KR100813028B1 - 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기 - Google Patents

하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하ㆍ폐수 중의 용해되어 있는 질소성분의 제거와 질소성분에 의하여 유발되는 악취를 저감 할 수 있는 유용한 미생물의 안정된 배양 및 연속적 공급이 가능하도록 한 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기에 관한 것이다.
본 발명은 이를 위하여 하ㆍ폐수 중의 질소성분인 암모니아성 질소의 제거능력이 뛰어난 미생물을 지속적으로 배양 공급하기 위한 미생물이 저장되고, 또 산소를 공급하기 위한 공기 흡입구가 구비되는 배양조와, 상기 배양조 내로 투입되는 영양원을 교반하기 위한 교반기로 이루어지고, 상기 배양조 내에서 배양이 완료된 배양액을 배양액 배출수단으로 자동 배출시키되 일부의 식종액이 배양조 내에 잔류하는 상태로 배출되도록 구성된 미생물 배양 공급기에 있어서, 상기 배양조의 외주 면으로는 미생물의 배양에 알맞은 온도를 제공하기 위한 가온수가 저장되는 가온 자켓이 일체로 구비됨과 동시에 용수 공급 펌프와 연결된 용수 공급관을 통해 배양에 필요한 용수가 공급 제어되도록 구성되며, 상기 배양조로는 영양원 공급수단에 의해 미생물의 배양을 활성화하기 위한 GA합성배지 탄소 성분의 제1영양원과, 질소 성분의 제2 영양원을 각각 분리 공급하되, 상기 제1 및 제2 영양원의 투입량은 영양원 투입량 조절수단에 의해 적정하게 조절 제어되도록 구성된 것이다.
질소제거, 미생물, 배양, 가온자켓, 영양원 투입량 조절

Description

하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기{System on Cultivating bioreactor(SCB) of bacteria for removal of nitrogen and odor in wastewater treatment syetem}
도 1은 본 발명에 따른 미생물 배양 공급기의 구조도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 솔레노이드가 전진 이동된 상태의 평면도 및 측면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 솔레노이드가 후진 이동된 상태의 평면도 및 측면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10: 배양조 11: 공기 흡입구
12: 용수공급펌프 13: 용수 공급관
15: 가온자켓 15a: 히터
15b:순환펌프 15c: 가온수 순환관
15d: 보충수 탱크 15e: 보충수 공급관
20: 영양원 공급수단 21,22: 제1 및 제2영양원 공급부
21a, 22a: 제1 및 제2탱크 21b,22b: 제1 및 제2중력탱크
21c,22c: 제1 및 제2공급관 21d,22d: 제1 및 제2 투입관
30: 영양원 투입량 조절수단 31: 주 블록
32,33: 제1 및 제2 지지블록 34: 솔레노이드
35: 고정축 36: 지지판
37: 탄성부재 38: 이동축
39a, 39b: 제1 및 제2 차단봉 40: 교반기
41: 교반기용 모터 50: 배양액 배출수단
51: 배출관 52: 밸브부재
53: 타이머
본 발명은 하ㆍ폐수 중의 용해되어 있는 질소성분의 제거와 질소성분에 의하여 유발되는 악취를 저감할 수 있는 유용한 미생물의 안정된 배양 및 연속적 공급이 가능하도록 한 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기에 관한 것이다.
산업화의 발달과 인구의 도시집중화에 의해 발생되는 각종 하ㆍ폐수는 대표적인 수질오염원이다. 이중 질소나 인과 같은 영양염류는 상수원인 호수와 저수지 그리고 연안해역 등의 수계에 유입되어 부영양화에 의한 수중 생태계의 파괴를 유발하는 것으로 널이 알려져 있다. 이에 정부는 하ㆍ폐수에 의한 수질 오염의 심각성을 충분히 고려하여 2003년 1월 1일 이후부터는 일부 수계지역에서만 한정적으로 규제하던 질소나 인의 규제를 전국적으로 확대고, 규제기준을 강화시키고 있다.
특히, 하ㆍ폐수처리장으로 유입되는 질소의 형태 중 가장 많은 비중을 차지하는 것은 바로 암모니아성 질소로 조류의 영양염이 됨은 물론 질산화 과정에서 소요되는 전산소 요구량의 70%가 이 과정에서 소요되고 있다. 또한 암모니아성 질소는 염소소독에 있어서는 염소를 다량으로 소비하며, 가스로서 휘산시에는 냄새를 유발하여 하ㆍ폐수처리장에서 악취 민원의 원인이 된다.
이러한 문제들로 인해 20세기 중반부터 질소나 인과 같은 영양염류를 제어하기 위한 프로세스들이 급속도로 연구, 발표되었고, 이미 상당수가 상용화되어 있는 실정이며, 대표적으로 A2O, Bardenpo, UCT, VIP, SBR 등의 고도처리 공정을 들 수 있다. 이러한 종래 프로세스들은 혐기조와 무산소조, 호기조라는 3가지의 복잡한 반응공정을 거치게 되면서 질소와 인을 제거하는 공통된 메커니즘을 가지고 있다.
하지만, 이들 종래 메커니즘들은 설비 구조상 설치 면적을 많이 차지하고, 또 장치의 규모를 크게 할 뿐만 아니라, 건설비용을 증가시키고, 유지비용 또한 증가시키게 되는 등의 여러 가지 심각한 문제점을 야기하고 있다. 특히 이러한 문제점들은 설비의 이용 효율을 크게 저하시키게 되는 요인이 되고 있는 실정이어서, 보다 콤팩트하고, 고 효율 저 비용으로 설치가 되어, 하ㆍ폐수 중의 질소성분이 제거되어 건전한 수질을 유지하면서 악취가 저감 될 수 있는 장치가 절실히 요구되고 있는 실정에 있다.
따라서, 본 발명은 하ㆍ폐수 중의 질소성분인 암모니아성 질소를 세포 내에 합성하는 능력이 뛰어난 특화된 미생물을 안정되게 배양하고 또 배양된 액을 무인자동화된 프로그램에 의하여 주기적으로 하ㆍ폐수처리장에 배출 공급함으로써 종래와 같은 질소 제거 공정의 추가적인 건설, 유지 비용 등의 문제점 없이 암모니아성 질소를 함유하는 하ㆍ폐수의 처리 능률을 크게 향상시키고, 질소성분에 유래하는 악취를 저감시킬 수 있도록 한 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기를 제공하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하ㆍ폐수 중의 질소성분인 암모니아성 질소의 제거능력이 뛰어난 미생물을 지속적으로 배양 공급하기 위한 미생물이 저장되고, 또 산소를 공급하기 위한 공기 흡입구가 구비되는 배양조와, 상기 배양조 내로 투입되는 영양원을 교반하기 위한 교반기로 이루어지고, 상기 배양조 내에서 배양이 완료된 배양액을 배양액 배출수단으로 자동 배출시키되 일부의 식종액이 배양조 내에 잔류하는 상태로 배출되도록 구성된 미생물 배양 공급기에 있어서, 상기 배양조의 외주 면으로는 미생물의 배양에 알맞은 온도를 제공하기 위한 가온수가 저장되는 가온 자켓이 일체로 구비됨과 동시에 용수 공급 펌프와 연결된 용수 공급관을 통해 배양에 필요한 용수가 공급 제어되도록 구성되며, 상기 배양조로는 영양원 공급수단에 의해 미생물의 배양을 활성화하기 위한 GA합성배지 탄소 성분의 제1영양원과, 질소 성분의 제2 영양원을 각각 분리 공급하되, 상기 제1 및 제2 영양원의 투입량은 영양원 투입량 조절수단에 의해 적정하게 조절 제어되도록 구성된 점에 있다.
본 발명에 따르면, 배양조 내의 용수를 배양에 필요한 온도로 가온시키기 위 하여 가온자켓 내에 저장되는 가온수는, 온도감지센서와 연결되어진 히터에 의해 적정한 온도(약 25~35℃)로 가온되어 지고, 또 순환펌프와 연결된 가온수 순환관을 통해 순환 공급되어 지며, 상기 가온수가 부족하게 되는 경우에는 상기 가온수 순환관과 연설된 보충수 공급관을 통해 보충수 탱크로부터 보충되어 지도록 구성됨이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 영양원 공급수단은, 제1 영양원을 구성하는 GA합성배지 탄소영양원이 저장되는 제1탱크와, 상기 제1탱크와의 사이에 연결되어진 연질의 제1공급관으로부터 1회분 투입에 필요한 량 만큼의 제1영양원을 공급받아 저장하는 제1중력탱크와, 상기 제1중력탱크로부터 제1 영양원을 배양조 내로 공급하기 위한 연질의 제1투입관으로 이루어진 제1영양원 공급부; 및 제2 영양원을 구성하는 질소원이 저장되는 제2탱크와, 상기 제2탱크와의 사이에 연결되어진 연질의 제2공급관으로부터 1회 분 투입에 필요한 량 만큼의 제2영양원을 공급받아 저장하는 제2중력탱크와, 상기 제2보조탱크로부터 제2 영양원을 배양조 내로 공급하기 위한 연질의 제2투입관으로 이루어진 제2영양원 공급부를 포함하여 구성됨이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 영양원 투입량 조절수단은, 주 블록과; 상기 주 블록의 일 측 양단으로 배치되되 제1 및 제2 공급관이 관통 설치되는 관통공이 상하로 배치되게 형성된 제1지지블록과; 상기 주 블록의 타 측 양단으로 배치되되 제1 및 제2 투입관이 관통 설치되는 관통공이 상하로 배치되게 형성된 제2지지블록과; 상기 주 블록의 가이드공에 관통 설치되되 일 단부는 타이머 조작에 의해 컨트롤되는 솔레노이드와 연결 설치되어 진퇴 조작되어 지고, 타 단부로는 고정 축이 구비되어 지되 상기 고정 축의 외주면으로는 상기 주 블록에 고정된 지지판과의 사이에 스프링 형태의 탄성부재가 구비되어진 이동 축과; 상기 주 블록을 경계로 하여 상기 이동 축과 함께 이동 조작되면서 상기 제1 및 제2 지지블록에 각각 관통 설치되는 제1,제2 공급관 및 제1,제2 투입관을 선택적으로 각각 동시에 눌러 차단하기 위한 제1 및 제 2차단봉을 포함하여 구성됨이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 배양액 배출수단은, 배양조의 하부 바닥으로부터 일정 높이를 두고 설치되는 배출관과, 상기 배출관에 구비되고 타이머에 의해 주기적으로 열고 닫히는 밸브부재를 포함하여 구성됨이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 배양에 이용되는 미생물은 Leclercia adecarboxylata임이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 제1 영양원을 구성하는 GA합성하ㆍ폐수 성분은 K2HPO4 , GLUCOSE, FeSO47H2O, CaCl22H2O, MgSO47H2O, ZnCl2로 이루어지고, 제2 영양원을 구성하는 질소원 성분은 (NH4)2SO4 로 구성됨이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 미생물 공급 배양기를 설명하기 위한 구조도이다.
이를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 미생물 배양 공급기는, 크게, 미생물의 배양에 알맞은 온도로 가온되는 배양조(10)와, 미생물의 배양에 필요한 영양원 공급수단(20)과, 미생물의 배양에 필요한 영양원의 투입을 적정하게 자동 조절하기 위한 영양원 투입량 조절수단(30)과, 교반기(40) 및 배양액 배출수단(50)으로 구성된다.
본 발명에 이용되는 미생물은, 질소 제거 능력이 탁월하도록 사전에 개발된 미생물이 사용된다. 본 발명에 이용되는 미생물은 Leclercia adecarboxylata이다. 상기한 Leclercia adecarboxylata는 그람음성간균이며, 산소가 있어도 없어도 성장이 잘 되는 통성 혐기성 세균으로 장내 세균과에 속한다. 상기한 미생물은 실험 결과 하ㆍ폐수 중의 암모니아성 질소를 세포 내에 합성하는 능력이 뛰어난 것으로 나타났다.
하기의 [표 1]에는 Leclercia adecarboxylata를 이용하여 질소제거능을 실험한 결과로서 수중의 무기태의 질소성분이 암모니아성 질소가 83mg/L에서 1.5mg/L로 감소되는 것을 확인할 수 있다. T-N의 농도는 큰 변화를 보이지 않았으며, 무기태의 질소가 미생물의 체내에 흡수되어 유기태로 변화된 것을 알 수 있다. 따라서 제거된 암모니아성 질소는 거의 전량 유기질소로 변환된 것으로 판단되었다.
[표 1] Leclercia adecarboxylata를 이용하여 질소 제거능을 실험한 결과
질소성분 배양전 배양후
아모니아성질소 (NH3-N) 83 1.5
아질산성질소 (NO2-N) 0.005 0.005
질산성질소 (NO3-N) 0 0.1
총질소 (T-N) 82.5 76.25
따라서, 본 발명은 기본적으로 하ㆍ폐수 중의 암모니아성 질소 제거능력이 탁월한 상기한 미생물을 질소 제거가 요구되는 처리설비로 안정되고 지속적으로 배양 공급하는 공급기를 제공하기 위한 것이다. 이러한 미생물 배양 공급기는 그 구조에 있어서 도 1에 도시된 바와 같이 매우 작고, 또 배양 구조를 단순화 하면서도 미생물의 배양에 필요한 영양원이나 배양이 완료된 배양액을 자동적으로 컨트롤하여 안정적으로 공급하는 것이 가능하게 되는 구조로 이루어져 있다.
계속해서, 도 1을 참조하여 설명한다. 배양조(10)는, 그 내부로 공급되는 산소와, 용수, 미생물 및 영양원의 주기적인 공급을 통해 하ㆍ폐수 중에 포함된 암모니아성 질소의 제거에 필요한 미생물을 배양 배출하는 기능을 한다.
이를 위하여, 배양조(10)로는, 산소를 공급하기 위한 공급 흡입구(11)가 구비되어 있다. 공기 흡입구(11)는 각종 이물질은 걸러지고, 정화된 공기만이 내부로 자연 유입되도록 정화 설비가 구비되어짐이 바람직하다. 그리고, 용수공급펌프(12)와 연결된 용수 공급관(13)을 통해 용수가 일정 수위가 유지되도록 공급 제어된다. 통상적으로 배양조(10) 내로 공급되는 용수의 최고 및 최저 수위 량의 조절은 용수 공급펌프(12)와 연결된 수위감지센서(14)에 의해 제어되어 진다. 또한 배양조(10)의 외주 면으로는 그 내부의 용수가 미생물의 배양 조건에 알맞은 온도로 가온되도록하기 위한 가온 자켓(15)이 일체로 구비되어 진다. 상기한 가온 자켓(15)은 배양조(10)의 상단 일부를 제외한 측벽 둘레 및 하단부를 감싸고 있는 형태를 취하고 있다. 따라서, 배양조(10)는 상기한 가온자켓(15)에 채워지는 가온수(加溫水)에 의해 항상 고루 가온(加溫)되어 진다. 가온 자켓(15)으로 공급되는 가온수는, 배양조(10) 내의 온도가 본 발명에 의해 배양 공급되는 미생물의 증식에 가장 알맞은 온도인 25~35℃가 유지되도록 가열 공급된다.
가온 자켓(15)으로 공급되는 가온수는, 히터(15a)에 의해 가온되어 지고, 또 순환펌프(15b) 및 가온수 순환관(15c)을 통해 순환 공급되어 진다. 그리고, 가온 자켓(15)의 가온수가 부족한 경우에는 순환 펌프(15b)의 작용에 의해 보충수 탱크(15d)로부터 가온수 순환관(15c)과 연결되어진 보충수 공급관(15e)을 통해 보충되어 진다. 그리고, 보충수 탱크(15d)로는 보충수 공급호스(15f)를 통해 외부에서 보충수가 공급되어 지도록 설계되어 있다. 가온 자켓(15)에 대한 가온수의 보충은, 보충수 탱크(15d)에 눈금(15d-1)을 표시하여 보충수 탱크(15d) 내의 보충수가 설정된 눈금 이하로 내려가는 경우, 보충수 공급호스(15f)를 통해 그 소모량 만큼씩 보충되는 구조를 취할 수도 있고, 또 도면에는 도시하지 않았으나, 별도의 감지센서를 구비할 수도 있을 것이다.
한편, 배양조(10)내의 온도는 온도계(16)에 의해 외부에서 확인 가능하게 되고, 또 가온 자켓(15)으로 공급되는 가온수의 적정한 온도는 히터(15a)와 연결된 온도감지센서(17)에 의해 적정하게 제어된다.
배양조(10) 내로는 그 내부에 저장된 미생물의 배양을 활성화하기 배지인 제1 및 제2 영양원이 영양원 공급수단(20)에 의해 공급되어 진다.
영양원 공급수단(20)은, 제1 영양원을 구성하는 GA합성배지 탄소영양원이 저장되는 제1탱크(21a)와, 상기 제1탱크(21a)와의 사이에 연결되어진 연질의 제1공급관(21b)으로 부터 1회 분 투입에 필요한 량 만큼의 제1영양원을 공급받아 저장하는 제1중력탱크(21c)와, 상기 제1중력탱크(21c)로부터 제1 영양원을 배양조(10) 내로 공급하기 위한 연질의 제1투입관(21d)으로 이루어진 제1영양원 공급부(21); 및 제2 영양원을 구성하는 질소원이 저장되는 제2탱크(22a)와, 상기 제2탱크(22a)와의 사이에 연결되어진 연질의 제2공급관(22b)으로부터 1회분 투입에 필요한 량 만큼의 제2영양원을 공급받아 저장하는 제2중력탱크(22c)와, 상기 제2중력탱크(22c)로부터 제2 영양원을 배양조(10) 내로 공급하기 위한 연질의 제2투입관(22d)으로 이루어진 제2영양원 공급부(22)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제1영양원이 공급되는 제1중력탱크(21c) 및 제 2영양원이 공급되는 제2중력탱크(22c)는, 사전에 배양조(10)의 용량을 감안하여 이에 저장되는 미생물의 1회 배양에 적합한 용량이 공급되어 지도록 사전에 설계되어 진다.
그리고, 제1 및 제2 탱크(21a)(22a)와 연결된 연질 소재의 제1 및 제2 공급관(21c)(22c)으로는 영양원의 공급을 인위적으로 차단하기 위한 수동밸브(21e)(22e)가 각각 구비되어 있다. 또한, 제1 및 제2탱크(21a)(22a)로 부터 1회 의 배양에 필요한 영양원을 공급받는 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)로는 양호한 중력 작용을 제공하기 위해 외부로부터 에어가 공급되어 진다.
한편, 본 발명의 배양에 사용되는 미생물의 배양을 촉진시키기 위한 제1 영양원의 GA합성 하ㆍ폐수 성분은, K2HPO4 3g/L, GLUCOSE 1g/L, FeSO47H2O 0.0001g/L, CaCl22H2O 0.0013g/L, MgSO47H2O 0.036g/L, ZnCl2 0.0007g/L으로 구성됨이 바람직하고, 또 제2 영양원을 구성하는 질소원 성분은 (NH4)2SO4 0.471g/L로 구성됨이 바람직하다. 이러한 각 영양분의 함량 데이터는, 10리터(L) 용량의 배양조(10) 내에 적정 량의 미생물을 집어넣고, 1회 배양시 투입되는 최적의 량을 나타낸 것이지만, 배양 조건에 따라 함량 비율을 달리할 수도 있을 것이다.
제1 및 제2탱크(21a)(22a)로부터 1회 배양에 필요한 영양원을 공급받는 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b) 및 상기 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)로부터 배양조(10) 내로 공급되는 제1 및 제2 영양원의 투입량은 영양원 투입량 조절수단(30)에 의해 적정하게 제어되어 진다.
도 1 및 도 2a, 도 2b를 참조하면, 영양원 투입량 조절수단(30)은, 주 블록(31)과, 상기 주 블록(31)의 일 측 양단으로 배치되되 제1 및 제2 공급관(21c)(22c)이 각각 관통 설치되도록 관통공(32a)이 상하로 배치되게 형성된 제1지지블록(32)과, 상기 주 블록(31)의 타 측 양단으로 배치되되 제1 및 제2 투입관(21d)(22d)이 각각 관통 설치되도록 관통공(33a)이 상하로 배치되게 형성된 제2지지블록(33)과, 상기 주 블록(31)의 가이드공(31a)에 관통 설치되되 일 단부는 타이머 조작에 의해 컨트롤 조작되는 솔레노이드(34)와 연결 설치되어 진퇴 조작되어 지고, 또 타단 부로는 고정 축(35)이 구비되어 지되 상기 고정 축(35)의 외주면으로는 상기 주 블록(31)에 고정된 지지판(36)과의 사이에 스프링 형태의 탄성부재(37)가 구비되어진 이동 축(38)과, 상기 주 블록(31)을 경계로 하여 상기 이동 축(38)과 함께 이동 조작되면서 상기 제1 및 제2 지지블록(32)(33)에 각각 관통 설치된 제1,제2 공급관(21c)(22c) 및 제1,제2 투입관(21d)(22d)을 선택적으로 각각 눌러 차단하기 위하여 상하로 대응되게 각각 배치된 제1 및 제 2차단봉(39a)(39b)을 포함하여 구성되어 있다.
상기 영양원 투입량 조절수단(30)을 구성하는 주 및 보조블록(31,32,33)과 솔레노이드(35)는 복 수개의 장 볼트(도면부호 표시하지 않음)에 의해 일체로 단단히 조립 고정된다. 그리고, 탄성부재(37)를 받침하기 위한 지지판(36) 역시 복수 개의 볼트(도면부호 표시하지 않음)를 통해 주 블록(31)에 단단히 고정 조립된다.
다시, 도 1을 참조하면, 배양조(10) 내로 투입되는 각 영양원은 교반기(40)에 의해 고루 침전되지 않도록 고루 교반되어 진다. 교반기(40)는 배양조(10)의 대략 중앙 센터에 위치되고, 모터(41)에 의해 회전 가능하게 설치되어 있다. 따라서, 배양조(10) 내로 투입된 영양원은 배양조(10)의 하부로 가라 않지 않고 물에 녹아 고루 교반되어 미생물의 배양을 촉진시키게 된다.
배양조(10) 내에서 배양이 완료된 배양액은 최종적으로 배양액 배출수단(50)을 통해 일정량이 하ㆍ폐수처리설비로 배출 공급되어 진다. 배양액 배출수단(50)은 배양조(10)의 하부 바닥으로부터 일정 높이를 두고 설치되는 배출관(51)과, 상기 배출관(51)에 구비되고 타이머(53)에 의해 주기적으로 열고 닫히는 밸브부재(52)를 포함하여 구성된다.
여기서, 배출관(51)을 배양조(10)의 바닥 근처에 설치하지 않고, 일정 높이를 두고 설치함으로써, 배양이 완료된 배양액의 배출시에도 항상 배출관(51)보다 낮은 위치에 배양을 위한 일정량의 식종액이 항상 남아있도록 하여 미생물을 별도로 공급하지 않아도, 종균제로서 미생물이 공급되어 잦은 공급에 따른 배양의 불편을 최대한으로 방지할 수 있도록 하였다. 따라서, 본 발명은 상당한 기간 동안은 미생물의 공급 없이도 수회 반복, 프로그램의 설정에 의하여 연속적으로 미생물의 배양 공급이 가능하게 되는 설계상의 이점이 있다.
한편, 본 발명에서 배양조(10) 내에서의 배양되는 미생물의 배양시간과, 영양원 투입량 조절수단(30)에 의한 투입량 및 배양액 배출수단(50)을 통한 배양액의 배출은, 사전에 컨트롤부의 타이머의 조절을 통해 상호 제어 조절되도록 설계되어 있다.
도 1에서, 미설명부호 18은 미생물 투입구이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 미생물 배양 공급기에 의해 미생물을 배양 공급하는 상태에 대하여 살펴본다.
먼저, 도 1을 참조한다. 배양조(10) 내로는 용수를 설정된 수위까지 채우고, 또 배양에 필요한 본 발명에서 특정된 미생물을 투입한다. 그리고, 제1탱크(21a) 및 제2탱크(22a)로는 미생물 배양에 최적의 영양원(배지)인 제1 및 제2 영양원인 GA합성하ㆍ폐수 및 질소원을 각각 채워준다. 이러한 기초 작업 준비가 완료된 상태에서 기기를 작동시키면, 배양조(10) 내의 용수는 가온 자켓(15)으로 공급되는 가온수에 의해 본 발명의 미생물 배양에 적합한 온도(25~35℃)로 가온되어 진다.
그리고, 제1 및 제2 영양원 공급부(21)(22)를 통해 제1 및 제2 영양원이 제1탱크(21a) 및 제2탱크(22a)로부터 공급되어 진다. 이때 제1탱크(21a) 및 제2탱크(22a)로부터 공급되는 제1 및 제2 영양원은 영양원 투입량 조절수단(30)에 의해 조절 제어된다. 예컨대 상기 제1탱크(21a) 및 제2탱크(22a)로부터 배양조(10) 내로 각 영양원이 무분별하게 직접 공급되는 것이 아니라, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 영양원 투입량 조절수단(30)에 의해 미생물 배양에 필요한 적정한 량의 영양 원이 투입 조절된다. 이러한 각 영양원의 투입은 우선, 제1탱크(21a) 및 제2탱크(22a)로부터 제1 및 제2 중력탱크(21b)(22b)와 연결되어진 제1 및 제2 공급관(21c)(22c)을 통해 1회 분의 미생물 배양에 필요한 량만이 공급되어 지고, 또 이러한 1회 분의 영양원 공급 작업이 완료되면, 다시 제1 및 제2 중력탱크(21b)(22b)에 저장된 각 영양원이 이와 연결된 제1 및 제2 투입관(21d)(22d)을 통해 배양조(10) 내로 투입되도록 자동 조절 제어되어 진다.
영양원 투입량 조절수단(30)에 의해 제1탱크(21a) 및 제2탱크(22a)에 담겨진 1회 배양분에 해당되는 제1 및 제2 영양원이 제1 및 제2 중력탱크(21b)(22b)로 공급되는 과정과, 제1 및 제2 중력탱크(21b)(22b)에서 1회 배양분의 영양원이 배양조(10)로 각각 투입되는 과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2a 및 2b와 같이 솔레노이드(35)가 전진 작동되면, 제1 및 제2탱크(21a)(22a)와 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)와의 사이에 연결된 연질 소재의 제1 및 제2 공급관(21c)(22c)은 전방으로 이동된 이동축(38)에 구비된 제1차단봉(39a)에 의한 가압력이 해제되어 짐에 따라 상기 제1 및 제2탱크(21a)(22a) 속에 저장된 제1 및 제2 영양원은 상기 제1 및 제2 공급관(21c)(22c)을 통해 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)로 원활하게 공급되어 진다. 그러나 이와는 반대로 상기 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)와 배양조(10) 사이에 연결되어진 연질의 제1 및 제2 투입관(21d)(22d)은 제2차단봉(39b)에 의해 강제로 압착되어 지게 된다. 따라서, 상기한 경우 제1 및 제2탱크(21a)(22a)로부터 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)로의 각 영양원 공급은 가능하지만, 이와는 반대로 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)로부터 배양 조(10) 내로의 각 영양원 투입은 강제로 저지되어 진다.
이때, 상기 솔레노이드(35)는 사전에 설정된 시간 동안만 전진 이동된 상태를 유지하게 된다. 즉, 제1 및 제2탱크(21a)(22a)로부터 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)에 대해 1회 배양분에 해당되는 각 영양원이 공급되어 지는 시간 동안만 제어되고, 해당 시간이 지나면 자동적으로 복귀 제어되어 진다.
이렇게, 제1 및 제2탱크(21a)(22a)로부터 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)에 대해 1회 배양분에 해당되는 각 영양원의 공급이 완료되면, 다시 솔레노이드(35)는 도 3a 및 도 3b와 같이 후퇴 조작되어 진다. 따라서, 이 경우에는 제1 및 제2탱크(21a)(22a)로부터 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)로 영양원이 공급되는 것과 반대로 이동축(38)의 후퇴 조작에 따라 제1차단봉(39a)에 의해 제1 및 제2 공급관(21c)(22c)은 강제로 막히게 되고, 대신 제1 및 제2 투입관(21d)(22d)은 제2차단봉(39b)에 의한 가압력이 해제되어 이를 통한 각 영양원이 상기 제1 및 제2중력탱크(21b)(22b)로부터 배양조(10) 내로 투입되어 지는 것이 가능하게 된다.
따라서, 상기한 영양원 투입량 조절수단(30)의 연속적인 조절 제어를 통해 배양조(10) 내에서 배양되는 미생물의 배양에 필요한 각 영양원의 정량 공급 및 투입이 자동적으로 조절 제어되어 지고, 또 이러한 동작을 통해 영양원의 안정된 공급이 가능하게 되는 것이다.
그리고, 배양조(10) 내로 투입되는 제1 및 제2 영양원은 모터(41)에 의해 회전되고 있는 교반기(40)에 의해 골고루 교반되어 지면서 미생물의 증식에 필요한 영양분을 제공하게 되는 것이다.
한편, 배양조(10) 내에서 미생물의 배양이 소정 시간 동안 완료되면, 미생물의 배양이 완료된 배양액은 배양액 배출수단(50)의 타이머(53) 조절에 의해 밸브부재(52)가 개방 조작되고, 또 이러한 밸브부재(52)의 개방 조작을 통해 배양액이 최종적으로 배출관(51)을 통해 질소 제거가 요구되는 하ㆍ폐수처리시설로 배출되어 지게 된다.
그리고, 배출관(51)의 배양액 배출시, 배양조(10) 내의 배양액은, 예컨대 추후 배양을 위한 미생물은 배출관(51)을 통해 전량이 배출되지 않고 일부가 배양조(10)의 바닥에 항상 잔존하게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 배양조(10) 내에는, 비록 배양이 완료된 배양액의 배출시 전량이 배출되지 않고 항상 일정량이 잔존해 있기 때문에 미생물을 일일이 투입하지 않으면서도 미생물의 배양에 필요한 적정량의 제 1 및 제2 영양원을 영양원 투입량 조절수단(30)을 통해 사전에 설정된 미생물의 배양 주기 스케줄에 맞추어 자동적으로 공급되게 하고, 배양이 완료된 배양액은 배양액 배출수단(50)을통해 자동적으로 배출되게 함으로써, 질소 제거에 필요한 미생물의 지속적인 배양 및 공급이 가능하게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 미생물 배양 공급기의 배양조(10)에 제1 및 제2영양원을 투입하여 미생물을 배양하게 되는 경우, 측정 결과, 미생물의 배양 효율은 약72~84(3~4일)시간에서 최고조에 이르고 있을 알 수 있었다. 따라서, 이에 맞추어 미생물의 배양액 공급 주기를 설정하는 것이 바람직할 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 배양조 내에 투입된 미생물의 증식에 필요한 영양원의 공급 투입, 미생물의 배양, 배양이 완료된 배양액의 배출 동작들이 시스템적으로 자동 제어되도록 설계되어 있기 때문에 하ㆍ폐수 중의 암모니아성 질소 제거와 동시에 악취를 저감시킬 수 있는 능력이 뛰어난 미생물의 주기적인 배양 및 지속적인 공급이 가능하게 되는 것이다.
또한, 본 발명은 미생물 배양 구조가 간단하면서도 전체 부피가 콤팩트하여 질소 제거가 필요한 시설에 간단하게 설비하여 사용하더라도 종래 고도처리시설과 같이 많은 설비 공간이나 비용이 소요되지 않아 그만큼 경제적이다.
또한, 배양이 완료된 배양액의 배출시 배양에 필요한 일부 미생물이 항상 남아 있기 때문에 미생물을 자주 투입할 필요가 없어 편리하고, 경제적이다.
비록, 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 설명되었으나, 반드시 이에 한정되지는 않으며, 청구의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 많은 수정 및 설계변경이 가능할 것이다. 그리고, 본 발명에서 언급된 하ㆍ폐수는, 생활계에서 발생하는 하수나 오수, 사업장에서 발생하는 폐수 등을 포함하는 개념이다.

Claims (7)

  1. 하ㆍ폐수 중의 질소성분인 암모니아성 질소의 제거능력이 뛰어난 미생물을 지속적으로 배양 공급하기 위한 미생물이 저장되고, 또 산소를 공급하기 위한 공기 흡입구가 구비되는 배양조와, 상기 배양조 내로 투입되는 영양원을 교반하기 위한 교반기로 이루어지고, 상기 배양조 내에서 배양이 완료된 배양액을 배양액 배출수단으로 자동 배출시키되 일부의 식종액이 배양조 내에 잔류하는 상태로 배출되도록 구성된 미생물 배양 공급기에 있어서,
    상기 배양조의 외주 면으로는 미생물의 배양에 알맞은 온도를 제공하기 위한 가온수가 저장되는 가온 자켓이 일체로 구비됨과 동시에 용수 공급 펌프와 연결된 용수 공급관을 통해 배양에 필요한 용수가 공급 제어되도록 구성되며,
    상기 배양조로는 영양원 공급수단에 의해 미생물의 배양을 활성화하기 위한 GA합성배지 탄소 성분의 제1영양원과, 질소 성분의 제2 영양원을 각각 분리 공급하되, 상기 제1 및 제2 영양원의 투입량은 영양원 투입량 조절수단에 의해 적정하게 조절 제어되도록 구성됨을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배양조 내의 용수를 배양에 필요한 온도로 가온시키기 위하여 가온자켓 내에 저장되는 가온수는, 온도감지센서와 연결되어진 히터에 의해 적정한 온도로 가온되어 지고, 또 순환펌프와 연결된 가온수 순환관을 통해 순환 공급되어 지며, 상기 가온수가 부족하게 되는 경우에는 상기 가온수 순환관과 연설된 보충수 공급관을 통해 보충수 탱크로부터 보충되어 지도록 구성됨을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 영양원 공급수단은,
    제1 영양원을 구성하는 GA합성배지 탄소영양원이 저장되는 제1탱크와, 상기 제1탱크와의 사이에 연결되어진 연질의 제1공급관으로부터 1회 분 투입에 필요한 량 만큼의 제1영양원을 공급받아 저장하는 제1중력탱크와, 상기 제1중력탱크로부터 제1 영양원을 배양조 내로 공급하기 위한 연질의 제1투입관으로 이루어진 제1영양원 공급부; 및
    제2 영양원을 구성하는 질소영양원이 저장되는 제2탱크와, 상기 제2탱크와의 사이에 연결되어진 연질 소재의 제2공급관으로부터 1회분 투입에 필요한 량 만큼의 제2영양원을 공급받아 저장하는 제2중력탱크와, 상기 제2보조탱크로부터 제2 영양원을 배양조 내로 공급하기 위한 연질 소재의 제2투입관으로 이루어진 제2영양원 공급부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 영양원 투입량 조절수단은,
    주 블록과;
    상기 주 블록의 일 측 양단으로 배치되되 제1 및 제2 공급관이 관통 설치되는 관통공이 상하로 배치되게 형성된 제1지지블록과;
    상기 주 블록의 타 측 양단으로 배치되되 제1 및 제2 투입관이 관통 설치되는 관통공이 상하로 배치되게 형성된 제2지지블록과;
    상기 주 블록의 가이드공에 관통 설치되되 일 단부는 타이머 조작에 의해 컨트롤되는 솔레노이드와 연결 설치되어 진퇴 조작되어 지고, 타 단부로는 고정 축이 구비되어 지되 상기 고정 축의 외주면으로는 상기 주 블록에 고정된 지지판과의 사이에 스프링 형태의 탄성부재가 구비 되어진 이동 축과;
    상기 주 블록을 경계로 하여 상기 이동 축과 함께 이동 조작되면서 상기 제1 및 제2 지지블록에 각각 관통 설치되는 제1,제2 공급관 및 제1,제2 투입관을 선택적으로 각각 동시에 눌러 차단하기 위한 제1 및 제 2차단봉을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배양액 배출수단은,
    배양조의 하부 바닥으로부터 일정 높이를 두고 설치되는 배출관과;
    상기 배출관에 구비되고 타이머에 의해 주기적으로 열고 닫히는 밸브부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기.
  6. 제1항에 있어서, 배양조에 넣어져 배양되는 미생물은 Leclercia adecarboxylata임을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기.
  7. 제1항에 있어서, 제1 영양원인 GA합성배지 탄소원은 K2HPO4 , GLUCOSE, FeSO47H2O, CaCl22H2O, MgSO47H2O, ZnCl2로 이루어지고, 또 제2 영양원을 구성하는 질소원 성분은 (NH4)2SO4 로 구성됨을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 중의 질소성분 제거와 동시에 악취 저감을 위한 미생물 배양 공급기.
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