KR20020075155A

KR20020075155A - 토양미생물균군을 이용한 부식활성오니공법에서의처리효율 증대방안

Info

Publication number: KR20020075155A
Application number: KR1020010016094A
Authority: KR
Inventors: 노남두
Original assignee: 노남두
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-10-04

Abstract

① 발명이 속하는 기술분야 : 폐수처리에 활용되고 있는 토양미생물균군^①을 이용한 부식활성오니공법^②

② 발명의 목적 : 폐놀계 대사활동을 수행하는 토양미생물균군을 이용한 부식활성오니공법에서, Bio-reactor^③내의 구조 및 소재의 개선과 충진제로 사용되고 있는 자연 부식토[pellet]^④에 대하여 폐슬러지 등을 이용한 인공부식토로 교체하므로써 폐자원의 재생화 및 대량생산으로 처리효율을 극대화하고 운영경비를 절감하기 위함.

③ 발명의 구성

a. Bio-reactor의 구조변경 : 도1.의 원통형 구조를 유체역학을 고려한 도2.a의 유선형 구조로 변경

b. Bio-reactor 구조물의 소재변경 : 도1.의 스테인레스 구조를 도2.의 규조토와 규산염광물을 혼합하여 소성한 소재로 변경

c. Bio-reactor내 충진제인 자연부식토[pellet]를 인공부식토로 대체

④ 발명의 효과

a. Bio-reactor의 구조변경

- 유기물과 미생물의 접촉빈도 극대화로 처리효율 개선

b. Bio-reactor 구조물의 소재변경

- 반응기내의 미생물 농도 증가 및 폐놀계 대사 유도물질 공급으로 처리효율 개선

c. 인공부식토의 제조 및 적용

- 재료의 확보가 용이하고 대량생산이 가능하며, 자연 부식토[pellet]에 비해 미생물 개체수와 부식물질 의 농도가 높아 처리효율 개선

[색인어]

① 토양미생물균군 : 토양미생물 중에는 환경조건(유리산소의 존재 유무)에 따라 대사산물을 달리하는 미생물이 있는데, 이들은 유산소 조건에서는 유기물의 저분자화(비페놀계 대사)가 진행되나 무산소 조건에서는 고분자화(페놀계 대사)가 진행된다.

② 부식활성오니공법 : 토양미생물균군의 대사 특성을 활용하여 페놀계 대사를 수행할 수 있는 조건을 폐수처리 시설에 별도로 장치함으로써 토양미생물균군의 페놀계 대사산물에 의해 용해상태의 오염물질을 입자화, 응집, 중축합 등 복합적 반응을 통해 고분자화하여 고액분리 및 처리하는 공법으로 기존의 활성오니공법보다 높은 BOD용적부하와 양질의 처리수를 기대할 수 있는 공법이다.

③ Bio-reactor : 부식활성오니공법에서 유기물을 토양미생물균군에 의해 고분자화(페놀계 대사)를 유도하는 일종의 생물학적 반응기로서 부식토와 경석^⑧이 일정량 충진되어 있다.

④ 부식토[pellet] : 직경 16mm, 길이 20mm정도의 원기둥의 봉형태로 재질은 부식물질과 점토상의 흙을 혼합하여 이것에 Aluminum silicon 및 Fe성분 등을 첨가해 건조시킨 것으로 후르보산, 후민산의 부식물질과 Al, Fe 등의 중금속이 킬레이트 결합을 하여 악취물질 등을 중축합하고 오염물질의 응집 및 비토양성균군을 불활성화시켜 증식을 억제하여 폭기조내 미생물을 토양균군 주체로 유도함으로써 페놀계 대사를 수행할 수 있도록 하는, 반응기의 충진제로 사용된다.

⑤ 부식물질 : 토양미생물균군이 페놀대사 과정에서 생산되는 후르보산, 후민산 등의 부식산을 포함한 대사 생성물질을 말한다.

⑥ 규조토 : 해수에서 생성된 것과 담수성의 것이 있으며, 양질의 것은 이산화규소 SiO₂를 90% 이상 함유하고 있다. Bio-reactor에는 이들 중 알루미늄염, 철염이 다량 함유된 것을 사용한다.

⑦ 규산염광물 : 일반식 xM¹ ₂O ·ySiO₂(M은 1가의 금속). 자연계에서 다량으로 산출되며, 조암광물(造岩鑛物)의 주성분으로서 지각(地殼)의 대부분을 차지하며 알루미늄염 ·철염 ·칼슘염 ·마그네슘염 ·알칼리염 등이 가장 많은데 구조적으로는 SiO₄ ^4-의 정사면체가 단위이며, 이것이 규칙적으로 배열되고 그 틈에 양이온이 들어가서 결정이 구성되는데 이것이 토양미생물균군의 페놀계 대사에서 부식물질과 결합하여 유기물을 응집, 중축합, 고분자화 시킨다.

⑧ 경석 : "가벼운 돌"이라는 뜻에서 유래된, 비교적 비중이 낮은 화산암의일종으로 표면에 무수히 많은 공극을 갖고 있으며, Bio-reactor 내에서 토양미생물균군의 여재역할 및 무기물 공급원으로 활용되어진다. (제주산 돌하르방이 경석의 일종임)

Description

토양미생물균군을 이용한 부식활성오니공법에서의 처리효율 증대방안{omitted}

폐수처리에 활용되고 있는 토양미생물균군을 이용한 기존 부식활성오니공법에서는 Bio-reactor의 구조와 소재가 유체의 흐름과 미생물의 특성을 고려하지 않고 설계되어 사용되어지고 있어 처리효율이 다소 미흡한 실정임.

① Bio-reactor의 구조변경

도1.의 원통형 구조를 도2.의 유선형 구조로 변경함.

② Bio-reactor의 소재변경

도1.의 스테인레스 재질을 규조토에 규산염광물을 미분사로 가공 후 혼합하여 도2.의 유선형 구조로 조형 후 600∼800℃에서 소성하여 제작함.

③ 폐슬러지 등을 이용한 인공부식토의 제조

- 우선 비옥한 토양에서 토양미생물균군을 추출하여 이를 균주분리 배양 후동결건조 시켜 종균으로 보관하고 이를 튜브배양, 플라스크 배양과정을 거쳐 fermenter에서 대량 배양한 뒤 이를 폐슬러지 등에 투입하여 무산소적 조건하(별도의 반응조)에서 규산염(폐놀계 대사 유도물질)을 적량 첨가하여 pH 5로 하고 일정기간 간헐적으로 교반하면 방향족 물질이 생성되면서 슬러지 내에 존재할 가능성이 큰 비페놀계 대사활동을 수행하는 생물균군의 활동을 억제시키는 항균작용과 동시에 급속한 결합, 입자화, 응집, 중축합 반응이 일어나 고분자화 되는 부식물질과 다량의 토양미생물균군이 생성되게되는데, 이 물질을 정제한 후 건조시켜 고형화하면 기존 부식토[pellet]와 유사한 인공부식토가 만들어진다.

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기존 부식활성오니공법에서 사용되어지는 Bio-reactor는 유체의 흐름을 고려하지 않은 구조로 이루어져 있어 유기물과 부식물질^⑤, 토양미생물균군과의 접촉이 원활하게 이루어지지 않을 뿐만 아니라 그 소재도 주로 스테인레스를 사용하고 있어 미생물의 고농도화에 적절치 않으며 내부 충진제로 쓰여지는 자연 부식토[pellet]는 채굴의 어려움과 희소성, 제조공정의 까다로움 때문에 유통가격이 비싼 실정이다.

이런한 단점을 보완하기 위해 Bio-reactot의 구조를 유선형으로 바꾸어 미생물, 유기물, 부식물질과의 접촉빈도를 향상시키고, 그 소재를 미생물의 흡착이 용이한 다공질의 규조토^⑥와 규산염광물^⑦을 혼합하여 소성한 재료로 바꾸어 반응기 내부의 미생물농도를 증가시킴으로써 처리효율을 향상시키고, 충진제로 사용되고 있는 자연부식토[pellet]의 대체 소재로서 폐슬러지 등을 이용한 인공부식토를 제조하여 부식활성오니공법의 Bio-reactor 공정에 도입 함.우선 비옥한 토양에서 토양미생물균군을 추출하여 이를 균주분리 배양 후 동결건조 시켜 종균으로 보관하고 이를 튜브배양, 플라스크 배양과정을 거쳐 fermenter에서 대량 배양한 뒤 이를 폐슬러지 등에 투입하여 무산소적 조건하(별도의 반응조)에서 규산염(폐놀계 대사 유도물질)을 적량 첨가하여 pH 5로 하고 일정기간 간헐적으로 교반하면 방향족 물질이 생성되면서 슬러지 내에 존재할 가능성이 큰 비페놀계 대사활동을 수행하는 생물균군의 활동을 억제시키는 항균작용과 동시에 급속한 결합, 입자화, 응집, 중축합반응이 일어나 고분자화 되는 부식물질과 다량의 토양미생물균군이 생성되게되는데, 이 물질을 정제한 후 건조시켜 고형화하면 기존 부식토[pellet]와 유사한 인공부식토가 만들어지는데 이를 기존 부식활성오니공법에서 사용되고 있는 bio-reactor내의 충진제로 적용하고자 함.

a. Bio-reactor의 유선형 구조 변경의 효과

- 유체의 흐름을 원활히 하여 미생물과, 유기물, 부식물질 등의 접촉효율을 최대화함으로써 토양미생물균군의 활성을 극대화 하고 유기물의 고분자화(페놀계 대사)를 촉진시킨다.

b. Bio-reactor의 소재 변경 효과

- 기존 스테인레스 구조물을, 다공질의 규산토를 소성한 재료로 바꾸면 구조물 표면에 흡착되는 토양미생물균군의 양이 많아져 반응기내의 미생물 농도를 증가시킬 뿐만 아니라 토양미생물균군의 유기물 고분자화(페놀계 대사)에 필수적 물질인 SiO₂를 공급하는 역할도 수행하므로 처리효율을 극대화시킬 수 있다.

c. 자연 부식토[pellet]의 대체 소재로서, 폐슬러지 등을 이용한 인공부식토의 제조 및 공정적용에 따른 효과

- 폐슬러지 등을 이용하므로 폐기물의 자원화가 가능하고 재료의 확보가 용이하다.

- 대량생산이 가능하므로 공정 적용시 운영비를 획기적으로 절감할수 있다.

- 자연 부식토[pellet]에 비해 토양미생물균군과 부식물질의 함유량이 많으므로 처리효율을 증대시킬 수 있다.

Claims

Bio-reactor의 유선형 구조
제1항에 있어서 유선형 구조의 소재
제2항에 있어서 유선형 구조의 소재 제조방법
폐슬러지 등을 이용한 인공부식토의 제조방법
제4항에 의하여 제조된 인공부식토