KR102480082B1 - 음식물 폐수 처리용 생물막 및 이를 이용한 음식물 폐수 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음식물 폐수 처리용 생물막 및 이를 이용한 음식물 폐수 처리방법 에 관한 것이다. 본 발명에 따른 음식물 폐수 처리용 생물막은 다공질의 담체를 포함하고, 서로 다른 2종 이상의 합성섬유 사(絲)로 이루어지고, 미생물이 처리된 것이다. 본 발명에 따른 음식물 폐수 처리용 생물막 음식물 폐수를 처리하는 효율을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 음식물 폐수 처리용 생물막 및 이를 이용한 음식물 폐수 처리방법 에 관한 것이다. 보다 상세하게는 비표면적인 높은 섬유사를 생물막 여재로 사용하여 섬유사 내에서 혐기성 및 호기성 상태가 공존할 수 있도록 하여 폐수 처리의 효율을 증대시킨 음식물 폐수 처리용 생물막을 제공하고, 이를 통하여 처리 효율을 높인 음식물 폐수 처리방법을 제공하기 위한 것이다.
다양한 음식물쓰레기 자원화 처리시설에서 동일한 문제가 발생하고 있는데, 그것은 우리나라의 음식물쓰레기 특성상 수분이 많고, 악취 및 다량의 폐수발생으로 인한 2차 환경오염의 초래이다. 특히 음식물폐수는 고농도의 폐수로 자원화 처리시설의 주된 문제점이 되어왔고, 최근 들어 주요한 오염원으로 인식되기 시작했다. 직매립 금지 이후 음식물폐수의 육상처리보다 단가가 저렴한 해양배출이 급증하는 추세이다. 그러나 점차 증가되는 음식물쓰레기 처리폐수의 해양배출은 런던협약 96 의정서에 의해 연차적으로 배출량의 저감과 고형물 농도규제로 해양배출의 제약이 강화되고 있다. 특히 2012년부터 해양배출이 전면금지가 예정됨에 따라 음식물폐수의 육상처리 방법의 개발이 시급한 상태이다.
구체적으로 보면, 각 가정이나 식당, 호텔 및 식품제조공정 등에서 배출되는 음식물 쓰레기는, 파쇄 공정, 탈수 공정 등을 거침에 따라 사료, 퇴비 등으로 제조됨으로써 자원화된다. 이와 같이 음식물 쓰레기를 자원화하는 과정에서 음식물 폐수가 발생한다. 특히 현대 사회에서는 공장형 식품 기업들이 등장하면서 다양한 식품을 대량 생산하는 형태의 산업시설이 증가하게 되었고, 이에 따라 식품의 생산과정에서 발생하는 음식물 쓰레기와 폐수의 양이 증대하게 되었다.
위와 같은 문제와 관련하여 종래 음식물쓰레기의 처리 방안으로서, 소각 또는 매립에 의한 방안이 활용되었으나, 소각의 경우 대기오염의 문제가 심각하였고, 매립의 경우 매립지 확보의 어려움, 및 매립 후 침출수에 의한 지하수나 토양 오염의 문제가 있었다.
이에, 음식물 쓰레기가 유기물의 함량이 풍부하고 중금속이나 농약 등의 인공 독성물질이나 자연독성을 함유하지 않기 때문에 농업용 비료나 가축의 사료 등으로 재활용할 수 있는 기술들이 많이 개발되고 있다. 하지만 상기 음식물쓰레기를 처리하는 과정에서 탈수과정이 필수적으로 수행되어야 하며, 상기 탈수과정에서 발생되는 음식물 폐수(음식물쓰레기에서 발생된 폐수)는 고염도를 갖기 때문에 별도의 염분처리 후 방류해야 하는 번거로움이 있다. 또한, 탈수과정을 수행하고 남은 찌꺼기에도 염분이 다량 함유되어 있으므로, 이를 이용하여 농업용 비료로 다년간 사용될 경우, 음식물 쓰레기에 포함된 염분이 토양에 집적됨으로써, 식물 재배에 심각한 문제가 발생하여 사용이 기피되고 있는 실정이다.
위와 같은 음식물쓰레기를 활용하는 대표적으로 비료분야가 있으며, 비료분야에서 음식물쓰레기의 염분을 제거하기 위한 다양한 기술이 제시되고 있다. 다만 위와 같이 비료 등으로 재활용하기 위해서는 음식물쓰레기의 음식물 폐수가 제거되고 일정한 가공과정이 진행되어야 한다.
음식물쓰레기의 경우 음식물 폐수의 양이 상당하고, 특히, 배추와 같은 식물성 식품의 경우 수분함량이 약 90% 이상이 되기 때문에 발생하는 음식물 폐수의 양도 상당하다. 따라서 발생한 음식물 폐수의 악취를 제거하고 이를 일반 폐수처리장에서 처리할 수 있는 정도로 처리하는 방법에 대한 효율성을 높이는 것이 필요하다.
그러나, 음식물쓰레기에 함유된 음식물 폐수는 수분 외에 식물에 함유된 섬유질이 다량 포함되어 있어 일반적인 폐수와 달리 처리하는데 상당한 어려움이 있다는 문제를 가진다. 따라서 다량의 섬유질을 제거하고 음식물 폐수의 악취를 제거하고, 일반 폐수처리장에서 처리할 수 있을 정도로 오염원을 분해시키는 것이 중요하다.
또한 미생물을 이용한 음식물 폐수 처리와 관련하여 생물막법이 활용되고 있다. 여기서 생물막법이란, 여재의 표면에 형성된 생물막(Biofilm)과 폐수를 접촉시켜서 폐수중의 오염물질을 제거하는 공정이다. 하천의 바닥에 있는 자갈의 표면은 세균, 조류, 원생동물, 윤충류등의 미생물이 구성하는 Slime(일종의 생물막)으로 덮여져 있으며, 하천의 자정 능력은 이러한 Slime에 의존하고 있다. 이와 같은 생물막에 의한 정화력을 반응조내에서 인위적으로 고효율화시킨 처리법이 생물막법이다. 즉, 하천에서는 생물막이 바닥에만 존재하고 있으나 생물막법에서는 단위체적당 생물막의 표면적을 현저하게 증가시켜서 생물막과 폐수와의 접촉이 충분하게 이루어지도록 하고 있다.
따라서 음식물 폐수 처리에 최적화된 형태의 생물막 및 미생물을 제공하는 것은 음식물 폐수 처리의 효율을 높이는 방법이 될 수 있다. 이에 다양한 형태 및 소재를 활용한 생물막을 이용한 폐수처리 방법들이 연구되고 있다.
한국등록특허 제10-0450718호(2004.09.20.등록; 이하 '선행문헌1'이라 함)에는 음식물쓰레기 내에 함유된 염분을 아토마이징처리된 제강슬래그와 혼합시켜 제강슬래그 내의 활성화 CaO와 음식물쓰레기 내의 NaCl이 서로 치환반응이 일어나게 함으로써 음식물쓰레기 내의 염분이 감소된 유기비료를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 이러한 방법은 제강슬래그를 아토마이징처리하는 공정이 반드시 필요하여 이에 따른 공정처리비용이 상승하고 작업이 번거로운 문제가 있었다.
또한, 한국등록특허 제10-0884601호(2009.02.12. 등록; 이하 '선행문헌2'이라 함)에는, 음식물 쓰레기 등의 유기성폐기물처리방법으로서, 소각장 등에서 발생되는 폐열을 이용하여 유기성폐기물을 예열하면서 예열 장치로 열을 더 가하여 1차 가온 교반하여 안정화시킨 후, 폐 굴껍질을 혼합하여 2차 가온 교반하여 안정화시키는 공정을 포함하는 유기성폐기물 처리방법이 개시되어 있으나, 이러한 처리방법은 폐열을 공급할 수 있는 소각장 등의 시설 등이 갖추어져야 하는 문제가 있었다.
또한, 한국등록특허 제10-1178450호(2012.08.24. 등록; 이하 '선행문헌3'이라 함)에는, 음식물 등과 같은 유기성 쓰레기를 생석회 및 탈취 및 수분 조절제인 코코피트와 혼합 교반하여, 물리, 화학적 반응을 유도하여 석회처리 비료를 제조하는 방법이 있으나, 이와 같이 단순히 코코피트와 생석회만을 음식물 쓰레기와 혼합 교반하는 방법은 반응 효율이 높지 않고, 수분을 제거하기 위해 상대적으로 많은 생석회를 첨가해야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 음식물 폐수를 처리하는 효율을 높일 수 있는 생물막을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 호기성 및 혐기성 상태가 공존할 수 있도록 하여 폐수처리의 효율을 극대화 할 수 있도록 하는 음식물 폐수 처리용 생물막을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 상기 음식물 폐수 처리용 생물막을 사용하여 처리 효율이 향상된 음식물 폐수의 처리방법을 제공하기 위한 것이다. 특히 음식물 폐수에 대한 처리 효율 및 속도를 높여 처리되는 음식물 폐수에 대한 BOD와 악취를 빠르게 개선할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 음식물 폐수 처리용 생물막은 다공질의 담체를 포함하고, 서로 다른 2종 이상의 합성섬유 사(絲)로 이루어지고, 미생물이 처리된 것이다.
상기 음식물 폐수 처리용 생물막에 있어서, 상기 합성섬유 사는 폴리에스테르 마이크로 섬유; 폴리프로필렌 섬유; 실리콘 섬유 및 나일론 섬유를 포함하는 군에서 선택된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 바이오 필터는 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 따른 음식물 폐수 처리용 생물막을 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법은 음식물 폐수의 원수를 여과조에서 필터로 여과하는 스크린 단계; 상기 스크린 단계를 거친 음식물 폐수를 집수조에 투입하는 집수단계; 상기 집수조에 복합미생물(Beneficial Microorganism; BM)을 처리하고 폭기(曝氣)하여 1차 반응 단계; 및 상기 1차 반응 단계를 거친 음식물 폐수에 생물반응조에 투입하고 2차 반응을 시키는 2차 반응 단계를 포함하고 상기 생물반응조는 다공질의 담체를 포함하고, 서로 다른 2종 이상의 합성섬유 사(絲)로 이루어지고, 미생물이 처리된 음식물 폐수 처리용 생물막이 설치된 것일 수 있다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법에 있어서, 상기 복합미생물은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 코리네박테리움(Corynebacterium) 및 사카로마이세스(Saccharomyces)를 포함하는 것이고, 상기 복합미생물은 다공질 무기물에 흡착되어 있는 것일 수 있다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법에 있어서, 상기 다공질 무기분말은 흡유량이 200 내지 300ml이고 비표면적인 200 내지 400(m2/g)인 미분말 실리카인 것일 수 있다.
상기 다공질 무기분말은 고비(Osmunda japonica) 추출물 및 노간주나무(Juniperus rigida S. et Z.) 추출물이 더 흡착된 것일 수 있다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법은 1차 반응단계 이후에 1차 반응단계를 거친 음식물 폐수에 탄산칼슘 및 콜로이달 실리카를 혼합하는 응집단계; 및 상기 응집단계를 거친 음식물 폐수를 상기 여과조로 이송하여 필터로 다시 여과하는 재 스크린 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음식물 폐수 처리용 생물막은 다공질의 담체를 포함하고, 서로 다른 2종 이상의 합성섬유 사(絲)로 이루어지고, 미생물이 처리된 것이다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 음식물 폐수는 식품 제조공정 또는 식품의 폐기 과정에서 발생하는 식품 기반의 폐기물을 말하며, 수분함량이 매우 높기 때문에 슬러지를 포함하는 폐수라고 정의한다. 또한 식품 폐수 역시 같은 의미로 정의한다.
구체적으로 상기 음식물 폐수의 일반적인 특징을 설명하면, 상기 음식물 폐수는 식물에서 유래한 다량의 미세섬유질을 포함하고 있으며, BOD 15,000 내지 20,000PPM의 고농도의 유기성 폐수로서, 폐수상태에서 부패가 빠르게 진행하기 때문에 다량의 악취가 발생하는 것이 일반적이다. 따라서 상기 음식물 폐수는 곧바로 일반 폐수처리 장치나 설비를 통하여 처리하는 것이 불가능하고, 일정한 전처리 단계가 필수적이라 할 수 있다. 또한 미생물 반응의 활성화를 통하여 그 처리 효율을 높이는 것이 중요하다.
상기 다공질의 담체는 폐수에 닿는 표면적을 높이고, 미생물의 증식을 높이기 위한 것으로서, 실리콘, 합성수지, 활성탄 또는 실리카를 포함하는 무기재 중에서 선택하는 것일 수 있다.
상기 합성섬유 사는 합성섬유로 만들어진 실을 의미하며, 상기 합성섬유 사는 서로 다른 2종 이상의 합성섬유가 꼬여진 것일 수 있다.
상기 서로 다른 2종의 합성섬유가 꼬여지는 경우 각 합성섬유사 가 꼬여지면서 맞닿는 부분을 중심으로 혐기성 미생물이 증식하기 좋은 환경이 만들어질 수 있다. 특히 서로 다른 2종의 합성섬유를 사용하여 합성섬유의 서로 다른 비표면적에 의하여 혐기성 미생물이 증식할 수 있는 공간이 넓게 확보될 수 있다.
이에 따라 상기 음식물 폐수 처리용 생물막은 혐기성 미생물과 호기성 미생물이 상기 생물막에 공존하면서 증식되게 한다. 이에 따라 폐수의 오염원을 분해, 처리하는 효율을 높일 수 있다.
상기 음식물 폐수 처리용 생물막에 있어서, 상기 합성섬유 사는 폴리에스테르 마이크로 섬유; 폴리프로필렌 섬유; 실리콘 섬유 및 나일론 섬유를 포함하는 군에서 선택된 것일 수 있다.
바람직하게 상기 합성섬유 사는 폴리에스테르 마이크로 섬유 사; 폴리프로필렌 섬유 사; 실리콘 섬유 사 및 나일론 섬유 사를 교차하면서 꼬아서 만든 것일 수 있다.
폴리에스테를 마이크로 섬유사는 높은 비표면적으로 미생물이 증식하기 좋고, 폐수와 반응하는데 유리한 환경이 조성될 수 있게 한다. 상기 마이크로 섬유사에 대하여 상대적으로 비표면적이 적은 폴리프로필렌 섬유 사를 교차시키는 경우 서로 다른 비표면적에 의하여 혐기성 미생물이 증식할 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 또한 상시 실리콘 섬유 사를 사용하는 경우 탄성에 의하여 유량에 의한 충격을 흡수하는 효과를 낼 수 있고, 상기 나일론 섬유 사를 사용하는 경우 강한 내구성으로 합성섬유 사의 전체의 내구성을 높이게 되므로 상기 합성섬유사의 형태가 오랜 시간 유지될 수 있게 한다.
더 바람직하게 상기 합성섬유 사는 폴리에스테스 마이크로 섬유사를 포함하고, 상기 폴리에스테르 마이크로 섬유사 100 중량부에 대하여 폴리프로필렌 섬유사 50 내지 150 중량부, 실리콘 섬유 30 내지 100 중량부 및 나일로 섬유 10 내지 50 중량부로 포함되고, 상기 폴리에스테르 마이크로 섬유 사; 상기 폴리프로필렌 섬유 사; 상기 실리콘 섬유 사 및 나일론 섬유 사를 교차하면서 꼬아서 만든 것일 수 있다.
상기 범위에 의하는 경우 혐기성 미생물이 증식할 수 있는 범위가 넓어질 뿐만 아니라, 폭기 과정에서도 혐기성 미생물이 유지될 수 있다. 또한, 필터로 제조되는 경우 상당 정도의 탄성과 내구성으로 폐수를 처리하는 상태에서 그 수명이 높게 유지될 수 있다.
바람직하게 상기 생물막은 락토바실러스 델브루에키(Lactobacillus delbrueckii), 락토바실러스 람노수스(Lactobacillus rhamnosus) 및 스트렙토마이시스 그리세우스(Streptomyces griseus)가 혼합된 복합미생물이 배양된 것일 수 있다.
더 바람직하게 상기 생물막은 락토바실러스 델브루에키(Lactobacillus delbrueckii), 락토바실러스 람노수스(Lactobacillus rhamnosus), 스트렙토마이시스 그리세우스(Streptomyces griseus), 아스퍼질러스 플라부스 오리재(Aspergillus flavus oryzae) 및 페니실륨 엑스팬섬(Penicillium expansum)가 혼합된 복합미생물이 배양된 것일 수 있다.
상기 복합미생물이 포함된 경우 다른 호기성 및 혐기성 미생물과 함께 음식물 폐수에 대한 처리 효율을 크게 높일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 바이오 필터는 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 따른 음식물 폐수 처리용 생물막을 포함하는 것이다.
상기 바이오 필터는 처리하는 폐수처리장의 시설에 따라 적절한 크기와 형태를 선택할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서 상기 바이오 필터는 2개 이상 겹쳐진 것을 막모듈이라고 정의한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법은 음식물 폐수의 원수를 여과조에서 필터로 여과하는 스크린 단계; 상기 스크린 단계를 거친 음식물 폐수를 집수조에 투입하는 집수단계; 상기 집수조에 복합미생물(Beneficial Microorganism; BM)을 처리하고 폭기(曝氣)하여 1차 반응 단계; 및 상기 1차 반응 단계를 거친 음식물 폐수에 생물반응조에 투입하고 2차 반응을 시키는 2차 반응 단계를 포함하고 상기 생물반응조는 다공질의 담체를 포함하고, 서로 다른 2종 이상의 합성섬유 사(絲)로 이루어지고, 미생물이 처리된 음식물 폐수 처리용 생물막이 설치된 것일 수 있다.
일반적인 음식물 폐수의 경우 수분이 함량이 80% 이상 되며, 일반적으로는 90% 이상되는 경우가 많다. 따라서 음식물 폐수 원수(原水)를 여과조에서 필터를 이용하여 여과함으로서 폐수만을 수득하는 스크린 단계(S1)를 진행하여야 한다. 상기 필터는 처리하는 음식물 폐수의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 20 내지 200 매쉬(mesh) 필터인 것일 수 있다.
상기 범위에 필터에 의하는 경우 후술하는 음식물 폐수 처리 단계에서 제거되기 어려운 비교적 사이즈가 큰 섬유질을 제거할 수 있다. 따라서 상기 필터가 200 매쉬를 초과하는 경우 음식물 폐수 처리 단계에서 분해되기 어려운 섬유질이 폐수 안에 남게 되고 부패가 지속되어 일반적인 폐수 처리 장치에서 처리할 수 없다는 문제가 있다. 반면 20 매쉬 미만으로 하는 경우 폐수 처리 장치에서 분해될 수 있는 섬유질까지 필터 되어 여과 효율이 낮아질 뿐만 아니라, 섬유질 이외의 다른 오염물이 필터에 적층되어 여과공정이 지속될 수 없기 때문에 여과 효율이 지나치게 낮아지는 문제가 있다.
상기 집수조에 복합미생물(Beneficial Microorganism; BM)을 처리하고 폭기(曝氣)하여 1차 반응 단계(S3)는 활성 슬러지 공정의 일종으로 균체의 생장률은 보통 슬러지 일령(sludge age)이나 세포 평균 체류시간(mean cell residence time, θx), 또는 슬러지 체류시간(sludge retention time, SRT)으로 나타낸다. 이 조건은 비생장속도(μ)의 역수와 같다. 이를 식으로 나타내면 다음 [식 1]과 같다.
[식 1]
여기서, x1, x2와 x3는 각각 집수조, 방류수와 폐기 슬러지 내의 균체농도이며, F2, F3는 각각 방류수, 폐기 슬러지의 유속이며, V는 집수조의 부피이다.
수리학적 체류시간(hydraulic retention time, HRT, θ)은 공정 내에서 유입수가 체류한 평균 시간으로 희석률 D의 역수가 된다. 여기서 F1은 유입수의 유속이다. 이를 식으로 나타내면 다음 [식 2]와 같다.
[식 2]
미생물의 생장률, 체류시간 및 희석률은 상기 [식 1]을 기초로 처리하는 음식물 폐수, 처리량, 유속 및 복합미생물의 종류 등을 고려하여 적절한 범위에서 선택할 수 있다.
상기 2차 반응 단계(S4)는 상기 1차 반응 단계를 거친 음식물 폐수에 생물반응조에 투입하고 2차 반응을 진행하는 단계를 말한다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법에 있어서, 상기 복합미생물은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 코리네박테리움(Corynebacterium) 및 사카로마이세스(Saccharomyces)를 포함하는 것이고, 상기 복합미생물은 다공질 무기물에 흡착되어 있는 것일 수 있다.
본 발명에서 말하는 막모듈이란 미생물이 배양된 바이오 필터(biofilter)가 2개 이상 겹쳐진 것을 말하는 것으로 정의한다.
상기 생물막은 생물 반응조에 설치된 것일 수 있다. 상기 생물막은 바이오 필터 또는 막모듈 형태로 제공되어 상기 생물반응조에 설치된 것일 수 있다.
상기 생물반응조는 타워형인 것일 수 있다. 상기 타워형이란, 원통형의 형상을 말하며, 상기 타워형으로 이루어진 생물 반응조는 그 내부에 막모듈이 설치된 것일 수 있다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법에 있어서, 상기 복합미생물은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 코리네박테리움(Corynebacterium) 및 사카로마이세스(Saccharomyces)를 포함하는 것이고, 상기 복합미생물은 다공질 무기물에 흡착되어 있는 것일 수 있다.
상기 복합미생물에 의하는 경우 음식물 폐수에 포함된 섬유질과 기타 오염원을 효과적으로 분해할 수 있을 뿐만 아니라 빠르게 반응하여 부패를 진행시키지 않게 함으로서 악취를 제거하는 효과를 낼 수 있다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법에 있어서, 상기 다공질 무기분말은 흡유량이 200 내지 300ml이고 비표면적인 200 내지 400(m2/g)인 미분말 실리카인 것일 수 있다.
상기 다공질 무기분말을 담체로 사용하는 경우 음식물 폐수에 효과적으로 분산될 수 있을 뿐만 아니라, 비교적 넓은 비표면적에 의하여 동일 질량 대비 반응효율을 높아 음식물 폐수의 처리에 효과가 높다. 또한 상기 범위에 따른 미분말 실리카에 의하는 경우 미생물의 안정적인 증식이 가능하고, 폐수 처리 이후에 담체를 제거하는데 용이하다는 장점을 가진다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법에 있어서, 상기 다공질 무기분말은 고비(Osmunda japonica) 추출물 및 노간주나무(Juniperus rigida S. et Z.) 추출물이 더 흡착된 것일 수 있다.
상기 식물 추출물을 포함하는 경우 상기 미생물에 대한 활성이 증진되어 음식물 폐수 효율이 높아질 수 있다. 특히 미생물에 대한 활성이 높아짐에 따라 음식물 폐수에서 발생하는 악취가 빠르게 제어되는 장점을 가진다.
바람직하게 상기 다공질 무기분말은 고비 추출물을 포함하고, 상기 고비 추출물 100 중량부에 대하여 노간주나무 추출물 10 내지 30 중량부 및 모시풀(ramie) 추출물 1 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 범위에 의하는 경우 상기 복합미생물에 대한 활성이 크게 높아지기 때문에 음식물 폐수에 대한 처리 활성이 상당히 높아지고 악취 제거 효율이 높아지는 장점을 가진다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법은 1차 반응단계 이후에 1차 반응단계를 거친 음식물 폐수에 탄산칼슘 및 콜로이달 실리카를 혼합하는 응집단계(S3.1); 및 상기 응집단계를 거친 음식물 폐수를 상기 여과조로 이송하여 필터로 다시 여과하는 재 스크린 단계(S3.2)를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 음식물 폐수 처리용 미생물제는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 코리네박테리움(Corynebacterium) 및 사카로마이세스(Saccharomyces)를 포함하는 복합미생물; 그리고 고비(Osmunda japonica) 추출물 및 노간주나무(Juniperus rigida S. et Z.) 추출물이 흡착된 다공질 무기물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법에 있어서, 상기 상기 다공질 무기분말은 흡유량이 200 내지 300ml이고 비표면적인 200 내지 400(m2/g)인 미분말 실리카인 것일 수 있다.
바람직하게 상기 다공질 무기분말은 고비 추출물을 포함하고, 상기 고비 추출물 100 중량부에 대하여 노간주나무 추출물 10 내지 30 중량부 및 모시풀(ramie) 추출물 1 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법에 있어서, 상기 다공질 무기분말은 흡유량이 200 내지 300ml이고 비표면적인 200 내지 400(m2/g)인 미분말 실리카인 것일 수 있다.
상기 다공질 무기분말은 고비(Osmunda japonica) 추출물 및 노간주나무(Juniperus rigida S. et Z.) 추출물이 더 흡착된 것일 수 있다.
상기 생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법은 1차 반응단계 이후에 1차 반응단계를 거친 음식물 폐수에 탄산칼슘 및 콜로이달 실리카를 혼합하는 응집단계; 및 상기 응집단계를 거친 음식물 폐수를 상기 여과조로 이송하여 필터로 다시 여과하는 재 스크린 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 음식물 폐수 처리용 생물막 음식물 폐수를 처리하는 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 음식물 폐수 처리용 생물막은 호기성 및 혐기성 상태가 공존할 수 있도록 하여 폐수처리의 효율을 극대화 할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 음식물 폐수의 처리방법은 상기 음식물 폐수 처리용 생물막을 사용하여 처리 효율이 향상될 수 있다. 특히 음식물 폐수에 대한 처리 효율 및 속도를 높여 처리되는 음식물 폐수에 대한 BOD와 악취를 빠르게 개선하는 효과를 낼 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예: 1차 반응단계 실험]
배추김치 공장에서 배추김치를 생산하는 과정에서 발생하는 배추잎 폐수(배추녹즙)을 수득하여 80 매쉬의 필터로 여과한 뒤 상기 여과된 배추녹즙에 대하여 1차 반응단계를 실험하였다.
1차 반응단계에서 사용하기 위하여 흡유량이 200 내지 300ml이고 비표면적인 200 내지 400(m2/g)인 미분말 실리카에 대하여 하기의 [표 1]과 같은 미생물 배양액 단독으로 함침시키거나 추가적으로 하기의 [표 2]와 같은 식물 혼합액을 함께 함침시켜 하기의 [표 3]과 같은 조성으로 식품 폐수 처리용 미생물제를 제조하였다.
한편, 상기 식물 추출물은 열수추출물로 제조하였다.
| A1 | A2 | A3 | |
| Bacillus subtilis | O | X | O |
| Corynebacterium | O | O | O |
| Saccharomyces | X | O | O |
| B1 | B2 | B3 | B4 | B5 | B6 | B7 | B8 | B9 | |
| 고비 추출물 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 노간주나무 추출물 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 모시풀 추출물 | - | - | - | - | - | 0.5 | 1 | 10 | 15 |
(단위: 중량부)
| M1 | M2 | M3 | M4 | M5 | M6 | M7 | M8 | M9 | M10 | M11 | M12 | |
| A1 | O | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| A2 | - | O | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| A3 | - | - | O | O | O | O | O | O | O | O | O | O |
| B1 | - | - | - | O | - | - | - | - | - | - | - | - |
| B2 | - | - | - | - | O | - | - | - | - | - | - | - |
| B3 | - | - | - | - | - | O | - | - | - | - | - | - |
| B4 | - | - | - | - | - | - | O | - | - | - | - | - |
| B5 | - | - | - | - | - | - | - | O | - | - | - | - |
| B6 | - | - | - | - | - | - | - | - | O | - | - | - |
| B7 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | O | ||
| B8 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | O | |
| B9 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | O |
상기 [표 3]과 같은 조성이 함침된 미생물제를 사용하여, 상기 여과된 배추녹즙에 폭기 상태를 재현하면서 상기 미생물제를 분산시켜 BOD 값, 악취 정도 및 미세섬유질 분해능을 평가하였다.
수득한 배추녹즙 원액의 BOD는 15,000mg/l 였으며, 실험 결과를 비교할 수 있도록 하기 위하여 반응처리 후 BOD 7,000 mg/l 이상은 D, BOD 4,000 내지 7,000 mg/l C, BOD 2,000 내지 4,000 mg/l B, BOD 2,000 mg/l 이하는 A로 평가하였다. 한편, 상기 악취 정도와 미세섬유질은 관능평가 및 유관평가를 통하여 1 내지 10의 지수로 평가하였다. 상기 지수는 그 수치가 낮을수록 효과가 우수한 것이다.
그 결과를 하기의 [표 4]에 나타내었다.
| M1 | M2 | M3 | M4 | M5 | M6 | M7 | M8 | M9 | M10 | M11 | M12 | |
| BOD | D | D | C | C | C | B | B | C | B | A | A | B |
| 악취 | 7 | 8 | 7 | 7 | 8 | 6 | 6 | 7 | 7 | 5 | 4 | 7 |
| 미세섬유질 | 8 | 8 | 6 | 6 | 7 | 5 | 6 | 7 | 7 | 4 | 4 | 6 |
상기 [표 4]를 참조하면, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 코리네박테리움(Corynebacterium) 및 사카로마이세스(Saccharomyces)가 복합미생물로 사용되는 경우 식품 폐수에 대한 반응 효율이 우수하다는 점을 알 수 있다.
또한 식물 추출물이 함유되는 경우 상기 미생물의 활성을 증진시킨다는 것을 알 수 있다. 특히 M10 및 M11의 조성에 의하는 경우 미생물에 대한 활성이 크게 높아지게 되어 BOD 값이 우수하고, 악취 감소와 미세섬유질을 제거하는 효과가 우수하다는 점을 알 수 있다.
[실험예: 2차 반응단계 실험]
하기의 [표 5]와 같은 복합 미생물이 배양된 바이오 필터를 사용하여 막모듈을 제조하고, 상기 막모듈이 설치된 생물반응조에서 M10이 1차 반응단계로 처리된 배추 녹즙 폐수 1차 반응물에 폭기하면서 이에 대한 2차 반응단계 실험을 진행하였다. 상기 바이오 필터는 폴리에스테르 마이크로, 폴리프로필렌, 실리콘 섬유, 나일론 섬유가 혼합된 합성섬유 사에 상기 복합미생물을 배양한 것을 사용하였다.
하기의 실험단계에서 BOD가 800 mg/l 이하이고, 악취가 80% 이상 감소되어 일반 폐수로 처리 가능한 정도는 P, 그렇지 않은 경우는 F로 표기하여 그 결과를 하기의 [표 6]에 나타내었다.
| SF1 | SF2 | SF3 | |
| Lactobacillus delbrueckii | O | O | O |
| Lactobacillus rhamnosus | O | O | O |
| Streptomyces griseus | X | O | O |
| Aspergillus flavus oryzae | X | X | O |
| Penicillium expansum | X | X | O |
| SF1 | SF2 | SF3 | |
| BOD | F | P | P |
| 악취 | F | F | P |
상기 [표 6]을 참조하면, 바이오 필터에 의한 2차 반응에 의하여 락토바실러스 델브루에키(Lactobacillus delbrueckii), 락토바실러스 람노수스(Lactobacillus rhamnosus) 및 스트렙토마이시스 그리세우스(Streptomyces griseus)의 복합미생물을 사용하는 경우 BOD가 추가적으로 감소하여 일반폐수로 처리 가능한 수준으로 낮아지는 것을 알 수 있다. 또한 락토바실러스 델브루에키(Lactobacillus delbrueckii), 락토바실러스 람노수스(Lactobacillus rhamnosus), 스트렙토마이시스 그리세우스(Streptomyces griseus), 아스퍼질러스 플라부스 오리재(Aspergillus flavus oryzae) 및 페니실륨 엑스팬섬(Penicillium expansum)를 사용하는 경우 BOD가 낮아지는 것과 함께 악취가 80% 이상 사라짐으로서 일반폐수처리 설비로 이송하여 처리 가능한 수준이 된다는 점을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (8)
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- 음식물 폐수의 원수를 여과조에서 필터로 여과하는 스크린 단계;
상기 스크린 단계를 거친 음식물 폐수를 집수조에 투입하는 집수단계;
상기 집수조에 복합미생물(Beneficial Microorganism; BM) 및 천연 추출물이 흡착된 다공질 무기물을 처리하고 폭기(曝氣)하는 1차 반응 단계; 및
상기 1차 반응 단계를 거친 음식물 폐수를 생물반응조에 투입하고 2차 반응을 시키는 2차 반응 단계를 포함하고
상기 복합미생물은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 코리네박테리움(Corynebacterium) 및 사카로마이세스(Saccharomyces)이며,
상기 천연 추출물은 고비(Osmunda japonica) 추출물, 노간주나무 (Juniperus rigida S. et Z.) 추출물 및 모시풀(ramie) 추출물이고,
상기 고비(Osmunda japonica) 추출물 100 중량부에 대하여, 노간주나무 (Juniperus rigida S. et Z.) 추출물 20 중량부 및 모시풀(ramie) 추출물 1 내지 10 중량부를 포함하며,
상기 다공질 무기물은 흡유량이 200 내지 300ml이고 비표면적이 200 내지 400(m2/g)인 미분말 실리카이며,
상기 생물반응조는 음식물 폐수 처리용 생물막이 설치된 것이고,
상기 음식물 폐수 처리용 생물막은
다공질 담체를 포함하고,
서로 다른 2종 이상의 합성섬유 사(絲)로 이루어지며,
상기 합성섬유 사(絲)는 미생물이 처리된 것으로,
상기 미생물은 락토바실러스 델브루에키(Lactobacillus delbrueckii), 락토바실러스 람노수스(Lactobacillus rhamnosus), 스트렙토마이시스 그리세우스(Streptomyces griseus), 아스퍼질러스 플라부스 오리재(Aspergillus flavus oryzae) 및 페니실륨 엑스팬섬(Penicillium expansum)를 포함하는
생물막을 이용한 음식물 폐수의 처리방법. - 삭제
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