KR100804777B1 - 담체에 미생물을 고정시키기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 담체에 미생물을 고정시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 미생물 배양액을 수용하는 진공 베셀과; 상기 진공 베셀의 내부 압력을 감압시켜 진공 상태로 유지시켜 주는 진공 펌프와; 상기 진공 베셀의 내부 압력을 측정하는 압력 게이지와; 담체가 수용된 상태로 상기 진공 베셀 내에 투입되는 메쉬 백;을 포함하는 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 진공 베셀에 미생물 배양액을 주입하는 단계와; 메쉬 백에 담체를 수용한 다음, 상기 담체가 수용된 메쉬 백을 상기 진공 베셀에 투입하는 단계와; 상기 진공 베셀의 내부 압력을 진공 압력으로 유지시키는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 담체에 미생물을 고정함에 있어서, 진공 상태에서 진행되어 담체의 침강 속도 및 미생물의 고정 속도가 빨라 고정 작업에 소요되는 시간이 적게 소요되며, 단 시간 내에 고효율로 많은 량의 미생물을 고정시킬 수 있는 효과를 갖는다. 이에 따라 미생물을 이용한 폐ㆍ하수의 생물학적 처리에 있어서 담체의 효율을 극대화시킬 수 있다.
폐수, 하수, 담체, 미생물, 고정, 진공

Description

담체에 미생물을 고정시키기 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR IMMOBILIZING MICROORGANISM ON SURFACE OF CARRIER}
도 1은 본 발명에 따른 장치의 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 장치를 구성하는 것으로, 담체를 담을 수 있는 메쉬 백의 사시도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 진공 베셀 12 : 베셀본체
14 : 캡 16 : 호퍼
20 : 진공 펌프 30 : 압력게이지
40 : 메쉬 백 50 : 저장탱크
본 발명은 담체에 미생물을 고정시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 담체에 미생물을 고정(Immobilization)시킴에 있어서, 진공상태의 베셀(vessel)에서 고정시킴으로써, 미생물의 고정 속도가 빠르고, 많은 량의 미생물을 고정시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 폐ㆍ하수에 존재하는 협잡물, 유기물질, 질소 및 인 등을 처리함에 있어서는 물리적 및 생물학적 방법이 병행되고 있다. 특히 폐ㆍ하수에 존재하는 질소는, 처리 설비 내에 질산화반응을 수행하는 질산화 반응조와, 탈질반응을 수행하는 탈질 반응조를 설치하여 생물학적 방법에 의해 유기질소와 암모니아성 질소를 질산화시킨 다음 질소가스로 환원시켜 처리되고 있다. 이러한 생물학적 질산화/탈질은 침출수나 축산폐수 등과 같은 고농도의 유기물질과 암모니아성 질소를 포함하고 있는 폐ㆍ하수의 처리에도 유용하게 적용되고 있다. 질산화 반응조에서는 질산화 균주에 의해 질산화 반응이 진행됨과 동시에 유기물과 인이 제거되며, 탈질 반응조에서는 탈질 균주에 의한 탈질반응이 진행된다. 이때, 질산화 균주와 탈질 균주와 같은 미생물은 과립상의 담체에 고정(담지)된 다음, 반응조에 투입되어 폐ㆍ하수와 접촉된다.
상기 담체는 가능한 한 많은 량의 미생물이 고정(immobilization), 성장할 수 있고, 수류에 따라 원활히 유동될 수 있는 물성을 가져야 한다. 이에 따라, 담체는 큰 비표면적과 낮은 비중을 갖도록 제조되고 있으며, 일반적으로는 플라스틱(또는 폐플라스틱)을 주재료로 하되, 큰 비표면적과 낮은 비중을 갖도록 석분, 활성탄, 플라이애쉬 등과 같은 분말을 혼합하여 제조되고 있다. 대한민국 특허공개 제10-2002-0008233호에는 폐합성수지를 주재료로 하되, 여기에 석분, 활성탄, 플라 이애쉬 등과 같은 부재료를 혼합하여 성형한 미생물 접촉여재(미생물 담체)가 제시되어 있다.
또한, 위와 같은 담체에 미생물을 고정시킴에 있어서, 종래에는 용기에 특정 미생물이 대량 배양된 배양액을 주입한 다음, 담체를 상기 배양액에 함침시켜 고정시키고 있다.
그러나 위와 같은 종래기술에 따르면, 담체가 배양액 내로 침강하는 데에 걸리는 시간이 길어 고정화 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 담체의 공극에는 공기가 포집되어 있는데, 이러한 공기로 인하여 고정 속도가 느리고 많은 량의 미생물을 고정(부착)할 수 없는 문제점이 있다. 아울러, 미생물을 고정시킨 다음에는 담체를 배양액으로부터 분리, 즉 담체를 용기로부터 건져내야 하는데, 이러한 작업이 용이하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 담체에 미생물을 고정시킴에 있어서, 진공상태의 베셀(vessel)에서 고정시킴으로써, 담체의 침강 속도 및 미생물의 고정 속도가 빠르고, 많은 량의 미생물을 고정시킬 수 있으며, 담체의 분리가 용이한 장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 담체에 미생물을 고정시키기 위한 장치로서,
미생물 배양액을 수용하는 진공 베셀과;
상기 진공 베셀의 내부 압력을 감압시켜 진공 상태로 유지시켜 주는 진공 펌프와;
상기 진공 베셀의 내부 압력을 측정하는 압력 게이지와;
담체가 수용된 상태로 상기 진공 베셀 내에 투입되는 메쉬 백;을 포함하는 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 담체에 미생물을 고정시키기 위한 방법으로서,
진공 베셀에 미생물 배양액을 주입하는 단계와;
메쉬 백에 담체를 수용한 다음, 상기 담체가 수용된 메쉬 백을 상기 진공 베셀에 투입하는 단계와;
상기 진공 베셀의 내부 압력을 진공 압력으로 유지시키는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다.
이때, 상기 진공 베셀의 내부 압력(진공 압력)은 -700mmHg ~ -760mmHg로 유지시키는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 구성도를 보인 것이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 장치를 구성하는 것으로서, 담체를 담을 수 있는 메쉬 백의 사시도를 보인 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 장치는 담체에 미생물을 고정하는 데에 사용되는 장치로서 진공 베셀(10, Vacuum Vessel), 진공 펌프(20, Vacuum Pump), 압력 게이지(30, Pressure Gage) 및 메쉬 백(40, Mesh Bag)을 적어도 포함하여 이루어진다.
상기 진공 베셀(10)은 원통형, 다각통형 등의 형상을 가지며, 여기에는 질산화 균주나 탈질 균주 등과 같은 특정 미생물(균주 등)이 대량 배양된 미생물 배양액이 수용된다. 상기 진공 베셀(10)은 베셀본체(12)와, 이 베셀본체(12)의 상부에 밀폐 결합된 캡(14, Cap)을 갖는다. 그리고 이러한 진공 베셀(10)에는 상기 미생물 배양액을 주입할 수 있는 호퍼(16)가 착설될 수 있다.
상기 진공 펌프(20)는 진공 베셀(10)의 내부 압력을 진공 압력(760mmHg 미만의 압력)으로 감압시키기 위한 것으로서, 이는 진공 베셀(10)과 배관 라인(L)을 통하여 연통되어 있다. 그리고 이러한 진공 펌프(20)의 구동에 의해 진공 베셀(10)에 수용된 배양액이 유출되는 경우를 대비하여, 상기 유출된 배양액이 수용될 수 있도록 진공 펌프(20)의 후단에는 저장탱크(50)가 연결, 설치될 수 있다.
상기 압력 게이지(30)는 진공 베셀(10)의 내부 압력을 측정하는 것으로서, 이는 장치 내에 적어도 1개 이상 설치된다. 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같 이, 진공 베셀(10)의 상부에 설치된다. 또한, 압력 게이지(30)는 도 1에 도시한 바와 같이 진공 베셀(10)과 진공 펌프(20)의 사이에 위치된 배관 라인(L)에도 설치될 수 있다.
상기 메쉬 백(40)은 담체를 담을 수 있는 것으로서, 이는 액체(배양액)가 자유롭게 내/외부를 통과할 수 있는 것이면 본 발명에 포함한다. 구체적으로, 상기 메쉬 백(40)은 도 2에 도시한 바와 같이, 와이어나 실 등이 결선되어 배양액이 통과 할 수 있도록 제조된 그물 주머니(net bag) 형태의 망체(주머니)이거나, 또는 도 3에 도시한 바와 같이 다수의 구멍(42)이 천공되어 제조된 다공통체 등으로부터 선택될 수 있다. 메쉬 백(40)은 플라스틱재, 금속재, 섬유재 등을 포함한다. 이러한 메쉬 백(40)은 담체를 수용한 상태(담체를 담은 상태)로 상기 진공 베셀(10)의 내부에 투입되어 배양액 속에 침지된다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 메쉬 백(40)은 본체(44)와, 이 본체에 개폐 가능하도록 결합되는 뚜껑(45)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 본체(44)와 뚜껑(45)은 일측에서 힌지(47)에 의해 회동 가능하도록 결합될 수 있다. 그리고 타측에는 잠금장치(48)가 결합되어 담체를 담은 후에는 뚜껑(45)이 열리지 않도록 구성될 수 있다. 아울러, 상기 뚜껑(45)의 상부에는 손잡이(46)가 결합될 수 있다.
상기 담체는 플라스틱(또는 폐폴리에틸렌 등의 폐플라스틱)을 주재료로 하되, 공극 형성을 위한 석분, 활성탄, 제올라이트, 플라이애쉬(Fly Ash) 등과 같은 분말을 혼합하여 제조된 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 담체는 플라스틱(또는 폐폴리에틸렌 등의 폐플라스틱)으로 성형된 과립본체에 석분, 활성탄, 제올라이트, 플라이애쉬 등의 분말이 피복된 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 진공 펌프(20)의 구동(작동과 정지)은 수작업에 의해 제어될 수 있으나, 바람직하게는 장치 내에 제어부가 설치되어 자동 제어되는 것이 좋다. 구체적으로, 본 발명에 따른 장치는, 압력 게이지(30)에서 측정된 압력에 따라 진공 펌프(20)의 구동(작동과 정지)을 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 진공 펌프(20)의 구동에 의해 진공 베셀(10)의 내부 압력이 일정 압력, 예를 들어 -700mmHg ~ -760mmHg의 압력으로 도달하면, 이때부터의 시간을 측정하는 타이머(Timer)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, -700mmHg ~ -760mmHg은 대기압(760mmHg)과의 차이를 의미한다.
위와 같은 장치를 이용하여 미생물을 담체에 고정시키는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 진공 베셀(10)의 내부에, 특정 미생물이 대량 배양된 배양액을 주입한다. 그리고 메쉬 백(40)에 다수의 담체를 담아 진공 베셀(10)로 투입한다. 그리고 진공 베셀(10)을 밀폐시킨 다음, 진공 펌프(20)를 작동시켜 진공 베셀(10)의 내부 압력이 진공 압력으로, 바람직하게는 -700mmHg ~ -760mmHg의 압력으로 유지시킨다. 압력은 압력 게이지(30)를 통하여 확인한다. 위와 같이 진공 베셀(10)의 내부 압력이 일정 압력(-700mmHg ~ -760mmHg)으로 도달하면, 진공 펌프(20)의 운전을 정지시킨다. 이때, 이와 같은 진공 펌프(20)의 구동과 정지는 제어부에 의해 제어될 수 있다. 그리고 일정 압력(-700mmHg ~ -760mmHg)으로 도달하여 진공 펌프(20) 의 운전이 정지되면, 타이머에 의해 시간을 측정할 수 있다.
위와 같은 본 발명에 따르면, 배양액 속으로의 담체의 침강 속도가 빠르게 진행된다. 구체적으로, 진공 펌프(20)가 구동되면, 진공 베셀(10)의 내부 압력이 진공 상태의 압력으로 감압되어 담체는 배양액 속으로 빠르게 침강된다. 또한, 담체는 메쉬 백(40)에 담겨진 상태로 투입됨에 따라 상기 메쉬 백(40)이 무거운 재질로 구성된 경우, 이러한 메쉬 백(40)의 무게에 의해 배양액 속으로 빠르게 침강될 수 있다. 아울러, 담체의 공극에 포집되어 있는 공기는 감압에 의해 빠져나가게 되어 미생물이 담체의 공극에 빠른 속도로 고정(담지)되며, 많은 량의 미생물이 짧은 시간 내에 고정(담지)된다. 예를 들어, 진공 베셀(10)의 내부 압력을 -700mmHg ~ -760mmHg으로 감압시킨 후, 약 30분 내지 2시간 정도 유지시키면 폐ㆍ하수 처리에 충분한 다량의 미생물이 담체에 고정(담지)된다.
따라서 본 발명에 따르면, 담체의 침강 속도 및 미생물의 고정 속도가 빨라 고정 작업에 소요되는 시간이 적게 소요되며, 단 시간 내에 고효율로 많은 량의 미생물을 고정시킬 수 있다. 그리고 이와 같이 많은 량의 미생물을 고정되어 폐ㆍ하수의 생물학적 처리에 있어 담체의 효율을 극대화시킬 수 있다. 예를 들어, 질산화균의 경우 증식속도가 낮아 동절기에는 질산화 효율이 감소할 수 있는데, 본 발명에 따라 고정된 담체는 대량의 미생물이 고정되어 있어 동절기에도 적정의 질산화균이 폭기조에 대량 존재하게 하여 질산화효율이 감소하는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배양액으로부터 담체를 분리하는 작업이 용이하다. 구체적으로, 담체는 메쉬 백(40)에 수용되어 있어, 메쉬 백(40)의 꺼냄에 의해 담체를 쉽게 분리할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예 및 비교예를 설명한다.
[실시예]
도 1에 보인 바와 같은 장치를 제작하고, 이를 이용하여 다음과 같이 침강성과 고정 효율을 평가하였다.
먼저, 진공 베셀(10)에 질산화균 배양액을 넣고, 담체를 투입하였다. 그리고 진공 펌프(20)를 구동시켜 진공 베셀(10)의 압력을 -720mmHg까지 감압시킨 후, 담체의 침강 시간을 측정하였다. 담체는 2종류의 담체(담체A, 담체B)를 각각 100개씩 사용하였다. 이때, 담체A는 폐폴리에틸렌(폐PE), 활성탄, 제올라이트/Fly Ash의 비가 8 : 1 : 1인 것(즉, 폐폴리에틸렌(폐PE) : 활성탄 : 제올라이트/Fly Ash의 혼합 = 8 : 1 : 1)으로부터 제조된 것이고, 담체B는 폐폴리에틸렌(폐PE), 활성탄, 제올라이트/Fly Ash의 비가 16 : 1 : 3인 것으로부터 제조된 것이다. 30분과 1시간 간격으로 배양액 내로 완전히 잠긴 담체의 개수를 측정하여 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
또한, 압력을 -720mmHg까지 감압시킨 후, 이때부터 1시간을 유지시킨 다음, 담체를 꺼내었다. 그리고 담체에서 미생물을 탈리시켜 배양액과 탈리액의 균수(담체에 고정된 균수)를 측정하여 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
[비교예]
1L의 비커에 담체 200mL를 넣고 물을 부어 800mL까지 채운 후, 120rpm으로 교반한 다음 30분, 1시간, 2시간, 3시간, 24시간 간격으로 침강량(침강된 개수)을 측정하여 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
< 침강성 측정 결과>
비 고 실시예 비교예
담체A 담체B 담체A 담체B
30분 90% 침강 85% 침강 42% 침강 41% 침강
1시간 97% 침강 93% 침강 64% 침강 60% 침강
2시간 - - 71% 침강 75% 침강
3시간 - - 82% 침강 80% 침강
24시간 - - 82% 침강 80% 침강
< 고정 균수 측정 결과 >
항 목 배양액 균수 탈리액 균수
담체A 6.31 x 109 MPN/mL 8.72 x 106 MPN/mL - 100개 담체
담체B 6.31 x 109 MPN/mL 9.28 x 106 MPN/mL - 100개 담체
상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예의 경우 종래의 비교예와 대비하여 담체 침강성이 매우 우수함을 알 수 있다. 또한 [표 2]의 결과로부터 본 발명에 따라서 진공 상태에 고정시키는 경우 단 시간 내에 많은 량의 미생물이 고정됨을 알 수 있었다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 진공 상태에서 진행되어 담체의 침강 속도 및 미생물의 고정 속도가 빨라 고정 작업에 소요되는 시간이 적게 소요되며, 단 시간 내에 고효율로 많은 량의 미생물을 고정시킬 수 있는 효과를 갖는다. 이에 따라 미생물을 이용한 폐ㆍ하수의 생물학적 처리에 있어서 담체의 효율을 극대화시킬 수 있다. 또한, 메쉬 백(40)의 꺼냄에 의해 담체가 분리되어, 배양액으로부터 담체를 분리하는 작업이 매우 용이한 효과를 갖는다.

Claims (7)

  1. 미생물 배양액을 수용하는 진공 베셀과;
    상기 진공 베셀의 내부 압력을 감압시켜 진공 상태로 유지시켜 주는 진공 펌프와;
    상기 진공 베셀의 내부 압력을 측정하는 압력 게이지와;
    담체가 수용된 상태로 상기 진공 베셀 내에 투입되는 메쉬 백;을 포함하는 것을 특징으로 하는 담체에 미생물을 고정시키기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 타이머(Timer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 담체에 미생물을 고정시키기 위한 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 장치는, 압력 게이지에서 측정된 압력에 따라 진공 펌프의 구동(작동과 정지)이 제어되는 것을 특징으로 하는 담체에 미생물을 고정시키기 위한 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 메쉬 백은 그물 주머니 형태의 망체, 또는 다수의 구멍이 천공된 다공통체인 것을 특징으로 하는 담체에 미생물을 고정시키기 위한 장치.
  5. 진공 베셀에 미생물 배양액을 주입하는 단계와;
    메쉬 백에 담체를 수용한 다음, 상기 담체가 수용된 메쉬 백을 상기 진공 베셀에 투입하는 단계와;
    상기 진공 베셀의 내부 압력을 진공 압력으로 유지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체에 미생물을 고정시키기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진공 베셀의 내부 압력을 -700mmHg ~ -760mmHg 범위의 진공 압력으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 담체에 미생물을 고정시키기 위한 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 진공 베셀의 내부 압력을 30분 내지 2시간 동안 진공 압력으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 담체에 미생물을 고정시키기 위한 방법.
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