KR101861099B1 - Apparatus and method for culture of candidatus brocadia sinica oba1 using partial nitritation sequencing batch reactor supplied with ammonium oxidation bacteria(aob) granule from the connected aob granule reactor and using anaerobic ammonium oxidation reactor - Google Patents

Apparatus and method for culture of candidatus brocadia sinica oba1 using partial nitritation sequencing batch reactor supplied with ammonium oxidation bacteria(aob) granule from the connected aob granule reactor and using anaerobic ammonium oxidation reactor Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain with a high growth speed, having an ammonia oxidation activity and separated and enriched and cultured from sludge of a bioreactor of a livestock excretion disposal plant. Moreover, to culture a large amount of Candidatus Brocadia sinica OBA1 strains with a high growth speed, separated and enriched and cultured from sludge of a bioreactor of a livestock excretion disposal plant, the present invention includes an ANAMMOX reactor stably achieving partial nitrification, which is necessary for the culture of ANAMMOA microorganisms, through an SBR reactor linked with an AOB granule generator, and operated through a completely mixed fluidized bed attachment process by attaching the Candidatus Brocadia sinica OBA1 strains to a fluidized bed carrier to prevent the strains from being lost.

Description

암모늄 산화 박테리아 그래뉼 생성조를 연계한 회분식 부분 아질산화 반응조와 혐기성 암모늄 산화 반응조를 이용한 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치 및 배양방법{APPARATUS AND METHOD FOR CULTURE OF CANDIDATUS BROCADIA SINICA OBA1 USING PARTIAL NITRITATION SEQUENCING BATCH REACTOR SUPPLIED WITH AMMONIUM OXIDATION BACTERIA(AOB) GRANULE FROM THE CONNECTED AOB GRANULE REACTOR AND USING ANAEROBIC AMMONIUM OXIDATION REACTOR}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a Candidatus Brocadia sinica OBA1 culture apparatus and an incubation method using an anaerobic ammonium oxidation reaction tank and a batch type partial nitrification reactor in which an ammonium oxidized bacterial granulation reactor is connected to the ammonium oxidizing bacteria granulation reactor. BACTERIA (AOB) GRANULE FROM THE CONNECTED AOB GRANULE REACTOR AND USING ANAEROBIC AMMONIUM OXIDATION REACTOR}

본 발명은 암모늄 산화 박테리아(Ammonium Oxidation Bacteria 이하, ‘AOB’라 함) 그래뉼(granule) 생성조를 연계한 회분식 부분 아질산화 반응조(Partial Nitritation Sequencing Batch Reactor 이하, ‘SBR 반응조’라 함)와 혐기성 암모늄 산화(ANAMMOX, ANaerobic AMMonium OXidation) 반응조(이하, ‘ANAMMOX 반응조’라 함)를 이용한 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치 및 배양방법에 관한 것이다.The present invention relates to a partial nitrite sequencing batch reactor (hereinafter referred to as 'SBR reaction tank') in which a granule production tank of ammonium oxidation bacteria (hereinafter referred to as 'AOB') is connected to an anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX, ANAEROBIC AMMONIUM OXIDATION) reaction tank (hereinafter referred to as 'ANAMMOX reaction tank').

보다 상세하게는, 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지로부터 분리 및 농화배양(Enrichment culture) 되어 성장속도가 빠른 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 대량배양을 함에 있어서, SBR 반응조와 AOB 그래뉼 생성조의 상호 슬러지 교환을 통하여 AOB 그래뉼을 효율적으로 형성할 수 있다.More specifically, in the mass cultivation of Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain, which has a high growth rate, by separation and enrichment culture from a biological reactor sludge of a livestock manure treatment plant, the SBR reaction vessel and the AOB granulation reactor AOB granules can be efficiently formed.

또한, 상기 형성된 AOB 그래뉼은 SBR 반응조로 재 유입시켜 ANAMMOX 미생물 배양에 필요한 부분 아질산화를 안정적으로 달성하고, Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주가 유실되지 않도록 유동상 담체에 부착하여 완전혼합형 유동상 부착식 공정으로 운전되는 ANAMMOX 반응조를 이용한 발명이다.In addition, the formed AOB granules are re-introduced into the SBR reaction tank to stably attain the partial nitrification required for culturing the ANAMMOX microorganism and adhere to the fluidized bed support so that the Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain is not lost, It is an invention using an ANAMMOX reactor operated.

가축분뇨, 잉여슬러지 및 음식물 폐수와 같은 고농도 유기성 오폐수는 고농도의 고형물, 유기물 및 질소를 함유하고 있다. 이러한 오폐수 내에 존재하는 유기물을 활용하여 유용한 에너지원인 메탄을 생산하기 위한 노력이 이루어지고 있다.High concentrations of organic wastewater such as livestock manure, excess sludge and food wastewater contain high concentrations of solids, organic matter and nitrogen. Efforts are being made to produce methane, a useful energy source, by utilizing the organic matter present in such wastewater.

많은 양의 메탄을 회수하기 위해 오폐수 내에 존재하는 유기물을 최대한 혐기성 공정으로 유입시켜 혐기성 상태에서 산 발효 및 메탄발효 미생물을 이용하여 메탄 생산량을 극대화 하고 있으나, 유출되는 폐수는 유기물이 대부분 제거되고 고농도의 질소는 그대로 잔존하므로 매우 낮은 탄질비(炭窒比)(C/N비 이하, ‘C/N비’라 함)를 가지게 된다.In order to recover a large amount of methane, the organic matter present in the wastewater is maximally anaerobicized to maximize methane production using acid fermentation and methane fermentation microorganisms in the anaerobic state. However, the effluent wastewater is largely removed from the organic matter, Nitrogen remains as it is, so it has very low carbonitriding ratio (C / N ratio, hereinafter referred to as 'C / N ratio').

가축분뇨의 경우 생화학적 산소 요구량(BOD, Biochemical Oxygen Demand 이하, ‘BOD’라 함) 농도가 30,000~50,000mg/L로 높기 때문에 일반적으로 혐기성 소화조를 이용하여 처리를 수행한다. 혐기성 처리 이후에 고농도의 질소가 함유된 폐수가 발생하는데 암모니아성 질소의 농도가 1,500~3,000mg/L로 매우 높다.In case of livestock manure, the concentration is generally 30,000 ~ 50,000mg / L, so the treatment is usually carried out using the anaerobic digestion tank (BOD, Biochemical Oxygen Demand). After the anaerobic treatment, the wastewater containing high concentration of nitrogen is generated, and the ammonia nitrogen concentration is as high as 1,500 ~ 3,000 mg / L.

또한, 가축분뇨는 혐기성 처리 후 농지에 살포되어 비료로 사용되고 있으며, 지속적인 농지주입으로 인하여 지하수를 오염시키거나 강우 시 유출되어 부영양화를 발생시켜 수계의 수질을 악화시키는 주요 오염물질이다.In addition, livestock manure is sprayed on agricultural land after being anaerobically treated and used as fertilizer. It is a main pollutant to pollute underground water due to continuous farmland inflow or to cause eutrophication when it is released during rainfall and worsens water quality in the water system.

종래 행하여지고 있는 질소 오폐수 처리는 생물학적 방법이 이용되고 있는데, 질산화 공정과 탈질 공정을 조합시킨 처리방법이 주로 이용되고 있으나, 낮은 C/N비를 가지는 오폐수를 처리하기 위해서는 많은 양의 산소가 공급되어야 한다.Conventionally, a biological method is used for the treatment of nitrogen wastewater. However, in order to treat wastewater having a low C / N ratio, a large amount of oxygen must be supplied do.

또한, 탈질을 위해 외부 탄소원을 요구하게 되므로, 자원회수에 대한 많은 경제적인 장점이 감소되는 요인이 되고 있다.In addition, since an external carbon source is required for denitrification, many economic advantages in resource recovery are reduced.

위와 같은 생물학적으로 오폐수 내에 있는 질소를 제거하기 위해서는 여러 단계의 생화학적 반응을 거쳐야 한다.In order to remove the nitrogen in the wastewater biologically, several steps of biochemical reaction must be performed.

우선 다음 <반응식 1>에서와 같이 환원 상태의 암모니아성 질소를 공기를 공급하여 산화된 형태의 질소로 산화시켜야 한다.First, ammonia nitrogen in a reduced state should be oxidized to oxidized nitrogen by supplying air as shown in Reaction Scheme 1 below.

<반응식 1><Reaction Scheme 1>

NH4 + + 1.5O2 → NO2 - + 2H+ + H2O NH 4 + + 1.5O 2 → NO 2 - + 2H + + H 2 O

NO2 - + 0.5O2 → NO3 - NO 2 - + 0.5O 2 → NO 3 -

NH4 + + 2O2 → NO3 - + 2H+ + H2O NH 4 + + 2O 2 → NO 3 - + 2H + + H 2 O

상기 반응식에서 알 수 있듯이 1mg의 암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화하는데 3.43mg의 산소가 필요하며 1mg의 아질산성 질소를 질산성 질소로 산화하는데 1.14mg의 산소가 추가적으로 소모되어, 1mg의 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화하는데 4.57mg의 산소가 필요하다.As can be seen from the above equation, 3.43 mg of oxygen is required to oxidize 1 mg of ammoniacal nitrogen to nitrite nitrogen, and 1.14 mg of oxygen is further consumed to oxidize 1 mg of nitrite nitrogen to nitrate nitrogen, resulting in 1 mg of ammonia 4.57 mg of oxygen is needed to oxidize nitrogen to nitrate nitrogen.

산화된 질산성 질소는 다음 <반응식 2>과 같은 반응을 통하여 대기 중으로 질소 가스로 배출됨으로써 최종적으로 질소가 제거된다.The oxidized nitrate nitrogen is discharged as nitrogen gas into the atmosphere through the reaction as shown in the following Reaction Scheme 2 to finally remove nitrogen.

<반응식 2><Reaction Scheme 2>

NO3 - + 1.08CH3OH + 0.24H2CO3 → 0.06C5H7O2N + 0.47N2 + 1.68H2O + HCO3 - NO 3 - + 1.08 CH 3 OH + 0.24H 2 CO 3 - > 0.06C 5 H 7 O 2 N + 0.47N 2 + 1.68H 2 O + HCO 3 -

상기 <반응식 2>에서 알 수 있듯이 1mg의 질산성 질소가 탈질 되기 위해서 약 4~5mg의 화학적 산소요구량(COD, Chemical Oxygen Demand 이하, ‘COD’라 함)이 필요하게 되는데 정상적인 탈질이 이루어지기 위해서는 COD/NO3-N비가 4~5 이상이 되어야 함을 의미한다.As can be seen from the above reaction formula (2), in order to denitrate 1 mg of nitrate nitrogen, a chemical oxygen demand (COD, hereinafter referred to as "COD") of about 4 to 5 mg is required. COD / NO 3 -N ratio should be 4 to 5 or more.

특히 가축분뇨 및 음식물 폐수와 같은 고농도 유기성 폐수의 혐기성소화조에서 발생하는 폐수의 경우 C/N비가 1 이하로 매우 낮기 때문에 메탄올이나 초산과 같은 외부탄소원의 투입이 반드시 필요하기 때문에 운영비의 상승이 초래된다.Especially, wastewater generated from anaerobic digestion tank of high concentration organic wastewater such as livestock manure and food wastewater has an extremely low C / N ratio of less than 1, which necessitates introduction of external carbon sources such as methanol or acetic acid, resulting in an increase in operating costs .

이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 방법이 암모니아성 질소의 일부만을 아질산성(NO2 -) 단계까지만 산화한 후, 잔류하는 암모니아성 질소를 전자공여체로 활용하여 탈질을 통하여 질소를 제거하는 단축질소제거 공정이 이용된다.The method developed to solve this problem is to oxidize only a part of the ammonia nitrogen to the nitrite (NO 2 - ) stage, and then to remove the nitrogen through the denitrification using the remaining ammonia nitrogen as the electron donor Process is used.

이 방법을 사용할 경우 기존의 방법보다 산소는 60%, 유기물은 100%를 절감할 수 있는 장점이 있다.This method has the advantage of saving 60% of oxygen and 100% of organic matter than the conventional method.

단축질소 제거공정은 ANAMMOX에 의해 이루어지는데, 혐기적 조건 하에서 전자수용체로 아질산성 질소를 이용하여 암모니아성 질소를 질소가스로 변환하는 ANAMMOX 미생물을 이용한 방법이며, 질소 가스로 변환하는 방법은 <반응식 3>과 같다.The single-shot nitrogen removal process is performed by ANAMMOX, which uses ANAMMOX microorganisms to convert ammonia nitrogen into nitrogen gas using nitrite nitrogen as an electron acceptor under anaerobic conditions. >.

<반응식 3><Reaction Scheme 3>

1.0NH4 + + 1.32NO2 - + 0.066HCO3 - + 0.13H+ 1.0NH 4 + + 1.32NO 2 - + 0.066HCO 3 - + 0.13H +

→ 1.02N2 + 0.26NO3 - + 0.066CH2O0 . 5N0 .15 + 2.03H2O→ 1.02N 2 + 0.26NO 3 - + 0.066CH 2 O 0 . 5 N 0 .15 + 2.03H 2 O

상기 <반응식 3>에 나타낸 바와 같이, ANAMMOX에 의한 처리는 전자수용체(Electron Acceptor)로서 아질산성 질소가 필요하다. 그래서 오폐수 중의 암모니아성 질소의 일부(약 56.5%)를 아질산성 질소로 산화하여 변환하는 부분 아질산화 공정이 전단(前段)에 조합되어 있어야 한다.As shown in the above Reaction Scheme 3, treatment with ANAMMOX requires nitrite nitrogen as an electron acceptor. Therefore, a partial nitrification process for converting a part (about 56.5%) of the ammonia nitrogen in the wastewater into nitrite nitrogen and converting it into nitrite nitrogen must be combined at the front stage.

단축질소제거 공정을 도입하기 위해서 가장 중요한 것은 안정적인 부분 아질산화를 이룩하는 것이다.The most important thing to introduce a single-shot nitrogen removal process is to achieve stable partial nitrification.

가축분뇨 및 음식물 폐수와 같은 고농도 유기성 오폐수 공정을 위해서 혐기성 소화조에서 발생하는 오폐수는 암모니아성 질소의 농도가 1,500~3,000mg/L로 높고, 온도가 25℃ 이상으로 높아 아질산화를 용이하게 달성할 수 있다.The wastewater generated from the anaerobic digestion tank for high concentration organic wastewater treatment such as livestock manure and food wastewater has a high ammonia nitrogen concentration of 1,500 ~ 3,000 mg / L and a high temperature of 25 ℃ or higher, have.

그러나 아질산성 질소는 아질산 산화 미생물(Nitrite Oxidation Bacteria, 이하 ‘NOB’라 함)에 의해 빠르게 질산성 질소로 전환되기 때문에 안정적인 아질산화를 달성하기 위해서는 AOB의 우점화가 필요하다.However, since nitrite nitrogen is rapidly converted to nitrate nitrogen by nitrite oxidizing bacteria (NOB), it is necessary to dominate AOB to achieve stable nitrification.

AOB를 NOB보다 우점화하기 위해서는 여러 가지 방법이 사용되고 있으나 고형물 체류시간(Solid Retention Time, 이하 ‘SRT’라 함)을 1일 이하로 유지하는 방법을 사용하는데, 이는 NOB의 배가시간(doubling time)이 1일 이상 요구되기 때문에 SRT를 1일 이하로 운영하여, AOB는 시스템 내에 유지시키고 NOB는 워시 아웃(wash out)시켜 AOB의 우점화가 가능하기 때문이다.In order to ignite AOB to the right of NOB, various methods are used, but the method of keeping the solid retention time (SRT) at 1 day or less is used, which is a doubling time of NOB, Is required for more than one day, the SRT is operated for less than one day, and the AOB can be held in the system and the NOB can be washed out, thereby making it possible to dominate the AOB.

단축질소제거 반응을 수행하는 ANAMMOX 미생물은 증식속도가 매우 느려 배가시간이 11일 정도로 매우 길기 때문에 안정적인 미생물을 확보하기 위해서는 미생물이 워시 아웃되지 않는 반응조를 적용하는 것이 매우 중요하다.Since the ANAMMOX microorganism that performs the short-axis nitrogen removal reaction has a very slow growth rate and a long incubation time of about 11 days, it is very important to apply a reactor that does not wash out microorganisms in order to secure a stable microorganism.

따라서 AOB 미생물과 ANAMMOX 미생물을 한 반응조에서 동시에 성장시켜 오폐수를 처리하는 단일 반응조(Single Reactor)의 경우 상이한 SRT를 유지하는 것이 용이하지 않다. Therefore, it is not easy to maintain a different SRT in the case of a single reactor in which AOB microorganisms and ANAMMOX microorganisms are grown simultaneously in one reactor to treat wastewater.

또한, AOB 반응조 및 ANAMMOX 반응조를 분리하여 설치하는 방법을 사용하는데, 이럴 경우 각 미생물에 적합한 최적 운전조건을 조성할 수 있지만 반응조의 숫자가 증가하고 미생물과 처리수를 분리하기 위한 별도의 침전 시설까지 추가하게 되어 단위 공정의 숫자가 증가하고 이에 따라 소요부지가 증가되어 운영관리 요소가 증가하는 단점이 있다.In this case, optimal operation conditions suitable for each microorganism can be established, but the number of reaction vessels is increased and a separate precipitation facility for separating microorganisms and treated water is used The number of unit processes is increased, and accordingly, the required site is increased, thereby increasing the operational management factor.

이를 해소하기 위해 반응속도가 높고 침전성이 우수한 그래뉼을 이용하는 방법이 있으나, 그래뉼을 형성하기 위한 조건과 오염물을 처리하기 위한 조건이 서로 달라 AOB 및 ANAMMOX 반응조 내에서 안정적인 처리를 유지하면서 침전성이 우수한 그래뉼을 형성하는 목적을 동시에 달성하는 것이 기술적으로 어려운 단점이 있다.In order to solve this problem, there is a method of using granules having a high reaction rate and excellent sedimentation property. However, the conditions for forming granules and the conditions for treating contaminants are different. In the AOB and ANAMMOX reaction vessels, It is technically difficult to attain the object of forming granules at the same time.

이러한 문제를 해결하기 위해 별도의 반응조를 이용하여 미생물 및 그래뉼을 외부에서 생성하여 반응조로 공급하는 방법들이 사용되고 있다.In order to solve such a problem, methods of generating microorganisms and granules externally using a separate reaction tank and supplying them to the reaction tank are used.

대한민국 공개특허공보 제10-2002-0072360호(이하 ‘선행문헌 1’)는 부분 아질산화 및 혐기성 암모니아 산화를 이용한 고농도질소폐수 처리장치와 처리방법에 관한 것으로, 니트로소모나스속(Nitrosomonas sp.) 세균 및 암모니아 산화 균을 이용하여 고농도 질소폐수를 처리하는 방법이다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2002-0072360 (hereinafter referred to as "Prior Art 1") relates to an apparatus and a treatment method for treating a high concentration nitrogen wastewater using partial nitrite oxidation and anaerobic ammonia oxidation, wherein Nitrosomonas sp. It is a method of treating high concentration nitrogen wastewater by using bacteria and ammonia oxidizing bacteria.

그러나 상기 선행문헌 1 발명은 니트로소모나스속 세균만으로 우점화가 되기 어려우며, 오폐수 유입 또는 배출 시 세균이 유출되어 반응이 느려질 뿐만 아니라, SBR 반응조로 연속 유입되기 위해서 공정을 복수로 설치해야하므로 운영비가 상승되어 경제적 부담이 증가된다.However, since the prior art 1 invention is difficult to be dominated by only bacteria belonging to the genus Nitrosomonas, it is required to install a plurality of processes in order to continuously flow into the SBR reaction tank in addition to slowing the reaction due to the outflow of bacteria during the inflow or outflow of wastewater. Thereby increasing the economic burden.

미국 공개특허공보 제2015-0336827호(이하 ‘선행문헌 2’)는 생물막 담체, 처리 시스템 및 폐수 처리 방법에 관한 것으로, 이동 가능한 생물막을 사용하여 오염된 물을 처리하는 방법이다.U.S. Published Patent Application No. 2015-0336827 (hereinafter referred to as "Prior Art 2") relates to a biofilm carrier, a treatment system and a wastewater treatment method, and a method for treating contaminated water using a mobile biofilm.

그러나 상기 선행문헌 2 발명은 생물막에 손상이 발생할 경우 정상 상태로 회복되는 시간이 오래 걸리며, 미생물이 과다하게 성장할 경우 폐수 처리 효율이 저하된다.However, when the biofilm is damaged, it takes a long time to recover to the normal state, and when the microorganism grows excessively, the effluent treatment efficiency is lowered.

일본 특허공보 제4691938호(이하 ‘선행문헌 3’)는 질소 함유액의 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 암모니아 산화 세균을 이용하여 아질산화 반응을 하고, ANAMMOX 세균을 이용하여 탈질 반응을 통해 질소 함유액을 처리하는 방법에 관하여 개시하고 있다.  Japanese Patent Publication No. 4691938 (hereinafter, referred to as 'Prior Art 3') relates to a method and apparatus for treating a nitrogen-containing liquid, wherein the nitrification reaction is carried out using ammonia-oxidizing bacterium, And a method for treating a liquid.

그러나 상기 선행문헌 3 발명은 부분 아질산화 공정에 알칼리를 주입하여, pH를 조정해야 하므로 부분 아질산화 반응이 일정하기 힘들다.However, in the above-mentioned prior art document 3, since the pH is adjusted by injecting alkali into the partial nitrification process, the partial nitrification reaction hardly occurs.

대한민국 등록특허공보 제10-0586535호(이하 ‘선행문헌 4’)는 질산화세균 그래뉼화 반응기를 이용한 하폐수의 고도처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 질산화세균 그래뉼을 간헐적으로 유입시켜 하폐수가 탈질화 되는 방법이다.Korean Patent Publication No. 10-0586535 (hereinafter referred to as "Prior Art 4") relates to a system and a method for advanced treatment of wastewater using a nitrifying bacteria granulating reactor and a method of intermittently introducing nitrified bacteria granules to denitrify wastewater to be.

그러나 상기 선행문헌 4 발명은 질산화 균을 주반응조로 공급하여 아질산화 및 질산화는 증진시킬 수 있으나, 공정의 구성상 오폐수가 유입되어 호기성 상태를 먼저 거치기 때문에 유기물이 제거되어 탈질조로 유입되는 유기물이 없어 탈질을 위해서는 외부 탄소원의 주입이 반드시 필요하다.However, the above-mentioned prior art document 4 can supply nitrification bacteria to the main reaction tank to enhance nitrification and nitrification. However, due to the constitution of the process, wastewater is introduced and aerobic state is passed first, so organic matter is removed and there is no organic matter flowing into the denitrification tank In order to denitrify, an external carbon source must be injected.

또한, 메탄올 및 초산 등을 외부 탄소원으로 사용하기 위해서는 구매를 해야 하므로 경제적으로 불리한 문제점이 있다.In addition, since methanol and acetic acid are used as an external carbon source, they are economically disadvantageous in that they must be purchased.

또한, 탈질 미생물이 비롯한 유기물을 제거하는 종속영양미생물의 성장 속도가 AOB 미생물의 성장보다 수배 빠르기 때문에 이러한 미생물이 다량으로 함유되어 있는 슬러지를 이용하여 AOB가 우점화 되도록 하는 것이 현실적으로 불가능하다.In addition, since the growth rate of the heterotrophic microorganisms removing the organic matter including the denitrifying microorganisms is several times faster than the growth rate of the AOB microorganisms, it is practically impossible to cause the AOB to ignite using the sludge containing such a large amount of microorganisms.

즉 종속영양미생물이 이미 우점화 되어 있는 슬러지를 그래뉼 반응조로 유입시켜 그래뉼을 생성할 경우 아질산화 및 질산화 미생물이 우점화 된 그래뉼을 생성하기 위한 시간이 길게 소요되는 문제점이 있었다.That is, when the heterogeneous microorganisms are already burned, sludge is introduced into the granular reactor to produce granules, which takes a long time to produce the granules in which the nitrification and nitrifying microorganisms generate the right-burned granules.

본 발명의 또 다른 공정인 ANAMMOX 공정은 수많은 연구와 제안 등이 있음에도 불구하고 실용화가 어려워, 일반적으로 보급되지 않고 있다.The ANAMMOX process, which is another process of the present invention, is difficult to commercialize despite its numerous studies and proposals, and is not generally available.

그 원인으로는 ANAMMOX 공정에 사용되는 ANAMMOX 미생물의 증식속도가 느리고, 균체 수율이 낮은 점을 들 수 있다.The reason for this is that the growth rate of ANAMMOX microorganisms used in the ANAMMOX process is slow and the cell yield is low.

ANAMMOX 미생물은 폐수처리공정 및 자연계의 질소순환계에서 Candidatus Brocadia, Candidatus Kuenenia, Candidatus Scalindua, Candidatus Anammoxoglobus, Candidatus Jettenia 등의 형태로 존재한다.The ANAMMOX microorganisms exist in the form of Candidatus Brocadia, Candidatus Kuenenia, Candidatus Scalindua, Candidatus Anammoxoglobus and Candidatus Jettenia in the wastewater treatment process and the nitrogen circulation system of nature.

일반적인 반응공정에서 ANAMMOX 미생물의 성장속도가 약 11~15일로 매우 느린 특징이 있다.In a typical reaction process, the growth rate of ANAMMOX microorganisms is very slow, about 11 to 15 days.

이에 따라, ANAMMOX 미생물에 의한 질소제거반응이 일정 수준으로 진행되기 위해서는 오랜 시동시간이 소요된다.Thus, it takes a long startup time for the nitrogen removal reaction by ANAMMOX microorganisms to proceed to a certain level.

특히, <Startup of reactors for anoxic ammonium oxidation: experiences from the first full-scale anammox reactor in Rotterdam>(Water Research Vol. 41, pp.4149~4163, 이하 ‘선행문헌 5’)은 ANAMMOX 미생물을 질소제거반응에 최초로 적용할 경우에 1년 이상의 지속적인 ANAMMOX 미생물의 추가 투여가 필요하다.In particular, it is known that the ANAMMOX microorganisms are subjected to a nitrogen removal reaction (hereinafter referred to as &quot; reaction &quot; , Additional administration of ANAMMOX microorganisms lasting more than one year is required.

그러므로 기존의 ANAMMOX 미생물을 이용한 질소제거 공정에서는 무엇보다도 상기 ANAMMOX 미생물을 단기간에 안정적으로 대량으로 배양할 수 있는 기술의 확보가 필수적이다.Therefore, in the nitrogen removal process using the existing ANAMMOX microorganisms, it is essential to secure the technology capable of stably and mass-culturing the ANAMMOX microorganisms in a short period of time.

또한, ANAMMOX 미생물의 안정적인 대량배양에는 반응기의 형태, 유입수질과 공정조건의 안정성에 많은 영향을 받는다.In addition, stable mass culture of ANAMMOX microorganisms is greatly influenced by reactor type, influent water quality and stability of process conditions.

이에 본 출원인은 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지로부터 분리 및 농화배양 된 성장속도가 빠른 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 대량배양을 함에 있어서, 부분 아질산화를 위한 SBR 반응조를 3구간으로 구분하여 선택적으로 슬러지만 AOB 그래뉼 생성조에 유입시키고, 순도 높은 AOB 그래뉼을 생성하기 위한 AOB 생성조 및 저장조로 구성된 AOB 그래뉼 생성부를 연계한 SBR 반응조를 통해 ANAMMOX 미생물의 배양에 필요한 안정적인 부분 아질산화를 달성하고, Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주가 유실되지 않도록 유동상 담체에 부착하여 완전혼합형 유동상 부착식 공정으로 운전되는 ANAMMOX 반응조가 포함된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치 및 배양방법을 안출하게 되었다.Thus, in the large-scale cultivation of Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain, which is rapidly separated and concentrated from the bioreactor sludge of the livestock manure treatment plant, the SBR reactor for partial nitrite oxidation is divided into three sections and selectively sludge Stable partial nitrification required for culturing the ANAMMOX microorganism is achieved through an SBR reaction tank in which an AOB granulation unit consisting of an AOB production tank and a storage tank for introducing the AOB granulation product into the AOB granule production tank for producing high purity AOB granules is obtained and the Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain And the culture system of Candidatus Brocadia sinica OBA1 containing the ANAMMOX reaction tank, which is attached to the fluid phase carrier so as not to be lost, is operated as a fully mixed type fluidized bed process.

<선행기술문헌><Prior Art Literature>

(선행문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0072360호(Prior Art 1) Korean Patent Publication No. 10-2002-0072360

(선행문헌 2) 미국 공개특허공보 제2015-0336827호(Prior Art 2) U.S. Published Patent Application No. 2015-0336827

(선행문헌 3) 일본 특허공보 제4691938호(Prior Art 3) Japanese Patent Publication No. 4691938

(선행문헌 4) 대한민국 등록특허공보 제10-0586535호(Prior Art 4) Korean Patent Registration No. 10-0586535

(선행문헌 5) <Startup of reactors for anoxic ammonium oxidation: experiences from the first full-scale anammox reactor in Rotterdam>(Water Research Vol. 41, pp.4149~4163)(Prior Art 5) <Startup of reactors for anoxic ammonium oxidation: experiences from the first full-scale anammox reactor in Rotterdam> (Water Research Vol. 41, pp. 4149 to 4163)

본 발명은 종래 기술의 문제점을 인식하여, 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지로부터 분리 및 농화배양된 성장속도가 빠른 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 대량배양을 함에 있어서, 그래뉼 형성이 용이하고 슬러지를 선택적 선별이 용이한 SBR 반응조(110); AOB 그래뉼 생성조(121); 및 AOB 그래뉼 저장조(122);가 포함된 AOB 그래뉼 생성부(120); 및 ANAMMOX 반응조(130)가 포함된, AOB 그래뉼 생성조를 연계한 SBR 반응조를 통해 ANAMMOX 미생물의 배양에 필요한 안정적인 부분 아질산화를 달성하고, Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주가 유실되지 않도록 유동상 담체에 부착하여 완전혼합형 유동상 부착식 공정으로 운전되는 ANAMMOX 반응조를 이용한 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치 및 배양방법을 제공하는 데에 목적이 있다.The present invention recognizes the problems of the prior art, and it has been found that, in the mass culture of Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain, which is rapidly separated and concentrated from the bioreactor sludge of the livestock manure treatment plant, granule formation is easy and sludge is selectively screened An easy SBR reactor 110; An AOB granule generating tank 121; And an AOB granule storage tank (122); And the ANAMMOX reaction tank 130, the stable partial nitrification necessary for culturing the ANAMMOX microorganism is achieved through the SBR reaction tank connected with the AOB granulation tank, and the stable partial nitrification necessary for culturing the ANAMMOX microorganism is attained by attaching to the fluidized bed support so that the Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain is not lost The present invention provides a culture apparatus and a culture method of Candidatus Brocadia sinica OBA1 using an ANAMMOX reactor operated by a mixed fluidized bed deposition process.

본 발명은 AOB가 우점화 된 슬러지를 AOB 그래뉼 생성조(121)로 유입시켜 AOB 그래뉼을 생성하고, 생성된 AOB 그래뉼을 SBR 반응조(110)로 유입시켜 부분 아질산화를 안정적으로 이룩하는 데에 목적이 있다.AOB granules are introduced into the AOB granulation basin 121 to produce AOB granules, and the generated AOB granules are introduced into the SBR reaction basin 110 to achieve partial nitrification stably. .

본 발명은 SBR 반응조(110) 및 AOB 그래뉼 생성조(121)에서 부분 아질산화 된 처리수를 후단의 완전혼합형 유동상 부착식 공정으로 운전되는 ANAMMOX 반응조(130)로 유입시켜 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주가 유실되지 않도록 유동상 담체에 부착하여 균주를 배양하는 데에 목적이 있다.In the present invention, the partially nitrified water in the SBR reaction tank 110 and the AOB granulation tank 121 is introduced into the ANAMMOX reaction tank 130, which is operated as a complete mixed-bed deposition process in the downstream stage, so that the Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain So that the strain is adhered to the fluid phase carrier so as not to be lost.

본 발명은 ANAMMOX 반응조(130) 내에서 그래뉼 형태로 증식하여 존재하는 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주를 회수하기 위해 고액분리 수단을 이용하거나, 유동상 담체에 부착하여 배양된 균을 회수하기 위해 반응조의 5~15부피%로 유동상 담체를 교체하여 증식된 균주를 회수하는 데에 목적이 있다.The present invention relates to a method for recovering Candida brucadia sinica OBA1 strains grown in granular form in an ANAMMOX reaction tank 130 using solid-liquid separation means, The purpose is to replace the fluid phase carrier at 15 vol% to recover the propagated strain.

본 발명은 ANAMMOX 반응조(130)에 포함된 ANAMMOX 그래뉼 생성조(140)를 통해 유동상 담체에서 탈리되어 나온 미생물을 그래뉼 형태로 생산하기 하여 ANAMMOX 반응조(130)에서 균의 성장 및 배양이 저하되면 생산된 미생물을 공급하거나, 그래뉼 형태로 증식된 균주를 회수하는 데에 목적이 있다.The present invention provides a method for producing a granular microorganism which is separated from a fluid phase carrier through an ANAMMOX granulation tank 140 included in an ANAMMOX reaction tank 130. When the microorganism is grown and cultured in the ANAMMOX reaction tank 130, Or to recover strains grown in the form of granules.

본 발명은 기존의 혐기성 암모니아 산화균에 비해 배가성장시간(doubling Time)이 매우 빠른 Candidatus Brocadia sinica OBA1균을 다량으로 확보하여 고농도의 질소를 쉽게 처리하는 데에 목적이 있다.The objective of the present invention is to easily treat a high concentration of nitrogen by securing a large amount of Candidaatus Brocadia sinica OBA1, which has a significantly longer doubling time than that of conventional anaerobic ammonia oxidizing bacteria.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 암모니아 산화 활성을 갖고 성장속도가 빠른 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주를 제공하는 데에 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain having an ammonia oxidation activity and a high growth rate.

본 발명의 균주는 기탁번호 KCTC18620P이며, 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지에서 분리 및 농화배양된 것을 특징으로 한다.The strain of the present invention is deposited under the deposit number KCTC18620P and separated and concentrated from the biological reactor sludge of a livestock manure treatment plant.

본 발명은 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지로부터 분리 및 농화배양 된 성장속도가 빠른 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 대량배양을 함에 있어서, 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 몰 비율이 1:1.05인 부분 아질산화를 위해 부피비로 침전 후 상징액 배출량 30%, 침전성 불량 슬러지 배출량 30%, 잔류량 40%로 4순환(cycle)/일의 연속회분식 형태로 운전되며, 에어 리프트(Air Lift) 방식의 공기 공급 장치가 포함되어 침전시간을 짧게 유지하여 침전이 양호한 AOB 그래뉼은 하부에 위치하고, 침전성이 불량한 슬러지는 처리수와 함께 배출되어 그래뉼 유지가 유리한 회분식 부분 아질산화(SBR, partial nitritation Sequencing Batch Reactor) 반응조(110); Nitrosomonas SPP. 또는 Nitrosospira SPP. 중 어느 하나 이상이 포함된 암모늄 산화 박테리아(AOB, Ammonium Oxidation Bacteria) 그래뉼(granule)이 구형으로 존재하며, 크기가 200~400㎛로 생성되는 AOB 그래뉼 생성조(121) 및 AOB 그래뉼 생성조에서 생산된 AOB 그래뉼을 저장하고, SBR 반응조의 효율이 저하되면 저장된 AOB 그래뉼을 공급하는 그래뉼 저장조(122)가 포함된 AOB 그래뉼 생성부(120), Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주가 부착된 유동상 담체의 원활한 유동을 위해 교반기가 포함되며; 담체와 균의 유출방지를 위한 배출장치가 포함된 완전혼합형 유동상 부착식 공정을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화(ANAMMOX, anaerobic ammonium oxidation) 반응조(130); 등이 포함되는 것을 기술적 특징으로 한다.The present invention relates to a method for mass production of a Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain, which is separated and concentrated from a bioreactor sludge of a livestock manure treatment plant and has a rapid growth rate, wherein a partial nitrite oxidation with a molar ratio of ammonia nitrogen to nitrite nitrogen of 1: , The system operates in a continuous batch cycle with a supernatant discharge amount of 30%, a poor sedimentation sludge discharge amount of 30%, and a residual amount of 40%, and an air lift type air supply device is operated AOB granules with good sedimentation are kept at a lower level by keeping the sedimentation time short, and the sludge having poor sedimentability is discharged together with the treated water to form a partial nitrite sequencing batch reactor (SBR) tank 110 ); Nitrosomonas SPP. Or Nitrosospira SPP. (AOB) granules, which are spherical in shape and have a size of 200 to 400 mu m, and an AOB granulation tank 121 and an AOB granulation tank The AOB granulation unit 120 includes a granulation tank 122 for storing the AOB granules and supplying the stored AOB granules when the efficiency of the SBR tank is lowered, the smooth flow of the fluidized bed support having the Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain A stirrer is included; An anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) anaerobic ammonium oxidation reactor (130) characterized by a fully mixed fluidized bed deposition process including a discharge device for preventing carrier and bacteria from leaking out; And the like.

본 발명의 상기 SBR 반응조(110) 및 AOB 그래뉼 생성부(120)는 회분 식으로 운영되고 ANAMMOX 미생물의 배양에 필요한 부분 아질산화를 안정적으로 달성하는 것을 기술적 특징으로 한다.The SBR reaction tank 110 and the AOB granulation unit 120 of the present invention are operated as a batch type and stably achieve partial nitrification required for culturing ANAMMOX microorganisms.

본 발명의 SBR 반응조(110)는 3구간으로 구분되어 중간 부분의 슬러지만 선택적으로 배출되며, AOB 그래뉼 유지가 유리한 에어 리프트(air lift) 방식의 공기공급 장치가 포함되는 것을 기술적 특징으로 한다.The SBR reaction tank 110 of the present invention is characterized in that it includes an air supply device of an air lift type which is divided into three sections and selectively discharges sludge in the middle portion and is advantageous in AOB granule retention.

본 발명의 ANAMMOX 반응조(130)는 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주가 유실되지 않도록 유동상 담체에 부착하여 균주를 배양하며, 균주가 부착된 유동상 담체의 원활한 유동을 위해 교반기가 포함되며; 담체와 균의 유출방지를 위한 배출장치가 포함된 완전혼합형 유동상 부착식 공정인 것을 특징으로 한다.The ANAMMOX reaction tank 130 according to the present invention includes a stirrer for smoothly flowing the strain-adhered fluidized-bed carrier, wherein the ANAMMOX reaction tank 130 adheres to the fluidized-bed carrier to prevent Candidatus Brocadia sinica OBA1 from being lost; And a discharging device for preventing the carrier and the bacteria from flowing out.

본 발명은 ANAMMOX 반응조(130) 내에서 그래뉼 형태로 증식하여 존재하는 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주를 회수하기 위해 고액분리 수단을 이용하거나, 유동상 담체에 부착하여 증식된 균주를 반응조의 5~15부피%로 유동상 담체를 교체하여 회수하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for producing Candidatus Brocadia sinica OBA1, which is grown in a granular form in an ANAMMOX reaction tank 130, using solid-liquid separation means for recovering Candida species, The fluidized bed carrier is recovered by replacing the fluidized bed carrier.

본 발명은 ANAMMOX 반응조(130)에 ANAMMOX 그래뉼 생성조(140)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that an ANAMMOX granulation tank (140) is further included in the ANAMMOX reaction tank (130).

본 발명의 ANAMMOX 그래뉼 생성조(140)는 ANAMMOX 반응조(130)의 유동상 담체에서 탈리되어 나온 미생물을 그래뉼 형태로 생산하기 위한 혼합을 워터 리프트(water lift)방식을 사용하며, ANAMMOX 반응조(130)에서 균주의 생장 및 배양이 저하되면 생산된 미생물을 공급하거나, 그래뉼 형태로 증식된 균주를 회수하는 것을 특징으로 한다.The ANAMMOX granulating tank 140 of the present invention uses a water lift method to mix granular materials produced in the ANAMMOX reaction tank 130 into the ANAMMOX reaction tank 130, , The microorganism is supplied or the strain grown in the form of granules is recovered when the growth and culture of the microorganism deteriorate.

본 발명의 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지로부터 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 분리 및 농화배양방법에 있어서, 생물반응조 슬러지를 세척하는 단계(S310); 세척된 슬러지를 배양기에 옮겨 배양하는 단계(S320); 및 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 조정하는 단계(S330);를 포함하는 것을 특징으로 한다.(S310) washing the bioreactor sludge in a method for separating and cultivating Candidaatus Brocadia sinica OBA1 from a bioreactor sludge of a livestock manure treatment plant of the present invention; Transferring the washed sludge to an incubator (S320); And adjusting the ammonia nitrogen and the nitrite nitrogen (S330).

본 발명의 세척된 슬러지를 배양기에 옮겨 배양하는 단계(S320)는 배양기의 온도가 28~38℃인 것을 특징으로한다.The step of transferring washed sludge of the present invention to an incubator (S320) is characterized in that the temperature of the incubator is 28 to 38 ° C.

본 발명의 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주는 AOB 그래뉼 생성조를 연계한 SBR 반응조와 ANAMMOX 반응조를 이용한 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주 배양장치에서 회수되는 것을 특징으로 한다.The Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain of the present invention is characterized in that it is recovered in an SBR reaction tank connected to the AOB granule production tank and a Candidatus Brocadia sinica OBA1 culture device using the ANAMMOX reaction tank.

본 발명에 따른 AOB 그래뉼 생성조를 연계한 SBR 반응조와 ANAMMOX 반응조를 이용한 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치 및 배양방법으로 각각의 미생물 성장에 용이한 조건을 형성하여 보다 빨리 균이 배양되는 효과가 있다.The Candidatus Brocadia sinica OBA1 culture apparatus and culture method using the SBR reaction tank and the ANAMMOX reaction tank combined with the AOB granule production tank according to the present invention can form an easy condition for the growth of each microorganism and the bacteria can be cultured more rapidly.

본 발명은 AOB로 우점화 된 슬러지를 선택적으로 AOB 그래뉼 생성조(121)에 유입하여, 고순도의 AOB 그래뉼을 생성하며, NOB보다 빠르게 우점화 되어 NO2 -를 공급하여 보다 빠르게 Candidatus Brocadia sinica OBA1을 배양 할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, the AOB granulated sludge is selectively introduced into the AOB granulation tank 121 to produce high purity AOB granules, and the NO 2 - is supplied faster than NOB to supply Candidatus Brocadia sinica OBA 1 There is an effect that can be cultured.

본 발명은 SBR 반응조(110) 내에서 에어 리프트 방식의 공기공급 장치가 포함되어, 그래뉼이 해체되거나, 침전성이 저하된 부분을 선택적으로 AOB 그래뉼 생성조(121)에 유입시켜, 양호한 AOB 그래뉼로 재생함으로써 AOB 그래뉼 생성조(121)의 부피를 절감하고, 효율적이며 선택적인 그래뉼 생성이 가능한 효과가 있다.In the present invention, an air-lift type air supply device is included in the SBR reaction tank 110 to selectively introduce the granules into the AOB granulation tank 121, The volume of the AOB granulation tank 121 is reduced, and efficient and selective granulation can be achieved.

본 발명은 ANAMMOX 반응조(130)의 유동상 담체에서 탈리되어 나온 미생물을 ANAMMOX 그래뉼 생성조(140)에서 그래뉼 형태로 생산하여, ANAMMOX 반응조(130)의 성장 및 배양이 저하되면 생산된 그래뉼 형태의 균주를 공급하거나, 그래뉼 형태로 증식된 균주를 회수하여, 미생물의 배양을 안정적으로 유지해주는 효과가 있다.The present invention relates to a method for producing a granular microorganism produced in a granular form in an ANAMMOX granulation tank (140) by removing a microorganism released from a fluidized bed support in an ANAMMOX reaction tank (130) Or to recover the strain grown in the form of granules, thereby stably maintaining the culture of the microorganism.

본 발명은 공지된 혐기성 암모니아 산화균에 비해 배가성장시간이 매우 빠른 Candidatus Brocadia sinica OBA1균을 다량으로 확보하여 고농도의 질소를 쉽게 처리할 수 있다.The present invention can easily treat a high concentration of nitrogen by securing a large amount of Candidaatus Brocadia sinica OBA1 which has a faster growth time than a known anaerobic ammonia oxidizing bacteria.

도 1은 본 발명에 따른 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치를 이용한 공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 SBR 반응조 및 AOB 그래뉼 생성조의 운영방법을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 SBR반응조 및 AOB 그래뉼 생성조의 시간에 따른 순차적 운영방법을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 공정에 ANAMMOX 그래뉼 형성조가 포함된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치를 이용한 공정 흐름도이다.
도 5는 AOB 그래뉼 생성조의 운전에 따른 AOB 그래뉼의 크기변화를 시기별로 비교하여 나타낸 것이다.
도 6은 AOB 그래뉼 생성조의 유입 질소 부하조건에서 암모니아 제거량 당 AOB 그래뉼의 생성량을 그래프로 나타낸 것이다.
도 7은 SBR 반응조 내의 AOB 그래뉼을 크기별로 분류하여 현미경으로 확인한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주 기탁증이다.
도 9는 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지에서 암모니아 산화 활성을 갖는 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 분리 및 농화배양 과정을 나타낸 것이다.
도 10은 약 200일 이상의 운전기간 동안 도출된 농화배양 장치의 질소제거율을 나타낸 것이다.
도 11은 가축분뇨에서 분리 및 농화배양 된 Candidatus Brocadia sinica OBA1균주와 공지된 혐기성 암모늄 산화균의 배가성장시간을 평가한 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
<부호의 설명>
110: SBR 반응조; 111: 에어 리프트 방식의 공기 공급 장치
120: AOB 그래뉼 생성부; 121: AOB 그래뉼 생성조; 122: AOB 그래뉼 저장조
130 : ANAMMOX 반응조
140 : ANAMMOX 그래뉼 생성조
S211: 반응되는 단계
S212: 침전되는 단계
S213: 상징액이 배출되는 단계
S214: 슬러지가 배출되는 단계
S221: 상징액이 방류되는 단계
S222: 슬러지가 배출되는 단계
S223: SBR 반응조가 휴지되는 단계
S224: 오폐수가 유입되는 단계
S225, S226, S227: 부분 아질산화 및 AOB 그래뉼 형성되는 단계
S228: AOB 그래뉼 생성조에서 침전되는 단계
S229: SBR 반응조에서 침전되는 단계
S310: 생물반응조 슬러지를 세척하는 단계
S320: 세척된 슬러지를 배양기에 옮겨 배양하는 단계
S330: 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 조정하는 단계
1 shows a process using a Candidatus Brocadia sinica OBA1 culture apparatus according to the present invention.
2 shows an SBR reaction tank and an operation method of an AOB granulation tank according to the present invention.
FIG. 3 shows a sequential operation method of the SBR reaction vessel and the AOB granulation reactor according to the present invention.
FIG. 4 is a process flow chart of a Candidatus Brocadia sinica OBA1 culture apparatus including an ANAMMOX granulation tank in the process according to the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating the change in size of AOB granules according to operation according to the operation of the AOB granule generation tank.
6 is a graph showing the amount of AOB granules produced per ammonia removal amount under an inlet nitrogen loading condition of the AOB granule generating tank.
FIG. 7 is a microscopic view of the AOB granules in the SBR reactor sorted by size.
Fig. 8 shows Candida brucadia sinica OBA1 strain suspension according to the present invention.
FIG. 9 shows the isolation and enrichment culture of Candida strains of Candida strains OBA1 having ammonia oxidation activity in a biological reactor sludge at a livestock manure treatment plant.
FIG. 10 shows the nitrogen removal rate of the concentrated culture apparatus derived during an operation period of about 200 days or more.
FIG. 11 is a graph showing the results of evaluating growth times of the strains of Candidatus Brocadia sinica OBA1 isolated and enriched in livestock manure and a known anaerobic ammonium oxidizing bacteria.
<Description of Symbols>
110: SBR reaction tank; 111: Air lift type air supply device
120: AOB granule generator; 121: AOB granulation tank; 122: AOB granule storage tank
130: ANAMMOX Reactor
140: ANAMMOX granulation tank
S211: Step to be reacted
S212: step to be precipitated
S213: Step of draining the supernatant
S214: Step of discharging sludge
S221: Step where the supernatant is discharged
S222: Step of discharging sludge
S223: Step in which the SBR reactor is stopped
S224: Step of entering wastewater
S225, S226, S227: Step of partial nitrification and AOB granulation
S228: Step precipitated in the AOB granulation tank
S229: step of precipitating in SBR reactor
S310: washing the bioreactor sludge
S320: transferring the washed sludge to an incubator
S330: Adjusting ammonia nitrogen and nitrite nitrogen

이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물이 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, but may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited by the following embodiments, and all conversions, equivalents, or alternatives included in the technical idea and technical scope of the present invention are included.

본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에서 예시하고 상세하게 설명한다. 도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다. 따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and particular embodiments are illustrated and described in detail in the drawings. The sizes of the elements or the relative sizes between the elements in the figures may be exaggerated somewhat for a clear understanding of the invention. Further, the shape of the elements shown in the drawings may be somewhat modified by variations in the manufacturing process or the like. Accordingly, the embodiments disclosed herein should not be construed as limited to the shapes shown in the drawings unless specifically stated, and should be understood to include some modifications.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다.On the contrary, the various embodiments of the present invention can be combined with any other embodiments as long as there is no clear counterpoint. Any feature that is specifically or advantageously indicated as being advantageous may be combined with any other feature or feature that is indicated as being preferred or advantageous.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<실시예 1. AOB 그래뉼 생성부가 연계된 SBR 반응조 및 ANAMMOX 반응조를 이용한 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치>Example 1. Candidatus Brocadia sinica OBA1 culture apparatus using SBR reaction tank and ANAMMOX reaction tank connected to AOB granule producing unit>

도 1은 본 발명에 따른 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치를 이용한 공정을 나타낸 것이다.1 shows a process using a Candidatus Brocadia sinica OBA1 culture apparatus according to the present invention.

Candidatus Brocadia sinica OBA1의 배양장치는 AOB 그래뉼 생성부(120)가 연계된 SBR 반응조(110)와 ANAMMOX 반응조(130)가 순차적으로 포함되며, 이에 한정되지 않는다.Candidatus Brocadia sinica OBA1 includes a SBR reaction tank 110 and an ANAMMOX reaction tank 130, to which the AOB granulation unit 120 is connected in sequence, but is not limited thereto.

상기 SBR 반응조(110)를 통해 오폐수가 부분 아질산화가 수행된다.Partial nitrification of the wastewater is performed through the SBR reaction tank 110.

또한, SBR 반응조(110)에는 고농도의 암모니아를 함유한 오폐수를 주입하는 펌프, 상징액 배출을 위한 배출장치, 침전성이 불량한 슬러지 및 AOB 그래뉼 배출을 위한 각각의 전동밸브, 공기 공급을 위한 송풍기 및 에어 리프트 방식의 공기공급 장치(111) 및 자동운전 제어반이 포함되며, 이에 한정되지 않는다.In addition, the SBR reaction tank 110 is provided with a pump for injecting wastewater containing high concentration of ammonia, a discharge device for discharging the supernatant, a sludge with poor sedimentability, and a respective motor valve for discharging AOB granules, A lift type air supply device 111 and an automatic operation control panel, but is not limited thereto.

또한, SBR 반응조(110)는 직경 35cm 및 유효수심 65cm로 유효부피 60L의 원통형으로 제작되었으며, 부피비로 침전 후 상징액 배출량 30%, 침전성 불량 슬러지 배출량 30%, 잔류량 40%로 4순환(cycle)/일의 연속회분식 형태로 운전될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The SBR reaction tank 110 was formed into a cylindrical shape having an effective volume of 60 liters with a diameter of 35 cm and an effective water depth of 65 cm. After the sedimentation, the volume of the sludge was set to 30%, the settable sludge discharge amount 30%, and the residual amount 40% / Day, but is not limited thereto.

본 발명에서 1순환은 총 6시간으로 AOB 그래뉼 생성조(121)에서 그래뉼 유입 10분, 폐수 유입 10분, 반응 300분, 침전 20분, 상징액 배출 10분, 슬러지 배출 10분 운전되는 것을 의미한다.In the present invention, 1 circulation means that the circulation is 6 hours in total, the granulation inlet 10 minutes, the wastewater inlet 10 minutes, the reaction 300 minutes, the sedimentation 20 minutes, the supernatant discharge 10 minutes, and the sludge discharge 10 minutes are operated in the AOB granulation tank 121 .

나아가, SBR 반응조(110)는 3구간으로 구분할 수 있으며, 중간 부분의 슬러지만을 AOB 그래뉼 생성조(121)로 유입시킬 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Further, the SBR reaction tank 110 may be divided into three sections, and only the sludge in the middle portion may be introduced into the AOB granulation tank 121, but the present invention is not limited thereto.

상기 AOB 그래뉼 생성부(120)는 AOB 그래뉼 생성조(121), AOB 그래뉼 저장조(122) 등이 포함될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.The AOB granule generator 120 may include an AOB granule generator 121 and an AOB granular reservoir 122, but is not limited thereto.

상기 AOB 그래뉼 생성조(121)는 직경 20cm 및 유효수심 65cm로 유효부피 20L의 원통형 에어 리프트 방식 반응기로 되어 있으며, 침전 후 처리수를 배출하기 위한 전동밸브는 생성조 중간 높이에 설치되며, 그래뉼을 배출하기 위한 전동 밸브는 생성조 바닥에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The AOB granulation tank 121 is a cylindrical air lift type reactor having a diameter of 20 cm and an effective water depth of 65 cm and an effective volume of 20 L. A motorized valve for discharging the treated water after settling is installed at a mid- The electric valve for discharging may be installed at the bottom of the generation tank, but is not limited thereto.

또한, AOB 그래뉼 생성조(121)는 유입되는 오폐수에 대하여 부분 아질산화를 수행하며, 동시에 AOB 그래뉼을 생산된다.In addition, the AOB granulation tank 121 performs partial nitrification of the incoming wastewater and simultaneously produces AOB granules.

나아가, 생산된 AOB 그래뉼을 회수하여 AOB 그래뉼 저장조(122)에 보관할 수 있으며, AOB 그래뉼 저장조(122)에 보관된 AOB 그래뉼은 SBR 반응조(110)의 효율이 저하되면 공급될 수 있다.Further, the produced AOB granules can be recovered and stored in the AOB granular storage tank 122. The AOB granules stored in the AOB granular storage tank 122 can be supplied when the efficiency of the SBR reaction tank 110 is lowered.

또한, AOB가 포함된 잉여슬러지를 AOB 그래뉼 생성조(121)에 접종하고, 암모니아성 질소가 함유된 오폐수를 SBR 반응조(110) 및 AOB 그래뉼 생성조(121)에 주입하면서 운전할 수 있다.The excess sludge containing AOB may be inoculated into the AOB granulation tank 121 and the wastewater containing ammonia nitrogen may be injected into the SBR reaction tank 110 and the AOB granulation tank 121.

AOB 그래뉼 생성조(121)의 운전 순서는 암모니아 오폐수 주입 단계, 아질산화 및 AOB 그래뉼 형성 단계, 침전 단계, 침강성이 불량한 미생물 및 처리수의 배출 단계의 순으로 반복하여 진행될 수 있다.The operation sequence of the AOB granule generation tank 121 may be repeated in the order of the ammonia wastewater injection step, the nitrification and AOB granule formation step, the precipitation step, the microorganisms having poor sedimentation, and the discharge step of the treated water.

또한, SBR 반응조(110) 및 AOB 그래뉼 생성조(121)에 유입되는 오폐수는 하수처리장 혐기성 소화조 상징액을 사용하였으며, 유입 오폐수의 암모니아성 질소 농도는 500~1,000mg/L일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The wastewater flowing into the SBR reaction tank 110 and the AOB granulation tank 121 may be an anaerobic digestion tank supernatant of the sewage treatment plant and the ammonia nitrogen concentration of the influent wastewater may be 500-1,000 mg / Do not.

오폐수 유입, 포기, 침전 및 배출 단계에 소요되는 시간은 유입 암모니아성 질소의 농도에 따라 변경하여 운전 될 수 있으며, 1순환에 3~24시간이 소요될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The time required for wastewater inflow, aeration, settling and discharge may be varied according to the concentration of ammonia nitrogen in the feed and may be 3 to 24 hours per cycle, but is not limited thereto.

SBR 반응조(110)의 침전시간을 짧게 유지하여 침전성이 양호한 AOB 그래뉼은 하부에 위치하게 하고, 침전성이 불량한 슬러지는 AOB 그래뉼 생성조(121)로 유입시켜 순도 높은 AOB 그래뉼로 재생산되었으며, 침전성이 매우 불량한 슬러지는 처리수와 함께 배출시켜 SRT를 조절할 수 있다.The AOB granules having good sedimentation property were kept at the bottom while the sedimentation time of the SBR reaction tank 110 was kept short. Sludge having poor sedimentation property was introduced into the AOB granulation tank 121 to reproduce the highly pure AOB granules. Sludge with poor quality can be discharged with treated water to control SRT.

상기 AOB 그래뉼 생성조(121)의 침전시간도 짧게 유지하여 침강성이 양호한 AOB 그래뉼은 생성조 하단부에 침강하도록 하였으며, 그래뉼을 형성하지 못하거나 침강 속도가 낮은 부유 미생물들은 배출 단계에서 워시 아웃되게 하였다.The AOB granules with good sedimentation were allowed to settle down at the bottom of the production tank by keeping the sedimentation time of the AOB granulation tank 121 short, and the suspended microorganisms that did not form granules or settled at a low sedimentation rate were allowed to be washed out at the discharge stage.

이러한 조작을 반복할 경우 침강성이 우수한 AOB 그래뉼이 형성되고, NOB를 워시 아웃(wash out)시켜 AOB가 우점종이 가능하도록 선택적으로 작용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.When this operation is repeated, AOB granules having excellent sedimentation are formed, and NOB may be washed out, thereby selectively acting AOB as a dominant species. However, the present invention is not limited thereto.

상기 ANAMMOX 반응조(130)는 연속적으로 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주를 배양하고, 유실이 되지 않도록 유동상 담체에 부착하여 완전혼합형 유동상 부착식 공정을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The ANAMMOX reaction tank 130 may include, but is not limited to, a complete mixed-bed deposition process by continuously culturing a Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain and adhering to a fluidized-bed carrier so as not to be lost.

상기 완전혼합형 유동상 부착식 공정에는 비중이 0.94~0.96이고, 비표면적을 500~800m2/m3을 가지는 유동상 담체를 ANAMMOX 반응조(130)의 40~50부피% 투입할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The fluidized bed carrier having a specific gravity of 0.94 to 0.96 and a specific surface area of 500 to 800 m 2 / m 3 may be charged in an amount of 40 to 50% by volume of the ANAMMOX reactor 130, It does not.

상기 ANAMMOX 반응조(130)에는 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지에서 분리 및 농화배양 된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주 함유 배양액을 투입하여 접종하였다.The ANAMMOX reaction tank 130 was inoculated with the culture medium containing Candida strains of Candida strains OBA1 isolated and concentrated from the bioreactor sludge of a livestock manure treatment plant.

농화배양은 분리하고자하는 미생물이 소수로 존재하는 경우 선별배지 또는 선별조건 등을 조절하여 분리하고자 하는 미생물의 성장을 선택적으로 유리하게 조성함으로써 우점 시키는 배양 방법을 의미한다.The concentrated culture means a culture method in which when the microorganism to be separated exists in a small amount, the growth medium is selectively dominated by selectively culturing the microorganism to be separated by controlling the selection medium or sorting conditions.

본 발명의 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주는 도 8에 도시된 바와 같이 기탁번호 KCTC18620P로 2017년 9월 26일자로 한국생명공학연구원 생물자원센터(Korean Collection for Type Cultures)에 기탁되었다.The Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain of the present invention was deposited with the Korean Collection for Type Cultures of the Korea Biotechnology Research Institute on September 26, 2017 as Deposit No. KCTC18620P as shown in FIG.

또한, 본 발명의 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주는 종래의 ANAMMOX 미생물에 비해 배가성장시간(doubling Time)이 매우 빨라 다량으로 균 확보가 가능하고, 이로 인해 고농도의 질소를 쉽게 처리할 수 있다.In addition, the Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain of the present invention has a much faster doubling time than conventional ANAMMOX microorganisms, and thus it is possible to obtain a large amount of microorganisms, thereby easily treating a high concentration of nitrogen.

나아가, Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주는 혐기조건하 수중에서 NO2-N을 전자수용체로 이용하여 NH4-N을 N2 가스로 산화하여 고농도 질소를 빠르게 처리할 수 있다.Furthermore, the Candida species Brocadia sinica OBA1 can rapidly treat high concentration nitrogen by oxidizing NH 4 -N with N 2 gas using NO 2 -N as an electron acceptor in water under anaerobic conditions.

상기 완전혼합형 유동상 부착식 공정에는 유동상 담체의 원활한 유동을 위해 교반기 및 담체와 균의 유출방지를 위한 배출장치가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The fully mixed fluidized bed deposition process may include, but is not limited to, an agitator for smooth flow of the fluid phase carrier, and a discharge device for preventing the carrier and bacteria from flowing out.

<실시예 2. SBR 반응조 및 AOB 그래뉼 생성조의 운영방법><Example 2> Operation of SBR reaction tank and AOB granulation tank>

도 2는 본 발명에 따른 SBR 반응조 및 AOB 그래뉼 생성조의 운영방법을 나타낸 것이다. 2 shows an SBR reaction tank and an operation method of an AOB granulation tank according to the present invention.

SBR 반응조(110) 및 AOB 그래뉼 생성조(121)는 회분 식으로 운영될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The SBR reaction tank 110 and the AOB granulation tank 121 may be operated in a batch mode, but are not limited thereto.

1) 반응되는 단계(S211)1) reacting (S211)

SBR 반응조(110)에서는 AOB 그래뉼을 이용하여, 부분 아질산화 반응이 일어나며, AOB 그래뉼 생성조(121)에서는 SBR 반응조에서 유입되는 침전성이 불량한 슬러지를 이용하여, AOB 그래뉼 생성반응이 일어난다.In the SBR reaction vessel 110, the partial nitrification reaction takes place using AOB granules. In the AOB granulation vessel 121, the AOB granule formation reaction occurs using sludge having poor sedimentability flowing in the SBR reaction vessel.

또한, SBR 반응조(110)에서 부분 아질산화를 위해 산소를 공급하며, 그래뉼 유지에 도움이 되는 에어 리프트 방식의 공기공급 장치(111)를 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the present invention is not limited to the air-lift type air supply device 111 that supplies oxygen for partial nitrification in the SBR reaction tank 110 and helps maintain the granules.

2) 침전되는 단계(S212)2) step S212,

반응이 완료된 SBR 반응조(110) 및 AOB 그래뉼 생성조(121)에서는 침전이 시작된다.The precipitation starts in the SBR reaction vessel 110 and the AOB granulation vessel 121 after the reaction has been completed.

상기 SBR 반응조(110)는 침전을 통해 상징액과 슬러지를 분리하며, 이때 침전성이 양호한 그래뉼을 SBR 반응조(110) 하부에 위치하게 되고, 침전성이 불리한 슬러지는 상부에 위치하게 되는데, 이는 고형물의 침전 속도가 고형물 크기의 제공에 비례하기 때문에 크기가 큰 그래뉼이 하부에 위치하게 되는 원리가 적용되었다.The SBR reaction tank 110 separates the supernatant and the sludge through sedimentation. At this time, the granules having good sedimentation property are located in the lower part of the SBR reaction tank 110, and the sludge having poor sedimentation property is located in the upper part, The principle that the large granules are located at the bottom is applied because the sedimentation rate is proportional to the provision of solids size.

상기 AOB 그래뉼 생성조(121)는 침전을 통해 상징액과 그래뉼로 분리된다.The AOB granulation tank 121 is separated into a supernatant and a granule through precipitation.

3) 상징액이 배출되는 단계(S213)3) the step of discharging the supernatant (S213)

침전이 완료된 SBR 반응조(110) 및 AOB 그래뉼 생성조(120)에서는 상징액이 배출된다.The supernatant is discharged from the SBR reaction tank 110 and the AOB granulation tank 120 after the precipitation.

상기 SBR 반응조(110)는 침전이 완료된 처리수인 상징액을 처리수조로 배출하고, AOB 그래뉼 생성조(121)의 상징액은 처리수조로 배출되며, AOB 그래뉼은 AOB 그래뉼 저장조(122)로 배출되어 보관된다.The AOB granules are discharged to the AOB granulation storage tank 122 and stored in the AOB granulation storage tank 122. The AOB granules are discharged into the AOB granulation tank 122, do.

4) 슬러지가 배출되는 단계(S214)4) Sludge is discharged (S214)

상징액이 배출된 SBR 반응조(110)에서 그래뉼 상부에 위치하는 슬러지를 AOB 그래뉼 생성조(121)로 유입시킨다.The sludge placed in the upper part of the granules is introduced into the AOB granulation tank 121 in the SBR reaction tank 110 from which the supernatant liquid is discharged.

슬러지가 유입된 AOB 그래뉼 생성조(121)에서는 <실시예 2>의 1) 반응되는 단계(S211)와 같이 AOB 그래뉼 생성반응이 일어나, 반복적으로 운영된다.In the AOB granulation tank 121 into which the sludge has been introduced, the AOB granule formation reaction occurs as in the 1) reaction step (S211) of Example 2, and is repeatedly operated.

<실시예 3. SBR 반응조 및 AOB 그래뉼 생성조의 시간에 따른 순차적 운영방법><Example 3> Sequential operation method of SBR reaction vessel and AOB granulation reaction vessel over time>

도 3은 본 발명에 따른 SBR반응조 및 AOB 그래뉼 생성조의 시간에 따른 순차적 운영방법을 나타낸 것이다.FIG. 3 shows a sequential operation method of the SBR reaction vessel and the AOB granulation reactor according to the present invention.

1) 상징액이 방류되는 단계(S221)1) step S221 in which the supernatant is discharged;

SBR 반응조(110)에서는 상징액을 방류하고, AOB 그래뉼 생성조(121)에서는 그래뉼을 AOB 그래뉼 저장조(122)로 배출되어 보관된다.In the SBR reaction tank 110, the supernatant is discharged. In the AOB granulation tank 121, the granules are discharged to the AOB granular storage tank 122 and stored.

2) 슬러지가 배출되는 단계(S222)2) the step of discharging the sludge (S222)

SBR 반응조(110)에서 침전성이 불량한 슬러지를 AOB 그래뉼 생성조(121)로 배출된다.Sludge having poor sedimentation property in the SBR reaction tank 110 is discharged to the AOB granulation tank 121.

3) SBR 반응조가 휴지되는 단계(S223)3) the SBR reaction tank is stopped (S223)

슬러지가 유입된 AOB 그래뉼 생성조(121)에 암모니아성 질소가 함유된 오폐수(원수)를 유입시킨다. 이때 SBR 반응조(110)는 휴지된다.(Raw water) containing ammonia nitrogen is introduced into the AOB granulation tank 121 into which the sludge is introduced. At this time, the SBR reaction vessel 110 is stopped.

4) 오폐수가 유입되는 단계(S224)4) In step S224,

SBR 반응조(110)에 오폐수 및 AOB 그래뉼 저장조(122)에 보관되어 있던 AOB 그래뉼을 유입시킨다.The wastewater and the AOB granules stored in the AOB granular storage tank 122 are introduced into the SBR reaction tank 110.

AOB 그래뉼 저장조(122)의 그래뉼이 SBR 반응조(110)로 배출된다.The granules of the AOB granular storage tank 122 are discharged to the SBR reaction tank 110.

5) 부분 아질산화 및 AOB 그래뉼 형성되는 단계(S225, S226, S227)5) Partial nitrification and AOB granulation are formed (S225, S226, S227)

SBR 반응조(110)에서는 유입된 오폐수 및 AOB 그래뉼로 인하여 부분 아질산화 반응이 진행된다.In the SBR reaction tank 110, the partial nitrification reaction proceeds due to the introduced wastewater and the AOB granules.

또한, AOB 그래뉼 생성조(121)에서는 유입된 오폐수의 부분 아질산화 반응이 진행됨과 동시에 SBR 반응조(110)에서 유입된 침전성이 불량한 슬러지를 이용하여, AOB 그래뉼을 생성된다.In the AOB granulation tank 121, the partial nitrification reaction of the introduced wastewater proceeds, and at the same time, the AOB granules are produced using sludge having poor sedimentability introduced from the SBR reaction tank 110.

나아가, 오폐수 및 슬러지의 양에 따라 여러 번 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Furthermore, it may be performed several times depending on the amount of wastewater and sludge, but is not limited thereto.

7) AOB 그래뉼 생성조에서 침전되는 단계(S228)7) the step of precipitating in the AOB granulation tank (S228)

생성 반응이 완료된 AOB 그래뉼 생성조(121)에서는 고액분리를 위한 침전이 진행되며, 상부에는 상징액, 하부에는 그래뉼로 나뉜다.Precipitation for solid-liquid separation proceeds in the AOB granulation tank 121 in which the formation reaction has been completed, and the supernatant is divided into a supernatant and the granules are divided into granules.

또한, SBR 반응조(110)에서는 계속해서 부분 아질산화 반응이 진행된다.In the SBR reaction tank 110, the partial nitrification reaction proceeds continuously.

8) SBR 반응조에서 침전되는 단계(S229)8) the step of precipitating in the SBR reactor (S229)

부분 아질산화 반응이 완료된 SBR 반응조(110)에서는 고액분리를 위한 침전이 진행되며, 상부에는 상징액, 중부에는 슬러지, 하부에는 그래뉼로 나뉜다.In the SBR reaction tank 110 in which the partial nitrification reaction has been completed, sedimentation for solid-liquid separation proceeds, a supernatant is divided into a supernatant liquid, a sludge in the middle, and a granule in the lower part.

또한, AOB 그래뉼 생성조(121)는 그래뉼을 제외한 상징액 부분을 배출한다. In addition, the AOB granulation tank 121 discharges the supernatant portion except the granules.

이때 NOB 및 활성이 저하되거나, 그래뉼을 형성하지 못하거나, 침강 속도가 낮은 부유 미생물들은 워시 아웃에 의해 배출되도록 한다.At this time, the suspended microorganisms having NOB and activity lowering, granules not forming, or lower sedimentation rate are discharged by washout.

또한, 반응조 내 높은 유리암모니아(FA, Free Ammonia)의 영향으로 인해 NOB는 활성이 저하되어 반응기에서 대부분 워시 아웃으로 배출되고, 성장속도는 느리지만 상대적으로 강하고 견고한 구조의 큰 밀도를 가지는 AOB는 그래뉼을 형성하여 빠른 침전시간에도 반응기에서 침전되어 유지되기 때문이다.In addition, AOB, which has a relatively high density and a relatively strong structure at a relatively low growth rate, is discharged from the reactor as a washout due to the influence of high free ammonia (FA, Free Ammonia) in the reactor, And is precipitated and maintained in the reactor even at a rapid precipitation time.

다시 처음 단계인 상징액이 방류되는 단계(S221)로 돌아가 순차적으로 진행된다.The process returns to the step S221 where the first step of the supernatant is released, and proceeds sequentially.

<실시예 4. ANAMMOX 그래뉼 생성조가 포함된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치>Example 4: Candidatus Brocadia sinica OBA1 incubator with ANAMMOX granulation baths>

도 4는 본 발명에 따른 공정에 ANAMMOX 그래뉼 형성조가 포함된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치를 이용한 공정 흐름도이다.FIG. 4 is a process flow chart of a Candidatus Brocadia sinica OBA1 culture apparatus including an ANAMMOX granulation tank in the process according to the present invention.

상기 <실시예 1>의 AOB그래뉼 생성부(120)가 연계된 SBR반응조(110)와 ANAMMOX 반응조(130)가 순차적으로 포함된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치에 ANAMMOX 그래뉼 생성조(140)가 더 포함되며, 이에 한정되지 않는다.The ANAMMOX granulation tank 140 is further included in the Candidatus Brocadia sinica OBA1 culture apparatus including the SMB reaction tank 110 and the ANAMMOX reaction tank 130 sequentially connected to the AOB granulation unit 120 of the Example 1 But is not limited thereto.

상기 ANAMMOX 그래뉼 생성조(140)는 ANAMMOX 반응조(130)의 유동상 담체에서 탈리되어 나온 미생물을 그래뉼 형태로 생산하기 위한 혼합을 워터 리프트(water lift)방식을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The ANAMMOX granulation tank 140 may be a water lift system, but is not limited thereto. The ANAMMOX granulation tank 140 may be a water lift system for mixing the microorganisms separated from the fluidized bed support in the ANAMMOX reaction tank 130 into granules.

미생물은 Candidatus Brocadia sinica OBA1, Candidatus Brocadia, Candidatus Kuenenia, Candidatus Scalindua, Candidatus Anammoxoglobus 또는 Candidatus Jettenia 중 어느 하나 이상의 미생물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Candidatus Brocadia sinica OBA1을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The microorganism may be any one or more of microorganisms selected from the group consisting of Candida, Broccia sinica OBA1, Candidatus Brocadia, Candidatus Kuenenia, Candidatus Scalindua, Candidatus Anammoxoglobus, and Candidatus Jettenia, and Candidatus Brocadia sinica OBA1 may be preferably used.

상기 Candidatus Brocadia sinica OBA1은 종래의 ANAMMOX 미생물에 비해 배가성장시간이 매우 빨라 다량으로 균 확보가 가능하며, 이로 인해 고농도의 질소를 쉽게 처리할 수 있다.The Candidatus Brocadia sinica OBA1 has a faster growth time than the conventional ANAMMOX microorganisms, and thus it is possible to obtain a large amount of microorganisms, thereby easily treating a high concentration of nitrogen.

ANAMMOX 반응조(130)에서 균주의 생장 및 배양이 저하되면 생산된 미생물을 공급하거나, 그래뉼 형태로 증식된 균주를 회수할 수 있다.If the growth and culture of the strain are decreased in the ANAMMOX reaction tank 130, the produced microorganism can be supplied or the strain grown in granule form can be recovered.

또한, 균주 회수방법에 있어서, ANAMMOX 반응조(130) 내에서 그래뉼 형태로 증식하여 존재하는 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주를 회수하기 위해서 고액분리 수단을 이용하거나, 유동상 담체에 부착하여 배양된 균을 회수하기 위해 반응조의 5~15부피%로 유동상 담체를 교체하여 증식된 균주를 회수하는 방법이 더 포함될 수 있다.In addition, in the method for recovering a strain, in order to recover Candidatus Brocadia sinica OBA1, which is grown in granular form in the ANAMMOX reaction tank 130, using solid-liquid separation means or recovering the cultured bacteria adhered to a fluidized- The method may further include a step of replacing the fluidized bed medium with 5 to 15% by volume of the reaction tank to recover the propagated strain.

<실시예 5. AOB 그래뉼 생산 방법>&Lt; Example 5: AOB granule production method >

본 발명에서 사용된 AOB 그래뉼 생성 반응기는 공지된 기술을 사용하였다.The AOB granule production reactor used in the present invention used a known technique.

상기 AOB 그래뉼 생성 반응기는 내부의 수리학적 전단력으로 구형의 그래뉼을 형성하기 위해서 내부 원형 관을 포함하는 스테인리스 소재의 원형 관으로 이루어진 반응기, 암모니아를 함유한 오폐수를 주입하는 펌프, 처리수의 배출을 위한 전동밸브, 그래뉼의 배출을 위한 전동밸브, 공기 공급을 위한 송풍기, 약품 펌프 및 자동운전 제어반으로 구성된 연속 회분식 반응기를 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The AOB granulation reactor comprises a reactor consisting of a stainless steel circular tube containing an inner circular tube to form spherical granules with an internal hydraulic shear force, a pump for injecting wastewater containing ammonia, But is not limited to, a continuous batch reactor consisting of a motorized valve, a motorized valve for the discharge of granules, a blower for air supply, a chemical pump and an automatic operation control panel.

AOB 그래뉼 생성 반응기는 직경 0.86m, 유효수심 3.45m로 유효부피 2m3로 되어 있고, 침전 후 처리수를 배출하기 위한 전동밸브는 반응기의 중간 높이 및 그래뉼을 배출하기 위한 전동밸브는 반응기의 바닥에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The AOB granule production reactor has an effective volume of 2 m 3 with a diameter of 0.86 m and an effective water depth of 3.45 m. A motorized valve for discharging the treated water after settling has a middle height of the reactor and a motorized valve for discharging granules, But is not limited thereto.

공기량은 조절밸브를 이용하여 0.01∼0.2m/s 범위에서 조절하여 운전을 수행될 수 있으며, 바람직하게는 0.05∼0.15m/s 범위에서 조절하여 운전을 수행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The amount of air can be adjusted by controlling the flow rate in the range of 0.01 to 0.2 m / s by using a regulating valve, and the operation can be performed by adjusting the flow rate in the range of 0.05 to 0.15 m / s. However, the present invention is not limited thereto.

또한, 반응기의 내부 원형 관과 외부 원형 관 공기의 유속이 동일하도록 면적을 설정하며, 그래뉼 생성을 위한 수리학적 전단력이 발생하는 반응조 상부는 공기의 유속을 1/4로 감소시키도록 면적을 설정하였다. In addition, the area was set so that the flow rate of the inner circular tube of the reactor and the outer circular tube air were the same, and the area of the upper part of the reactor where the hydraulic shear force for granule generation was generated was reduced to 1/4 .

또한, 반응기의 직경대비 유효수심의 높이는 최소 1:3~4가 유지되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the height of the effective water depth of the reactor is at least 1: 3 ~ 4.

AOB가 포함된 잉여슬러지를 반응기에 접종하고 고농도의 암모니아가 함유된 오폐수를 반응기에 주입하면서 운전을 시작하였다. The surplus sludge containing AOB was inoculated into the reactor and the operation was started by injecting wastewater containing high concentration of ammonia into the reactor.

반응기의 운전 순서는 암모니아 폐수 주입단계, 아질산화 및 그래뉼 형성단계, 침전단계, 침강성이 불량한 미생물 및 처리수의 배출단계의 순으로 반복하여 진행하였다.The operation sequence of the reactor was repeated in the order of the ammonia wastewater injection step, the nitrification and granulation step, the precipitation step, the microorganism having poor sedimentation, and the discharge step of the treated water.

유입 오폐수는 하수처리장 1차 침전 슬러지 및 2차 침전 슬러지의 혐기소화 탈리액을 이용하였으며, 이때 유입폐수의 암모니아 농도는 100∼2,500mg/L까지 운전 할 수 있으며, 바람직하게는 500∼2,000mg/L까지 운전 할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The inlet wastewater was used for the anaerobic digestion of the primary sludge of the sewage treatment plant and the secondary sludge of the sludge, and the ammonia concentration of the influent wastewater can be operated up to 100 to 2,500 mg / L, preferably 500 to 2,000 mg / However, the present invention is not limited thereto.

폐수유입, 포기, 침전 및 배출 단계에 소요되는 시간은 유입 암모니아성 질소의 농도에 따라 변경하여 운전될 수 있으며, 한 사이클에 3∼24시간이 소요될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The time required for wastewater inflow, aeration, settling, and discharge may be varied depending on the concentration of the incoming ammonia nitrogen, and may be 3 to 24 hours per cycle, but is not limited thereto.

상기 AOB 그래뉼화 반응기의 운전 시 침전단계의 시간을 짧게 유지하면 침강성이 양호한 AOB 그래뉼은 반응기 하단부에 충분히 침강하지만 AOB 그래뉼을 형성하지 못하거나 침강 속도가 낮은 부유 미생물들은 배출단계에서 워시 아웃되게 된다. 이러한 조작을 반복할 경우 침강성이 우수한 AOB 그래뉼이 형성되어 우점종이 가능하도록 선택적으로 압력이 작용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.If the time of the precipitation step during the operation of the AOB granulation reactor is kept short, the AOB granules having good sedimentation sufficiently fall down at the lower end of the reactor, but the suspended microorganisms that do not form AOB granules or settle at a low rate are washed out at the discharge stage. When this operation is repeated, the AOB granules having excellent sedimentation properties are formed, and the pressure is selectively applied so that the dominant species can be formed. However, the present invention is not limited thereto.

본 발명에서는 연속회분 반응기의 침강속도를 10~60m/h로 유지하면서 AOB 그래뉼이 선택적으로 축적되도록 운전될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In the present invention, the AOB granules can be selectively accumulated while maintaining the sedimentation rate of the continuous batch reactor at 10 to 60 m / h, but the present invention is not limited thereto.

<실시예 6. Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주 분리 및 농화배양 방법>Example 6: Isolation and enrichment of Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain Culture method>

상기 <실시예 1> 및 <실시예 4>에서 사용된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주는 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지에서 분리 및 농화배양을 수행하였다. The strains of Candidatus Brocadia sinica OBA1 used in Examples 1 and 4 were separated and concentrated in a sludge of a bioreactor at a livestock manure treatment plant.

1) 생물반응조 슬러지를 세척하는 단계(S310)1) washing the bioreactor sludge (S310)

국내 10개소 이상의 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지들을 대상으로 배치 실험을 통해 ANAMMOX 활성테스트와 실시간 중합효소연쇄반응법(real-time Polymerase Chain Reaction, qPCR)을 통해 혐기성 암모늄 산화 미생물의 우점도를 평가하였으며, 암모니아 산화 활성을 갖는 균주의 분리 및 농화배양을 위한 대상 슬러지를 선별하였다.The anaerobic ammonium oxidizing microorganisms were evaluated by the ANAMMOX activity test and the real-time polymerase chain reaction (qPCR) through batch experiments on bioreactor sludges from 10 domestic animal manure treatment plants. The target sludge for the isolation and enrichment culture of the strain having ammonia oxidation activity was selected.

본 발명에서 선정된 혐기성 암모늄 산화 반응에 대해 고활성을 가지는 슬러지를 대상으로 무기염배지로 1~5회, 바람직하게는 2~4회 세척할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The sludge having a high activity against the selected anaerobic ammonium oxidation reaction according to the present invention may be washed with an inorganic salt medium 1 to 5 times, preferably 2 to 4 times, but is not limited thereto.

무기염배지로 슬러지를 세척하는 이유는 1회 미만으로 세척할 경우 ANAMMOX 미생물 외의 다른 균주가 포함되어 오염될 수 있으며, 5회 초과로 세척할 경우 ANAMMOX 미생물이 모두 세척되어 배양이 불가능할 수 있다.The reason for washing the sludge with the inorganic salt medium is that if the washing is performed less than one time, it may contaminate other strains other than the ANAMMOX microorganisms, and if the washing is done more than 5 times, the ANAMMOX microorganisms may be washed and the culture may not be possible.

또한, 오염 없이 ANAMMOX 미생물만을 배양하기 위해서 슬러지를 적정 횟수로 세척하는 것이 가장 좋다. In addition, it is best to wash the sludge in an appropriate number of times in order to cultivate only ANAMMOX microorganisms without contamination.

2) 세척된 슬러지를 배양기에 옮겨 배양하는 단계(S320)2) transferring the washed sludge to an incubator (S320)

세척 된 슬러지는 담체와 슬러지 희석액을 이용하여 상향류 혐기반응 배양기에 옮겨 연속 배양을 수행할 수 있다.The washed sludge can be transferred to an upflow anaerobic reaction incubator using a carrier and sludge diluent to carry out continuous culture.

또한, 상향류 혐기반응 배양기는 120~180mL일 수 있으며, 바람직하게는 130~170mL일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the upflow anaerobic reaction incubator may be 120-180 mL, preferably 130-170 mL, but is not limited thereto.

상기 배양기는 항온 배양기로 온도가 28~38℃일 수 있으며, 바람직하게는 30~36℃일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The incubator may be incubated in a constant temperature incubator at a temperature of 28 to 38 ° C, preferably 30 to 36 ° C, but is not limited thereto.

배양기의 온도가 28℃ 미만 또는 38℃ 초과할 경우 균주가 생장하기 어려운 환경으로 비활성화 상태가 되어 배양되기 어렵다.If the temperature of the incubator is lower than 28 ° C or higher than 38 ° C, the culture is inactivated into an environment in which the strain hardly grows, and thus it is difficult to cultivate.

또한, 배양기의 온도가 30~36℃일 경우 균주의 생장이 활발하며, 균주의 생장이 가장 활발한 상태가 된다.Also, when the temperature of the incubator is 30 to 36 ° C., the growth of the strain becomes active and the growth of the strain becomes most active.

또한, 초기 1~5일간은 수리학적 체류시간(HRT)을 6시간 내외로 아질산성 질소(NO2-N) 10~50mg/L만 함유한 인공 무기 합성폐수를 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the artificial inorganic synthetic wastewater containing only 10 to 50 mg / L of nitrite nitrogen (NO 2 -N) within about 6 hours of hydraulic retention time (HRT) may be used for the initial 1 to 5 days, but not limited thereto .

또한, 불필요 미생물은 워시 아웃(wash out) 운전을 수행할 수 있다.In addition, unnecessary microorganisms can perform a wash out operation.

3) 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 조정하는 단계(S330)3) Adjusting ammonia nitrogen and nitrite nitrogen (S330)

이후, HRT를 11~13시간의 범위로 조정하여 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 각각 10~25±5mg/L이 되는 범위로 30일 정도로 운전할 수 있다.Thereafter, the HRT can be adjusted within the range of 11 to 13 hours, and the operation can be performed for about 30 days in the range of 10 to 25 + 5 mg / L of ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, respectively.

또한, 배양 조건에 따라 1~3일 가감되어 운전될 수 있다.In addition, it can be operated for 1 to 3 days depending on the culture conditions.

처리수 내 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 동시에 비슷한 비율로 제거된다. 이때, 질산성 질소가 증가하는 혐기성 암모늄 산화반응이 확인되면, 유입수 농도 상승 및 체류시간을 단축하여 단계적으로 농도 부하의 상승운전을 수행할 수 있다.Ammonia nitrogen and nitrite nitrogen in the treated water are simultaneously removed at a similar rate. At this time, if the anaerobic ammonium oxidation reaction in which nitrate nitrogen is increased is confirmed, the ascending operation of the concentration load can be performed stepwise by shortening the influent concentration rise and residence time.

본 발명에서 농화배양의 총 기간은 90~210일 진행될 수 있으며, 바람직하게는 100~200일 진행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In the present invention, the total duration of the concentrated culture may be 90 to 210 days, preferably 100 to 200 days, but is not limited thereto.

<실험예 1. AOB 그래뉼 생산기의 AOB 그래뉼 생성 특성 확인>EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Identification of AOB Granule Production Characteristics of AOB Granule Producer [

상기 <실시예 5>의 AOB 그래뉼 생성 반응기를 이용하여 반류수에서의 AOB 그래뉼 생성 및 부분 아질산화 실험을 수행하였다.AOB granulation and partial nitrification experiments were carried out in reflux water using the AOB granulation reactor of Example 5 above.

실험에 사용된 1차 슬러지 혐기소화 탈리액의 암모니아성 질소는 평균 500mg/L이고, 반응기의 pH와 온도는 각각 7.3∼7.5와 28±2℃로 유지하였다.The average ammonia nitrogen of the primary sludge anaerobic digestion liquor used in the experiments was 500 mg / L, and the pH and temperature of the reactor were maintained at 7.3 ~ 7.5 and 28 ± 2 ℃, respectively.

또한, 부분 아질산화에 필요한 산소는 공기를 반응조 내부의 산기관에 의해 주입하도록 하였으며, 용존 산소는 약 2mg/L 이하를 유지하도록 하였다.In addition, the oxygen required for partial nitrification was injected by an air diffuser inside the reaction tank, and the dissolved oxygen was kept at about 2 mg / L or less.

상기 반응기에 유입수를 5분간 유입하고, 포기 및 부분 아질산화를 140~155분 수행하였으며, 15~30분 침전하여 5분간 처리수를 배출하면 1순환이 된다.The influent water was introduced into the reactor for 5 minutes, followed by aeration and partial nitrification for 140 to 155 minutes. After 15 to 30 minutes of precipitation, the treated water was discharged for 5 minutes, resulting in 1 cycle.

또한, 1순환은 3시간 주기로 하여, 하루에 8순환으로 운전되었다.In addition, 1 cycle was operated with 8 cycles per day in 3 hour cycle.

상기 처리수는 전체 반응기 부피의 1/2인 1m3을 배출하여 전체적인 체류 시간은 6시간으로 유지되었으며, AOB 그래뉼의 형성 및 침전 정도에 따라 침전 시간은 단계적으로 단축하고 포기 시간을 증가시켜 운전을 수행하였다.The treated water discharged 1 m 3 of the total volume of the reactor, and the total residence time was maintained at 6 hours. The precipitation time was shortened stepwise according to the formation and precipitation degree of AOB granules, Respectively.

도 5는 AOB 그래뉼 생성조의 운전에 따른 AOB 그래뉼의 크기 변화를 시기별로 비교하여 나타낸 것이다.FIG. 5 is a graph illustrating the change in size of AOB granules according to operation according to the operation of the AOB granule generation tank.

도 5를 토대로 살펴보면, 반응기 내 시기별로 그래뉼의 크기를 현미경으로 관찰하였다.Referring to FIG. 5, the size of granules was observed under a microscope by the period in the reactor.

활성 슬러지의 미생물들의 크기는 10∼50㎛정도의 크기이나, 운전 20일 이후부터 100㎛정도의 그래뉼이 형성되었으며, 운전 60일에 800∼1,200㎛까지 그래뉼이 성장된 것을 알 수 있다.The sizes of the microorganisms of the activated sludge were about 10 to 50 mu m, but granules of about 100 mu m were formed from 20 days after the operation, and granules were grown up to 800 to 1,200 mu m in 60 days of operation.

또한, <실시예 5>의 반응기에서 60일 후의 그래뉼이 구형 및 타원형의 모양으로 형성되는 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the granules after 60 days in the reactor of Example 5 are formed into spherical and elliptical shapes.

도 6은 AOB 그래뉼 생성조의 유입 질소 부하조건에서 암모니아 제거량 당 AOB 그래뉼의 생성량을 그래프로 나타낸 것이다.6 is a graph showing the amount of AOB granules produced per ammonia removal amount under an inlet nitrogen loading condition of the AOB granule generating tank.

도 6을 토대로 살펴보면, 유기 물질이 대부분 혐기 소화조에서 제거되어 미생물들이 이용할 수 있는 기질이 대부분 암모니아성 질소로 이루어져있다.Based on FIG. 6, most of the organic materials are removed from the anaerobic digestion tank and most of the substrates available to the microorganisms are composed of ammonia nitrogen.

결국 독립영양 미생물들이 주로 분포 및 성장함으로써 AOB 그래뉼 생산량은 유입 암모니아성 질소 1Kg당 0.13~0.18Kg 생산되며, 평균 0.16Kg 수준으로 생산되는 것을 알 수 있다.As a result, AOB granule production is 0.13 ~ 0.18 Kg per 1 Kg of influent ammonia nitrogen, and 0.16 Kg is produced on average.

하기 <표 1>은 AOB 그래뉼 반응기의 운전 기간 동안 파이로시퀀싱(Pyrosequencing) 분석법을 이용하여 미생물의 염기서열 및 양 분석을 통해 AOB 그래뉼 내 미생물의 종류 및 분포를 나타낸 것이다.Table 1 below shows the types and distribution of microorganisms in AOB granules through analysis of the nucleotide sequence and amount of microorganisms using Pyrosequencing method during the operation period of the AOB granule reactor.

<표 1><Table 1>

Figure 112017105732561-pat00001
Figure 112017105732561-pat00001

<표 1>을 토대로 살펴보면, AOB에 속하는 Nitrosomonas SPP.는 운전 초기 약 1%에서 운전 60일 후 약 23%까지 증가하였으며, Nitrosospira SPP.는 운전 초기 약 0.2%에서 운전 60일 후 약 4%까지 증가하였다.Based on Table 1, Nitrosomonas SPP. Belonging to AOB increased from about 1% at the beginning of operation to about 23% after 60 days of operation. Nitrosospira SPP. Increased from about 0.2% at the beginning of operation to about 4% after 60 days of operation Respectively.

반면에, NOB에 속하는 Nitrobacter SPP.는 운전 초기 약 3%에서 운전 60일 후 약 0.5%로 감소하였다.On the other hand, Nitrobacter SPP. Belonging to NOB decreased to about 0.5% after 60 days of operation from about 3% at the beginning of operation.

이와 같은 결과는 AOB 그래뉼 반응기 내 높은 유리 암모니아(FA, Free Ammonia)의 영향으로 인해 NOB는 활성이 저하되어 반응기에서 대부분 워시 아웃으로 배출된다.These results are due to the effect of high free ammonia (FA) in the AOB granule reactor.

그러나 상대적으로 성장 속도는 느리지만, 강하고 견고한 구조의 큰 밀도를 가지는 AOB는 그래뉼을 형성하여 빠른 침전 시간에도 반응기 내에서 워시 아웃되지 않고, 침전되기 때문에 AOB 그래뉼이 유지 되는 것이다.However, although the growth rate is relatively slow, the AOB having a large density of a strong and firm structure forms granules, so that the AOB granules are retained because they precipitate without being washed out in the reactor even at a rapid precipitation time.

<실험예 2. AOB 그래뉼 생성조를 연계한 SBR 반응조 내 AOB 그래뉼 특성 확인>EXPERIMENTAL EXAMPLE 2. Confirmation of AOB Granule Characteristics in SBR Reactor Connected with AOB Granule Production Tank [

상기 <실시예 1>의 AOB 그래뉼 생성조(121) 및 SBR 반응조(110)를 이용하여 <실시예 2>와 <실시예 3>의 방법으로 AOB 그래뉼 생성 실험을 수행하였다.The AOB granule production tank 121 and the SBR tank 110 of Example 1 were used to conduct AOB granule production experiments by the methods of Examples 2 and 3.

또한, SBR 반응조(110)에는 <실험예 1>에서 생산된 AOB 그래뉼을 식종하여 운전하였다.In addition, the AOB granules produced in Experimental Example 1 were operated in the SBR reaction tank 110.

실험에 사용된 고농도 질소 오폐수는 가축분뇨와 음식물 병합 혐기소화 탈리액이며, 오폐수 내 암모니아성 질소는 평균 1,500mg/L이었다.The high concentration nitrogen wastewater used in the experiment was anaerobic digestion liquor combined with livestock manure and food, and the average ammonia nitrogen in wastewater was 1,500 mg / L.

상기 SBR 반응조(110)는 AOB 그래뉼 생성조(121)에서 AOB 그래뉼을 10분간 유입하고, 유입수를 10분간 유입하였으며, 포기 및 부분 아질산화를 300분 수행하였다. 그 후 침전은 20분, 처리수는 10분 및 슬러지를 AOB 그래뉼 생성조(121)로 10분간 배출하여 1순환이 되도록 하였다.In the SBR reaction tank 110, AOB granules were introduced into the AOB granulation tank 121 for 10 minutes, inflow water was introduced for 10 minutes, and aeration and partial nitrification were performed for 300 minutes. Thereafter, the sedimentation was carried out for 20 minutes, the treated water for 10 minutes and the sludge was discharged into the AOB granulation tank 121 for 10 minutes to be circulated 1 time.

상기 AOB 그래뉼 생성조(121)는 SBR 반응조(110)로부터 슬러지를 10분간 유입하고, 유입수를 10분간 유입하였으며, 포기 및 부분 아질산화를 300분 수행하였다. 그 후 침전은 20분, 처리수는 10분 및 AOB 그래뉼을 SBR 반응조(110)로 10분간 배출하여 1순환이 되도록 하였다.The sludge was introduced from the SBR reaction tank 110 for 10 minutes, the influent was introduced for 10 minutes, and the AOB granulation tank 121 was subjected to aeration and partial nitrification for 300 minutes. Thereafter, the sedimentation was carried out for 20 minutes, the treated water for 10 minutes and the AOB granules were discharged to the SBR reaction tank 110 for 10 minutes to be circulated 1 time.

또한, SBR 반응조(110) 및 AOB 그래뉼 생성조(121)의 1순환은 6시간 주기로 하루에 4순환으로 운전되었으며, 각 반응조의 유효부피의 1/2를 배출하여 전체적인 체류시간은 12시간으로 유지하여 운전을 수행하였다.Also, the circulation of the SBR reaction vessel 110 and the AOB granulation vessel 121 was operated in four cycles per day in a 6 hour cycle, and 1/2 of the effective volume of each reaction vessel was discharged, and the overall residence time was maintained at 12 hours And the operation was carried out.

도 7은 SBR 반응조 내의 AOB 그래뉼을 크기별로 분류하여 현미경으로 확인한 것이다.FIG. 7 is a microscopic view of the AOB granules in the SBR reactor sorted by size.

또한, 하기 <표 2>는 AOB 그래뉼 크기별 분포를 나타내었다.Table 2 below shows the distribution by size of AOB granules.

<표 2><Table 2>

Figure 112017105732561-pat00002
Figure 112017105732561-pat00002

도 7 및 표 2를 토대로 살펴보면, SBR 반응조(110) 내 AOB 그래뉼은 AOB 그래뉼 생성조(121)에서 침전이 불량한 그래뉼과 함께 재생되어 <실험예 1>의 생성된 AOB 그래뉼에 비해 좀 더 단단한 형태의 구형으로 존재하고 있음을 확인할 수 있었다.7 and Table 2, the AOB granules in the SBR reaction tank 110 were regenerated together with the poorly precipitated granules in the AOB granulation tank 121, As shown in Fig.

또한, 대부분의 AOB 그래뉼은 200~400㎛ 정도의 크기로 반응조 내에서 유지되고 있음을 알 수 있다.Also, it can be seen that most of the AOB granules have a size of about 200 to 400 mu m and are maintained in the reactor.

하기 <표 3>은 SBR 반응조(110)의 운전 기간 동안 파이로시퀀싱 분석법을 이용하여 미생물의 염기서열 및 양 분석을 통해 AOB 그래뉼 내 미생물의 종류 및 분포를 나타낸 것이다.Table 3 below shows the types and distribution of microorganisms in the AOB granules through analysis of the nucleotide sequence and amount of the microorganisms using the pyrosequencing method during the operation period of the SBR reaction tank 110.

<표 3><Table 3>

Figure 112017105732561-pat00003
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<표 3>을 토대로 살펴보면, AOB 그래뉼 생성조(121)에서 침전성이 불량한 그래뉼을 재생하고, 활성이 저하된 NOB 및 종속영양 미생물을 워시 아웃으로 배출을 수행하여 <표 1>과 비교하였을 때, AOB에 속하는 Nitrosomonas SPP.는 약 2배 이상 상승된 것을 알 수 있었다.Based on Table 3, when granules having poor sedimentability were regenerated in the AOB granule production tank 121, NOBs and heterotrophic microorganisms with reduced activity were discharged by washout and compared with Table 1 , And Nitrosomonas SPP. Belonging to AOB were increased more than 2 times.

또한, 기존 활성슬러시 공법의 질산화조 내 AOB의 분포가 전체 미생물 중 2~5% 정도인 반면에 본 발명에 의한 AOB의 농도는 기존 활성슬러지에 비해 10배 이상 더 많이 존재하게 되며, 기존 그래뉼 생성방법에 비해 2배 더 많이 존재하게 된다. AOB생성 시간도 기존의 그래뉼 생성방법에 비해 3배 이상 빠르게 나타났다.In addition, the distribution of AOB in the nitrification tank of the existing activated slush process is about 2 to 5% of the total microorganisms, whereas the concentration of AOB according to the present invention is more than 10 times that of the existing activated sludge, 2 times more than the method. AOB generation time was three times faster than the conventional granule generation method.

<실험예 3. Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 분리 및 농화배양><Experimental Example 3: Isolation and enrichment culture of Candidatus Brocadia sinica OBA1>

본 발명에서는 선정된 혐기성 암모늄 산화 반응에 대해 고활성을 가지는 가축분뇨처리장의 생물반응조 슬러지(S시, C군)를 무기염배지로 2~4회 세척하여, 슬러지 희석액을 이용하여 150mL인 상향류 혐기반응 배양기에 연속 배양하였다.In the present invention, the bioreactor sludge (S, C group) of a livestock manure treatment plant having high activity against the selected anaerobic ammonium oxidation reaction is washed with an inorganic salt medium 2 to 4 times, And then continuously cultured in an anaerobic reaction incubator.

상기 배양기는 항온배양기로 32℃로 초기 1일간은 수리학적 체류시간을 6시간 내외로 아질산성 질소 10~50mg/L만 함유한 인공 무기 합성폐수를 이용하였다.The incubator used was an artificial inorganic synthetic wastewater containing only 10 to 50 mg / L of nitrite nitrogen at a temperature of 32 ° C. and a hydraulic retention time of 6 hours at an initial temperature of 1 day.

또한, 불필요 미생물은 워시 아웃으로 운전되어 수행되었다.In addition, unwanted microorganisms were run with washout.

이후, 체류시간을 11~13시간의 범위로 조정하여 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 각각 10~25±5mg/L이 되는 범위로 30일 정도로 운전을 수행하였다.Thereafter, the residence time was adjusted within the range of 11 to 13 hours, and the operation was performed for about 30 days in the range of 10 to 25 ± 5 mg / L of ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, respectively.

또한, 처리수 내 암모니아성 질소와 아질산성 질소가 동시에 비슷한 비율로 제거되고, 질산성 질소가 증가하는 혐기성암모늄 산화반응이 확인이 되면 유입수 농도상승 및 체류시간을 단축하여 단계적으로 농도부하의 상승운전을 수행하였다.In addition, when the ammonia nitrogen and nitrite nitrogen in the treated water are removed at a similar rate and the anaerobic ammonium oxidation reaction in which the nitrate nitrogen is increased is confirmed, the influent concentration rise and the residence time are shortened, Respectively.

농화배양 기간 중 반응기 내부 바이오매스의 색변화를 관찰하였고, 미생물의 활성은 유입수와 유출수 내 무기질소원 농도의 변화로 측정을 하였다.During the incubation period, the color change of the biomass inside the reactor was observed and the activity of the microorganism was measured by the change of inorganic nitrogen concentration in influent and effluent.

또한, 보조적으로 배지 내 무기질소 성분의 감소 외에 빠른 시간 내에 혐기성 암모늄 산화 미생물 활성을 측정하는 방법으로 유입수와 유출수의 pH변화를 평가하였다.In addition, pH changes of influent and effluent were evaluated by measuring anaerobic ammonium oxidizing microorganism activity in a short time in addition to reduction of inorganic nitrogen content in the medium.

도 9는 슬러지에서 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 분리 및 농화배양 과정을 나타낸 것으로 약 100일 이후 슬러지에서 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주가 분리되었다.FIG. 9 shows the isolation and enrichment culturing of Candida strains from Candida strains. After about 100 days, Candida strains of Candida strains were isolated from Broccia sinica OBA1.

또한, 약 150일부터 농화배양이 진행되었으며, 약 200일이 되어 농화배양이 성공한 것을 알 수 있다.In addition, from about 150 days, the cultivation of the concentrate proceeded, and the cultivation of the concentrate was successful for about 200 days.

도 10은 약 200일 이상의 운전기간 동안 도출된 농화배양 장치의 질소제거율을 나타내었다.Figure 10 shows the nitrogen removal rate of the concentrated culture apparatus derived over an operating period of about 200 days or more.

단계적으로 체류시간을 6시간까지 단축하고, 유입수 내 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 농도를 변화시켜 운전을 수행한 결과는 질소제거율(NRR, Nitrogen Removal Rate)이 1.2kgN/m3/d의 속도를 도출하였고, 기존 국내에서 발견된 미생물을 이용한 연구의 질소제거속도 대비 2배 이상의 높은 속도를 나타냄을 알 수 있다.As a result, the nitrogen removal rate (NRR) was 1.2 kgN / m 3 / d at a rate of 1.2 kgN / m 3 / d And the rate of nitrogen removal was more than 2 times higher than that of the study using microorganisms found in the domestic market.

<실험예 4. Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 배가성장시간 평가>EXPERIMENTAL EXAMPLE 4. Estimation of Growth Times of Doubles of Candidatus Brocadia sinica OBA1 Strains [

2개의 배치타입 반응조에 가축분뇨에서 분리 및 농화배양 된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주와 공지된 ANAMMOX 미생물을 함유한 배양액을 각각 접종하여 연속식으로 운전을 수행하였고, 균의 특성에 따른 배가성장시간을 평가하였다.Two batch type reactors were continuously inoculated with culture medium containing Candidatus Brocadia sinica OBA1 and ANAMMOX microorganisms isolated and concentrated in livestock manure, respectively. Respectively.

각각의 반응조에 0.05N NaOH 약품을 사용하여 반응조 내의 pH를 6.5~7.5로 조절하고, 반응조 내 온도는 35℃로 설정하였다.The pH in the reaction tank was adjusted to 6.5 to 7.5 using 0.05 N NaOH solution in each reaction tank, and the temperature in the reaction tank was set at 35 ° C.

상기 반응조에 주입되는 배양액은 기본적으로 0.25g/L KHCO3, 0.174g/L K2HPO4, 0.047mg/L MgCl2 및 0.055mg/L CaCl2로 구성되며, 2mL의 미량염류(Ⅰ) 용액과 1mL의 미량염류(Ⅱ) 용액이 추가된다.The culture solution injected into the reaction tank is basically composed of 0.25 g / L KHCO 3 , 0.174 g / LK 2 HPO 4 , 0.047 mg / L MgCl 2 and 0.055 mg / L CaCl 2 , Add 1 mL of trace salt (II) solution.

미량염류(Ⅰ) 용액은 10g/L Na2EDTA·2H2O와 5g/L FeSO4·7H2O를 포함하고, 미량염류(Ⅱ) 용액은 15g/L Na2EDTA·2H2O, 0.43g/L ZnSO4·7H2O, 0.24g/L CoCl2·6H2O, 0.99g/L MnCl2·4H2O, 0.25g/L CuSO4·5H2O, 0.22g/L Na2MoO4·2H2O, 0.19g/L NiCl2·6H2O, 0.21g/L Na2SeO4·10H2O, 0.014g/L H3BO3을 포함한다.Trace salts (Ⅰ) solution was 10g / L Na 2 EDTA · 2H 2 O and 5g / L FeSO 4 · include 7H 2 O, and trace salts (Ⅱ) solution was 15g / L Na 2 EDTA · 2H 2 O, 0.43 g / L ZnSO 4 · 7H 2 O, 0.24g / L CoCl 2 · 6H 2 O, 0.99g / L MnCl 2 · 4H 2 O, 0.25g / L CuSO 4 · 5H 2 O, 0.22g / L Na 2 MoO 4 · 2H 2 O, 0.19 g / L NiCl 2 · 6H 2 O, 0.21 g / L Na 2 SeO 4 · 10H 2 O and 0.014 g / LH 3 BO 3 .

또한, 배양 과정에서 배지 내에 암모늄과 아질산의 공급원으로 각각 (NH4)SO4, NaNO2를 0.81kg-N/m3-day의 질소 유입 용적부하가 되도록 공급하였다. 이때 암모니아와 아질산의 몰 비율은 1:1~1.2의 범위가 되도록 약품을 투입하였다.During the incubation, (NH 4 ) SO 4 and NaNO 2 were fed into the culture medium so as to be a nitrogen inflow volume load of 0.81 kg-N / m 3 -day, respectively, as the sources of ammonium and nitrite. At this time, the molar ratio of ammonia to nitrous acid was in the range of 1: 1 to 1.2.

도 11은 가축분뇨에서 분리 및 농화배양 된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주와 공지된 ANAMMOX 미생물을 배치타입의 반응조에서 유입 부하에 따른 상대 존재비(relative abundance)를 나타낸 것이다.FIG. 11 shows the relative abundance of Candidatus Brocadia sinica OBA1 isolated and enriched in livestock manure and the known ANAMMOX microorganism according to the influent load in a batch type reactor.

본 발명에 의한 가축분뇨에서 분리 및 농화배양 된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주는 실험 15일 이후 20% 이상의 밀도 차이를 나타내었다.The concentration of Candidatus Brocadia sinica OBA1 isolated and enriched in livestock manure according to the present invention showed a density difference of more than 20% after 15 days of experiment.

이러한 밀도 차이를 이용하여 배가 시간을 계산한 결과 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 배가시간이 6~7일인 것을 알 수 있다.As a result of calculating the doubling time using this density difference, it was found that the doubling time of Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain was 6 to 7 days.

또한, 본 발명의 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 배가시간은 배가시간이 약 13~15일인 공지된 ANAMMOX 미생물보다 약 2배 정도 빠른 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the doubling time of the Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain of the present invention is about twice as fast as that of the known ANAMMOX microorganism having a doubling time of about 13 to 15 days.

<실험예 5. AOB 그래뉼 기반 SBR 반응조 및 ANAMMOX 공정을 이용한 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양효율 평가>EXPERIMENTAL EXAMPLE 5. Evaluation of Culture Efficiency of Candidatus Brocadia sinica OBA1 Using AOB Granule-Based SBR Reactor and ANAMMOX Process>

상기 <실시예 1>의 AOB 그래뉼 생성부(120)를 연계한 SBR 반응조(110) 및 ANAMMOX 반응조(130)를 이용하여 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주 배양효율에 따른 고농도 질소 오폐수에 대한 처리효율을 평가하였다.The treatment efficiency of the high concentration nitrogen wastewater according to the culture efficiency of Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain was evaluated by using the SBR reaction vessel 110 and the ANAMMOX reaction vessel 130 connected to the AOB granule production unit 120 of Example 1 above.

상기 SBR 반응조(110)는 직경 35cm 및 유효수심 65cm로 유효부피 60L의 원통형으로 제작되었으며, 침전 후 상징액 배출량 30%, 침전성 불량 슬러지 배출량 30%, 잔류량 40%로 4순환/일의 연속회분식 형태로 운전되었다.The SBR reaction tank 110 was formed into a cylindrical shape having an effective volume of 60 L with a diameter of 35 cm and an effective water depth of 65 cm. After the sedimentation, the tank was continuously circulated for 4 cycles / day with 30% of the supernatant, 30% of the poor sedimentation sludge, .

1순환은 총 6시간으로 AOB 그래뉼 생성조(121)에서 AOB 그래뉼 유입 10분, 폐수 유입 10분, 반응 300분, 침전 20분, 상징액 배출 10분 및 슬러지 배출 10분으로 운전되는 것을 의미한다.1 circulation is a total of 6 hours, which means that the AOB granulation is operated in 10 minutes, 10 minutes in the AOB granulation, 10 minutes in the effluent, 300 minutes in the effluent, 20 minutes in the sediment, 10 minutes in the supernatant and 10 minutes in the sludge discharge.

상기 AOB 그래뉼 생성조(121)는 직경 20cm 및 유효수심 65cm로 유효부피 20L의 원통형 에어 리프트 방식 반응기로 되어 있으며, SBR 반응조(110)와 연계하여, 4순환/일의 연속회분식 형태로 운전되었다.The AOB granulation tank 121 is a cylindrical air lift type reactor having a diameter of 20 cm and an effective water depth of 65 cm and an effective volume of 20 L and was operated in a continuous cycle of 4 cycles / day in conjunction with the SBR reaction tank 110.

상기 ANAMMOX 반응조(130)는 직경 25cm 및 유효수심 50cm로 유효부피 25L의 원통형으로 제작되었으며, 반응조에 유동상 담체 및 완전혼합을 위해 교반기를 설치하였고, 체류시간을 12시간으로 유지하여 연속류식으로 운전이 되었다.The ANAMMOX reaction tank 130 was formed into a cylindrical shape having an effective volume of 25 L with a diameter of 25 cm and an effective water depth of 50 cm. A stirrer was installed in the reaction tank for the fluidized bed carrier and the complete mixing, .

처리효율 평가에 사용된 오폐수는 Y시 가축분뇨공공처리시설에 유입되는 가축분뇨와 음식물을 병합하여 혐기소화를 통해 메탄회수를 수행한 자원회수 공정의 유출수를 사용하였다.The wastewater used for the treatment efficiency evaluation was the effluent from the resource recovery process where the methane recovery was performed through the anaerobic digestion of the livestock manure that was introduced into the livestock manure processing facility at Y city and the food.

또한, 병합 혐기소화 공정의 유출수의 pH는 8.0, TCODMn은 2,000mg/L, T-N은 2,000mg/L 및 NH4-N은 1,700mg/L이었다. 오폐수 내 COD 성분은 대부분 난분해성 성분으로 일반적인 질산화/탈질 공정으로는 외부 탄소원 없이 처리가 어렵다.The pH of the effluent of the combined anaerobic digestion process was 8.0, TCOD Mn was 2,000 mg / L, TN was 2,000 mg / L and NH 4 -N was 1,700 mg / L. The COD component in wastewater is mostly refractory, and it is difficult to treat it without external carbon source in general nitrification / denitrification process.

상기 평가 과정에서 SBR 반응조(110), ANAMMOX 반응조(130)를 각각 거친 유출수 분석을 통하여 배양장치에서 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양효율 평가하였다.In the above evaluation process, the SBR reaction tank 110 and the ANAMMOX reaction tank 130 were subjected to rough runoff analysis to evaluate the culture efficiency of Candidatus Brocadia sinica OBA1 in the culture apparatus.

하기 <표 4>는 실험기간 중 안정상태의 평균치를 나타낸 것이다.Table 4 below shows the average values of the steady state during the experiment.

<표 4><Table 4>

Figure 112017105732561-pat00004
Figure 112017105732561-pat00004

<표 4>를 토대로 하여 살펴보면, SBR 반응조 유출수에서 총 질소 대비 약 44.4%가 아질산성 질소로 전환되었으며, 약 3%가 질산성 질소로 전환되었다.Based on Table 4, about 44.4% of total nitrogen was converted to nitrite nitrogen in SBR reactor effluent, and about 3% was converted to nitrate nitrogen.

또한, 부분 아질산화를 통해 암모니아성 질소 및 아질산성 질소의 몰 비율은 1:1.05임을 알 수 있다.It can also be seen that the molar ratio of ammonia nitrogen and nitrite nitrogen is 1: 1.05 through partial nitrification.

ANAMMOX 반응조 유출수에서 암모니아성 질소 및 아질산성 질소의 소모 비율은 1:1.2임을 알 수 있으며, 약 10%의 질산성 질소가 부가적으로 생산되었다.The consumption ratio of ammonia nitrogen and nitrite nitrogen in the ANAMMOX reactor effluent was 1: 1.2, and about 10% nitrate nitrogen was additionally produced.

또한, 전체적으로 AOB 그래뉼을 이용한 SBR 반응조(110) 및 ANAMMOX 반응조(130)를 연계하여 처리효율을 평가한 결과 외부 탄소원 없이 총 질소의 78.1%가 제거된 것을 알 수 있다.As a result of the evaluation of the treatment efficiency in connection with the SBR reaction vessel 110 and the ANAMMOX reaction vessel 130 using the AOB granules as a whole, it was found that 78.1% of the total nitrogen was removed without an external carbon source.

ANAMMOX 반응조에 유입 및 유출되는 질소 농도를 통해 제거되는 질소량을 바탕으로 배양장치에서의 균의 배가시간을 산정한 결과 균의 배가시간은 약 7~8일로 <실험예 4>와 유사한 결과를 도출하여 <실시예 1>의 배양장치에서 가축분뇨에서 분리 및 농화 배양된 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주를 빠르게 배양할 수 있음이 확인되었다.Based on the amount of nitrogen removed through the nitrogen concentration flowing into and out of the ANAMMOX reactor, the time of doubling of the bacteria in the culture apparatus was estimated. The time of doubling of the bacteria was about 7-8 days, It was confirmed that Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain isolated and concentrated in livestock manure can be rapidly cultured in the culture apparatus of Example 1.

나아가, 고농도 질소 오폐수에 대하여 부분 아질산화를 충분히 완성하면, 기존 질산화-탈질 공정에 대비하여 산소소모율을 60%까지 절감할 수 있으며, 탈질에 필요한 유기물을 100% 절감 가능한 결과를 도출할 수 있다.Furthermore, if the partial nitrification of the highly concentrated nitrogen wastewater is sufficiently completed, the oxygen consumption rate can be reduced by up to 60% in comparison with the existing nitrification-denitration process, and the result that the organic matter required for denitrification can be reduced by 100% can be obtained.

본 발명은 AOB 그래뉼 생성조를 연계한 회분식 SBR 반응조와 ANAMMOX 반응조를 이용한 Candidatus Brocadia sinica OBA1 배양장치 및 배양방법에 관한 것으로 기존의 ANAMMOX 미생물에 비해 배가성장시간이 매우 빠른 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주를 다량으로 확보하여 고농도의 질소를 쉽게 처리할 수 있는 산업상 이용가능한 발명이다.The present invention relates to a culture apparatus and a culture method of Candidatus Brocadia sinica OBA1 using a batch SBR reaction tank and an ANAMMOX reaction tank in which AOB granule production tank is connected, and a large amount of Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain having a significantly longer growth time than conventional ANAMMOX microorganisms Which is an industrially applicable invention capable of easily treating a high concentration of nitrogen.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 기탁번호 KCTC18620P인 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주의 배양장치에 있어서,
암모니아성 질소와 아질산성 질소의 몰 비율이 1:1.05인 부분 아질산화를 위해 부피비로 침전 후 상징액(上澄液) 배출량 30%, 침전성 불량 슬러지 배출량 30%, 잔류량 40%로 4순환(cycle)/일의 연속회분식 형태로 운전되며, 에어 리프트(Air Lift) 방식의 공기 공급 장치가 포함되어 침전시간을 짧게 유지하여 침전이 양호한 AOB 그래뉼은 하부에 위치하고, 침전성이 불량한 슬러지는 처리수와 함께 배출되어 그래뉼 유지가 유리한 회분식 부분 아질산화(SBR, partial nitritation Sequencing Batch Reactor) 반응조(110),
Nitrosomonas SPP. 또는 Nitrosospira SPP. 중 어느 하나 이상이 포함된 암모늄 산화 박테리아(AOB, Ammonium Oxidation Bacteria) 그래뉼(granule)이 구형으로 존재하며, 크기가 200 내지 400㎛로 생성되는 AOB 그래뉼 생성조(121) 및
AOB 그래뉼 생성조에서 생산된 AOB 그래뉼을 저장하고, SBR 반응조의 효율이 저하되면 저장된 AOB 그래뉼을 공급하는 그래뉼 저장조(122)가 포함된 AOB 그래뉼 생성부(120), Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주가 부착된 유동상 담체의 원활한 유동을 위해 교반기가 포함되며; 담체와 균의 유출방지를 위한 배출장치가 포함된 완전혼합형 유동상 부착식 공정을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화(ANAMMOX, anaerobic ammonium oxidation) 반응조(130)를 포함하며,
암모니아 산화 활성을 갖고, 기탁번호 KCTC18620P인 균주는 가축분뇨처리장 생물반응조 슬러지에서 분리 및 농화배양이 90 내지 210일 진행되고, 배가시간이 6일 인, Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주 배양장치.
In a culturing apparatus of Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain having a deposit number KCTC18620P,
For the partial nitrite oxidation with a molar ratio of ammonia nitrogen to nitrite nitrogen of 1: 1.05, 4 vol% of supernatant, 30% of settling sludge discharge, 30% of residual sludge and 40% ) / Day, and an air-lift type air supply device is included to keep the settling time short so that the AOB granules with good sedimentation are located at the bottom and the sludge with poor sedimentation property is treated with the treated water A partial nitrite sequencing batch reactor (SBR) reaction vessel 110,
Nitrosomonas SPP. Or Nitrosospira SPP. (AOB) granules having a spherical shape and having a size of 200 to 400 mu m are included in the AOB granulation tank 121 and the AOB granulation tank 121,
An AOB granulation unit 120 for storing the AOB granules produced in the AOB granule production tank and a granule storage tank 122 for storing the stored AOB granules when the efficiency of the SBR reaction tank deteriorates, an AOB granulation unit 120 having Candidatus Brocadia sinica OBA1 An agitator is included for smooth flow of the fluid phase carrier; An anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) reactor 130, characterized by a fully mixed fluidized bed deposition process comprising an outlet for preventing the carrier and bacteria from leaking out,
Wherein the strain having ammonia oxidizing activity and having the deposit number KCTC18620P is separated and concentrated in a sludge of a livestock manure treatment plant for 90 to 210 days and has a doubling time of 6 days.
청구항 4에 있어서,
ANAMMOX 반응조(130) 내에서 그래뉼 형태로 증식하여 존재하는 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주를 회수하기 위해 고액분리 수단을 이용하거나, 유동상 담체에 부착하여 배양된 균을 회수하기 위해 반응조의 5 내지 15부피%로 유동상 담체를 교체하여 증식된 균주가 회수되는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는, Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주 배양장치.
The method of claim 4,
5 to 15% by volume of the reaction tank is used for recovering the bacteria cultured by adhering to the fluidized-bed carrier or by using solid-liquid separation means for recovering Candidatus Brocadia sinica OBA1 present in granular form in the ANAMMOX reaction tank 130, Characterized in that it further comprises the step of replacing the fluid phase carrier with the culture medium and recovering the proliferated strains of Candidatus Brocadia sinica OBA1.
청구항 4에 있어서,
혐기성 암모늄 산화 반응조(130)에 ANAMMOX 그래뉼 생성조(140)가 더 포함되며,
ANAMMOX 그래뉼 생성조(140)는 혐기성 암모늄 산화 반응조(130)의 유동상 담체에서 탈리되어 나온 미생물을 그래뉼 형태로 생산하기 위한 혼합을 워터 리프트(water lift)방식을 사용하며, 혐기성 암모늄 산화 반응조(130)에서 균주의 생장 및 배양이 저하되면 생산된 미생물을 공급하거나, 그래뉼 형태로 증식된 균주를 회수하는 것을 특징으로 하는, Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주 배양장치.
The method of claim 4,
The anaerobic ammonium oxidation reaction tank 130 further includes an ANAMMOX granulation tank 140,
The ANAMMOX granulating tank 140 uses a water lift method to mix the microorganisms separated from the fluidized bed carrier of the anaerobic ammonium oxidation reaction tank 130 in the granular form and the anaerobic ammonium oxidation reaction tank 130 Wherein the strain is cultivated when the strain grows and culture is decreased, or the strain grown in granule form is recovered.
삭제delete 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 몰 비율이 1:1.05인 부분 아질산화를 위해 부피비로 침전 후 상징액(上澄液) 배출량 30%, 침전성 불량 슬러지 배출량 30%, 잔류량 40%로 4순환(cycle)/일의 연속회분식 형태로 운전되며, 에어 리프트(Air Lift) 방식의 공기 공급 장치가 포함되어 침전시간을 짧게 유지하여 침전이 양호한 AOB 그래뉼은 하부에 위치하고, 침전성이 불량한 슬러지는 처리수와 함께 배출되어 그래뉼 유지가 유리한 회분식 부분 아질산화(SBR, partial nitritation Sequencing Batch Reactor) 반응조(110),
Nitrosomonas SPP. 또는 Nitrosospira SPP. 중 어느 하나 이상이 포함된 암모늄 산화 박테리아(AOB, Ammonium Oxidation Bacteria) 그래뉼(granule)이 구형으로 존재하며, 크기가 200 내지 400㎛로 생성되는 AOB 그래뉼 생성조(121) 및
AOB 그래뉼 생성조에서 생산된 AOB 그래뉼을 저장하고, SBR 반응조의 효율이 저하되면 저장된 AOB 그래뉼을 공급하는 그래뉼 저장조(122)가 포함된 AOB 그래뉼 생성부(120), 기탁번호 KCTC18620P인 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주가 부착된 유동상 담체의 원활한 유동을 위해 교반기가 포함되며; 담체와 균의 유출방지를 위한 배출장치가 포함된 완전혼합형 유동상 부착식 공정을 특징으로 하는 혐기성 암모늄 산화(ANAMMOX, anaerobic ammonium oxidation) 반응조(130)를 포함하며,
암모니아 산화 활성을 갖고, 기탁번호 KCTC18620P인 균주는 가축분뇨처리장 생물반응조 슬러지에서 분리 및 농화배양이 90 내지 210일 진행되고, 배가시간이 6일인, Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주 배양장치에서 회수되는, Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주.
For the partial nitrite oxidation with a molar ratio of ammonia nitrogen to nitrite nitrogen of 1: 1.05, 4 vol% of supernatant, 30% of settling sludge discharge, 30% of residual sludge and 40% ) / Day, and an air-lift type air supply device is included to keep the settling time short so that the AOB granules with good sedimentation are located at the bottom and the sludge with poor sedimentation property is treated with the treated water A partial nitrite sequencing batch reactor (SBR) reaction vessel 110,
Nitrosomonas SPP. Or Nitrosospira SPP. (AOB) granules having a spherical shape and having a size of 200 to 400 mu m are included in the AOB granulation tank 121 and the AOB granulation tank 121,
An AOB granulation unit 120 for storing AOB granules produced in the AOB granule production tank and a granule storage tank 122 for supplying stored AOB granules when the efficiency of the SBR reaction tank is lowered, Candidatus Brocadia sinica OBA1 having accession number KCTC18620P An agitator is included for smooth flow of the strained carrier; An anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) reactor 130, characterized by a fully mixed fluidized bed deposition process comprising an outlet for preventing the carrier and bacteria from leaking out,
Ammonia-oxidizing activity, and the deposit No. KCTC18620P is obtained from Candidatus Brocadia, which is recovered in a Candidatus Brocadia sinica OBA1 culture apparatus, which is separated and concentrated from sludge of a livestock manure treatment plant for 90 to 210 days, sinica OBA1 strain.
청구항 8의 균주를 회수하는 방법에 있어서,
ANAMMOX 반응조(130) 내에서 그래뉼 형태로 증식하여 존재하는 기탁번호 KCTC18620P인 Candidatus Brocadia sinica OBA1 균주를 회수하기 위해서 고액분리 수단을 이용하거나, 유동상 담체에 부착하여 배양된 균을 회수하기 위해 반응조의 5 내지 15부피%로 유동상 담체를 교체하여 증식된 균주를 회수하며,
암모니아 산화 활성을 갖고, 기탁번호 KCTC18620P인 균주는 가축분뇨처리장 생물반응조 슬러지에서 분리 및 농화배양이 90 내지 210일 진행되고, 배가시간이 6일인, 청구항 8의 균주를 회수하는 방법.
A method for recovering a strain according to claim 8,
In order to recover the Candidatus Brocadia sinica OBA1 strain, which is present in the granular form in the ANAMMOX reaction tank 130, and which is present in the deposit number KCTC18620P, or using a solid-liquid separating means, or to deposit the bacteria on the fluidized- To 15 vol.%, To recover the propagated strain,
Wherein the strain having an ammonia oxidizing activity and having a deposit number of KCTC18620P is separated and concentrated in a sludge of a livestock manure treatment plant bioreactor for 90 to 210 days and a doubling time is 6 days.
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