KR101946648B1

KR101946648B1 - 생물 처리 방법

Info

Publication number: KR101946648B1
Application number: KR1020127000108A
Authority: KR
Inventors: 게이이치 마츠오카; 마사노리 이누카이; 히로노부 이나마스; 데츠오 야마시타; 아키라 아카시
Original assignee: 간사이네쯔카가꾸가부시끼가이샤; 가부시키가이샤 신꼬오 간쿄우 솔루션
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2019-02-11
Also published as: US9133043B2; BRPI1010121A8; CN102574715B; EP2471749B1; EP2471749A4; RU2012109877A; KR20120060808A; RU2520561C2; BRPI1010121B1; JPWO2011024905A1; CN102574715A; US20120061316A1; WO2011024905A1; BRPI1010121A2; EP2471749A1; JP4672816B1

Abstract

본 발명은 페놀이나 티오시안 등을 함유하는 피처리수를 생물 처리하는 생물 처리 방법에 있어서, 처리 효율의 저하를 억제하면서 처리수의 수질을 향상시키는 것을 과제로 하고 있다. 본 발명은 그 과제 해결 수단으로서, COD 성분을 함유하고, 게다가, 상기 COD 성분으로서 페놀 또는 티오시안의 적어도 일방이 함유되어 있는 피처리수를, 상기 COD 성분을 분해 가능한 세균을 함유한 오니를 수용하고 있는 생물 처리조에 도입하여, 상기 COD 성분을 상기 세균에 의해 생물학적으로 처리하는 생물 처리 방법으로서, 단위 시간에 상기 세균 1 개당 부하되는 상기 COD 성분의 양을 소정 범위 내로 조정할 수 있도록, 상기 생물 처리조에 대한 상기 피처리수의 도입에 앞서 상기 오니에 함유되어 있는 전체 세균 수를 측정하는 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 생물 처리 방법을 제공한다.

Description

생물 처리 방법{BIOTREATMENT METHOD}

본 발명은 생물 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, COD 성분을 함유하는 피처리수를 세균에 의해 생물학적으로 처리하는 생물 처리 방법에 관한 것이다.

종래, 석탄을 건류하여 코크스를 제조할 때에 석탄으로부터 배출되는 가스에는 암모니아 성분이 많이 함유되어 있고, 이 코크스 제조 설비로부터의 배기 가스를 냉각시킨 경우에 형성되는 응축수나, 상기 배기 가스를 스크러버 등으로 처리한 후의 스크러버 배수에는, 암모니아 성분이 많이 함유되어 있다.

이와 같은 배수에는 암모니아 성분 이외에, 통상, 상기 배기 가스에 함유되어 있는 페놀이나 티오시안 등의 여러 가지의 COD 성분이 함유되어 있다.

이 때문에, 상기 배수의 처리 방법으로서, 종래, 질화 세균 등을 함유한 오니를 사용한 생물학적인 처리 방법이 채용되어 있다 (하기 특허문헌 1 참조).

그런데, 종래의 생물 처리 방법에 있어서는, 예를 들어, 오니를 부유 오니 상태에서 수용시킨 생물 처리조에 처리 대상 물질을 함유하는 피처리수를 유입시키고, 생물 처리에 의해 처리 대상 물질의 농도가 저감된 조 내의 물을 상기 피처리수의 유입에 의해 생물 처리조로부터 일류 (溢流) 시켜 처리수로서 유하시키는 것이 널리 행해지고 있다.

이 종래의 생물 처리 방법에 있어서는, 조 내의 물의 고형분 농도 (MLSS) 를 측정하고, 그 고형분 농도에 대해 생물 처리조에 유입시키는 처리 대상 물질의 양을 조정함으로써 처리수의 수질을 일정 이상의 레벨로 유지시키는 것이 행해지고 있다.

보다 상세하게는, 단위 시간당 생물 처리조에 도입시키는 처리 대상 물질을, 단위 고형분당 일정량이 되도록 피처리수의 유입량을 조정하는 것이 행해지고 있다.

그러나, 페놀이나 티오시안 등을 함유하는 피처리수에 있어서는, 상기와 같은 조정을 실시해도 처리수의 수질을 안정시키는 것이 어려워 예상 외로 많은 COD 성분을 처리수에 잔류시킬 우려를 가지고 있다.

이것에 대해, COD 성분의 제거율이 가장 낮아지는 경우에도 요구하는 수질의 처리수가 얻어지도록, 생물 처리조에 도입하는 COD 성분의 양을 제한하는 것을 생각할 수 있다.

그러나, 그 경우에는, 필요 이상으로 COD 성분의 도입량이 제한되게 되기 때문에, 처리 효율의 관점에서는 바람직한 것은 아니다.

즉, 페놀 또는 티오시안의 적어도 일방이 함유되어 있는 피처리수를 생물학적으로 처리하는 생물 처리 방법에 있어서는, 처리 효율의 저하를 억제하면서 처리수의 수질을 향상시키는 것이 곤란하다는 문제를 가지고 있다.

일본 공개특허공보 2009-142787호

본 발명은, 페놀이나 티오시안 등을 함유하는 피처리수를 생물 처리하는 생물 처리 방법에 있어서, 처리 효율의 저하를 억제하면서 처리수의 수질을 향상시키는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명자들이 예의 검토를 실시한 결과, 페놀이나 티오시안은, 세균에 대한 활성을 저하시키기 쉽기 때문에, 이들을 함유하는 피처리수를 생물 처리하는 경우에 있어서는, 간단히 고형분 농도 등에 주목한 것 만으로는 생물 처리조의 처리 능력을 파악하는 것이 곤란한 것을 알아내었다.

또, 생물 처리조의 처리 능력을 파악하는 지표를 새롭게 검토한 결과, 생물 처리조에 있어서 단위 시간에 분해 (산화) 되는 COD 성분의 양과, 오니 중의 전체 세균의 수 사이에 상관성을 알아내었다.

그리고, 이 전체 세균의 수를 지표로 하여, 세균 수 1 개당 단위 시간에 부하되는 COD 성분의 양을 소정 레벨로 유지시킴으로써, COD 성분의 제거 (분해) 율을 높은 레벨로 유지시킬 수 있는 것을 알아내어 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위한 생물 처리 방법에 관한 본 발명은, COD 성분을 함유하고, 게다가, 상기 COD 성분으로서 페놀 또는 티오시안의 적어도 일방이 함유되어 있는 피처리수를, 상기 COD 성분을 분해 가능한 세균을 함유한 오니를 수용하고 있는 생물 처리조에 도입하여, 상기 COD 성분을 상기 세균에 의해 생물학적으로 처리하는 생물 처리 방법으로서, 단위 시간에 상기 세균 1 개당 부하되는 상기 COD 성분의 양을 소정 범위 내로 조정할 수 있도록, 상기 생물 처리조에 대한 상기 피처리수의 도입에 앞서 상기 오니에 함유되어 있는 전체 세균 수를 측정하는 공정을 실시하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 이 "전체 세균의 수" 에 대해서는, 생물 처리에 실질적으로 관여하는 경우가 없는 세균까지도 그 수에 포함하는 것을 의도하고 있는 것이 아니고, "생물 처리에 관계하는 전체 세균의 수" 를 의도하고 있는 것이다.

또한, "생물 처리에 관계하는 전체 세균의 수" 는, 구체적으로는, 본 명세서의 실시예에 기재된 방법에 기초하여 측정할 수 있다.

본 발명에 있어서는, COD 성분을 분해 가능한 세균을 함유한 오니를 생물 처리조에 수용시키고, 그 생물 처리조에 COD 성분을 함유하는 피처리수를 도입하여 상기 세균에 의한 생물 처리가 실시된다.

게다가, 피처리수의 도입에 앞서, 생물 처리조의 오니에 함유되어 있는 전체 세균의 수를 측정하는 공정을 실시한다.

따라서, 상기 측정에 의해 구해진 세균 수에 기초하여 생물 처리조에 도입하는 COD 성분의 양을 조정할 수 있고, 단위 시간에 상기 세균 1 개당 부하시키는 COD 성분의 양을 조정할 수 있다.

즉, 단위 시간에 상기 세균 1 개당 부하되는 COD 성분의 양을 소정 범위 내로 조정함으로써, COD 성분의 제거 효율을 높은 상태로 유지시키면서 생물 처리를 실시시킬 수 있어, 처리 효율의 저하를 억제하면서 처리수의 수질을 향상시킬 수 있다.

도 1 은 본 실시형태의 생물 처리 방법에 사용되는 장치의 구성을 나타내는 개략 구성도.
도 2 는 실시예에 있어서 각 폭기조에 하루 동안 도입된 COD 성분량의 추이를 나타내는 그래프.
도 3 은 각 폭기조에 하루 동안 도입된 암모니아성 질소의 양의 추이를 나타내는 그래프.
도 4 는 각 폭기조에 하루 동안 도입된 페놀의 양의 추이를 나타내는 그래프.
도 5 는 각 폭기조에 하루 동안 도입된 티오시안의 양의 추이를 나타내는 그래프.
도 6 은 각 폭기조에 있어서의 전체 세균 수의 추이를 나타내는 그래프.
도 7 은 각 폭기조에 있어서의 암모니아 산화 세균 (AOB) 수의 추이를 나타내는 그래프.
도 8 은 각 폭기조에 있어서의 아질산 산화 세균 (NOB) 수의 추이를 나타내는 그래프.
도 9 는 각 폭기조에 있어서의 페놀 분해 세균 수의 추이를 나타내는 그래프.
도 10 은 각 폭기조에 있어서의 티오시안 분해 세균 수의 추이를 나타내는 그래프.
도 11 은 하루당 1 세균에 처리시키는 COD 성분의 양과 처리 수질의 관계 (좌측 도면), 및 MLSS 당 처리시키는 COD 성분의 양과 처리 수질의 관계 (우측 도면) 를 나타내는 그래프.
도 12 는 각 폭기조의 아질산 산화 세균 (NOB) 수와 처리수의 COD 농도의 관계를 나타내는 그래프.

이하에, 도면을 참조하면서 본 발명의 제 1 실시형태에 대해 설명한다.

도 1 은 본 실시형태의 생물 처리 방법에 관해서 사용되는 장치의 구성을 나타내는 것으로, 부호 10, 20 은 석탄을 건류하여 발생한 가스를 냉각시키기 위한 간접 냉각기와 직접 냉각기를 각각 나타내고 있고, 부호 30 은 타르데칸터를 나타내는 것이다.

그리고, 본 실시형태에 있어서의 생물 처리 방법으로서, 이 타르데칸터 (30) 로부터 유하하는 배수를 호기적으로 생물 처리하는 생물 처리조 (40) (이하 「폭기조 (40)」라고 한다) 에서 처리하는 경우를 예로 설명한다.

먼저, 생물 처리에 제공하는 피처리수에 대해 설명한다.

석탄이 건류됨으로써 발생한 건류 가스는 간접 냉각기 (10) 의 내부에 설치된 냉각 튜브 (11) 에 있어서 열교환되어 냉각된다.

이 때, 상기 냉각 튜브 (11) 에는 해수 등이 유통되기 때문에 상기 건류 가스는, 크게 온도가 저하되어 응축수를 발생시키게 된다.

이 응축수에는, 타르분이나 암모니아 성분과 함께 페놀, 티오시안 등이 함유되어 있다.

상기 건류 가스에 함유되어 있는 유기 성분 등은 간접 냉각기 (10) 에서의 냉각시에 발생한 응축수에 흡수되어 제거된다.

직접 냉각기 (20) 에서는, 분무가 실시되고, 그 분무에 의해 발생한 응축수, 그리고, 간접 냉각기 (10) 에서 발생한 응축수는 타르데칸터 (30) 에 수용되어, 타르분과 배수로 분리되고, 그 배수가 본 실시형태의 생물 처리 방법에 의해 처리되게 된다.

본 실시형태의 생물 처리 방법에 있어서는, COD 성분 등의 농도가 생물 처리에 적절한 농도가 되도록 상기 배수를 필요에 따라 공업용수 등으로 희석시켜 피처리수로 한다.

즉, 본 실시형태에 있어서는, 희석 전 또는 희석 후에 함유되는 페놀이나 티오시안, 암모니아성 질소 등의 양이 생물 처리에 적절한 상태가 되도록 상기 피처리수를 조정하여 생물 처리를 실시한다.

본 실시형태의 생물 처리 방법에 있어서는, 상기 피처리수가 상기 폭기조 (40) 로 보내져 질화 처리가 실시됨과 함께 상기 페놀이나 상기 티오시안과 같은 COD 성분의 분해 (산화) 가 실시된다.

즉, 폭기조 (40) 에는, 암모니아 산화 세균, 아질산 산화 세균, 페놀 분해 세균, 티오시안 분해 세균 등을 함유한 오니가 수용되어 있고, 본 실시형태에 있어서는, 이들 세균에 의해 암모니아 성분의 질화나, 페놀이나 티오시안의 분해와 같은 생물학적인 처리를 실시한다.

이 때, 유량 제어 장치 (50) 와 협동하는 조정 밸브 (51) 에 의해 폭기조 (40) 에 유입시키는 상기 피처리수의 유입량을 조정하여, 폭기조 (40) 에 유입시키는 COD 성분의 양을 조정한다.

이 유량 제어 장치 (50) 에 의한 제어는 미리 상기 폭기조 (40) 에 대해 실시한 전체 세균의 균 수 측정에 기초하여 설정된 프로그램에 의해 실시시키는 것이 중요하다.

구체적으로는, 폭기조 (40) 에 수용되어 있는 오니에 함유되는 전체 세균의 수를 n (copies) 으로 하고 피처리수에 있어서의 COD 성분의 농도를 X (㎎/리터) 로 한 경우에, 단위 시간당의 피처리수의 유량 V (리터/일) 를 소정 범위로 함으로써 단위 시간당, 폭기조 (40) 에 있어서의 세균 1 개당 부하하는 COD 성분의 양 (COD 성분 부하 : X × V/n) 의 값을 조정하는 것이 중요하다.

또한, 이 폭기조 (40) 로부터 유하되는 처리수는, 예를 들어, 그 COD 성분의 농도가 100 (㎎/리터) 이하가 될 정도로 저감되어 있으면, 코크스 제조 설비나 제철 플랜트 등에 있어서의 여러 가지의 용도에 이용이 가능해진다.

또, 하천 등으로의 방류를 실시하는 것을 상정한 경우에도, 상기와 같은 COD 성분 농도로 되어 있으면, COD 성분의 저감을 더욱 도모하기 위해, 대대적인 처리를 필요로 하지 않는다.

이와 같은 점에 있어서, 폭기조 (40) 로부터 유하시키는 처리수의 COD 성분의 농도는, 80 (㎎/리터) 이하인 것이 보다 바람직하고, 60 (㎎/리터) 이하인 것이 특히 바람직하다.

그리고, 폭기조 (40) 로부터 유하되는 처리수를 상기와 같은 COD 농도로 하려면, 폭기조 (40) 의 형상이나 폭기 조건 등에 따라 다르기도 한데, 통상, 상기 유량 (V) 을 조정하여, 폭기조 (40) 에 유입되는 COD 성분이 100 (pg/copies/일) 이하가 되도록 하면 된다.

또, 과도하게 유량을 제한하면 처리 효율을 저하시키게 되기 때문에, 폭기조 (40) 에 유입되는 COD 성분이 10 (pg/copies/일) 이상이 되도록 유량 (V) 을 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 전체 세균의 측정은 반드시 빈번하게 실시할 필요는 없지만, 전체 세균의 측정을 장기간 실시하지 않는 경우에는, 지표로 하고 있는 전체 세균 수가, 폭기조 (40) 내의 실제의 전체 세균 수와 괴리되어 버려 처리수의 수질을 예상 외로 악화시킬 우려를 갖는다.

이와 같은 관점에서, 전체 세균 수를 측정하는 공정은 대체로 2 주간에 1 회 이상의 빈도, 바람직하게는 1 주간에 1 회 이상의 빈도로 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 종래의 생물 처리 방법에 있어서는, 전체 세균을 측정하는 것이 행해지지 않고, 전체 세균을 지표로 한 COD 성분의 부하의 조정은 전혀 주목받지 않았던 것이다.

상기 폭기조 (40) 로부터 유하되는 처리수는 침전조 (60) 에 도입되어 침전 분리를 실시하고, 상청액을 다음 단의 처리 등을 향해 유하시킴과 함께 침전시킨 오니를 인발 오니로서 조 바닥으로부터 배출시킨다.

이 배출시킨 인발 오니는, 예를 들어, 그 일부를 반송 오니로 하여 폭기조 (40) 에 반송하고, 나머지를 잉여 오니로 하여 처리할 수 있다.

또한, 이 오니의 반송에 의해, 폭기조 (40) 에 수용되는 오니의 양을 변화시킬 수 있다.

따라서, 이 반송 오니의 조정에 의해 폭기조 (40) 의 전체 세균 수를 변화시키는 것이 가능하다.

즉, 조정 밸브 (51) 에 의한 COD 성분 도입량의 조정 대신에, 반송 오니량의 조정에 의해 폭기조 (40) 에 있어서 단위 시간에 세균 1 개당 부하되는 COD 성분량 (COD 성분 부하) 을 조정하는 것이 가능하다.

또한, 이 반송 오니에 한정하지 않고, 생물 제제 등의 첨가에 따라 폭기조 (40) 의 전체 세균 수를 조정할 수도 있다.

이 폭기조 (40) 에 있어서의 전체 세균 수의 조정과, 상기 조정 밸브 (51) 등에 의한 폭기조 (40) 에 대한 COD 성분의 도입량의 조정은 각각 단독으로 실시하는 것도 가능하고, 양방을 동시에 실시하여 폭기조 (40) 에 있어서의 COD 성분 부하를 조정시키는 것도 가능하다.

종래의 생물 처리 방법이면, 이 암모니아, 페놀이나 티오시안과 같은 것이 함유되어 있는 피처리수이어도, 다른 생물 처리와 마찬가지로 생물 처리조 내의 고형분 농도에 기초하여, 단위 시간당 생물 처리조에 도입시키는 피처리수의 양을, 고형분의 단위 질량당의 COD 성분 부하를 일정하게 하도록 조정시키고 있었다.

그러나, 오니는 수질 정화에 관여하는 세균 이외에 무기 물질이나 세균 이외의 유기물 등으로 구성되기 때문에 고형분 농도가 적확하게 COD 성분의 분해 능력을 나타내고 있다고는 하기 어렵다.

또, 오니는 기능이 상이한 (즉, 처리 대상이 상이한) 여러 가지 세균으로 구성되고, 이들 세균의 구성 비율은 피처리수의 조성의 변화나 고형물 체류 시간 (SRT) 등에 따라 변동한다.

따라서, 어떠한 특정한 물질 (예를 들어, 암모니아나 페놀 등) 의 부하 관리를 여러 가지 세균 그리고 무기 물질 등과의 혼합 덩어리인 고형분의 농도로 실시하는 것은 정밀도 면에서 매우 열등하다고 할 수밖에 없다.

그리고, 그러한 경우에는, 예상 외로 COD 성분을 처리수 중에 잔존시켜 버릴 우려를 갖는다.

한편, 본 실시형태에 관련된 생물 처리 방법에 있어서는, 오니에 함유되어 있는 전체 세균의 수를 측정하여, 세균 1 개당 부하시키는 COD 성분의 양을 소정 범위 내로 하기 위해, 이 세균 수에 기초하여 생물 처리조에 도입시키는 피처리수의 양, 또는 반송 오니의 양이 조정된다.

즉, 본 실시형태에 관련된 생물 처리 방법에 있어서는, 생물 처리조에 대한 상기 피처리수의 도입에 앞서 상기 오니에 함유되어 있는 전체 세균 수를 측정하는 공정과, 그 공정에 의해 구해진 전체 세균 수에 기초하여, 단위 시간에 상기 세균 1 개당 부하되는 상기 COD 성분의 양을 소정 범위 내로 조정하는 공정이 실시된다.

그리고, COD 성분의 양을 소정 범위 내로 조정하는 공정을, 생물 처리조에 도입시키는 피처리수의 양을 조정하는 공정이나, 생물 처리조의 오니의 양을 조정하는 공정의 적어도 일방의 공정에 의해 실시되고 있다.

따라서, 전체 세균의 수를 미리 측정함으로써, 생물 처리조에 있어서의 COD 성분의 분해량을 예측할 수 있어, 필요 이상으로 피처리수의 처리량을 감소시키지 않고 처리수에 요구되는 수질을 일정 이상으로 확보할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 페놀과 티오시안이 양방 모두 많이 함유되어 있어, 처리수의 COD 성분 잔존량을 예측하는 것이 특히 곤란하여, 본 발명의 효과를 보다 현저하게 발휘시킬 수 있는 점에서, 석탄으로부터 코크스가 제조될 때에 배출되는 배기 가스가 냉각되어 발생되는 응축수를 폭기조에서 처리하는 경우를 예시하고 있는데, 이와 같은 경우에 발생되는 응축수뿐만 아니라, 본 발명은 페놀이나 티오시안과 같은 생물 처리에 있어서 영향을 주기 쉬운 물질이 함유되어 있는 피처리수의 처리 전반에 적용이 가능한 것이다.

그리고, 그 경우에는, 생물 처리의 방법이나 장치에 있어서 종래 공지된 기술 사항을 적절하게 선택하여 채용할 수 있다.

실시예

다음으로 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

(피처리수)

석탄의 건류를 실시하고 있는 코크스로로부터 배출되는 가스를 간접적 그리고 직접적으로 냉각시켜 발생한 암모니아, 페놀이나 티오시안 등을 함유하는 배수는, 공업용수와 해수로 4 배로 희석시켜 (배수 : 공업용수 : 해수 = 1 : 1 : 2), 이것을 생물 처리에 제공하는 피처리수로 하였다.

(폭기조)

상기 피처리수는 3 개의 폭기조에서 생물 처리를 실시하였다.

3 개의 조 중, 2 개의 폭기조는 조 형상 (17 m × 19 m × 4.6 m) 및 용적 (1486 ㎥) 이 동일하고, 나머지 하나는 앞의 동 형상의 폭기조에 비해 2/3 정도의 용적 (921 ㎥ : 14 m × 14 m × 4.7 m) 을 갖는 것이다.

(세균 수의 측정)

생물 처리에 앞서, 각 조에 수용되어 있는 오니를 샘플링하여, 하기 방법으로 세균 수를 측정하였다.

(리얼타임 PCR 에 의한 세균 수의 정량)

COD 제거에 관여하는 전체 세균 (진정 세균), 암모니아의 질화에 관련되는 암모니아 산화 세균과 아질산 산화 세균, 그리고 COD 성분 중에서도 난분해성으로 독성이 강한 페놀의 분해에 관련된 페놀 분해 세균, 및 티오시안의 분해에 관련되는 티오시안 분해 세균의 존재 수량의 정량을 리얼타임 PCR 에 의해 실시하였다.

표 1 과 표 2 에 각각 리얼타임 PCR 에 이용한 primer 와 probe 의 명칭과 염기 배열, 및 리얼타임 PCR 의 조건을 나타낸다.

(1) 전체 세균 수의 정량

전체 세균 (진정 세균) 의 존재 수량의 정량은 Forward primer 로서 BACT 1369F, Reverse primer 로서 PROK 1492R, 또 TaqMan probe 로서 BACT 1389 를 이용한 TaqMan probe 법에 의해 실시하였다.

(2) 암모니아 산화 세균 (AOB) 수의 정량

Forward primer 로서 CTO189fA/B 와 CTO189fC 를 2 : 1 의 몰비로 혼합한 것, Reverse primer 로서 RT1r 을 이용하고, 또한 TaqMan probe 로서 TMP1 을 이용한 TaqMan probe 법에 의해 실시하였다.

(3) 아질산 산화 세균 (NOB) 수의 정량

Nitrospira spp . 와 Nitrobacter spp . 를 대상으로 실시하였다.

Nitrospira spp . 수의 정량은 Forward primer 로서 NSR113f, Reverse primer 로서 NSR1264r 을 이용하고, 또한 TaqMan probe 로서 NSR1143Taq 를 이용한 TaqMan probe 법에 의해 실시하였다.

한편 Nitrobacter spp . 수의 정량은 Forward primer 로서 NIT3f, Reverse primer 로서 NIT2r 을 이용한 SYBR Green 법에 의해 정량하였다.

(4) 페놀 분해 세균 수의 정량

페놀 분해 세균 수의 정량은 Forward primer 로서 PHE-F, Reverse primer 로서 PHE-R 을 이용한 SYBR Green 법에 의해 정량하였다.

(5) 티오시안 분해 세균 수의 정량

티오시안 분해 세균의 PCR 을 이용한 검출·정량 방법에 관한 논문을 검색하여, 기재된 PCR primer 을 이용하여 PCR 반응의 조건 검토를 실시했는데, 목적으로 하는 티오시안 분해균을 검출할 수 없었다.

그래서, 데이터베이스 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) 에 등록되어 있는 티오시안 분해 효소 (thiocyanate hydrolase : scnC) 유전자의 배열을 기초로, 표 3 에 나타내는 5 종류의 티오시안 분해균 수 정량용 (TaqMan real-time PCR 법) 의 Primer/Probe 를 설계하였다.

또한, 이 티오시안 분해 세균의 검출·정량용의 PCR primer/probe 는 일본 특허출원 2009-33617호에 기재된 것이다.

표 4 에 각 폭기조에 유입시키는 피처리수의 수질 및 이 피처리수의 유입에 의한 부하의 평균치, 최대치 및 최소치를 나타낸다.

또한, 표 중 「No.3 AT」로서 나타나 있는 것이 용적을 다르게 한 폭기조이고, 「No.7 AT」, 「No.8 AT」로서 나타나 있는 것이 용적을 동일하게 하는 2 개의 폭기조를 나타내고 있다.

이후, 이들 폭기조를, 각각 「AT No.3」, 「AT No.7」, 「AT No.8」혹은, 간단히 「No.3」, 「No.7」, 「No.8」로 나타내는 경우가 있다.

(COD 성분의 추이)

도 2 에 평가 기간 (약 150 일간) 에 있어서의 각 폭기조에 부하된 1 일간의 COD 성분량의 추이를 나타낸다.

이 도 2 에도 나타나는 바와 같이, 「No.3 AT」에 부하된 1 일당 COD 성분량은 586 ∼ 898 kg/d 로 추이하고, 그 안의 최소치와 최대치는 약 1.5 배의 차이가 보였다.

한편 「No.7 AT」와「No.8 AT」는 동일한 부하로 운전되어, 2520 ∼ 3400 kg/d 로 추이하고, 그 안의 최소치와 최대치는 약 1.4 배의 차이가 보였다.

「No.3 AT」와, 「No.7 AT」나 「No.8 AT」는 용적 부하에 차가 있고, 「No.7 AT」나 「No.8 AT」의 폭기조의 용적 부하는 「No.3 AT」의 용적 부하의 약 2.5 배의 부하로 운전되고 있었다.

(암모니아성 질소 (NH4-N) 성분의 추이)

도 3 에 약 150 일간에 걸쳐서 각 폭기조에 1 일당 부하되는 암모니아성 질소의 양을 관찰한 결과를 나타낸다.

이 도 3 에서도 알 수 있는 바와 같이, 「No.3 AT」에 부하된 1 일당의 NH4-N 성분량은 369 ∼ 577 kg/d 로 추이하고, 이 최소치와 최대치는 약 1.6 배의 차이가 보였다.

한편 「No.7 AT」와「No.8 AT」는 동일한 부하로 운전되고, 1699 ∼ 2170 kg/d 로 추이하고, 이 최소치와 최대치는 약 1.3 배의 차이가 보였다.

(페놀의 추이)

도 4 에, 지금까지와 마찬가지로, 약 150 일간에 걸쳐서 각 폭기조에 1 일당 부하되는 페놀의 양을 관찰한 결과를 나타낸다.

이 도 4 에서도 알 수 있는 바와 같이, 「No.3 AT」에 부하된 1 일당 페놀량은 180 ∼ 317 kg/d 로 추이하고, 이 최소치와 최대치는 약 1.8 배의 차이가 보였다.

한편 「No.7 AT」와「No.8 AT」는 동일한 부하로 운전되어, 795 ∼ 1146 kg/d 로 추이하고, 이 최소치와 최대치는 약 1.4 배의 차이가 보였다.

(티오시안의 추이)

도 5 에, 지금까지와 마찬가지로, 약 150 일간에 걸쳐서 각 폭기조에 1 일당 부하되는 티오시안의 양을 관찰한 결과를 나타낸다.

이 도 5 에서도 알 수 있는 바와 같이, 「No.3 AT」에 부하된 1 일당 티오시안량은 41 ∼ 64 kg/d 로 추이하고, 이 최소치와 최대치는 약 1.6 배의 차이가 보였다.

한편 「No.7 AT」와「No.8 AT」는 동일한 부하로 운전되어 175 ∼ 235 kg/d 로 추이하고, 이 최소치와 최대치는 약 1.3 배의 차이가 보였다.

표 5 에 처리수의 수질 및 각 성분의 제거율〔(부하된 양 - 처리수에 잔존하고 있는 양)/부하된 양 × 100％〕부하의 평균치, 최대치 및 최소치를 나타낸다.

용해성 COD_Mn 의 제거율은 3 개의 폭기조에서 차는 없었지만, 처리 수질은 「No.3 AT」가 가장 낮고, 이어서 「No.8 AT」, 「No.7 AT」의 순서였다.

이것은 후단에 있어서도 서술하지만, 세균 수당 COD 부하의 차에 의한 것으로 추찰된다.

NH4-N 은 거의 제거 (NO2-N 으로 산화) 되지 않고, 제거율은 최대이어도 10 ％ 대였다.

페놀은 모든 폭기조에서 거의 100 ％ 제거되었고, 처리수 중의 농도는 최대로 0.1 ㎎/ℓ 이하였다.

티오시안은 모든 폭기조에서 제거율 97 ％ (평균) 로, 양호하게 처리되어 있었다.

표 6 에 각각의 폭기조의 오니 1 ㎎ 당 생식하는 전체 세균, 암모니아 산화 세균 (AOB), 아질산 산화 세균 (NOB), 페놀 분해 세균, 및 티오시안 산화 세균의 평균치, 최대치 및 최소치를 나타낸다.

(전체 세균 수의 추이)

도 6 에, 각 폭기조에 있어서 오니 1 ㎎ 당의 전체 (진정) 세균 수를 약 150 일간에 걸쳐서 관찰한 결과 (세균 수의 추이) 를 나타낸다.

오니 중의 전체 세균 수는 폭기조간에 큰 차는 보이지 않았다.

또, 동일 폭기조 내에서는 시간 경과적으로 큰 변동은 없고, 5 × 10⁹ (copies/㎎MLSS) 전후로 비교적 안정적이었다.

(암모니아 산화 세균 (AOB) 수의 추이)

도 7 에 각 폭기조에 있어서 오니 1 ㎎ 당 AOB 수를 약 150 일간에 걸쳐서 관찰한 결과 (세균 수의 추이) 를 나타낸다.

오니 중의 AOB 수는 폭기조간에 차가 보였다.

즉, 「No.7 AT」가 가장 적고 3.19 × 10⁵ (copies/㎎ MLSS) 로, 가장 존재 수량이 많았던 「No.3 AT」는 4.21 × 10⁶ (copies/㎎ MLSS) 으로, 10 배의 차가 있었다.

또, 동일 폭기조 내의 AOB 수는 시간 경과적으로도 크게 변동하여, 최대치와 최소치는 100 배의 차가 있었다.

(아질산 산화 세균 (NOB) 수의 추이)

도 8 에 각 폭기조에 있어서 오니 1 ㎎ 당 NOB 수를 약 150 일간에 걸쳐서 관찰한 결과 (세균 수의 추이) 를 나타낸다.

AOB 와 마찬가지로 폭기조간에 NOB 의 존재 수량에는 차가 보였다. 또, 동일 폭기조 내의 NOB 수는 주기적으로 변동하여, 최대치와 최소치는 약 10 배의 차가 있었다.

(페놀 분해균 수의 추이)

도 9 에 각 폭기조에 있어서 오니 1 ㎎ 당 페놀 분해균 수를 약 150 일간에 걸쳐서 관찰한 결과 (세균 수의 추이) 를 나타낸다.

그 결과, 「No.7」의 폭기조와 「No.8」의 폭기조의 페놀 분해균 수에는 거의 차는 보이지 않았지만, 「No.3」의 폭기조는 거기에 비교하여 적었다.

또, 동일 폭기조 내의 페놀 분해균 수는 변동하여, 약 30 일 경과 후에 최저가 되고, 그 후 완만하게 상승하였다.

(티오시안 분해균 수의 추이)

도 10 에 각 폭기조에 있어서 오니 1 ㎎ 당의 티오시안 분해 세균 수를 약 150 일간에 걸쳐서 관찰한 결과 (세균 수의 추이) 를 나타낸다.

본 세균의 존재 수량은 폭기조간에 큰 차가 보이고, 「No.3」의 폭기조에 가장 많이 존재하여, 가장 적었던 「No.8」의 폭기조의 약 100 배의 차가 보였다.

다음으로, 생물 진단 기술 (정량 PCR 법) 을 이용하여 구한 전체 세균 수, 암모니아 산화 세균 수, 아질산 산화 세균 수, 페놀 분해균 수, 및 티오시안 분해균 수와 COD 성분 부하, 암모니아 부하, 아질산 부하, 페놀 부하, 및 티오시안 부하와 처리 수질의 상관 관계를 해석하였다.

결과를 표 7 에 나타낸다.

표 7 에 나타내는 바와 같이, 전체 세균 수와 처리수의 COD 농도, 및 아질산 산화 세균 (NOB) 수와 처리수의 COD 에 각각 1 ％ 수준으로 부의 상관이 보였다.

즉, 처리수 중의 COD 의 농도의 상승에 따라 전체 세균 수와 NOB 수는 감소하는 경향을 나타내었다.

여기서는, 분해되기 어려운 COD 성분이 이들 세균에 악영향을 미쳐, 증식을 저해했기 때문에 이와 같은 결과가 관찰된 것으로 추찰된다.

(COD 성분 부하와 처리수 균 수의 관계)

이 검토에 이용한 코크스 배수의 처리 설비의 운전 관리 지표를 설정하기 위해서, 1 세균당 COD 성분 부하 (하루당 처리시키는 COD 성분의 양) 와 처리 수질의 관계를 구하였다.

도 11 (좌측 도면) 에 나타내는 바와 같이, 1 세균당 COD 성분 부하와 처리 수질 사이에는 높은 상관이 보여, 1 세균당 COD 성분 부하가 상승함에 따라, 처리수의 COD 농도도 상승하였다.

따라서, 유입되는 COD 성분 부하에 대해 적절한 세균 수를 생물 처리조 내에 유지시킴으로써 처리수의 수질 관리를 실시할 수 있는 것으로 생각된다.

한편, 도 11 (우측 도면) 에 나타내는 바와 같이, 종래의 생물 처리에 있어서의 관리 지표로서 이용되어 온 MLSS 당 COD 성분 부하 (COD-MLSS 부하) 와 처리수 COD 농도의 관계에 있어서는, 상관 계수 (R2) 가 좌측 도면에 비해 낮고, 또 폭기조의 차에 따라 회귀 직선의 기울기가 정 (正) 이 되거나 부 (負) 가 되거나 하여, 편차가 보인다.

이상과 같이, 페놀이나 티오시안을 함유하는 피처리수의 생물학적인 처리에 있어서는, 오니를 구성하는 세균의 존재 수량을 생물 진단 기술로 정량하고, 「 1 세균당 COD 성분 부하」라는 새로운 관리 지표를 설정함으로써, 종래의 MLSS 에 의한 부하를 관리하는 방법에 비해 양호한 정밀도로 처리수의 수질을 관리할 수 있는 것을 알 수 있다.

앞서 서술한 바와 같이, 종래의 MLSS 에 의한 부하를 관리하는 방법에서는, COD 성분의 제거율의 예측 정밀도가 낮기 때문에, 확실하게 처리수의 COD 성분 잔존량을 소정값 이하로 하는 것이 요구되는 경우에 있어서, 세균에 부하되는 COD 성분의 양이, 이 세균의 분해 능력을 크게 밑도는 양이 되는 경우가 있어, 세균의 능력이 충분히 발휘되지 않을 우려를 가지고 있었다.

한편, 본 발명에 의하면, 세균 1 개 당의 부하가 직접 컨트롤 가능해지기 때문에, 세균의 분해 능력을 최대한으로 발휘시킬 수 있는 상태를 유지시킬 수 있다.

즉, 상기와 같은 점에서도, 본 발명의 생물 처리 방법이 종래의 생물 처리 방법에 비해 우수한 것을 알 수 있다.

(각각의 세균에 대해)

(NOB 수와 처리수의 COD 농도의 관계)

각 폭기조의 NOB 수와 처리수 COD 농도의 관계를 도 12 에 나타낸다.

이 도면으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 폭기조에서 분해되지 않고 처리수에 잔존하는 COD 농도가 높아짐에 따라 NOB 수가 감소하는 경향이 관찰되었다.

NOB 는, 통상, 유기성 COD 성분의 분해에는 관여하지 않기 때문에, 상기와 같은 경향이 보였던 것은 잔존하는 COD 성분의 영향을 받아 NOB 의 증식이 저해된 것을 시사하고 있어, NOB 를 유해 성분의 유입을 찰지하는 지표로서 활용할 수 있는 것으로 생각된다.

(페놀-페놀 분해 세균 부하 및 티오시안-티오시안 분해 세균 부하)

도 11 과 마찬가지로, 페놀 분해 세균 1 개당 단위 시간에 부하하는 페놀의 양 (페놀 부하), 및 티오시안 분해 세균 1 개당 단위 시간에 부하하는 티오시안의 양 (티오시안 부하) 에 대해 해석했지만, 상관 관계는 보이지 않았다.

하기 표 8 에도 나타내는 바와 같이, 페놀 분해 세균 1 개당 페놀 부하의 최대치와 최소치의 차는 「No.3 AT」와「No.7 AT」로 약 7.5 배의 차가 보이고, 「No.8 AT」에서는 약 9.4 배로 큰 차가 보였다.

그럼에도 불구하고 처리수의 페놀 농도는 0.1 ㎎/ℓ 이하로 매우 양호하게 처리 (제거율 약 100 ％) 되어 있었다.

따라서, 페놀 분해 세균에 대한 페놀 부하를 각 폭기조의 최대 부하 이하가 되도록 운전하면, 양호한 수질을 얻는 것이 가능한 것으로 추찰된다.

「No.3 AT」, 「No.7 AT」및 「No.8 AT」의 각 폭기조의 티오시안 분해 세균 1 개당 단위 시간에 부하하는 티오시안의 양 (티오시안 부하) 의 최대치와 최소치의 차는, 각각, 약 710 배, 약 160 배, 약 9 배로 큰 차가 있었음에도 불구하고, 양호한 처리 수질이 얻어졌다 (처리수 티오시안 농도 : 7.0 ㎎/ℓ이하, 제거율 : 93 ％ 이상).

따라서, 티오시안 분해 세균에 대한 티오시안 부하를 각 폭기조의 최대 부하 이하가 되도록 운전하면, 양호한 수질을 얻는 것이 가능한 것으로 추찰된다.

이상으로부터도, 전체 세균의 수를 미리 측정함으로써, 생물 처리조에 있어서의 COD 성분의 분해량을 예측할 수 있어, 필요 이상으로 피처리수의 처리량을 감소시키지 않고 처리수에 요구되는 수질을 일정 이상으로 확보시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.

또, 전체 세균의 수와 함께, 아질산 산화 세균의 수를 아울러 측정함으로써, 페놀이나 티오시안 등의 생물 처리에 있어서의 유해한 성분의 유입을 파악하는 것이 가능해진다.

또한, 페놀 분해 세균이나 티오시안 분해 세균의 수를 아울러 측정하고, 처리수에 있어서의 페놀이나 티오시안의 잔존량을 소정 이하로 시킬 수 있는 최대의 부하를 미리 파악해 두고, 그 후, 이 최대 부하를 지표에 생물 처리를 실시시킴으로써 처리수를 보다 확실하게 양호한 수질로 할 수 있다.

즉, 페놀 분해 세균이나 티오시안 분해 세균의 수를 아울러 측정함으로써, 처리수의 수질이 원하는 수질 이하가 되는 것을 보다 확실하게 억제하면서 생물 처리의 처리 효율을 종래의 생물 처리 방법에 비해 향상시킬 수 있다.

10 간접 냉각기
11 냉각 튜브
20 직접 냉각기
21 스크러버 장치
30 타르데칸터
40 폭기조 (생물 처리조)
50 유량 제어 장치
51 조정 밸브
60 침전조

Claims

COD 성분을 함유하고, 게다가, 상기 COD 성분으로서 페놀 또는 티오시안의 적어도 일방이 함유되어 있는 피처리수를, 상기 COD 성분을 분해 가능한 세균을 함유한 오니를 수용하고 있는 생물 처리조에 도입하여, 상기 COD 성분을 상기 세균에 의해 생물학적으로 처리하는 생물 처리 방법으로서,
상기 생물 처리조에 대한 상기 피처리수의 도입에 앞서 상기 오니에 함유되어 있는 전체 세균 수를 측정하는 공정을 실시하고, 상기 처리에서는 상기 공정에서 측정된 세균 1 개당 단위 시간에 부하되는 상기 COD 성분의 양을 10 ~ 100 (pg/copies/일) 으로 조정하여 상기 생물 처리조로부터 배출되는 처리수에 있어서의 COD 성분의 농도를 100 mg/L 이하로 하는 것을 특징으로 하는 생물 처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 피처리수가 석탄으로부터 코크스가 제조될 때에 배출되는 배기 가스가 냉각되어 발생되는 응축수를 함유하고 있는 생물 처리 방법.