-treatment tank 100 for removing large particulate matter, an anaerobic reactor 130 for the purpose of phosphorus release, denitrification and organic matter removal An anaerobic reactor 150, aerobic reactor 170 for the purpose of nitrification, phosphorus accumulation and organic matter removal and a precipitation tank 190 for separating the treated water and the microorganism by gravity. In addition, the sludge conveying means 180 conveying the sludge of the sedimentation tank 190 to maintain the appropriate microbial concentration in the nitric oxide conveying means 160 and the nitric oxide conveying means in the aerobic reaction tank 170 to the oxygen-free reaction tank 150 It consists of.

여기서, 상기 혐기성 반응조(Anerobic Tank)는 어떠한 형태로의 산소도 존재하지 않는 반응조로써, 상기 혐기성 반응조내에서는 인축적미생물이 호기조에서 체내에 축적된 인을 VFACOD라는 저분자 유기물을 체내에 축적하고 인을 방출한다. 그리 고, 상기 무산소 반응조(Anoxic Tank)는 결합산소( NO2 -, NO3 -, SOx ) 형태가 존재하는 것으로, 여기서는 탈질미생물이 유기물을 이용하여 질소가스로 탈질하는 과정을 수행한다. 또한, 상기 호기성 반응조(Aerobic Tank, Oxic Tank)는 용존 산소(O2)가 존재하는 상태로써, 유기물을 산화(유기물→CO2 + H2O + E)시키고, 질산화 미생물에 의해 암모니아가 질산화( NH4 +→ NO3 -)되며, 인축적미생물은 체내에 축적된 VFACOD를 이용하여 인을 축적(Luxury P Uptake) 한다. Here, the anaerobic tank (Anerobic Tank) is a reaction tank that does not exist in any form of oxygen, in the anaerobic reactor in the accumulation of microorganisms accumulated in the body in the aerobic tank accumulates a low molecular organic material called VFACOD in the body and phosphorus Release. Too high, the oxygen-free reactor (Anoxic Tank) is a bond to an oxygen to form (NO 2 - -, NO 3 , SOx) present, in this case carries out a process of denitrification to nitrogen gas using a denitrification microbial organisms. In addition, the aerobic tank (Aerobic Tank, Oxic Tank) is a state in which dissolved oxygen (O 2 ) is present, oxidizing organic matter (organic → CO 2 + H 2 O + E), nitrification by nitrification microorganisms ( NH 4 + → NO 3 -), and, inchuk enemy microorganism accumulates (Luxury Uptake P) of the using the VFACOD accumulate in the body.

그러나, 상술한 바와 같은 생물막 공법을 적용한 고도 처리 공정의 경우, 종래의 혐기성 반응과 무산소 반응 및 호기성 반응은 각각 하나의 반응조 안에서 수행되었기 때문에, 하나의 반응조 내에서 수행되는 각각의 반응(복수의 병렬식 반응조가 동일한 반응을 단지 반복해서 수행하는 경우를 포함함)은 서로 영향을 미칠 수 밖에 없다. 특히 호기성 반응조에서는 여재 비표면적당 유기물 부하량이 증가 할수록 NH4 +-N 제거 효율이 저하되었으며, 여재의 종류, 특히 여재의 비표면적에 따라 감소되는 정도가 다를 수 밖에 없다. 실제로, 호기성 반응조 내에서 유기물 부하가 약 20gTCOD/m2/day이하로 유지될때만 질산화 반응이 일어난다고 보고가 있으며, 비표면적이 230-400m2/m3인 Flocor를 충진한 Pilot plant 규모 바이오필 터(Biofilter)에서 유기물 부하가 2.5gCOD/m2/day 이상으로 증가되면 최대 질산화율이 100%에서 60%-40%까지 저하된다는 보고도 있다. However, in the case of the advanced treatment process employing the biofilm method as described above, since the conventional anaerobic reaction, the anaerobic reaction, and the aerobic reaction were each performed in one reactor, each reaction performed in one reactor (multiple parallels). Formula reactors only perform the same reaction only repeatedly) can only influence each other. In particular, in the aerobic reactor, the NH 4 + -N removal efficiency decreased as the organic load per the specific surface area of the media increased, and the degree of reduction depends on the type of media, especially the specific surface area of the media. In fact, it has been reported that nitrification occurs only when the organic load is maintained below about 20 gTCOD / m 2 / day in aerobic reactors, and pilot plant scale biofill filled with Flocor with specific surface area of 230-400 m 2 / m 3 It is also reported that the maximum nitrification rate decreases from 100% to 60% -40% when the organic load in the biofilter increases above 2.5 gCOD / m 2 / day.

본 발명자들은 박테리아와 같은 미생물 부착 성장 시스템(특히, 호기성 반응조)에 있어서. 원활한 질산화 반응을 일으키기 위해서는 질산화 미생물이 정착되기 전에 대부분의 유기물을 제거해야 한다는 사실을 알게 되었고, 그 이유는 종속영양 박테리아가 보다 높은 미생물을 합성하므로 질산화 박테리아보다 생물막의 표면에 우점종이 될 수 있기 때문이라는 것을 확인하였다. We find in microbial attachment growth systems (especially aerobic reactors) such as bacteria. It was found that most organics must be removed before nitrifying microorganisms can settle in order to cause a smooth nitrification reaction because heterotrophic bacteria synthesize higher microorganisms, which may be more dominant on the surface of biofilm than nitrifying bacteria. Confirmed.

이에 따른 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 무산소 반응조와 호기성 반응조를 포함하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치에 있어서, 상기 호기성 반응조를 종래와 같이 하나의 반응조로 구성하는 것이 아니라, 3개의 다중 병렬식 생물막 여과조로 구성하여, 제1생물막 여과조에는 유기물을 제거하는 호기성 종속(heterotrophic) 영양 박테리아가 우점종으로 부착되도록 하고, 제3생물막 여과조에는 질소화합물을 질산화시키는 독립(autotrophic) 영양 박테리아가 우점종으로 부착되도록 한 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the problems described above, in the biological advanced treatment device for sewage or wastewater containing an oxygen-free reaction tank and aerobic reaction tank, the aerobic reaction tank as a conventional reactor It is not composed of three multi-parallel biofilm filtration tanks, so that the aerobic heterotrophic bacteria that remove organic matter are attached to the first biofilm filtration tank as dominant species, and the third biofilm filtration tank is independent of nitrifying nitrogen compounds. (Autotrophic) To provide a biological advanced treatment device for sewage or wastewater that allows trophic bacteria to attach as dominant species.

이러한 본 발명에 의하여, 상기 호기성 반응조를 종래와 같이 하나의 반응조로 구성하는 것이 아니라 3개의 다중 병렬식 생물막 여과조로 구성하여, 유기물을 제거하는 호기성 종속 영양 박테리아와 질소화합물을 질산화시키는 독립 영양 박테리아를 구분하여 우점종시킴으로써, 상기 제1생물막 여과조에서 먼저 대부분의 유기물을 제거한 뒤 상기 제2, 제3 생물막 여과조에서 충분한 질산화가 수행되도록 하는 것이 본 발명의 목적이다. According to the present invention, the aerobic reactor is not composed of a single reactor as in the prior art, but composed of three multi-parallel biofilm filtration tanks, an aerobic heterotrophic bacterium that removes organic matter and an independent trophic bacteria that nitrate nitrogen compounds. It is an object of the present invention to firstly remove most organic matters from the first biofilm filtration tank and then to perform sufficient nitrification in the second and third biofilm filtration tanks.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치는, 생활하수나 폐수에 포함된 유기물질을 이용하여 질산화액을 탈질시킴으로써, 질소와 유기물질을 동시에 제거하고 인 방출이 일어나도록 무산소 상태를 유지하며, 상기 유기물질을 이용하여 질산화액을 탈질시키는 탈질 미생물을 포함하는 무산소 반응조; 상기 무산소 반응조를 통해 유입된 처리수 중의 유기물을 제거하는 호기성 종속(heterotrophic) 영양 박테리아가 우점종으로 부착된 여재가 포함된 제1생물막 여과조와, 상기 제1생물막 여과조를 통해 유입된 처리수 중의 잔존 유기물을 제거하는 호기성 종속 영양 박테리아 및 상기 유입된 처리수 중의 질소화합물을 질산화시키는 독립(autotrophic) 영양 박테리아가 부착된 여재가 포함된 제2생물막 여과조와, 상기 제2생물막 여과조를 통해 유입된 처리수 중의 질소화합물을 질산화시키는 독립 영양 박테리아가 우점종으로 부착된 여재가 포함된 제3생물막 여과조를 포함하는 호기성 반응조; 및 상기 호기성 반응조 내의 질산화액을 상기 무산소 반응조로 반송시키는 반송수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. The biological advanced treatment apparatus for sewage or wastewater according to the present invention for achieving the above object, by denitrifying nitric oxide using the organic material contained in the domestic sewage or wastewater, at the same time to remove nitrogen and organic substances and release phosphorus Oxygen-free reaction tank to maintain an anoxic state to occur, including a denitrification microorganism for denitrifying the nitric oxide using the organic material; A first biofilm filtration tank including a filter medium having an aerobic heterotrophic bacteria attached to the dominant species to remove organic substances in the treated water introduced through the anoxic reaction tank, and the remaining organic matter in the treated water introduced through the first biofilm filtration tank. In the second biofilm filtration tank containing the aerobic heterotrophic bacteria to remove the nutrients and autotrophic nutrient bacteria to nitrify the nitrogen compounds in the introduced treated water and the second biofilm filtration tank, and the treated water introduced through the second biofilm filtration tank An aerobic reaction tank including a third biofilm filtration tank including a filter medium having an autotrophic bacterium attached to the dominant species for nitrifying nitrogen compounds; And conveying means for conveying the nitric oxide in the aerobic reaction tank to the oxygen-free reaction tank.

이하에서는, 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 바람직한 실시예에 대해서 첨부된 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the apparatus for biological biological treatment of municipal sewage or wastewater according to the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 일예를 보여주는 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 바람직한 실시예를 보여주는 구성도이다.2 is a schematic configuration diagram showing an example of an advanced biological treatment device for sewage or wastewater according to the present invention, Figure 3 is a block diagram showing a preferred embodiment of the biological advanced treatment apparatus for sewage or wastewater according to the present invention to be.

여기에 도시된 바와 같은 본 발명은 무산소 반응조(20)와 호기성 반응조(30)를 포함하고, 상기 호기성 반응조(30) 내의 질산화액을 상기 무산소 반응조(20)로 반송시키는 질산화액 반송수단(50)을 더 포함한다. 그리고, 상기 호기성 반응조(30)는 3개의 다중 병렬식 생물막 여과조로 구분되어, 제1생물막 여과조(31)와 제2생물막 여과조(32) 및 제3생물막 여과조(33)를 포함한다. The present invention as shown here comprises an anoxic reaction tank 20 and an aerobic reaction tank 30, the nitric oxide conveying means 50 for conveying the nitric oxide in the aerobic reaction tank 30 to the anoxic reaction tank 20 It includes more. The aerobic reaction tank 30 is divided into three multi-parallel biofilm filtration tanks, and includes a first biofilm filtration tank 31, a second biofilm filtration tank 32, and a third biofilm filtration tank 33.

먼저, 상기 무산소 반응조(20)는 생활하수나 폐수에 포함된 유기물질을 이용하여 질산화액을 탈질시킴으로써, 질소와 유기물질을 동시에 제거하고 인 방출이 일어나도록 무산소 상태를 유지하며, 상기 유기물질을 이용하여 질산화액을 탈질시키는 탈질 미생물을 포함한다. 즉, 상기 무산소 반응조(20)는 탈질 미생물이 유기물을 이용하여 질소가스로 탈질하는 과정을 수행하는 것이다. 여기에는, 용존산소가 없 지만 질산염과 아질산염 형태의 화학적으로 결합된 산소가 상기 호기성 반응조(30)로부터 질산화액으로 반송되고, 이것이 상기 탈질 미생물에 의해 질소 GAS(N2)화되는 탈질반응으로 질소가 제거되는 것이다. First, the anoxic reaction tank 20 denitrates nitric oxide using organic materials contained in domestic sewage or waste water, thereby simultaneously removing nitrogen and organic materials and maintaining an oxygen free state so that phosphorus release occurs. And denitrifying microorganisms which denitrify nitric oxide by use. That is, the oxygen-free reaction tank 20 is a process for denitrifying microorganisms by nitrogen gas denitrification using an organic material. There is no dissolved oxygen, but chemically bound oxygen in the form of nitrates and nitrites is returned from the aerobic reactor 30 to the nitric oxide, which is nitrogen in a denitrification reaction in which nitrogen GAS (N 2 ) is converted by the denitrification microorganisms. Will be removed.

이러한 무산소 조건에서 상기 반송된 질산화액에 포함되어 있는 질산성 질소(NO3-)가 질소 GAS(N2)화되는 탈질반응은 아래와 같다. Under such anoxic conditions, the denitrification reaction in which nitric acid nitrogen (NO 3-) contained in the returned nitric oxide is converted to nitrogen GAS (N 2) is as follows.

* 탈질 반응 : 2NO3 - + 2(H2) → 2NO2 - + 2H2O * Denitration reaction: 2NO 3 - + 2 (H 2) → 2NO 2 - + 2H 2 O

2NO2 - + 3(H2) → N2↑ + 2OH- + 2H2O 2NO 2 - + 3 (H 2 ) → N 2 ↑ + 2OH - + 2H 2 O

그리고, 상기 호기성 반응조(30)는 상기 무산소 반응조(20)를 통해 유입된 처리수 중의 유기물질을 호기성 미생물을 이용하여 분해시킬 뿐만 아니라, 상기 처리수 중에 포함된 암모니아성 질소의 질산화 및 과잉 인 흡수 반응을 수행하는 것이다. In addition, the aerobic reactor 30 not only decomposes organic substances in the treated water introduced through the anoxic reactor 20 using aerobic microorganisms, but also nitrifies and absorbs excess phosphorus of ammonia nitrogen contained in the treated water. To carry out the reaction.

이러한 호기성 반응조(30)의 호기성 조건에서 암모니아성 질소(NH4 +)가 질산성질소(NO3 -)로 질산화되는 반응은 다음과 같다.This aerobic the ammonium nitrogen (NH 4 +) in the aerobic condition of the reaction tank 30, nitrate nitrogen (NO 3 -) to the nitrification reaction is as follows.

* 질산화 반응 : NH4 + + 3/2O2 → NO2 - + 2H+ + H2O * Nitrification: NH 4 + + 3 / 2O 2 → NO 2 - + 2H + + H 2 O

NO2 - + 1/2O2 → NO3 - NO 2 - + 1 / 2O 2 → NO 3 -

본 발명에서는 이러한 반응을 수행하는 호기성 반응조(30)를 3개의 다중 병렬식 생물막 여과조(31, 32, 33)로 구성하여 유기물을 제거하는 호기성 종속 영양 박테리아와 질소화합물을 질산화시키는 독립 영양 박테리아를 구분하여 우점종시킨 것이 특징이다. In the present invention, the aerobic reactor (30) performing this reaction is composed of three multi-parallel biofilm filtration tanks (31, 32, 33) to distinguish between aerobic heterotrophic bacteria that remove organic matter and independent nutrient bacteria that nitrate nitrogen compounds. It is characterized by predominant species.

그 중에서, 상기 제1생물막 여과조(31)는 상기 무산소 반응조(20)를 통해 유입된 처리수 중의 유기물을 제거하는 호기성 종속(heterotrophic) 영양 박테리아를 우점종으로 포함하는 것이 특징이다. 상기 박테리아는 다른 박테리아와 함께 소정의 여재에 부착되어 있는 것이 바람직하고, 그 중에서도 상기 호기성 종속 영양 박테리아가 다른 박테리아 보다 더 많이 부착되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 상기 호기성 종속 영양 박테리아는 산소를 이용하여 유기물을 분해시키는 박테리아일 수 있고, 유기물을 산화시키는 탈질화 박테리아(Denitrifying Bacteria)도 가능하다. 상기 호기성 종속 영양 박테리아는 산소가 있는 조건에서 생활하수나 폐수에 포함되어 있는 유기물질들을 분해하거나 산화시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다.Among them, the first biofilm filtration tank 31 is characterized by including aerobic heterotrophic nutrient bacteria for removing organic matter from the treated water introduced through the anaerobic reaction tank 20 as dominant species. The bacteria are preferably attached to a predetermined medium together with other bacteria, and more preferably, the aerobic heterotrophic bacteria are more attached than other bacteria. Here, the aerobic heterotrophic bacteria may be bacteria that decompose organic matter using oxygen, and denitrifying bacteria that oxidize organic matter may also be used. The aerobic heterotrophic bacteria is not particularly limited as long as it can decompose or oxidize organic substances contained in living sewage or waste water under oxygen conditions.

본 발명에 따른 호기성 반응조(30)에 있어서, 상기 제1생물막 여과조(31)는 먼저 처리수 내에 포함되어 있는 유기물을 분해 또는 산화시키도록 특정된 것이다. 본 발명자들은 종래에 하나의 반응기에 의해 수행되는 호기성 반응에 있어서, 종속 영양 박테리아가 질산화 박테리아보다 보다 많은 미생물을 합성하기 때문에, 상기 종속영양 박테리아가 여재의 표면에 우점종되면, 상기 호기성 반응에서 질산화 미생물이 쉽게 정착될 수 없어서, 질산화 반응의 효과가 떨어진다는 사실을 알게 되었다. 이에 본 발명자들은 호기성 반응조를 3개의 다중 병렬식 생물막 여과조(31, 32, 33)로 구성하였고, 그 중에서도 유기물을 먼저 분해하기 위하여 제1생물막 여과조(31)에는 유기물을 분해하는 호기성 종속 영양 박테리아를 우점종 시킨 것이다. In the aerobic reaction tank 30 according to the present invention, the first biofilm filtration tank 31 is specified to first decompose or oxidize an organic substance contained in the treated water. In the aerobic reaction carried out by one reactor conventionally, the inventors synthesized more microorganisms than heterotrophic bacteria, so when the heterotrophic bacteria dominates the surface of the media, the nitrifying microorganisms in the aerobic reaction It has been found that this cannot be easily settled, and the effect of nitrification is lessened. Accordingly, the present inventors configured the aerobic reaction tank into three multi-parallel biofilm filtration tanks 31, 32, and 33, and among them, the first biofilm filtration tank 31 includes aerobic heterotrophic bacteria that decompose organic matter. Dominated species.

그리고, 상기 제2생물막 여과조(32)는 상기 제1생물막 여과조(31)를 통해 유입된 처리수 중의 잔존 유기물을 제거하는 호기성 종속 영양 박테리아 및 상기 유입된 처리수 중의 질소화합물을 질산화시키는 독립(autotrophic) 영양 박테리아를 포함하는 것이 특징이다. 상기 박테리아는 다른 박테리아와 함께 소정의 여재에 부착되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제2생물막 여과조에 포함된 여재에는 상기 유입된 처리수 중의 유기물을 산화시키는 탈질화 박테리아와 상기 유입된 처리수 중의 암모니아성 질소(NH4 +)를 아질산염(NO2 -)으로 질산화시키는 암모니아-산화 박테리아(Ammonia-Oxidizing Bacteria) 및 상기 아질산염(NO2 -)을 질산성질 소(NO3 -)로 질산화시키는 아질산염-산화 박테리아(Nitrite-Oxidizing Bacteria)가 부착되어 있을 수 있다. In addition, the second biofilm filtration tank 32 is an aerobic heterotrophic bacterium that removes residual organic matter in the treated water introduced through the first biofilm filtration tank 31 and an autotrophic nitrogen oxide in the introduced treated water. A) contains nutrient bacteria. The bacteria are preferably attached to a predetermined medium together with other bacteria. For example, the media contained in the second biofilm filtration tank includes denitrifying bacteria that oxidize organic matter in the treated water and ammonia nitrogen (NH 4 + ) in the introduced treated water as nitrite (NO 2 − ). Ammonia-Oxidizing Bacteria for nitrifying and Nitrite-Oxidizing Bacteria for nitrifying the nitrite (NO 2 − ) with nitrate nitrogen (NO 3 − ) may be attached.

본 발명에 따라 3개의 다중 병렬 생물막 여과조로 이루어진 호기성 반응조(30)에 있어서, 상기 제2 생물막 여과조(32)는 유기물질을 주로 분해하거나 산화시키는 제1 생물막 여과조(31)와 질산화 반응을 수행하는 제3 생물막 여과조(33) 사이에 위치 하여, 여과조 기능의 급작스런 변화를 방지하는 버퍼 역할을 수행하는 것이다. 이에 따라, 상기한 제1 생물막 여과조(31)에 공기나 산소를 주입하는 경우, 상기 제2 생물막 여과조(32)에는 공기나 산소를 별도로 주입하지 않는 것도 가능하다. 상기 제2 생물막 여과조(32)는 상기한 제1 생물막 여과조(31)에서 완전히 제거되지 않는 잔존 유기물을 제거하고, 질산화 반응을 일부 수행할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 제2 생물막 여과조(32)에 포함되는 각종 박테리아의 양은 상기 제1 생물막 여과조(31)이나 제3 생물막 여과조(33)에서의 양보다 작게 하는 것이 더욱 바람직할 것이다. In the aerobic reactor 30 consisting of three multiple parallel biofilm filtration tanks according to the present invention, the second biofilm filtration tank 32 performs a nitrification reaction with the first biofilm filtration tank 31 which mainly decomposes or oxidizes organic materials. Located between the third biofilm filtration tank 33, and serves as a buffer to prevent sudden changes in the function of the filtration tank. Accordingly, when air or oxygen is injected into the first biofilm filtration tank 31 described above, air or oxygen may not be separately injected into the second biofilm filtration tank 32. The second biofilm filtration tank 32 preferably removes remaining organic matter not completely removed from the first biofilm filtration tank 31, and performs nitrification. To this end, it is more preferable that the amount of various bacteria contained in the second biofilm filtration tank 32 is smaller than the amount in the first biofilm filtration tank 31 or the third biofilm filtration tank 33.

또한, 상기 제3 생물막 여과조(33)는 상기 제2생물막 여과조(32)를 통해 유입된 처리수 중의 질소화합물을 질산화시키는 독립 영양 박테리아를 우점종으로 포함하는 것이 특징이다. 상기 박테리아는 다른 박테리아와 함께 소정의 여재에 부착되어 있는 것이 바람직하고, 그 중에서도 상기 독립 영양 박테리아가 다른 박테리아 보 다 더 많이 부착되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 상기 독립 영양 박테리아는 상기 유입된 처리수 중의 암모니아성 질소(NH4 +)를 아질산염(NO2 -)으로 질산화시키는 암모니아-산화 박테리아 및/또는 상기 아질산염(NO2 -)을 질산성질소(NO3 -)로 질산화시키는 아질산염-산화 박테리아가 가능하다. 상기 독립 영양 박테리아는 산소가 있는 조건에서 생활하수나 폐수에 포함되어 있는 질소화합물을 질산화시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다.In addition, the third biofilm filtration tank 33 is characterized as including a predominant species of independent nutrient bacteria for nitrifying the nitrogen compound in the treated water introduced through the second biofilm filtration tank 32. Preferably, the bacteria are attached to a predetermined medium together with other bacteria, and more preferably, the autotrophic bacteria are more attached than other bacteria. Herein, the independent nutrient bacterium is ammonia-oxidizing bacteria and / or the nitrite (NO 2 − ) which nitrates ammonia nitrogen (NH 4 + ) into nitrite (NO 2 − ) in the introduced treated water. Nitrite-oxidizing bacteria nitrifying with NO 3 − ) are possible. The independent nutrient bacteria is not particularly limited as long as it can nitrify nitrogen compounds contained in domestic sewage or waste water under oxygen conditions.

본 발명에 따른 호기성 반응조(30)에 있어서, 상기 제3생물막 여과조(33)는 질소화합물을 질산화시키는 독립 영양 박테리아를 우점종으로 포함함으로써, 종속 영양 박테리아에 의해 방해받는 일이 없이 질산화 반응이 충분히 이루어질 수 있도록 한 것이 특징이다. 본 발명자들은 질산화 반응을 수행하는 상기 암모니아-산화 박테리아와 상기 아질산염-산화 박테리아 중에서도 상기 암모니아-산화 박테리아가 우점종으로 부착되는 것을 확인하여, 상기 유입된 처리수 중의 암모니아성 질소(NH4 +)를 아질산염(NO2 -)으로 질산화시키는 반응이 더욱 중요하다는 것을 알게되었고, 이에 따라 본 발명은 상기 제3생물막 여과조(33)의 여재에 부착되는 상기 암모니아-산화 박테리아의 양을 조절함으로써, 질산화 반응의 효과를 더욱 증진시킬 수 있는 것이다. In the aerobic reaction tank 30 according to the present invention, the third biofilm filtration tank 33 includes an autotrophic bacterium that nitrifies nitrogen compounds as a dominant species, so that the nitrification reaction is sufficiently performed without being disturbed by the heterotrophic bacteria. The feature is that it is possible. The present inventors have confirmed that the ammonia-oxidizing bacteria attach to the dominant species among the ammonia-oxidizing bacteria and the nitrite-oxidizing bacteria which perform nitrification reaction, and thus, nitrites of ammonia nitrogen (NH 4 + ) in the introduced treated water are nitrites. It has been found that the reaction of nitrifying with (NO 2 − ) is more important, and accordingly, the present invention controls the amount of the ammonia-oxidizing bacteria attached to the media of the third biofilm filtration tank 33, thereby the effect of the nitrification reaction. Can be further promoted.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치를 이용하여, 실제로 물질 수지 분석을 한 결과, 유기물의 경우 무산소조와 제1 생물막 여과조(31)에서 전체 제거율의 80%이상이 제거되었고, TN(total nitrogen)의 경우 무산소조에서 전체 제거율의 약 60%이상이 제거됨을 알 수 있었다. 무산소조와 제1 생물막 여과조(31)에서 대부분의 유기물이 제거가 되므로, 제2생물막 여과조(32)와 제3 생물막 여과조(33)에서 충분한 질산화가 수행되는 것으로 확인되었다. As a result of the material balance analysis using the biological sewage treatment system of living sewage or wastewater according to an embodiment of the present invention as described above, 80% of the total removal rate in the anoxic tank and the first biofilm filtration tank 31 in the case of organic matter. Abnormalities were removed, and TN (total nitrogen) was found to remove more than about 60% of the total removal rate in the anaerobic tank. Since most organic matters were removed from the anoxic tank and the first biofilm filtration tank 31, it was confirmed that sufficient nitrification was performed in the second biofilm filtration tank 32 and the third biofilm filtration tank 33.

그리고, 본 발명과 같이 3개의 다중 병렬 생물막 여과조가 구비된 생활하수나 폐수 처리 장치를 이용한 생활하수 또는 폐수 처리 방법에서 채취된 역세폐수 중의 탈리 생물막을 MPN법과 FISH-DAPI법을 이용하여 생물막내 미생물 군집 특성을 고찰한 결과, 상대적으로 유기물 부하가 높은 제1 생물막 여과조(31)에서는 종속영양 생물막이 우점종으로 형성되고 제2생물막 여과조(32)와 제3 생물막 여과조(33)에는 각각 종속영양+독립영양 생물막 및 질산화 생물막이 우점종으로 형성되는 것을 알수 있었다. As shown in the present invention, microbial microorganisms in the biodegradable biofilms of the backwashed wastewater collected by the living sewage or wastewater treatment method using the living sewage or wastewater treatment device equipped with three multi-parallel biofilm filtration tanks were obtained by the MPN method and the FISH-DAPI method As a result of considering the cluster characteristics, heterotrophic biofilms were formed as dominant species in the first biofilm filtration tank 31 having a relatively high organic load, and heterotrophs + independence in the second biofilm filtration tank 32 and the third biofilm filtration tank 33, respectively. It was found that nutrient biofilms and nitrification biofilms were formed as dominant species.

본 발명에 있어서, 상기 박테리아가 우점종으로 부착되어 있다는 것은 상기 박테리아의 세포 수가 가장 많은 것을 의미하고, 특히 상기 박테리아의 세포 수가 상기 박테리아 이외의 세포수보다 2배 이상 많게 부착되어 있는 것으로 확인하였다.In the present invention, it is confirmed that the bacteria attached as the dominant species means that the number of cells of the bacteria is the highest, and in particular, the number of cells of the bacteria is more than twice as large as the number of cells other than the bacteria.

본 발명의 다른 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 바와 같은 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치에 있어서, 상기 무산소 반응조(20)를 통해 유입된 처리수로부터 미생물을 고액분리시키는 침전조(60)가 상기 무산소 반응조(20)와 상기 호기성 반응조(30) 사이에 구비되고, 상기 무산소 반응조(20)와 상기 호기성 반응조(30)의 미생물을 소정의 농도로 유지시키기 위하여, 상기 침전조(60)에서 고액분리된 미생물을 상기 무산소 반응조(20)로 반송시키는 미생물 반송 수단(70)을 더 포함하는 것일 수 있다. Another embodiment of the present invention is a precipitation tank for solid-liquid separation of microorganisms from the treated water introduced through the anaerobic reaction tank 20 in the biological advanced treatment apparatus for living sewage or waste water as described above, as shown in FIG. 60 is provided between the anoxic reactor 20 and the aerobic reactor 30, in order to maintain the microorganisms of the anoxic reactor 20 and the aerobic reactor 30 at a predetermined concentration, the precipitation tank 60 ) May further include a microbial conveying means 70 for conveying the microorganisms separated from the liquid-liquid to the anoxic reaction tank 20.

즉, 종래의 고도 처리 장치에 있어서, 침전조는 혐기성 반응과 무산소 반응 및 호기성 반응이 모두 끝난 뒤에 배치되는 것이었지만, 본 발명에서는 상기 침전조(60)를 상기 무산소 반응조(20)와 상기 호기성 반응조(30) 사이에 설치함으로써, 상기 호기성 반응조(30)로 유입되는 슬러지를 줄이는 것과 동시에 상기 무산소 반응과 호기성 반응에 사용되는 미생물의 농도를 높게 유지시킬 수 있는 것이다. 이 경우, 상기 호기성 반응조(30)의 제1생물막 여과조(31)로 유입되는 처리수는 상기 침전조(60)로부터 유입되는 것이 당연하다. That is, in the conventional advanced processing apparatus, the settling tank was disposed after all of the anaerobic reaction, the anoxic reaction and the aerobic reaction were completed, but in the present invention, the settling tank 60 is the anoxic reaction tank 20 and the aerobic reaction tank 30. By installing between), it is possible to reduce the sludge flowing into the aerobic reactor 30 and at the same time maintain a high concentration of microorganisms used in the anoxic reaction and aerobic reaction. In this case, it is natural that the treated water flowing into the first biofilm filtration tank 31 of the aerobic reaction tank 30 flows in from the settling tank 60.

또한, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 무산소 반응조(20) 앞에서 유입되는 유입수의 유량을 조절하는 유량 조정조(10)를 더 포함할 수 있고, 또한 상기 침전조(60)와 상기 호기성 반응조(30) 사이에서 일시적으로 처리수를 수집하였다가 에어 콤프레샤에 의해 주입되는 공기 또는 산소와 처리수를 혼합시킬 수 있도록 한 집수조(80)를 더 포함할 수도 있다. In addition, the present invention may further include a flow rate adjustment tank 10 for adjusting the flow rate of the inflow water flowing in front of the anoxic reaction tank 20, as shown in Figure 2, and also the precipitation tank 60 and the aerobic reaction tank A collection tank 80 may be further included to temporarily collect the treated water between the 30 and mix the treated water with air or oxygen injected by the air compressor.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 다른 일예를 보여주는 개략적인 구성도이고, 상술한 바와 같은 본 발명은 무산소 반응조(20)와 호기성 반응조(30)를 포함하는 생활하수나 폐수의 고도 처리 장치를 예시로 하여 설명하였지만, 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 무산소 반응조(20)에 앞서서 구비될 수 있는 혐기성 반응조(15)를 더 포함하는 것도 가능하다. On the other hand, Figure 4 is a schematic block diagram showing another example of the advanced biological treatment device of sewage or wastewater according to the present invention, the present invention as described above includes an oxygen-free reactor 20 and aerobic reactor 30 Although it has been described by way of example for the advanced treatment of domestic sewage or wastewater, another embodiment of the present invention may further include an anaerobic reactor 15 that may be provided in advance of the anoxic reactor 20.

즉, 상술한 바와 같은 본 발명에 있어서, 상기 호기성 반응조(30)를 통해 유입된 처리수로부터 슬러지를 분리시키는 처리수조(40)가 상기 호기성 반응조(30) 다음에 구비되고, 상기 처리수조(40)로부터 반송받은 슬러지에서 인을 방출시키는 혐기성 반응조(15)가 상기 무산소 반응조(20) 앞에 구비되며, 상기 처리수조(40)에서 분리된 슬러지를 상기 혐기성 반응조(30)로 반송시키는 슬러지 반송 수단(90)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. That is, in the present invention as described above, a treatment water tank 40 for separating sludge from the treated water introduced through the aerobic reaction tank 30 is provided next to the aerobic reaction tank 30, the treatment water tank 40 Sludge conveying means which is provided in front of the anoxic reaction tank 20, the anaerobic reaction tank 15 for releasing phosphorus from the sludge returned from the sludge conveyed sludge separated from the treated water tank 40 to the anaerobic reactor (30) 90) may be further included.

이러한 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치는 혐기성 반응과 무산소 반응 및 호기성 반응이 연결되어 수행되는 일반적인 A2/O 공정을 의미하는 것으로, 본 발명은 유기물을 제거하는 호기성 종속 영양 박테리아와 질소화합물 을 질산화시키는 독립 영양 박테리아를 구분하여 우점종시킴으로써, 호기성 반응조에서 먼저 대부분의 유기물을 제거한 뒤에 충분한 질산화가 수행되도록 한 것이 특징으로 하는바, 이러한 본 발명의 특징은 혐기성 반응조(15)를 포함하는 고도 처리 공정에도 그대로 적용될 수 있음은 이 기술분야에서 보통의 지식을 가진자에게 명백한 것이다. The biological advanced treatment apparatus for living sewage or wastewater according to the present invention refers to a general A 2 / O process in which anaerobic reactions, anaerobic reactions and aerobic reactions are performed, and the present invention relates to aerobic heterotrophic bacteria which remove organic matters. By predominantly distinguishing and independent nutrient bacteria nitrifying nitrogen compounds, characterized in that sufficient nitrification is carried out after first removing most of the organic matter in the aerobic reactor, this feature of the present invention includes an anaerobic reactor (15) It is obvious to those of ordinary skill in the art that the same can be applied to the advanced treatment process.

이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, one preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The invention may be better understood by the following examples, which are intended for purposes of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.

본 실험예는 상술한 바와 같이, 3개의 다중 병렬 생물막 여과조가 구비된 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치를 중·소규모 하수고도처리 시스템으로 적용하기 위한 실증화 연구 과제 중, 생활하수의 처리 특성 및 무산소조와 호기성 반응조(즉, 각 생물막 여과조)의 미생물 군집 특성에 대하여 검토하였다. 처리용량 50m3/day의 Pilot Plant를 부산광역시 수영 하수처리장에 설치하였고 총 47일간의 운전 결과를 분석하였다. As described above, this experimental example is characterized in the treatment characteristics of domestic sewage during the demonstration research to apply the biological advanced treatment apparatus of living sewage or wastewater equipped with three multiple parallel biofilm filtration tanks as a medium and small sewage altitude treatment system. And microbial community characteristics of the anaerobic tank and the aerobic reactor (ie, each biofilm filtration tank). A pilot plant with a treatment capacity of 50m 3 / day was installed at Suyoung sewage treatment plant in Busan Metropolitan City.

실험예 1: 실험 방법 및 장치Experimental Example 1 Experimental Method and Apparatus

실험예 1-1: 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치 준비Experimental Example 1-1 Preparation of Advanced Biotreatment Device for Domestic Sewage or Wastewater

본 발명은 C/N비가 낮은 우리나라 하수 특성을 고려하여 내부탄소원 이용율을 최대화할 수 있는 무산소/호기성 배열을 도출하여 적용하였다. 호기성 반응조에서 질산화된 처리수가 무산소조로 내부 반송되어 탈질을 도모하였고, 침전조에서 무산소조로 슬러지 반송이 이루어진다. 무산소조에서는 내부탄소원을 이용하여 탈질화를 수행한다. The present invention has been applied to derive an anaerobic / aerobic array that can maximize the utilization of internal carbon sources in consideration of the sewage characteristics of Korea with low C / N ratio. The treated water nitrified in the aerobic reactor was returned to the anoxic tank for denitrification, and sludge was returned from the settling tank to the anoxic tank. In an oxygen-free tank, denitrification is carried out using an internal carbon source.

호기성 반응조는 3단으로 구성되어 있고 1단에는 호기성 종속 영양 생물막(heterotrophic biofilm, 유기물을 에너지원 및 세포합성에 이용), 2단은 호기성 종속 영양 생물막과 독립 영양 생물막(autotrophic biofilm, 무기물 및 CO2를 에너지원 및 세포 합성에 이용)이 혼합되어 있고, 3단은 질산화 생물막이 형성된다. 호기성 반응조는 하부에서 상부로 하수가 유입되고 용존 산소는 Static Mixer를 이용하여 하수와 압축 공기를 혼합하여 공급하였다. 역세는 처리수를 이용하여 호기성 반응조 상부에서 하부로 유입하였고 Moving valve와 시간 타이머를 사용하여 수행하였다. 역세시 발생되는 탈리 생물막은 원수가 유입되는 유량 조정조에 유입되어 재처리된다. The aerobic reactor consists of three stages, the first stage of the aerobic heterotrophic biofilm (organic materials used for energy sources and cell synthesis), the second stage of the aerobic heterotrophic biofilm and the autotrophic biofilm, inorganic and CO 2 Is used for energy source and cell synthesis), and the nitric oxide biofilm is formed in three stages. In the aerobic reactor, sewage flowed from the bottom to the top, and dissolved oxygen was supplied by mixing sewage and compressed air using a static mixer. Backwashing was conducted from the top of the aerobic reactor to the bottom using treated water and performed using a moving valve and a time timer. The desorption biofilm generated during backwash is introduced into the flow control tank into which raw water flows and is reprocessed.

실험예 1-2: 운전 조건 및 분석 방법Experimental Example 1-2: Operation Conditions and Analysis Method

본 실험예에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치는 처리 용량 50m3/day으로 설계 되었고, 본 실험에서는 총47일간의 운전 결과를 분석하였다. 총47일간의 운전 기간 중 유입 유량은 50m3/day이고 슬러지 반송과 탈질을 위한 내부 반송은 각각 유입량에 50%-100%로 하였다. 하기의 [표 1]에 본 실험에 사용한 여재의 특성에 대하여 나타내었다. 여재는 발포성 Polystyrene으로 제조되었으며 직경은 2-3mm, 비표면적 2,000m2/m3이상, 비중은 0.025(density=25kg/m3) 이다. 호기성 반응조의 여재 충진율은 66%이다. 무산소조의 SRT는 10일로 운전되었고 호기성 반응조 1단에 20L/min, 3단에 2L/min의 공기를 주입하였다. 역세는 각 호기성 반응조에서 1회/1일 2분 30초간 수행하였다. 총47일간의 운전중 pH, DO, 알칼리, 온도, TN, NH4 +-N, NOx --N, TCODcr, SCODcr, TSS를 공정시험법에 기초하여 분석하였다. The biological advanced treatment device for living sewage or wastewater according to this experiment was designed with a treatment capacity of 50m 3 / day, and in this experiment, a total of 47 days of operation results were analyzed. During 47 days of operation, the inflow rate was 50m 3 / day and the sludge return and internal return for denitrification were 50% -100% in the inflow, respectively. Table 1 below shows the characteristics of the media used in this experiment. The media is made of expandable polystyrene with a diameter of 2-3mm, a specific surface area of 2,000m 2 / m 3 or more, and a specific gravity of 0.025 (density = 25kg / m 3 ). The fill rate of the aerobic reactor is 66%. The anaerobic SRT was operated for 10 days and 20 L / min air was injected into the first stage of the aerobic reactor and 2 L / min air into the third stage. Backwashing was performed once a day for 2 minutes 30 seconds in each aerobic reactor. During a total of 47 days of operation, pH, DO, alkali, temperature, TN, NH 4 + -N, NO x -- N, TCOD cr , SCOD cr and TSS were analyzed based on the process test method.

[표 1] 생물막 여재의 특성[Table 1] Characteristics of Biofilm Media

Figure 112006083344473-pat00001
Figure 112006083344473-pat00001

실험예 1-3: 호기성 반응조의 미생물 분석 방법Experimental Example 1-3: Microorganism Analysis Method of Aerobic Reactor

본 발명에 따른 호기성 반응조의 각 생물막 여과조의 역세 폐수 중 탈리된 생물막 군집 특성을 평가하기위하여 16S rRNA probe를 이용하여 FISH (fluorescence in situ hybridization)를 수행하였다. 하기의 [표 2]에 16S rRNA probe를 요약하였다. 특히, 각 생물막 여과조에 형성된 생물막 중 질산화 박테리아의 군집 특성을 평가하기 위하여 NSM156과 NIT3을 주로 사용하였다.FISH (fluorescence in situ hybridization) was performed using a 16S rRNA probe to evaluate the desorption characteristics of the biofilms detached from the backwash wastewater of each biofilm filtration tank of the aerobic reactor according to the present invention. Table 16 summarizes the 16S rRNA probes. In particular, NSM156 and NIT3 were mainly used to evaluate the community characteristics of nitrifying bacteria in the biofilm formed in each biofilm filtration tank.

[표 2] 16S rRNA probeTable 2 16S rRNA probe

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실험예 1-4: 무산소 반응조의 미생물 분석 방법Experimental Example 1-4: Microorganism Analysis Method of Anoxic Reactor

실험예 1.4.1: 무산소조 운전 조건Experimental Example 1.4.1: Operating conditions for anaerobic tank

운전 기간중 무산소조의 평균 MLSS는 2,200mg/L로 유지하였으며, 무산소조의 운전 조건은 [표 3]와 같다. The average MLSS of the anaerobic tank was maintained at 2,200mg / L during the operation period, and the operating conditions of the anaerobic tank are shown in [Table 3].

[표 3] 무산소조 운전 조건[Table 3] Anaerobic tank operating conditions

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실험예 1.4.2: DNA 추출 및 PCR 증폭Experimental Example 1.4.2: DNA Extraction and PCR Amplification

DNA 추출은 무산소조의 슬러지를 vortex하고 원심분리하여 상등액을 제거하고 DNA extraction kit(MoBio Ltd Co., USA)를 이용하여 추출하였다. 추출한 DNA는 1%의 Agarose gel에서 전기 영동하여 UV-transilluminator를 이용하여 DNA 추출여부를 확인하였다. 추출한 DNA는 0.5mL 튜브에 10×Taq buffer 2.5㎕, 10mM dNTP 0.5㎕, 각각의 primer 0.25㎕(25 pmol), DNA template 1㎕, Taq polymerase(Solgent Ltd. Co., Korea) 0.125㎕를 첨가하고 나머지는 증류수를 첨가하여 총 부피가 25㎕가 되도록 stock solution을 제조하였다. 탈질 유전자인 nitrite reductase gene을 증폭하기 위해서 cd1-type nitrite reductase(nirS)와 Cu-type nitrite redutase(nirK)에 특이적인 primer를 이용하였다. 1차 PCR은 nirS1F/nirS6R와 nirK1F/nirK5R을 각각 이용하여 실시하였으며, DGGE를 위해서 nirS에 특이적인 Cd3aF/R3cd을 이용하여 2차 PCR을 실시하였으며, R3cd에 GC-Clamp를 부착시켰다. 실험에 사용된 primer는 [표 4]과 같다.DNA extraction was performed using a DNA extraction kit (MoBio Ltd Co., USA) by vortexing the anaerobic sludge and removing the supernatant by centrifugation. The extracted DNA was electrophoresed on 1% Agarose gel to confirm DNA extraction using UV-transilluminator. The extracted DNA was added to 2.5 ml of 10 × Taq buffer, 0.5 µl of 10 mM dNTP, 0.25 µl of each primer (25 pmol), 1 µl of DNA template, and 0.125 µl of Taq polymerase (Solgent Ltd. Co., Korea). The remainder was added to the distilled water to prepare a stock solution so that the total volume is 25ul. To amplify the nitrite reductase gene, a denitrification gene, primers specific for cd 1 -type nitrite reductase ( nir S) and Cu-type nitrite redutase ( nirK ) were used. The first PCR was performed using nir S1F / nir S6R and nir K1F / nir K5R, respectively, and the second PCR was performed using Cd3aF / R3cd specific to nirS for DGGE, and GC-Clamp was attached to R3cd. . The primers used in the experiment are shown in [Table 4].

[표 4] 프라이머TABLE 4 Primers

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DGGE 분석을 위한 PCR 증폭의 각 단계별 조건들은 [표 5]에 나타내었다. 증폭된 PCR product는 1～1.5%의 agarose gel에서 전기영동하여 UV-transilluminator를 이용하여 DNA의 증폭여부를 확인한 후, PCR purification kit(Bioneer Ltd. Co., Korea)를 사용하여 정제하였다.Each step condition of PCR amplification for DGGE analysis is shown in [Table 5]. The amplified PCR product was electrophoresed in agarose gel of 1 ~ 1.5% to confirm the amplification of DNA using a UV-transilluminator, and then purified using a PCR purification kit (Bioneer Ltd. Co., Korea).

[표 5] PCR 조건Table 5 PCR conditions

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실험예 1.4.3: DGGE 분석 및 시퀀싱Experimental Example 1.4.3: DGGE Analysis and Sequencing

DGGE(Bio-Rad Ltd. Co., Model 475 Gradient delivery system) gel stock solution은 60%와 80%의 변성제 농도구배로 조제하여(변성제 농도 100%는 7 M Urea와 40% formamide) 각각 glass plate사이에 16mL씩 주입하여 농도 구배가 있는 gel을 제조하였다. DGGE실험을 위해 PCR product 30㎕에 dye solution 5㎕를 혼합하여 gel에 loading한 뒤 60℃, 130V에서 20시간동안 전기영동을 실시하였다. 전기 영동한 gel은 ethidium bromide으로 30분간 염색시킨 후 UV transilluminator(Uvitec gel documentation system, UK)를 사용하여 band를 확인하였다.Bio-Rad Ltd. Co., Model 475 Gradient delivery system (DGGE) gel stock solution was prepared at 60% and 80% denaturation gradients (100% denaturant 7 M Urea and 40% formamide) between glass plates. 16mL of each was prepared to prepare a gel having a concentration gradient. For DGGE experiments, 30 μl of PCR product was mixed with 5 μl of dye solution, loaded on gel, and subjected to electrophoresis at 60 ° C. and 130 V for 20 hours. The electrophoresis gel was stained with ethidium bromide for 30 minutes and the bands were identified using UV transilluminator (Uvitec gel documentation system, UK).

Band 확인 후 원하는 DNA band가 포함된 부위를 잘라낸 후 1.5ml tube에 옮기고 TE buffer 30㎕를 첨가한 후 -70℃에서 15min, 60℃에서 15min 씩 총 3회 반복하여 실행하였다. Gel에서 DNA를 추출한 후 동일한 primer를 이용하여 다시 PCR를 실시하였고, PCR product를 전기영동으로 확인한 뒤 정제를 하고 sequence(ABI 3730 XL DNA sequencer, USA)하였다. sequence 결과는 NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov)의 BLAST를 이용하여 nitrate reductase의 sequence를 분석하였다.After confirming the band, the region containing the desired DNA band was cut out, transferred to 1.5ml tube, 30 μl of TE buffer was added, and then repeated three times, each 15 min at -70 ° C. and 15 min at 60 ° C. After extracting DNA from the gel, PCR was performed again using the same primers. The PCR product was confirmed by electrophoresis, purified and sequenced (ABI 3730 XL DNA sequencer, USA). Sequence results were analyzed by nitrate reductase sequence using BLAST of NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov).

실험예 1.5: 유입 하수의 특성Experimental Example 1.5: Characteristics of Influent Sewage

하기의 [표 6]는 유입 원수의 특성 변화를 요약한 것이다. 부산광역시 수영 하수처리장의 1차 침전조 유입수를 무산소조 앞에 유량 조정조에 보관하여 정량 펌프를 이용하여 무산소조로 유입하였다. 운전 기간중 유입 하수의 pH는 7-7.6, DO는 1.6-5.5mg/L, 알칼리는 100-250mg/L, 온도는 24℃-30℃의 변화를 나타내었다. Table 6 below summarizes the change in characteristics of the influent. The primary sedimentation tank influent at the Busan sewage treatment plant was stored in the flow control tank in front of the anoxic tank and flowed into the anoxic tank using a metering pump. During the run, the pH of the influent sewage was 7-7.6, DO was 1.6-5.5mg / L, alkali was 100-250mg / L and the temperature was 24 ℃ -30 ℃.

[표 6] 유입 하수의 특성[Table 6] Characteristics of influent sewage

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Figure 112006083344473-pat00006

실험예 2: 유입수의 특성 변화Experimental Example 2: Change of Characteristics of Influent

실험예 2.1: 공정별 온도, DO, pH, 알칼리 변화Experimental Example 2.1: Temperature, DO, pH, Alkali Variation by Process

첨부된 도 5, 6, 7, 8에 각각 운전 기간 중 각 공정별 온도, DO, pH, 알칼리 변화를 나타내었다. 운전 기간 중 온도는 20℃에서 30℃ 부근을 유지하여 생물학적 처리에 유리한 조건을 만들었다. DO의 경우 무산소조에서 0 mg/L에 가까운 농도를 보였고 공기가 주입된 제1 생물막 여과조에서 급격히 상승한 후 제2 생물막 여과조와 제3 생물막 여과조에서 유기물 분해 및 질산화로 서서히 감소하였다. pH의 경우 제1 생물막 여과조에서 약간 상승하였으나 모든 공정에서 7부근을 유지하였다. 알칼리의 경우 각 공정별로 유입됨에 따라 서서히 감소하는 경향이 보였고, 질산화 반응에 따른 알칼리 감소로 판단되었다. 5, 6, 7, and 8 show changes in temperature, DO, pH, and alkali for each process during the operation period, respectively. During the run, the temperature was maintained at around 20 ° C. to 30 ° C., creating favorable conditions for biological treatment. In the case of DO, the concentration was close to 0 mg / L in the anaerobic tank, and rapidly increased in the air-injected first biofilm filtration tank, and then gradually decreased due to organic decomposition and nitrification in the second and third biofilm filtration tanks. The pH slightly increased in the first biofilm filtration tank, but was maintained at around 7 in all processes. Alkaline showed a tendency to gradually decrease as it was introduced by each process, and it was judged that alkali decreased due to nitrification reaction.

실험예 2.2: 유기물 제거Experimental Example 2.2: Removal of Organics

도 9에 운전 기간 중 TCODcr, SCODcr, TSS의 제거율을 나타내었다. TCODcr은 운전 기간 중 약 90%정도의 제거율을 보였고, SCODcr는 약 50%정도의 제거율을 나타내었다. 반면, TSS는 운전 기간 중 약 100%의 제거율을 보였다. 9 shows the removal rate of TCOD cr , SCOD cr , and TSS during the operation period. TCOD cr showed about 90% removal during operation and SCOD cr showed about 50% removal. On the other hand, TSS showed about 100% removal rate during the driving period.

실험예 2.3: 질소 및 인 제거Experimental Example 2.3: Removal of Nitrogen and Phosphorus

도 10에 운전 기간 중 TN, NH4 +-N, TP의 제거율을 나타내었다. 운전 기간 중 TN은 약 75%의 제거율을 보였고, NH4 +-N의 경우에는 약 90%이상의 제거율을 나타내었다. 한편, TP의 경우 약 65%의 제거율을 보였다. Figure 10 shows the removal rate of TN, NH 4 + -N, TP during the operation period. During operation, TN showed about 75% removal, and NH 4 + -N showed more than about 90% removal. In the case of TP, the removal rate was about 65%.

실험예 2.4: 물질 수지Experimental Example 2.4: Mass Balance

도 11에 운전 기간 중 TCODcr, TSS, TN, TP의 평균 물질 수지를 나타내었다. TCODcr의 경우 무산소조에서 54.1%, 제1 생물막 여과조에서 23%, 제2 생물막 여과조에서 10.7%, 제3 생물막 여과조에서 2.6%의 제거율을 보여 총 90%의 제거율을 나타내었다. TSS의 총 제거율은 100%로 무산소조에서 51%가 제거되고 제1, 2, 3, 생물막 여과조에서 각각 36.7%, 11.5%, 0.9%의 제거율을 나타내었다. TN의 경우 무 산소조에서 45.6%가 제거되었고 제1, 2, 3, 생물막 여과조에서 각각 12.4%, 11.3%, 5.2%가 제거되었다. 이상과 같은 결과로 유기물의 경우 무산소조와 제1 생물막 여과조에서 전체 제거율의 80%이상이 제거됨을 알수 있다. TN의 경우 무산소조에서 전체 제거율의 약 60%이상이 제거됨을 알수 있다. 11 shows the average material balance of TCOD cr , TSS, TN, and TP during the operation period. In the case of TCODcr, the removal rate was 54.1% in the anaerobic tank, 23% in the first biofilm filtration tank, 10.7% in the second biofilm filtration tank, and 2.6% in the third biofilm filtration tank. The total removal rate of TSS was 100%, 51% was removed from the anaerobic tank, and 36.7%, 11.5%, and 0.9% were removed from the first, second, third, and biofilm filtration tanks, respectively. In the case of TN, 45.6% were removed from the oxygen-free tank and 12.4%, 11.3%, and 5.2% were removed from the first, second, third, and biofilm filtration tanks, respectively. As a result, it can be seen that more than 80% of the total removal rate is removed in the anoxic tank and the first biofilm filtration tank. In the case of TN, more than about 60% of the total removal rate is removed in the oxygen-free tank.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 무산소조와 제1생물막 여과조에서 대부분의 유기물이 제거가 되므로 제2, 제3 생물막 여과조에서 충분한 질산화가 수행되는 것으로 판단된다. 제2, 제3 생물막 여과조에서 질산화 된 결과는 무산소조로 반송되어서 최종적으로 탈질이 수행된다. 한편 TP의 경우 총제거율이 65%이고 무산소조에서 33.8%, 제1, 제2, 제3 생물막 여과조에서 각각 14.4%, 5.6%, 11.6%가 제거되어 총 제거율의 약 50%이상이 무산소조에서 제거되었다. As described above, in the present invention, since most organic matter is removed from the anoxic tank and the first biofilm filtration tank, it is determined that sufficient nitrification is performed in the second and third biofilm filtration tanks. The result of nitrification in the second and third biofilm filtration tanks is returned to the anoxic tank, whereby denitrification is finally performed. In the case of TP, the total removal rate was 65% and 33.8% in the anaerobic tank, 14.4%, 5.6%, and 11.6% in the first, second, and third biofilm filtration tanks were removed, respectively, and more than about 50% of the total removal rate was removed from the anaerobic tank. .

실험예 3: 미생물 군집 특성Experimental Example 3: Microbial Community Characteristics

실험예 3.1: 각 생물막 여과조의 미생물 군집 특성Experimental Example 3.1: Microbial community characteristics of each biofilm filtration tank

도 12a 와 도 12b에는 본 발명에 따른 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치에서 채취된 역세폐수 중의 탈리 생물막을 MPN법(a)과 FISH-DAPI법(b)을 이용하여 생물막내 미생물 군집 특성을 고찰한 결과를 나타내었다. 도 12a에 도시된 바와 같이 MPN법으로 탈리 생물막을 평가한 결과, 제1 생물막 여과조에는 종속영양 박테리아(DN, denitrifying bacteria)가 가장 많은 수로 관찰되었으며 암모니아 산 화 박테리아 (AOB, ammonia- oxidizing bacteria) 또한 존재하였다. 유기물 부하가 상대적으로 낮은 제1 생물막 여과조의 하부에는 종속영양 박테리아의 수는 감소하고 독립영양 박테리아 수가 증가하는 전이지대가 형성되고, 유기물 부하가 가장 낮은 제3 생물막 여과조에는 완전한 질산화 생물막이 형성됨을 알 수 있었다. 제2 생물막 여과조에서는 잔존 유기물 제거와 NH4 +-N 산화가 진행되며 유기물이 존재하는 하부에는 종속영양 생물막이, 상부에는 질산화 생물막이 형성되어 질산화가 일어남을 알 수 있었다. 제3 생물막 여과조에서는 질산화 생물막에 의한 NH4 +-N 산화가 최대화 되었으며 내부반송수내 NOx-N 농도 또한 최대를 나타내었다. 도 12b에 나타낸 바와 같이, 각각의 상향류 생물막 여과조에는 혐기성 암모니아 산화박테리아인 Anammox가 3~5% 존재함을 알 수 있었으며, 유기물부하가 낮아질수록 NOB의 상대분율이 증가함을 알 수 있었다. 뿐만 아니라, 제3 생물막 여과조에서 탈리된 생물막을 EUB338 (Eubacteria), NSO190 (AOB) 그리고 NIT3 (NOB)를 이용하여 FISH를 수행한 결과, AOB와 NOB는 각각 14%와 26%의 상대적인 공간분포를 나타내었으며, AOB 중의 90.1%는 Nirodsomonas europaea인 것으로 평가되었다.12A and 12B illustrate the desorption biofilms in the backwash wastewater collected by the biological advanced treatment apparatus of domestic sewage or wastewater according to the present invention using the MPN method (a) and the FISH-DAPI method (b). Considered results are shown. As a result of evaluating the detachment biofilm by the MPN method as shown in FIG. 12A, the largest number of denitrifying bacteria (DN) was observed in the first biofilm filtration tank, and ammonia-oxidizing bacteria (AOB) were also observed. Existed. In the lower part of the first biofilm filtration tank having a relatively low organic load, a transition zone is formed in which the number of heterotrophic bacteria decreases and the number of autotrophic bacteria increases. It was found that a complete nitrification biofilm was formed in the third biofilm filtration tank having the lowest organic load. In the second biofilm filtration tank, residual organic matter removal and NH 4 + -N oxidation proceeded, and the heterotrophic biofilm was formed in the lower part where the organic material was present, and the nitrification biofilm was formed in the upper part. In the third biofilm filtration tank, the NH 4 + -N oxidation by the nitrification biofilm was maximized and the NOx-N concentration in the internal transport water was also maximum. As shown in FIG. 12B, it was found that Anammox, an anaerobic ammonia oxide bacterium, was present in each of the upstream biofilm filtration tanks, and the relative fraction of NOB was increased as the organic load was lowered. In addition, FISH was carried out using EUB338 (Eubacteria), NSO190 (AOB), and NIT3 (NOB) on the biofilm detached from the third biofilm filter tank, and AOB and NOB produced 14% and 26% relative spatial distribution, respectively. 90.1% of AOB was evaluated as Nirodsomonas europaea.

따라서, 제1, 제2, 제3 생물막 여과조의 역세폐수 중의 탈리 생물막을 이용한 미생물 군집을 평가한 결과 유기물 부하가 상대적으로 높은 1단에는 종속영양 생물막이 형성되어 유기물제거가 일어나며 새로운 세포형성시의 구성성분으로 NH4 +-N제거가 일어남을 알 수 있었다. 위의 결과를 고려할 때, 상향류 호기성 반응조 각각에는 유기물 부하 변동에 따라 종속영양 생물막, 종속영양+독립영양 생물막 그리고 질산화 생물막이 각각 형성되어 있는 것으로 판단되었다.Therefore, as a result of evaluating the microbial community using the desorption biofilm in the backwashed wastewater of the first, second, and third biofilm filtration tanks, heterotrophic biofilms are formed in the first stage where the organic load is relatively high, and organic matter is removed. NH 4 + -N removal occurred as a component. Considering the above results, it was determined that the upstream aerobic reactors had heterotrophic biofilms, heterotrophic + independent nutrient biofilms, and nitrified biofilms, respectively, according to the organic load changes.

실험예 3.2: 무산소 반응조의 미생물 군집 특성Experimental Example 3.2: Microbial community characteristics of the anaerobic reactor

실험예 3.2.1: PCR 결과Experimental Example 3.2.1: PCR result

도 13은 nitrite reductase genes을 검출하기 위하여 cd 1 -type nitrite reductase(nirS)와 Cu-type nitrite reductase(nirK)에 특이적인 primer인 nirS1F-nirS6R과 nirK1F-nirK5R을 이용하여 수행한 PCR 증폭결과를 나타내었다. 그 결과, nirS PCR products만 검출된 반면 nirK PCR products는 검출되지 않았다. 이를 통해, 무산소조 내 탈질과정 중 아질산염 환원에 관여하는 nitrite reductase genes의 종류가 cd 1 -type nitrite reductase(nirS)인 것을 확인 할 수 있었다. cd 1 -type nitrite reductase(nirS)는 일반적으로 수계, 생물학적 처리공정 및 유기물이 풍부한 혐기성 습지에서 나타나는 것으로 보고되고 있다. 반면, Cu-type nitrite reductase(nirK)의 경우 현재까지 연구된 탈질 미생물의 약 30% 정도에 존재하며, 토양 및 수계 등 광범위한 생태적 환경에서 관찰되는 것으로 알려지고 있지만, 무산소조 내에는 존재가 미비한 것으로 판단된다. 또한, 대조군으로 사용된 활성슬러지의 경우에는 증폭결과가 미약하여 탈질균의 활성이 낮은 것으로 나타났다.13 is performed using nir S1F- nir S6R and nir K1F- ni rK5R primers specific for cd 1 -type nitrite reductase ( nir S) and Cu-type nitrite reductase ( nir K) to detect nitrite reductase genes. One PCR amplification result is shown. As a result, only nirS PCR products were detected while nirK PCR products were not detected. Through this, it was confirmed that the type of nitrite reductase genes involved in nitrite reduction in anoxic tank is cd 1 -type nitrite reductase ( nir S). cd 1 -type nitrite reductase (nirS) generally has been reported to appear in the water system, rich anaerobic biological treatment step, and the wetland organisms. On the other hand, Cu-type nitrite reductase ( nirK ) is present in about 30% of the denitrification microorganisms studied so far, and it is known to be observed in a wide range of ecological environments such as soil and water, but it is not present in anoxic tanks. do. In addition, in the case of activated sludge used as a control, the amplification result was weak, and the activity of denitrification bacterium was low.

실험예 3.2.2: DGGE 분석 결과Experimental Example 3.2.2: DGGE Analysis Result

실험예 3.2.2.1: cdExperimental Example 3.2.2.1: cd 1One -type nitrite reductase gene의 DGGE profileDGGE profile of the -type nitrite reductase gene

도 14는 전탈질 무산소조내의 슬러지에 대한 DGGE profile을 보여주고 있다. 유입유량이 증가하고 운전시간이 증가함에 따라 DGGE band profile이 확연히 달라졌으며 band 역시 시간이 경과함에 따라 연속적으로 변화하였음을 확인할 수 있다. DGGE에서 개별 band는 개별 미생물 종의 functional gene을 의미하므로 이는 슬러지를 구성하고 있는 탈질 미생물들이 연속적으로 변화하고 있음을 보여주는 것이다. 식종원으로 이용된 부산 수영 하수처리장 의 활성슬러지는 독립적인 무산소조에 비해 상대적으로 많은 band수가 검출되어 다양한 탈질미생물 종들이 슬러지를 구성하고 있음을 알 수 있다. 반면, 무산소조에서는 운전기간이 경과함에 따라 band 11 과 band 12의 명도가 진해지는 것으로 나타나 이에 해당하는 탈질미생물의 우점화 경향을 보였다.Figure 14 shows the DGGE profile for sludge in a total denitrification anaerobic bath. As the flow rate increased and the operation time increased, the DGGE band profile changed significantly and the band also changed continuously with time. Since individual bands in DGGE refer to functional genes of individual microbial species, this shows that the denitrifying microorganisms that make up the sludge are continuously changing. Activated sludge from the Busan Sewage Sewage Treatment Plant used as a botanical source was found to have a relatively large number of bands compared to an independent anoxic tank, indicating that various denitrifying microorganisms constitute sludge. On the other hand, in the anaerobic tank, the brightness of band 11 and band 12 increased as the operation period passed, and the denitrifying microorganisms tended to dominate.

실험예 3.2.2.2: 미생물 군집의 염기서열 분석 결과Experimental Example 3.2.2.2: Sequence analysis of microbial community

Group specific PCR의 정확성과 어떤 미생물에서 유래한 band인지를 확인하기 위해서 도 14에 나타난 DGGE gel 상의 특이적인 band를 추출하여 염기서열을 분석하였다. DGGE gel에서 나타난 단일 band를 추출하여 정제한 후 GC-clamp가 부착되지 않은 nirS primer를 이용하여 PCR한 후 sequencing을 하였다. 각각의 sequencing 결과는 하기의 표 7과 같다. 활성슬러지에서 검출된 1∼7번의 경우에는 활성슬러지에서 관찰되는 nitrite reductase gene을 지니는 uncultured bacteria로 나타났다. 반면에, 무산소조 슬러지에서 검출된 8∼12번의 band의 경우 nitrite reductase gene을 지니는 Alcaligenes faecalis, Ralstonia eutripha, 그리고 Thauera chlorobenzonia 등의 탈질미생물이 검출되었다. 이는 독립적인 무산소조에서는 특정 탈질 미생물이 우점화 되는 것을 의미한다.In order to confirm the accuracy of the group specific PCR and the band derived from which microorganism, the specific sequence on the DGGE gel shown in FIG. 14 was extracted and the sequence was analyzed. After extracting and purifying single bands from DGGE gel, PCR was performed using nir S primer without GC-clamp, followed by sequencing. Each sequencing result is shown in Table 7 below. In the case of activated sludge, 1 to 7 cases were detected as uncultured bacteria with nitrite reductase gene observed in activated sludge. On the other hand, denitrification microorganisms such as Alcaligenes faecalis, Ralstonia eutripha , and Thauera chlorobenzonia with nitrite reductase gene were detected in the 8-12 bands detected in anoxic sludge. This means that certain denitrifying microorganisms dominate in independent anaerobic baths.

[표 7] Sequenced 결과   Table 7 Sequenced Results

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상술한 바와 같은 실험 결과 본 발명자들은 하기와 같은 결론을 얻었다. As a result of the experiment as described above, the present inventors obtained the following conclusions.

1) 본 발명과 같이 3개의 다중 병렬 생물과 여과조로 이루어진 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치의 운전 기간 중 TCODcr, SCODcr, TSS, TN, NH4 +-N, TP의 제거 율은 각각 약 90%, 50%, 100%, 75%, 90%, 65%를 나타내었다. 1) The removal rate of TCOD cr, SCOD cr, TSS, TN, NH 4 + -N, and TP during the operation period of the biological advanced treatment apparatus of living sewage or wastewater consisting of three multiple parallel organisms and a filtration tank as in the present invention , respectively About 90%, 50%, 100%, 75%, 90%, 65%.

2) 물질 수지 분석 결과 유기물의 경우 무산소조와 제1생물막 여과조에서 전체 제거율의 80%이상이 제거되었고 TN의 경우 무산소조에서 전체 제거율의 약 60%이상이 제거됨을 알 수 있었다. 무산소조와 제1생물막 여과조에서 대부분의 유기물이 제거가 되므로 제2생물막 여과조와 제3생물막 여과조에서 충분한 질산화가 수행되는 것으로 판단되었다.2) As a result of the material balance analysis, it was found that more than 80% of the total removal rate was removed in the anoxic tank and the first biofilm filtration tank in the case of organic material, and about 60% of the total removal rate was removed in the anoxic tank. Since most organic matters were removed from the anoxic tank and the first biofilm filtration tank, it was determined that sufficient nitrification was performed in the second biofilm filtration tank and the third biofilm filtration tank.

3) 역세폐수 중의 탈리 생물막을 MPN법과 FISH-DAPI법을 이용하여 생물막내 미생물 군집 특성을 고찰한 결과, 유기물 부하 변동에 따라 종속영양 생물막, 종속영양+독립영양 생물막 그리고 질산화 생물막이 각각 형성되어 있는 것으로 판단되었다. 상대적으로 유기물 부하가 높은 제1생물막 여과조에는 종속영양 생물막이 형성되고 제2, 제3 생물막 여과조에는 각각 종속영양+독립 영양 생물막, 질산화 생물막이 형성되는 것을 알 수 있었다.3) The characteristics of microbial community in biofilm were investigated by MPN method and FISH-DAPI method. The heterotrophic biofilm, heterotrophic + independent nutrition biofilm, and nitrification biofilm were formed according to the variation of organic load. It was judged. It was found that heterotrophic biofilms are formed in the first biofilm filtration tank having a relatively high organic load, and heterotrophic + independent nutrient biofilms and nitrification biofilms are formed in the second and third biofilm filtration tanks, respectively.

4) PCR 증폭결과, 탈질을 수행하는 무산소조 내 슬러지에서는 nirS와 nirK 유전자 가운데 nirS 유전자만 검출되었다. 이는 수처리 탈질공정에서는 주로 nirS 유전자의 탈질 미생물이 우점화를 이루고 nirK 유전자의 탈질미생물은 미미하게 존재한다는 것을 의미한다.4) PCR amplification result, in the anoxic sludge to perform denitration was detected only among nirS gene nirS and nirK gene. This means that the denitrification microorganism of the nir S gene predominates and the denitrification microorganism of the nirK gene is insignificant in the water treatment denitrification process.

5) DGGE 분석결과, 최초 식종원으로 이용된 활성슬러지에서는 상대적으로 많은 band들이 검출되는 반면, 무산소조 내에서는 운전일수와 nitrate 부하량이 증가할수록 단일 band로 우점화하는 경향을 나타내었다.5) As a result of DGGE analysis, a large number of bands were detected in the activated sludge used as the first planting source, but in the anoxic tank, as the number of days and nitrate load increased, the band tended to dominate as a single band.

6) DGGE band에 대한 염기서열 분석결과, 식종 슬러지의 경우 다양한 uncultured bacteria가 나타났으나, nitrate 제거율이 높은 안정화된 무산소조에서는 alcaligenes faecalis 등 특정 탈질미생물이 우점화되는 것으로 확인되었다.6) As a result of sequencing of the DGGE band, various uncultured bacteria appeared in the case of planting sludge, but certain denitrifying microorganisms such as alcaligenes faecalis dominated in the stable anoxic tank with high nitrate removal rate.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진자에게 명백한 것이다. On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments, the invention is variously modified and modified without departing from the technical features or fields of the invention provided by the claims below It will be apparent to those skilled in the art that such changes can be made.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 무산소 반응조와 호기성 반응조를 포함하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치에 있어서, 3개의 다중 병렬식 생물막 여과조로 구성하여, 제1생물막 여과조에는 유기물을 제거하는 호기성 종속(heterotrophic) 영양 박테리아가 우점종으로 부착되도록 하고, 제2생물막 여과조에는 상기 호기성 종속 영양 박테리아와 함께 질소화합물을 질산화시키는 독립(autotrophic) 영양 박테리아가 포함되도록 하며, 제3생물막 여과조에는 상기 독립 영양 박테리아가 우점종으로 부착되도록 한 생활하수나 폐수의 고도 처리 장치를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, in the biological advanced treatment apparatus for living sewage or wastewater including an anoxic reaction tank and an aerobic reaction tank, it is composed of three multiple parallel biofilm filtration tanks, and the first biofilm filtration tank removes organic matter. The heterotrophic trophic bacteria are attached as dominant species, and the second biofilm filtration tank includes autotrophic nutrients that nitrate nitrogen compounds together with the aerobic heterotrophic bacteria, and the third biofilm filtration tank is the independent trophic bacteria. It is possible to provide an advanced treatment device for domestic sewage or wastewater which is attached to the dominant species.

이러한 본 발명에 의하는 경우, 상기 호기성 반응조가 종래와 같이 하나의 반응조로 이루어진 것이 아니라, 3개의 다중 병렬식 생물막 여과조로 구성하여 유기물을 제거하는 호기성 종속 영양 박테리아와 질소화합물을 질산화시키는 독립 영양 박테리아를 구분하여 우점종시킴으로써, 상기 제1생물막 여과조에서 먼저 대부분의 유기물을 제거한 뒤 상기 제2, 제3 생물막 여과조에서 충분한 질산화가 수행되도록 할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, the aerobic reactor does not consist of a single reactor as in the prior art, but consists of three multi-parallel biofilm filtration tanks and aerobic heterotrophic bacteria for removing organic matter and independent nutrient bacteria for nitrifying nitrogen compounds. By separating the dominant species, there is an effect that sufficient nitrification is performed in the first, second biofilm filtration tank after removing most of the organic matter in the first biofilm filtration tank.

또한, 본 발명은 상기한 반응들에 사용되는 미생물 슬러지를 종래와 같이 혐기성 반응과 무산소 반응 및 호기성 반응이 모두 끝난 뒤의 침전조로부터 반송시키는 것이 아니라, 상기 무산소 반응조와 상기 호기성 반응조 사이에 상기 무산소 반응조를 통해 유입된 처리수로부터 미생물을 고액분리시키는 침전조를 설치함으로써, 상기 호기성 반응조로 유입되는 슬러지를 줄이는 것과 동시에 상기 무산소 반응과 호기성 반응에 사용되는 미생물의 농도를 높게 유지시킬 수 있는 것이다. In addition, the present invention does not return the microbial sludge used in the above reactions from the settling tank after the anaerobic reaction, the anoxic reaction and the aerobic reaction have been completed as before, and the anoxic reaction tank between the anoxic reactor and the aerobic reactor. By installing a sedimentation tank for solid-liquid separation of the microorganisms from the treated water introduced through the, it is possible to reduce the sludge flowing into the aerobic reactor and to maintain a high concentration of the microorganisms used in the anoxic reaction and aerobic reaction.

Claims (10)

생활하수나 폐수에 포함된 유기물질을 이용하여 질산화액을 탈질시킴으로써, 질소와 유기물질을 동시에 제거하고 인 방출이 일어나도록 무산소 상태를 유지하며, 상기 유기물질을 이용하여 질산화액을 탈질시키는 탈질 미생물을 포함하는 무산소 반응조;Denitrification microorganisms by denitrifying nitric oxide using organic materials contained in domestic sewage or waste water, removing nitrogen and organic substances at the same time, maintaining anoxic state so that phosphorus release occurs, and denitrifying nitric oxide using the organic substances. An oxygen free reaction tank comprising a; 상기 무산소 반응조를 통해 유입된 처리수 중의 유기물을 제거하는 호기성 종속(heterotrophic) 영양 박테리아가 우점종으로 부착된 여재가 포함된 제1생물막 여과조와, A first biofilm filtration tank including a filter medium to which aerobic heterotrophic bacteria which remove organic matters from the treated water introduced through the anoxic reaction tank are attached as dominant species; 상기 제1생물막 여과조를 통해 유입된 처리수 중의 잔존 유기물을 제거하는 호기성 종속 영양 박테리아 및 상기 유입된 처리수 중의 질소화합물을 질산화시키는 독립(autotrophic) 영양 박테리아가 부착된 여재가 포함된 제2생물막 여과조와,A second biofilm filtration tank including aerobic heterotrophic bacteria for removing residual organic matter in the treated water introduced through the first biofilm filtration tank and autotrophic nutrient bacteria for nitrifying nitrogen compounds in the introduced treated water. Wow, 상기 제2생물막 여과조를 통해 유입된 처리수 중의 질소화합물을 질산화시키는 독립 영양 박테리아가 우점종으로 부착된 여재가 포함된 제3생물막 여과조를 포함하는 호기성 반응조; 및An aerobic reaction tank including a third biofilm filtration tank including a filter medium in which independent nutrient bacteria for nitrifying the nitrogen compound in the treated water introduced through the second biofilm filtration tank are attached as dominant species; And 상기 호기성 반응조 내의 질산화액을 상기 무산소 반응조로 반송시키는 반송수단을 포함하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치.An advanced biological treatment apparatus for domestic sewage or wastewater, comprising a conveying means for conveying the nitric oxide in the aerobic reaction tank to the anoxic reaction tank. 제1항에 있어서, 상기 제1생물막 여과조에 포함된 여재에는 상기 무산소 반 응조를 통해 유입된 처리수 중의 암모니아성 질소(NH4 +)를 아질산염(NO2 -)으로 질산화(nitrification)시키는 암모니아-산화 박테리아(Ammonia-Oxidizing Bacteria)가 부착되어 있고, 상기 제1생물막의 호기성 종속 영양 박테리아는 유기물을 산화시키는 탈질화 박테리아(Denitrifying Bacteria)인 것을 특징으로 하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치.The ammonia of claim 1, wherein the media included in the first biofilm filtration tank includes ammonia for nitrifying ammonia nitrogen (NH 4 + ) in the treated water introduced through the anoxic reaction tank with nitrite (NO 2 − ). Ammonia-Oxidizing Bacteria (Ammonia-Oxidizing Bacteria) is attached, the aerobic heterotrophic bacteria of the first biofilm is a denitrifying bacteria (Denitrifying Bacteria) that oxidizes the organic material, characterized in that the biological treatment of advanced sewage or waste water. 제1항에 있어서, 상기 제3생물막 여과조에 포함된 여재에는 상기 유입된 처리수 중의 유기물을 제거하는 호기성 종속 영양 박테리아와 상기 유입된 처리수 중의 암모니아성 질소(NH4 +)를 아질산염(NO2 -)으로 질산화시키는 암모니아-산화 박테리아 및 상기 아질산염(NO2 -)을 질산성질소(NO3 -)로 질산화시키는 아질산염-산화 박테리아(Nitrite-Oxidizing Bacteria)가 부착되어 있고, 상기 제3생물막 여과조의 독립 영양 박테리아는 상기 암모니아-산화 박테리아인 것을 특징으로 하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치.According to claim 1, wherein the filter medium included in the third biofilm filtration tank is aerobic heterotrophic bacteria for removing organic matter in the treated water and ammonia nitrogen (NH 4 + ) in the introduced treated water nitrite (NO 2 the third biofilm filtration tank and the oxidation bacteria (nitrite-oxidizing bacteria) is attached, - - oxidizing bacteria and the nitrite (NO 2 -), nitrate nitrogen (NO 3 -), nitrite to nitrification in) nitrification of ammonia to the Independent nutritional bacteria are biological ammonia treatment apparatus for domestic sewage or wastewater, characterized in that the ammonia-oxidizing bacteria. 제1항에 있어서, 상기 제2생물막 여과조에 포함된 여재에는 상기 유입된 처리수 중의 유기물을 산화시키는 탈질화 박테리아와 상기 유입된 처리수 중의 암모 니아성 질소(NH4 +)를 아질산염(NO2 -)으로 질산화시키는 암모니아-산화 박테리아 및 상기 아질산염(NO2 -)을 질산성질소(NO3 -)로 질산화시키는 아질산염-산화 박테리아가 부착되어 있고, 상기 제2생물막 여과조에 포함된 여재에는 상기 아질산염-산화 박테리아가 우점종으로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치.According to claim 1, wherein the filter medium included in the second biofilm filtration tank is denitrified bacteria for oxidizing the organic matter in the introduced treated water and ammonia nitrogen (NH 4 + ) in the introduced treated water nitrite (NO 2 -) in which nitrification of ammonia-oxidizing bacteria and the nitrite (NO 2 -), nitrate nitrogen (NO 3 - nitrite to nitrification in) and an oxidizing bacteria are attached, include the nitrite the filter material included in the second biofilm filtration tank -An advanced biological treatment device for sewage or wastewater, characterized in that oxidizing bacteria are attached as dominant species. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박테리아가 우점종으로 부착되어 있다는 것은 상기 박테리아의 세포 수가 가장 많은 것을 특징으로 하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치.The biological advanced treatment apparatus for living sewage or wastewater according to any one of claims 1 to 4, wherein said bacteria are attached as dominant species. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박테리아가 우점종으로 부착되어 있다는 것은 상기 박테리아의 세포 수가 상기 박테리아 이외의 세포수보다 2배 이상 많게 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치.The living sewage or wastewater according to any one of claims 1 to 4, wherein the bacteria are attached as dominant species, wherein the number of cells of the bacteria is more than twice as large as the number of cells other than the bacteria. Biological advanced processing device. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 암모니아-산화 박테리아는 Nirodsomonas europaea 인 것을 특징으로 하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치.The apparatus of any one of claims 1 to 4, wherein the ammonia-oxidizing bacteria is Nirodsomonas europaea. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무산소 반응조에 포함되어 있는 탈질 미생물은 cd 1 -type nitrite reductase(nirS)인 것을 특징으로 하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치.The denitrification microorganism included in the anoxic reactor is cd 1 -type nitrite reductase ( nirS ). 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무산소 반응조를 통해 유입된 처리수로부터 미생물을 고액분리시키는 침전조가 상기 무산소 반응조와 상기 호기성 반응조 사이에 구비되고,The process according to any one of claims 1 to 4, wherein a precipitation tank for solid-liquid separation of microorganisms from the treated water introduced through the anoxic reactor is provided between the anoxic reactor and the aerobic reactor. 상기 무산소 반응조와 상기 호기성 반응조의 미생물을 소정의 농도로 유지시키기 위하여, 상기 침전조에서 고액분리된 미생물을 상기 무산소 반응조로 반송시키는 미생물 반송 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치.In order to maintain the microorganisms in the anaerobic reaction tank and the aerobic reaction tank at a predetermined concentration, the biological altitude of the living sewage or wastewater further comprises a microbial conveying means for conveying the microorganisms separated from the settling tank to the anoxic reaction tank. Processing unit. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 호기성 반응조를 통해 유입 된 처리수로부터 슬러지를 분리시키는 처리수조가 상기 호기성 반응조 다음에 구비되고, The treatment tank according to any one of claims 1 to 4, wherein a treatment tank for separating sludge from the treated water introduced through the aerobic reactor is provided next to the aerobic reactor. 상기 처리수조로부터 반송받은 슬러지에서 인을 방출시키는 혐기성 반응조가 상기 무산소 반응조 앞에 구비되며,An anaerobic reactor for releasing phosphorus from the sludge returned from the treated tank is provided in front of the anoxic reactor, 상기 처리수조에서 분리된 슬러지를 상기 혐기성 반응조로 반송시키는 슬러지 반송 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생활하수나 폐수의 생물학적 고도 처리 장치.And a sludge conveying means for conveying the sludge separated from the treated water tank to the anaerobic reaction tank.
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