KR102139052B1 - 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치 - Google Patents

지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하대수층 함양과정의 동화유기탄소(AOC) 제거기작에 관여하는 지하대수층 유래 미생물을 호기성 반응조에 적용하고, 호기성 반응조를 통해 원수의 동화유기탄소를 일정 부분 제거함으로써 지하대수층 함양과정에 의한 원수 정화시간을 단축할 수 있는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치는 원수를 저류하는 원수조; 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성 반응을 통해 원수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC) 및 유기물을 제거하는 호기성 반응조; 및 호기성 반응조를 거친 원수를 공급받아 지하대수층 함양과정을 통해 함양수를 생산하는 지하대수층 함양처리조;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치{Aquifer storage and recovery system including aerobic reactor using microbes from underground aquifer}
본 발명은 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지하대수층 함양과정의 동화유기탄소(AOC) 제거기작에 관여하는 지하대수층 유래 미생물을 호기성 반응조에 적용하고, 호기성 반응조를 통해 원수의 동화유기탄소를 일정 부분 제거함으로써 지하대수층 함양과정에 의한 원수 정화시간을 단축할 수 있는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치에 관한 것이다.
지하대수층 함양기술(Aquifer storage and recovery)은 우수, 지표수 또는 하수처리수 등을 지중 대수층에 주입하고, 필요시 회수하여 사용하는 기술로서, 갈수기를 대비한 수량 확보 기술로 활용될 수 있으며, 긴 저장 기간 동안 오염물질이 제거되는 수질 확보 기술로서 활용될 수 있다.
지하대수층 함양기술은 유럽과 미국, 싱가포르 등에서 활용되어 왔으며, 그 목적에 따라 크게 두 가지 적용처로 구분될 수 있다. 우선 유럽 지역의 경우, 정수처리 공정의 전처리 공정으로서 활용된다. 특히, 네덜란드에서는 지하대수층에서 주입된 원수가 오랜 시간 보관되면서 미생물이 쉽게 활용할 수 있는 동화유기탄소 (Assimilable organic carbon, AOC)가 10 μg/L 이하로 저감된다고 알려져 있다. 그럴 경우, 일반적으로 소독 공정을 포함하는 정수처리 공정 이후에 각 공급처로 옮겨가는 과정에서 배관에서 미생물이 다시 성장하는 현상이 발생하지 않게 되어, 염소와 같은 화학적 소독이 불필요한 것으로 알려져 있다. 정수처리 과정에서 소독 공정을 배제할 수 있으면, 많은 비용 절감이 가능할 뿐만 아니라 소독 과정에서 발생하는 소독부산물(Disinfection by-products, DBPs)의 발생을 사전에 차단하여 안전한 수돗물을 공급할 수 있다는 장점이 있다. 미국이나 싱가포르의 경우, 하수재이용의 목적으로 고도처리한 하수 재이용수를 지하 대수층에 일정 기간 보관하여 폴리싱(polishing) 과정을 거쳐 용수로서 각 수요처에 공급한다.
이와 같이, 지하대수층 함양기술은 각종 주입 원수를 지하 대수층에 보관함으로써, 지상 공간의 활용도를 높일 수 있고, 증발에 의한 수자원의 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 최근 장기적으로 보관되는 경우, 미량오염물질의 제거도 가능한 것으로 알려졌다. 하지만, 용수 주입 전에 고비용인 전처리 공정을 거쳐 동화유기탄소를 적정 수준으로 유지하는 기술이 적용되고 있다. 이와 함께, 지하대수층 함양기술은 동화유기탄소 제거에 효과적이나 수개월 이상 장기간 보관이 요구된다는 점을 고려해야 한다.
한국등록특허공보 제1334266호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 지하대수층 함양과정의 동화유기탄소(AOC) 제거기작에 관여하는 지하대수층 유래 미생물을 호기성 반응조에 적용하고, 호기성 반응조를 통해 원수의 동화유기탄소를 일정 부분 제거함으로써 지하대수층 함양과정에 의한 원수 정화시간을 단축할 수 있는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치는 원수를 저류하는 원수조; 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성 반응을 통해 원수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC) 및 유기물을 제거하는 호기성 반응조; 및 호기성 반응조를 거친 원수를 공급받아 지하대수층 함양과정을 통해 함양수를 생산하는 지하대수층 함양처리조;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 지하대수층 유래 미생물은 수중의 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 호기성 미생물이며, 지하대수층으로부터 추출된 미생물이거나 지하대수층 함양처리조를 구성하는 토양으로부터 추출된 미생물일 수 있다.
상기 호기성 반응조는 흡착제를 구비하며, 상기 흡착제에 지하대수층 유래 미생물이 부착되어 생장한다. 상기 흡착제는 활성탄 또는 모래를 포함하며, 상기 흡착제는 평판 또는 메쉬망에 활성탄 또는 모래를 부착하여 구성할 수 있으며, 상기 흡착제는 호기성 반응조의 저면 상에 일정 간격을 두고 수직 방향으로 반복하여 배치될 수 있다.
상기 호기성 반응조의 일측에 공기를 공급하는 산기관이 더 구비될 수 있다.
지하대수층 함양처리조의 일측에 지하대수층 함양처리조의 투수층으로부터 유래된 금속이온을 토양유래 응집제를 분리하는 응집제 분리장치가 구비되고, 호기성 반응조의 전단 또는 후단에 응집반응조가 구비되며, 지하대수층 함양처리조의 함양수에 포함되어 있는 토양유래 응집제는 응집제 분리장치에 의해 농축, 분리되어 응집반응조로 공급되며, 응집반응조는 토양유래 응집제를 이용하여 동화유기탄소(AOC) 및 유기물을 응집, 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치는 다음과 같은 효과가 있다.
동화유기탄소(AOC) 제거 기작에 관여하는 미생물을 지하대수층으로부터 추출하고, 이와 같은 지하대수층 유래 미생물을 이용하여 원수에 대해 호기성 반응을 미리 실시함으로써 동화유기탄소(AOC) 제거를 위한 지하대수층 함양과정에 소요되는 기간을 획기적으로 단축시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제를 구비한 호기성 반응조를 나타낸 사진.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치의 동화유기탄소 제거특성을 나타낸 실험결과.
본 발명은 지하대수층 함양기술을 이용하여 원수 내의 동화유기탄소(AOC) 및 기타 유기물을 효과적으로 제거할 수 있는 기술을 제시한다.
앞서, '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 지하대수층 함양기술을 이용하여 원수를 장시간 체류시키면 원수의 동화유기탄소(AOC) 농도는 저감된다. 그러나, 매우 긴 체류시간이 요구될 뿐만 아니라 원수의 성상에 따라 체류시간이 늘어날 수도 있다.
본 발명은 지하대수층 함양기술을 이용하여 원수를 정화함에 있어서, 지하대수층 함양과정의 동화유기탄소(AOC) 제거기작에 관여하는 지하대수층 유래 미생물을 호기성 반응조에 적용하고, 호기성 반응조를 통해 원수의 동화유기탄소를 일정 부분 미리 제거함으로써 지하대수층 함양과정에 의한 원수 정화시간을 단축시킬 수 있는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치는 원수조(110), 호기성 반응조(120), 지하대수층 함양처리조(130) 및 처리수조(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 원수조(110)는 원수를 저장하며, 원수는 지표수, 우수, 오염물질이 포함된 담수, 고도처리된 하폐수 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 호기성 반응조(120)는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성 반응을 통해 원수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC) 및 기타 유기물을 제거하는 역할을 한다. 상기 호기성 반응조(120)는 흡착제를 구비하며, 상기 흡착제에는 지하대수층 유래 미생물이 부착되어 생장한다. 또한, 상기 호기성 반응조(120)의 일측에는 공기를 공급하는 산기관이 구비된다. 호기성 반응조(120)의 상면을 공기에 노출시키도록 구성하는 것도 가능하며, 이 경우 산기관은 요구되지 않는다.
상기 호기성 반응조(120)의 흡착제에 부착되어 생장하는 지하대수층 유래 미생물은 본 발명에 따른 지하대수층 함양장치가 적용되는 지중의 지하대수층(132)부터 추출한 것으로서, 수중의 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 호기성 미생물을 일컫는다. 일 실시예로, 상기 지하대수층 유래 미생물로 Psudomonas Jinjuensis종을 특정할 수 있으며, 지하대수층(132)가 토양을 투과하여 저류되는 것임을 고려하여 지하대수층(132) 상부의 토양으로부터 지하대수층 유래 미생물을 추출할 수도 있다.
상기 흡착제는 활성탄 또는 모래를 이용할 수 있으며, 일 실시예로 평판 또는 메쉬망에 활성탄, 모래를 부착시켜 흡착제를 구성하고, 해당 흡착제를 호기성 반응조(120)의 저면 상에 일정 간격을 두고 수직 방향으로 반복하여 배치할 수 있다(도 2의 ②∼⑤ 참조).
이와 같은 구성 하에, 원수조(110)의 원수가 호기성 반응조(120)로 유입되면 호기성 반응조(120)의 흡착제는 원수 내의 유기물을 흡착하며, 이와 함께 흡착제에 부착되어 생장하는 지하대수층 유래 미생물은 원수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC)를 분해한다. 호기성 반응조(120)의 호기성 반응을 거친 원수는 지하대수층(132) 함량처리조로 이동된다.
상기 지하대수층 함양처리조(130)는 지하대수층 함양과정을 통해 함양수를 생산하는 역할을 한다. 상기 지하대수층 함양처리조(130)는 통상의 지하대수층 함양장치를 이용할 수 있다. 일 실시예로, 투수층(131)과 지하대수층(132)의 조합으로 지하대수층 함양처리조(130)를 구성할 수 있다. 상기 지하대수층 함양과정은 호기성 반응조(120)를 거친 원수가 투수층(131)을 통과하여 지하대수층(132)에 저류되는 과정이며, 원수가 투수층(131)을 통과하는 과정에서 원수에 포함되어 있는 유기물 등이 투수층(131)에 의해 걸러진다.
지하대수층 함양처리조(130)에 의해 처리된 함양수는 처리수조(140)로 이동되며, 도면에 도시하지 않았지만 지하대수층 함양처리조(130)의 일측에 함양수를 처리수조(140)로 공급하기 위한 시추공 및 펌프가 구비된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치에 대해 설명하였다.
한편, 상기의 구성에 더해 지하대수층 함양과정에서 발생되는 금속이온을 응집제로 활용하는 기술을 추가할 수 있다. 원수가 지하대수층 함양처리조의 투수층을 통과하는 과정에서 투수층에 존재하는 금속 예를 들어, 철, 알루미늄, 구리, 망간, 코발트 등의 금속 미립자가 원수에 용존된다. 이에 따라, 지하대수층의 함양수 내에는 철 이온, 알루미늄 이온, 구리 이온, 망간 이온, 코발트 이온 등의 금속이온이 용존된 상태를 이루며, 이와 같은 금속이온을 토양유래 응집제로 이용할 수 있다.
이 경우, 지하대수층 함양처리조의 일측에 투수층으로부터 유래된 금속이온 즉, 토양유래 응집제를 분리하는 응집제 분리장치를 구비시킴과 함께 호기성 반응조의 전단 또는 후단에 응집반응조를 구비시킬 수 있다. 지하대수층 함양처리조의 함양수에 포함되어 있는 토양유래 응집제는 응집제 분리장치에 의해 농축, 분리되어 응집반응조로 공급되며, 응집반응조는 토양유래 응집제를 이용하여 동화유기탄소(AOC) 및 기타 유기물을 응집, 제거한다. 상기 응집반응조는 단일 반응조 또는 응집교반조와 침전조의 조합으로 구성할 수 있으며, 상기 응집제 분리장치는 침전, 여과, 증발 등의 방식으로 금속이온을 분리할 수 있다.
다음으로, 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치의 동화유기탄소 제거특성을 나타낸 실험결과이다. 도 3의 실험은 호기성 반응조에 지하대수층 유래 미생물만을 부유시킨 경우(도 3의 Blank 참조), 호기성 반응조의 흡착제로 모래를 적용하고 지하대수층 유래 미생물을 흡착제에 부착, 생장시킨 경우(도 3의 Soil 참조), 호기성 반응조의 흡착제로 활성탄(GAC)을 적용하고 지하대수층 유래 미생물을 흡착제에 부착, 생장시킨 경우(도 3의 Soil 참조)에 대해 각각 진행한 것이다. 또한, 지하대수층 유래 미생물로 Psudomonas Jinjuensis종을 적용하였으며, 원수의 동화유기탄소(AOC) 농도를 5mg/L로 설정하였다. 실험결과, 도 3에 도시한 바와 같이 2주가 경과되기 전에 원수의 동화유기탄소(AOC) 농도가 방류 가능 수준인 20μg/L 이하로 저감됨을 확인할 수 있었다.
110 : 원수조 120 : 호기성 반응조
130 : 지하대수층 함양처리조 131 : 투수층
132 : 지하대수층 140 : 처리수조

Claims (8)

  1. 원수를 저류하는 원수조;
    지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성 반응을 통해 원수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC) 및 유기물을 제거하는 호기성 반응조; 및
    호기성 반응조를 거친 원수를 공급받아 지하대수층 함양과정을 통해 함양수를 생산하는 지하대수층 함양처리조;를 포함하여 이루어지며,
    지하대수층 함양처리조의 일측에 지하대수층 함양처리조의 투수층으로부터 유래된 금속이온을 토양유래 응집제로 분리하는 응집제 분리장치가 구비되고, 호기성 반응조의 전단 또는 후단에 응집반응조가 구비되며,
    지하대수층 함양처리조의 함양수에 포함되어 있는 토양유래 응집제는 응집제 분리장치에 의해 농축, 분리되어 응집반응조로 공급되며, 응집반응조는 토양유래 응집제를 이용하여 동화유기탄소(AOC) 및 유기물을 응집, 제거하는 것을 특징으로 하는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지하대수층 유래 미생물은 수중의 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 호기성 미생물이며, 지하대수층으로부터 추출된 미생물인 것을 특징으로 하는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 지하대수층 유래 미생물은 수중의 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 호기성 미생물이며, 지하대수층 함양처리조를 구성하는 토양으로부터 추출된 미생물인 것을 특징으로 하는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 호기성 반응조는 흡착제를 구비하며, 상기 흡착제에 지하대수층 유래 미생물이 부착되어 생장하는 것을 특징으로 하는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 흡착제는 활성탄 또는 모래를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 흡착제는 평판 또는 메쉬망에 활성탄 또는 모래를 부착된 것이며, 상기 흡착제는 호기성 반응조의 저면 상에 일정 간격을 두고 수직 방향으로 반복하여 배치되는 것을 특징으로 하는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 호기성 반응조의 일측에 공기를 공급하는 산기관이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 지하대수층 유래 미생물을 이용한 호기성반응조를 포함하는 지하대수층 함양장치.
  8. 삭제
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