KR20060043554A - 균체 회수 방법, 장치 및 순양방법 및 폐수처리 장치 - Google Patents

균체 회수 방법, 장치 및 순양방법 및 폐수처리 장치 Download PDF

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KR20060043554A
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oxidizing bacteria
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카주이치 이사카
타추오 수미노
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히다찌 플랜트 겐세쓰 가부시키가이샤
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Abstract

혐기성 암모니아 산화조에서 처리된 처리수로부터 활성도가 높은 혐기성 암모니아 산화 세균을 효율적으로 회수할 수 있도록하고, 이 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균을 이용하여 순양함으로써 순양을 대폭적으로 단축시킬 수 있다.
암모니아와 아질산을 함유하는 피처리수를 혐기성 암모니아 산화조(12)에 송수하여 혐기성 암모니아 산화세균에 의하여 암모니아와 아질산을 탈질(脫窒)시키고, 탈질시킨 처리수를 순양조(14)에 송수하여 혐기성 암모니아 산화 세균을 고정화 재료에 부착시켜서 고정화 미생물로서 회수한다.
균체 회수 방법, 순양 방법, 폐수 처리 장치

Description

균체 회수 방법, 장치 및 순양방법 및 폐수처리 장치{Method and apparatus for recovering microbial cells, pure culture method of the same, and wastewater treatment apparatus}
도 1은 본 발명의 제1 실시형태의 균체 회수 장치를 구비한 폐수처리장치의 전체구성을 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태의 균체 회수 장치를 구비한 염기성 암모니아 산화법에 의한 폐수처리 장치의 전체구성을 설명하는 개념도이다.
도 3은 제1 실시형태의 변형예를 도시한 폐수처리장치의 전체구성을 설명하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제3의 실시형태의 균체 회수 장치를 구비한 폐수처리장치(300)의 전체구성을 설명하는 개념도이다.
도 5는 제 3의 실시형태의 변형예를 도시한 폐수처리장치의 전체구성을 설명하는 개념도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 100, 200, 300, 400 폐수처리장치
12 혐기성 암모니아 산화조
14 순양조
16 침전조
18 막분리장치
20 원수배관
22 제1배관
24 처리수배관
26 제2배관
28 순환펌프
30 제3배관
32 오니 배출 배관
34 제4배관
36 제5배관
본 발명은 균체 회수 방법, 장치 및 순양(馴養)방법 및 폐수처리 장치에 관한 것이며, 특히 혐기성 암모니아 산화법에 사용되는 혐기성 암모니아 산화 세균의 회수 기술과 회수된 혐기성 암모니아 산화 세균의 순양기술에 관한 것이다.
하수나 산업폐수에 함유된 질소 성분은 호소(湖沼)의 부영양화의 원인이 되는것, 하천의 용존산소의 저하 원인이 되는 것등의 이유에서 질소 성분을 제거 할 필요가 있다. 하수나 산업폐수에 함유된 질소 성분은 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소, 유기성 질소가 주질소 성분이다.
종래, 이와같은 종류의 폐수는 질소 농도가 저농도이면 이온 교환법에 의한 제거나 염소, 오존에 의한 산화도 사용되고 있으나 중·고(中.高) 농도의 경우에는 생물처리가 채용되고 있으며, 일반적으로는 다음과 같은 조건으로 운전되고 있다.
생물처리에서는 호기 질화와 혐기 탈질에 의한 질화·탈질처리가 이루어지고 있으며, 호기 질화에서는 암모니아 산화 세균(Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus 등)과 아질산 산화세균(Nitrobactor, Nitrospina, Nitrococcus, Nitrospira 등)에 의한 암모니아성 질소나 아질산성 질소의 산화가 이루어지는 한편, 혐기 탈질에서는 종속영양세균(Pseudomonasdenitrificans 등)에 의한 탈질이 이루어진다.
또한, 호기 질화를 행하는 질화조는 부하 0.2 ~ 0.3㎏ - N/m³/일의 범위에서 운전되고 혐기 탈질의 탈질조는 부하 0.2 ~ 0.4㎏ - N/m³/일의 범위에서 운전 된다. 하수의 총질소 농도 30 ~ 40㎎/L 을 처리하기 위해서는 질화조에서 6 ~ 8 시간의 체류시간, 탈질조에서 5 ~ 8 시간이 필요하며 대규모의 처리조가 필요했었다. 또한, 무기질만을 함유한 산업폐수에서는 질화조나 탈질조는 먼저번과 같은 부하로 설계되지만, 탈질에 유기물이 필요하며 질소 농도의 3 ~ 4 배 농도의 메탄올을 첨가하고 있었다. 그래서 초기비용뿐만 아니고 높은 운영비용을 필요로 한다는 문제 도 있다.
이에 대하여, 최근 혐기성 암모니아 산화에 의한 질소 제거방법이 주목되고 있다. (예를들면 특허문헌 1,2 등). 이 혐기성 암모니아 산화법은 암모니아를 수소공여체로하고, 아질산을 수소수용체로하여 혐기성 암모니아 산화 세균에 의하여 암모니아와 아질산을 다음과 같은 반응식에 의하여 동시에 탈질하는 방법이다.
<화학식 1>
1.0NH₄+ 1.32 NO₂+ 0.066HCO₃+ 0.13H+ → 1.02N₂ + 0.26NO₃+ 0.066CH₂O0.6
N0.16 + 2.03H2O
이 방법에 의하면 암모니아를 수소공여체로 하기 위하여 탈질에서 사용하는 메탄올 등의 사용양을 대폭적으로 삭감할 수 있는 것이나, 또는 오니의 발생양을 삭감할 수 있는 등의 장점이 있으며, 앞으로의 질소 제거 방법으로서 유효한 방법이라고 고려되고 있다.
[특허문헌 1]특개 2001-37467 호 공보
[특허문헌 2]특개 2003-24990 호 공보
그러나 이 혐기성 암모니아 산화법에 사용되는 혐기성 암모니아 산화 세균을 담체에 부착시키거나, 순양(증식)시키거나 하는 것이 어려우며 또한 상당한 시간을 요하며 실용화의 커다란 장애가 되고 있었다.
즉, 혐기성 암모니아 산화 반응을 담당하는 이 세균군은 그 상세한 것은 불분명하지만 Planctomycet가 보고되어 있으며, 증식 속도가 0.001 h-1로 매우 느린것이 보고되어 있다. (Strous, M.etal. Nature, 400, 446 (1999)).
또한, 특허문헌 2에 의하면 이 세균의 비(比)증식 속도는 0.02 ~ 0.05day-1 정도의 매우 작은 값이며, 2배의 균체량을 얻기 위하여는 14 ~ 35일정도 배양 일수를 필요로 하고 있다.
또한, 담체에 혐기성 암모니아 산화 세균을 고정화하기 위하여는 먼저 고정화 재료에 이 균을 붙이고 배양하는 것이 필요하지만 상기한 바와 같이 증식 속도가 느리므로 이 부착단계에서도 상당한 시간을 필요로 하게 된다.
또한, 혐기성 암모니아 산화법을 활용한 질소 제거 시스템의 실생산장치에 대하여는 일본 국내에서는 가동예가 없다. 따라서 실생산 개시시에는 활성오니등으로 부터 장기간의 순양기간에 걸쳐서 운전을 개시하거나 또는 플랜트 메이커 등에서 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양하는 배양 플랜트가 필요하게 된다.
이상의 사정에 의하여 혐기성 암모니아 산화 세균을 활용한 폐수처리 시스템의 운전 개시시에는 종래의 폐수처리의 순양에서는 경험한 바가 없는 장기간의 순양시간을 요하게 된다.
또한, 실용화에 있어서는 플랜트가 거대해지고 운전에 거액의 설비비용과 운전관리 비용이 필요하게 될뿐만 아니고 다량의 질소폐수를 조정할 필요가 있다.
본 발명은 이와같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로 혐기성 암모니아 산화조에서 처리된 처리수로부터 활성도가 높은 혐기성 암모니아 산화 세균을 효율적으로 회수할 수 있도록하여, 이 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균을 이용하여 순양하므로서 순양을 단시간에 실시할 수 있으며 상기 과제를 해결할 수 있는 동시에 혐기성 암모니아 산화법의 성능을 향상시킬 수 있는 균체 회수 방법, 장치 및 순양방법과 폐수처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 청구항 1은 상기 목적을 달성하기 위하여 암모니아와 아질산을 함유한 피처리수를 염기성 암모니아 산화조에 송수하여, 혐기성 암모니아 산화 세균에 의하여 암모니아와 아질산을 탈질시키고, 이 탈질시킨 처리수를 순양조에 송수 또는 상기 순양조를 통하여 혐기성 암모니아 산화조에 순환시킴으로써, 상기 처리 수 중의 혐기성 암모니아 산화 세균을 상기 순양조 내의 고정화 재료에 부착시킨 고정화 미생물로서 회수하는 것을 특징으로 한다.
본원의 발명자들은 예의 연구한 결과, 암모니아와 아질산을 함유하는 피처리수를 혐기성 암모니아 산화법으로 처리한 처리수 중에 수 ㎎/L 으로 미량이기는 하지만 혐기성 암모니아 산화 세균이 존재하는 것을 확인하고 또한 이들의 세균이 높은 활성도를 가지고 있는 것을 확인하였다.
따라서, 이 처리수를 고정화 재료를 가진 순양조에 송수하거나 또는 순양조 를 통하여 혐기성 암모니아 산화조에 순환시킴으로써 처리수 중의 혐기성 암모니아 산화 세균을 순양조 내의 고정화 재료에 부착시킨 고정화 미생물로서 회수할 수가 있다. 이 회수한 고정화 미생물을 사용하여 순양함으로써 혐기성 암모니아 산화 세균의 순양시간을 종래와 비하여 대폭적으로 단축시킬 수 있다.
또한, 본발명에 의하면 혐기성 암모니아 산화 세균의 순양을 단시간에 실시할 수 있으므로 혐기성 암모니아 산화법의 성능을 향상시킬 수 있으며 장치가 대형화 되는 일도 없다.
청구항 2는 청구항 1에 있어서, 상기 고정화 미생물의 고정화 재료는 담체, 고정상(床) 중 어느 하나임을 특징으로 한다. 고정화 미생물의 고정화 재료로서는 담체 고정상 중 어느 것이라도 되며, 고정화 미생물을 지금부터 순양하는 혐기성 암모니아 산화조에 투입 또는 셋트하면, 혐기성 암모니아 산화조로부터 혐기성 암모니아 산화 세균의 유출을 방지할 수 있으며, 혐기성 암모니아 산화조의 순양을 한층 단기간에 실시할 수가 있다.
본발명의 청구항 3은 상기 목적을 달성하기 위하여, 암모니아와 아질산을 함유한 피처리수를 혐기성 암모니아 산화조에 송수하여, 혐기성 암모니아 산화 세균에 의하여 암모니아와 아질산을 탈질시키고, 이 탈질시킨 처리수를 침전조 또는 막분리장치에 송수 또는 상기 침전조 또는 막분리장치를 통하여 상기 혐기성 암모니아 산화조에 순환함으로써 상기 피처리수 중의 혐기성 암모니아 산화 세균을 상기 침전조에서 고액(固液)분리 또는 상기 막분리장치에서 막분리된 분리오니 중에 회수하는 것을 특징으로 한다.
상기 청구항 1에서는 혐기성 암모니아 산화 세균을 고정화 재료에 부착시킨 고정화 미생물로서 회수하도록 하였으나, 청구항 3에서는 혐기성 암모니아 산화 세균의 균체오니 즉, 균체 자체를 회수하도록 한 것이다. 회수한 균체오니는 그대로 순양하는 혐기성 암모니아 산화조에 투입해도 되고, 또는 고정화 재료에 직접 부착하여 지금부터 순양하는 혐기성 암모니아 산화조에 투입해도 된다. 이 경우 고정화 재료로서는 담체, 고정상의 부착 방식의 고정화 재료에 한정하지 않고, 균체오니를 겔(Gel)에 포괄 고정하는 포괄 고정화 담체로서도 사용할 수 있다.
청구항 4는 청구항 3에 있어서, 상기 막분리장치는 회전평막장치 임을 특징으로 한다. 막분리장치로서는 회전평막, 침지(浸漬)막, 중공사막(中空絲膜)등의 막을 사용할 수도 있으나 막의 수명을 장시간 유지하기 위하여는 회전평막을 사용하는 것이 바람직하기 때문이다.
본 발명의 청구항 5는 상기 목적을 달성하기 위하여, 암모니아와 아질산을 함유한 피처리수를 혐기성 암모니아 산화조에 송수하여 혐기성 암모니아 산화 세균에 의하여 암모니아와 아질산을 탈질시키고, 이 탈질시킨 처리수를 순양용기를 수납한 침전조에 송수하여 상기 처리수 중의 혐기성 암모니아 산화 세균을 상기 순양용기 내의 고정화 재료에 부착시켜서, 혐기성 암모니아 산화 세균을 회수하는 동시에 상기 침전조에서 고액 분리된 분리오니 중에서도 혐기성 암모니아 산화 세균을 회수하는 것을 특징으로 한다.
청구항 5는 고정화 미생물에 의한 혐기성 암모니아 산화 세균의 회수와, 혐기성 암모니아 산화 세균의 균체 그 자체의 양쪽을 회수할 수 있도록 한 것이다. 이것은 처리수 중의 혐기성 암모니아 산화 세균 중 처리수 중에 부유하는 혐기성 암모니아 산화 세균을 고정화 재료에 부착시킴으로써 회수하고, 처리수에 동반하여 유출하는 오니 중의 혐기성 암모니아 산화 세균은 침전함으로써 균체오니로서 회수되므로, 처리수 중의 혐기성 암모니아 산화 세균의 전부를 효율적으로 회수할 수가 있다.
본발명의 청구항 6은 상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1 내지 5항중 어느 한 항의 균체 회수 방법을 실시하도록 장치 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 균체 회수 장치.
본발명의 균체 회수 방법을 적용하기 위한 장치를 구성함으로써 혐기성 암모니아 산화법으로 처리된 처리수 중에 잔존하는, 활성도가 높은 혐기성 암모니아 산화세균을 효율적으로 회수할 수가 있으므로, 이 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균을 종균으로 하여 순양에 사용하면 순양 기간을 대폭적으로 단축시킬 수가 있다.
본발명의 청구항 7은 상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1 내지 5항중 어느 한 항의 균체 회수 방법에 의하여 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균을 종균으로 하여, 순양조 또는 이제부터 가동하는 혐기성 암모니아 산화조에서 순양하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화조의 순양방법이다.
이 경우 순양중의 혐기성 암모니아 산화조의 처리수로부터 본발명에서 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균을, 상기 순양중의 혐기성 암모니아 산화조로 복귀시킴으로써 순양기간을 단축하도록 하여도 되고, 또는 순양이 끝난 혐기성 암모니아 산화조의 처리수로부터 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균을 별도의 지금부터 순양 하는 혐기성 암모니아 산화조나 따로 준비한 순양조의 종균으로서 사용함으로써 순양기간을 단축하도록 하여도 된다.
본발명의 청구항 8은 상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 6의 균체 회수 장치를 혐기성 암모니아 산화법으로 폐수를 처리하는 장치에 구비한 것을 특징으로 한다.
혐기성 암모니아 산화법으로 폐수를 처리하는 장치의 일부에, 본 발명의 균체 회수장치를 설치함으로써 처리수에 존재하는 활성도가 높은 혐기성 암모니아 산화 세균을 효율적으로 회수하는 것이 가능해지고, 이 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균을 이용하여 혐기성 암모니아 산화조를 가동시킴으로써 순양기간을 대폭적으로 단축시킬 수 있다.
이하 첨부 도면에 따라 본발명에 관한 균체회수방법, 장치 및 순양방법과 폐수처리장치의 바람직한 실시형태를 상세히 설명한다.
도 1은 본발명에 관한 제1의 실시형태의 균체회수장치를 구비한 혐기성 암모니아 산화법에 의한 폐수처리장치(10)의 전체구성을 설명하는 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 폐수처리장치(10)는 주로 혐기성 암모니아 산화조(12)의 후단에 혐기성 암모니아 산화 세균을 회수하여 순양하는 순양조(14)를 설치함으로서 구성된다. 여기서는 순양조(14)가 균체회수장치가 된다.
원수배관(20)을 흐르는 암모니아와 아질산을 함유한 피처리수는, 도시하지 않은 펌프에 의하여 혐기성 암모니아 산화조(12)에 송수된다. 혐기성 암모니아 산 화조(12)에서 처리된 처리수는 제 1 배관(22)을 통하여 순양조(14)에 이르고, 순양조(14)로부터 처리수 배관(24)을 통하여 계외(系外)로 배출된다.
혐기성 암모니아 산화조(12)에서는 암모니아와 아질산을 함유한 피처리수(원수)가 유입되어, 혐기성 암모니아 산화조(12)내의 혐기성 암모니아 산화 세균에 의하여, 원수 중에 함유된 암모니아와 아질산이 동시에 탈질된다.
순양조(14)에는 담체, 고정상(固定床)중 하나의 고정화 재료를 가지고 있으며, 처리수와 고정화 재료가 접촉함으로써 처리수 중에 존재하는 혐기성 암모니아 산화 세균이 고정화 재료에 부착된다. 이로써 고정화 재료에 혐기성 암모니아 산화 세균을 부착고정한 고정화 미생물이 형성되고, 이 고정화 미생물을 형성함으로써 처리수 중의 혐기성 암모니아 산화 세균을 회수한다. 순양조(14)는 밀폐되어 있는 것이 바람직하며, 또한 고정화 재료가 출입할 수 있는 구조로 하는 것이 바람직하다. 예를들면 철망이나 플라스틱제 망으로 된 상자 등, 물을 통과시키면서 또한 고정화 재료의 유출을 방지한 유닛구조의 용기에, 고정화 재료를 미리 넣어 두고 이 용기를 순양조(14)에 침지시키거나, 꺼내거나 하면 효율적이다. 그리고 이들 순양조(14)의 전단 또는 후단에 압력계를 설치하는 것이 바람직하다. 순양조(14)의 폐쇄시에 혐기성 암모니아 산화조(12)의 운전을 중지해 버리기 때문에 순양조(14)의 전단 또는 후단의 압력을 검출할 수 있으면, 이와같은 문제를 방지할 수 있기 때문이다. 또한 순양조(14)는 굳이 「조」로서 구성할 필요는 없고 처리수 배관(22)중에 연결하는 형태라도 된다.
상기와 같이 이 혐기성 암모니아 산화 세균은 증식 속도가 매우 느리지만, 이와같이 혐기성 암모니아 산화조(12)의 후단에 순양조(14)를 설치함으로써 혐기성 암모니아 산화조(12)의 처리수 중에 존재하는 활성도가 높은 혐기성 암모니아 산화 세균을 고정화 미생물로서 회수하여, 순양조(14) 내에서 순양할 수가 있다. 또한 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균을 별도의 순양조에서 순양해도 되고, 또는 이제부터 가동하는 혐기성 암모니아 산화조에 투입 또는 세트하여 순양해도 된다. 이로써 일반적인 활성오니로 부터 순양하는 것 보다 순양기간을 대폭적으로 단축시킬 수가 있다.
고정화 재료에 있어서 담체의 재질로서는 특별히 한정하지는 않으나, 폴리비닐알콜, 알긴산, 폴리에틸렌글리콜계의 겔 또는 셀룰로즈, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 염화비닐 등의 플라스틱 담체 등을 들 수 있다. 담체의 형상으로서는 구형상체, 원통형상체, 다공질체, 입방체, 스폰지 형상체, 허니콤 형상체 등의 정형처리를 한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 미생물의 자체 조립(造粒)을 이용한 그래뉼도 사용할 수 있다. 고정화 재료에 있어서의 고정상의 재질로서는 특별히 한정은 하지 않지만, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 염화비닐 등의 플라스틱 소재나 활성탄 섬유등을 들 수 있다. 고정상의 형상으로서는 특별히 한정하지 않으나 섬유 형상이나 국화 형상으로 정형한 것, 또는 허니콤 형상으로 정형한 것 등을 들 수 있다. 나아가서는 상기 담체의 고정화 미생물이나, 그래뉼의 고정화 미생물을 바구니 등에 충진하여 고정상을 형성해도 된다.
이와같이 구성된 균체 회수장치(10)에 의하면 순양조(14)에는 탈질된 처리수 가 송수되고 혐기성 암모니아 산화균이 순양조(14) 내의 고정화 재료에 부착고정 된다. 혐기성 암모니아 산화 세균은 미량이기는 하지만 높은 활성도를 가지고 있으며, 순양조(14)내의 처리수에 고정화 재료를 담구어 두기만 해도 고정화 재료에 혐기성 암모니아 산화 세균을 부착시키는 것이 가능해진다. 이로써 혐기성 암모니아 산화 세균의 순양시간을 종래와 비교하여 대폭적으로 단축시킬 수 있다.
도 2는 본발명의 제 2 실시형태의 균체 회수 장치를 구비한 혐기성 암모니아 산화법에 의한 폐수처리장치(100)의 전체 구성을 설명하는 개념도이다. 여기서는 균체회수장치는 순양조와 침전조 두개가 된다. 그리고 도 1과 같은 장치, 부재에는 같은 부호를 붙여서 설명하는 동시에 같은 설명은 생략한다.
본 실시형태에 있어서, 도1의 제 1실시형태와 다른 점은 혐기성 암모니아 산화조(12)의 후단에 침전조(16)를 설치하고, 그 침전조(16)내의 상부에 순양조(14) 또는 순양용기를 설치한 구성이다. 이로써 처리수 내의 혐기성 암모니아 산화 세균 중 처리수 중에 부유하는 혐기성 암모니아 산화 세균은, 순양조(14)내의 고정화 재료에 부착시킴으로써 제 1의 실시형태와 마찬가지로 고정화 미생물로서 회수된다. 또한 처리수에 동반하여 유출되는 오니 중의 혐기성 암모니아 산화 세균은 침전하는 것으로 균체 오니로서 회수됨으로, 처리수 중의 혐기성 암모니아 산화 세균의 전부를 효율적으로 회수할 수가 있다. 침전조(16)에 침전된 균체오니는 제 2 배관(26)을 통하여 혐기성 암모니아 산화조(12)로 복귀시켜도 되고, 또는 오니 배출관(32)을 통하여 계외로 배출해도 된다. 계외로 배출된 균체오니는 별도의 순양조 또는 이제부터 가동되는 별도의 혐기성 암모니아 산화조(12)에 투입하여 종 균으로서 순양해도 되며, 또는 고정화 재료에 직접 부착고정 또는 포괄 고정하여 고정화 미생물을 형성하고, 이 고정화 미생물을 별도의 순양조나 혐기성 암모니아 산화조에 투입해도 된다. 그리고 도시하지 않았으나 침전조(16) 대신 막분리장치를 사용한 경우도 같은 작용을 하며 같은 효과가 얻어진다.
도 3은 제 1의 실시형태의 변형예를 나타낸 폐수처리장치(200)이며, 혐기성 암모니아 산화조(12)에서 처리된 처리수의 일부 또는 전부를 재차 혐기성 암모니아 산화조(12)의 유입측으로 유입시키는 순환라인에 순양조(14)를 설치한 것이다. 그리고 도 1과 같은 장치, 부재에 같은 부호를 붙여서 설명하는 동시에 같은 설명은 생략한다.
즉, 혐기성 암모니아 산화조(12)에서 처리된 처리수의 일부 또는 전부가 복귀배관인 제 2 배관(26)에 의하여 순양조(14)로 송수되고 순양조(14)에서 처리된 제 2의 처리수는 복귀배관인 제 3 배관(30)에 의하여 혐기성 암모니아 산화조(12)에 순환된다. 또한, 복귀 배관인 제 2 배관(26)에는 순환 펌프(28)가 설치되어 있다.
이로써 순환수(순양조14)에, 혐기성 암모니아 산화 세균을 고정화 할 수 있는 담체, 그래뉼, 고정상 등의 고정화 재료를 담구어 두기만 하여도 고정화 재료에 혐기성 암모니아 산화 세균을 부착시키는 것이 가능해진다. 이로써 혐기성 암모니아 산화 세균을 효율적으로 회수 할 수 있는 동시에, 순양조(14)에 있어서 혐기성 암모니아 산화 세균이 부착한 고정화 미생물을 효율적으로 순양할 수가 있다. 또한 순양조(14)에서 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균은 별도로 준비한 순양조에서 순양해도 되고, 또는 이제부터 가동하는 혐기성 암모니아 산화조에서 순양해도 된다. 이로써 일반적인 활성오니로부터 순양하기 보다 순양시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있다.
도 4는 본발명의 제 3의 실시형태의 균체회수장치를 구비한 폐수처리장치(300)의 전체구성을 설명하는 개념도이다. 또한 도 1과 같은 장치, 부재에는 같은 부호를 붙여서 설명하는 동시에 같은 설명은 생략한다. 여기서는 균체회수장치는 회전평막장치가 된다.
본실시형태에 있어서 도 1의 제 1 실시형태와 다른 점은 암모니아와 아질산을 함유한 피처리수를 혐기성 암모니아 산화조(12)에서 탈질시킨 처리수에서 회전평막형식의 막분리장치(18)을 사용하여 처리수를 막분리함으로써 처리수에 동반하여 혐기성 암모니아 산화조(12)로 부터 유출된 오니와 함께 혐기성 암모니아 산화 세균을 막면에 포착 회수 하는 것이다.
즉, 혐기성 암모니아 산화조(12)에서 처리된 처리수는 제1배관(22)을 통하여 회전평막형식의 막분리장치(18)에 송수되어 막분리된다. 막분리에 의하여 오니가 제거된 처리수는 처리수배관(24)을 통하여 계외로 배출되는 동시에, 막분리에 의하여 오니 농도가 높아진 농축액이 복귀배관인 제2배관(26)에 의하여 혐기성 암모니아 산화조(12)에 순환된다.
회전평막형식의 막분리장치(18)는 처리수로부터 워시아웃하는 균체를 회수하기 위한 것이며, 처리수 또는 순환수중에 존재하는 미량의 혐기성 암모니아 산화세균을 회수할 수가 있다. 막분리장치(18)의 막면에 포착회수된 혐기성 암노니아 산 화세균을 함유한 균체오니는 이제부터 가동되는 혐기성 암노니아 산하조에 투입해도 된다. 이와같이 혐기성 암모니아 산화세균을 함유한 균체 오니 자체를 회수함으로써 부착형 고정화 미생물 뿐만 아니고, 이 균체 오니를 겔 내부에 포괄 고정하는 포괄고정화 담체도 형성할 수 가 있다.
막분리수단으로서는 회전평막 형식의 막분리장치(18)이외에 침지막·중공사막 등을 사용한 것을 들수 있다. 이 막분리수단에 있어서는 에어폭기에 의한 막면의 세정을 해서는 안된다. 왜냐하면 에어폭기의 세정에 의하여 회수된 혐기성 암모니아 산화세균이 죽어버리기 때문이다. 회전평막·침지막·중공사막중에서는 막의 수명을 장기간 유지하기 위하여는 회전평막을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 막분리수단을 실험장치 가동시 등에 있어서 막분리에 사용하여 회수된 오니를 반송하는 것에 적용해도 된다.
도5는 도4의 변형예를 도시한 폐수처리장치(400)의 전체 구성을 설명하는 개념도이다. 또한, 도1 및 도4와 같은 장치·부재에는 같은 부호를 붙여서 설명하는 동시에 같은 설명은 생략한다.
본 실시형태에 있어서도 도4의 제4실시형태와 다른점은 회전평막 형식의 막분리장치(18)에서 막면에 포착회수한 혐기성 암모니아 산화세균의 균체오니를 계외에 회수하거나 혐기성 암모니아 산화조(12)로 복귀시킬수 있도록 구성하는 것이다.
즉, 혐기성 암모니아 산화조(12)에서 처리된 처리수는 분기되어, 일부가 처리수 배관(24)을 통하여 계외로 배출된다. 그리고 처리수의 나머지는 복귀배관인 제2배관(26)을 통하여 회전평막형식의 막분리장치(18)에 송수된다. 막분리장치(18) 에서 막분리되어 오니 농도가 높은 농축액은 복귀배관인 제4배관(34)에 의하여 혐기성 암모니아 산화조(12)에 순환된다. 또한 막분리장치(18)에서 막면에 포착회수된 혐기성 암모니아 산화세균을 함유한 균체 오니는, 일부가 오니 복귀 배관인 제5배관(36)에 의하여 혐기성 암모니아 산화조(12)에 순환하거나 또는 오니 배출관(32)을 통하여 계외로 배출되거나 하도록 되어 있다. 계외로 배출된 균체 오니는 이제부터 가동하는 혐기성 암모니아 산화조에 투입해도 되고, 또는 균체 오니를 고정화 재료에 부착 고정한 부착 고정형의 고정화미생물이나, 균체 오니를 겔 내부에 포괄고정한 포괄고정형 고정화미생물을 형성하는데 사용된다.
실시예
이하 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도1에 도시한 혐기성 암모니아 산화법의 폐수처리장치(10)를 사용하여 혐기성 암모니아 산화 세균의 순양시험을 실시하였다.
공시폐수(供試廢水)
시험에 공여된 폐수는 무기합성 폐수를 사용하였다.
원수 조성에 대하여는 A. A. vandeGraafet. alMicrobiology(1996), 142, p2187-2196을 참고로 하여 표1에 나타낸 조성의 것을 사용하고, 아질산성 질소(NO2- N) 농도 및 암모니아성 질소(NH4-N) 농도를 변화시켜서 운전을 실시하였다.
기질 첨가량
NaNO2 172∼1330(mg/L)
(NH4)SO4 175∼1350(mg/L)
KHCO3 500(mg/L)
KH2PO4 27(mg/L)
MgSO4 ·7H2O 300(mg/L)
CaCl2 ·2H2O 180(mg/L)
T.Ellement S1 1(ml/L)
T.Ellement S2 1(ml/L)
비고 T.Ellement S1 : EDTA :5g/L, FeSO4 : 5g/L
T.Ellement S2 : EDTA :15g/L, ZnSO4·7H2O : 0.43g/L, CoCl2·6H2O : 0.24g/L, MnCl2·4H2O : 0.99g/L, CuSO4·5H2O : 0.25g/L, NaMo O4·2H2 O : 0.22g/L, NiCl2·6H2O : 0.19g/L, NaSeO4·10H2O : 0.21g/L, H3 BO4 : 0.014g/L
처리조건
수온 36℃, HRT 3에서 탈질속도 2.8~3. 2kg-N/m3/일의 운전을 실시하였다. 이때의 처리 수중의 SS농도는 0.2~2.0mg /L 였다. 도1의 순양조 14내에 고정화재료로서 부직포를 넣어 약 3주간 담근 후 이 부직포를 꺼내어 다음과 같은 연속 통수 시험에 공여하였다.
표1을 참고로 하고 NH4-N농도=35mg/L, NO2-N농도=35mg/L로 폐수를 조정하고 HRT=6시간에서 순양을 실시하고, 서서히 원수중의 질소농도를 상승시켰다. 그결과 운전개시 42일째에 있어서, 탈질 속도가 2.8kg-N/m3/일이 되었다. 이로써 순양에 성공한것이 확인되었다.
비교예 1
완전 신품의 부직포를 사용하여 시험을 실시한 이외에는 실시예1과 같은 운전 조건으로 실시하였다.
신품의 부직포를 충진하여 이것에 혐기성 암모니아 산화세균 오니를 첨가하였다.(전체 용적 환산으로는 조내가 300mg/L이 된다.) 실시예와 마찬가지로 NH4-N농도 =35mg/L, NO2-N농도=35mg/L로 폐수를 조정하고, HRT=6시간으로 순양을 실시하였으나, 60일경과후에 겨우 가동의 경향이 확인되었다.
혐기성 암모니아 산화세균 오니는 침강성이 좋은 프록으로 되는 것이 알려져 있으며 또한, 그 이외의 균체는 분산하여 워시아웃 해 버리기 때문에 조내의 부직포에 부착시키는 것이 어렵다.
즉 본 발명의 균체 회수 방법은 가동을 위한 종상(種床)을 형성하는 것이며, 이 종상에서 모든 순양이 실시되는 것은 아니다. 그러나 이 혐기성 암모니아 산화세균은 증식하기 어려움으로 종상을 부착시키는 것이 어렵다. 따라서 본 발명의 균체회수 방법으로 형성한 종상을 사용하여 혐기성 암모니아 산화조를 가동시킴으로써 배양기간의 대폭적인 단축이 된다고 생각된다.
실시예 2
도3에 도시한 혐기성 암모니아 산화법의 폐수처리장치(200)를 사용하여 혐기성 암모니아 산화세균의 순양시험을 실시하였다. 순양조(14)내에 충진한 메탄그래뉼을 순환수에 약 10일간 담금 다음, 이 메탄그레뉼을 사용하여 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)장치에 의하여 실험을 하였다.
또한, 순환 라인(26,30)의 기초가 되는 혐기성 암모니아 산화조(12)의 운전조건은 실시예1 과 마찬가지로 수온 36℃, HRT 3에서 운전을 실시하고, 탈질속도 2.8~3.2kg-N/m3/일의 운전을 하였다.
실시예1과 마찬가지로 NH4-N농도=35mg/L, NO2-N농도=35mg/L의 폐수를 조정하여 HRT=6시간에서 순양을 실시하고 서서히 원수중의 질소 농도를 상승시켰다. 그결과, 운전 개시 38일째에 있어서 탈질속도 2.1kg-N/m3/일 되었다. 이로써 순양에 성공한 것을 확인하였다.
실시예3
도4에 도시한 혐기성 암모니아 산화법의 폐수처리장치(300)를 사용하여 혐기성 암모니아 산화세균의 순양 시험을 실시하였다.
회전 평막 방식의 막분리장치(18)의 막면에서 포착 회수한 혐기성 암모니아 산화세균을 함유한 균체 오니를 포괄 고정화 함으로써 혐기성 암모니아 산화세균의 포괄고정화 담체를 얻었다. 고정화 겔로서 폴리에틸렌, 글리콜 계의 겔을 사용하였다. 담체내의 고정화 균체량은 건조중량으로 2.5%였다.
실시예1과 마찬가지로 NH4-N농도 =35mg/L, NO2-N농도 =35mg/L의 폐수를 조정하여 HRT=6시간에서 순양을 실시하고, 서서히 원수중의 질소 농도를 상승시켰다. 그 결과, 운전 개시 28일째에 있어서 탈질 속도 2.6kg-N/m3/일이 되었다. 이로써 단기간에 순양할수 있는 것이 확인 되었다.
실시예4
도 5에 도시한 혐기성 암모니아 산화법의 폐수처리장치(400)을 사용하여 운전 가동시험을 실시하였다.
즉, 회전평막방식의 막분리장치(18)의 막면에서 포착 회수한 혐기성 암모니아 산화세균을 함유한 균체오니를 모두 혐기성 암모니아 산화조(12)에 반송하면서 혐기성 암모니아 산화조(12)의 순양을 실시하였다. 또한, 비교예로서 막분리장치(18)같지 않은 계에 대하여도 실험하고 비교검토를 하였다.
혐기성 암모니아 산화조(12)내에는 폴리비닐알코올계의 겔에 의하여 코팅된 스폰지 담체를 투입하고 혐기성 암모니아 산화조(12)내의 SS농도가 200mg/L이 되도록 상기 막분리장치(18)에서 포착 회수한 균체 오니를 첨가하여 운전을 개시하였다.
그 결과, 탈질 속도 1.0kg-N/m3/일을 확인하기 까지에 소용된 시간은 막분리장치(18)가 없는 경우 (비교예)에는 38일이며, 막분리장치(18)가 있는 경우 (실시예)에는 21일이였다. 즉, 본 발명에 의하면 2배 가까운 순양기간의 단축을 도모할수 있었다.
이상 설명한 바와 같이 본발명에 관한 균체 회수 방법 및 장치에 의하면, 혐기성 암모니아 산화조에서 처리된 처리수로 부터 활성도가 높은 혐기성 암모니아 산화 세균을 효율적으로 회수할 수가 있다.
또한, 본발명의 혐기성 암모니아 산화조의 순양방법에 의하면, 본발명의 균체 회수 방법으로 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균을 종균으로하여 순양함으로, 순양기간을 대폭적으로 단축시킬 수 있으며, 종래의 과제를 해결할 수 있는 동시에, 혐기성 암모니아 산화법의 성능을 향상시킬 수가 있다.
또한, 본발명의 균체회수장치를 장치 구성의 일부에 구비한 폐수처리장치는 처리수에 존재하는 활성도가 높은 혐기성 암모니아 산화 세균을 효율적으로 회수하는 것이 가능해지며 이 회수한 혐기성 암모니아 산화 세균을 이용하여 혐기성 암모니아 산화조를 가동시킴으로써 순양기간을 대폭적으로 단축시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 암모니아와 아질산을 함유하는 피처리수를 혐기성 암모니아 산화조에 송수하여 혐기성 암모니아 산화 세균에 의하여 암모니아와 아질산을 탈질시키고,
    이 탈질시킨 처리수를 순양조에 송수 또는 상기 순양조를 통하여 혐기성 암모니아 산화조에 순환함으로써 상기 처리수 중의 혐기성 암모니아 산화 세균을 상기 순양조 내의 고정화 재료에 부착시켜 고정화 미생물로서 회수하는 것을 특징으로 하는 균체 회수 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고정화 미생물의 고정화 재료는 담체, 고정상(床) 중 하나인 것을 특징으로 하는 균체 회수 방법.
  3. 암모니아와 아질산을 함유하는 피처리수를 혐기성 암모니아 산화조에 송수하여 혐기성 암모니아 산화 세균에 의하여 암모니아와 아질산을 탈질시키고,
    상기 탈질시킨 처리수를 침전조 또는 막분리장치에 송수 또는 상기 침전조 또는 막분리장치를 통하여 상기 혐기성 암모니아 산화조로 순환함으로써 상기 피처리수중의 혐기성 암모니아 산화 세균을 상기 침전조에서 고액분리 또는 상기 막분리장치에서 막분리된 분리오니 중에 회수하는 것을 특징으로 하는 균체 회수 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 막분리장치는 회전 평막장치임인 것을 특징으로 하는 균체 회수 방법.
  5. 암모니아와 아질산을 함유한 피처리수를 혐기성 암모니아 산화조에 송수하여 혐기성 암모니아 산화 세균에 의하여 암모니아와 아질산을 탈질시키고,
    상기 탈질시킨 처리수를 순양용기를 수납한 침전조에 송수하여 상기 처리수 중의 혐기성 암모니아 산화 세균을 상기 순양용기 내의 고정화 재료에 부착시켜서 혐기성 암모니아 산화 세균을 회수하는 동시에 상기 침전조에서 고액분리된 분리오니 중에도 혐기성 암모니아 산화 세균을 회수하는 것을 특징으로 하는 균체 회수 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 균체 회수 방법을 실시하도록 장치구성되어 있는 것을 특징으로 하는 균체 회수 장치.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 균체 회수 방법에 의하여 회수 한 혐기성 암모니아 산화 세균을 종균으로하여 순양조 또는 이제부터 가동하는 혐기성 암모니아 산화조에서 순양하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 순양 방법.
  8. 제 6항의 균체 회수 장치를 혐기성 암모니아 산화법으로 폐수를 처리하는 장치에 구비한 것을 특징으로 하는 폐수 처리 장치.
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