KR101220799B1 - 폐수처리방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
미생물을 부착고정화재료에 부착하기 까지의 배양 기간을 단축할 수 있고, 또한 포괄미생물담체로 부터 새어 나오는 고활성의 미생물을 부착고정화재료에 늘 공급하므로 부착고정화재료에 고농도로 미생물을 보유하도록 하는 것이 가능하여 늘 안정하고 양호한 처리수를 얻는 것이 가능하다.
유기물 또는 무기물을 함유하는 폐수가 원수도입관(18)을 통하여 생물처리조(12) 내로 유입된다. 생물처리조(12)에는 포괄미생물담체(14)와 부착담체(16)가 충진되어 있다. 이로 인하여 유기물 또는 무기물을 기질로 하여 포괄미생물담체(14) 내부의 세균이 증식하고, 증식된 고활성의 세균의 일부는 포괄미생물담체(14)로 부터 새어 나온다. 새어 나온 리크(leak)세균의 일부가 부착고정화재료(16)에 부착되고 부착고정화재료(16)의 표면에 고활성의 리크세균이 증식된다. 이에 의하여 부착미생물담체(16')가 형성된다.
폐수처리, 포괄미생물담체, BOD
Description
도 1은 포괄미생물담체로 부터 리크되는 질화세균의 리크 속도를 도시한 도면이다.
도 2는 포괄미생물담체로 부터 리크되는 유기물 분해세균의 리크 속도를 도시한 도면이다.
도 3은 포괄미생물담체와 부착고정화재료와의 용적비를 변화시킬 때의 질화처리에서의 배양기간을 도시한 도면이다.
도 4는 포괄미생물담체와 부착고정화재료와의 용적비를 변화시킬 때의 BOD처리에서의 배양기간을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 폐수처리장치의 일 실시예로서 생물처리조가 하나의 조인 것을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 폐수처리장치의 다른 실시예로서 생물처리조가 다단으로 설계된 것을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 폐수처리장치의 또 다른 실시예로서 다단으로 설치된 첫번째 조에 포괄미생물담체를 충진하고, 두번째 및 세번째 조에 부착담체를 충진하기 위하여 구성된 것을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 폐수처리장치의 또 다른 실시예로서 다단으로 설치된 생물처리조의 각 조에 서로 포괄미생물담체와 부착고정화재료와를 충진하기 위하여 구성된 것을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 폐수처리장치의 또 다른 실시예로서 생물처리조와 유용균 배양조와를 설치하기 위하여 구성된 것을 도시한 도면이다.
도 10는 본 발명의 폐수처리장치의 또 다른 실시예로서 BOD성분과 암모니아를 함유하는 폐수에 적합한 장치로서 구성한 것을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 폐수처리장치의 또 다른 실시예로서 BOD성분을 함유하지 않고 암모니아를 함유하는 폐수에 적합한 장치로서 구성한 것을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 폐수처리장치의 또 다른 실시예로서 BOD성분만을 함유하는 폐수에 적합한 장치로서 구성한 것을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 폐수처리장치의 또 다른 실시예로서 BOD성분과 암모니아를 함유하는 폐수에 적합한 장치로서 구성한 것을 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 폐수처리장치
12 생물처리조 14 포괄미생물담체
16 부착고정화재(부착담체, 부직포판상충진재 등)
16' 포괄미생물담체로 부터 리크된 세균이 부착 증식한 부착세균담체
18 원수도입관 20 스크린
22 유출관 24 유용균배양조
26 혐기조 28 호기조
31 폭기조 32 블로어(blower)
34 질화액 순환라인 36 고액분리조
38 오니반환관 40 후단측의 호기조
42 무산소조 44 아질산생성조
46 바이패스라인 48 혐기성암모니아산화조
51 질화조
본 발명의 폐수처리방법 및 장치는 환경보전을 위하여 하수 또는 폐수 중의 암모니아성 질소 또는 BOD성분을 생물학적으로 처리하여 제거하는 폐수처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
1922년에 본격적으로 하수처리장이 동경도의 삼하도 처리장에서 개시된 이후, 유기물의 처리뿐만 아니라, 질소의 처리도 하수처리장에서 수행되게 되어졌다. 특히, 대도시에서는 집중적인 투자가 이루어져 하수도 보급율은 90%를 넘게 까지 되었다. 그러나, 폐쇄성 수역에서의 환경기준의 달성률은 좀처럼 개선되지 않았다. 수역에서의 내부 요인, 예를들면 조류의 이상번식에 의한 것이 가장 많았다고 얘기되고 있으나 유입되는 폐수의 외부요인도 해소되지 않았다. 특히, 질소의 외부 요인이 컸고 처리의 필요가 강하게 요구되고 있다.
질소는 암모니아성 질소의 형태로 하수 또는 폐수에 많이 함유되어 있다. 종래, 하수처리장 또는 폐수처리장에서는 암모니아성 질소를 질화세균을 이용하려 아질산 또는 질산으로 산화하고 아질산 또는 질산을 탈질세균에 의해 질소가스로 변환하여 제거하고 있다. 그러나, 질화세균은 증식속도가 느려서 안정한 질소제거를 수행하기 위하여는 질소부하로 0.2~0.4 ㎏-N/㎥/일 의 범위의 저부하 운전을 행하여야 할 필요가 있고, 생물처리조로서 대형의 수조를 설계하지 않을 수 없다. 이러한 문제점의 대책으로 겔 내부에 질화세균을 포괄고정한 포괄미생물담체를 생물처리조에 투입하여 질화세균을 고농도로 보유하는 방법이 일반적으로 보급되고 있다(예를 들면 일본국 특허 제 3389811호 또는 일본국 특허 제 3514360호).
그런데, 질화세균을 고농도로 유지시키는 방법으로는 상기한 포괄미생물담체 외에 미생물을 부착고정화재료에 부착 고정하는 방법이 예로부터 수행되고 있었다. 부착고정화재료로는 부착 담체 또는 부착 충진재가 사용될 수 있고, 예를들면 플라스틱 담체, 물결모양 판(波坂), 그물모양 시트, 허니콘 모양의 것도 있다. 이들의 부착담체 또는 부착충진재에 질화세균을 부착증식시키는 것에 의하여 고농도로 세균을 보유하게 하여, 고속처리를 실행하는 것이다. 질화세균 뿐만아니고 유기물분해세균 등도 고농도로 균을 보유하여 고속처리하기 위하여 이러한 부착담체 또는 부착충진재가 사용되어지고 있다.
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그러나, 부착담체 또는 부착충진재의 부착담체화재료는 미생물을 부착하기까지의 배양기간이 길고, 또한 부착된 후에도 부착된 세균이 부착고정화재료로부터 박리되는 경우도 자주 있고 생물처리조에서 처리된 처리수의 수질이 안정하지 않다고 하는 결점도 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안한 것으로서, 미생물을 부착고정화재료에 부착하기 까지의 기간을 짧게 할 수 있고, 또한, 포괄미생물담체로부터 리크되는 고활성의 미생물을 부착고정화재료에 늘 공급함으로써 부착고정화재료에 고농도로 미생물을 보유하도록 하는 것이 가능하게 되어 늘 안정하고 양호한 처리수를 얻을 수 있는 폐수처리방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 청구항 제 1항은 상기 목적을 달성하기 위하여 폐수 중에 함유된 기질을 생물학적으로 제거하는 폐수처리방법에 있어서, 상기 폐수와, 미생물을 포괄고정화한 포괄미생물담체와를 접촉시켜 상기 포괄미생물담체의 미생물을 증식시키는 것과 동시에, 상기 증식에 의하여 상기 포괄미생물담체의 담체내부로부터 담체외부로 리크되어지는 고활성의 미생물을 포함하는 폐수를 부착고정화재료에 접촉시켜, 상기 리크된 미생물을 부착고정화재료에 부착증식시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 제 1항의 발명은 폐수에 미생물을 포괄고정화한 포괄미생물담체를 접촉시키면 포괄미생물담체 내부에서 증식된 미생물의 일부가 담체외부로 리크(방출)되고, 리크된 고활성의 미생물을 포함하는 폐수와 부착고정화재료를 접촉시켜 미생물을 부착고정화재료에 부착될 때까지의 배양기간을 짧게 할 수 있고, 또한, 포괄미생물담체로 부터 리크되는 미생물을 부착고정화재료에 늘 공급하는 것으로서 부착고정화재료에 고농도로 미생물을 보유하는 것이 가능하다는 것에 기초하여 완성하게 된 것이다. 이것에 의하여 늘 안정하고 양호한 처리수를 얻는 것이 가능하다.
포괄미생물담체에 고정화되는 미생물로서는, 예를들면 활성오니, 질화세균군, 탈질세균군, 혐기성암모니아산화세균, 유기물을 분해하는 유기물분해세균군 등의 복수의 미생물이 혼재하는 복합미생물, 또는 질화세균, 탈질세균, 혐기성암모니아산화세균, 조류(藻類) 분말 분해균, PCB분해균, 다이옥신 분해균, 환경호르몬분해균 등의 순수균주를 적절하게 사용하는 것이 가능하다.
청구항 제 2항은 제 1항에 있어서, 상기 기질은 유기물 및/또는 무기물인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서의 포괄미생물담체에 고정화된 미생물은, 상기한 바와 같이 질화세균 또는 혐기성암모니아산화세균군과 같이 무기물인 암모니아와 아질산을 기질로 하는 경우와 아오코(담수조)분해균 또는 PCB분해균과 같이 유기물인 아오코(담수조) 또는 PCB를 기질로 하는 경우도 있기 때문이다.
청구항 제 3항은 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 부착고정화재료는 부착 담체 및/또는 부착 충진재인 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 부착고정화재료로서는 폐수중에 유동가능한 입상의 부착담체나 폐수중에 고정상으로서 충진하는 부착충진재를 적절하게 사용하는 것이 가능하다.
청구항 4항은 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미생물로서 질화세균을 포괄 고정화한 포괄미생물담체와, 상기 기질로서 암모니아성 질소를 함유하는 폐수를 접촉시키는 것과 동시에, 본 암모니아성 질소 부하를 100(㎎-N/h/L-담체) 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.
암모니아성 질소 부하를 100(㎎-N/h/L-담체) 이상으로 하는 것에 의하여 질화세균을 포괄고정화한 포괄미생물담체로 부터 질화세균을 효율적으로 리크시키는 것이 가능하기 때문이다.
청구항 제 5항은 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미생물로서 유기물을 분해하는 유기물 분해 세균을 포괄고정화한 포괄미생물담체와, 상기 기질로서 BOD성분을 함유하는 폐수를 접촉시키는 것과 동시에, 본 BOD성분 부하를 100(㎎-BOD/h/L-담체) 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.
BOD성분 부하를 100(㎎-BOD/h/L-담체) 이상으로 하는 것에 의하여 유기물분해세균을 포괄고정화한 포괄미생물담체로 부터 유기물분해세균을 효율적으로 리크시키는 것이 가능하기 때문이다.
청구항 제 6항은 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부착고정화재료에 대하여 상기 포괄미생물담체의 용적비(포괄미생물담체/부착고정화재료)를 1/10 이상으로 하는 것을 특징으로 한다. 이것에 의하여 부착고정화된 미생물이 부착되는 배양기간을 단축하는 것이 가능하게 되기 때문이다.
청구항 제 7항은 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부착고정화재료에 대하여 상기 포괄미생물담체의 용적비(포괄미생물담체/부착고정화재료)를 1/10 내지 1/5의 범위로 하는 것을 특징으로 한다. 이것에 의하여 미생물이 고가인 특수균의 경우에도 경비를 증대할 필요 없이 배양기간을 효과적으로 단축하는 것이 가능하게 되기 때문이다.
청구항 제 8항은 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포괄미생물담체와 상기 부착고정화재료는 동일한 생물처리조 내에 혼재되어 있는 것을 특징으로 한다. 이것에 의하여 포괄미생물담체와 부착고정화재료를 동시에 생물처리조 내에 혼재할 수 있게 하여 포괄미생물담체와, 포괄미생물담체로부터 리크된 미생물을 부착증식시키는 부착고정화재료의 두 곳에서 폐수를 처리하는 것이 가능하고, 생물처리조의 처리성능을 현저하게 향상시키는 것이 가능하다.
청구항 제 9항은 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포괄미생물담체와 상기 부착고정화재료는 별도의 생물반응조에 투입되어 있고, 상기 포괄미생물담체가 투입된 제1의 생물처리조로 부터의 유입수를 상기 부착고정화 재료가 투입된 제2의 생물 처리조에 투입되어 지는 것을 특징으로 한다. 이것에 의하여 부착고정화 재료가 투입된 제2의 생물 처리조가 기동운전을 하는 경우에는 단기간에 기동하는 것이 가능하다. 또한, 제2생물처리조에서 정상운전을 하는 경우에는 제1생물처리조의 포괄미생물담체로부터 리크된 미생물을 포함하는 유출수가 제2생물처리조에 유입되게 되어 부착고정화재료에 미생물을 고농도로 보유하는 것이 가능하게 되어 제2생물처리조의 처리성능도 높게 유지될 수 있다.
청구항 제 10항은 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증식하는 이전의 포괄미생물담체는 상기 부착고정화재료에 부착되어지는 미생물을 105(cells/㎤) 이상의 농도로 포괄 고정화하는 것을 특징으로 한다. 이것은 담체내부의 미생물 농도가 106(cells/㎤) 이상에서 활성을 발현하기 때문에 105(cells/㎤) 이상의 농도에서 고정화하는 것에 의하여 담체내부에 108(cells/㎤) 이상으로 증식하고 이것에 의하여 포괄미생물담체로 부터의 미생물의 리크가 촉진되기 때문이다.
본 발명의 청구항 제 11항은 상기 목적을 달성하기 위하여 폐수중에 함유되어 있는 기질을 생물학적으로 제거하는 폐수처리장치에 있어서, 상기 생물처리를 하는 생물처리조 내에 미생물을 포괄 고정화한 포괄미생물담체와 미생물을 부착하는 부착 고정화재료를 혼재하게 하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 포괄미생물담체와 부착고정화재료는 동일한 생물처리조내에 혼재되는 것에 의하여 포괄미생물담체와, 포괄미생물담체로 부터 리크된 미생물을 부착한 부착고정화재료의 두 곳에서 폐수를 처리하는 것이 가능하고 폐수처리장치의 처리성능을 현저하게 향상시키는 것이 가능하다.
청구항 제 12항은 제 11항에 있어서, 상기 생물처리조를 직렬로 복수단으로 설치하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 폐수처리 장치의 처리성능을 현저하게 다시 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 청구항 제 13항은 상기 목적을 달성하기 위하여 폐수중에 함유되어 있는 기질을 생물학적으로 제거하는 폐수처리장치에 있어서,
상기 폐수가 유입되는 것과 동시에 미생물을 포괄 고정화한 포괄미생물담체가 투입되는 제1생물처리조와, 상기 폐수 및 상기 제1생물처리조로 부터의 유출수 중에서 적어도 상기 제1생물처리조의 유출수가 유입됨과 동시에 부착고정화재료가 투입되는 제 2의 생물처리조를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하여 부착고정화 재료가 투입된 제 2의 생물 처리조가 기동운전을 하는 경우에는 단기간에 기동하는 것이 가능하다. 또한, 제2생물처리조에서 정상운전을 하는 경우에는 제1생물처리조의 포괄미생물담체로부터 리크된 미생물을 포함하는 유출수가 제2생물처리조에 유입되게 되어 부착고정화재료에 미생물을 고농도로 보유하는 것이 가능하게 되어 제2생물처리조의 처리성능도 높게 유지될 수 있다.
청구항 제 14항은 제 13항에 있어서, 상기 제1생물처리조와 상기 제2생물처리조로 이루어진 한 조의 생물처리조를 복수단 설치하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 폐수처리 장치의 처리성능을 향상시키는 것이 가능하다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 관한 폐수처리방법 및 장치에 대하여 바람직한 실시의 형태에 대하여 설명한다.
본 발명은 폐수에 미생물을 포괄고정화한 포괄미생물담체를 접촉시키면 포괄미생물담체 내부에서 증식된 미생물의 일부가 담체외부로 리크(방출)되고, 리크된 미생물을 포함하는 폐수를 부착고정화재료에 접촉시키는 것에 의하여 미생물을 부착고정화재료에 부착될 때까지의 배양기간을 짧게 할 수 있고, 또한, 부착된 미생물이 부착고정화재료로 부터 박리되기 어려운 부착고정화 형태의 담체 또는 충진재를 얻는 것이 가능하다는 것에 기초하여 완성하게 된 것이다.
본 발명에 있어서 포괄미생물담체에 고정화되는 미생물은 순수균주, 활성오니등의 복합미생물이 이용될 수 있다. 복합미생물로는 예를 들면, 활성오니, 질화세균군, 탈질세균군, 혐기성암모니아산화세균군 등이다. 또한, 순수균주로서는 예를 들면, 질화세균, 탈질세균, 혐기성암모니아세균, 아오코(담수조)분해균, PCB분해균, 다이옥신분해균, 환경호르몬분해균 등이다. 포괄미생물담체에 고정화되는 미생물의 총균수의 농도는 105(cells/㎤)이상인 경우가 바람직하다. 이것은 담체내부의 미생물농도가 106(cells/㎤)이상에서 활성이 발현되기 때문에 105(cells/㎤)이상의 농도로 고정화시키는 것보다 담체 내부에 108(cells/㎤)이상으로 증식하고 이것에 의하여 포괄미생물담체로부터의 미생물의 리크가 촉진되기 때문이다. 따라서, 부착고정화 형태의 담체 또는 충진재에 부착시키고자 하는 미생물을 포괄고정화시켜 두는 것이 원칙이다.
사용된 포괄미생물담체라는 것은 모노머 재료 또는 프리폴리머 재료와 미생물을 혼합하고 그 혼합액을 중합시켜 미생물을 포괄고정화시켜 얻어지는 담체를 말한다. 모노머 재료로는 아크릴아미드, 메틸렌비스아크릴아미드, 트리아크릴포르말 등을 적절하게 사용하는 것이 가능하다. 프리폴리머 재료로는 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 또는 폴리에티렌글리콜메타아크릴레이트가 좋고 그 유도체를 이용하는 것도 가능하다. 포괄미생물담체의 형상은 입방체상(큐빅상), 구상, 통상의 것, 끈 모양, 부직포상 등을 적절하게 사용하는 것이 가능하고, 특히 담체 표면에 요철이 많은 것은 폐수와의 접촉 효율이 좋고 한층 바람직하다. 입방체 또는 구형의 포괄미생물담체이면 구에 해당되는 직경으로서 1-10㎜의 범위가 바람직하다.
한편, 포괄미생물담체로부터 리크된 미생물을 함유하는 폐수와 접촉하는 부착고정화재료로서는 폐수 중에 유동가능한 입상의 부착담체 또는 폐수 중에 고정상으로서 충진하는 부착충진재를 적절하게 사용하는 것이 가능하다. 부착담체 또는 부착충진재의 재질은 예를 들면 플라스틱 담체, 물결 무늬판(波板), 망상 시트, 허니콘상의 것 등을 적절하게 사용하는 것이 가능하다. 부착담체로서는 구상, 원통상, 마카로니상 등이 좋고, 또한 발포된 표면에 요철을 형성하는 것에 의하여 미생물을 부착시키기 용이하게 하는 것이 가능하다. 이러한 부착담체 또는 부착충진재의 초기상태는 미생물은 부착되어 있지 않고 무생물의 담체 또는 충진재이고, 표면에 요철을 형성하여 비표면적을 크게 하여 미생물부착을 용이하게 할 뿐 아니라 부착한 미생물과 폐수와의 접촉효율도 양호하게 하는 것이다. 예를 들면 상기한 포괄미생물담체와 동일한 비표면적을 가지는 것을 사용하는 것도 좋은 방법이다.
다음으로 본 발명에 있어서 포괄미생물담체로부터 리크된 미생물의 일례로서 질화세포와 유기물분해세균으로 실시한 리크 시험 결과를 설명한다.
표1의 조성을 갖는 포괄미생물담체를 만들고 포괄미생물담체에 대한 암모니아성질소부하를 변화시킬 때의 포괄미생물담체로부터 리크되는 질화세균의 리크속 도를 조사하였다. 동일한 방법으로 포괄미생물담체에 대한 BOD부하를 변화시킬 때의 포괄미생물담체로부터 리크되는 유기물분해세균의 리크속도를 조사하였다. 포괄미생물담체에 고정화된 질화세균은 암모니아를 아질산으로 질화하는 암모니아산화세균의 농축액을 사용하였다.
| 조성 | 중량부 | ||||
| a | b | c | d | e | |
| 암모니아산화세균농축액(109 cells/㎤) | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 | 4 | 6 | 8 | 10 | 15 |
| NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 과황산칼륨 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
| 물 | 65.25 | 63.25 | 61.25 | 59.25 | 54.25 |
그리고, 표1의 조성을 갖는 포괄미생물담체에 대한 암모니아성질소부하를 50부터 600(㎎-N/h/L-담체)까지 증가시킨 경우 포괄미생물담체로부터 리크되는 질화세균의 리크속도를 측정한 결과를 도1에 표시하였다.
도1의 횡축은 암모니아성 질소부하(㎎-N/h/L-담체)를 표시하고 종축은 하루에 포괄미생물담체(㎤)당 리크된 질화세균의 개수, 즉, 질화세균의 리크속도를 표시한다. 도1로부터 알수있는 것처럼 암모니아성질소부하가 50의 경우는 리크속도가 1.00×104(cells/㎤/일)로 느리지만 암모니아성질소부하를 증가시킴에 따라 리크 속도는 커지고 암모니아성질소부하가 300~400(㎎-N/h/L-담체) 부근에서 리크속도가 최대에 도달한다. 이 때의 리크속도는 1.00×108(cells/㎤/일)이 된다. 이와 같이 질화세균의 리크의 경우에는 질화세균의 기질인 암모니아성질소의 부하를 증대시키는 것에 의하여 리크속도를 크게하는 것이 가능하다. 이 경우 포괄미생물담체로부터 리크된 질화세균을 부착고정화재료에 효율적으로 부착하기 위하여는 리크속도가 1.00×106(cells/㎤/일)이상인 것이 바람직하고 이를 위하여 암모니아성 질소부하를 100(㎎-N/h/L-담체)이상, 바람직하기로는 300(㎎-N/h/L-담체)이상으로 하는 것이 요구된다.
또한, 포괄미생물담체에 대한 BOD 부하를 50(㎎-N/h/L-담체) 부터 600(㎎-N/h/L-담체)까지 증대시키는 경우 포괄미생물담체로부터 리크되는 유기물분해세균의 리크속도를 측정한 결과를 도2에 표시하였다.
도2의 횡축은 BOD부하(㎎-N/h/L-담체)를 표시하고 종축은 하루에 포괄미생물담체(㎤ )당 리크된 유기물분해세균의 개수, 즉, 유기물분해세균의 리크속도를 표시한다. 도2 로부터 알수있는 것처럼 BOD부하가 50(㎎-N/h/L-담체)의 경우는 리크속도가 1.00×105~106(cells/㎤/일)의 범위로 느리지만 BOD부하를 증가시킴에 따라 리크 속도는 커지고 BOD부하가 300~400(㎎-N/h/L-담체) 부근에서 리크속도가 최대에 도달한다. 이 때의 리크속도는 1.00×1010(cells/㎤/일)이 된다. 이와 같이 유기물을 분해하는 유기물분해세균의 리크의 경우에는 유기물분해세균의 기질인 BOD성분의 부하를 증대시키는 것에 의하여 리크속도를 크게 하는 것이 가능하다. 이 경우 포괄미생물담체로부터 리크된 유기물분해세균을 부착고정화재료에 효율적으로 부착하기 위하여는 리크속도가 1.00×108(cells/㎤/일)이상인 것이 바람직하고 이를 위하여 BOD부하를 100(㎎-N/h/L-담체)이상, 바람직하기로는 300(㎎-N/h/L-담체)이상으로 하는 것이 요구된다.
이 리크 시험에 있어서, 포괄미생물담체를 만드는 경우의 고정화재료인 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트의 농도를 낮게 한 경우가 세균을 리크하기 쉽지 않을까라고 생각하여 표1에 표시한 바와 같이 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 농도를 4, 6, 8, 10, 15(중량부)의 5단계로 변화시켰다. 그러나 도1 및 도2로부터 알수 있는 바와 같이 4 내지 15중량부의 범위에서는 거의 비슷한 리크속도이었다. 이로부터 리크속도는 리크 하고자 하는 세균의 기질부하에 크게 영향을 받는 것을 알 수있다.
도3 및 도4는 포괄미생물담체로부터 리크된 세균을 부착고정화재료에 부착시키는 경우에 포괄미생물담체와 부착고정화재료와의 용적비가 어느 정도의 관계가 있는 경우에 부착고정화재료의 배양기간을 단축하는 것이 가능한가를 부하를 변화시켜 행한 시험이다.
도3은 포괄미생물담체로부터 질화세균을 리크시킨 폐수를 부착고정화재료에 접촉시키면서 부착고정화재료의 기동운전을 실시하는 경우의 배양기간이다. 도4는 포괄미생물담체로부터 유기물분해세균을 리크시킨 폐수를 부착고정화재료에 접촉시키면서 부착고정화재료의 BOD처리 기동운전을 실시하는 경우의 배양기간이다. 이 실험에는 아래의 도5의 폐수처리장치(10)를 사용하고, 생물처리조(12)에 포괄미생물담체(14)와 부착고정화재료(16)의 양쪽을 혼재시켜 양자의 담체용적비와 배양기간과의 관계를 조사하였다.
도3에 있어서, 배양기간은 처리수의 질소제거율, 또는 BOD제거율이 90%에 되기까지 걸리는 일수로 한다. 또한, 질화처리에서의 부하는 0.1, 0.3, 0.5, 1.0(㎏-N/㎥/일)의 네가지로 하고, BOD처리에서의 부하는 0.1, 0.3, 0.5, 0.8(㎏-N/㎥/일)의 네가지로 하였다. 도3 및 도4 같이 포괄미생물담체와 부착고정화재료의 합계충진율을 10%로 실시하였다.
그 결과 도3 및 도4로부터 알 수 있는 바와 같이, 부하에 따라 배양기간은 다르지만 부착고정화재료의 합계용적을 A, 포괄미생물담체의 합계용적을 B로 하는 경우, 부착고정화재료에 대한 포괄미생물담체의 용적비(A/B)를 0.1(1/10)이상, 보다 바람직하기로는 0.2(1/5)이상으로 하는 것에 의해 배양기간을 현저하게 짧게 하는 것이 가능하다. 이것은 포괄미생물담체로부터 리크되는 균체농도와 부착고정화재료의 용적과의 관계에서 포괄미생물담체의 양이 너무 적으면 리크되는 균체량이 너무 작고, 부착고정화재료의 기동에 필요한 균체량을 제공할 수 없는 것으로 예상되어 진다. 그러나, 미생물이 고가인 특수균의 경우에는 포괄미생물담체가 고가로 되기 때문에 생물처리조로 투입되는 포괄미생물담체의 투입량을 가능한 적게 하게 된다. 따라서, 이 경우에는 도3, 도4에서의 변곡점의 범위, 즉, 포괄미생물담체의 부착고정화재료에 대한 용적비(A/B)를 0.1(1/10) 내지 0.2(1/5)의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 미생물이 고가인 특수균의 경우에도 경비를 증대시키지 않아도 배양기간을 단축하는 것이 가능하게 된다.
도5 내지 도13은 본 발명의 폐수처리장치에 있어서 각종의 형태를 표시하고 있고 고정화재료로는 폐수 중에 유동가능한 입상의 부착담체의 예로서 설명한다. 또한, 부착담체의 표면에 미생물이 부착된 후의 것을 부착미생물담체라고 부르는 것과 동시에 미생물을 세균으로 설명한다.
도5의 폐수처리장치(10)은 동일한 생물처리조(12) 내로 다수의 포괄미생물담체(14)와 다수의 부착담체(16)를 공존시키는 경우로서 유기물 또는 무기물을 함유하는 폐수가 원수도입관(18)을 통하여 생물처리조(12) 내로 유입된다. 생물처리조(12)에는 포괄미생물담체(14)와 부착담체(16)가 충진되어 있다. 이에 따라 유기물 또는 무기물을 기질로 하여 포괄미생물담체(14) 내부의 세균이 증식되고, 증식된 세균의 일부는 포괄미생물담체(14)로부터 리크된다. 리크된 리크세균의 일부가 부착고정화재료(16)에 부착되고 부착고정화재료(16)의 표면에 리크세균이 증식한다. 이에 따라 부착미생물담체(16')가 형성된다. 따라서, 생물처리조(12)에서는 세균이 포괄고정화된 포괄미생물담체(14)와 표면에 세균이 부착증식된 부착미생물담체(16')에 의하여 유기물 또는 무기물을 함유하는 폐수가 생물학적으로 정화되어 진다. 이처럼 포괄미생물담체(14)와 부착담체(16)를 동시에 생물처리조(12)에 공존하게 하는 것에 의하여 포괄미생물담체(14)로부터 리크된 리크세균을 부착담체(16)에 부착시키는 것이 가능하게 되어 생물처리조(12)에 포괄미생물담체(14)만이 충진되어 있는 경우에 비하여 생물처리조(12) 내의 처리에 유용한 유용세균을 생물처리조(12) 내로 고농도로 보유하는 것이 가능하다. 따라서, 생물처리조(12)의 생물학적인 처리성능을 향상하는 것이 가능하다. 리크된 세균은 활성이 높고 이들 세균을 부착한 부착미생물담체(16')는 포괄미생물담체(14)보다도 활성이 높은 경향이 있다.
생물처리조(12)에서 정화된 처리수는 담체분리수단, 예를 들면 스크린(20)에서 포괄미생물담체(14) 및 부착미생물담체(16')로 분리되고 유출관(22)으로 유출된다. 도5에는 도시하지 않았지만 호기반응의 경우에는 생물처리조(12) 내로 공기폭기시켜 산소를 공급하고 혐기반응의 경우에는 포괄미생물담체(14) 및 부착미생물담체(16')를 유동시키기 위한 교반기 또는 혐기 가스를 불어 넣는 것에 의한 교반 등이 필요하고 도6, 도7, 도8, 도9에 있어서도 마찬가지이다.
도6의 폐수처리장치(30)에 의하면 유기물 또는 무기물을 함유하는 폐수가 원수도입관(18)을 통하여 생물처리조(12)에 유입된다. 생물처리조(12)는 제1생물처리조(12A), 제2생물처리조(12B), 제3생물처리조(12C)로 구성되어진다. 그래서, 제1생물처리조(12A) 내지 제3생물처리조(12C)에는 포괄미생물담체(14)와 부착담체(16)가 공존하기 위하여 투입되어져 있고, 각각의 생물처리조(12A 내지 12C)에 있어서, 유기물 또는 무기물을 기질로 하여 포괄미생물담체(14) 내부의 세균이 증식하고 증식된 세균의 일부는 포괄미생물담체(14)로부터 리크된다. 리크된 리크세균의 일부가 부착고정화재료(16)에 부착되고 부착고정화재료(16)의 표면에 리크세균이 증식한다. 이에 따라 다단으로 설계된 생물처리조(12A 내지 12C) 전체에 포괄미생물담체(14)와 부착담체(16)를 공존시키는 경우에는, 제1생물처리조(12A)의 포괄미생물담체(14)로부터 리크된 리크세균의 일부는 부착담체(16)에 부착되지 않고 하류측의 제 2 또는 제3 생물처리조(12B, 12C)로 흘러가고, 제2생물처리조(12B)로 리크된 리크세균의 일부는 제3 생물처리조(12C)로 흘러가게 되어 상류측보다도 하류측의 생물처리조 정도에서 부착담체(16)의 충진량을 많게 하는 것이 바람직하다. 이와같이 생물처리조(12)를 다단으로 설치하는 것에 의하여 고농도의 유기물 또는 무기물을 함유하는 폐수의 경우에도 효율적으로 제거할수 있게 된다.
도7의 본 발명의 폐수처리장치(40)는 또다른 태양이고, 생물처리조(12)를 다단으로 설계하는 것은 도6과 같으나 제1생물처리조(12A)에 포괄미생물담체(14)를 충진하고 제 2 및 제3생물처리조(12B, 12C)에는 부착담체(16)를 충진하는 것이다.
도7에 표시한 폐수처리장치(40)에 의하면 유기물 또는 무기물을 함유하는 폐수가 원수도입관(18)을 통하여 생물처리조(12)에 유입된다. 생물처리조(12)는 제1생물처리조(12A), 제2생물처리조(12B), 제3생물처리조(12C)로부터 구성되어 있다. 그리고, 제1생물처리조(12A)에는 포괄미생물담체(14)가 충진되고 제2생물처리조(12B)와 제3생물처리조(12C)에는 부착담체(16)가 충진되어 진다. 이에 의하여 제1생물처리조(12A)에는 유기물 또는 무기물을 기질로 하여 포괄미생물담체(14) 내부의 세균이 증식하고, 증식된 세균의 일부는 포괄미생물담체(14)로부터 리크된다. 제1생물처리조(12A)의 폐수 중의 유기물 또는 무기물의 일부가 제거되고 그 처리수와 리크된 리크세균이 제2생물처리조(12B)에 유입된다. 제2생물처리조(12B)에 유입된 리크세균의 일부가 부착담체(16)에 부착되고 부착담체(16)의 표면에 세균이 증식된다. 또한, 리크세균의 일부는 제3생물처리조(12C)의 부착담체(16)에도 부착된다. 부착된 리크세균은 부착담체(16)의 표면에 증식한다. 따라서, 각각의 생물처리조(12A 내지 12C)에는 포괄미생물담체(14) 또는 표면에 세균이 부착증식된 부착미생물담체(16)에 의하여 유기물 또는 무기물을 함유하는 폐수가 생물학적으로 정화되어진다. 정화된 처리수는 담체분리수단, 예를 들면 스크린(20)에 포괄미생물담체(14) 또는 부착미생물담체(16')와 분리되어 유출관(22)으로 유출된다.
도8의 폐수처리장치(50)는 도7의 변형예이고, 다단으로 설계된 생물처리조(12A 내지 12D)에 포괄미생물담체(14)와 부착담체(16)가 서로 충진되도록 구성되어진 것이다. 이렇게 하기 위하여 도7과 같이, 하류측의 생물처리조까지 리크세균의 농도가 낮게되는 일이 없기 때문에 리크세균을 보다 효율적으로 부착담체(16)에 부착시키는 것이 가능하다.
도9의 폐수처리장치(60)는 또다른 태양이고, 유기물 또는 무기물을 함유하는 폐수가 분지된 원수관(18)을 통하여 생물처리조(12)와 유용균배양조(24)로 유입된다. 그리고, 생물처리조(12)에는 부착담체(16)가 충진되고 유용균배양조(24)에는 포괄미생물담체(14)가 충진되어 진다. 이에 의하여 유용균배양조(24)에는 유기물 또는 무기물을 기질로 하여 포괄미생물담체(14) 내부의 세균이 증식하고 증식한 세균의 일부는 포괄미생물담체(14)로부터 리크된다. 리크된 리크세균은 생물처리조(12)로 유입되어 부착담체(16)에 부착되고 부착담체(16)의 표면에 리크세균이 증식된다. 이에 의하여 생물처리조(12)에는 표면에 리크세균이 부착증식된 부착미생물담체(16')에 의하여 유기물 또는 무기물을 함유하는 폐수가 생물학적으로 정화된다. 정화된 처리수는 담체분리수단, 예를들면 스크린(20)으로 분리되어 유출관(22)으로 유출된다. 이와 같이 폐수의 일부를 유용균배양조(24)를 통하여 생물처리조(12)로 도입하는 것으로 부착담체(16)가 충진된 생물처리조(12)의 배양기간(기동기간)을 단축하는 것이 가능하여짐과 동시에 기동된 이후에도 리크된 세균이 공급된 생물처리조(12)에 있어서 처리성능을 안정화시키는 것이 가능하다.
도10의 폐수처리장치(70)는 또다른 태양으로 특히 하수 등 BOD성분과 아오코(담수조)를 함유하는 폐수처리에 적합한 일예이다.
도10에 표시한 바와 같이 폐수처리장치(70)는 유기물과 암모니아성질소를 함유하는 폐수가 원수도입관(18)을 통하여 생물처리조(12)로 유입된다. 생물처리조(12)는 전단측에 배치된 혐기조(26)와 후단측에 배치된 호기조(28)로 구성되고 호기조(28)에는 질화세균을 포괄고정화한 포괄미생물담체(14)와 부착담체(16)가 충진되어 있다. 또한, 호기조(28)에는 에어를 폭기하는 폭기관(31)이 설치되어 폭기관(31)에는 블로어(32)에 접속되어 진다. 이에 의하여 호기조(28)에는 암모니아성질소를 기질로 하는 포괄미생물담체(14) 내부의 질화세균이 증식되고 증식된 질화세균의 일부가 포괄미생물담체(14)로부터 리크된다. 리크된 리크세균의 일부가 부착담체(16)에 부착되고 부착담체(16)의 표면에 잘화세균이 증식한다. 호기조(28)에는 이들의 포괄미생물담체(14)와 표면에 리크된 질화세균이 증식된 부착미생물담체(16')에 의하여 암모니아성질소가 질화처리되고 아질산 또는 질산을 생성한다. 질화처리된 질화액은 질화액순환라인(34)을 통하여 혐기조(26)에 순환된다. 혐기조(26)에는 질화액이 폐수중의 유기물 또는 수소공여체로 하여 부유활성오니중의 탈질세균에 의하여 아질산 또는 질산을 질소가스로 변환하는 탈질처리를 행한다. 이에 의하여 폐수중의 암모니아성질소 또는 유기물이 제거되어 정화됨과 동시에 정화된 처리수는 담체분리수단, 예를들면 스크린(20)에서 포괄미생물담체(14) 또는 부착미생물담체(16')가 분리되어 고액분리조(36)로 보내진다. 고액분리조(36)에 있어서, 처리수에 동반되어진 부유활성오니가 고액분리되어 상등수가 유출관(22)으로 유출된다. 고액분리조(36)의 저부에 침강된 부유활성오니는 오니반송관(38)을 통하여 혐기조(26)로 반송된다. 더구나, 부호(41)는 혐기조(26) 내를 교반하는 교반기이다.
도11의 폐수처리장치(80)는 또다른 태양으로 BOD성분을 함유하지 아니한 암모니아 함유폐수처리에 적합한 일예이다.
도11에 표시한 바와 같이 폐수처리장치(80)는 암모니아성질소를 함유하는 폐수가 원수도입관(18)을 통하여 생물처리조(12)로 유입된다. 생물처리조(12)는 전단측에 배치된 호기조(28)와 후단측에 배치된 혐기조(26)로 구성되고 호기조(28)에는 포괄미생물담체(14)와 부착담체(16)가 충진되어 있다. 또한, 호기조(28)에는 에어를 폭기하는 폭기관(31)이 설치되고 폭기관(31)은 블로어(32)에 접속된다. 이에 의하여 호기조(28)에는 암모니아성질소를 기질로 하여 포괄미생물담체(14) 내부의 질화세균이 증식되고 증식된 질화세균의 일부는 포괄미생물담체(14)로부터 리크된다. 리크된 질화세균의 일부가 부착담체(16)에 부착되고 부착담체(16)의 표면에 질화세균이 증식한다. 이와 같이 호기조(28)에는 포괄미생물담체(14)와 표면에 질화세균이 증식된 부착미생물담체(16')에 의하여 암모니아성질소가 질화처리되어 아질산 또는 질산을 생성한다. 이 질화액은 후단의 혐기조(26)에 유입되고 메탄올 공급라인(38)으로부터 공급된 메탄올을 수소공여체로 하여 부유활성오니중의 탈질균에 의하여 탈질된다. 이에 의하여 폐수 중의 암모니아성질소가 제거되어 정화됨과 동시에 정화된 처리수는 고액분리조(36)으로 보내진다. 고액분리조(36)에 있어서, 처리수에 동반된 부유활성오니가 고액분리되고 상등수가 유출관(22)로 유출된다. 고액분리조(36)의 저부에 침강된 부유활성오니는 오니반송관(38)을 통하여 호기조(28)로 반송된다. 또한, 부호(41)는 혐기조(26) 내를 교반하는 교반기이다.
도12의 폐수처리장치(90)는 또다른 태양으로 BOD성분만을 함유하는 BOD함유폐수처리에 적합한 일예이다.
도12에 표시한 바와 같이 폐수처리장치(90)는 유기물을 함유하는 폐수가 원수도입관(18)을 통하여 생물처리조(12)로 유입된다. 생물처리조(12)는 전단측에 배치된 호기조(28)와 후단측에 배치된 호기조(40)로 구성되고 전단측의 호기조(28)에는 포괄미생물담체(14)와 부착담체(16)가 충진되어 있다. 또한, 후단측의 호기조(40)에는 부유활성오니가 보유되어 있다. 이에 의하여 전단측의 호기조(28)에는 BOD성분을 기질로 하여 포괄미생물담체(14) 내부의 유기물분해세균이 증식되고 증식된 유기물분해세균의 일부는 포괄미생물담체(14)로부터 리크된다. 리크된 유기물분해세균의 일부가 부착담체(16)에 부착되고 부착담체(16)의 표면에 유기물분해세균이 증식한다. 따라서, 전단측의 호기조(28)에는 포괄미생물담체(14)와 표면에 유기물분해세균이 증식된 부착미생물담체(16')에 의하여 유기물이 분해된다. 포괄미생물담체(14)로부터 리크된 유기물분해세균의 일부는 후단측의 호기조(40)에 유입되고 부유활성오니에 부착되어 증식된다. 이 증식된 부유활성오니에 의해 폐수는 고도로 정화된다. 정화된 처리수는 고액분리조(36)로 보내진다. 고액분리조(36)에 있어서, 처리수에 동반된 부유활성오니가 고액분리되고 상등수가 유출관(22)으로 유출된다. 고액분리조(36)의 저부에 침강된 부유활성오니는 오니반송관(38)을 통하여 후단측의 호기조(40)로 반송된다.
도13의 폐수처리장치(100)는 또 다른 태양으로 BOD성분과 암모니아성질소를 함유하는 폐수를 처리하는 것에 적합한 일예이다.
도13에 표시한 바와 같이 폐수처리장치(100)는 상류측으로부터 무산소조(42), 아질산생성조(44), 혐기성암모니아산화조(48), 질화조(51), 고액분리조(36)가 배치되어 진다. 그리고 무산소조(42)에는 탈질세균을 포괄고정화한 포괄미생물담체(14A)와 부착담체(16)가 충진된다. 아질산생성조(44)에는 암모니아산화세균을 포괄고정화한 포괄미생물담체(14B)와 부착담체(16)가 충진된다. 혐기성암모니아산화조(48)에는 혐기성암모니아산화세균을 포괄고정화한 포괄미생물담체(14C)와 부착담체(16)가 충진된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 폐수처리장치(100)에 의하면 BOD성분과 암모니아성질소를 함유하는 폐수가 원수도입관(18)을 통하여 무산소조(42)로 유입된다. 무산소조(42)에는 질화액순화라인(34)로부터 순환된 질화액 중의 질산 또는 아질산에 의한 호흡에 의하여 BOD성분이 제거된다. 무산소조(42)에는 폐수중의 암모니아성질소가 잔존하고 잔존한 암모니아성질소를 함유하는 제 1유출액의 일부가 아질산생성조(44)로 유입되고 나머지가 바이패스라인(46)을 통하여 혐기성암모니아산화조(48)로 유입된다. 아질산생성조(44)에는 아질산형의 질화처리가 이루어져 암모니아성질소가 아질산성질소로 산화된다. 그래서 아질산생성조(44)로부터 아질산성질소를 함유하는 제 2유출액과 바이패스라인(46)으로부터의 암모니아성질소를 함유하는 제3유출액이 혐기성암모니아산화조(48)로 유입되고 암모니아성질소와 아질산성질소가 동시에 탈질처리된다. 혐기성암모니아산화조(48)에 잔존한 암모니아성질소를 함유하는 제4유출액은 질화조(51)로 유입되어 질화처리되고 잔존하는 암모니아성질소가 질화처리된다. 질화조(51)로부터 유출되는 질화액의 일부는 질화액 순환라인(34)을 통하여 상기한 무산소조(42)로 돌아간다. 질화조(51)에서 처리된 질화액의 나머지인 처리수는 고액분리조(36)로 송액된다. 처리수에 동반된 부유활성오니가 고액분리되고 상등수가 유출관(22)으로 유출된다.
관계된 모든 조에서의 처리에 있어서, 무산소조(42)에는 아질산 또는 질산을 기질로 하여 포괄미생물담체(14A) 내부의 탈질세균이 증식되고 증식된 탈질세균이 리크되어 부착담체(16)에 부착 증식된다. 아질산생성조(44)에는 암모니아성질소를 기질로 하여 포괄미생물담체(14B)의 내부의 암모니아성산화세균이 증식되고 증식된 암모니아산화세균이 리크되어 부착담체(16)에 부착 증식된다. 혐기성암모니아산화조(48)에는 암모니아성질소와 아질산성질소를 기질로 하여 포괄미생물담체(14C)의 내부의 혐기성암모니아산화세균이 증식되고 증식된 혐기성암모니아산화세균이 리크되어 부착담체(16)에 부착증식된다. 이와 같이 각각의 조에서의 처리에 유용한 세균을 포괄고정화한 포괄미생물담체(14A 또는 14B 또는 14C)와 부착담체(16)를 공존시키는 것에 의하여 미생물담체(14A 또는 14B 또는 14C)로부터 리크된 리크세균을 부착담체(16)에 부착증식시키기 때문에 배양기간을 현저히 단축하는 것이 가능하여 짐과 동시에 정상운전기간에서의 처리의 안정성을 양호하게 하는 것이 가능하다. 이것은 부착담체(16)에 세균을 부착시킨 부착미생물담체(16')만으로는 생물막의 박리탈락이 발견되고 부착미생물담체(16')의 성능저하가 발생되기 쉬운 것에 대하여 본 발명과 같이 포괄미생물담체(14)로부터 종균이 늘 공급되고 있기 때문에 부착미생물담체(16')의 성능회복이 빠르기 때문이라고 생각되어 진다.
실시예
이하 본 발명의 실시예를 설명하지만 이들의 실시예에 한정하는 것은 아니다.
실시예1
실시예1의 시험에는 암모니아성질소 50㎎/L를 함유하는 합성폐수를 이용하여 도5 내지 도9의 각 폐수처리장치에서 배양기간 및 처리수의 수질을 조사하였다. 시험에 사용된 포괄미생물담체(14)의 조성 등은 표2와 같다.
| 조성 | 중량부 |
| 활성오니 4% 함유액 | 50 |
| 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 | 10 |
| NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민 | 0.5 |
| 과황산칼륨 | 0.25 |
| 물 | 39.25 |
표2에 표시한 바와 같이 과황산칼륨을 첨가하는 것에 의하여 상기 조성은 겔화되어 겔화물을 3㎜ 각형으로 성형한 것을 포괄미생물담체(14)로서 시험에 제공하였다.
각각의 시험조건은 다음과 같다.
(본 발명 A) 도5의 폐수처리장치(10)를 사용한 경우
-생물처리조(12)의 체류시간 : 2.4시간
-생물처리조(12)에서의 용적부하 : 0.5㎏-N/㎥/일
-생물처리조(12)에의 포괄미생물담체(14)의 충진율 : 2%
-생물처리조(12)에의 부착담체(16)의 충진율 : 8%
-부착담체로서 발포 폴리에틸렌제의 통형담체(5㎜ø×8㎜)를 사용
-생물처리조(12)를 에어로 폭기 교반
(본 발명 B) 도6의 폐수처리장치(30)를 사용한 경우
-3 조(12A, 12B, 12C) 합계의 체류시간 : 2.4시간
-3 조(12A, 12B, 12C) 합계의 용적부하 : 0.5㎏-N/㎥/일
-각 조(12A, 12B, 12C)에의 포괄미생물담체(14)의 충진율 : 1%(용적)
-각 조(12A, 12B, 12C)에의 부착담체(16)의 충진율 : 9%(용적)
-부착담체로서 발포 폴리에틸렌제의 통형담체(5㎜ø×8㎜)를 사용
-각 조(12A, 12B, 12C)를 에어로 폭기 교반
(본 발명 C) 도7의 폐수처리장치(40)를 사용한 경우
-3 조(12A, 12B, 12C) 합계의 체류시간 : 2.4시간
-3 조(12A, 12B, 12C) 합계의 용적부하 : 0.5㎏-N/㎥/일
-제1생물처리조(12A)의 포괄미생물담체(14)의 충진율 : 10%(용적)
-제 2, 3생물처리조(12B,12C)의 포괄미생물담체(16)의 충진율 : 10%(용적)
-부착담체로서 발포 폴리에틸렌제의 통형담체(5㎜ø×8㎜)를 사용
-각 조(12A, 12B, 12C)를 에어로 폭기 교반
(본 발명 D) 도8의 폐수처리장치(50)를 사용한 경우
-4 조(12A, 12B, 12C, 12D) 합계의 체류시간 : 2.4시간
-4 조(12A, 12B, 12C, 12D) 합계의 용적부하 : 0.5㎏-N/㎥/일
-제 1, 3생물처리조(12A, 12C)에의 포괄미생물담체(14)의 충진율 : 10%(용적)
-제 2, 4생물처리조(12B,12D)에의 포괄미생물담체(16)의 충진율 : 10%(용적)
-부착담체로서 발포 폴리에틸렌제의 통형담체(5㎜ø×8㎜)를 사용
-각 조(12A, 12B, 12C, 12D)를 에어로 폭기 교반
(본 발명 E) 도9의 폐수처리장치(60)를 사용한 경우
-생물처리조(12)와 유용균배양조(24)의 합계 체류시간 : 2.4시간(생물처리조 : 2시간, 유용균배양조 : 0.4시간)
-생물처리조(12)와 유용균배양조(24)의 합계 용적부하 : 0.5㎏-N/㎥/일
-유용균배양조(24)에의 포괄미생물담체(14)의 충진율 : 20%(용적)
-생물처리조(12)에의 부착담체(16)의 충진율 : 10%(용적)
-부착담체로서 발포 폴리에틸렌제의 통형담체(5㎜ø×8㎜)를 사용
-생물처리조(12)와 유용균배양조(24)를 에어로 폭기 교반
이상의 본 발명 A 내지 E의 시험조건에서 폐수처리장치를 운전했다. 그리고, 처리수의 암모니아성질소 농도가 2㎎/L이하가 되는 시점을 배양이 종료한 것으로 판단하고 그 기간을 배양기간으로 하였다. 결과를 표3에 표시하였다. 게다가, 표3에는 종래 방법에 대하여도 시험한 결과를 표시하였다. 종래 방법은 장치도면번호가 도5, 도6, 도7에 있어서 포괄미생물담체(14)를 부착담체(16)로 교체하여 생물처리조에는 전체를 부착담체(16)가 충진되어 진다. 즉, 포괄미생물담체(14) 대신 부착담체(16)를 같은 충진율로 충진하였다. 또한, 종래방법의 실험개시 시에는 오니를 투입하였다.
| 시험계열 | 장치도면번호 | 배양기간 | 처리수의 수질NH4-N(㎎/L) |
| 본 발명A | 도5 | 12일 | 0.5-1.2 |
| 본 발명B | 도6 | 24일 | 0.4-0.9 |
| 본 발명C | 도7 | 14일 | 0.4-1.0 |
| 본 발명D | 도8 | 11일 | 0.5-1.0 |
| 본 발명E | 도9 | 24일 | 0.6-1.2 |
| 종래방법A | (도5) | 45일 | 0.5-13.3 |
| 종래방법B | (도6) | 30일 | 0.5-5.2 |
| 종래방법C | (도7) | 30일 | 0.5-9.4 |
| 종래방법D | (도8) | 35일 | 0.5-7.6 |
| 종래방법E | (도9) | 95일 | 1.5-8.2 |
표3으로부터 알수 있는 바와 같이 종래방법 A 내지 E에는 배양기간이 30일 내지 95일로 길고 배양후에도 처리수의 수질이 악화되는 경향이 자주 발견되었다. 이것은 세균이 부착담체(16)로부터 박리탈락되기 쉽고 이것에 의하여 처리수가 악화되는 것으로 추측된다.
이에 대하여 본 발명 A 내지 E는 배양기간이 12일 내지 24일로 종래 방법에 비하여 짧고 배양후의 수질도 지극히 안정되어 있다. 특히, 본 발명 D의 다단으로 설치된 생물처리조(12A 내지 12D)는 포괄미생물담체(14)와 부착담체(16)가 서로 서로 충진되도록 구성한 것은 배양기간이 11일로 가장 짧은 결과이었다. 이와 같이 본 발명의 경우에는 포괄미생물담체(14)로부터 세균이 리크되는 것에 의하여 부착담체(16)에 늘 세균이 공급되어 부착담체표면에 안정적으로 생물막을 형성하는 것이 가능하다. 이에 의하여 처리수의 수질을 양호하게 또한 안정하게 유지하는 것이 가능하다. 또한, 종래 방법으로서 도5의 장치에 포괄미생물담체(14)만을 10%충진하여 처리운전하는 경우 배양기간 14일이 필요하였다. 이에 비하여 본 발명에서는 12일로 단축되었고 그 이유는 리크된 활성이 높은 세균이 부착담체(16)에 부착되어 고활성으로 된 것에 의하여 배양기간이 단축된 것으로 생각된다.
실시예 2
실시예2의 시험에는 각종의 폐수를 이용하여 도10 내지 도13의 각 폐수처리장치에서 배양기간 및 처리수의 수질을 조사하였다. 시험에 사용된 포괄미생물담체(14)의 조성 등은 표4와 같다.
| 조성 | 중량부 |
| 활성오니 4% 함유액 | 50 |
| 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 | 4 |
| 아크릴아미드 | 1 |
| NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민 | 0.5 |
| 과황산칼륨 | 0.25 |
| 물 | 44.25 |
표4에 표시한 바와 같이 과황산칼륨을 첨가하는 것에 의하여 상기 조성은 겔화되어 겔화물을 3㎜ 각형으로 성형한 것을 포괄미생물담체(14)로서 시험에 제공하였다.
각각의 시험조건은 다음과 같다.
(본 발명 F) 도10의 폐수처리장치(70)를 사용한 경우
-사용폐수 : BOD 120㎎/L, NH4-N 30㎎/L를 함유한 폐수
-혐기조(26)의 체류시간 : 4시간
-호기조(28)의 체류시간 : 3시간
-호기조(28)에의 포괄미생물담체(14)(활성오니 2%함유 담체)의 충진율 : 2%(용적)
-호기조(28)에의 부착담체(16)의 충진율 : 8%(용적)
-부착담체로서 발포 폴리프로필렌제의 통형담체(5㎜ø×8㎜)를 사용
-혐기조(26) 내를 기계 교반
-호기조(28) 내를 에어로 폭기 교반
-호기조(28)의 부유오니농도 : 3000-4000㎎/L로 억제
-오니반송관(38)에 의한 오니반송율 : 80%
-질화액순환라인(34)에 의한 질화액순환율 : 300%
(본 발명 G) 도11의 폐수처리장치(80)를 사용한 경우
-사용폐수 : NH4-N 100㎎/L를 함유한 무기폐수
-호기조(28)의 체류시간 : 4시간
-혐기조(26)의 체류시간 : 4시간
-호기조(28)에의 포괄미생물담체(14)(활성오니 2%함유 담체)의 충진율 : 2%(용적)
-호기조(28)에의 부착담체(16)의 충진율 : 10%(용적)
-부착담체로서 발포 우레탄제의 8㎜의 각형담체를 사용
-혐기조(26)를 기계 교반하고 메탄올공급라인(38)로부터 메탄올을 340㎎/L상당을 첨가
-호기조(28)를 에어로 폭기 교반
-혐기조(26)의 부유오니농도를 3000-4000㎎/L로 억제
-오니반송관(38)에 의한 오니반송율 : 80%
(본 발명 H) 도12의 폐수처리장치(90)를 사용한 경우
-사용폐수 : BOD 200㎎/L를 함유한 유기폐수
-전단측의 호기조(28)의 체류시간 : 1시간
-후단측의 호기조(40B)의 체류시간 : 3.5시간
-전단측의 호기조(28)에의 포괄미생물담체(14)(활성오니 2%함유 담체)의 충진율 : 2%(용적)
-전단측의 호기조(28)에의 부착담체(16)의 충진율 : 10%(용적)
-부착담체로서 발포 우레탄제의 8㎜의 각형담체를 사용
-각 호기조(28, 40)를 에어로 폭기 교반
-후단측의 호기조(40)의 부유활성오니농도를 3000-4000㎎/L로 억제
-오니반송관(38)에 의한 오니반송율 : 50%
(본 발명 I) 도13의 폐수처리장치(100)를 사용한 경우
-사용폐수 : BOD 50㎎/L, NH4-N 200㎎/L를 함유한 폐수
-무산소조(42)의 체류시간 : 1시간
-아질산생성조(44)의 체류시간 : 6시간
-혐기성암모니아산화조(48)의 체류시간 : 4시간
-무산소조(42)에의 포괄미생물담체(14)(활성오니 2%함유 담체)의 충진율 : 2%(용적)
-아질산생성조(44)에의 포괄미생물담체(14, 담체조성은 표5 참조)의 충진율 : 2%
-혐기성암모니아산화조(48)에의 포괄미생물담체(14, 담체조성은 표6 참조)의 충진율 : 2%(용적)
-각 조(42, 44, 48)에는 부착고정화재료로서 부직포판상 충진재(16)를 사용하고 이 부직포판상충진재(16)를 충진율이 30%가 되도록 충진하였다.
-질화액순환라인(34)에 의한 반송율 : 50%
-바이패스라인(46)에 의한 원수유량에 대하여 40%의 폐수를 혐기성암모니아산화조(48)에 바이패스
| 조성 | 중량부 |
| 암모니아산화세균농축액(109 cells/㎤) | 30 |
| 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 | 10 |
| NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민 | 0.5 |
| 과황산칼륨 | 0.25 |
| 물 | 59.25 |
표5에 표시한 바와 같이 과황산칼륨을 첨가하는 것에 의하여 상기 조성은 겔화되어 겔화물을 3㎜ 각형으로 성형한 것을 포괄미생물담체(14)로서 아질산생성조(44)에 투입하였다.
| 조성 | 중량부 |
| 혐기성암모니아산화세균(109 cells/㎤) | 30 |
| 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 | 10 |
| NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민 | 0.5 |
| 과황산칼륨 | 0.25 |
| 물 | 59.25 |
표6에 표시한 바와 같이 과황산칼륨을 첨가하는 것에 의하여 상기 조성은 겔화되어 겔화물을 3㎜ 각형으로 성형한 것을 포괄미생물담체(14)로서 혐기성암모니아산화조(48)에 투입하였다.
이상의 본 발명 F 내지 I의 시험조건에서 폐수처리장치를 운전했다. 그리고, BOD 성분 및/또는 NH4-N 성분의 제거율이 85%이상, 또는 처리수의 수질이 안정되는 시점을 배양이 종료한 것으로 판단하고 그 기간을 배양기간으로 하였다. 결과를 표7에 표시하였다. 게다가, 표7에는 종래 방법에 대하여도 시험한 결과를 표시하였다. 종래 방법은 장치도면번호가 도10, 도11, 도12, 도13에 있어서 포괄미생물담체(14)를 부착담체(16)로 교체하여 생물처리조에는 전체를 부착담체(16) 또는 부직포판상충진재(16)가 충진되어 진다. 즉, 포괄미생물담체(14) 대신 부착담체(16) 또는 부직포판상충진재(16)를 같은 충진율로 충진하였다. 또한, 종래방법의 실험개시 시에는 오니를 투입하였다.
| 시험계열 | 장치도면번호 | 배양기간 | 처리수NH4-N(㎎/L) | 처리수전질소(㎎/L) | 처리수BOD(㎎/L) |
| 본 발명F | 도10 | 21일 | 0.5-1.0 | 7-10 | 7-14 |
| 본 발명G | 도11 | 30일 | 0.4-0.9 | 2-8 | 7-14 |
| 본 발명H | 도12 | 14일 | 0.4-0.5 | 2-5 | 5-10 |
| 본 발명I | 도13 | 32일 | 0.5-1.0 | 14-29 | 4-10 |
| 종래방법F | (도10) | 45일 | 0.5-2.3 | 7-14 | 7-18 |
| 종래방법G | (도11) | 62일 | 0.5-5.2 | 2-12 | 7-18 |
| 종래방법H | (도12) | 25일 | 0.4-0.5 | 2-10 | 7-24 |
| 종래방법I | (도13) | 69일 | 0.5-7.6 | 22-60 | 12-30 |
표7로부터 알수 있는 바와 같이 종래방법 F 내지 I에는 배양기간이 25일 내지 69일로 길고 배양 후에도 처리수의 수질이 악화되는 경향이 자주 발견되었다. 이것은 세균이 부착담체(16) 또는 부직포판상충진재(16)로부터 박리탈락되기 쉽고 이것에 의하여 처리수가 악화되는 것으로 추측된다.
이에 대하여 본 발명 F 내지 I는 배양기간이 14일 내지 32일로 종래 방법에 비하여 짧고 배양 후의 수질도 극히 안정되어 있다.
또한, 폐수의 종류가 같은 본 발명 F와 종래 방법 F, 본 발명 G와 종래 방법 G, 본 발명 H와 종래 방법 H, 본 발명 I와 종래 방법 I를 비교하면 본 발명을 실시하는 것에 의하여 배양기간을 종래 방법의 절반 이상으로 단축하는 것이 가능하게 된다. 이것은 본 발명의 경우에는 포괄미생물담체(14)로부터 세균이 리크되는 것에 의하여 부착담체(16)에 늘 세균이 공급되어 부착담체표면에 안정적으로 생물막을 형성하는 것에 의한 것으로 추측된다. 이에 의하여 처리수의 수질을 양호하게 또한 안정적으로 유지하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 폐수처리 방법 및 장치에 의하면 미생물을 부착고정화재료에 부착하기까지의 배양기간을 단축할수 있고, 또한, 포괄미생물담체로 부터 리크되는 미생물을 부착고정화재료에 늘 공급하는 것에 의하여 부착고정화재료에 고농도로 미생물을 보유하는 것이 가능하게 되어 늘 안정적이고 양호한 처리수를 얻는 것이 가능하다.
Claims (14)
- 폐수 중에 함유된 기질을 생물학적으로 제거하는 폐수처리방법에 있어서,상기 폐수와 미생물을 포괄고정화한 포괄미생물담체를 접촉시켜 상기 포괄미생물담체의 미생물을 증식시키는 것과 동시에, 본 증식에 의하여 상기 포괄미생물담체의 담체 내부로부터 담체 외부로 리크되어지는 미생물을 포함하는 폐수를 부착고정화 재료에 접촉시켜, 상기 리크된 미생물을 부착고정화재료에 부착 증식시키고, 상기 부착고정화재료에 대한 상기 포괄미생물담체의 용적비(포괄미생물담체/부착고정화재료)를 1/10 내지 1/5의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 기질은 무기물인 암모니아, 아질산, 질산 및 유기물인 아오코, PCB, 다이옥신류, 환경호르몬물질 가운데 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 부착고정화재료는 부착 담체 및/또는 부착 충진재인 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 미생물로서 질화세균을 포괄 고정화한 포괄미생물담체와, 상기 기질로서 암모니아성 질소를 함유하는 폐수를 접촉시키는 것과 동시에, 상기 암모니아성 질소 부하를 100(㎎-N/h/L-담체) 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 미생물로서 유기물을 분해하는 유기물 분해 세균을 포괄고정화한 포괄미생물담체와, 상기 기질로서 BOD성분을 함유하는 폐수를 접촉시키는 것과 동시에, 상기 BOD성분 부하를 100(㎎-BOD/h/L-담체) 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
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- 제 1항에 있어서, 상기 포괄미생물담체와 상기 부착고정화재료는 동일한 생물처리조 내에 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 포괄미생물담체와 상기 부착고정화재료는 별도의 생물반응조에 투입되어 있고, 상기 포괄미생물담체가 투입된 제 1의 생물처리조로 부터의 유입수를 상기 부착고정화재료가 투입된 제 2의 생물처리조에 투입되어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 증식하는 이전의 포괄미생물담체는 상기 부착고정화재료에 부착되어지는 미생물을 105(cells/㎤) 이상의 농도로 포괄고정화하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
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