KR20020023665A

KR20020023665A - 유기성 폐수의 처리방법 및 그 처리장치

Info

Publication number: KR20020023665A
Application number: KR1020010058670A
Authority: KR
Inventors: 하세가와스스무; 시오타노리아키; 아카시아키라; 나스키요시
Original assignee: 시게루 타나카; 신코 판텍 가부시키가이샤
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2002-03-29
Also published as: KR100440811B1; CN1199876C; CN1346808A; TW538005B; CN1663919A

Abstract

본 발명은 설비비용을 상승시키지 않고, 처리수질을 개선하는 것이 가능한 유기성 폐수의 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 구성에 따르면, 유기성 폐수를 생물처리조(2)에서 생물처리를 한 후, 생물처리조(2)에서 처리된 처리액을 침전조(4)에서 처리수와 오니로 분리하여, 오니의 일부를 생물처리조(2)로 반송함과 동시에, 나머지 오니를 가용화조(7)에서 호열균에 의해 가용화하고, 가용화 처리 후의 처리액을 생물처리조(2)로 반송한다.

Description

유기성 폐수의 처리방법 및 그 처리장치{Method and apparatus of treating organic waste water}

본 발명은 유기성 폐수, 예를 들면, 하수, 시뇨(屎尿) 또는 식품공장, 화학공장 등에서 배출되는 유기성 폐수를 생물학적 반응을 이용하여 처리하는 방법 및 그 처리장치에 관한 것이다.

종래로부터, 이러한 종류의 유기성 폐수의 일반적인 처리방법으로서, 우선 호기성 소화법, 혐기성 메탄 발효법 등의 호기성 또는 혐기성 미생물 분해에 의해 유기성 폐수 중의 유기성분을 생물학적으로 소화하여, 유기물을 탄산가스, 메탄가스 등의 가스성분으로까지 분해하고, 이어서 이러한 생물학적 소화에 의해 발생된 미생물 바이오매스(biomass)(미생물 균체가 주체) 및 미처리 잔존오니를 포함한 처리액을 침전조 등에서 고액분리하여 상등액으로서의 처리수와 농축액(오니)를 얻고, 그 오니는 적당한 방법으로 처리되고 있다. 예를 들면, 도 11에 나타낸 바와같이, 생물처리조(2)에 도입된 하수 등의 유기성 폐수가 생물처리조(2)에 있어서 호기성 조건에서 미생물에 의한 산화분해 반응인 생물산화에 의해 이산화탄소 또는 물 등의 무기물로 분해되고, 생물처리조(2)에서 처리된 폐수는 침전조(4)에서 처리수(C)와 오니(D)로 고액(固液)분리되어, 오니(D)의 일부는 미생물원으로서 생물처리조(2)로 반송됨과 동시에, 나머지 오니는 잉여오니(E)로서 처리되고 있는 것이 일반적이다.

그러나, 이 경우, 침전조(4)에서 고액분리된 유기성 오니를 포함하는 침전 고형물 농축액(오니)은 농축, 소화, 탈수, 콤포스트(compost)화, 소각이라는 과정을 거쳐 처리되기 때문에, 이러한 처리에 비용과 시간이 들어 바람직하지 않았다.

이 때문에, 될 수 있는 한 오니가 나오지 않는 처리방법으로서, 폭기조(曝氣槽); aeration tank)에 있어서의 오니의 체류시간을 길게 하는 장시간 폭기법, 또는 오니를 접촉재 표면에 부착시킴으로써, 오니를 반응조 내에 다량으로 보유하는 접촉산화법 등이 제안되어, 실용화 되고 있다((사단법인) 일본 하수도 협회 발행, 건설성 도시국 하수도부 감수, 「하수도 시설계획ㆍ설계지침과 해설」후편, 1994년판). 그러나, 이들 방법에서는 폭기조에 있어서의 오니의 체류시간을 길게 잡기 위해 폭기조로서 광대한 설치면적을 필요로 하고, 또한 장시간 폭기법에서는 부하의 저하시에 오니의 확산이 발생하여, 고액분리에 지장을 초래하게 된다. 또한, 접촉산화법에서는 부하의 상승시에 오니의 막힘이 발생하는 등의 점에서 바람직하지 않았다.

따라서, 유기성 오니를 처리하는 활성오니 처리방법에 있어서, 발생하는 잉여오니의 양을 저감할 수 있는 활성오니 처리방법으로서, 일본국 특허 공개공보 평9-276887호에는 "활성오니 처리조와, 활성오니 처리 후의 오니를 고액분리하기 위한 고액분리장치와, 분리오니의 일부를 활성오니 처리조로 반송하는 오니반송수단과, 나머지 오니를 40∼100℃로 가온하기 위한 가온장치와, 가온한 오니를 활성오니 처리조로 반송하기 위한 오니반송수단을 가진 장치를 사용하여 유기성 오수를 처리하는 방법"이 기재되어 있다. 그러나, 상기 공보에 기재된 방법에서는 가온장치에서의 오니의 가용화(可溶化)가 가열만으로 행해지기 때문에, 가용화 처리액 중에는 BOD 성분이 많이 함유되며, 이 높은 BOD 성분은 무기화되지 않고 그대로 가용화 처리액 중에 남게 되기 때문에, 이 BOD 성분을 많이 함유한 가용화 처리액을 활성오니 처리조로 반송하면, 활성오니 처리조에서의 유기물 부하가 과잉되어, 활성오니 처리조에서의 유기물의 산화분해가 불충분하게 되고, 그 결과 처리수의 수질이 악화된다.

따라서, 가용화 처리에 의한 BOD 부하증가에 대응하여 활성오니 처리조에서의 피처리액의 체류시간을 길게 하는 것, 즉, 활정오니 처리조의 용적을 크게 하는 것이 고려되지만, 그러한 경우, 설비비용의 상승을 초래하게 된다.

본 발명은 종래의 기술이 갖는 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 설비비용을 상승시키지 않고, 처리수질을 개선하는 것이 가능한 유기성 폐수의 처리방법 및 그 처리장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 발생하는 잉여오니의 양을 대폭으로 저감하는 것이 가능한 유기성 폐수의 처리방법 및 그 처리장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 오니를 가용화할 때에 호열균(好熱菌)을 사용하여 가용화함으로써, 가용화에 의한 오니의 감량화를 도모함과 동시에 가용화 처리액 중의 유기물은 호열균에 의해 분해되어, 처리액의 BOD를 낮출 수 있다.

도 1은 유기성 폐수의 처리방법을 적용할 수 있는 유기성 폐수 처리장치의 한 실시예의 개략구성도이다.

도 2는 본 발명의 유기성 폐수의 처리방법을 적용할 수 있는 유기성 폐수 처리장치의 다른 실시예의 개략구성도이다.

도 3은 본 발명의 유기성 폐수의 처리방법을 적용할 수 있는 유기성 폐수 처리장치의 또 다른 실시예의 개략구성도이다.

도 4는 오니의 농축률의 차이에 따른 가용화율의 변화를 나타낸 도면이다.

도 5는 오니의 농축률의 차이에 따른 프로테아제 활성의 변화를 나타낸 도면이다.

도 6은 가용화 온도와 가용화율의 변화를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 유기성 폐수의 처리방법을 적용할 수 있는 유기성 폐수 처리장치의 또 다른 실시예의 개략구성도이다.

도 8은 본 발명의 유기성 폐수의 처리방법을 적용할 수 있는 유기성 폐수 처리장치의 또 다른 실시예의 개략구성도이다.

도 9는 본 발명의 유기성 폐수의 처리방법을 적용할 수 있는 유기성 폐수 처리장치의 또 다른 실시예의 개략구성도이다.

도 10은 본 발명의 유기성 폐수의 처리방법을 적용할 수 있는 유기성 폐수 처리장치의 또 다른 실시예의 개략구성도이다.

도 11은 종래의 유기성 폐수 처리장치의 개략구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

2, 2c 생물처리조 4 침전조

7, 7a 가용화조 9 농축장치

본 발명은 유기성 폐수를 생물학적으로 처리하는 방법에 있어서, 유기성 폐수를 생물처리장치에서 생물처리를 한 후, 생물처리장치 중의 오니의 일부를 가용화 처리장치에서 호열균에 의해 가용화하고, 가용화 처리 후의 처리액을 생물처리장치로 반송하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법을 그 요지로 한다.

여기에서, 생물처리장치로서, 호기성 생물처리 또는 혐기성 생물처리의 어떠한 방식의 것도 적용할 수 있다. 호기성 생물처리에 사용되는 폭기처리장치는, 폭기수단을 구비하는 것이라면 산기방식(散氣方式)이어도 되고 기계폭기방식이어도 된다. 폭기처리는 호기성 산화분해가 허용되도록, 바람직하게는 0.1∼0.5vvm(vvm=폭기량/폭기조 용량/min)의 통기량으로 실온하에서 실시되지만, 부하에 따라서는 이를 웃도는 통기량으로, 보다 고온에서 처리해도 된다. 피처리액은 바람직하게는 5.0∼8.0pH로 조정되면 된다. 또한, 폭기처리장치에는 호기적 소화분해를 촉진하기 위해, 효모 등의 미생물과, 플록(flock)형성을 촉진하기 위한 황산 알루미늄, 폴리염화 알루미늄, 염화제이철, 황산제일철 등의 응집제를 첨가해도 된다. 호기성 생물처리에는 폭기처리장치 이외의 호기적 처리가 가능한 장치를 사용할 수도 있다.또한, 혐기성 생물처리에 사용되는 장치로서는 수조 내의 액을 순환함으로써 교반하는 방법, 생성가스를 순환폭기함으로써 교반하는 방법, 교반날개 등의 교반기를 설치하는 방법, 활성미생물 고정수단을 갖는 방법 등, 활성미생물과 처리대상 유기성 폐수를 효율적으로 접촉시키는 수단을 구비한 것이면 사용 가능하다.

가용화 공정에서는 호열균(예를 들면, 호기성 호열균인 바실러스 스테아로더어 모필러스(bacillus stearothermophilus) 등의 균체를 첨가해도 된다)에 의해 오니의 분해가 행해지지만, 효소분해(예를 들면, 프로테아제, 리파제, 글루코시타제 등을 단독 또는 조합하여 첨가한 것) 등의 다양한 방법과 조합하여 실시해도 된다.

가용화 처리장치에 있어서의 가용화 조건으로서는, 호열균이 분비하는 오니 가용화 효소와 열에 의한 가용화를 촉진하기 위해, 예를 들면, 이하와 같은 조건을 채용할 수 있다.

(1)온도 : 50∼90℃, 바람직하게는 55∼75℃, 보다 바람직하게는 60∼70℃

(2)오니농도 : 1000mg/리터 이상, 바람직하게는 3000mg/리터 이상, 보다 바람직하게는 5000∼25000mg/리터

(3)pH : 6∼9, 바람직하게는 7∼8.5, 보다 바람직하게는 7∼8

(4)환경 : 호기 조건 또는 미호기 조건(microaerobic)

(5)체류시간 : 가용화율과 오니의 분해정도에 기초한 수력학적 체류시간(水力學的滯留時間; HRT라고도 한다)에 기초하여 결정한다. HRT는 유입액량과 반응조의 유효용적에 기초하여 구해지는 것으로서, 다음의 관계식으로 표시된다.

HRT＝반응조 용적(리터)/ 단위 시간당의 유입액량(리터/hr)

본 발명에 따르면, 가용화 처리장치에 있어서 호열균에 의해 오니의 가용화가 행해지기 때문에, 가용화에 의한 오니의 감량과 동시에 호열균에 의해 용해성 유기물이 분해되어 무기화되기 때문에, 가용화 처리액의 BOD를 낮출 수 있으며, 생물처리장치로 반송되는 처리액의 생물부하가 저감되어 처리수질이 향상된다.

또한, 호열균에 의한 오니의 분해가 양호하게 행해져서, 처리수질을 향상시킬 수 있는 구체적인 조건은 하기와 같다.

가용화 처리장치에서의 HRT가 짧으면, 유기물이 충분히 분해되지 않아(무기화되지 않아), 생물처리장치로 반송되는 처리액의 BOD를 낮출 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 가용화 처리장치에서의 HRT가 길면, 호열균의 생육을 저해하는 물질이 축적되기 때문에 바람직하지 않다. 이 점에서, 가용화 처리장치에서의 가용화를 위한 수력학적 체류시간은 1일∼8일로 하는 것이 바람직하다. 상기 HRT를 제어하기 위해서는 가용화 처리장치 앞에 농축수단을 설치하여 오니를 농축하고, 가용화 처리장치에 투입되는 오니량을 변화시키는 방법과, 가용화 처리장치 내에 처리액의 레벨을 감지하는 액 레벨 센서를 설치하여, 이 액 레벨 센서에 의해 가용화 처리장치 내의 액위(液位)를 조절하는 방법에 의해, HRT를 제어할 수 있다.

가용화 처리장치 내의 가용화 처리액의 pH는 호열균의 생육에 적합한 6∼9의 범위로 하는 것이 바람직하고, 또한 오니 가용화 효소의 분비 및 활성에 적합한 7∼8.5의 범위로 하는 것이 보다 바람직하며, 7∼8의 범위로 하는 것이 더욱더 바람직하다. 상기 pH를 조절하기 위해서는, 가용화 처리장치 내 또는 가용화 처리장치로 유입되기 직전의 처리액 경로에 pH센서를 설치하고, 산 또는 알칼리를 처리액에적당히 첨가함으로써 변화된 pH를 pH센서에서 감지하는 방법에 의해 pH를 조절할 수 있다.

가용화 처리장치 내의 가용화 처리액의 온도는 호열균의 생육에 적합한 55∼75℃로 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우, 가용화 온도가 낮으면, 호열균의 활성이 불충분하게 되어, 충분히 높은 가용화율을 얻을 수 없는 경우가 있다. 한편, 가용화 온도가 너무 높으면, 열에 의한 물리화학적인 열분해가 진행되더라도 호열균의 활성이 저하되기 때문에, 높은 가용화율을 얻을 수 없으며, 경우에 따라서는 호열균이 없는 경우보다 낮은 가용화율이 되는 경우도 있다. 그래서, 후기하는 실시예에서 상세히 나타낸 바와 같이, 60∼70℃에서 호열균에 의한 미생물처리로 오니를 가용화함으로써, 매우 높은 가용화율을 얻을 수 있다.

또, 생물처리장치에서 처리된 처리액을 고액분리장치에서 처리수와 오니로 분리하고, 상기 오니의 일부를 생물처리장치로 반송함과 동시에, 나머지 오니를 가용화 처리장치에서 호열균에 의해 가용화한 후에, 상기 가용화 처리액을 생물처리장치로 반송할 수도 있다. 고액분리장치란, 예를 들면, 침전장치, 부상(浮上)분리장치, 원심분리장치, 막분리장치와 같은 것을 말한다.

또한, 가용화 처리장치에 있어서의 처리 오니량을 저감하기 위해, 고액분리장치에서 가용화 처리장치에 이르는 경로에 농축장치를 설치할 수도 있다. 이 경우, 고액분리장치에서 분리된 오니의 일부를 생물처리장치로 반송하고, 나머지 오니의 적어도 일부를 농축장치에서 농축한 후에 가용화 처리장치에서 호열균에 의해 가용화하는 방법이라면, 고액분리장치에서 분리된 오니의 적어도 일부는 농축장치에서 농축된 후에 가용화 처리장치로 보내지기 때문에, 호열균의 생육에 적합한 영양조건을 얻을 수 있으며, 가용화 효소의 생성도 행해짐으로써, 높은 가용화율을 얻을 수 있다. 또한, 오니의 적어도 일부는 농축된 후에 가용화 처리장치로 보내지기 때문에, 가용화 처리장치로 보내지는 처리 오니량은 적어지게 되어, 가용화 처리장치를 소형화하는 것이 가능하다.

또한, 고액분리장치에서 분리된 오니를 농축장치에서 농축한 후, 오니의 일부를 생물처리장치로 반송하고, 나머지 오니의 적어도 일부를 가용화 처리장치에서 호열균에 의해 가용화하는 방법이라면, 고액분리장치에서 분리된 오니는 전부 농축되고, 농축 후의 오니의 일부가 가용화 처리장치로 보내지기 때문에, 상기와 마찬가지로 높은 가용화율의 확보와 가용화 처리장치의 소형화가 가능하다는 효과에 더하여, 고액분리장치에서 분리된 오니의 일부는 농축 후에 생물처리장치로 보내지기 때문에, 생물처리장치 중의 미생물량이 많아지게 되어, 생물처리장치에 있어서의 미생물량을 고농도로 유지하는 것이 가능하며, 미생물에 의한 유기물의 분해반응이 충분히 행해지기 때문에, 결과적으로 오니부하가 작아지므로 처리수질이 개선된다는 이점이 있다.

특히, 후기하는 실시예에서 상세하게 나타낸 바와 같이, 오니를 함수율 99% 이하(오니농도 1%)까지 농축함으로써, 호열균의 생육에 적합한 영양조건을 얻을 수 있기 때문에, 가용화 처리가 보다 효율적으로 행해지고, 가용화 처리장치를 한 층 더 소형화하는 것이 가능해진다.

<실시예>

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 유기성 폐수의 처리방법을 적용할 수 있는 유기성 폐수 처리장치의 한 실시예의 개략구성도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 원폐수(A)가 경로(1)를 지나 생물처리조에 도입되고, 생물처리조(2)에서 유기성 폐수인 원폐수가 호기성 생물처리된다. 또, 호기성 생물처리란, 생물산화에 의해 유기물이 이산화탄소 또는 물 등의 무기물로 분해되는 것을 말하고, 사용되는 호기성 미생물은 하수 정화를 위한 활성오니법에서 사용되는 그램음성 또는 그램양성 간균, 예를 들면, 슈드모나스속(pseudomonas) 및 바실러스속(bacillus)으로, 이들 접종균체는 통상의 하수 정화 처리설비에서 얻어지는 것이다. 이 경우, 생물처리조(2)의 온도는 10∼50℃, 통상은 20∼30℃의 온도범위가 되도록 조작하지만, 보다 효율적으로 처리하기 위해서는 고온쪽이 바람직하며, 예를 들면, 하수 잉여오니에서 분리한 중온균(中溫菌)을 사용하는 경우에는 35∼45℃의 온도범위로 조작하도록 한다. 어떠한 경우에도, 미생물에 의한 산화분해 반응이 효율적으로 충분히 발생하도록, 상기 온도범위 중에서 최적의 온도조건을 선택하여 조작하도록 한다. 또한, 이 경우, 생물처리조(2)로서, 배치식(batch) 또는 연속식 어느 쪽이든 사용 가능하다.

이어서, 이러한 생물처리조(2)에서 처리된 처리수(B)는 경로(3)를 지나 고액분리장치로서의 침전조(4)에 도입되어 고액분리되고, 고액분리된 상등액(C)은 방류처의 방출기준에 따르며, 필요하면 초화탈질(硝化脫窒) 또는 오존처리 등의 3차처리를 실시하여 하천방류 또는 수경용수 등으로서 이용된다.

한편, 침전조(4)에서 분리된 유기성 고형물인 오니(D)의 일부는 경로(5)를지나 경로(1)에 합류하여 원폐수(A)와 함께 생물처리조(2)에 도입되도록 되어 있다. 또, 경로(5)를 지나 보내지는 오니량은 생물처리조(2)에서의 미생물의 보유량에 의해 결정된다.

또, 침전조(4)에서 분리된 나머지 오니(E)는 경로(6)를 지나 가용화조(7)에 도입된다. 가용화조(7)에서는 고온조건에서 호기적으로 유기성 고형물의 가용화가 행해진다. 이 경우, 고온조건에서 사용되는 호기성 미생물의 접종균체(호열균)는 예를 들면, 종래의 호기성 소화조에서 미생물을 배양함으로써 얻어진 것이다. 또한 가용화조(7)의 최적온도는, 바람직하게는 50∼90℃의 온도범위가 되는 조건으로 조작하지만, 그 고온처리 대상인 오니(E)에 포함되는 유기성 고형물을 분해하는 호열균의 종류에 따라 달라지는 것이며, 예를 들면, 하수 잉여오니에서 분리된 호열균의 경우에는 미생물(호열균)에 의한 가용화 반응과 열에 의한 물리화학적인 열분해의 양 작용이 동시에 효율적으로 충분히 발생하도록, 고온조건에 있어서의 온도를 55∼75℃의 온도범위, 효소활성이라는 점에서 가장 바람직하게는 60∼70℃로 조작하도록 한다. 어떠한 경우에도, 미생물(호열균)에 의한 가용화 반응과 열에 의한 물리화학적인 열분해의 양 작용이 동시에 효율적으로 충분히 발생되도록, 미생물의 종류에 따라 50∼90℃의 온도범위가 되도록 설정하면 된다.

또한, 가용화조(7)에서 호기적으로 미생물처리하기 위한 장치로서는 종래의 산기관(散氣管)을 구비하여 이루어진 것이라면 사용 가능하다. 이 경우, 가용화조로서는 배치식 또는 연속식 어느 쪽이든 사용 가능하다.

이와 같이, 가용화조(7)에서 가용화된 처리액(F)은 경로(8)를 지나 경로(1)에 합류하여 원폐수(A)와 함께 생물처리조(2)에 도입되어 생물처리가 행해진다.

다음으로, 가용화 조건(호기성 호열균의 첨가에 의한 호기조건과 호기성 호열균을 첨가하지 않은 혐기조건)과 HRT가 1일 또는 2일인 경우에 대하여 가용화율 및 처리수질의 변화를 조사한 결과와, 오니의 농축율의 차이에 따른 가용화율의 변화 및 프로테아제 활성의 변화를 조사한 결과와, 가용화 온도와 가용화율의 변화를 조사한 결과를 설명한다.

(1) 가용화율의 조사

유기성 고형물 농도 2중량%의 하수 처리장 유래의 잉여오니에, 전에 배양해 둔 호기성 호열균인 바실러스 스테아로더어 모필러스 SPT2－1[FERMP－15395]을 식균한 후, 유효용적 2리터의 유리제 쟈 페르멘터(jar fermenter)에 투입하여, 65℃에서 통기량 1.0리터/min., 교반속도 300rpm으로 처리하고(산화환원 전위＝50∼100mV, pH＝8.1), HRT＝1일 또는 2일로 가용화 시료를 채취하여, 그 휘발성 고형물 함유량(VSS₁)을 측정하고, 처리 전의 휘발성 고형물 함유량(VSS₀)에 기초하여, 다음 식에 따라 각 HRT에 있어서의 가용화율(%)을 측정하였다. 이들 VSS₀와 VSS₁의 측정은 JIS－K－0102에 따라 행하였다. 동시에, 상기한 오니를 사용하여 상기한 가용화 온도에서 혐기조건(호기성 호열균 무첨가)으로 HRT가 1일인 경우에 있어서 가용화율을 조사하였다.

가용화율(%)＝((VSS₀－VSS₁)/VSS₀)×100

그 결과, 다음의 표 1에 나타낸 결과를 얻었다.

	혐기조건	호기조건(호열균)
HRT	1일	1일	2일
가용화율(%)	24	39	47
가용화 처리액의 BOD(mg/리터)	4850	2700	1500
BOD(kg)/용해 휘발성 고형물(kg)	0.97	0.34	0.17

표 1에서 알 수 있듯이, HRT가 1일인 경우, 혐기조건에 의한 가용화를 행한 경우의 처리액의 BOD에 비하여, 호기성 호열균에 의한 가용화를 행하면, 처리액의 BOD는 약 55%로 저감되는 것을 알았다. 또, 호기성 호열균에 의한 가용화를 HRT＝2일로 행하면, 혐기조건에 의한 가용화의 경우에 비하여, 처리액의 BOD는 약 30%로 저감되는 것을 알았다.

(2) 처리수질의 변화

도 1에 나타낸 장치를 구성하기 위해, 생물처리조(2)로서는 단면적 800㎠이고 높이 60㎝의 유효용적 40리터의 투명 염화비닐 수지제의 사각 수조를 사용하여, 이 생물처리조(2)에 25℃에서 10리터/min. 통기하고, 침전조(4)로서는 단면적 400㎠이고 높이 40㎝의 유효용적 7리터의 투명 염화비닐 수지제의 하부 각추형 사각 수조를 사용하며, 가용화조(7)로서는 내부직경 13㎝이고 높이 25㎝의 유효용적 2리터의 유리 원통을 사용하고, 유기성 폐수의 성상(性狀)으로서는 펩톤:글루코스:이스트 엑기스＝4:4:1인 것을 사용하여, 0.4kgBOD/m³/일의 부하로, 생물처리조(2)의 오니농도가 약 3000mg/리터가 되도록 경로(5)에 들어오는 오니량을 조정하여, 가용화조(7)에 있어서, 상기한 호기성 호열균의 첨가에 의한 호기조건에서의 가용화 처리(65℃, 통기량 1.0리터/min., 교반속도 300rpm, 산화환원 전위＝50∼100mV,pH＝8.1)와 혐기조건에서의 열만에 의한 가용화처리(65℃)를 행한 경우에 있어서 처리수질의 변화를 조사하였다.

그 결과, 다음 표 2에 나타낸 결과를 얻었다.

	혐기조건	호기조건(호열균 첨가)
HRT	1일	1일	2일
처리수의 BOD(mg/리터)	12	＜5	＜5
처리수의 SS (mg/리터)	18	7	8

표 2에서 알 수 있듯이, 호기성 호열균에 의한 가용화를 행함으로써, 처리수의 수질은 대폭으로 개선되는 것을 알았다.

또, 오니를 농축함으로써, 가용화조로의 투입 오니량이 감소하고, 결과적으로 가용화조에서도 HRT가 길어져, 가용화조에서 생물처리조로 반송되는 처리액의 BOD량을 대폭으로 저감할 수 있기 때문에, 이를 위해서는 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 도 1의 장치에 농축장치(9)를 부가한 처리장치를 사용할 수 있다. 농축장치(9)로서는 막농축, 원심농축, 부상농축, 증발농축 및 유동링 적층방식의 농축 등의 농축장치를 사용할 수 있다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 침전조(4)에서 분리된 오니(D)를 전부 농축장치(9)에서 농축한 후, 오니의 일부를 경로(5)를 지나 생물처리조(2)로 반송하고, 나머지 오니를 가용화조(7)에서 호열균에 의해 가용화할 수도 있다.

(3) 오니의 농축률의 차이에 따른 가용화율과 프로테아제 활성의 변화

가용화조로서 5L(리터) 유리제 쟈 페르멘터를 사용하고, 처리대상 오니로서 하수 처리장의 최종 침전지에서 채취한 잉여오니를 다양한 농도로 농축한 것을 사용하며, 상기 가용화조에 농도 조정된 오니 2L(리터)를 투입해서, 호열균 배양액을 용적비로 1% 첨가하고, 통기량 1L/min, 교반속도 300rpm, 온도 65℃에서 24시간 가용화 처리를 행하여, 24시간 후의 VSS(유기성 고형물) 가용화율 및 오니 가용화 효소의 하나인 프로테아제 활성의 측정을 행하였다. 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타낸다. VSS 가용율(%)은 24시간 배양 후의 휘발성 고형물 함유량을 VSS₁으로 하고, 배양 전의 휘발성 고형물 함유량을 VSS₀으로 하면, 다음 식으로 정의되며, VSS₁과 VSS₀의 측정은 JIS－K－0102를 따라 행하였다.

VSS 가용화율(%)＝((VSS₀－VSS₁)/VSS₀)×100

도 4에 나타낸 바와 같이, 오니를 함수율 99% 이하(오니농도 1% 이상)까지 농축함으로써 현저히 높은 가용화율이 얻어진다는 것을 알았다. 또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 가용화율을 뒷받침하는 프로테아제 활성도 함수율 99% 이하(오니농도 1% 이상)에서는 높은 활성을 유지하고 있는 것을 알았다. 이와 같이, 오니를 함수율 99% 이하까지 농축함으로써, 가용화율을 현저히 향상시킬 수 있다. 즉, 통기수단을 구비한 가용화조 중의 호기성 호열균의 증식과 활성을 위해 호열균의 영양원으로서 가용화조 중에 유기물이 용해되어 있는 것이 필요하고, 오니를 일정 농도 이상(함수율 99% 이하)으로 농축하여 가용화조에 투입함으로써, 농축오니가 열 및 가용화조 중에 존재하고 있는 호기성 호열균의 오니 가용화 효소에 의해 가용화되어, 그 가용화액이 가용화조 중의 호기성 호열균의 생육 및 오니 가용화 효소의 생성에 충분한 기질(基質)이 되기 때문에, 호기성 호열균이 충분히 증식하여 높은 활성도 유지된다. 이에 의해 대량의 오니 가용화 효소가 생성ㆍ분비되기 때문에, 호기성 호열균에 의한 가용화 반응이 충분히 또한 계속적으로 행해져서 높은 가용화율을 확보하는 것이 가능해진다.

반대로, 오니농도 1% 이하(함수율 99% 이상)로 가용화조에 투입된 경우는 호기성 호열균의 생육 및 오니 가용화 효소의 생성에 필요한 기질이 불충분하게 되어, 호기성 호열균의 활성 및 오니 가용화 효소의 분비도 어느 정도밖에 기대할 수 없으며, 높은 가용화율을 달성할 수 없다. 또, 오니를 함수율 90% 이하까지 농축하더라도 상기한 이점은 그다지 가질 수 없고, 반대로 유동성이 악화되며, 가용화조를 호기 또는 미호기에서 운전하는 경우는 폭기에 의한 발포현상이 발생한다는 불리한 점이 있기 때문에, 농축장치에 의한 오니의 농축은 함수율 90∼99%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 특히, 호기조건인 경우는, 오니의 함수율은 96∼99%의 범위가 바람직하다.

(4) 가용화 온도와 가용화율

대상 오니로서는 하수 처리장의 폭기조에서 채취한 오니를 중력농축에 의해 농도 1.5%로 농축한 것을 사용하며, 500mL 비스듬한 입구 플라스크 5개에 상기 농축오니를 각 150mL 투입하고, 그 각 플라스크에 종균으로서 전배양(前培養)해 둔 호기성 호열균인 바실러스 스테아로더어 모필러스 SPT2-1주[FERMP-15395]를 5mL 첨가하여, 각 설정온도에서 24시간 배양하고, 증발분의 물을 보급하면서 VSS를 측정하였다. 도 6에는 온도(℃)를 횡축에 잡고, 종축에 VSS 가용화율(%)을 나타낸다.

또한, 비교를 위해, 상기한 농축오니를 사용하여, 호열균을 농축오니에 첨가하지 않고 가용화하는 실험도 행하였다.

도 6 중의 기호 "○"는 호열균을 넣어 오니를 가용화한 경우를 나타내고, 기호 "●"는 호열균 없이 오니를 가용화한 경우를 나타낸다.

도 6에서 알 수 있듯이, 60∼70℃에서 호열균에 의한 미생물 처리로 가용화함으로써, 가용화율을 현저히 향상시킬 수 있다. 그러나, 60℃ 미만에서는 호열균의 활성이 불충분하여, 충분히 높은 가용화율을 확보할 수 없다. 한편, 가용화 온도 70℃를 넘으면, 열에 의한 물리화학적인 열분해가 진행되어도 호열균의 활성이 저하되기 때문에, 높은 가용화율을 얻을 수 없으며, 경우에 따라서는 호열균이 없는 경우보다 낮은 가용화율이 되는 경우도 있다.

또, 본 발명의 유기성 폐수의 처리방법을 적용할 수 있는 유기성 폐수 처리장치의 다른 실시예에 대하여 도 7∼도 10을 참조하면서 설명한다.

도 7은 생물처리조(2) 내에 막분리장치(10)를 갖는 경우의 예로서, 생물처리와 병행하여 막분리장치에 의한 고액분리가 행해진다. 생물처리조(2) 내에 설치되는 막분리장치(10)에는 예를 들면, 구멍직경 0.1∼2.5㎛, 바람직하게는 0.3∼0.5㎛를 갖는 막이 사용되면 되고, 그리고 1 이상의 막모듈 구조로 형성되어 있는 것이 적합하다. 바람직한 막분리장치로서는, (주) 유아사(YUASA) 코퍼레이션제의 T형 필터 엘리멘트를 구비한 침지형 막분리장치 등을 들 수 있다. 또한, 상기 막분리장치에는 바람직하게는 수압, 공기압 등에 의한 가압과 찰소(擦掃), 진동 또는 약품주입 등에 의한 세정수단이 내포 또는 병설되어, 막을 통과하지 않은 물질이 막표면에 접착하는 것을 가능한 한 회피하는 구조로 되면 된다. 생물처리조(2)에서 처리액의 일부를 다음 가용화 공정에 부치기 위해 오니를 빼내는데, 바람직하게는 생물처리조(2) 내의 현탁물질 농도(MLSS)를 일정치, 예를들면, 10000∼20000mg/리터로 유지하고, 호기적 처리에 의한 소화분해가 원활히 행해지도록, 간헐적 또는 정상적으로 양을 제어하면서 오니를 빼내고, 다음 가용화 공정에 부치면 된다. 또한, 생물처리조에서 빼낸 오니를 가용화 공정에 부치기 전에 농축장치에 의해 농축하는 것도 가능하다.

도 8은 미생물에 의해 유기성 폐수 중의 인(燐)성분의 제거를 행하는 경우의 예로서, 혐기조(2a)에 있어서 미생물에서 인방출이 행해지고, 다음으로, 호기조(2b)에 있어서 호기적인 미생물 소화 및 미생물에 의한 인성분의 섭취(체내저장)를 행한다. 이어서, 생물처리된 처리액을 침전조(4)에 있어서, 인성분이 농축된 일차 오니(x)와 일차 처리수(a)로 분리한다. 일차 오니(x) 중의 미생물에서 인성분을 방출시키기 위해, 다음의 인방출장치(11)에 있어서, 혐기처리, 가열처리, 초음파처리, 오존처리, 알칼리처리 등에 의해 인성분을 액상으로 방출시키고, 침강분리, 부상분리, 원심분리, 막분리(탈수기에 의한 분리도 포함한다) 등에 의해 인성분 고함유 이차 처리수(b)와 이차 오니(z)로 분리한다. 이 경우, 인방출은 혐기처리, 열처리(60∼90℃)가 바람직하고, 고액분리는 침강분리, 부상분리가 바람직하다. 이어서, 이차 처리수(b)에 응집제를 첨가하여, 인분리장치(12)에 있어서, 인성분을 고형성분으로서 응집시켜서, 인성분을 실질적으로 포함하지 않는 3차 처리수(c)와 고형 인성분(y)을 얻는다. 이 고형 인성분(y)은 비료와 인화합물 제조를 위한 원료로서 이용할 수 있는 것이다. 상기 이차 오니(z)는 오니성분을 더욱감량화하기 위해 가용화조(7)에서 가용화 처리된다.

도 9는 열에너지의 손실이 적고, 처리계 밖으로 배출되는 처리수 중의 질소함유 유기분 또는 질소함유 무기분이 적으며, 대기 중에 방산되는 배(排)가스의 냄새제거가 가능한 경우의 예로서, 생물처리조(2)에 이르는 처리액 경로에는 질소화장치와 탈질(脫窒)장치(14)가 배치되어 있고, 침전조(4)에서 분리된 오니의 일부는 환류경로(15)를 지나 질소화장치(13)로 반송되고 있으며, 가용화조(7)에서 가용화된 처리액은 열교환기(16)와 반송경로(17)를 지나 탈질장치(14)로 반송된다. 또한, 경로(18)를 지나 가용화조(7)에 들어온 공기는 경로(19)를 지나 질소화장치(13)에 들어온다. 유기성 폐수 중의 NH₄ ⁺성분은 질소화장치(13)에 있어서 질소화 균에 의해 NO₂ ^-또는 NO₃ ^-로 변화되고, 이 NO₂ ^-또는 NO₃ ^-는 탈질장치(14)에 있어서 탈질균 및 수소공여제의 작용에 의해 N₂로 변화된다. 가용화조(7)에서 배출되는 가스(주로 NH₃를 포함하는 가스)는 질소화장치(13)에 도입된 후에 대기중에 방산되기 때문에, 대기중에 방산되는 가스의 냄새는 현저히 약해지며, 가용화조(7)에서 배출되는 가스의 열은 질소화장치(13)에 있어서 질소화처리에 유효하게 이용되기 때문에 열에너지의 손실이 적다. 또한, 처리계 밖으로 배출되는 처리수 중의 질소함유 유기분 또는 질소함유 무기분은 실질적으로 제로이다. 원수 중의 유기분이 그다지 많지 않은 경우에는 도 9에 나타낸 바와 같이, 질소화장치에서 질소화한 후에 탈질장치에서 탈질하는 것이 바람직하다.

그러나, 원수 중의 유기분이 다량인 경우, 유기분을 산화분해하는 미생물이 증가하여 질소화 균의 질소화작용이 저해되기 때문에, 우선, 탈질장치에 있어서 원수 중의 유기분의 제거를 행하고, 그 후에 질소화장치에 있어서 질소화 균에 의한 질소화처리를 행하는 것이 바람직하다. 그리고, 질소화처리 후의 처리액을 탈질장치로 반송함으로써, 질소성분을 거의 포함하지 않는 처리수를 침전조(4)에서 외부로 방출할 수 있다.

도 10은 유기성 폐수를 생물학적으로 처리할 때에 공급 공기량을 저감할 수 있는 경우의 예로서, 가용화조(7a)를 밀폐상태로 하고, 가용화조(7a) 근방에 콤프레서(compressor)(20)를 설치하여, 콤프레서(20)에서 가용화조(7a)에 들어온 고압공기에 의해 가용화 처리 후의 처리액은 관로(21)를 지나 고압공기와 함께 생물처리조(2c)에 도입되는 방식으로서, 가용화조(7a)에는 고압공기가 들어오기 때문에, 가용화조(7a) 내의 가용화 처리액 중의 산소용해 효율이 커지므로, 공급 공기량을 저감할 수 있으며, 배기가스와 함께 대기 중에 나오는 가용화조의 보유열량을 삭감할 수 있다. 이 경우, 가용화조(7a)의 처리액을, 고압공기와는 별도로 생물처리조(2c)에 도입하는 것도 가능하다. 생물처리조(2c)에 가용화조(7)로부터의 열을 가진 가스가 공급됨으로써, 생물처리조(2c)의 생물활성이 높아져, 처리수질을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 다음의 효과를 얻을 수 있다.

청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 가용화에 의한 오니의 감량화와 함께 호열균에 의해 용해성 유기물이 분해되어 무기화되기 때문에, 생물처리장치의 컴팩트화와 처리수질의 향상을 동시에 달성할 수 있다.

청구항 2∼청구항 4에 기재된 발명에 따르면, 호열균의 생육에 적합한 조건이 나타나, 처리수질을 대폭으로 개선할 수 있다.

청구항 5, 청구항 6에 기재된 발명에 따르면, 매우 높은 가용화율을 확보하고, 발생하는 잉여오니의 양을 대폭으로 저감하며, 가용화 처리장치를 한층 더 소형화하는 것이 가능하다.

청구항 7, 청구항 8에 기재된 발명에 따르면, 청구항 1∼청구항 4에 기재된 처리방법을 실시하는데 적합한 처리장치를 제공할 수 있다.

청구항 9에 기재된 발명에 따르면, 청구항 5, 청구항 6에 기재된 처리방법을 실시하는데 적합한 처리장치를 제공할 수 있다.

Claims

유기성 폐수를 생물학적으로 처리하는 방법으로서, 유기성 폐수를 생물처리장치에서 생물처리를 한 후, 생물처리장치 중의 오니(汚泥)의 일부를 가용화(可溶化; solubilization) 처리장치에서 호열균(thermophilie)에 의해 가용화하고, 가용화 처리 후의 처리액을 생물처리장치로 반송하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법.
제 1항에 있어서, 가용화 처리장치에서의 가용화를 위한 수력학적(水力學的) 체류시간이 1일∼8일인 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 가용화 처리장치 내의 가용화 처리액의 pH가 6∼9인 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법.
제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 가용화 처리장치 내의 가용화 처리액의 온도를 55∼75℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법.
제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 가용화 처리장치에 투입되는 오니의 함수율이 99% 이하인 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법.
제 5항에 있어서, 가용화 처리장치에서 호열균에 의해 60∼70℃에서 가용화되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리방법.
유기성 폐수를 생물학적으로 처리하는 장치로서,

유기성 폐수를 생물처리하기 위한 생물처리장치와, 유기성 고형물을 호열균에 의해 가용화하기 위한 가용화 처리장치를 가지며, 생물처리장치에서 가용화 처리장치를 지나 다시 생물처리장치에 이르는 처리액의 경로를 형성한 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리장치.
유기성 폐수를 생물학적으로 처리하는 장치로서,

유기성 폐수를 생물처리하기 위한 생물처리장치와, 유기성 고형물을 호열균에 의해 가용화하기 위한 가용화 처리장치를 가지며, 처리액을 처리수와 오니로 분리하기 위한 고액분리장치를 생물처리장치에 잇따르는 처리액의 경로에 배치하고, 상기 고액분리장치에서 생물처리장치에 이르는 처리액의 경로와, 고액분리장치에서 가용화 처리장치를 지나 생물처리장치에 이르는 처리액의 경로를 형성한 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리장치.
제 8항에 있어서, 고액분리장치에서 가용화 처리장치에 이르는 처리액의 경로에 농축장치를 설치한 것을 특징으로 하는 유기성 폐수의 처리장치.