KR20030046535A - 폐어망에 효율적인 생물막 형성을 위한 영양분 코팅 방법및 생물막 오수정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물에 의해 오수 및 생활하수를 효과적으로 처리할 수 있게 한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 분뇨 및 오폐수처리 시설에 서식하는 미생물들을 media(담체)로 사용된 폐어망에 한천배지 및 영양물질을 코팅하여 미생물들의 생체질량(biomass)을 극대하여 수처리의 효율을 높이는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반 하천의 자갈 등의 표면에 미생물이 부착하여 생물막(biofilm)이 형성된 것을 볼 수 있다. 미생물의 서식환경을 제공하는 하천의 자갈 등은 박테리아, 균류 등의 다양한 미생물군이 존재하는 생물막으로 형성되어 있어서 하천의 자정작용에 중요한 역할을 한다. 이런 media들은 적은 공간에 많은 미생물들이 서식할 수 있게 하며, 미생물들이 부착되어 있기 때문에 미생물의 유출을 막고, 오염물의 유입량이나 농도부하에도 효과적인 대처가 가능한 것으로 알려져 있어 미생물을 이용한 수처리에서는 오래 전부터 이용해오고 있는 방식이다. 하지만 활성탄이나 세라믹 재질의 media들은 원가나 조제비가 많이 들어가며, 미생물들이 부착하기 위해서는 그 시일이 많이 소요된다.

따라서, 본 발명은 폐자원인 폐어망에 한천분말과 효모파쇄액을 코팅하여 미생물을 짧은 시일 내에 쉽게 부착하게 하며, 부착된 미생물의 순응기간을 줄임과 동시에 부착된 미생물의 생체량을 높일 수 있게 하는 방법과 장치에 관한 것이다.

분뇨 및 오폐수처리 시설에 투입함으로서 기존처리방식의 처리효율 가속화시켜 안정적인 처리효율을 확보할 수 있도록 하였다.

Description

폐어망에 효율적인 생물막 형성을 위한 영양분 코팅 방법 및 생물막 오수정화장치 {The nutrient coating method for effective biofilm forming and sewage disposal system using spent fish net }

오수 처리란 오수 속에 존재하는 인간이 원치 않은 오염 물질들을 물과 분리, 농축, 안정화 격리하는 것으로 우리 나라에서 널리 사용되고 있는 처리공정으로는 활성 슬러지법, 산화구법, 장기 폭기법 등이 있다.

오수는 점진적으로 방류 규제농도의 강화뿐만 아니라, 이에 따라 여러 공법들이 많은 것은 당 업계에서는 주지하는 사실이므로 본 기술의 전체를 거론하는 것은 의미가 없다고 판단된다. 따라서 본 발명에서는 미생물 조정조를 이용한 분뇨 및 오폐수 처리시설에 대해 거론한다.

미생물 조정조를 이용한 분뇨 및 오폐수 처리시설은 혐기성 및 호기성미생물을 이용한 생물학적 처리공법이다. 처리수에 포함된 주요 수질오염원인 유기물질을 혐기성미생물과 호기성미생물의 증식작용과 산화작용을 통하여 처리하고, 미생물군의 최적 서식환경을 조성하고 활성화시켜 안정적인 처리수를 확보하는 것이 목적이었다. 미생물군집체(Bio Clod), 미생물조정조(Bio Controller)등 오수처리 기술은 대표적 방법으로는 고정상(fixed bed) 처리법과 유동상(fluidized bed) 처리법이 있으며, 고정상 처리법에 사용되는 담체로는 활성탄, 세라믹 재질의 담체, 자갈, 폐타이어, 섬유재질 및 합성수지를 사용하여 여러 가지로 형태화한 것 등이 있으며, 유동상 담체로는 활성탄이나 합성수지를 가공한 담체들이 많이 사용되고 있다. 위의 담체들은 공극폐색현상이 자주 발생 또는 제조시 제조비용이 많이 드는 문제점이 있으며, 폐타이어의 경우 폐타이어에서 유출되는 황화합물로 인해 미생물의 성장이 제한을 받는 등의 문제점이 있다.

기 출원된 등록번호1995-5814와 같이 흡착성망상패드를 이용하는 것과 20-172792와 같이 공극율을 증대하기 위해 망상등을 다겹으로 중첩구성 하는 것등 종래에 사용되는 여재나 방법은 은 시간이 많이 소요되고 또한 접착재를 사용하여 접착재의 표면에 미생물을 부착시켜 오수처리를 하는 접촉 산화법에 사용되는 여재등은 미생물의 탈기나 영향물질의 부족으로 미생물의 번식 및 증식율이 매우 낮다.

또한 특1999-73454, 특1999-73489등과 같이 미리 담체에 미생물을 고정시키는 경우 오·폐수의 특성에 따라 투입즉시효과가 나타나는 것이 아니며, 오·폐수의 환경에 적응하기 위한 시간이 필요하고, 고정된 미생물들의 생태적 성상변화가 나타나서 원하는 만큼의 효율을 달성하기 어렵다.

대부분의 분뇨 및 오폐수처리시설의 배출경로는 도1) 과 같은 방법에 의한다. 통상 3단계로 구성되어 있는 단독정화조는 1단계에서 침전 및 부상으로 고형물의 분리가 일어나며, 2단계에서 혐기성분해를 유도하고, 3단계에서 쇄석을 이용한 미생물처리 및 방류조 역할을 하고 있다.

흔히 하천수중의 자갈 표면에 박테리아, 균류, 원생동물 등의 미생물군이 다양하게 존재하는 생물막으로 덮여 있는 현상을 볼 수 있으며, 이러한 자갈들은 media(담체)역할을 하여 미생물의 부착을 용이하게 할 뿐만 아니라 자갈에 부착되어 있는 미생물군들이 하천의 자정작용에 중요한 역할을 한다.

본 발명은 소각처리되고 있는 폐어망에 한천분말과 효모파쇄액을 코팅하여 짧은 시간내에 생물막 형성이 용이하도록 하여 안정적인 수처리 효율을 확보할 수 있게 한 것이다.

코팅에 사용되는 효모파쇄액은 미생물의 증식을 위한 영양원으로 제공되며, 한천분말은 코팅시 응고작용을 하는 기질로 사용하였다. 본 발명에서 영양분이나 코팅시 응고작용에 사용되는 기질은 효모파쇄액이나 한천분말에 제한시키지는 않는다.

본 발명에서는 폐어망에 0.5％ 한천분말과 0.2％ 파쇄된 효모분말로 혼합액을 만들어 100℃에서 용해시켜 균질의 액체상태로 만든 후, 70℃로 식힌 후 폐어망을 용액중에 침지시켜 5분 정도 방치한다. 위의 과정을 5회 정도 거친후 폐어망을 건조시켜 코팅하였다. 이는 5분 정도 방치시켰을 경우 한천용액에 의해 충분히 응고되어 내구성을 가지는 것으로 나타났으며, 5회 코팅횟수에서 부착미생물에 의한 유기물 분해에 따른 BOD제거효율이 가장 높게 나타났다.

유입되는 오·폐수에 적응된 미생물상을 신속히 고정하여 밀도를 높이기 위하여 미생물에게 필요한 성장인자로 구성된 영양분을 폐어망에 코팅하는 것이다.

본 발명에 사용된 장치는 코팅된 폐어망을 처리효율을 높일 수 있는 구조인 원통형 및 판상형으로 형태화시켰으며, 이런 형태의 구조는 유기물 분해 미생물이 부착할 수 있는 공극이 많이 형성이 된다. 그리고, 접촉면적 및 처리효율을 증가시키기 위해 분뇨 및 오폐수 처리시설 전체에 골고루 설치하는 구조로 하였다.

원통형(둥글게 감은 형태)과 판상형(사각형으로 접은 형태)이 있으며, 원통형은 수심에 따라 길이 70∼100 cm, 둘레 30 cm(원통형), 판상형은 가로 40∼50 cm, 세로 70∼100 cm, 두께 5 cm 정도(8겹∼12겹)으로 부패조 내에 저체에 고루 설치하고, 가로, 세로 150 cm 이내의 규격에서는 파이프(PVC, 스테인레스) 등을 이용하여 최대한 넓게 설치한다. 설치방법은 도 2) 와 같다.

도 1은 오·폐수처리시설의 배출경로.

도 2는 본 발명품인 코팅된 폐어망을 설치하는 방법.

〈도면의 주요부분에대한부호의 설명〉

1 : 폭기조 2 : 침전분리조 3 :방류조 4 : 폐어망

5 : 폐어망고정추 6 : 슬러지 반송라인 7 : Blower공급Line

8 : 폐어망고정장치 9 :이송관 10 :이물질 격리판

11 : INLET 12 : OUTLET 13 : 채류유지 격막

우리 나라 수질오염원인 오·폐수 발생량은 '2000년말 현재 5천 ㎥/일에 이르고 있다. 그중 오수의 비중은 4천 ㎥/일로 약 80％에 육박하고 있는 실정이다.현재로 여러 가지 처리방법 및 시설들이 많이 개발되어 왔으나 설치비 및 유지관리비가 많이 소요되고 있으며, 폐자원을 활용한 예들은 극히 드문 실정이다.

따라서 본 발명에서는 소각되고 있는 페자원인 폐어망을 이용하여 설치비가 적게 들며, 전문성이 없어도 설치 및 유지관리가 용이한 media를 제작하는 것이며, 처리효율이 높고 적은 공간에서 높은 효율을 가지며, 빠른 시간내에 안정적인 효율을 가지는 생물막을 형성하는 것 과 media에 부착되어 있는 미생물의 탈리를 최소화시킬 수 있는 media, 즉, 유입되는 오·폐수에 적응된 미생물상을 신속히 고정하여 밀도를 높이기 위하여 미생물에게 필요한 성장인자로 구성된 영양분을 폐어망에 코팅한, media를 처리효율을 높일 수 있는 구조인 원통형 및 판상형으로 유기물 분해 미생물이 부착할 수 있는 공극이 많이 형성하고, 접촉면적 및 처리효율을 증가시켜, 오·폐수 처리시설의 침전분리조에 골고루 설치하는 구조로 구성되었다.

폐어망에 미생물 영양분을 코팅한 media(B)와 일반폐어망(A)를 이용하여 본사의 오수처리장위 산기관을 통과한 폭기조위에 Pilot설치를 다음과 같은 실시실험을 하였다.

실시예 1.

1) 실시기간 : 2000. 7 ∼ 2001. 10

2) 실시대상 : 본사 오수정화조 폭기조위

3) 현장조사 및 시료채취 방법: 시료채취는 A), B)의 부패 1단계(폭기조)는 상부1/3지점, 2단계(침전분리조)는 수심 1/2지점, 3단계(방류조)는 Over flow되는 상등액을 채수하였다. 시료채취방법은1, 2부패조는 수동흡입펌프를 사용하였으며, 3부패조는 플라스틱 비커를 사용하여 시료를 채취하였다. B), A) 2개에 Pilot 설치 후 약 12개월의 실험을 하였다.

4). 실시 실험방법

가) 수질분석항목 : pH, 수온, TBOD, SBOD, SS,

나) 분석방법

다) Media 사양

① 재 질 : Polyethylene

② 비 중 : 0.98

③ 비표면적 : 1.345㎡/g

④ Media외형(개) : Ø 25cm, L 100cm, 무게 1100g(1000∼1200g)

⑤ Media 투입개수 : 3개

⑥ 채류시간 : 폭기조 -8hr, 침전분리조 -3hr,

⑦ 유량 : 폭기조 -96ℓ/hr, 침전분리조 -24ℓ/hr,

라) 생물막이 부착된 Media

Media로 사용된 일반 폐어망과 코팅된 폐어망의 Media의 모습은 <그림1>과 같다.

마) 가스발생량 측정실험

Media에 의한 유기물분해가 혐기성 미생물에 의한다는 것을 검증하기 위해, 코팅된 폐어망(B)에 투입중인 Media 일부를 채취하여 글루코즈와 영양액을 사용, 실험실내에서 미생물에 의한 글루코즈의 분해에 따른 가스발생량과 조성성분을아래그림과 같이 측정하였다.

① <그림2>과 같이 2ℓ삼각플라스크내에 각각 증류수와 글루코즈 6g/2ℓ, KH₂PO₄0.82g/2ℓ, Na₂HPO₄. 12H₂O 1.06g/2ℓ, NH₄Cl 0.6g/2ℓ, NaCl 0.6g/2ℓ, CaCl₂·2H₂O 6.2g/2ℓ, MgCl₂·6H₂O 0.2g/2ℓ, NaHCO₃8g/2ℓ로 조제하여 투입하였다.

② 삼각플라스크내의 혐기조건을 만족시키기 위해 N₂가스 2ℓ/min유량으로 5분간 각각 치환시킨 후 밀폐

③ 현장분리 Media 및 Blank Media 투입 후 밀폐하여 35℃ 수욕조 투입

④ syringe 확인으로 가스발생량측정 및 테프론백에 가스포집

실시예 2. [TBOD(총 BOD)]

전체 수질분석기간은 Media투입전(前), 투입후(後) 안정화기간으로 구분하고, 하절기(6/25∼8/25)와 동절기(익년 1/17∼3/30)로 구분하였다. 본 발명품인 코팅된 폐어망(B)의 경우 메디아 투입전의 평균 TBOD는 각 단계별 573.4, 386.6,246.7mg/l로 나타났으며, 투입후 안정화기간의 TBOD는 각 단계별 407.2, 126.4, 82.6mg/l로, 투입후 하절기의 TBOD는 각 단계별 366.4, 91.6, 59.4mg/l이며, 동절기의 TBOD는 각 단계별 506.4, 126.7, 94.6mg/l로써 코팅하지 않은 폐어망의 25％, 41％에 비해 2배의 효율증가를 나타냈다.

메디아의 생물막 적응 및 부착기간(투입후 안정화기간)은 코팅하였을 경우 1.5개월 정도이며, 코팅하지 않은 일반어망은 8개월 정도로 많은 차이를 보였다. 이는 Pilot 실험의 결과이며 실제적용에서는 1/2정도로 기간이 많이 줄어들 것으로 판단된다.

또한 하절기에 비해 동절기는 효율이 떨어지는데 이는 혐기성처리방식의 온도영향 특성과 처리수질의 한계로 판단된다.

실시예 3. [SBOD(용해성 BOD)]

SBOD는 Pilot 수질시료중 SS를 제거한 용해성 BOD로, 본 발명품의의 경우 평균 SBOD는 각 단계별 307.2, 193.4, 78.9mg/l로 대조실험의 일반어망의 20.3％, 44.78％에 비해 1.66배 효율이 높게 나타났다.

실시예 4. [SS(부유물질)]

SS의 분석결과는 TBOD와 유사한 면을 보이며, 본 발명품의 경우 투입전기간 평균 SS는 각 단계별 210.6, 57.6, 46.8mg/l로 일반폐어망의 단계별 수질 222.4, 163.6, 127.4mg/l에 비해 침전, 부상으로 인한 SS제거효율이 1.82배 높게 나타났다.

실시예 5. [Temp-(수온)]

일반적으로 수온은 기온의 영향을 많이 받는다. Pilot의 수온을 기온과 비교하면 3, 4월의 월 평균 기온이 9.5℃, 14.4℃로 약 4℃정도 수온이 높은데 이는 체내에서 배출되는 분뇨의 온도와 실내의 화장실 세척수의 영향으로 보이며, 하절기인 6, 7, 8월의 월 평균기온인 21,2℃, 23.5℃, 25.2℃와는 거의 같은 수온이 나타났으며, 기온의 변화에도 불구하고 지하에 위치한 Pilot의 수온에는 큰 영향없이 서서히 상승하는 것을 볼 수 있다.

일반 폐어망과 본 발명품인 코팅된 폐어망의 수온평균 차이는 하절기에 약 8℃로 나타났다.

실시예 6. [pH]

일반적인 분뇨의 pH는 7∼9로 나타나 있으며, 처리시간의 경과에 따라 유기물의 부패에 의한 CO₂의 발생과 혐기성에서 산생성균의 유기산 생성으로 인한Pilot내의 pH저하를 유발할 수 있으나 분뇨중의 다량의 질소화합물이(NH₄)₂CO₃나 (NH₄)HCO₃형태로 존재하므로 Pilot내의 알카리도를 높게 유지시켜 pH의 강하를 막아주는 완충역활을 한다.

일반어망의 경우 7.4∼7.8, 본 발명품의 코딩된 폐어망은 7.2∼7.4로 거의 일정한 결과를 나타내었는데 이는 메탄 생성균의 pH범위인 6.7∼7.4에서 거의 근접하거나 약간 상회한 것으로 나타났다.

실시예 7. [가스발생량 및 가스성분분석]

Media에 부착된 혐기성미생물에 의한 유기물분해를 확인하기 위해 실험한 결과 시간이 경과할수록 본 발명품의 코딩된 폐어망의Media를 투입한 곳에서 현저한 가스발생량을 확인할 수 있지만 일반어망에서는 전혀 가스발생이 없었다. 주기적으로 가스를 포집하여 가스분석기로 분석한 결과 평균 CH₄42％, CO₂51％로 나타났다.

본 발명품의 코딩된 폐어망과 일반어망의 효율차이는 TBOD의 경우 1.98배, SBOD의 경우 1.66배, SS1.82배로서 효과가 높으며, 또한 현재 소각처리되고 있는 폐어망을 Media로 재활용함으로서 환경오염방지에 기여할 수 있고, Media 투입에 따른 수질개선효과로 하수처리장에 유입되는 오염부하량을 저감시킬 수 있으며 이로 인한 하수처리장 운영경비 및 폐기 물 처리비용 절감액을 환산하면 약 36억 4천만원의 경제적 효과가 발생할 것으로 판단된다.

즉, 폐기물로 발생되는 폐어망 및 폐어구는 년간 1,227톤('96∼'98)에 이르며, 이로 인한 소각비용 및 환경오염문제 등은 심각하고 기존 단독정화조의 효율개선대책이 없으므로 이로 인한 민원야기 및 수질오염이 발생하고 있는 실정이다.

따라서 본 발명에서 제시한 Media투입대상인 단독정화조외에 축산폐수 및 오수처리시설, 산업장 폐수처리시설에도 적용가능할 것으로 판단되며, 정화조 운영에 대한 전문성이 없어도 Media를 투입하므로서 환경오염저감 및 경제적 비용절감효과가 클 것이다..

Claims (4)

1. 0.5％ 한천분말과 0.2％ 파쇄된 효모파쇄액으로 혼합액을 만들어 100℃에서 용해시켜 균질의 액체상태로 만든 후, 70℃로 식힌 후 폐어망을 용액중에 침지시켜 5분 정도 방치, 수회(3∼ 5회 정도) 거친 후 폐어망을 건조시켜 코팅하여 미생물을 증식 Media.로 이용하는 방법.
2. 1항의 Media의 영양물질에 있어 효모파쇄액, 잡,육류 파쇄액,을 이용하는 방법
3. 1항의 Media를 폐어망을 이용하는 방법.
4. 3항의 Media를 원통형과 판상형 등으로 설치한 오수정화장치.