KR101449194B1 - 미생물 반응조 연속 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물 반응조에 있어서, 미생물 배양액의 시료를 채취하기 위한 길이가 상이한 복수 개의 파이프를 포함하는 미생물 반응조 연속 모니터링 장치를 제공한다.
본 발명은 미생물 반응조의 깊이 별로 미생물의 활동도 및 환경 인자를 실시간으로 모니터링 함으로써, 질산화 미생물의 활동도에 문제가 발생하기 전에 사전에 예지하여 대응할 수 있고, 질산화 효율을 항구적으로 유지하거나, 더 나아가서는 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

미생물 반응조 연속 모니터링 장치{The continuous monitoring device for biological reactor}

본 발명은 미생물 반응조 내 생물학적 환경 인자를 연속해서 모니터링 할 수 있는 장치에 관한 것이다.

현재 전국적으로 진행되고 있는 수자원의 양적 부족과 함께 적정 수준으로 처리되지 않고 배출되는 오, 폐수로 인하여 주요 취수원인 하천이나 호소수의 수질오염 문제가 심각한 상태에 이르게 되었다. 특히, 상수원 보호 지역에 위치한 하천의 수질은 각종 유기성 오염물질뿐만 아니라 질소, 인 등의 부영양화 물질에 의하여 심하게 오염되어 있어 안심하고 마실 수 있는 수돗물의 생산 및 공급을 위협하고 있으며, 수계의 부영양화를 초래하여 각종 수질문제를 야기시키고 있다.

질소는 모든 생물의 필수영양원소이지만 적절히 처리하지 않고 자연계에 과다하게 배출될 경우 조류의 과다 증식에 의한 생태계의 파괴 및 용수의 생산에 막대한 지장을 초래하는 부영양화 현상을 유발한다. 부영양화가 진행된 수역은 상수처리 시 여과지의 폐쇄 및 상수로 부적절한 맛과 냄새를 유발하여 상수원으로 이용하지 못하게 될 뿐만 아니라 산화 과정을 거치면서 수중의 용존 산소를 소모하여 하천의 자정작용에 악영향을 끼침으로써 어류 등 수중생물의 서식조차도 위태롭게 한다.

질소를 배출하는 주 오염원은 생활 하수, 분뇨, 축산 폐수 및 산업 폐수 등이며 특히 생활 하수 및 축산 폐수가 차지하는 비율이 가장 큰 것으로 알려져 있다.

따라서 정부에서는 89년 1월 상수원 보전을 위한 호소수질 관리를 위해 부영양화의 주된 원인물질인 질소(N)의 항목이 추가된 호소수질 환경 기준을 설정하였으며, 이미 팔당호와 대청호를 특별대책 지역으로 지정하여 1996년도의 수질 환경 기준 목표치를 총 질소 0.2mg/ℓ로 설정해 놓았다.

종래, 국내 하수 처리장의 현황을 살펴보면, 일반 생활 하수인 경우, 대부분 암모니아를 기준으로 암모니아의 농도가 약 50ppm의 수준까지는 처리할 수 있는 시설이 운영되고 있으나, 제철 조업 특성상 고로에서 나오는 산업 폐수의 경우는 암모니아의 농도가 약 200 ppm을 넘는 경우가 많아 처리에 문제가 되었다.

따라서, 일반 생활 폐수도 가능하지만, 특히 고로 폐수의 경우 생물학적 방법, 즉 유입수 조건에 맞는 전처리 후, 질산화(NH^{4 +}→NO^{3 -}) 및 탈질화(NO^{3 -}→N₂) 단계를 연속으로 거침으로써, 인체에 무해한 N₂ 가스를 최종 산물로 전환시켜 보다 용이하게 처리할 수 있게 되었다.

한편, 상기 질산화 및 탈질화 단계는 각 반응에 관여하는 미생물과 각 단계별 탄소원, 온도, 용존산소(DO), pH, 체류시간 및 산화/환원 전위(ORP) 등의 환경 인자에 의해 각 단계의 진행이 결정된다.

이때, 질산화 반응에 관여하는 미생물은 무기 탄소원을 사용하는 독립 영양 미생물 군으로, 그 성장 속도가 매우 느리고 환경조건 변화에 의해 아주 쉽게 사멸하므로, 질산화 반응이 제대로 이루어지지 않으면 후속하는 공정 또한 잘 이루어 지지 않아, 원하는 공정을 유지하기 어려운 문제점이 있다.

그리하여, 최근에는 질산화/탈질화 공정을 가지고 있는 대부분의 생물학적 설비에서 질산화 공정의 운전 조건을 최적화하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 질산화/탈질화 단계에서 매우 중요한 역할을 하는 질산화 미생물의 활동에 의한 생물학적 환경 인자, 특히 용존산소(DO)와 산화/환원 전위(ORP) 등을 실시간으로 모니터링 함으로써, 질산화 미생물의 활성 저하를 사전에 감지하고자 한다.

본 발명은 미생물 반응조에 구비되며,

미생물 배양액의 시료를 채취하기 위한 길이가 상이한 복수 개의 파이프를 포함하는 미생물 반응조 연속 모니터링 장치를 제공한다.

상기 복수 개의 파이프는 각각 길이가 3 내지 15m 이고, 직경은 32 내지 50 mm 이다.

상기 복수 개의 파이프는 3 내지 5개의 파이프를 포함할 수 있다.

상기 파이프는 말단에는 12 내지 15개의 관통 홀(hole)이 형성될 수 있다.

상기 미생물 반응조의 바닥면은 돌출부가 형성될 수 있다.

상기 미생물 반응조는 자흡 펌프(Self-Priming Pump)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 모니터링 장치는 라인 삽입 형태로, 상기 샘플의 환경 인자를 측정하는 센서부를 더 포함할 수 있다.

상기 센서부는 환경 인자 측정값을 자동으로 저장하는 자동 저장 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 미생물 반응조는 질산화 미생물 반응조일 수 있다.

상기 환경인자는 pH, 온도, 용존산소(DO), 산화/환원 전위(ORP) 및 혼합액 현탁고형물(MLSS)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명은 미생물 반응조의 깊이 별로 질산화 미생물의 활동도 및 환경 인자를 실시간으로 모니터링 하여, 환경 인자의 변화 트렌드(trend)를 인지하고, 질산화 미생물의 활동도에 문제가 발생하기 전에 사전에 예지하여 대응할 수 있으며, 질산화 효율을 항구적으로 유지하거나, 더 나아가서는 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 미생물 반응조에서 깊이 별로 샘플링할 수 있는 본 발명의 연속 모니터링 장치의 예시를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 모니터링 장치에서 상부 지면의 플랜지 고정부 및 하부 깊이 별 샘플 라인 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 모니터링 장치에서 샘플링 메인 파이프에 관통홀이 형성된 것을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 모니터링 장치에 센서 라인이 연결된 것을 도시한 것이다.
도 5는 도 4를 보다 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 미생물 반응조에 있어서, 샘플을 채취하기 위한 것으로, 길이가 상이한 복수 개의 파이프를 상기 반응조 내에 포함하는 미생물 반응조 연속 모니터링 장치를 제공한다. 본 발명의 모니터링 장치가 적용될 수 있는 미생물 반응조는 특히 제한되는 것은 아니나, 질산화 미생물 반응조와 같이 성장 속도가 느린 호기성 미생물을 배양하는 반응조일 수 있다.

이때, 상기 샘플이란 질산화 미생물이 포함된 배양액을 의미하는 것으로, 채취량을 특별히 한정하지는 않으나 일반적으로 5 내지 6L 의 양으로 채취할 수 있다.

상기 파이프의 크기나 개수는 특별히 한정하지는 않으나, 개수는 3 내지 5 개를 포함하는 것 바람직하며, 각각의 길이는 3 내지 15m로, 직경은 32 내지 50mm 인 것이 바람직하다.

상기 파이프의 개수는 샘플의 모니터링의 정도 및 목적에 따라 달라지지만, 일반적으로, 3 내지 5 개가 포함되는 것이 바람직하다. 파이프 개수가 3개 미만인 경우, 환경 인자의 변화를 측정하는 샘플의 개수가 너무 적어, 모니터링의 의미가 없어지고, 반면, 5개를 초과하는 경우, 반응조 내에 파이프가 너무 많이 포함되어 있어, 오히려, 미생물의 성장을 저해할 수 있다.

상기 파이프의 길이의 상한 및 하한은 사용하는 반응조의 높이에 따라 달라질 수 있는 값이지만, 일반적인 반응조의 높이는 16 m에 해당하므로, 상기 파이프의 길이는 3 내지 15m 가 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 복수 개의 파이프는 각각의 길이가 상이한 것을 특징으로 하지만, 파이프 별 길이는 파이프의 개수에 따라 달라질 수 있다. 즉, 이로 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 높이가 16 m인 반응조에서 파이프가 3개 포함되도록 하는 경우, 3m 와 10m의 파이프를 각각 한 개씩 포함하고, 중간 정도의 길이인 7m의 길이를 가진 파이프를 포함하는 것이 바람직하다.

도 1은 질산화 미생물 반응조에서 깊이 별로 샘플링할 수 있는 본 발명의 연속 모니터링 장치의 예시를 도시한 것으로, 3개의 플랜지(10)에는 각각 길이가 상이한 3개의 파이프가 연결되나, 상기 파이프는 도 1에 도시하지 않았으며, 상기 플랜지(10)에 연결된 모터(20)는 상기 파이프를 통하여 질산화 미생물의 샘플을 끌어올릴 수 있도록 구성되어 있다.

도 2는 본 발명의 모니터링 장치에서, 상부 지면의 플랜지 고정부 및 하부 깊이 별 샘플 라인을 나타낸 것으로, 직경은 32mm이며, 깊이가 상이한 3개의 파이프(1)가 플랜지(10)에 각각 연결되어 있다.

상기 파이프는 말단에 관통 홀(hole)이 형성된 것이 바람직하며, 관통홀의 직경은 특별히 한정하고 있지는 않고, 파이프의 직경을 고려하여 적정한 크기로 설정할 수 있다.

이때, 상기 파이프 말단이라 함은 파이프 밑면이 폐쇄 형태인 경우, 파이프 밑면과 함께, 파이프 밑면으로부터 약 500 내지 600mm의 높이까지를 의미하는 것이다.

반응조 내 질산화 미생물 배양액의 흐름은 일정하지 않기 때문에, 파이프 말단에 복수 개의 관통 홀이 형성됨으로써, 상기 배양액 흐름의 방향에 관계없이, 배양액 샘플을 원활히 흡입할 수 있도록 한다.

이때, 상기 관통 홀의 개수는 12 내지 15 개인 것이 바람직하다. 개수가 12개 미만인 경우, 샘플 흡입력이 떨어질 수 있고, 15개를 초과하는 경우, 배양액의 흐름에 영향을 받아, 원활한 흡입이 어려울 수 있다.

도 3은 본 발명의 모니터링 장치에서 샘플링 메인 파이프를 도시한 것으로, 파이프 말단에 12개의 관통 홀(30)이 형성된 것을 볼 수 있다.

또한, 상기 미생물 반응조의 바닥면에 돌출부가 형성되는 경우 오니가 바닥면에 침적하는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. 이때, 돌출부의 모양 및 크기는 특별히 한정하지는 않으나, 일반적으로 아치 형태인 것이 바람직하다.

또한, 상기 반응조는 자흡 펌프(Self-Priming Pump)를 더 포함하는 것이 배양액을 연속적으로 순환시켜 배양액 내 용존 산소 또는 영양분 등이 국부적으로 존재하지 않고, 전체적으로 균일하게 존재하도록 하여, 미생물의 성장 또한 균일하게 이루어질 수 있도록 함에 바람직하다.

본 발명의 모니터링 장치는 끌어올린 샘플의 환경 인자를 측정하며, 라인 삽입 형태로 되어 있는 센서부를 더 포함할 수 있다.

상기 측정되는 환경 인자는 pH, 온도, 용존산소(DO), 산화/환원 전위(ORP) 및 혼합액 현탁고형물(MLSS)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 의미하는 것으로, 상기 센서부는 길이가 상이한 복수 개의 파이프에서 끌어올린 샘플의 환경 인자를 측정하여 질산화 미생물의 활동도에 변화가 있는지, 종국적으로는 질산화 효율까지 모니터링할 수 있다.

이때, 상기 센서부에서 측정한 값은 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)을 구축하여, 현재의 측정 값의 상, 하한을 지정한 후 운전자로 하여금 미생물의 활동도 혹은 질산화 효율에 문제가 있는 지를 실시간으로 판단할 수 있도록 한다.

또한, 상기 센서부는 자동 저장 장치를 더 포함함으로써, 환경 인자 측정값을 자동으로 저장하여 추후에 USB와 같은 이동 디스크를 통해 저장된 자료를 다운로드 할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 모니터링 장치에 센서 라인이 연결된 것을 도시한 것이며, 도 5는 도 4를 보다 개략적으로 도시한 것으로, 반응조(100) 내에 포함된 5m, 10m, 15m의 길이가 상이한 3개의 파이프(1)는 각 깊이에서 질산화 미생물을 포함한 미생물 배양액의 시료를 모터(20)를 이용하여 끌어올린다. 그 후, 채취된 시료는 센서부(120)로 보내어져, pH, 온도, 용존산소(DO), 산화/환원 전위(ORP) 및 혼합액 현탁고형물(MLSS)의 환경 인자를 측정한 후, 다시 반응조(100)로 보내진다. 또한, 상기 센서부(120)에서 측정된 값은 터치 스크린 페널(130)에서 화면으로 측정값을 나타내어 운전자로 하여금 실시간으로 배양액 내 환경 인자의 변화를 알 수 있도록 한다. 그 외에도 자동 저장 장치(131)를 통해 환경 인자 측정값을 자동으로 저장하여 추후, 저장된 자료를 다운로드할 수 있다.

1: 파이프
10: 플랜지
20: 모터
30: 관통 홀
50: 펌프
100: 반응조
120: 센서부
130: 터치 스크린 페널
131: 자동 저장 장치

Claims (10)

1. 미생물 반응조에 구비되며,
   미생물 배양액의 시료를 채취하기 위한, 길이가 상이한 3 내지 5개의 파이프를 포함하며,
   상기 파이프는 각각 길이가 3 내지 15m, 직경이 32 내지 50mm이고,
   상기 미생물 반응조의 바닥면을 향하는 상기 파이프의 밑면 및 밑면으로부터 500 내지 600mm의 높이까지에는 12 내지 15개의 관통 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 반응조 연속 모니터링 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 미생물 반응조의 바닥면은 돌출부가 형성된 미생물 반응조 연속 모니터링 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 미생물 반응조는 자흡 펌프(Self-Priming Pump)를 더 포함하는 미생물 반응조 연속 모니터링 장치.
7. 제1항에 있어서, 본 발명의 모니터링 장치는 라인 삽입 형태로, 상기 시료의 환경 인자를 측정하는 센서부를 더 포함하는 미생물 반응조 연속 모니터링 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 센서부는 환경 인자 측정값을 자동으로 저장하는 자동 저장 장치를 더 포함하는 미생물 반응조 연속 모니터링 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 미생물 반응조는 질산화 미생물 반응조인 미생물 반응조 연속 모니터링 장치.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 환경인자는 pH, 온도, 용존산소(DO), 산화/환원 전위(ORP) 및 혼합액 현탁고형물(MLSS)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 미생물 반응조 연속 모니터링 장치.

Images