KR910001617B1 - 활성슬러지에 의한 폐수처리방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

활성 슬러지에 의한 폐수처리방법
제1도는 오염물로서 암모니아를 함유하는 폐수를 처리하기 위한 종래의 처리방법의 도식도.
제2도는 미생물군이 일정한 시간의 기간에 걸쳐 더 높은 오염물 농도에 순화되는 본 발명의 방법의 환경순화 실시예를 도식적으로 보인 도면.
제3도는 수중 체류시간과 슬러지 농도간의 도식적 상관관계를 나타낸 그래프.
제4도는 이상적인 슬러지 미생물 응집체의 단면도.
제5도는 질화 및 탈질화작용을 달성하기 위한 슬러지 농도와 수중 체류시간간의 상호관계를 나타낸 그래프.
제6도는 여러 레벨의 탈질화를 달성하는 슬러지 농도와 수중 체류시간의 관계를 나타낸 그래프.
제7도는 유리 암모니아(NH3) 및 아질산(HNO2)에 의한 니트로소모나스 및 니트로박터 작용의 저해를 도식적으로 보인 단면.
제8A도 내지 제8F도는 실시예 1내에 기술된 바와 같은 고농도 암모니아 함유 폐수처리를 위한 미생물군의 환경 순화에 대한 실시예를 보이는 도면.
제9A도 내지 9C도는 실시예 5내에서 기술된 바와 같이 온 및 오프 순환 및 용존산소 레벨이 반응기 성능에 미치는 효과를 나타낸 도면.
제10도는 실시예 5에 있어서, 아질산염이 반응기 성능에 미치는 효과를 나타낸 도면.
본 발명은 폐수처리를 위한 활성슬러지 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 오염물로서 암모니아를 함유한 폐수를 처리하고 더우기 오염된 암모니아뿐만 아니라 기타 오염물로서 시아나미드, 치오시아네이트, 설파이드 및 유기체들이 포함될 수 있는 폐수를 처리하기 위한 활성슬러지 폐수처리방법에 관한 것이다.
본 발명의 활성슬러지 폐수처리방법은 폐수의 오염물과 그 농도에 적절한 미생물군을 환경 순화시켜서 처리하는 방법을 포함하는 것이다. 미생물군은 (1) 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, (2) 좋기로는 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, (3) 유기체를 산화시켜서 질산염이나 아질산염으로 탈질화하고 또한 아질산염 및/또는 질산염의 질소가스로의 환원은 일반적으로 기술상 탈질화작용으로 알려졌으며, 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킬 수 있는 통성 미생물을 포함한다.
본 방법은 활성슬러지 방법으로 암모니아의 아질산염 및/또는 질산염으로의 미생물적 전화와 그후의 유리질소로의 전화를 달성하도록 일련의 제어된 조건하에서 조업된다. 본 발명의 방법에서 제어조건은 후술되는 바와 같은 슬러지 소모속도, 수중 체류시간, 용존산소 농도(DO), 슬러지 혼합속도, 생물학적 산소요구량(BOD), pH 및 온도의 제어를 말한다. 경우에 따라서는 (4) 시아나미드 및 치오시아네이트와 같은 다른 오염물들을 암모니아로 전화시키고 또한 설파이드를 설페이트로 전화시킬 수 있는 기타 미생물들로 상기 미생물군에 포함될 수 있다.
본 발명은 또한 (1) 암모니아를 아질산염으로 전화시키는 질화미생물, (2) 경우에 따라서는 좋기로는 아질산염을 질산염으로 전화시키는 질화미생물, (3) 유기물을 산화하여 아질산염 및/또는 질산염 나아가 유리질소로 전화시키는 통성 탈질화미생물을 포함하는 적절한 미생물군 즉, 혼합균의 생성방법에 관한 것으로, 그 방법은 미생물군을 제어된 조건하에서 발육시켜 오염물로서 암모니아 특히 고농도의 암모니아를 함유하는 폐액에 대하여 순화시키는 것으로 되어 있다.
환경공해의 결과로 발생된 지대한 관심은 도시 및 공업폐수처리에 집중되고 있다. 환경보호에 대한 관심뿐만 아니라 연방, 주 및 지방법 규정의 결과 다대한 연구 및 개발노력이 각처에서 흘러나오는 폐수처리는 물론 특히 공업시설로부터 발생되는 폐수처리에 기울려지고 있다.
종래에는 공업 및 도시 각처로부터의 폐수처리시에 처리된 물을 자연으로 되돌려 보내거나 재사용할 수 있을 정도까지 처리 및 정화시키기 위해 종종 활성슬러지의 방법을 사용하였다. 공업공정으로부터 폐수가 발생될 경우 그 폐수는 일반적으로 도시 각처로부터 나오는 폐수에서 보통 발견될 수 없는 문제의 오염물을 포함할 수 있으며, 이들은 오염물로서, 암모니아, 시아나미드, 치오시아네이트, 설파이드 및 유기물질, 심지어 착화합물과 같은 것을 포함하는 공업폐수를 포함한다.
더우기 공업폐수는 도시 각처로부터의 폐수에서 발견되는 오염물을 훨씬 초과하는 농도의 오염물을 포함할 수 있다. 특히 오염물로서 암모니아를 포함하는 폐수는 여러분야의 공업공정에서 발생되므로 고농도의 암모니아를 포함하는 폐수의 경우 폐수를 적당히 처리함에 있어 문제가 발생된다. 그러므로, 고농도의 암모니아뿐만 아니라, 특히 암모니아 이외의 기타 다양한 오염물을 포함하는 원형 그대로 폐수처리방법을 개발하는 것은 경제적으로 유익한 일이다. 사실상 페수가 고농도의 암모니아를 포함할 경우 그 폐수를 자연으로 방출하기에 적합할 정도로 만들기 위해 폐수들을 처리하는 관례적으로 사용되어 온 현재의 기술시스템은 복잡하여 지극히 고가이다. 이를 더 설명하기 위해 고농도의 암모니아를 포함하는 원폐수는 코오크스 공장들, 원유정제, 혈암유증류, 석탄가스화 공정 및 석탄액화 공정에서의 공업공정들에서 발생될 수 있다. 암모니아를 함유하는 페수는 또한 의약제조, 군수품제조, 음식제조 및 비교제조에서 발생될 수 있다. 고농도의 암모니아를 함유하는 대표적인 폐수를 종류별로 그중에 존재하는 오염물들의 대표적인 성분을 아래 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure kpo00001
Figure kpo00002
상기 표 1에 보인 폐수성분으로부터 알 수 있는 것은 이들 원폐수내의 암모니아 농도가 높아 거의 1,000-20,000mg/ℓ의 범위라는 것이다. 보통, 이 공업폐수들은 또한 상당한 농도의 다른 오염물 즉, (1) 벤젠, 톨루엔, 키시렌-페놀로부터 더 큰 분자량의 화합물에 이르는 유기물질, (2) 시아나미드 및 치오시아네이트 그리고 (3) 각종 황화합물을 포함하는 기타 오염물을 포함한다.
공업적인 실시에서 현실적으로 사용되는 환경적으로 허용될 수 있는 제어방법들은 기본적으로 두가지 형, 즉, (1) 물리적/화학적 처리형 및 (2) 예비처리 및 생물학적 처리의 혼합형이 있다. 최근에는 극심한 암모니아 함유 폐수의 생물학적 처리방법이 지대한 관심으로 개발되고 있다.
생물학적인 방법에 의한 처리가 수반될 경우 상술한 바와 같은 오염물을 함유하는 폐수처리를 위해 관례적으로 사용되는 방법은 일반적으로 기본적인 생물학적 공정단계이외에 3개의 중요한 공정단계를 필요로 한다.
상술한 바와 같은 오염물을 함유하는 폐수에 대한 종래의 실시 및 처리방법은 제1도에 개략적으로 도시되어 있다. 고농도의 암모니아뿐만 아니라 기타 오염물을 함유하는 폐수의 처리방법에 관한 종래의 실시방법을 보이는 제1도를 검토하면 알 수 있는 바와 같이, 그 처리단계들은 적어도 (1) 암모니아, 황화수소가 가능할 경우 페놀까지 제거하기 위한 폐수예비처리 (2) 암모니아와 황화수소 그리고 필요할 경우에는 페놀의 회수 및 제거 (3) 활성슬러지를 사용하는 생물학적 폐수처리방법에서 예비처리된 폐수처리, 그리고 (4) 슬러지를 조절하고, 미생물학적 및 가능할 경우 석회 슬러지처리와 처분을 포함할 수 있는 폐기 슬러지처리 단계들을 포함하고 있다.
값비싼 예비처리단계 및 부산물 회수단계의 필요성은 활성슬러지가 공급폐수중의 상당한 농도의 암모니아를 처리할 수 없다는 공통적으로 인정된 종래의 생각에 기인하였다.
종래의 실시방법은 또한 활성슬러지 방법의 적당한 작용을 위해서 값비싼 슬러지의 상당한 소모량 또는 소모속도를 종종 요구한다. 이러한 종래의 생각으로 인해 얻은 결과가 고농도의 암모니아 및 고농도의 설파이드를 포함하는 폐수를 생물학적으로 처리하기 위한 지극히 복잡하고 값비싼 기술상태의 시스템이다. 비록 상이한 여러 생물학적 처리시스템들이 설계되어 사용되어 왔으나, 그러한 공지된 기술들은 완전히 성공적인 폐수처리를 할 수 없었다. 특히 위험한 오염물 또는 고농도의 오염물이 존재하는 공업 각처에서 나오는 것들과 같은 폐수를 생물학적으로 처리함에 있어 성공할 수 없었다. 특히, 이러한 기술들은 고농도의 암모니아를 함유하는 공업폐수의 처리에 적합할 수 없었다. 암모니아를 함유하는 폐수처리에서 알려져 있는 것은 어떤 호기성의 자양 미생물이 암모니아를 아질산염으로 산화시킬 수 있고, 그 다음 그 아질산염을 질산염으로 미생물적으로 산화될 수 있다는 것이다. 이 반응순서 즉, 암모니아의 아질산염으로서의 산화는 질화작용으로써 기술상 공지되어 있으며, 그리고 작용능력이 있는 미생물로는 니트로소모나스(nitrosomonas)와 니트로박터(nitrobactor)인 것으로 알려져 있다.
더욱 특히, 니트로소나스는 수성계내의 암모니아를 아질산염으로 산화시키는 것으로 알려져 있다. 여기서, (1) 용존산도 농도들은 약 0.5mg/ℓ를 넘는 정도이며, (이는 1971년 물공해 통제연맹의 잡지, 43호, 1845-1854페이지에 애취, 이.와일들등에 의해 발표된 “질화작용 동력학에 영향을 주는 요소들”에 기술된 바와 같음), (2) 용액중에 유리 암모니아는 약 10-150mg/ℓ 이하로 유지된다(이는 1976년 물공해 통제연맹의 잡지 48호 835-852페이지에 안토니센등에 의해 발표된 “암모니아 및 질산에 의한 질화작용의 저해”에 기술된 바와 같음). 니트로소모나스 미생물은 주위환경에 널리 분포되어 있다. 그러므로 슬러지중의 니트로소모나스군의 생성을 위한 종자는 여러 공급원으로부터 입수할 수 있다. 니트로소모나스 발육속도와 그들의 암모니아-질소산화 반응속도는 용액속도, pH 및 용존산소 농도의 함수이다. 예를들면, 20℃, pH 7.0 및 용존산소 1과 2ppm에서 반응속도는 2.4mg 질소산화/미생물 1mg/일임이 보고되었다.(1974년 코넬대학, 박사논문에서 지.엠,웡총에 의해 발표된 “동물 폐기물의 처리시에 가해진 바와 같은 미생물의 질화작용의 활동성”참조)
더욱이 니트로박터는 용존산소 농도가 약 0.5mg/ℓ을 넘을경우(앞의 에취.이.와일드 등을 참조), 그리고 용액중에 유리 암모니아가 약 0.1-10mg/ℓ 이하로 유지될 경우(앞의ㅓ 안토니센등을 참조), 수성계내의 아질산염을 질산염으로 산화시키는 것으로 알려졌다. 니트로박터 미생물들 또한 주위환경에 광범위하게 분포되어 있으므로 슬러지중에 니트로박터군의 생성을 위한 종자는 광범위한 각종 소오스로부터 얻을 수 있다. 니트로박터 성장속도와 그들의 아질산염 반응속도 양자는 용액온도, pH 및 용존산도 농도의 함수이다. 예를 들면, 20℃, pH 7.0, 그리고 용존산소 1-2ppm 사이에서 반응속도는 7.0mg 질소산화/미생물 1mg/일임이 보고되었다(앞의 웡총을 참조). 암모니아의 완전한 제거는 아질산염 및/또는 질산염의 질소가스로의 환원은 일반적으로 기술상 탈질화작용으로 알려졌으며, 아질산염 및/또는 질산염으로 산화시킨다음 아질산염 및/또는 질산염을 질소가스로의 환원에 의한다. 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 환원반응은 슈도모나스(pseudomonas), 아크로모박터(achromobacter), 바실루스 및 마이크로 코커스속의 다른 환경에서도 살 수 있는 이종영양 미생물에 의해 행해진다. 이들 미생물들은 산소를 이용하여 유기물을 산화시킬 수 있으며, 산소결여시 그들은 만일 아질산염 및/또는 질산염이 존재할 경우 이들을 사용할 수 있다. 통성 이종영양의 미생물도 주위환경에 널리 분포되었으므로 슬러지내에 군들의 생성을 위한 종자를 각종의 소오스로부터 얻을 수 있다. 이종영양의 미생물의 성장속도와 탈질화작용 반응속도는 용액온도, pH 그리고 용존산소 대 아질산염 및/또는 질산염 산소이용 가능량의 비의 함수이다.
예를 들면, 20℃, pH 8-9, 용존산소가 없는 상태에서 메타놀을 사용할 경우의 탈질화 반응속도는 약 0.6mg 질소산화/미생물/1mg/일임이 보고되었다(1973.5월 버몬트 대학, 엠.에스 논문에서 알.피.마이클에 의해 발표된 “높은 농도의 질산염 폐수를 처리함에 있어 생물학적 탈질화작용 반응기의 적합성”참조).
또한 기본적으로 호기성 슬러지로부터의 미설명된 질소 상실에 대하여는 문헌에 자주 볼 수 있다(예, 1963년 퍼가몬 프레스의 전문 편집자 더블유.더블유.엑켄펠즈 주니어 및 비.제이 맥커비씨에 의해 편집된 “생물학적 폐기물처리의 개선”에 발표된 케이.우르만씨의 “하수오물 정화설비내의 생화학 반응상의 산소압력의 효과”, 바스씨등에 의해 19667년 물공해 통제연맹의 잡지 38호에 발표된 “도시폐수처리 설비에 의한 질소의 제거” 그리고 1975년 온타리오 환경청 장관 연구프로젝트번호 제72-5-15에 디.시.클리멘헤이그씨에 의해 발표된 “도시폐수용 질소제거”에 기술된 바와 같음).
이러한 손실들은 슬러지내의 불규칙한 국부적인 “정지점(dead spot)” 즉, 용존산소가 0으로 저하된 경우 생기는 “혐기성”의 탈질화작용이나 “호기성”탈질화작용 어느 것에 기인되는 것으로 추측되었다. 사실상 1977년 본 발명자는 “호기성”의 탈질화작용은 높은 미생물의 슬러지 농도, 약 1ppm의 낮은 용존산소 농도 그리고 pH 7의 용액에 의해 촉진된다는 것을 고찰하였다(1977년 4월 미국 철강연구소에 대한 카네기 멜톤학회의 연구보고서, 지.엠.웡총등의 “질소화합물의 제거를 위한 코우크스 공정폐수의 개선된 생물학적 산화”를 참조).
이론적인 설명으로 앞에서 소개된 웡총씨는 기본적으로 호기성 미생물의 핵이 있는 부분이 산소 결핍상태가 되는 식의 산소변화도를 갖는 다공성의 미생물 미립모델을 주장하였다.
다른 사람들도 “호기성”의 탈질화 작용의 존재에 관하여 마찬가지로 고찰하였다(예를 들어 1981년, 물연구지:5호, 543-551페이지에 엘.비.우드등에 의해 발표된 “질화작용의 생화학과 저해에 관한 고찰”, 1975년 물연구지:9호, 25-30페이지에 아이.뮤레이등에 의해 발표된 “농장동물 폐기물을 처리하는 산화홈통내의 질소균형, pH 및 용존산소간의 상관관계” 그리고, 1975년 물공해 통제연맹의 잡지:47호, 394-398페이지에 제이.피.보우트씨등에 의해 발표된 “높은 질소함유 폐수로부터 질소의 제거”를 참조).
상술한 니트로소모나스, 니트로박터 및 다른 탈질화균을 이용하여 생물학적인 질화, 탈질화 및 암모니아의 유리질소로 전화시키는 방법은 이미 공지되어 있다.
그러나 고농도의 암모니아와 기타 오염물을 함유하는 폐수를 처리하는데에 대한 종래의 방법들에는 개선해야 함이 경제적으로 바람직했다. 높은 암모니아 농도의 용액을 취급하기 위한 생물학적 처리시스템의 성능을 향상시키기 위한 연구와 개발은 지극히 제한되어 왔으며, 근본적으로 성공할 수 없는 것으로 생각되어 왔다.
기타 모든 종래기술은 “호기성”의 탈질화작용을 어떻게 발생시킬 수 있는가에 대한 상술한 고찰을 제외하고는 단일 슬러지로부터 동시에 질화작용 및 탈질화작용을 제어가능하게 달성할 수 있는 가능성은 근본적으로 의심스러웠다. 사실상 종래의 기술은 질화작용 및 탈질화작용 조건이 열역학적으로 상반되며, 그와 같은 질화작용은 탈질화작용으로부터 분리되어야만 한다는 것을 기본적으로 언급하여 왔다(1976년 물공해 통제연맹의 잡지:48호, 521-531페이지에 비숍씨등에 의해 발표된 “단일단계의 질화 및 탈질화작용”을 참조).
다단계 반응 질화 및 탈질화작용 시스템들을 논리적으로 고려해볼 수 있는 많은 치환 및 조합가능한 것들이 문헌에 주장되어 있다. 그러나 이들은 주로 저암모니아 농도의 도시 하수오물질 폐기물의 처리에 대한 응용을 위한 것이었다.(1968년 물공해 통제연맹의 잡지:40호, 2040-2054페이지에 전술한 비쇼씨등과, 클리멘에이지, 바스등에 의해 발표된 “폐수 유출물내의 질소와 인의 화학적 생물학적 제어”, 그리고 1975년 물연구지:9호, 485-490페이지에 제이.앨.바나드씨에 의해 발표된 "화학적인 가미없는 생물학적 영양물 재거"를 참조). 고노도 암모니아 함유 폐수처리에 관한 것은 단 두개의 참고문헌이 공지되어 있다. 즉, 1973년 4월 EPA 보고서, EPA R2-73-167호에 바커씨등에 의해 발표된 "화학적인 가미없는 생물학적 영양물제거"를 참조). 고농도 암모니아 함유 폐수처리에 관한 것은 단 두개의 참고문헌이 공지되어 있다. 즉 1973년 4월 EPA 보고서,EPA R2-73-167호에 바이커씨등에 의해 발표된 "코우크스 설비 폐기물로부터 탄소 및 질소화합물의 생물학적 제거”와 1969년 물공해 통제연맹의 잡지:41호, 199-207페이지에 피.디.코스텐바더씨등에 의해 발표된 “코우크스 설비 저암모니아 용액의 생물학적 산화”를 참조. 이들중 전술한 바커씨등만이 질화 및 탈질화작용을 달성하려고 시도하였다. 본 발명이전에 앞에서 언급한 본 발명자의 시도를 포함하여 질화작용 또는 질화 및 탈질화작용의 조합을 달성하기 위한 기타 모든 시도들은 약 암모니아 코우크스 공장폐수 즉, 코우크스 공장으로부터의 폐수에 대해 수행하여 그로부터 상당한 부분의 암모니아를 제거할 수 있었다. 고체 체류시간을 연장시킴으로서 한 단계의 생물학적 반응기내에서 암모니아를 제거시킨 코우크스 폐수에 대한 고질화작용 효율이 보고되었다(1980년 7월 펜실바니아, 레비스버그, 버클대학 12차 중앙 대서양산업 폐기물회의의 포고문에서 에이.바타카야씨등에 의해 발표된 “코우크스 설비 폐기물의 성공적인 생물학적 질화작용내의 제어요소-고체 정체시간”을 참조)
더우기, 암모니아를 제거한 코우크스 폐수에 관한 두 단계의 질화 및 탈질화 반응시스템을 적용하여 성공할 수 있음이 또한 보고되었다(1980년 9월 라스베가스 53차 년차 물공해 통제연맹회의의 발표된 티.알.브리들씨등의 “질소 및 미량의 유기물의 제어를 위한 코우크스 설비 폐수의 생물학적 처리”를 참조). 암모니아를 제거한 코우크스 폐수를 질화함에 의해 어느 정도 성공함이 본 발명자에 의해 보고되었다(전술한 웡총씨등을 참조). 암모니아를 제거한 코우크스 폐수에 관한 두단계의 질화 및 탈질화작용 반응시스템으로서의 불규칙적인 성공도 보고되었다(1981년 10월 디트로이트, 제54년 연차 물공해 통제연맹회의에서 보고된 에시.지이.너트씨등의 “질소제어를 위한 코우크스 설비 폐수의 두 단계의 생물학적 유동상(流動床)처리”를 참조).
고농도 암모니아를 함유하는 코우크스 폐수를 생물학적으로 직접 처리하도록 여러번 실험을 시도한 후에 시아나미드, 치오시아네이트 및 COD를 함유하는 폐수에 대하 미생물의 암모니아 농축성능이 무슨 영향을 받았는가를 알기 위한 실험작업에서 전술한 코스텐바더씨등은 약 2,000mg/ℓ를 초과하는 암모니아 농도가 생물학적인 슬러지의 모든 성능을 완전히 억제시켰다는 결론을 얻었다. 지극히 복잡한 3단계 반응시스템(일련의 두 호기성 단계에서 뒤를 잇는 한 단계의 혐기성 단계)에서 전술한 바커씨등은 처리된 고강력 코우크스설비 폐수를 352일동안 처리하였다. 불행하게, 이 프로그램은 성공하지 못한 결과를 유도하였다. 이들의 실험중에 달성된 통상의 공급 암모니아 농도는 완전히 질화 및 탈질화작용보다 상당히 낮은 것으로(처리될 미처리 암모니아 함유공급 폐수의 약 12배 희석에 상당하는) 암모니아 농도는 300mg/ℓ 이하이었다. 달성된 최고의 공급 암모니아 농도는 약 1,200mg/ℓ 암모니아(미처리 폐수 공급에 대하여 3배 희석에 상당함)이었다. 이 농도들에서의 처리는 완전한 시험계획에서 단일 2주 기간동안만 지속되었다. 이러한 비교적 고암모니아 농도 시험기간동안 달성된 최고의 질화 및 탈질화율은 단지 10%-50% 사이었다. 이와 같은 결과에 의해 사업계획은 포기되었다.
따라서 본 발명의 목적은 오물로서 암모니아를 함유하는 폐수를 처리하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 오염물로서 암모니아를 함유하는 폐수를 처리하기 위한 활성슬러지 방법을 제공함과 동시에, 또한 시아나미드, 치오시아네이트, 설파이드 및/또는 유기물과 같은 기타 오염물이 또한 폐수에 존재하는 암모니아 함유 폐수를 처리하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 암모니아 함유 폐수의 처리를 위한 생물학적 방법을 제공하고 뿐만 아니라 기타 오염물이 존재할 경우 폐수가 폐수내의 암모니아 및 기타 오염물에 순화되고 특히 폐수내의 암모니아나 기타 오염물의 모든 농도에서 순화되는 적절한 미생물군을 이용하여 미생물적으로 처리될 수 있는 활성슬러지 방법을 이용하는 생물학적 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 기타 목적은 폐수내에 존재하는 고강도 또는 고농도의 오염물에서 조차 순화되는 미생물군 즉, 암모니아를 아질산염으로 전화시키는 능력을 갖는 미생물, 바란다면 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 미생물 그리고 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킬 수 있고, 또한 유기물을 산화시킬 수 있는 미생물을 포함하는 미생물군을 이용하여 오염정도를 나타내도록 본 명세서에서 상호 변경하면서 사용할 수 있는 두 용어인 고농도 또는 고강도의 암모니아를 포함하는 오염물을 함유하는 폐수를 처리하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 생물학적 처리 이전에 공급된 미처리 폐수의 예비처리를 생략할 수 있는 단일 반응기에서 암모니아를 유리질소로 생물학적으로 전화를 효과적으로 달성하도록 잘 혼합되어 안정되게 순화되는 적절한 미생물군을 이용하여 암모니아 함유 폐수를 동시에 질화 및 탈질화하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 암모니아, 특히 단일 반응처리로 처리하는 것이 가능하다고 앞에서 생각하지 않았던 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수를 처리하기 위하여 적절히 순화시킨 미생물군을 생성시키기 위한 방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 전화 및 그 다음 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로의 전화를 슬러지 소모속도, 수중 체류시간, 용존산소 농도, 슬러지 혼합속도, 생물학적 산소요구량(BOD)에 대한 질소비, pH 및 온도를 시스템내의 암모니아를 포함하는 오염물의 전화를 달성할 수 있게 제어함에 의해서 실제로 100% 탈질화 또는 실제로 0-100% 탈질화 효율을 달성할 수 있는 제어 용이한 방법을 제공함으로써 그에 의해 상기와 동일한 오염물을 포함하는 폐수를 대자연으로 재사용 또는 방출할 수 있는 허용농도로 정제함으로써 고농도의 암모니아를 포함하는 암모니아 함유 폐수를 처리하기 위한 활성슬러지 폐수처리방법을 제공함으로 목적으로 한다.
전술한 목적 및 기타 목적들은 여기에 기술된 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명의 한 실시예는 (1) 폐수처리 과정중에 공급되는 폐수에 대한 폐수처리의 조건에서의 슬러지 소모속도는, (가) 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 전화시킬 수 있는 정상상태의 미생물군을 제공하는 그것을 유지할 정도로 충분히 낮고, (나) 슬러지내의 불활성 고체의 축적을 방지하기에 충분히 높은 범위로 제어되고, (2) 수중 체류시간은 (가) 상기 (1)의 슬러지 소모속도에서 물과 고체의 분리가 가능한 슬러지 농도를 발생시키기에 충분히 길며, 그리고, (나) 실제로 충분한 슬러지 성능을 달성하기에 충분히 긴 시간으로 제어되고, (3) 용존산소 농도는 (가) 암모니아의 아질산염 및/또는 질산염으로 미생물학적 전화가 발생할 정도로 충분히 높으나, (나) 아질산염 및/또는 질산염이 유리질소로의 전화가 발생하는 것을 중단시킬 정도 이하의 용존산소 농도로 제어되고, (4) (가) 슬러지 혼합은 상기 (1)의 최대허용 슬러지 소모속도를 초과하게 되는 슬러지 성장을 피하기 위하여 처리중에 존재하는 슬러지를 이용할 수 있는 범위로, 그리고, (나) 슬러지 혼합속도가 폐수처리를 위해 요구되는 탈질화에 알맞는 정도로 벌크 용존산소의 농도들의 구배를 감소시키기에 충분히 큰 범위로, (다) 슬러지 혼합속도가 미생물 세포 파괴가 발생하고, 슬러지 응집체의 불가역적인 붕괴가 발생하고 그리고/또는 슬러지물의 침강성 특성을 손상시키지 않는 속도이하 범위로 혼합시키고, (5) 처리중 생물학적 산소요구량을 제어하되, 처리를 위해 공급된 폐수내의 암모니아의 특정한 농도에서 처리중 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 미생물적 전화를 달성하는데 필요한 생물학적 산소요구량이 적어도 화학량론적량이 존재하도록 제어하고, (6) 처리 pH 제어는 (가) 처리중에 미생물 활성이 저해되는 유리 암모니아의 농도를 피하는 범위내로, (나) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리아질산의 농도를 피하는 범위내로, 그리고 (다) 폐수내의 미생물 성장과 폐물질의 유효한 처리를 위해 적절한 범위내로 제어하고, 그리고, (7) 처리온도를 제어하되, (가) 미생물 활성이 저해되는 유리 암모니아의 농도가 존재하지 않는 범위내로, (나) 미생물 활성이 저해되는 유리질산이 존재하지 않는 범위내로, (다) 폐수내의 미생물 작용 및 폐물질의 유효한 처리를 위해 적절한 범위내로 제어하는 조건하에서 행해지는 유기물을 산화시키고 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킴으로써 아질산염 및/또는 질산염을 탈질화시킬 수 있는 통성 미생물, 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, 그리고 좋기로는 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 미생물을 포함하며 폐수오염물에 그리고 폐수내의 오염물 농도들에 순화되는 미생물군이 존재하는 활성슬러지 폐수처리방법으로 폐수를 미생물적으로 처리하는 방법을 포함하는 오염물로서 암모니아와, 또한 존재할 경우 시아나미드, 치오시아네이트, 설파이드 및 유기물을 포함하는 폐수여염물을 처리하기 위한 활성슬러지 폐수처리방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 본 발명의 방법은 상술한 바와 같은 방법을 포함하되, 그밖에 시아나미드,치오시아네이트, 시아네이트 및 설파이드를 암모니아와 설페이트로 전화시킬 수 있는 미생물군내에 존재하는 기타 자양 미생물을 더 포함하며, 그에 의해 폐수에 존재할 경우 기타 오염물들이 처리될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 오염물로서 암모니아를 함유하는 폐수, 더 존재할 경우 시아나미드, 치오시아네이트, 설파이드 및/또는 유기물질을 포함하는 폐수오염물을 처리하기 위한 활성슬러지 방법을 제공하며, 이 방법은 폐수오염물과 폐수내의 오염물 농도에 순화되며, 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물들, 좋기로는 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물과 유기물을 산화시킴으로써 아질산염 및/또는 질산염을 탈질화시킬 수 있고 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킬 수 있는 통성 미생물들을(facultative microorganisms) 포함하는 미생물군의 존재상태에서 활성슬러지 방법으로 폐수를 미생물적으로 처리하되, 다음 조건하에서 즉, (1) 처리중 공급되는 폐수에 대해 처리가 행해지는 조건에서의 슬러지 소모속도는 (가) 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 전화시킬 수 있는 정상상태를 미생물군을 제공하고 유지할 정도로 충분히 낮고, (나) 슬러지내의 불활성 고체물의 축적을 방지하기에 충분히 높은 범위로 제어하고, (2) 처리폐수의 수중 체류시간을 제어하되, 수중 체류시간은, (가) 상기 (1)의 슬러지 소모속도에서 물과 고체물을 분리시킬 수 있는 슬러지 농도를 생성시키기에 충분히 길고, (나) 실제로 완전히 슬러지 성능을 달성하는데 충분히 길도록 제어한다.
(3) 용존산소 농도를 유지시키되, 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 미생물적 전화를 시키고, 생물학상의 산소요구량이 이산화탄소와 물로 전화시키는데 충분히 높게 용존산소 농도를 유지시키고, (4) 슬러지를 혼합시키되, (가) 상기 (1)의 최대허용 슬러지 소모속도를 초과하게 하는 슬러지 성장을 피하도록 처리중에 혼합속도가 처리중 존재하는 슬러지를 이용할 수 있는 범위로, (나) 벌크 용존산소 농도를 폐수처리를 위해 요구되는 탈질화와 알맞는 농도로 구배를 감소시킬 정도로 슬러지 혼합속도가 충분히 큰 범위로, 제어하고, (다) 슬러지 혼합속도를 미생물 세포 파괴가 발생하고, 슬러지 응집체 불가역적 붕괴가 생기고, 슬러지와 물의 침강성 특성을 해치지 않는 슬러지 혼합속도 이하인 범위로 혼합시키고, (5) 처리중 생물학적 산소요구량을 제어하되, (가) 처리중 공급되는 폐수내의 특정한 암모니아의 농도에서 처리중 아질산염및/또는 질산염의 유리질소로의 미생물적 전화에 의해 탈질화를 달성하는데 필요한 생물학상의 산소요구량의 적어도 화학량론적량이 존재하도록 제어되고, (나) 실제로 탈질화가 없는 경우에, 존재하는 미생물군에 대하여 동화할 수 있는 탄소원을 간단히 제공하도록 처리를 제어하고, (6) 처리 pH를 제어하되, (가) 처리중 미생물 작용을 저해하고 유리 암모니아의 농도를 피하는 범위내로, (나) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리아질산의 농도를 피하는 범위내로, 그리고 (다) 폐수내에의 유효한 폐물질처리와 미생물 성장을 위해 적합한 범위내로, 제어하고, (7) 처리온도를 제어하되, (가) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리아질산의 농도가 생기지 않는 범위내로, (나) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리아질산의 농도가 생기지 않는 범위내로, 그리고 (다) 폐수내에서 미생물의 작용과 폐물질의 유효한 처리를 위해 적합한 범위내로 제어하는 것이 특징이다.
본 발명의 또다른 실시예는 오염물로서 암모니아를 또한 시아나미드, 치오시아나이트, 설파이트 및/또는 유기물을 포함할 수도 있는 기타 오염물을 함유하는 폐수를 처리하기 위한 순화미생물군을 산생시키는 방법을 제공하는 것이며, 그 방법은 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물과, 좋기로는 아질산염을 질산으로 전화시킬 수 있는 질화미생물과 유기물을 산화시키고 아질산 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킴으로써 아질산염 및/또는 질산염을 탈질화할 수 있는 통성 미생물을 포함하는 미생물군을 갖는 활성슬러지 처리계로 폐수를 도입한다. 이 미생물군은 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물들, 있다면 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물들 및 통성 미생물을 포함하고 폐수를 상기활성슬러지나 미생물군(각각 상이한 생육속도를 갖는다)을 생육되게 하고, 암모니아나 기타 오염물의 농도에 순화되게 하고, 폐수 공급속도는 미생물 세포분열을 촉진시키는데 충분히 높고 폐수중의 암모니아나 있다면 기타 오염물들이 미생물을 저해하는 농도에 도달하지 않을 정도로 높게 취한다. 그러므로해서 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물들과 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 미생물들과 통성 미생물들이 상대적으로 생육되어 이 미생물군이 폐수오염물과 그들의 농도에 순화되게 되는 것이다.
본 실시예에서 상술한 바와 같은 완전한 탈질화 또는 다소 불완전한 탈질화중 어느 하나를 위해 동일한 매개변수들 (1) 내지 (7)에 지시된 바와 같이 적절히 제어될 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, 바란다면 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물 및 한 실시예에서의 실제로 완전한 탈질화 또는 다른 실시예에서의 실제로 덜 완전한 탈질화 내지 실제로 0 탈질화에 연관하여 유기물질의 오염물을 제거하기 위한 통성미생물을 포함하는 미생물군을 이용하여 폐수처리를 하기 위한 활성슬러지 방법을 제공한다. 여기서 두 실시예는 또한 시아나미드, 치오시아네이트 및 설파이드와 같은 기타 오염물에 적용할 수 있는 기타 자양 미생물의 사용을 선택적으로 포함할 수 있다.
또다른 실시예에서 본 발명은 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, 바란다면 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물 및 미생물군이 오염물과 그들의 농도에 순화되고, 폐수처리에 의해 암모니아나 있다면 시아나미드, 치오시아네이트 및 설파이드 및/또는 유기물질과 같은 기타 물질을 포함하는 오염물을 제거하기 위한 환경에 적응할 수 있는 통성 미생물을 포함하는 적절한 미생물군의 순화 및 산생 능력을 제공해 준다.
본 발명의 이들 실시예들을 아래에 더 상세히 설명하겠다. 도시 및 공업 폐수원으로부터 폐수처리를 위한 활성슬러지 방법을 공지된 방법이다. 예를 들면 활성슬러지 폐수처리방법과 그의 매개변수들은 문헌에 상세히 기록되어 있다. 특히, 종래의 활성슬러지 폐수처리방법은 도시 또는 산업폐수로부터의 생물학적 산소요구량(BOD) 또는 화학산소요구량(COD)으로서 측정된 유기물질 오염물을 제거하도록 미생물의 대사반응을 이용하는 호기성의 생물학적 방법이다. 기본 방법은 미생물적 슬러지를 특징적인 고도의 용존산소 농도 레벨에서 폐수 및 산소와 접촉시켜 주는 단계를 포함한다. 그 결과, 미생물은 페수내의 오염물을 흡수하고 대사시킨다. 이 단계는 폐수와 미생물을 혼합시키기 위한 수단과 폐수와 미생물 혼합물을 산소처리하기 위한 수단을 포함한다. 어떤 경우에는 혼합과 산소처리가 단일장치에 의해서 수행된다. 접촉은 폐수에 슬러지를 현탁시킴으로써 또는 고정된 슬러지 박막을 사용함으로써 달성될 수 있다. 슬러지가 폐수에 현탁될 경우, 슬러지 정화단계는 미생물이 처리된 폐수로부터 분리될 경우 필요하게 된다. 이 정화단계는 통기단계로 분리된 슬러지를 귀환시키고 통기단계에서 대사반응의 결과로서 발생되거나 또는 미처리 폐수와 같이 시스템으로 도입된 과잉미생물적 슬러지를 제거하기 위한 수단을 포함한다.
활성슬러지 폐수처리방법의 더욱 상세한 설명은 1977년 물공해 제어 연방 시행규칙 편람 제8호에 폐수처리 설비 설계, 1958년 레인 홀드 출판 주식회사, 편집자 맥카베 및 엑겐휄헨씨의 하수오물 및 산업 폐기물의 생물학적 처리, 1963년 윌리, 엘.지.리취씨의 위생공학 유니트 방법 및 1972년 맥그로힐, 매트칼프 및 에디 주식회사의 폐수공학에서 볼 수 있다.
본 발명의 활성슬러지 처리방법은 미생물종의 독특한 군 즉, 종래의 활성슬러지 폐수처리방법에서 자주 사용되는 바와 동일한 미생물종을 사용한다. 이 미생물군은 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, 그리고 유기물질을 산화시키고 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킬 수 있는 통성 미생물을 포함한다. 질화 및 탈절화/통성 미생물이 존재하는 결과, 폐수내의 오염물로서의 암모니아는 폐수내의 그 오염농도를 현저하게 감소시킬 수 있으며, 또한 대자연으로 방출시킬 수 있도록 정부규정에 맞거나 재사용할 수 있는 허용농도로 적절히 처리 또는 제거될 수 있다.
“암모니아”라는 용어는 산업폐수내의 오염물로서 암모니아를 나타내도록 종래에 이 분야에서 사용된 바와 같이 여기서 사용된다. 사실상 이 용어는 수용액에 존재하는 NH+이온을 말하며, 그것은 미생물에 의해 작용되고 사용되는 이온임을 알아야만 한다. 수용액에서, 열역학적 평형이 다음과 같이 존재한다는 것을 또한 알아야만 한다.
Figure kpo00003
여기서, 조건에 따라서 한쪽의 종(NH4 +)은 다른쪽(NH3)것보다 우세하거나 그와 역으로 된다. 따라서, 명백히 하기 위해 용어 “암모니아”는 NH4 +을 나타내도록 사용되고, 용어 “유리 암모니아”는 NH3종을 나타내도록 여기서 사용된다.
본 발명에서 사용될 수 있는 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 적절한 질화미생물들은 니트로소모나스 유로피아(europea)와 같은 미생물들을 포함한다. 이러한 형의 미생물들은 일반적으로 이 분야에서는 니트로소모나스 미생물로서 호칭된다.
본 발명에서 선택적으로 사용될 수 있는 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 적절한 질화미생물은 니트로박터, 위노그라드스키(winnogradski) 및 니트로박터 아기리스(agilis)와 같은 미생물을 포함한다. 이러한 형의 미생물들은 일반적으로 기술상 니트로박터(nitrobactor) 미생물로서 호칭된다.
본 발명에서 사용될 수 있는 혐기성의 조건하에서 유기물을 산화시키고, 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킬 수 있는 적절한 통성 미생물들은 슈도모나스(pseudomonas), 아크로모박터(achromobactor), 바시루스(Bacillus), 및 미크로코카스(micrococcus)속 등의 광범위한 종류의 종을 포함한다.
상기에 보인 종 및 속은 설명을 위해 단순히 주어진 것이며, 그에만 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 사용된 미생물이 근본적으로 기술된 바와 같은 작용 즉, 암모니아를 아질산염으로, 아질산염을 질산염 등등으로의 전화시킬 수 있는 작용을 하는한 그들은 본 발명에서 알맞게 사용될 수 있다. 이러한 형의 미생물들은 공지되었으며, 주위환경에서 쉽게 얻을 수 있다. 따라서 그들은 종래의 기술을 이용하고 보통의 공급원을 사용하는 처리 시스템으로 끌어들일 수 있다. 그러한 미생물의 소오스들은 토양, 기타 생물학적 처리시설(도시 및 산업시설) 및 기타 소오스들을 포함한다.
본 발명에서 사용된 미생물들에 대하여 특히 바람직한 소오스는 본 발명에 의해 처리될 폐수내에 존재하는 것과 동일한 형의 오염물을 함유하는 폐수를 처리하는 종래의 시설로부터의 종자이다. 또한 도시폐수처리 시설로부터의 종자도 바람직한 소오스이다. 이 시스템내에 존재하는 이들 질화작용과 통성/탈질화작용을 하는 미생물이 존재함으로써 폐수내의 오염물인 암모니아는 작용되어 제거된다.
암모니아의 유리질소로의 미생물적에 의한 전화의 결과 발생하는 제1의 기본 화학작용을 아래의 반응식에 보이고 있다.
상술한 바와 같이, 니트로소모나스와 같은 질화미생물 등은 다음 반응식(Ⅰ)에 의해 폐수내의 암모니아를 아질산염으로 호기성으로 전화시킨다.
Figure kpo00004
(Ⅰ)
일단 암모니아가 아질산염으로 전화되면 니트로박터와 같은 질화미생물이 존재할 경우, 그들은 아질산염을 다음 반응식(Ⅱ)에 의해 질산염으로 전화시키도록 아질산염에 호기성으로 작용된다.
Figure kpo00005
(Ⅱ)
상기 (Ⅰ) 및 (Ⅱ)식에서 보인 전화를 야기시키는 호기성 조건들은 이 기술분야에 기술된 바와 같이 1리터의 폐수당 적어도 약 0.5mg의 용존산도 농도이며, 여기서 기술한 발명 발견의 결과 1ℓ의 폐수당 약0.1mg로 낮은 용존산소 농도였다.
이어서, 통성 미생물들은 폐수중의 오염물로서 또는 폐수에 필히 첨가되든지 하여 존재하는 용해된 유기물질로 인하여 생물학적 용존산소 요구량(BOD)의 존재하에 아질산염 및/또는 질산염에 작용하여 이들 아질산염 및/또는 질산염이 다음 반응식(Ⅲ)에 따라서 무산소상태로 유리질소로 전화된다.
Figure kpo00006
(Ⅲ)
암모니아의 유리질소로의 전화가 상기 반응식에 의해 상술한 질화작용과 환경적응성 및 탈질화작용을 하는 미생물에 의해 발생되는 조건은 이후 본 발명의 방법에서 제어 매개변수에 관한 설명에서 더 상세히 설명하겠다.
상기의 반응식은 기본적으로는 폐수로부터 오염물인 암모니아의 미생물적 전화와 제거에 기초가 되는 호기적 및 혐기적 화학반응의 이해를 도모하기 위한 것이다.
상술한 바와 같이, 암모니아 이외의 오염물들이 폐수내에 존재할 수 있으며, 그들이 존재할 경우 그러한 오염물을 함유하는 폐수가 처리될 수 있다. 치오시아네이트, 설파이드 및 시아나미드뿐만 아니라 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 전화에 필요한 BOD를 제공하는 고유의 성질을 갖는 유기물질과 같은 기타 공해물들도 본 발명의 활성슬러지 폐수처리방법으로 폐수로부터 처리되어 제거될 수 있다. 여기서 사용된 용어“생물학적 산소요구량” 또는 “BOD”는 “생물학적 용존산소요구량” 또는 용존 BOD를 의미하는 것으로 한다.
특히 설파이드가 폐수내에서 오염물로써 존재할 경우 설파이드가 다음 반응식(Ⅳ)에 의해 설페이트로 전화됨으로써 제거될 수 있다.
Figure kpo00007
(Ⅳ)
이들 설퍼작용성 미생물은 또한 하기 반응식(Ⅴ)에 의해 존재할 수 있는 기타형의 설퍼, 예를 들면 치오설페이트에 작용될 수도 있어 하기 반응식(Ⅴ)에 의해서 설페이트로 전화된다.
Figure kpo00008
(Ⅴ)
더욱이 만일 치오시아네이트가 폐수내의 오염물로서 존재할 경우, 치오시아네이트는 미생물에 의해서 작용될 수 있어서 다음 반응식(Ⅳ)에 의해서 치오시아네이트를 설파이드로 전화시킨다.
Figure kpo00009
(Ⅵ)
이 반응식(VI)에서, 치오시아네이트는 상기 반응식(Ⅳ)에 의해서 설파이드 형성시에 설파이드로 전화되고, 그렇게 형성된 설파이드는 폐수내에 원래 오염물로 존재하는 설파이드가 설페이트로 전화되는 것과 동일방식으로 설페이트로 전환될 수 있음을 볼 수 있다.
상기 반응식(Ⅳ) 및 (Ⅴ)에 의한 설파이드나 치오설페이트를 설페이트로 전화시키는데 사용될 수 있는 적절한 설퍼작용 미생믈들은 치오바시러스속의 많은 종들을 포함한다. 특히, 반응식(VI)에 의해 치오시아네이트를 설파이드나 시아네이트로 전화시키는데 사용될 수 있는 미생물들은 치오바시러스, 치오시아녹시단스를 포함한다. 만일, 시아니드가 폐수속에 오염물로서 존재할 경우 시아니드에 작용할 수 있고, 그와 같이 시아네이트로 전화시킬 수 있는 적절한 미생물을 사용함으로써 오염물인 시아니드는 다음식(Ⅶ)에 의해 폐수로부터 제거될 수 있다.
Figure kpo00010
(Ⅶ)
시아니드를 시아네이트로 전화시키는데 사용될 수 있는 적절한 미생물은 악티노미세타시애(actinomycetaceae)군의 각종 종을 포함한다.
시아네이트가 생성된 반응 생성물이며, 또한 이것은 아래 반응식(Ⅷ)에 의해 이산화탄소, 암모니아 및 하이드록사이드 이온을 형성하도록 물과 반응한 결과로서 나타나는 미생물에 의해 생화학적으로 전화될 수 있음은 상기식(Ⅵ) 및 (Ⅶ)내에 내포된 화학반응으로 살펴보면 알 수 있다.
CNO-+2H2O → CO2+NH3+OH-(Ⅷ)
따라서, 시아네이트의 전화는 비오염물로서 이산화탄소 및 하이드록사이드 이온과 암모니아의 형성을 반응식(Ⅷ)내에 볼 수 있고, 이 암모니아가 상기한 반응식(Ⅰ),(Ⅱ) 및 (Ⅲ)에 따라서 아질산염 및/또는 질산염 최정적으로는 비오염물인 유리질소로 전화된다. 따라서 이것은 상술한 반응들(Ⅰ),(Ⅱ) 및 (Ⅲ)을 통하여 폐수내의 오염물인 암모니아가 시스템으로부터 제거되며, 더우기 상기 반응식(Ⅲ)내의 생물학적 산소요구량을 제공하는 유기물의 상호작용의 결과로서 유리질소, 이산화탄소 및 하이드록사이드 이온 등과 같은 비오염물로의 전화에 의해 유기오염물을 제거하는 것이다.
또한 오염물로서의 암모니아는 폐수로부터 제거될 수 있으며, 또한 존재한다면 치오시아네이트, 설파이드 및 시아니드와 같은 기타 오염물들도 마찬가지로 제거되어 결국 비오염물 및 비유독성 물질로 전화될 수 있다는 것을 상기 반응식(Ⅰ)-(Ⅷ)내에 나타낸 전화의 결과로 본 발명의 활성슬러지 폐수처리방법에 내포된 화학반응을 살펴보면 알 수 있다. 더우기, 생물학적 산소요구량을 제공하는 폐수내에 존재하는 유기물은 그들이 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 전화에서 상호작용하기 때문에 제거될 수 있다는 것을 상기반응식(Ⅲ)을 살펴보면 알 수 있다.
반응식(Ⅲ)내에서 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시키는데 화학량론적으로 필요한 것보다 초과해서 존재할 수도 있는 생물학적 산소요구량은 상술한 바와 같은 환경적응성 미생물에 의해 산화될 수 있고, 아래 반응식(Ⅸ)에 의해 적절한 조건하에서 이산화탄소와 물로 전화된다.
Figure kpo00011
(Ⅸ)
본 발명의 방법에 의해 처리될 수 있는 폐수는 오염물로서 암모니아를 함유하는 것들을 포함한다. 더 존재할 경우, 설파이드, 시아네이트, 치오시아네이트 및 시아니드와 같은 기타 오염물들뿐만 아니라 생물학적 산소요구량을 야기시키는 유기물질을 함유하는 폐수와 부유고체를 함유하는 폐수도 본 발명의 방법에 의해 처리될 수 있다. 그러한 폐수는 석탄의 코크스화, 석유정제, 유혈암 레토르트처리 석탄가스화 및 액화, 비료제조, 식품가공, 군수품제조, 의약제조, 특수화학약품제조 등과 같은 공업공정으로부터의 폐수를 포함하는 공업소오스들로부터 발생될 수 있다. 이 모든 폐수들은 오염물로서 암모니아를 함유하고 있으며, 본 발명에 의해 바람직하게 처리될 수 있으며, 이것은 약 500mg/ℓ 및 일반적으로는 1,000mg/ℓ 또는 그 이상의 암모니아를 함유하는 폐수를 처리하는데 특히 유효하고, 300mg/ℓ 정도로 낮은 암모니아 함유폐수까지도 처리할 수 있는 것이다. 다음 것들에 한정되는 것을 원치 않지만 다음 특성을 갖는 폐수는 본 발명방법에 의해 적절히 처리될 수 있다.
[표 2]
Figure kpo00012
TKN=킬달법으로 측정한 총질소.
미생물 형태와 그의 상대적량의 면에서 적절한 미생물군은 본 발명의 목적을 달성하는데 필수적임이 상기반응식을 살펴보면 알 수 있다. 본 발명에서 사용된 적절한 미생물군은 기본적으로, (1) 처리될 폐수내의 특정오염물종의 량, (2) 시초에 존재하는 오염물의 전화를 위한 반응 및/또는 생성된 중간반응 생성물에 대하여 반응할 수 있는 각 미생물의 벌크 반응속도(하루에 1mg의 미생물당 반응 mg로 나타냄), 그리고 (3) 반응을 위해 충당된 총시간 즉, 활성슬러지 폐수처리방법내에서 슬러지와 접촉되는 폐수의 체류시간에 의존된다. 보통의 공업폐수는 복합된 오염물로서 암모니아를 함유하는 이외에 시아니드, 치오시아네이트, 설파이드, 용존된 유기물질 등도 포함하고, 이 유기오염물은 총 생물학적 산소요구량을 부여하게 되는 것이다. 사용된 적절한 미생물종과 폐수내에 존재하는 오염물에 대하여 야기되고, 반응하는 화학반응은 상기에 기재된 반응식을 참조하면 된다.
더우기, 슬러지와 접촉하는 폐수의 주어진 체류시간, 각 미생물 반응속도 및 슬러지내에 요구되는 각 미생물의 양과 더불어 적절한 미생물군을 설명하기 위해 필요한 미생물군은 pH, 온도 및 슬러지의 용존산소 농도의 선택에 의존할 것이다. 일반적으로, 질화작용에 또는 암모니아의 아질산염 및/또는 질산염의 전화에 요구되는 최소량 약간 이상의 그러나 미생물 성능을 저해하는 정도 이하의 용존산소 농도와 결합시켜 높은 pH와 온도 예를 들면, 니트로박터 미생물 성능의 경우에 약 27℃는 시스템 슬러지의 단위 무게당의 정미역학(net kinetics)을 증가시키는 쪽으로 작용한다.
어떤 종류의 미생물 특히, 질화미생물은 기타 미생물 예, 통성미생물에 비해서 성장속도가 늦다는 점으로 보아 슬러지에 공급된 폐수의 오염농도를 서서히 증가시킴으로써 대형의 미생물군을 끈기있게 발육시킬 필요가 있다는 것을 본 발명에서 발견했다. 미생물군을 발육시키고 순화시키기 위해 그리고 폐수내에 존재하는 오염물 특히, 암모니아를 전화시키는 적절한 미생물을 제공하기 위해서는 또, 특히 고농도의 암모니아를 포함하는 폐수처리가 소망될 경우, 3-4개월 또는 그 이상에 걸친 순화/발육주기로 적절히 순화된 미생물군을 얻는데 필요할 때도 있다. 슬러지의 미생물 발육은 먼저 통성미생물들로 시작하고 뒤이어서 적절한 질화미생물군을 발육시킴이 바람직하다. 적절한 미생물군의 순화 및 취득은 이후에 주어지는 실시예 1을 참고하여 더 상세히 설명하겠다.
더우기 상술한 반응식(Ⅰ), (Ⅱ) 및 (Ⅲ)을 살펴볼 때, 본질적으로 완전한 질화/ 및 탈질화 즉, 암모니아의 아질산염 및/또는 질산염으로의 전화 후 뒤따르는 아질산염이나 질산염의 유리질소로의 전화가 달성될 때 본 발명에 의해 생성되는 슬러지를 사용하여 전화된 암모니아 1단위당 1단위의 산(H+)이 생성됨을 볼 수 있다. 처리되는 폐수가 이 과잉산 형성을 “완충”시킬 수 없을 경우 알카리(OH-)를 적당히 슬러지에 첨가하여 원하는 범위내로 혼합액 pH를 즉, 처리시에 폐수와 슬러지의 pH를 유지하게 된다. 특히, 본 발명의 방법의 중요한 장점은 그 방법이 동시에 오염물의 질화 및 탈질화를 하는 적절한 인자들로 조입될 때 얻어지고 즉, 슬러지에 의해 질화의 결과로서 즉, 반응식(Ⅰ)에 의해 암모니아의 아질산염으로의 전화의 결과로 생성되는 2단위의 산중 1단위는 반응식(Ⅲ)에 의한 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 전화중에 동일슬러지에 의해서 발생되는 단위 알카리에 의해 중화된다. 그 시스템내에서 발생하는 전체 전화의 결과로서 달성되는 부분 중화 즉, BOD와 상호 반응에 의해 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 전화에서 생성되는 알카리의 1단위에 의해 암모니아의 아질산염으로의 전화에서 생성되는 두 단위산중 하나가 중화되는 것은 본 발명의 방법의 가장 중요한 장점이다. 따라서 처리된 페수가 반응식(Ⅰ),(Ⅱ) 및(Ⅲ)에 의해 보인 반응의 조합내에 포함된 화학반응을 고려한 결과로서 생성되는 총 과잉산에 대하여 완충시킬 수 없을 경우라도 발생되는 과잉산을 중화시키고, 또한 그러므로써 미생물적 전화를 위해 적당하며 바람직한 범위내로 혼합액의 pH를 유지시키는데 필요한 알카리의 첨가량은 단일 반응기내에서 오염물을 동시에 질화 및 탈질화를 달성할 수 없을 경우에 요구되는 양의 절반이라는 것을 알 수 있었다.
이 내부 중화는 암모니아 함유 폐수의 처리를 위해 본 발명의 방법을 조업할 때의 경제성에 있어서 지극히 중요하다. 처리되고 있는 폐수가 암모니아의 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 전환 이외에 다른 것을 발생시키는 부반응의 결과로서 발생하거나 공급된 폐수내에서 존재하는 기타 성분들의 결과로서 완충능력(알카리도)를 갖는 범위에서, 물론 효율적인 미생물 활성을 위해 슬러지의 적절한 pH를 유지하도록 첨가되어야만 하는 총 알카리의 양은 물론 더 감소된다. 이것은 본 발명의 방법이 더욱 더 경제적인 장점을 갖는다는 것을 뜻한다.
오염물로서 암모니아를 함유하는 충분히 혼합된 슬러지로 폐수를 단일 반응기내에서 처리하고, 특히 오염물로서 약 500mg/ℓ 이상의 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수를 완전히 질화처리시키기 위하여, 본 발명의 방법에서 전술한 바와 같이, 상술한 바와 같은 질화미생물과 통성/탈질화미생물을 포함하는 미생물군은 처리중 존재하는 이들 미생물군이 그들의 각 반응 및 전화작용을 할뿐만 아니라, 존재하는 오염물 농도에 관해서도 그렇게 달성될 수 있는 정도로 적절히 생장되고 순화될 수 있어야만 한다.
상술한 바와 같이, 이러한 군을 획득하기 위한 순화기간은 특히 고농도의 암모니아 또는 암모니아 생성물을 포함하는 충분한 강도의 폐수를 처리할 수 있는 능력을 얻기까지는 3,4개월 또는 그 이상의 장기간을 요한다.
이러한 순화기간이 필요한 이유는 종속영양 통성미생물과 같은 미생물군내에 필요한 어떤 종류의 미생물이 특히, 완전한 호기성 환경속에서 특별히 신속히 생장하기 때문이다.
대조적으로 미생물을 작용시키는 니트로소모나스, 니트로박터, 시아나미드 및 설퍼작용성 자양미생물들은 훨씬 천천히 성장한다. 예를 들면, 수십 수백배 정도로 더 천천히 성장한다. 결국, 순화기간중에 충분히 고농도의 자양미생물을 취득하여 암모니아를 아질산염으로 그리고 아질산염을 질산염으로 그리고 설퍼, 시아나미드 및 치오시아네이트를 최종 생성물로 전화시킬 수 있는 능력을 갖는 슬러지를 제공함이 필요하다.
왜냐하면, 더욱 신속한 생장속도를 갖는 종속영향 통성미생물은 BOD의 존재시에 생성되는 아질산염 및 질산염의 양자에 대하여 용이하게 작용할 수 있으며, 아질산염 및 질산염을 유리질소로 전화시킬 수 있기 때문이다.
이러한 미생물군을 적응시키기 위해서는 질화와 통성/탈질화미생물뿐만 아니라 설퍼작용 및 시아나이드 작용미생물을 함유하는 활성슬러지 시스템으로 초기에 공급되는 폐수내의 오염물은 더욱 서서히 성장하는 미생물의 성장을 촉진시킬 수 있는 농도로 존재하고, 그러나 이러한 미생물 성장을 저해하게 되는 오염농도를 초과하지 않는 농도로 시스템에 존재하게 된다. 자양미생물들을 생장시키고 단 저해하지는 않도록 해주는 미생물 성장속도 및 폐수농도를 감안하여 폐수를 시스템내의 슬러지에 공급되고 일정한 기간동안 오염물, 예를 들면, 암모니아의 농도는 점진적으로 증가하는 방식으로 증가된다. 다시 제조시에 오염물의 증가농도가 그 시스템을 과부하시키지 않고 결국 미생물군이 그 시스템에 공급되는 폐수내에 존재하는 오염물의 증가된 농도에 조정되도록 주의해야 한다. 그 시스템내로의 이러한 오염물 농도증가는 점진방식으로 행할 수 있고, 또는 일정한 기간에 걸쳐 단계적으로 증가될 수 있다.
pH, 공급폐수 및 처리될 폐수중의 오염농도, 물유속, 혼합액의 전체 휘발성 고체들(존재하는 모든 미생물의 척도) 등의 파라메타들은 종래의 기술을 사용하여 적절히 감시할 수 있고, 조정할 수 있다. 이들 측정들은 실질적으로 미생물의 상이한 군들의 비율의 변화를 판정하는데 사용될 수 있다. 상술한 각종 파라메타의 감시는 폐수공급액 및 유출액 양자의 루틴샘플링과 화학적 분석을 통하여 달성할 수 있으며, 폐수공급유속, pH 및 혼합액 시스템의 용존산소 흡수율들을 측정할 수 있다. 폐수공급액 및 유출액의 대표적인 화학적 분석에는 알카리도, 암모니아, 시아나미드, COD 및 BOD, 설파이드, 치오시아네이트 및 원하는데 따라 특정 유기물질의 분석을 포함한다. 이러한 분석방법은 물 및 폐수분석을 위한 표준분석법으로 특정절차에 의해 일반적으로 수행될 수 있다.
더욱 상세히 말한다면, 조금이라도 어떤 형태의 사전처리도 없는 처리될 원폐수로써, 폐수내에 존재하는 오염물의 농도는 예를 들면, 화학적으로 초기에 판정한 다음 슬러지에 공급될 폐수내에 존재하는 오염물이 농도는 예를 들면, 오염되지 않은 물로 초기에 희석시키거나 암모니아의 스트립핑에 의해서 종속영양 및 자양미생물을 포함하는 초기미생물군이 과부하되지 않고 무효력화되지 않을 정도로 그리고 또한 자양미생물을 성장시키는 느린 생장이 저해되지 않을 정도로 오염물의 농도가 만들어진다.
이러한 폐수의 초기공급오염물의 농도의 필요한 조정은 미생물 생장, 휘발성 고체분농도, 용존산소 흡수속도, pH, 시스템내의 온도 및 그 시스템에 공급되는 폐수내에 또 그 시스템에 의해 폐수가 처리된 후 제거된 유출수내에 존재하는 오염물의 농도의 총 특성을 기본적으로 감시함으로써 결정할 수 있다. 예를 들면, 그 시스템으로부터의 유출수의 분석에 의해 오염물인 암모니아가 반응되지 않은 채로 시스템을 통과하는 것이 발견될 경우, 그 시스템은 과부하됨을 알 수 있고, 슬러지와 접촉하는 폐수의 체류시간이 더 길 필요가 있다든가 공급폐수내의 오염물의 초기농도가 너무 높다는 것을 알게 된다. 그럴 경우 이 분석을 기초로 하여 적절한 조정을 할 수 있다.
마찬가지로, 일단 순화공정이 개시되면, 공급폐수내의 암모니아와 같은 오염물 농도는 그 시스템이 각 상승증가분으로 과부하되지 않는 범위까지 천천히 다시 연속적으로 또는 단계적으로 증가된다. 순화기간동안 그 시스템에 공급된 폐수내의 오염물 농도를 적절히 증가하면 누진적으로 더 적은 범위로 오염물을 제거하거나 누진적으로 더 적은 범위로 오염물인 암모니아를 함유하는 공급된 원폐수를 희석시킴으로써 간단히 달성될 수 있다. 왜냐하면, 그 시스템내에 공급된 폐수내의 오염물 농도가 각각 누진적으로 증가되기 때문이다. 또한, 그 시스템으로의 공급에 상관하여 그 시스템으로부터의 유출수(혼합된 용액의 상태, pH 및 온도)를 평가함으로써 연속적으로 감시하여 그 시스템이 미생물군의 순화 및 발육이 공급된 폐수내의 오염물 농도의 각각 상승증가에 대해 달성되었는지를 결정할 수 있다.
공급된 폐수내의 오염물 농도를 증가시킴으로써 예를 들면, 일정한 기간에 걸쳐 점점 낮은 범위로 처리하려고 하는 원폐수를 간단히 희석시킴으로써, 그 슬러지의 미생물군은 일정기간동안 증가하는 오염물 농도에 대해서 발육되고 순화될 수 있다. 결국, 그 시스템에 공급된 오염된 폐수를 연속적으로 낮은 농도로 희석시킴으로써 순화공정중 필요로 했든 어떤 희석을 필요로 하지 않고 직접 처리를 위하여 “충분한 강도”의 폐수의 공급을 달성할 수 있다.
이와 같이하여 오염물로서 고농도의 암모니아를 함유하는 폐수도 종래에 사용하고 있든 원폐수의 물리적 또는 화학적 사전처리의 필요없이 본 발명의 방법에 의해서 처리하여 종래의 기술이 가르키는 활성슬러지 방법으로 적절히 처리할 수 있는 범위내로 오염물 농도를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 제1도에 도시된 바와 같이, 고도의 암모니아 함유 폐수를 처리하기 위해서는 종래에는 암모니아 스트립핑 단계가 활성슬러지 공정으로 공급될 폐수내에 존재하는 암모니아의 농도를 감소시키고 폐수내의 암모니아 오염물의 효과적인 처리를 달성하기 위해 필요하다.
상기 본 발명의 실시예에서 기술된 바와 같은 미생물군을 순화시키고, 본 발명의 다른 실시예에서의 순화된 미생물군을 이용함으로써, 암모니아 스트립핑과 같은 사전처리의 필요성이 제기되며, 지극히 높은 농도 약 500mg/ℓ 및 적어도 약 8,000mg/ℓ 정도까지의 오염물인 암모니아를 함유하는 원폐수는 본 발명에 의한 방법의 활성슬러지에 직접 공급될 수 있다.
암모니아 스트립핑 단계와 같은 사전처리 단계와 암모니아 스트립핑을 수행하기 위한 부수장비의 필요성을 제거할 수 있는 것은 본 발명의 방법이 경제적으로 대단히 유리하다는 것을 용이하게 실증해준다.
상술한 본 발명의 순화방법은 오염물을 함유하는 폐수를 폐수내에 존재하는 농도에서 처리하도록 미생물군을 순화시키므로 폐수내에 존재하는 레벨에서, 순화중 제어되는 매개변수들은 기본적으로 후술되는 바와 같은 각 후술 매개변수들의 제어와 동일한 것이다.
활성슬러지의 순화의 특정한 예가 첨부된 제2도에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서, 횡좌표는 순화중 조업일을 나타내며, 좌측 종축은 원폐수내의 암모니아 농도를 퍼센트로 나타냈고, 한편, 우측 종축은 공급된 원폐수의 암모니아 오염물을 mg/ℓ로 나타냈다. 제2도로부터 볼 수 있는 것은 시간에 따라 그 시스템에 초기에 공급된 폐수내의 암모니아의 농도를 폐수내의 암모니아의 점진적으로 증가되는 농도를 처리하기 위해 슬러지내에 존재하는 미생물군이 스스로 순화될 수 있도록 단계적으로 증가되는 것을 볼 수 있다. 제2도에 도시된 바와 같이, 도시된 특정한 시스템내에서 3개월 약간 넘으면 폐수내의 오염물을 처리하는 슬러지의 능력은 약 500mg/ℓ의 암모니아 농도로부터 약 6배의 농도까지, 또는 100일이나 3개월 조금 넘으면 3,000mg/ℓ까지 증가될 수 있다.
유의해야만 되는 것은 제2도는 단순히 본 발명의 순화방법이 어떻게, 그리고 어떤 속도로 시행될 수 있는가를 대표적으로 보여주는 특정예에 불과하다는 것이다. 실제로는 순화방법은 암모니아 농도 및 폐수중의 암모니아 농도의 증가들에 의해서만 제한되며 처리시스템을 과부하로 만들고 그 과부하의 결과로 미생물의 생육을 저해시키고 또는 슬러지중의 미생물군에 대해서 오염물의 전화가 방해되고 또는 미생물을 무효화시키는 암모니아의 농도보다도 낮은 레벨로까지 활성슬러지의 생육을 행하는 정도이다.
제2도에 관하여 더욱 강조할 것은 제2도는 특정시스템 pH 및 온도에서, 공급된 특정 원폐수에 대한 특정하종자 슬러지에 대한 순화에 대한 특수한 예라는 것이다. 따라서, 순화능력 및 시간은 각 미생물군, 특히, 질화미생물의 초기크기 및 미생물 생장 및 반응속도, 특히 pH, 온도 및 용존산소 농도를 제어하는 매개변수들에 의존된다. 그러나, 순화는 이들 매개변수들이 상술한 원리를 이용하여 변화될 경우라도 기술상 숙련된 자에 의해 쉽게 달성될 수 있다. 예를 들면, 몇가지 이유때문에 활성슬러지 시스템이 미생물군에 대하여 사용된 최적온도 또는 pH 이하에서 조업될 경우, 그때에는 더 긴 순화기간과 폐수내의 오염물 농도의 누진적 증가를 너무 심하게 하지 않음이 필요하다. 왜냐하면, 최적의 온도와 pH 이하의 이들 조건하에서는 미생물 생장, 증식과 오염물을 처리 및 감소시키는 능력이 감소되는 것이 예기될 수 있기 때문이다. 더우기, 만일 종자의 슬러지가 더 적은 양의 질화미생물을 가질 경우 그때 더 긴 시간이 순화중 질화미생물의 성장을 위해 허용되어야 할 것이다.
본 발명의 방법의 순화 실시예의 또 다른 특정에는 후술되는 실시예 1에서 상세히 기술될 것이다.
순화된 미생물군이 그 시스템내에 공급될 폐수내의 암모니아의 존재에 대하여 그리고 암모니아의 농도뿐만 아니라, 처리될 원폐수내에 기타 오염물이 존재할 경우 그들 오염물에 대해서도 일단 적절히 적응되면 이 미생물군은 본 발명의 폐수처리방법의 실시에 적절히 사용될 수 있으며, 또한 그에 의해 고농도의 오염물까지도 포함하는 폐수를 사전처리하지 않고서도 정화할 수 있다. 상술한 바와 같이, 순화된 미생물군을 사용하여 고오염물 농도를 갖는 이러한 특성의 폐수를 처리함에 있어서, 고강도 암모니아 폐수는 반응식 (Ⅰ),(Ⅱ) 및(Ⅲ)에서 상술한 바와 같이 오염물로서의 암모니아를 유리질소로 전화시킴으로써 유리하게 처리될 수 있다.
이 폐수처리를 효율적으로 달성하고 질화를 하고 있는 동안 슬러지내에서 탈질화를 적절히 달성하기 위해서는 아래에 상세히 기술된 적절한 공정 매개변수들이 본 발명의 방법의 실시예에 있어서 제어되어야 함은 필수적인 것이다. 이들 필수적 제어 매개변수들은 제어 슬러지 소모속도, 수중 체류시간, 용존산소 농도, 슬러지 혼합속도, 전체 시스템에 대한 COD 율(모든 형태의 예, NH4 +, SCN-, HCN 공급수 질소를 포함), pH 및 온도를 포함한다. 제어되는 이들 매개변수들은 아래에 상세히 기술하겠다.
(1) 슬러지 소모속도
본 발명의 방법의 본 실시예를 시행시에 슬러지 소모 속도가 제어된다. 이 제어는 처리중 공급된 폐수를 위한 폐수의 처리가 조업되는 조건에서 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로서의 전화를 달성하고 유지할 수 있는 미생물의 정상상태와 불활성 고체레벨이 계속 유지되도록 한다. 더욱 특히, 슬러지 소모율은 바람직한 미생물군 특히, 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 전화시킬 수 있는 미생물을 획득하고 유지시키도록 충분히 낮게 그러나 슬러지내의 불활성 고체물의 축적을 억제하는데 충분히 높게 제어된다.
본 발명의 방법의 조업시에, 특히 슬러지 소모율은 바람직한 질화 및 통성 미생물군을 유지하는데 충분히 낮아야만 하며, 그러나 슬러지내의 불활성 고체물의 축적을 방지하는데 충분히 높아야 한다. 불활성 고체물의 축적은 슬러지내에서 생성된 불활성 고체물 및 공급폐수와 함께 유입되는 불활성 고체물의 조합의 결과로서 생기는 것이다.
최대 허용슬러지 소모속도(예, 하루당 수 1b)은 내포된 슬러지의 총량에 따라 변화할 것이며, 그러나 모든 경우에, 최대 허용속도는 여러 형의 미생물에 대한 보충속도(예, 하루당 수 1b의 질화미생물, 통성 미생물) 및 각 형의 미생물에 의해 나타나는 벌크슬러지의 퍼센트에 준하여 각각 다음 식에 의해서 정해진다.
Figure kpo00013
여기서, 최대슬러지 소모속도는 존재하는 각 형의 미생물에 대해 계산된 슬러지 소모속도의 최소치로서 결정된다.
슬러지내에서 고체물 축적을 피하는데 요구되는 최소슬러지 소모속도는 (a) 불활성 고체의 정미공급율(공급폐수와 슬러지 생성으로부터 발생하는)로, (b) 다음 식에 의해 소망되는 슬러지내의 불활성 고체물의 정상 농도상태의 농도를 설정함으로서 결정된다.
Figure kpo00014
상기식은 영국식 단위계로 설명하였으나, 기술된 원리를 이용하여 영국식 단위계 이외의 형식으로도 슬러지 소모속도 계산이 될 수 있다는 것은 명백하다.
최소슬러지 소모속도가 불활성 고체물인 슬러지의 정상상태의 양의 율을 증가시킴으로써 감소될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
상술한 한계내에서, 가능한 한 낮은 슬러지 소모속도로 조업하는 것이 일반적으로 바람직하고, 미생물의 생육에 관련되는 반응역학의 증진을 원치 않은 한은 실제의 활성슬러지 소모속도는 실질적으로 영으로 함이 특히 바람직하다.
정상상태가 달성되는지의 여부는 현존하는 슬러지량과 슬러지 손실량 또는 의도적인 폐기량을 정함으로써 결정할 수 있고, 슬러지의 생육으로 인한 미생물군 증대의 결과로서 생기는 슬러지 증대와 불활성 고체물 농도 증대는 시스템으로부터의 유출수와 함께 의도적으로 배출되는 미생물량과 불활성 고체손실량과 같을 정도로 정해지는 것이다.
실제의 슬러지 소모속도는 실질적으로 영(0)으로 하여 이 시스템이 조업되는 것이 최적이고, 그러기 위해서, (1) 미생물 세포의 수적인 증대면에서의 미생물군의 생육이 처리중에 시스템을 폐수가 통과하는 결과로 생기는 미생물 세포의 의도적인 배출의 결과로서 필연적으로 생기는 미생물 세포의 손실량에 대해서 실질적으로 등량이 되게 하고, (2) 폐수중에 들어있고, 또 슬러지중의 현장에서 생성되는 결과로 생기는 불활성 고체물의 농도가 시스템으로부터 배출되는 유출수내의 슬러지 농도의 증대를 선택하는 결과와 같은 농도를 유지하도록 한다.
실제의 슬러지 소모속도는 원폐수의 시스템으로의 유입수 및 시스템으로부터의 유출되는 처리수의 유출수내 부유고체물 전량등의 각종 변수들을 감시함으로써 결정할 수 있다.
실제의 슬러지 소모속도는 (1) 공급폐수와 슬러지로부터의 방출수내의 부유고체물 농도를 측정하고, (2) 슬러지내의 불활성 고체물의 평균생성율을 결정하고, 그리고 (3) 상기 방정식(A) 및 (D)에 의해 결정된 바와 같은 최대 및 최소슬러지 소모속도간의 실제의 슬러지 소모속도를 제어함으로써 제어할 수 있다.
각종 형의 미생물의 보충속도는 질화미생물의 양과 공급된 폐수의 단위 무게당 그들의 성장속도를 설정한 후 얻은 정보로부터 직접 또는 간접으로 측정될 수 있다.
공급폐수와 슬러지로부터의 방출수내의 부유 고체물의 감시와 슬러지의 단위당 불활성고체물 생육속도의 측정은 슬러지 시스템내의 불활성 고체물 흐름을 결정하는데 필요한 자료를 제공한다.
예를 들면, 200ppm의 공급폐수의 흐름으로써, 2,500mg/ℓ의 암모니아 농도와 50mg/ℓ의 유출부유된 고체물 농도(하루당 6,048 1b/N과 121 1b 불활성 고체물의 공급), 암모니아의 질소로의 전화에 요구되는 슬러지군은 (가) (만일 니트로소모나스 특정 산화속도가 하루당 2.4 1b N/1b VSS일 경우) 니트로소모나스(휘발성 부유 고체물)가 2,520 1b VSS, (나)(만일 니트로박터 특정 산화속도가 하루당 7.0 1bN/1b VSS일 경우) 니트로박터가 864 1b VSS 그리고, (다)(만일 특정 탈질화 속도가 하루당 0.06 1b N/1b VSS일 경우) 통성탈질화 종속영양 미생물이 100,800 1bs VSS이고, 총 미생물군량은 104, 184 1bs VSS가 된다. 니트로소모나스의 생육속도는 하루당 존재하는 니트로소모나스의 파운드 VSS당 0.10-0.20 1b VSS이다. 따라서, 2,520 1b VSS의 군에 대한 니트로소모나스의 보충속도는 하루당 약 378 1bs의 니트로소모나스 VSS이며, 니트로소모나스 보충속도를 기준으로 하는 대응 최대슬러지 소모속도는 (상기의 방정식(A)을 사용하여 계산된 바와같이)하루당 15,628 1b VSS이며, 그리고 최대슬러지는 상기 방정식(B)부터 (D)까지를 사용하여 계산된(0.7의 정상상태의 불활성 고체물 장전에서) 하루당 173 1b이다. 물론 여기서 전술한 이 계산은 실시예를 위한 것이며, 하등 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
상술한 바와 같이, 실제의 슬러지 소모속도소는 제어되어야 하는 중요한 매개변수이다.
더욱 특히, 상기의 임계 슬러지 소모속도, 하나 또는 그 이상의 형의 미생물의 손실속도 예를들면, 낮은 속도로 생육되는 질화미생물은 슬러지 발육중 그들의 성장속도와 완전히 발육된 슬러지내의 그들의 보충속도 양자를 초과할 것이다. 성공적인 슬러지 발육과 슬러지의 안정된 유지를 위해 이러한 임계 슬러지 소모속도는 초과되지 않아야만 된다. 임계 슬러지 소모속도는 슬러지 pH, 온도 및 용존산소 농도 모두가 슬러지 생육속도에 영향을 주기 때문에 본 발명의 방법에 의해 처리할 폐수의 특성에 따라 변화할 것이다. 슬러지 발육은 대단히 신속하게 달성되며, 슬러지 유지는 상술한 바람직한 0의 실슬러지 소모속도에 가능한한 근사하게 조업시킴으로써 가장 원활하게 달성될 수 있다. 가장 바람직한 시스템 조업은 실제로 0의 실슬러지 소모속도를 사용하는 것이다. 여기서 사용된 바와같이 용어 “0”의 실슬러지 소모속도는 슬러지가 시스템으로부터 소모된 슬러지 속도가 즉, 시스템 조업과 통과하는 폐수의 결과로써 지연 손실 또는 의도적으로 폐기되는 속도와 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 전화시킬 수 있는 정상상태의 미생물이 획득되고 정상농도의 불활성 고체물이 존재하도록 하는 속도를 말한다. 그러나 본 발명의 방법은 상술한 바와같이 최소 및 최대슬러지 소모속도내에서 조업함으로써 성공적으로 경제적으로 유리하게 조업할 수 있는 것이다. 바람직한 조업은 최소속도보다 약 20% 높고 최도속도보다 약 20% 낮은 범위내에서 조업하는 것이고, 더욱 양호하게는 최소속도보다 약 40% 높고 최대속도보다 약 40% 낮은 범위이고, 가장 바람직하게는 실제로 0의 실슬러지 소모속도에서이다.
따라서, 상술한 방법에서, 본 발명의 방법의 조업을 위한 슬러지 소모속도는 정상상태가 달성되고, 유지되면서 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 전화시킬 수 있는 상태의 미생물을 획득하도록 제어될 수 있다.
(2) 수중 체류시간
짧은 수중 체류시간(HRT)에서 본 발명의 방법을 조업시키도록 자연적 경제성 요청이 주어진 경우, HRT는 (가) 미생물군의 순화중 설정된 슬러지 량과 반응속도를 갖는 슬러지의 충분히 특정한 성능을 보존하기에 충분히 길며, (나) 슬러지 소모속도의 제어에 상관하여 허용슬러지 및 폐수분리 특성에 따라 슬러지 농도를 만드는데 충분히 길도록 제어되어야만 된다. 초기 슬러지 순화에 사용한 HRT로부터의 감소는 이슬러지 순화가 슬러지 미생물군 순화를 위해 초기에 달성된 이상의 추가 슬러지 순화로 관리되어야만 하고, 전술한 모든 처리조건에 따르게 슬러지 미생물군 순화를 관리해야 한다.
HRT는 슬러지와 공급폐수의 반응을 위해 허락된 접촉시간을 나타낸다. 특정공급 폐수의 장전량, 용존산소·농도, pH 및 온도가 주어진 경우, HRT는 특수한 처리를 달성하기에 필요한 슬러지의 정상상태의 량과 농도의 상호관계에 있다. 이 상호관계는 제3도에 개략적으로 도해되어 있다. 비록 그 상호관계가 처리조건의 상이한 조합에 대해서 유사할지라도 공급 폐수장전 시스템의 용존산소 농도 및 시스템의 pH 및 온도의 실행가능한 값의 각각의 특수한 조합에 대해서 독립적인 관계가 존재한다. HRT가 감소될 때에 제3도는 정상상태의 슬러지 농도가 책정된 시간내에 소정의 반응을 완성하도록 증가되어야만 하는 특수예를 예시하고 있다. 슬러지 농도의 증가는 슬러지내의 모든 미생물 특히, 늦게 성장하는 질화미생물을 포함한다.
미생물군의 생장은 슬러지 순화를 구성하며, 슬러지 미생물군 순화에 대하여 앞에서 설명한 절차를 고려하여 시행되어야만 한다. 증가된 슬러지 순화 요구사항들에 대하여 주의해보면, HRT는 감소될 수 있으며, 유효슬러지와 폐수분리가 전술한 최대허용 슬러지 소모요구조건에 맞도록 달성될 수 없는 지점에 도달될 때까지 슬러지 농도는 상응하게 증가될 수 있다. 이러한 최대슬러지 농도와 연관된 최소 HRT는 침강성 특성의 함수이고(슬러지의 침강을 유도하도록 슬러지 조건(예, Ca++)에 사용될 수도 있는 고분자 전해질 및 기타 약제와 같은 응고제 또는 응집제를 사용하여 자연히 되거나 유발되는) 본 발명의 방법의 특정응용에 따라서 변화된다로 예측할 수 있다.
일반적으로, 약 5-35일, 바람직하게는 5-20일, 5-10일, 그리고 가장 바람직하게는 5일 또는 그 이하의 수중체류 시간이 본 발명의 방법에서 알맞게 사용될 수 있다는 것이 실험적으로 발견되었다. 탈질화가 슬러지 성능에서 제한하는 율로 머무르는 범위까지 완전보다도 낮은 범위까지의 탈질화는 더 짧은 수중체류시간을 사용하는 능력을 제공한다.
(3) 용존산소 농도
본 발명의 방법의 이 실시예를 작용시킬 때에 제어될 필요가 있는 다른 매개변수는 용존산소 농도이다. 용존산소 농도는 상기 반응식(Ⅰ) 및 (Ⅱ)에 의해 암모니아의 아질산염으로 그리고 아질산염 및/또는 질산염으로의 미생물 전화가 생기도록 충분히 높게 그러나 상기 반응식(Ⅲ)에 의한 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 미생물 전화가 정지되는 용존산소 농도보다 더 낮은 농도로 제어되어야만 한다.
본 발명의 방법의 이 실시예의 중요한 특징은 표면상으로 호기성 조건하에서 단일 슬러지를 사용하여 0부터 100%까지의 혐기성 탈질화의 제어가능량과 완전한 호기성 질화를 동시적으로 제공할 수 있는 능력인 것이다. 종속영향 통성 미생물은 미생물 세포 “응집체(agglomerates)”로 보이는 것을 형성하는 것에 대해서는 공지되어 있다. 종래의 활성슬러지 실시에서는, 충분한 용존산소 농도가 이 세포응집체 전체가 그내에 산소를 침투시킴으로써 호기성으로 활동할 수 있는 것이 보장되도록 슬러지내에 존재하는 것을 보장시키는 노력을 기울였다. 그러나, 다른 발명자가 가설한 바와같이 여기서 설명되고 주장된 본 발명의 발명자는 충분히 낮은 용존산소 농도와 충분히 높은 벌크슬러지 농도에서 이들 세균 응집체가 호기성, 혐기성 행동을 나타낼 수 있음은 전술한 바와같이 1977년에 가설되었다.
어떤 형태의 세균응집체는 슬러지내에 존재하고, 세균 응집체가 아주 낮은 벌크슬러지 농도, 예를들면, 가능한한 낮은 적어도 약 1,800mg/ℓ에서 형성되기 시작한다는 것을 실험을 통하여 발견하였다. 이들 세균 응집물은 시스템내의 벌크슬러지 농도가 증가하는데 따라서 칫수 및 수에서 어느정도 성장할 수 있다.
실험적으로, 이들 응집체들은 벌크슬러지 농도 및 슬러지 용존산소 농도의 기능으로서 벌크탈질화 반응속도(예, 탈질화미생물의 1파운드당 하루당 아질산염/질산염 소비의 파운드 수)의 형태로 가변적으로 호기성 행동을 나타낸다는 것을 실험에 의해 예증하였다. 그러나, 여기서 기술되고 주장된 본 발명의 발명자에 의해 1977년의 추측과는 대조적으로 탈질화는 낮은 슬러지 농도로 적어도 낮은 1,800mg/ℓ 정도로 발생하는 것을 알았다. 더우기, 비록 슬러지 탈질화 역학에 대해 슬러지 농도의 어떤 효과가 있을지라도, 실험적 입증은 이 효과가 작다는 것을 제시해준다. 더우기, 발명자의 1977년 관측과 추측과는 대조적으로 내포된 특정슬러지에 따라서, 1mg/ℓ와는 실질적으로 다른 용존산소 농도를 사용하여 슬러지내에 혐기성 영역을 형성하여 탈질화를 달성한다는 것을 실험을 통하여 금번에 예증되었다. 어떤 슬러지는 1mg/ℓ에서 실질적으로 완전한 탈질화를 달성할 수 있고, 그들이 예를들어 1.5-2.0mg/ℓ로 높은 정도인 더 높은 용존산소 농도에서 탈질화를 지속할 수 있고, 기타 슬러지들은 0.2-0.3mg/ℓ 정도의 낮은 용존산소 농도로도 비교적 낮은 탈질화(예, 20% 이하)를 달성했다.
따라서, 산소에 의해 응집체로의 침투가 달성되게 충분히 높은 용존산소 농도를 사용하는 종래의 방법으로의 아프로치와는 대조적으로 본 발명의 방법에서는, 용존산소 농도는 응집체내의 혐기성 영역을 보장하도록 제어된다. 실제로 혐기성 영역을 발생시키는 슬러지이고, 그러므로 질화미생물의 유효한 성능을 지지하기에 충분한 용존산소 농도로 슬러지 무게당 실제의 탈질화 능력을 위해 제어된 낮은 농도로 연속적인 산소공급이 발명의 조업에 있어서 바람직하다. 아래의 실시예 1에서 이 조업의 태양을 설명하겠다. 슬러지가 비교적 작은 혐기성 영역을 달성함으로써 질화미생물의 유효성능이 달성될 수 있는 이하의 용존산소 농도에서도 슬러지의 무게당 비교적 낮은 탈질화 능력이 발휘된 경우, 제어된 농도로 간헐적인 산소공급은 질화반응의 방해없이 소망하는 탈질화를 달성하도록 사용될 수 있다. 실시예 5는 이러한 조업의 태양을 예시하고 있다. 본 발명의 이러한 조업 태양에서 용존산소 농도는 유효질화미생물 활성이 유지되는 제약을 받으면서 슬러지의 혐기성 영역 및 상응하는 “호기성”탈질화 능력이 최대화되는 농도로 우선 설정된다. 이것은 일반적으로 0.3과 0.75mg/ℓ 사이의 용존산소 농도에서 발생할 것이다. 동일 슬러지를 사용하고, 동일 반응기내의 슬러지의 혐기성 영역과 상응하는 탈질화 능력이 슬러지에 흐르는 산소를 차단함으로써 0까지 용존산소 농도를 간헐적으로 하강시킴으로써 확장된다. 산소흐름의 차단회수와 지속은 실지 완전한 질화가 달성되고 pH 제어가 유지되는 제약을 받으면서 소망하는 질화정도에 의해 변화될 수 있다. 간헐적인 통기 주기의 한 예는 산소의 유입과 산소의 차단의 교번기간들을 포함한다.
상기의 것은 사용된 슬러지, 부과된 용존산소 농도, 그리고 슬러지 산소공급의 반복수 및 지속주기에 의존되는 슬러지 무게당 탈질화 반응속도를 생성하는 것으로 생각될 수 있다. 임계 용존산소 농도 이하에서는, 슬러지내의 통성 미생물의 호기성 반응의 저해가 발생하기 시작한다. 따라서 슬러지의 단위 무게당 벌크 탈질화 속도를 증대시키면서, 그후에 탈질화에 이용할 수 있는 슬러지중의 통성 미생물의 퍼센테이지에 따라서 용존산소 농도를 감소시키면서 탈질화는 일어나기 시작한다. 슬러지 공기공급의 차단중 발생하는 범위에서는, 탈질화 속도는 탈질화 반응을 위한 슬러지내의 모든 통성 미생물군의 이용과 합치는 탈질화속도로 증가한다. 0의 용존산소 농도에서는, 슬러지으 mg 당 하루에 0.17-약 0.9mg의 질소의 탈질화 속도는 이미 보고되었음. (1973년 5월 버몬트주 버링톤, 버몬트대학, 민간공학부, 과학연구장 알.피.미첼의 “고강도 니트레이트 폐수를 처리함에 있어 최적의 생물학적 탈질화 반응기”, 그리고 1973년 버몬트 버링톤, 버몬트대학 민간공학부, 과학연구장 알.제이.커밍의 “혐기성 활성슬러지 및 칸막이로 분리 포장된 반응기내의 탈질화의 능력비교”를 참조) 질화미생물의 유효성능에 필요한 약 0.3-0.75mg/ℓ의 용존산소 농도에서, 실험적으로 측정된 벌크슬러지 탈질화 반응속도는 앞의 커밍 및 미첼에서 보고된 0.17-0.9mg/일/mg 이하이다. 슬러지가 슬러지 통기 공급을 반복함이 없이 실제로 완전한 탈질화를 달성시킬 경우 슬러지는 mg당 하루당 0.02-0.06mg의 질소의 탈질화 속도가 측정되어 왔다. 탈질화의 소망하는 레벨이 달성되도록 통기순환을 요하는 슬러지에 대해서는 “호기성”탈질화 속도는 상기의 것 이하이다. 순환모드의 조업에서는, 조합된 “호기성”과 혐기성 탈질화 속도는 0.02-0.06과 동일 또는 그 이상일 수 있다. 적절한 순환기간은 매시마다, 두시간마다 4시간마다등의 순환을 포함할 수 있다. 그러나 이들 순환기간은 한정되는 것으로 해석해서는 안된다.
따라서, 본 발명은 동일 슬러지내에서 질화 및 “호기성”탈질화가 생길 수 있는 실제량 범위 즉, 혐기성 및 호기성 반응이 동시에 생길 수 있는 용존 산소농도의 “창문”을 제공한다. 엄격히 연속적인 용존산소 농도에서 효율적으로 조업할 시에 달성된 “호기성”탈질화 및/또는 “호기성”탈질화 반응속도의 레벨이 소망하는 속도 이하일 경우, 그들은 슬러지에 산소공급의 순환을 단속시키는 혐기성 탈질화로 보충될 수 있다. 이것은 추가의 탈질화를 달성시키기에는 충분히 낮으나, 질화미생물의 효율적인 성능을 유지시키기에는 간헐적으로 충분히 높은 슬러리 혼합물내의 중량평균 용존산소 농도를 생성시키는 효과를 갖는다. 기본적으로 “창문”의 하한치는 호기성 질화가 발생하는 최소산소 농도 즉, 약 0.1-0.3/ℓ이며, 반면에 이 “창문”의 상한치는 호기성 탈질화가 발생하는 즉, 어떤 슬러지에 대해서 실험적으로 측정한 경우, 약 1mg/ℓ 또는 그 이하였고, 더 흔하기로는 약 1.5-2mg/ℓ까지의 최대산소 농도이다.
따라서 본 발명의 방법은 연속적으로 달성되는 용존 산소 농도로서나 또는 슬러지에 대한 산소의 단속 순환에 의한 결과인 중량평균 용존산소 농도로서 달성되는 모든 경우에 약 0.1mg/l-dir 2mg/l, 바람직하게는 약 0.1mg/l-1mg/l, 그리고 최대로 좋게는 약 0.1mg/ℓ-약 1mg/l의 용존산소 농도에서 조업될 수 있는 것이다.
따라서 슬러지에 대한 용존산소 농도와 그의 공급 계획이 질화를 위한 자영미생물 반응속도가 극심히 감소되는 지점까지 특정시스템과 처리될 폐수에 따라 변화될 것이라는 것은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게는 명백할 것이다.
더 낮은 용존산소 농도가 탈질화 역학을 증가시키는데 좋고 상응하여 탈질화에 대한 슬러지 요구사항을 감소시킨다. 더우기, 질화 및 탈질화를 제어가능하게 달성하도록 본 발명의 방법의 본 실시예의 능력을 설명하고 또는 다른 방법으로 동일한 벌크슬러지내에서 동시에 호기성 및 혐기성 반응을 달성하기 위한 본 발명의 이 특징은 제4도 방식의 실시예에 의해 설명될 것이다.
제4도는 이상적인 슬러지 응집체의 개략적인 횡단면도로서, 제4도에서 A는 슬러지 응집체를 나타내며, B는 그내의 호기성 영역 즉, 용존산소 농도가 질화와 같은 호기성 반응이 발생할 수 있는 충분히 높은 영역을 나타내며, C는 혐기성 반응 즉, 탈질화(또는 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 전화)가 발생하는 응집체내의 혐기성 영역을 나타낸다. 응집체상에 부가되는 수평화살표 및 수직화살표는 용존산소 농도와 응집체 중심으로부터의 거리에 해당하는 것이다. 응집체로의 거리의 함수로서 용존산소 농도를 점찍어 그린 선으로부터 볼 수 있는 응집체내의 용존산소 농도가 응집체 표면이 증대됨에 따라 감소하고, 응집체 표면에서의 벌크액체내의 용존산소 농도로부터 응집체내의 어떤 점에서 0의 용존산소 농도로까지 떨어지는 것을 볼 수 있다. 용존산소 농도가 0으로 떨어지는 점은 응집체의 혐기성 영역의 개시점을 정하는 것이다.
따라서 본 발명의 방법의 실시예에 의해 동시에 일어나는 질화 및 탈질화를 달성하기 위해 용존산소 농도는 질화 및 탈질화 반응 양자를 발생시키도록 허용되는 농도로 조절된다. 벌크 용존산소 농도와 산소공급의 단속순환의 빈도와 지속주기는 종래의 기술을 이용하여 쉽게 달성되고 측정될 수 있으며, 적절한 용존산소농도를 달성하는데 필요한 산소는 시스템내로의 용존형태로 산소주입을 위한 활성슬러지 폐수처리 방법에 현재 사용되는 다수의 종래 장치에 의해 시스템내로 공기, 산소가 풍부한 공기 또는 산소를 펌핑됨으로써 간단히 그 시스템에 첨가될 수 있다. 용존산소 농도와 산소공급의 단속 순환 계획은 발생하는 소망하는 질화/탈질화 반응을 보장하기 위하여 상술한 범위내로 연속적으로 감시되고 적절히 제어될 수 있다.
이 용존산소 효과를 더 설명하기 위해 제5도와 제6도를 참조하면, 제5도는 어떤 특정폐수 부하 즉, 처리할 질소부하량 즉, 하루당 파운드수에 대해서 동시적이고 완전한 질화 및 탈질화를 위한 수중체류시간과 슬러지 농도간의 상호관계를 도식적으로 도시하고 있다. 그것은 질화를 달성하기 위한 약 0.1mg/ℓ의 벌크용존산소의 하한치와 탈질화를 동시에 달성하기 위한 상한치에 존재하는 “창문”을 나타내고 있다. 더우기, 제6도는 각종 정도의 탈질화에 따른 완전질화를 위한 슬러지 농도와 수중 체류시간간의 상호관계 즉, 0으로부터 완전히 또는 100% 탈질화까지의 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 전화를 도식적으로 나타내고 있다. 본 발명의 방법은 실제로 완전한 질화와 조합된 모든 정도의 탈질화에 적용할 수 있다.
(4) 슬러지의 혼합도
본 발명의 방법의 실시예의 목적을 달성하기 위해 제어되어야만 하는 추가변수는 슬러지 혼합도이다. 슬러지 혼합도는 (가) 혼합도는 슬러지와 새로운 폐수의 완전한 접촉을 충분히 달성하도록 크고 그로 인해서 모든 슬러지의 이용을 보장하고, 한편 최대허용 슬러지 소모속도가 초과하는 범위까지의 바람직하지 않게 증가하는 슬러지 성장의 촉진을 피하고, (나) 혼합도는 슬러지의 탈질화의 소망하는 레벨과 합치되는 레벨까지 슬러지 혼합물내의 용존산소의 농도구배를 충분히 감소시킬 정도로 크고, (다) 혼합도는 슬러지 응집체의 붕괴가 생기고 슬러지 응집체의 파괴로 인하여 탈질화 능력 손상을 초래하거나 미생물 세포 파괴가 모든 반응 역학의 저하를 초래하며, 그리고 슬러지와 물의 첨강성 특성의 열화를 발생시키지 않을 정도로 높게 한다.
근본적으로, 천천히 성장하는 질화미생물이 공급질소를 소비시키기에 꼭 알맞는 양으로 본 발명의 실시예에서 사용된 충분히 순화된 슬러지내에 존재하기 때문에, 공급폐수와 슬러지는 연속적으로 완전히 혼합되어야만 하며, 그렇지 않으면 공급폐수의 불완전한 질화가 발생할 것이다. 불완전한 폐수와 슬러지 혼합은 또한 슬러지 성장을 촉진할 것이다. 이것은 슬러지 소모속도를 증가하지 않으면 안될 사정을 만들고, 누진적으로 증대되는 슬러지 생성과 슬러지 소모의 어떤 점에서 질화미생물군의 정미의 감소와 상응하는 슬러지 성능저하를 초래한다.
각종형의 종래의 교반기 또는 혼합장치들은 필요한 레벨의 슬러지와 폐수혼합을 달성시키는데 사용될 수 있다. 질화 성능은 충분히 순화된 슬러지의 적절한 혼합의 직접적인 척도이다.
그러므로 혼합도는 공급폐수와 슬러지로부터의 방출수내의 암모니아 농도의 측정에 의해 질화가 실질적으로 완전히 될 때까지 증가된다.
더우기, 폐수 및 슬러지 혼합물내로의 산소용해를 위한 모든 기술은 공기 또는 산소첨가점에서 포화시킬 수 있는 농도치와 그 주위의 벌크혼합물내에 목표로 하는 용존산소 농도사이의 용존산소 농도구배를 초래하기 때문에 존재하는 슬러지와 폐수의 총량 대 이러한 구배를 체험하는 슬러지와 폐수혼합물의 비율은 슬러지와 폐수의 혼합도에 의해 제어된다.
산소 첨가를 위한 기술은 표면 아래를 향해서 혼합물내로 용존산소 구배를 발생시키는 표면 통풍장치와 각 확산기를 둘러싸고 있는 영역내에서 용존산소 구배를 발생시키는 잠수된 확산기들의 사용을 포함한다. 혼합을 위한 기술은 기계적 교반기와 주입된 공기 또는 산소의 부상 성질을 이용하는 장치들을 포함한다. 일반적으로 용존산소 구배를 제어하는데 요하는 혼합도는 산소첨가원 수가 증가될수록 감소하며, 혼합도는 슬러지와 폐수혼합물 총량에 대한 농도구배를 체험하게 되는 슬러지와 폐수혼합물의 비가 감소될수록 증가된다.
질화 및 탈질화 양자의 성능은 적절한 혼합의 개별 척도역활을 한다. 슬러지와 폐수혼합물을 통하여 용존산소 농도를 직접 감시하면 또다른 측정원을 얻을 수 있다. 달성된 벌크용존 산소농도가 완전히 질화를 지속시킬 정도로 충분히 높지만 슬러지내의 혐기성 영역을 설정시킬 정도로 충분히 낮다는 것을 가정하면, 총 슬러지 탈질화 속도는 용존산소 구배에 노출된 슬러지의 비율이 변화하는데 따라서 변화할 것이다. 노출된 슬러지대(슬러지 및 폐수혼합내의 증가를 통하여)산소구배의 비율을 감소시키면 더 높은 총슬러지 탈질화 속도를 얻으며 그러므로 개량된 총슬러지 탈질화 성능을 얻을 것이다.
더우기, 혼합에 의해서 슬러지는 전단력을 받으므로 혼합의 심한 정도 즉, 총유도전단력은 슬러지 응집체의 과잉파괴와 미생물 세포구조의 불가역 파괴의 양자를 모두 피하도록 제어되어야만 한다.
슬러지의 탈질화성능은 광잉전단 혼합력의 출현의 한 척도의 역할을 한다.
용존산소 농도에 관하여 전술한 바와같이 동시적인 질화가 탈질화를 달성하기 위하여, 벌크 용존산소 농도는 시스템내에 형성되어 존재하는 슬러지 응집체내에서 응집체내에 호기성 및 혐기성 영역이 존재하는 범위로 적절히 제어된다. 이 결과로 슬러지 응집체의 과도의 파괴는 슬러지 응집체내의 혐기성 영역의 파괴를 초래할 수 있다.
본 발명의 방법의 실시예의 조업중 발견된 것은 혼합 및 전단력 발생의 결과로서 슬러지 응집체가 불가역할 정도는 아닌 정도로 파괴된다는 것이다. 즉, 현미경적 규모에서는 슬러지 응집체의 파괴가 발생할 정도로 충분히 높은 슬러지 혼합속도로도 이들 응집체의 입자들은 근본적으로는 응집체로부터 발생하는 혐기성 행위에 대해 실질적인 효과없이 응집체로 즉시 재형성된다. 혼합도가 응집체의 지나치게 빈번한 파괴나 응집체의 재형성이 현저히 지연되거나 짧은 기간내에 불가능한 범위까지 슬러지 응집체의 파괴를 발생시키지 않는한 이것은 이러한 관점으로부터 허용가능한 슬러지 혼합속도이다.
슬러지 응집체의 구조의 불가역 파괴가 발생하는 정도까지 되면, 슬러지의 활성의 손상을 초래하고 그러므로, 슬러지의 탈질화 능력의 손상을 초래한다. 혼합전단력은 모든 다른 조건이 동일할 때 측정이 슬러지탈질화 성능이 뚜렷하게 저하되기 시작함을 나타낼 때까지 증가될 수 있다.
질화미생물 및 탈질화 미생물은 파괴될 것으로 예견되기 때문에 슬러지의 질화성능도 파괴적 전단력의 시작에 대한 하나의 척도역할을 한다. 본 발명의 방법에 있어서, 적절한 슬러지 혼합속도는 최대 슬러지 소모속도에 적합한 최대속도로부터 최대 슬러지 소모속도 약 80%, 최대 슬러지 소모속도의 약 60%-80%, 그리고 최대 슬러지 소모속도의 40%-60%, 0슬러지 소모속도조차 허용하는 범위일 수 있다.
(5) 생물학적 산소요구량
또한 본 발명의 방법의 실시예에서, 생물에 대해서 분해가능한 생물학적 산소요구량(BOD)도 처리중에 제어된다. 기본적으로, 처리중 생물학상의 산소요구량은 처리중 공급된 폐수의 특정한 암모니아 농도에서 처리중 아질산염 및/또는 질산염의 질소로의 탈질화 전화의 특정한 레벨을 달성시키는 데 요하는 적어도 화학량론적인 량의 생물학상의 산소요구량이 존재하도록 제어된다.
BOD는 미생물에 의해 대표되는 잔여 호흡을 통하여 반응에 이용될 수 있는 수성의 BOD나 BOD 양자 또는 어느 하나로서 공급될 수 있다.
상기 반응도식(Ⅲ)의 시험으로부터 볼 수 있는 바와같이, (생물학상의 산소요구량의 형태로 표현된)유기물질들은 질화된 공급폐수와 탈질화에 요구되며, 특히 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 전화에 필요하다. 이러한 전화에서, 생물학적 산소요구량에 대한 미생물적 작용이 생기고, 이 경우에 아질산염과 질산염은 유리질소를 결과적으로 형성하게 하는 BOD가 관계되는 신진대사에서의 말단전자 수용체로서 작용한다. 탈질화를 위한 감소된 생물학적 산소요구량은 높은 슬러지 농도와 낮은 용존산소 농도에 의해 유리해진다. 왜냐하면 더 낮은 용존산소 농도는 BOD 신진대사를 위한 더 큰 혐기성 대역을 만들기 때문이다.
아질산염 및 질산염의 유리질소로의 전화를 위한 적절한 생물학적 산소요구량은 기본적인 두방향으로 그 시스템내에서 미생물적으로 발생될 수 있다. 공급 폐수는 소망하는 시스템 반응속도에 있어서, 전화시킬 아질산염 및/또는 질산염에 상관하는 적어도 한 화학량론적 량의 생물학적 산소요구량이 존재하는데 충분히 높은 농도로 용해 유기물질 및 시스템내의 미생물 형태로 생물학적 산소요구량을 가질 수 있다.
다른 방법으로 보충되는 생물학적 산소요구량이 그들의 수용성 한계까지의 농도로 수용성 유기물질을 적절히 첨가함으로써 제공될 수 있다. 예를들면, 메타놀과 같은 지방족 알콜, 페놀 및 크레졸과 같은 방향족 알콜, 벤젠, 토루엔 및 키시렌과 같은 방향족 화합물, 모라시스와 같은 탄수화물등이 사용될 수 있다. 이러한 특정한 예의 유기물질들은 단지 예시를 위해 주어진 것이며, 하등 이에 한정되는 것은 아니다. 탈질화 반응속도는 생물학적 산소요구량을 포함하는 유기물질의 종류의 함수로써 변화하는 것이라고 생각된다.
기본적으로, 아질산염 및/또는 질산염의 유리 질소로의 전화에서, 생물학적 산소요구량은 슬러지 응집체의 혐기성 대역에서 미생물의 잔여 호흡과 슬러지 응집체의 혐기성 대역 내로의 유기물질의 투과의 조합에 의해 제공되는 것으로 믿어진다. 여기서, 산소의 결핍으로 인하여 미생물적으로 유기물질의 산화가 말단전자 수용체로서 아질산염 및/또는 질산염 이온의 이용의 결과로서 발생한다. 그러므로 이것은 미생물 BOD와 수성 BOD의 조합된 것이 미생물적으로 소모되고 이와 더불어 아질산염 및/또는 질산염이 유리질소로 전화되게 된다. 아질산염 및/또는 질산염의 벌크슬러지 BOD 반응속도는 각 종류의 유기물질과의 미생물적 반응도와 상이한 유기물질의 확산속도의 조합과 발생하는 잔여 호흡의 정도로 인한 BOD를 구성하는 유기물의 성질의 함수로써 변할 것이다. 왜냐하면, 이 반응속도는 본래 수성 유기물질의 반응속도보다 훨씬 더 낮기 때문이다. 비록, 본 발명의 방법은 기본적으로 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 총전화를 위해 존재하는 아질산염과 질산염의 양과 알맞는 생물학적 산소요구량의 화학량론적 농도로 조업될 수 있을지라도 통성 미생물에 의해 아질산염 및/또는 질산염의 유리 질소로의 전화가 확실하게 달성되도록 과잉의 생물학적 산소요구량을 갖는 것이 바람직하다.
아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 전화에 필요한 생물학적 산소요구량 이상으로 본 시스템내에서 과잉이 생물학적 산소요구량이 바람직하다는 다른 이유는 호기성 반응으로서 이산화탄소와 물을 생성시키기 위해 생물학상의 산소요구량을 산화시키도록 다른 미생물이 일반적으로 잘 존재하기 때문이다. 어느 범위까지 용존산소와 BOD의 산화는 슬러지 응집체의 호기성 대역내에서 발생하기 때문에, 이것은 혐기성 대역에서 발생하는 반응과의 경합반응인 것이다. 따라서 존재하는 BOD는 용존산소와의 반응을 통하여 소비되는 BOD의 맞먹는 요구량과 탈질화 요구량을 동시에 만족시키기에 충분히 커야만 한다. 바람직한 것은 BOD가 폐수로부터 적당히 분리될 수 없는 따라서 최대허용속도를 초과하는 슬러지 소모속도를 초래하는 정도로 증가하는 슬러지 양을 유도하는 점까지 그러나 그를 초과하지 않는 정도로 공급 폐수내에 요구량을 초과하여 존재시키는 것이 바람직하다.
완전한 탈질화를 위해, BOD대 질소의 화학양론량의 비는 아질산염 질소에 대한 약 1.7:1과 질산염 질소에 대한 약 2.8:1의 사이에서 제어되어야만 한다. 특정한 농도는 아질산염 또는 질산염 각각에 관계된 질소의 형태에 따라 다르다. 만일 BOD가 존재하는 아질산염이나 질산염보다도 오히려 용존산소와의 산화를 통해 소비될 경우, 이에 대응한 여분의 BOD가 추가되어야만 하고, 상기 BOD대 질소의 비는 결과적으로 더 크게 될 것이다.
탈질화를 위해 요구되는 BOD 반응양 이상의 폐수내에 존재하는 생물학적 BOD 반응량은 용존산소와의 직접적인 산화를 통하여 CO2및 H2O로 전화된다.
전술한 바와 같이, BOD는 폐수내의 암모니아로부터 생성되는 질화 생성물을 유리질소로 환원하기 위해 필요하다. 탈질화에 요구되는 BOD의 양은 탈질화시킬 질소의 형태, 즉, 아질산염이냐 또는 질산염이냐에 따라 다르다. 아질산염내의 질소는 질산염내의 것보다 더 낮은 산화상태에 있으며, 따라서 적은 BOD 형태의 환원제의 양이 아질산염의 유리질소로의 전화에 필요하게 된다. 약 1.7mg의 BOD가 1mg의 아질산염의 질소를 환원시키기 위해 필요하고 한편, 약 2.8mg의 BOD가 1mg의 질산염의 질소를 환원시키는데 필요하다. 따라서, 실제에 있어, 완전한 탈질화에 필요한 BOD대 질소비는 시스템내에 존재하는 아질산염의 질소와 질산염의 질소의 비에 의존되는 1.7:1과 2.8:1 사이에서 변화한다고 생각할 수 있다. 부분적인 양의 탈질화 즉, 완전치 못한 탈질화를 행하게 될 경우 그에 대응하여 1.7:1대 2.8:1의 BOD대 질소의 비보다 더 낮은 비를 필요로 한다. 용존산소와 BOD의 직접적인 산화가 시스템내에서 발생하는 한도로 소요 총 BOD대 질소의 비가 증가함을 알 수 있다.
상술한 바와같이, 탈질화를 위한 BOD의 바람직한 공급원은 처리할 암모니아 함유폐수내에서 직접적으로 존재하는 용존 유기물질이다. 만일 이 공급원이 탈질화에 필요한 바람직한 농도에 대해 불충분하다면 추가량의 BOD가 슬러지의 염기성 대역내에서 미생물에 대해서 확실하게 이용될 수 있도록 물내에서 충분한 용해성을 갖는 유기물질의 형태로 임의로 첨가될 수 있다.
본 발명의 실제의 실시에서, 소요 BOD 대 질소의 비는 기본적으로는 실험에 의해 설정된다. 슬러지는 순화되고 또 탈질화시킬 모든 질소가 질산염보다 오히려 아질산염의 형태로 존재한다고 가정하고 단위질소당 BOD가 적어도 약 1.7:1 단위가 용존산소보다 오히려 아질산염과 작용한다고 가정하면 소망하는 정도의 탈질화를 달성하는데 적어도 충분히 높은 BOD 대 질소비를 갖는 공급폐수에 최초로 조업된다. 따라서 만일 50% 탈질화가 요망될 경우, 적어도 0.85:1의 BOD 대 질소의 비가 초기 공급폐수에 요구된다. 만일 이보다 더 적은 양이 공급폐수내에 자연적으로 존재할 경우, 추가량의 BOD가 50% 탈질화를 달성하도록 그 비가 약 0.85:1의 값으로 되도록 추가되어야만 한다. 실제조업에서, 이 소오 BOD 대 질소의 비(예, 50% 탈질화를 위하여 0.85:1)는 두가지 이유 때문에 불충분함을 입증할 수 있다.
첫째, 아질산염의 일부분은 탈질화가 발생하기 전에 니트로박터의 미생물에 의해 전화되고 따라서 단위질소 전화당 BOD 요구량을 1.7:1로부터 2.8:1로 증가시키기 때문이고, 둘째, 공급 BOD의 일부분은 아질산염과 질산염으로 인한 것보다는 오히려 폐수내의 용존산소의 존재를 미생물적 산화가 될 수 있으므로 탈질화의 소망하는 정도로 폐수의 소요 총 공급 BOD 대 질소비를 증가시키기 때문이다. 이러한 두 요인이 변화하는 정도는 본 발명의 방법의 실제조업에 의존되나 상기 원리를 이용하여 용이하게 시험적으로 결정될 수 있다.
따라서, 완전한 탈질화를 위해서, BOD 대 질소비의 화학량론량은 적어도 약 1.7:1로부터 2.8:1이 될 것이며, 더 바람직하게는 아질산염뿐만 아니라 존재하는 질산염종 양자의 탈질화를 위해 충분한 BOD를 보장하도록 약 2.8:1이상이 될 것이다. 적절한 비는 완전한 탈질화보다 적은 질화가 요구될 경우 비례적으로 작아질 것이다. 즉, 75% 탈질화에 대해서는 약 75%, 50% 탈질화에 대해서는 약 50%, 그리고 25% 탈질화에 대해서는 약 25%가 될 것이다. 탈질화가 소망되지 않을 경우, 필요한 BOD와 아질산염이나 질산염의 질소간의 상호관계는 없다.
(6) pH
본 발명의 방법의 제어될 또 다른 매개변수는 pH이다. 특히, 조업중에 pH와 그의 변동범위는 다음과 같은 제한내에서 바람직한 반응역학을 제공하도록 제어된다.
(가) pH는 모든 함유된 미생물의 성장과 반응에 좋은 범위내에 있을 것.
(나) pH는 미생물 활성을 저해하는 유리 암모니아 농도를 시스템내에서 유발하지 않을 것.
(다) pH는 미생물 활성을 저해하는 아질산 농도를 시스템내에 생기게 하지 않을 것.
(라) 슬러지 미생물 활성이 오염중의 충분한 양이 축적되지 않고 슬러지가 반응되지 않은 상태 그대로 충분히 높은 레벨로 특히, 미생물 활성을 저해시키기에 충분히 높은 레벨로 유지할 것.
어떤 농도 한계를 넘는 유리암모니아(NH3)농도에 대하여, 실험적으로 발견한 것은 용액상태의 NH4 +와는 달리 용액상태의 유리 암모니아는 자양미생물 반응속도에 아주 영향을 준다는 것이다(1976년 보트, 수오염 제어 연방, 48, 835-852, 앤토니센등의 “암모니아 또는 아질산에 의한 질화억제”를 참조하시오). 슬러지내의 유리암모니아 농도 레벨은 슬러지내의 총암모니아 농도 (NH3 및NH4 +), 슬러지 pH 및 슬러지 온도의 조합에 의해 열역학적으로 결정된다. 아질산에 의한 미생물 활성의 저해도 역시 실험적으로 알 수 있다.
제7도는 특정온도에서의 pH의 함수로서, 유리 암모니아에 의한 니트로소모나스 미생물의 저해와 유리 암모니아와 아질산에 의한 니트로박터 미생물 저해를 개략적으로 도시하고 있다.
제7도에서 횡좌표는 증가하는 pH를 나타내고, 한편 좌측종축은 아질산염의 질소농도(NO2-농도)의 로가리즘을 나타내는 한편, 우측종축은 총암모니아(NH3+NH4 +) 질소의 로가리즘을 나타내고 있다. 영역1은 유리 암모니아가 니트로박터와 니트로소모나스 미생물을 저해하는 영역을 도시하고 있다.
영역 2는 니트로박터를 저해하는 유리 암모니아를 도시하고 있다. 영역 3은 완전한 질화가 생길 수 있는 영역이고, 한편 영역 4는 니트로 박터를 저해하는 유리아질산을 나타내고 있다. 종래에는 미생물 저해가 제7도의 도시된 바와같이 영역 3내의 슬러지의 조건을 유지함으로써 방지된다고 생각하고 있었다. 더욱이, 존재하는 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킬 수 있는 통성미생물에 대해서는 실험적으로 발견한 것은 유리아질산의 농도가 제어될 필요가 있다는 것이다.
왜냐하면, 아질산의 약 0.13-0.2mg/ℓ보다 더 큰 농도가 통성미생물의 활성을 저해하기 때문이다.
pH와 온도를 이용하여 아질산의 농도를 제어한 결과로서 후술되는 바와같이 이러한 형태의 저해뿐만 아니라, 니트로박터 및 니트로소모나스의 저해를 피한다는 것이다.
예를 들어 알카리의 제어된 첨가에 의한 pH의 조정인 저해를 생기게 하는 유리암모니아와 아질산의 농도를 피하기 위한 특정한 슬러지 유지작용은 처리할 폐수의 성질과 본 발명의 방법의 준한 응용을 근거로 변할 것이다.
질화미생물 생장 및/또는 폐수처리가 저해되는 농도 이하의 농도로의 유리 암모니아와 아질산의 제어는 수성시스템내의 유리용존 암모니아와 아질산이 제어될 수 있는 종래의 수단에 의해 달성될 수 있다. 예를 들면, 암모니아 농도는 희석을 위해 물을 첨가함으로써 적절히 제어될 수 있다. pH는 저해농도이하로 유리암모니아 농도를 감소시키는데 필요한 산의 량을 첨가함으로써 적절히 제어될 수 있고, 또는 온도를 변경시킬 수 있다.
유리 암모니아 농도를 제어하기 위한 이러한 방법들중 어느 하나를 사용함으로서 시스템내의 유리 암모니아와 암모니움 이온으로서의 암모니아 간의 평형을 관리할 수 있다. 특정한 pH와 온도에 대한 유리 암모니아 농도는 제7도내의 영역 3의 한계내의 도시된 바와 같은 것보다 더 크지 않도록 제어되어야만 한다.
제7도의 영역 3의 한계로부터 그리고 아래 표 3내의 도시된 바와같은 용액내에 존재하는 유리암모니아의 부분을 근거로 하여 유리 암모니아의 농도는 존재하는 암모니아의 총량을 알고 시스템 pH와 온도에서 계산될 수 있다. 마찬가지로 아질산 농도를 제어하도록 조정될 수 있다. 아질산 농도는 또한 특정한 pH와 온도에 대하여 제7도내의 영역 3의 한계내에 도시된 바와 같은 것보다 더 크지 않도록 제어되어야만 한다.
제7도의 영역 3의 한계로부터 그리고 아래표 3내에 도시된 아질산으 부분을 근거로 하여 아질산의 농도는 존재하는 아질산의 양을 알고 시스템 pH와 온도에서 계산될 수 있다. 저해를 피하기 위하여 유리 암모니아와 아질산에 대한 제7도의 영역 3의 한계에 맞아야만 한다.
[표 3]
Figure kpo00015
Figure kpo00016
Figure kpo00017
질화반응은 전화된 암모니아의 1단위당 2단위의 산이 생성되고, 탈질화 반응은 전화된 아질산염 및/또는 질산염형 질소의 1단위당 1단위의 알카리를 생성하기 때문에 상기 목적을 달성하기 위해 알카리를 첨가함으로써 pH의 규칙적이고 직접적인 제어가 일반적으로 필요하다. 알카리의 소요첨가량은 달성될 탈질화의 정도와 공급폐수의 본래의 알카리도의 함수이다. 공급폐수내의 본래의 알카리도가 질화 및 탈질화에 의해 생기는 알카리도 수요를 초과할 경우 pH를 제어하도록 산을 첨가할 필요가 있다. 실제의 알카리도(또는 산) 요구도는 공급폐수내의 알카리도(“알카리도 크레디트”)를 측정하고 공급폐수내에서 생물학적으로 얻을 수 있는 질소의 량을 측정하고, 그리고 질화 및 탈질화의 특정한 레벨로 주어지는 질소로부터 생성되는 산(“산데비트”)의 정미량을 설정한다음 공급알카리도와 반응으로 생성된 산과의 차를 취함으로써 결정된다. 잔류산(또는 알카리)은 알카리(또는 산)를 첨가함으로써 균형을 잡아야만 한다. 첨가하는 알카리 또는 산의 특성 및 형태는 본 발명의 방법에 대한 임계적인 것은 아니며, 산, 염기, 산성염 또는 염기성염들의 산성 또는 알카리성 물질을 사용할 수 있다. 알카리 첨가의 두가지 허용되는 형태는 가성소다(소디움 하이드록사이드) 및 소디움 카보네이트이다. 활성슬러지 처리에서 pH 조정을 위해 종래에 사용된 기타 물질이 사용될 수도 있다.
제7도에 의해 한정된 바와같이 시스템내의 유리 암모니아 또는 아질산의 저해농도가 형성되고, 또는 슬러지 성능이 손상되는 점까지 약 6-8의 pH 범위가 바람직하고 더욱 바람직하기로는 6.5-7.5, 가장 바람직하기로는 약 6.8-7.3이다.
활성슬러지 폐수처리 방법에서 pH의 제어는 종래 기술이기 때문에 본 기술분야에서 숙련된 자는 그 시스템의 pH가 유리 암모니아 및 아질산을 피하게 하는 상술한 범위와 미생물군 활성에 대하여 적합한 범위내에로 pH를 제어 또는 조정하도록 그 시스템에 첨가시킬 필요한 알카리(산)의 량을 탐색하여 알 수 있는 방법을 용이하게 알 수 있을 것이다.
(7) 온도
제어되는 본 발명의 방법의 또다른 매개변수는 온도이다. 특히, 온도와 그의 허용변화의 범위는 바람직한 반응역학을 제공하기 위하여 제어되고, 즉, 온도는 모든 미생물, 특히 질화미생물의 생장 및 반응에 대하여 적절한 범위내에 있어야 하고, 온도는 미생물 활성을 저해하는 유리 암모니아의 농도나 아질산 농도를 시스템내에 유발시키지 않아야 하며, 이 온도는 특히 미생물 활성의 저해를 유발하는데 충분히 높은 수준에 있어서 현저한 량의 오염종이 형성되지 않고 슬러지를 미반응상태로 두는데 적절한 범위내에 유지되어야 한다.
니트로박터 미생물은 약 27℃를 초과하는 온도에 의해 유해로운 영향을 미치며, 따라서 이 온도는 활성니트로박터 미생물군이 소망되는 경우에는 허용 처리온도의 상한을 구성한다. 유리 암모니아 또는 아질산의 저해농도가 발생할 수 있는 온도는 본 발명의 방법의 특정한 응용에 따라 변화하며, 상기 표 3으로부터 볼 수 있는 바와 같이 시스템내의 총질소량과 시스템 pH의 종들과 연관시켜 열역학적으로 결정된다.
특정한 응용을 위한 온도의 비저해범위내에서 반응속도는 온도가 감소됨에 따라 감소된다. 바람직한 반응 온도 범위는 섭씨 약 5-35도이며, 더 바람직하게는 약 10-35℃, 그리고 가장 바람직하게는 약 15-25℃ 범위내이다.
상술한 개별 매개변수를 제어함으로써, 본 발명의 방법은 오염물로서 암모니아와 만약 존재하면, 기타 오염물들을 함유하는 폐수의 처리를 위한 집적된 일단계, 일공정, 단일 반응기 방법을 제공하며, 후자는 설파이드, 치오시아네이트등과 같은 기타 오염물들에 대한 반응을 달성시키도록 적절한 순화를 통하여 적절한 미생물 종들을 포함시킴으로써 된다. 본 발명의 방법은 상술한 이유 때문에 상당히 경제적으로 유리하다. 오염물로서 암모니아를 종래에는 불가능하다고 생각했든 극히 높은 농도로 함유하고 있는 폐수를 이 집적 단일공정, 단일반응기법이 여기에 설명하는 단일 슬러지를 사용하여 동시적 질화/탈질화로 이제는 처리할 수 있다.
동시적이고, 완전한 질화/탈질화는 전술한 본 발명의 방법의 하나의 바람직한 태양이지만 전술한 인자들을 적절히 제어함으로써 질화에 상관하여 탈질화의 각종 제어도에 수반되는 기타 바람직한 태양들도 역시 달성될 수 있다.
예를 들면, 완전치 아니한 탈질화를 필요로 하거나 소망하고 또는 탈질화를 필요로 하거나 원치 아니할 경우에는 상술한 인자를 변경시켜서 정하여 어느 원하는 수준의 탈질화가 달성되거나 또는 전혀 탈질화가 달성되지 않도록 할 수 있다. 특히, 탈질화가 요망되지 않을 경우, 슬러지내에 존재하는 미생물 응집체내의 혐기성 영역이 형성되도록 용존산소 농도에 대한 상한은 제한되지 않는다. 그것은 단지 전술한 바와같이 약 0.1mg/ℓ의 최소 용존산소 농도를 위해서만 필요하다. 더우기, 공급폐수내에 존재하는 질소량에 관하여 생물학상의 화학량론적 산소요구량에 대한 필요성은 100% 이하 또는 탈질화가 요망되지 않을 경우는 없는 것이다. 예를 들면, 1.7:1-2.8:1의 BOD:N의 비의 50%만의 사용은 불완전한 탈질화, 예를들면, 50% 정도의 탈질화를 한다. 존재하는 아질산염 질소대 질산염 질소의 상대비에 의존하는 실지의 퍼센테이지의 탈질화가 생기는 것으로 예상될 수 있다.
또한 용존산소 농도에 있어서의 구비를 최소화 또는 제거할 필요성은 제한되지 않는다. 이러한 상황하에서, 단지 필요한 것은 유기질 또는 무기질의 동화성 탄소원이 존재해야 하는 것만 필요하다. 이 탄소원은 카보네이트와 같은 염을 포함하는 용존 유기질 또는 무기질 탄소에 의해 제공될 수 있으며, 심지어 슬러지를 통하여 취입되는 공기내의 이산화탄소에 의해 제공될 수도 있다.
따라서 본 발명의 방법은 오염물로서 암모니아를 함유하는 폐수를 특수하게 유리한 방법으로 높은 농도의 레벨에서 처리하도록 미생물군을 순화시킬 능력을 제공한다.
본 발명의 방법은 단지 일예로 제공된 다음 실시예를 참고로 좀더 상세히 도해되며, 본 발명의 범위를 한정지우는 것은 아니다. 여기에 별도 지시되지 않는한 모든 퍼센테이지 부들 및 비는 무게에 의한다.
[실시예 1]
본 실시예는 본 발명의 방법이 완전히 집적된 예를 설명하는 것으로 희석이나 선처리함이 없이 충분한 농도의 하기 표 4에 표시된 조성물의 코크스 공장의 유출용액을 처리하도록 개발된 슬러지의 순화 및 조업을 설명하는 것이다.
[표 4]
Figure kpo00018
본 기술분야에서 종래에 사용된 바와 같은 석회중화식의 NH3-스트립퍼 선처리 및 슬러지 콘디쇼닝으로 조업하는 상업적인 규모를 갖는 코우크스 공장 활성 슬러지 시스템의 조업으로부터 채취되고 초기 슬러지로서 약 3,700mg/ℓ의 초기 혼합액체 휘발성 부유고체물(mlvss)슬러지 농도와 약 20중량%의 불활성 농도의 종자 슬러지가 17ℓ의 생물학적 반응기내에 장입되었다. 그리고 생물학적 반응기내의 온도, pH 및 용존산소 농도가 섭씨 20°, 7 및 1.0으로 제각기 세트되었다. pH와 용존산소를 각각 약 ±1단위의 변화로서 수동적으로 제어되었다. 상술한 바와같은 슬러지의 순화 개시시에 원료 코크스 공장 유출액은 물로 15%액으로 희석되고, 17일간의 수중 체류시간에 상당하는 속도인 시간당 0.0417ℓ의 유속으로 반응기로 공급되었다.
슬러지 순화기간중에 취한 처리, 발육과 슬러지 성능은 제8A도 내지 제8F도에서 그래프로 25일 기간을 증가시마다 그려져 있다. 입구에서의 암모니아농도(mg/ℓ), 출구에서의 암모니아 슬러지농도(mg/ℓ)가 반응기 순화시간(일수)의 함수로서 플로트되어 있다. 슬러지 순화의 첫 25일 기간중에 공급폐수의 농도는 2단계로 증대시켜 폐수의 전오염물 농도의 약 25%로 하였고, 이에 대응하여 암모니아의 전화는 90% 이상이 되고, 반응기 출구에서의 암모니아의 농도는 50mg/ℓ이하였다. 두 번째 25일 기간중에 공급폐수의 오염물농도는 대폭으로 4단계로 증대시켜 폐수의 전 오염물 농도의 약 75%로 하였다. 세 번째 25일기간중에서의 데이터에서 볼 수 있는 바와같이 두 번째 25일기간중의 반응기로서의 암모니아의 장입량의 증대속도는 슬러지의 순화속도 특히 질화미생물의 군과 성장속도를 명백히 초과하고, 미처리된 암모니아의 반응기 배출수내에 상당한 량의 누설을 볼 수 있다.
반응기의 이러한 암모니아의 과장입을 보정하기 위하여 반응기로의 흐름은 잠시 영(0)으로 감소되었으며, 그결과 반응을 통하여 반응기내의 암모니아 농도가 감소되게 하고, 슬러지 종자와 동일한 소오스로부터의 질화미생이 풍부한 슬러지의 증분을 추가시켜 약 6500mg/ℓ의 반응기(MLVSS)슬러지 장입을 제공해준다.
그다음 반응기로의 흐름은 폐수 전체오염물 농도의 약 55%에 상당하는 감소된 공급 암모니아 농도로 재설정되었다.
4번째 25일간의 순화기간중에 슬러지군/활성과 폐수공급 암모니아 장입간의 균형이 회복되고, 반응기내의 잔류 암모니아의 농도는 40mg/ℓ 이하로 복귀된 것을 반응기 성능이 보여주고 있다. 네 번째 25일 기간중에 공급폐수의 오염물 농도는 전체는 오염농도의 55%로부터 100%로 증가시켰다.
다섯 번째의 25일기간중의 반응기 성능은 슬러지가 약 100 내지 150일의 순화기간중에 전체 오염물 농도의 방출용액에 대해 조업되도록 성공적으로 순화되었음을 보여주고 있다.
전체 오염물 농도의 방출용액에 대한 정상상태의 슬러지 성능은 공급폐수내의 오염농도들, 유출수내의 오염물 농도들 및 오염물 농도의 감소 퍼센테이지를 보이는 아래 표 5에 요약되어 있다.
[표 4]
Figure kpo00019
TSS : 총 현수된 고체
이러한 정상상태에서, 슬러지 소모 속도는 50mg/ℓ였고, 소모된 슬러지 전체는 처리된 폐수방출과 함께 반출된 결과로서 소모된 것이다. 반응기 슬러지 성능과 슬러지군은 수개월간의 정상상태 시험중 항상 일정하게 유지되었으며, 이것은 슬러지 소모속도가 최대허용 소모속도이하이었다는 직접적인 증거이다. 수중체류 시간은 17일로 제어되고, 약 7,000mg/ℓ의 정상상태의 슬러지 농도를 생성하고 이 농도는 슬러지 및 폐수 분리를 위해 우수한 침강성 특성을 갖는 슬러지를 제공했다. 반응기내의 용존산소 농도는 약 1ppm으로 제어되었으며, 이 농도는 질화를 완전히 할 수 있음을 나타내는 한편, 완전할 정도의 탈질화를 위한 슬러지내의 충분한 혐기성 대역을 제공했다.
반응기내의 유리암모니아 및 HNO2농도들은 제7도의 대역 3내에 명백히 존재하는 폐수내의 pH, 온도 및 암모니아의 공급속도 제어를 조합시켜 제어되었다. 즉, 대역 3은 미생물 저해가 무시될 수 있는 영역내에 들어가도록 제어된다. 2인치 날개 혼합기로 100rpm으로 혼합하면 주어진 혼합도는 높은 질화성능에 의해 예증된 바와 같은 슬러지 질화 미생물 군의 충분한 이용을 보장할 정도로 충분히 컸으나, 강한 슬러지 탈질화 능력을 보존할 정도로 충분히 작고 그리고 미생물 세포의 파괴를 피하는데 충분할 정도로 명백히 낮았다. 방출용액내의 BOD대 질소의 비는 약 1.58:1이고, 완전탈질화를 위해 1.71:1미만정도였다. 방출액의 BOD는 4.621mg/ℓ (5.318mg/ℓ의 공급 COD-255mg/ℓ의 유입류내의 무기물 COD-422mg/ℓ의 유출류내의 미반응 COD)였다. 반응기에 공급되는 저해 오염물 농도 방출용액의 리터당 약 2390mg의 알카리를 추가함으로써 pH는 7로 제어되었다. 알카리의 이러한 량은 공급폐수의 알카리도 레벨을 감한 후 공급폐수의 질화 및 탈질화의 조합에 의해 발생된 순수 알카리도 요구량을 반영시킨 것이다. 반응기의 온도는 20℃로 유지되고, 이 온도는 슬러지으 순화중에 도달된 온도이다.
[실시예 2]
실시예 2는 심하지 않는 암모니아 농도(1,000mg/ℓ), 3:1의 BOD/N 비, 125mg/ℓ의 치오시아네이트농도, 그리고 본질적으로 부유고체물이 없는 공업폐수에 대하여 본 발명의 방법을 응용한 예를 도시하고 있다. 슬러지는 실시예 1에 명백히 설명한 본 발명에 의한 절차에 의해 공급폐수에 대하여 순화되었으며, 약 1ppm의 용존산소, 6.5 내지 7.3의 pH, 20℃의 온도, 10일의 수중 체류 시간 및 2,000 내지 2,500mg/ℓ의 슬러지 농도(혼합된 용액 휘발성 부유고체물로서 표현된), 상기 폐수에 대한 순화된 슬러지의 성능을 아래 표 6에 보이고 있다.
[표 6]
Figure kpo00020
*탈질화
이들 결과들은 질화가 본질적으로 완료되었다는 것을 보여준다. 더우기, BOD가 처리곤란한 레벨 즉, 심지어 BOD 대 N비가 완전한 탈질화에 필요한 1.7:1 대 2.8:1레벨을 초과한 경우에도 생물학적 퇴화(∼300mg/ℓ)의 한계로 감소되었음을 볼 수 있다. 이것은 탈질화에 필요한 BOD를 초과하는 BOD가 미생물적 산소원으로서 용존산소로 직접 산화에 의해서 전화되었음을 입증해주고 있다. 탈질화는 낮은 HRT(10일)와 낮은 슬러지 농도(2000 내지 2500mg/ℓ)의 조합의 관점에서 기대되는 결과 즉, 99% 완료가 아닌 55%이었다. 이러한 조건에서, 그리고 1ppm의 용존산소 농도로, 탈질화의 동력학은 더 높은 슬러지 농도 또는 더 많은 체류시간이 더높은 레벨의 탈질화를 달성하기 위해 필요하다는 것이었다.
[실시예 3]
실시예 3은 높은 암모니아 농도(3000mg/ℓ), 높은 설파이드 농도(3000mg/ℓ), 약 0,85=1(BOD=3000mg/ℓ-150mg/ℓ-300mg/ℓ ; NH3-N=1000mg/ℓ)의 폐수내의 BOD 대 N비, 150mg/ℓ의 치오시아네이트 농도 및 본질적으로 부유고체물이 없는 공업폐수에 대한 본 발명의 방법의 적용을 보여준다.
슬러지는 실시예 1내에 명백히 설명된 본 발명에 의한 절차에 의해 공급폐수에 대하여 순화되었다. 약 1-2ppm 용존산소농도, 6.8-7.5의 pH, 20℃의 온도, 17일의 수중체류시간 및 7500mg/ℓ의 (혼합된 용액 휘발성 부유고체물로서 표현된) 슬러지 농도와 조건에서, 상기 폐수에 대해 순화 슬러지의 성능을 아래표 7에 나타냈다.
[표 7]
Figure kpo00021
이러한 결과들은 본질적으로 완전한 질화가 달성되었음을 보여준다. 마찬가지로, 공급 설파이드의 설페이트로의 본질적으로 완전한 전화가 달성되었다. 탈질화는 용존산소, HRT, 슬러지 농도 및 내포된 BOD 대 N비의 조건에 의해 기대되는 결과인 즉, 99%의 완전한 달성이 아니고 40 내지 50%이었다. 약 0.85:1의 공급 폐수내의 BOD 대 N의 비에서, 어떤 환경하에서도 달성될 수 있는 최상의 탈질화는 약 0.85:1.7 또는 약 50%이었다. 탈질화는 40%로부터 50%로 변동하는 것을 볼 수 있다. 이러한 변동은 용존산소 농도의 변동에 기인하는 것이다. 17일의 HRT, 7500mg/ℓ의 슬러지 농도 및 1ppm의 용존산소 농도에서, 탈질화의 동역학과 탈질화 미생물의 량은 달성가능한 최대 탈질화도 즉, 50%가 얻어지는 이용가능한 BOD의 전량을 반응시키기에 적합한 것 이상이었다. 더높은 용존산소 농도에서는, 탈질화 동력학은 얻을 수 있는 슬러지의 양 및 이 슬러지와 폐수와 의작용을 위한 수중체류시간이 탈질화 반응의 수행을 위해 충분히 못했든 정도로 감소된다. 이 실시예에서, 용존산소 농도는 탈질화 반응 동역학을 감소시킬 정도로 충분히 높에 변동되었고, 탈질화 효율이 40% 정도로 저하되었다.
[실시예 4 ]
실시예 4는 높은 암모니아 농도(2900mg/ℓ), 약 1.58:1(BOD= 5320mg/ℓ-490mg/ℓ-225mg/ℓ: NH3-N=2900mg/ℓ)의 공급폐수내의 BOD:N의 비, 255mg/ℓ의 치오시아네이트 농도를 가지며, 본질적으로 부유고체물이 없는 공업폐수에 대한 본 발명의 방법의 적용을 보이고 있다. 슬러지는 실시예 1내에 설명된 본 발명에 의한 절차에 의해 공급폐수에 대하여 순화되었다. 약 1ppm의 용존산소 농도, 6.5 내지 7.5의 pH, 20℃의 온도, 5일의 수중체류시간 및 10000mg/ℓ의 슬러지농도(혼합용액 휘발성 부유 고체물로서 나타냄)의 조건에서, 상기 폐수에 대하여 순화된 슬러지의 성능을 아래표 8에 보이고 있다.
[표 8]
Figure kpo00022
상기로부터 질화 및 탈질화는 물과 약 1.58:1의 BOD/N의 비로 실질적으로 달성되었으며, 즉, 이 경우에는 질산염보다 오히려 아질산염이 탈질화 반응으로 도입되는 질소의 주형태이었음을 알 수 있다.
[실시예 5]
실시예 5는 호기성 공급을 단속주기로 행하여 탈질화의 바람직한 탈질화도를 달성하도록 수행되는 공업폐수의 처리에 대하여 본 발명의 방법의 적용을 설명하고 있다. 코우크스 공장으로부터의 종자 슬러지는 제1실시예에서 명백히 설명된 본 발명에 의한 절차에 따른 다음 공급에 의해 순화되었다. 암모니아 농도 610mg/ℓ ; COD농도 2020mg/ℓ ; 페놀농도 350mg/ℓ ; 치오시아네이트 농도, 35mg/ℓ ; 그리고 시아나미드 농도, 1.5mg/ℓ 6일의 HRT에서 수행된 슬러지 순화 달성에서, 슬러지 혼합용액 휘발성 부유고체물 농도는 5700mg/ℓ이었고, 약 10%의 추가불활성 내용물을 포함하고 있었다. 0.3 내지 0.5mg/ℓ의 연속용존산소농도 그리고 6일의 HRT에서, 슬러지 탈질화 성능은 약 20%이하이었다. 제9A, 9B 및 9C는 공기공급에 의한 연속적인 용존산소 공급으로부터 여러 가지로 변화하는 단속주기 공급방법으로 변경시키 슬러지 성능에 대한 효과에 관한 시간 기록을 나타냈다. 보고된 반응기 용존산소 농도는 0.5mg/ℓ, 용존산소의 간헐적인 단속 주기공급으로 얻어지는 중량 평균 농도이다. 단속주기는 제9도내에 보고된 첫 58일동안 적용되었다. 여러 가지 농도로 용존산소를 75일의 나머지 기간동안 연속적으로 긍급되었다.
제9A,9B 및 9C도로부터 볼 수 있는 바와같이, 탈질화 성능은 0.5로부터 0.167mg/ℓ로 슬러지 혼합물내의 중량평균 용존산소 농도를 감소시킨 결과 20%이하로부터 83% 이상으로 증가되었다. 0.05mg/ℓ로 더 낮은 중량농도로 중량평균 용존산소 농도를 저하시키려는 시도(51일만에 개시)는 과도한 암모니아 누출(즉, 질화미생물 활성의 저하)을 초래하였다. 처음 0.15mg/ℓ(58일) 및 최종 0.3mg/ℓ(71일)로 용존산소의 연속공급으로 되돌린 결과 슬러지 탈질화의 분명하고도 연속적인 감소를 초래했다.
주목해야 하는 것은 (1) NO2 -의 농도변동 75일간의 시험을 통하여 슬러지 혼합물내에서 발생되었으며, (2) 슬러지 혼합물로부터의 유출물내에 반응되지 않는 COD의 농도는 슬러지 혼합물내의 NO2 -농도들의 패턴에 엄밀히 따랐다는 것이다. 이것은 NO2가 COD검사의 화학특성에 의한 COD 판독에 기여한다는 사실로부터 추리된다. 유출물 COD에 대한 NO2의 화학 기여도가 감산될때(즉, 1.14배의 유출물 NO2농도는 종유출물 농도로부터 감산됨) 순수 유출물 COD들은 상당히 안정되게 유지되어 높은 퍼센테이지의 반응기 COD전화에 반영된다. 75일부터 125일까지, NH3및 COD의 공급농도가 1800 및 3000mg/ℓ로 각각 증가되고 연속 용존산소 농도가 0.9mg/ℓ로 증가되었을 동안 NO2 -농도를 저레벨로 유지하려는 노력을 하지 않았다. 슬러지 성능에 대한 이러한 변동의 효과에 대한 기록은 제10도에 도시되어 있다. NO2 -농도들은 슬러지 혼합물내에서 급상승하고, 슬러지로부터의 유출물중의 미반응 COD의 농도는 이에 대응한 급상승함을 알 수 있다. 그러나 NO2에 대해 감산이 행해졌을때 순수 유출물 COD는 고반응이 COD는 고반응기 COD 전화에 크게 안정되게 반영된다.
본 발명은 비록 여러 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 정신과 청구범위를 일탈함이 없이 여러 가지로 변경 및 수정이 가능하다는 것은 명백한 것이다.

Claims (128)

  1. 오염물로서 암모니아와 시아나미드, 치오시아나미드, 설파이드 및 유기물질을 포함하는 기타 폐수오염물들을 함유하는 폐수의 상기 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 실질적으로 완전히 질화를 달성하고, 상기 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 탈질화를 달성하도록 처리하기 위한 활성슬러지 방법에 있어서, 폐수오염물들과 폐수내의 오염물의 농도에 순화(acclimate)되며, 상기 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, 소망하면 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화 미생물과 유기물질을 산화시킴으로써 상기 아질산염 및/또는 질산염을 탈질화시킬 수 있고, 상기 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킬 수 있는 통성미생물(facultative microorganism)을 포함하는 미생물군의 존재상태에서 활성슬러지 방법으로 폐수를 미생물적으로 처리하되, 다음 조건하에서 즉, (1) 처리중 공급되는 폐수에 대해 처리가 조업되는 조건에서 슬러지 소모속도가 (가) 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 전화시킬 수 있는 미생물의 정상상태의 군을 제공하고 유지할 정도로 충분히 낮고, (나) 슬러지내의 불활성 고체물의 축적을 방지하기에 충분히 높은 범위로 슬러지 소모속도를 제어하고, (2) 처리하는 폐수의 수중 체류시간을 제어하되, 수중 체류시간은 (가) 상기(1)의 슬러지 소모속도에서 물과 고체물을 분리시킬 수 있는 슬러지 농도를 생성시키기에 충분히 길고, (나) 실제로 충분한 슬러지 성능을 달성하기에 충분히 길도록 제어하고, (3) 용존산소 농도는 연속적 측정 또는 중량 평균산출기준으로, (가) 암모니아의 아질산염 및/또는 질산염으로의 미생물적 전화가 발생한 정도로 충분히 높게, 그러나, (나) 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 미생물적 전화가 발생되는 것을 중단시키는 용존산소 농도보다 더 낮게 유지시키고, (4) 슬러지를 혼합시키되, (가) 상기(1)의 최대허용 소모속도를 초과시키게 되는 슬러지 성장속도가 생기는 것을 피하도록 슬러지 혼합속도가 처리중 존재하에 슬러지를 이용할 수 있는 범위로, (나) 벌크 용존산소 농도 구배를 폐수처리를 위해 요구되는 탈질화와 합치되는 농도로 감소시키도록 슬러지 혼합속도가 충분히 큰 범위로, (다) 슬러지 혼합속도가 미생물 세포파괴가 발생하고, 슬러지 응집체의 불가역 붕괴가 발생하고 그리고/또는 슬러지/믈의 침강성 특성을 저하시키지 않는 슬러지 혼합속도 이하인 범위로 혼합시키고, (5) 처리중 생물학적 산소요구량을 제어하되, 처리를 위한 공급폐수내의 암모니아의 특정농도에서, 처리중 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 미생물적 전화에 의해 탈질화를 달성하는데 필요한 생물학적 산소요구량이 적어도 화학량론적 량이 존재하도록 제어하고, (6) 처리 pH를 제어하되, (가) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리 암모니아의 농도를 피하는 범위내로, (나) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리아질산의 농도를 피하는 범위내로, 그리고 (다) 폐수내에서 폐물질의 유효한 폐기처리와 미생물의 생육을 위해 적절한 범위내로 제어하고, (7) 처리온도를 제어하되, (가) 처리중 미생물 할성이 저해되는 유리 암모니아의 농도를 피하는 범위내로, (나) 처리중 미생물 활성을 저해되는 유리알질산의 농도를 피하는 범위내로, 그리고 (다) 폐수내에서 폐물질의 유효한 폐기처리와 미생물의 작용을 위해 적절한 범위내로 제어하는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물은 니트로소모나스 미생물이며, 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물은 니트로박터미생물이며, 그리고 상기 통성미생물은 프슈우도모나스, 아크로모박터, 바실러스, 마이크로코커스 또는 그의 혼합체인 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 미생물군이 설퍼작용 미생물과 시아나미드 작용미생물을 추가로 포함하는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법
  4. 제1항에 있어서, 슬러지 소모속도의 제어는 (1) 최소슬러지 소모속도 및 (2) 최대슬러지 소모속도의 범위내의 슬러지 소모속도로 제어하는 것이며, 상기 최소슬러지 소모속도와 최대슬러지 소모속도는 아래식(A)-(D)에 의해 정의되는 활성슬러지 폐수처리 방법.
    Figure kpo00023
    여기서 최대슬러지 소모속도는 존재하는 미생물의 모든 형태들에 대한 슬러지 소모속도중 최소의 것이다.
    순수불활성 고체물 공급량=공급폐수내의 불활성 고체물+슬러지에 의해 생성되는 불활성 고체물-폐수배출류내에 반출된 불활성 고체물.
    Figure kpo00024
  5. 제4항에 있어서, 상기 슬러지 소모속도의 제어는 상기 최소슬러지 소모속도(1) 보다도 약 20%높고 최대슬러지 소모속도(2) 보다도 약 20% 낮은 범위내에서 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 슬러지 소모속도의 제어는 상기 최소슬러지 소모속도(1) 보다도 약 40%높고 상기 최대슬러지 소모속도보다도 약 40%낮은 범위내에서 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 슬러지 소모속도의 제어는 실제로 0이 되도록 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  8. 제1항에서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-35일간의 수중 체류로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-20일간의 수중체류로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-10일간의 수중체류로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약5일간 또는 그 이하로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 용존산소 농도의 제어는 연속적으로 측정 또는 중량평균 산출기준으로 약 0.1-2mg/ℓ 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 용존산소 농도의 제어는 연속적으로 측정 또는 중량평균 산출기준으로 약0.1-0.5mg/l 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  14. 제13항 있어서, 용존산소 농도의 제어는 연속적으로 측정 또는 중량평균 산출기준으로 약0.1-1mg/ℓ 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  15. 제1항에 있어서, pH와 온도는 처리온도에서의 유리암모니아 농도와 아질산농도가 20C에서, 제7도내의 제3대역의 한계에 의해 한정되는 당량의 유리암모니아 농도와 아질산 농도보다 크기 않도록 유지하는 것이 특징인 활성 슬러지 폐수처리 방법.
  16. 제15항에 있어서, 알질산 농도는 약 0.2mg/ℓ 또는 그 이하인 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  17. 제4항에 있어서, 상기 슬러지의 혼합은 상기 최대슬러지 소모속도의 약 80% 내지 상기 최대 슬러지 소모속도가 되도록 해주는 혼합속도로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 슬러지의 혼합은 상기 최대슬러지 소모속도의 약 60% 내지 약 80%보다 낮은 소모속도가 되도록 해주는 혼합속도로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 슬러지의 혼합은 상기 최대슬러지 소모속도의 약 40% 내지 약 60 % 보다 낮은 슬러지 소모속도가 되도록 해주는 혼합속도로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 슬러지의 혼합은 실제로 0슬러지 소모속도가 되도록 해주는 혼합속도로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  21. 제1항에 있어서, 생물학적 산소요구량의 제어는 BOD대 질소비가 적어도 약 1.7 : 1 내지 2.8 : 1 또는 그 이상인 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  22. 제21항에 있어, 생물학적 산소요구량의 제어는 BOD대 질소비가 적어도 약 2.8 : 1또는 그 이상인 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  23. 제1항에 있어서, pH의 제어는 약 6-8의 pH 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 pH의 제어는 약 6.5 - 7.5의 pH 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 pH의 제어는 약 6.8 - 7.3의 pH 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  26. 제1항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약35℃ 또는 그 이하의 온도로 행해지는 것이 특징인 활성 슬러지 폐수처리 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 5℃ - 35℃인 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 10 - 25℃인 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 10 - 25℃인 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리방법.
  30. 제1항에 있어서, 상기 미생물적으로 처리될 폐수는 약 300㎎/ℓ 또는 그보다 더 큰 암모니아 농도를 갖는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 미생물적으로 처리될 폐수는 약 500㎎/ℓ 또는 그보다 더 큰 암모니아 농도를 갖는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 미생물적으로 처리될 폐수는 약 1000/㎎/ℓ 또는 그보다 더 큰 암모니아 농도를 갖는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  33. 제30항에 있어서, 상기 미생물적으로 처리될 폐수는 약 3000/㎎1 또는 그보다 더 큰 암모니아 농도를 갖는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  34. 오염물로서 암모니아와 나아가 시아나미드, 치오시오나미드, 설파이드 및 유기물질을 포함하는 기타폐수 오염물들을 함유하는 폐수의 상기 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 실제로 완전한 질화와 상기 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 다소 완전치 못한 탈질화를 달성하도록 처리하기 위한 활성슬러지 방법에 있어서, 폐수 오염물들과 폐수내의 오염물의 농도에 순화되며, 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, 소망하면 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화 미생물과 유기물질을 산회시킴으로써 아질산염 및/또는 질산염을 탈질화시킬 수 있고, 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킬수 있는 통성미생물을 포함하는 미생물군의 존재상태에서 활성슬러지 폐수처리 방법으로 폐수를 미생물적으로 처리하되, 다음 조건하에서 즉, (1) 처리중 공급되는 폐수에 대해 처리 조업되는 조건에서 슬러지 소모속도가, (가) 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 전화시킬 수 있는 미생물의 정상상태의 군을 제공하고, 유지할 정도로 충분히 낮고, (나) 슬러지내의 불활성 고체물의 축적을 방지하기에 충분히 높은 범위까지의 슬러지 소모속도로 제어하고, (2) 처리에서 폐수의 수중 체류시간을 제어하되, 수중 체류시간은 (가)상기 (1)의 슬러지 소모속도에서 물과 고체물을 분리 시킬 수 있는 슬러지 농도를 생성시키기에 충분히 길고, (나) 실제로 충분한 슬러지 성능을 달성하기에 충분히 길도록 제어하고, (3) 용존산소 농도를 암모니아의 아질산염 및/또는 질산염으로의 미생물적 전화와 만일 존재할 경우 생물학적 산소요구량의 원인물질로부터 이산화탄소와 물로의 전화가 발생할 정도로 충분히 높게 연속 또는 중량평균 기준으로 용존산소 농도를 유지 시키고, (4) 슬러지를 혼합시키되, (가) 상기(1)의 최대허용 슬러지 소모속도를 초과시키게 되는 슬러지 생육속도가 생기는 것을 피하도록 혼합속도가 처리중 존재하는 슬러지를 이용할 수 있는 범위로, (나) 벌크 용존산소 농도 구배를 폐수처리를 위해 요구되는 탈질화 합당하는 농도로 감소시킬 정도로 슬러지 혼합속도가 충분히 큰 범위로, (다) 슬러지 혼합속도가 미생물 세포파괴가 발생하고, 슬러지 응집체의 불가역 붕괴가 발생하고 그리고/또는 슬러지/물의 침강성 특성을 해치지 않는 슬러지 혼합속도 이하인 범위로 혼합시키고, (5) 처리중 생물학적 산소요구량을 제어하되, (가) 처리를 위한 공급폐수내의 암모니아가 특정농도일 때, 처리중 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 미생물적 전화에 의해 탈질화를 달성하는데 필요한 생물학적 산소요구량의 적어도 화학량론적량이 존재하도록 제어하고, 그리고, (나) 실제로 탈질화가 새기지 않는 경우에, 존재하는 미생물군에 대하여 동화할 수 잇는 탄소의 원천을 간단히 제공하도록 처리를 제어하는 식으로 제어되며, (6) 처리 pH를 제어하되, (가) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리 암모니아의 농도를 피하는 범위내로, (나) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리아질산의 농도를 피하는 범위내로, 그리고 (다) 폐수내에서 폐물질의 유효한 폐기처리와 미생물의 생육을 위해 적절한 범위내로 제어하고, (7) 처리온도를 제어하되, (가) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리 암모니아의 농도를 피하는 범위내로, (나) 처리 중 미생물 활성을 저해되는 유리 아질산의 농도를 피하는 범위내로, 그리고, (다) 폐수내에서 폐물질의 유효한 폐기처리와 미생물의 작용을 위해 적절한 범위내로 제어하는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  35. 제34항에 있어서, 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물은 니트로소모나스 미생물이며, 아질산염을 질산염으로 전화시킬수 있는 질화미생물은 니트로바터 미생물이며, 그리고 통성 미생물은 프슈우도모나스, 아크로모박터, 바실러스, 마이크로코커스 또는 그의 혼합체인 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  36. 제34항에 있어서, 상기 미생물군이 설퍼작용 미생물과 시아나미드 작용미생물을 추가로 포함하는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법,
  37. 제1항에 있어서, 슬러지 소모속도의 제어는 (1) 최소슬러지 소모속도 및 (2) 최대 슬러지 소모속도의 범위내의 슬러지 소모속도의 제어를 포함하며, 상기 최소슬러지 소모속도와 최대슬러지 소모속도는 아래의 방정식(A) - (D)에 의해 정의되는 활성슬러지 폐수처리 방법.
    Figure kpo00025
    여기서 최대슬러지 소모속도는 존재하는 미생물의 모든 형태들에 대한 슬러지 소모속도중 최소의 것이다.
    순수불활성 고체물 장전량=공급폐수내의 불활성 고체물+슬러지에 의해 생성되는 불활성 고체물-폐수배출류내에 반출된 불활성 고체물
    Figure kpo00026
  38. 제37항에 있어서, 상기 슬러지 소모속도의 제어는 상기 최소슬러지 소모속도(1) 보다도 약 20%높고 최대슬러지 소모속도(2) 보다도 약 20% 낮은 범위내에서 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 슬러지 소모속도의 제어는 상기 최소슬러지 소모속도(1) 보다도 약 40%높고 상기 최대슬러지 소모속도보다 약 40%낮은 범위내에서 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  40. 제39항에 있어서, 슬러지 소모속도의 제어는 실제로 0이 되도록 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  41. 제34항에서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-35일간의 수중 체류로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-20일간의 수중체류로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-10일간의 수중체류로 행해지는 것이 특징인 활성 슬러지 폐수처리 방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5일간 또는 그 이하의 수중체류로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  45. 제34항에 있어서, 상기 용전산소 농도의 제어는 연속적으로 측정 또는 중량평균 산출기준으로 적어도 약 0.1㎎/ℓ의 용존산소 농도인 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  46. 제34항에 있어서, 상기 pH와 온도는 처리온도에서의 유리암모니아 농도와 아질산 농도는 20℃에서 제7도 내의 제3대역의 한계에 의해 한정되는 당량의 유리암모니아 농도와 아질산 농도보다 크지 않도록 유지되는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  47. 제46항에 있어, 아질산 농도는 약 0.2㎎/ℓ 또는 그 이하인 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  48. 제37항에 있어, 상기 슬러지의 혼합은 최대슬러지 소모속도의 약 80% 내지 상기 최대슬러지 소모속도가 되도록 해주는 혼합속도로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  49. 제48항에 있어서, 슬러지의 혼합은 최대슬러지 소모속도의 약 60% 내지 약 80%보다 낮은 슬러지 소모속도가 되도록 해주는 혼합속도로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  50. 제49항에 있어서, 슬러지의 혼합은 최대슬러지 소모속도의 약 40%내지 약 80%보다 낮은 슬러지 소모속도가 되도록 해주는 혼합속도로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  51. 제50항에 있서, 슬러지의 혼합은 실제 0슬러지 소모속도가 되도록 해주는 혼합속도로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  52. 제34항에 있어서, 동화 가능한 탄소원은 유기계 또는 무기계의 단소원인 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  53. 제52항에 있어서, 상기 동화가능한 탄소원은 이산화탄소인 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  54. 제34항에 있어서, 상기 pH의 제어는 약 6-8의 pH범위인 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  55. 제54항에 있어서, 상기pH의 제어는 약 6.5-7.5의 pH범위인 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  56. 제55항에 있어서, 상기 pH의 제어는 약 6.8-7.3의 pH범위인 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  57. 제34항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 35℃ 또는 그 이하로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  58. 제57항에 있어, 상기 온도의 제어는 약 5-35℃인 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  59. 제58항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 10-25℃인 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  60. 제59항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 15-25℃인 범위로 행해지는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  61. 제34항에 있어서, 상기 방법은 상기 암모니아의 실질적으로 완전한 질화를 달성하고 또한 상기 아질산염 및/또는 질산염의 탈질화를 약 75% 내지 실질적으로 완전한 탈질화보다도 낮은 정도로 달성하는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  62. 제34항에 있어서, 상기 방법은 상기 암모니아의 실질적으로 완전한 질화를 달성하고 또한 상기 아질산염 및/또는 질산염의 탈지화를 약 50% 내지 약 75%정도로 달성하는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리방법.
  63. 제34항에 있어서. 상기 방법은 상기 암모니아의 설질적으로 완전한 질화를 달성하고 또한 상기 아질산염 및/또는 질산염의 탈질화를 약 25% 내지 약 50%정도로 달성하는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  64. 제34항에서, 상기 방법은 상기 암모니아의 실질적으로 완전한 질화를 달성하고 또한 상기 아질산염 및/또는 질산염의 탈질화를 약 25% 내지 약 50%정도로 달성하는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리방법.
  65. 제34항에 있서, 상기 미생물적으로 처리될 폐수는 약 300㎎/ℓ 또는 그 보다 더 큰 암모니아 농도를 갖는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  66. 제34항에 있서, 상기 미생물적으로 처리될 폐수는 약 500㎎/ℓ 또는 그 보다 더 큰 암모니아 농도를 갖는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  67. 제34항에 있서, 상기 미생물적으로 처리될 폐수는 약 1000㎎/ℓ 또는 그 보다 더 큰 암모니아 농도를 갖는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  68. 제34항에 있서, 상기 미생물적으로 처리될 폐수는 약 3000㎎/ℓ 또는 그 보다 더 큰 암모니아 농도를 갖는 것이 특징인 활성슬러지 폐수처리 방법.
  69. 오염물로서 암모니아와 더 나아가 시아안나미드, 치오시아나미드, 설파이드 및 우유기물질을 포함하는 기타 폐수오염들을 포함하는 폐수의 상기 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 완전 질화하고 상기 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 탈질화를 달성하도록 처리하기 위한 순화된 미생물군을 생성시키는 방법에 있어서, 상기 방법은 암모니아를 아질산염으로 전환시킬 수 있는 질화미생물, 소망하면 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물과 유기물질을 산화시킴으로써 아질산염 및/또는 질산염으로 탈질화시킬 수 있고, 아질산염 및/질산염을 유리질소로 전화시킬 수 잇는 통성 미생물을 포함하는 미생물군을 내포한ㄴ 할성슬러지계로 폐수를 도입하여 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, 만일 존재할 경우 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물들 및 통성 미생물(각각은 상이한 생육속도를 가짐)들이 생육되게 하여 암모니아의 농도와 만약 존재하면 기타 오염물들에 순화되게 하고 폐수를 활성슬러지 시스템과 미생물군으로 세포분열을 촉진시키기에 충분히 높은 속도로 그러한 폐수증의 암모니아와 만일 존재하면 기타 오염물의 저해농도에 도달할 만큼은 충분치 않는 속도로 공급함으로써 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는, 질화미생물들과 만일 존재할 경우, 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물들 그리고 통성미생물을 상대적으로 생육시키게 하고 이 미생물군이 폐수오염물과 그 폐수내의 오염물 농도에 대해 순화되도록 하는 것이 특징인 순화인 미생물군의 생산 방법.
  70. 제69항에 있어서, 상기 순화방법이 다음 조건하에서 시행되는, (1) 처리중 공급되는 폐수에 대해 처리 조업되는 조건에서 슬러지 소모속도가, (가) 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 전화시킬 수 있는 미생물의 정상상태의 군을 제공하고 유지할 정도로 충분히 낮고, (나) 슬러지내의 불활성 고체물의 축적을 방지하기에 충분히 높은 범위까지의 슬러지 소모속도로 제어하고, (2) 처리하는 폐수의 수중 체류시간을 제어하되, 수중 체류시간은, (가) 상기(1)의 슬러지 소모속도에서 물과 고체를 분리시킬 수 있는 슬러지 농도를 생성시키기에 충분히 길고, (나) 실제로 충분한 슬러지 성능을 달성하기에 충분히 길도록 제어하고, (3)용존산소 농도를 연속측정으로 또는 중량평균 산출기준으로 (가) 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 미생물적 전화가 발생할 정도로 충분히 높게, 그러나, (나) 아질산염 및/또는 질사염을 유리질소로 미생물적 전화가 발생하는 것을 중단시키는 용존산소 농도보다 더 낮게 유지시키고, (4) 슬러지를 혼합시키되, (가) 상기(1)의 최대허용 소모속도를 초과시키게 되는 슬러지 생육을 피하기 위해 슬러지 혼합속도가 처리중 존재하에 슬러지를 이용할 수 있는 범위로, (나) 벌크 용존산소 농도구배를 폐수처리를 위해 요구되는 탈질화와 합치되는 농도로 감소시킬 정도로 슬러지 혼합속도가 충분히 큰 범위로, (다) 슬러지 혼합속도가 미생물 세포파괴가 발생하고, 슬러지 응집체의 불합역적 붕괴가 생기고 그리고 슬러지와 물의 침강성 특성을 손상되지 않는 슬러지 혼합속도 이하인 범위로 혼합시키고, (5) 처리중 생물학적 산소요구량을 제어하되, 처리중 공급되는 폐수내의 특정한 암모니아의 농도에서 처리중 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 미생물적 전화에 의해 탈질화를 달성하는데 필요한 생물학적 산소요구량의 적어도 화학량론적 량이 존재하도록 제어하고, (6) 처리 pH를 제어하되, (가) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리 암모니아의 농도를 피라는 범위내로, a(나) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리아질산의 농도를 피하는 범위내로, 그리고, (다) 폐수내에서 폐물질의 유효한 폐기처리와 미생물 생육을 위해 적절한 범위내로, 제어하고, (7) 처리온도를 제어하되, (가) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리 암모니아의 농도를 피하는 범위내로, (나) 처리중 미생물활성을 저해되는 유리아질산의 농도를 피하는 범위내로, 그리고, (다) 폐수내에서 미생물의 작용과 폐물질의 유효한 처리를 위해 적절한 범위내로 제어하는 것이 특징인 미생물군 환경 순화방법.
  71. 제70항에 있어서, 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 상기 질화미생물은 니트로소모나스 미생물이며, 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 상기 질화미생물은 니트로바터미생물이며, 그리고 상기 통성미생물은 프슈우도모나스, 아크로모박터, 바실러스, 마이크로코커스 또는 그의 혼합체인 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  72. 제70항에 있어서, 상기 미생물군이 설퍼작용 미생물들과 시아나미드 작용미생물을 추가로 포함하는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  73. 제70항에 있어서, 스러지 소모속도의 제어는 (1) 최소슬러지 소모속도 및 (2) 최대슬러지 소모속도의 범위내의 슬러지 소모속도의 제어를 포함하며, 상기 최소슬러지 소모속도와 최대슬러지 소모속도는 아래의 방정식(A)-(D)에 의해 정의되는 미생물군 순화방법.
    Figure kpo00027
    여기서 최대슬러지 소모속도는 존재하는 미생물의 모든 형태들에 대한 슬러지 소모속도중 최소의 것이다.
    순수불활성 고체물 장전량=공급폐수내의 불활성 고체물+슬러지에 의해 생성되는 불활성 고체물-폐수방출류내에 반출된 불활성 고체물
    Figure kpo00028
  74. 제73항에 있어서, 상기 슬러지 소모속도의 제어는 상기 최소슬러지 소모속도(1) 보다도 약 20%높으며 최대 슬러지 소모속도(2) 보다도 약 20% 낮은 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  75. 제74항에 있어서, 상기 슬러지 소모속도의 제어는 최소슬러지 소모속도(1) 보다도 약 40%높으며 최대슬러지 소모속도보다도 약 40%낮은 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  76. 제75항에 있어서, 슬러지 소모속도의 제어는 실제로 0이 되도록 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  77. 제70항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-35일간의 수중 체류로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  78. 제77항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-20일간의 수중 체류로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  79. 제78항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-10일간의 수중 체류로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  80. 제79항에 있어서, 상기 수중 체류시간에 제어는 약 5일간 또는 그 이하의 체류로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  81. 제70항에 있어서, 상기 용존산소 농도의 제어는 연속적으로 측정 또는 중량평균 산출기준으로 약0.1-2㎎/ℓ로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  82. 제81항에 있어서, 용존산소 농도의 제어는 연속적으로 측정 또는 중량평균 산출기준으로 약 0.1-1.5㎎/ℓ로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  83. 제82항에 있어서. 용존산소 농도의 제어는 연속적으로 측정 도는 중량평균 산축기준으로 약 0.1-1㎎/ℓ로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  84. 제83항에 있어서, 상기 pH와 온도는 유리암모니아 농도와 처리온도에서의 아질산 농도가 20℃에서 제7도 제3대역의 한계에 의해 한정되는 당량의 유리암모니아 농도와 아질산 농도보다 크지 않도록 유지되는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  85. 제84항에 있어서, 아질산 농도는 약 0.2㎎/ℓ 또는 그 이하인 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  86. 제70항에 있어서, 상기 슬러지의 혼합은 상기 최대슬러지 소모속도의 약 80% 내지 상기 최대 슬러지소모속도가 되도록 해주는 혼합속도인 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  87. 제86항에 있어서, 슬러지의 혼합은 상기 최대슬러지 소모속도의 약 60% 내지 약 80%보다 낮은 범위가 되도록 해주는 혼합속도인 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  88. 제87항에 있어서, 슬러지의 혼합은 상기 최대 슬러지 소모속도의 약 40% 내지 약 60%보다 낮은 범위가 되도록 해주는 혼합속도인 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  89. 제70항에 있어서, 생물학적 산소요구량의 제어는 BOD대 질소비가 적어도 약 1.7:1 내지 2.8:1 또는 그 이상인 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  90. 제89항에 있어서, 생물학적 산소요구량의 제어는 BOD대 질소비가 적어도 약 2.8:1 또는 그 이상인 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  91. 제70항에 있어서, 상기 pH의 제어는 약 6-8의 pH 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  92. 제91항에 있어서, 상기 pH의 제어는 약 6.5-7.5의 pH 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  93. 제92항에 있어서, 상기 pH의 제어는 약 6.8-7.5의 pH 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화방법.
  94. 제70항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 35℃ 또는 그 이하로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화 방법.
  95. 제94항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 5-35℃ 또는 그 이하로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화 방법.
  96. 제95항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 10-25℃ 또는 그 이하로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화 방법.
  97. 제96항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 15-25℃ 또는 그 이하로 행해지는 것이 특징인 미생물군 순화 방법.
  98. 오염물로서 암모니아와 더 나아가 시아나미드, 치오시아나미드, 설파이드 및 유기물질을 포함하는 기타 폐수 오염물들을 함유하는 폐수의 상기 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 실제로 완전한 질화와 상기 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 탈질화를 성취하도록 처리하기 위한 순화된 미생물군을 생산시키는 방법에 있어서, 상기 방법은 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물, 소망하면 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 통성 미생물을 포함하는 미생물군을 내포하는 활성슬러지계에 폐수를 도입하여 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물과 유기물질을 산화시킴으로써 아질산염 및/또는 질산염을 탈질화시킬 수 있고, 아질산염 및/또는 질산염을 유리질소로 전화시킬 수 있는 질화미생물, 만일 존재할 경우 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물 그리고, 통성 미생물(각각은 상이한 생육속도를 가짐)들이 생육되게 하여 암모니아의 농도와 만약 존재하면 기타 오염물들에 순화되게 하고 폐수를 활성슬러지 시스템과 미생물군으로 세포분열을 촉진시키기에 총분히 놓은 속도로 그러나 폐수중의 암모나아가 만일 존재하면 기타 오염물의 저해 농도에 도달할만큼은 충분히 높은 속도로 그러나 폐수중 의 암모니아가 만일 존재하면 기타 오염물의 저해농도에 도달할만클은 충분치 않는 속도로 공급함으로써 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는, 질화미생물들과 만일 존재할 경우, 아질산염을 질산염으로 전화 시킬 수 있는 질화미생물들, 그리고, 통성미생물들을 상대적으로 생육시키게 하고 미생물군이 폐수오염물과 그 폐수내의 오염물 농도들에 대해 순화되도록 하는 것이 특징인 순화된 미생물군의 배양방법.
  99. 제98항에 있어서, 상기 순화방법이 다음 조건들하에서 행해지며, 그 조건들은, 즉 (1) 처리중 공급되는 폐수에 대해 처리 조업되는 조건에서, 슬러지 소모속도가 (가) 암모니아를 아질산염 및/또는 질산염으로 전화시킬 수 있는 미생물의 정상상태의 군을 제공하고, 유지 할 정도로 충분히 낮고, (나) 슬러지내의 불활성 고체물의 축적을 방지하기에 충분히 높은 범위로 슬러지 소모속도를 제어하고, (2) 처리에서 폐수의 수중 체류시간을 제어하되, 수중 체류시간은, (가) 상기(1)의 슬러지 소못고도에서 물과 고체물를 분리시킬 수 있는 슬러지 농도를 생성시키기에 충분히 길고, (나) 실제로 충분한 슬러지 성능을 달성하기에 충분히 길도록 제어하고, (3) 용존산소 농도를 연속적으로 측정 또는 중량평균 산출기준으로 암모니아의 아질산염 및/또는 질산염으로의 미생물적 전화와 만일 존재할 경우 생물학적 산소요구량의 원인물질부터 이산화탄소 및 물로의 전화가 발생할 정도로 충분히 높게 용존산소 농도를 유지시키고, (4) 슬러지를 혼합시키되, (가) 상기(1)의 최대허용 소모속도를 초과시키게 되는 슬러지 생육속도를 피하기위해 슬러지 혼합속도가 처리중 존재하에 슬러지를 이용할 수 있는 범위로, (나) 벌크 용존산소 농도구배를 폐수처리를 위해 여구되는 탈질화와 합치되는 농도로 감소시킬 정도로 슬러지 혼합속도가 충분히 큰범위로, (다) 슬러지 혼합속도가 미생물 세포파괴가 발생하고, 슬러지 응집체의 불가역 붕괴가 발생하고 그리고 슬러지와 물의 침강성특성이 손상되지 않는 슬러지 혼합속도 이하인 범위로 혼합시키고, (5)처리중 생물학적 산소요구량을 제어하되, (가) 처리중 공급되는 폐수내의 특정한 암모니아의 농도에서 처리중 아질산염 및/또는 질산염의 유리질소로의 미생물적 전화에 의해 탈질화를 달성하는데 필요한 생물학적 산소요구량의 적어도 화학량록적 량이 존재하도록 제어되고, 그리고 (나) 실제로 탈질화가 없는 경우에, 존재하는 미생물군에 대하여 동화가능한 탄소원을 간단히 제공하도록 처리를 제어하는 식으로 제어되며, (6) 처리의 pH를 제어하되, (가) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리 암모니아의 농도를 피하는 범위내로, (나) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리아질산의 농도를 피하는 범위내로, 그리고, (다) 폐수내에서 폐물질의 유효한 폐기처리와 미생물 생육을 위해 적절한 범위내로 제어하고, (7) 처리온도를 제어하되, (가) 처리중 미생물 활성이 저해되는 유리암모니아의 농도를 피하는 범위내로, (나) 처리중 미생물 활성을 저해되는 유리아질산의 농도를 피하는 범위내로, 그리고, (다) 폐수내에서 미생물의 작용과 폐기물의 유효한 처리를 위해 적절한 범위내로 제어하는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  100. 제98항에 있어서, 암모니아를 아질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물은 니트로소모나스 미생물이여, 아질산염을 질산염으로 전화시킬 수 있는 질화미생물은 니트로박터미생물이며, 그리고 통성미생물은 프슈우도모나스, 아크로모박터, 바실러스, 마이크로코커스 또는 그의 혼합체인 것이 특징인 미생물군 배양 방법.
  101. 제98항에 있어서, 상기 미생물군의 설퍼작용 미생물과 시아나미드 작용미생물을 추가로 포함하는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  102. 제99항에 있어서, 슬러지 소모속도의 제어는 (1) 최소슬러지 소모속도 및 (2) 최대슬러지 소모속도의 범위내로 슬러지 소모속도의 제어를 포함하며, 상기 최소슬러지 소모속도와 최고슬러지 소모속도는 아래의 방정식(A)-(D)에 의해 정의되는 미생물군 배양방법.
    Figure kpo00029
    여기서 최대슬러지 소모속도는 존재하는 미생물의 모든 형태들에 대한 슬러지 소모속도중 최소의 것이다.
    순수불활성 고체물 장전량=공급폐수내의 불활성 고체물+슬러지에 의해 생성되는 불활성 고체물-폐수방출류내에 반출된 불활성 고체물
    Figure kpo00030
  103. 제102항에 있어서, 슬러지 소모속도의 제어는 상기 최소슬러지 소모속도(1) 보다도 약 40%높으며, 최대슬러지 소모속도(2) 보다도 약 20% 낮은 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  104. 제103항에 있어서, 상기 슬러지 소모속도의 제어는 상기 최소슬러지 소모속도(1) 보다도 약 40%높으며, 최대슬러지 소모속도 보다도 40%낮은 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  105. 제104항에 있어서, 상기 슬러지 소모속도의 제어는 실제로 0이 되도록 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  106. 제99항에서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-35일간의 수중 체류로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  107. 제106항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-20일간의 수중체류로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  108. 제107항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5-10일간의 수중체류로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  109. 제108항에 있어서, 상기 수중 체류시간의 제어는 약 5일간 또는 그 이하로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  110. 제99항에 있어서, 용존산소 농도의 제어는 연속적으로 측정 도는 중량평균 산출기준으로 적어도 약 0.1㎎/ℓ의 용존 산소 농도인 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  111. 제99항에 있어서, pH와 온도는 처리온도에서의 유리암모니아 농도와 아질산 농도는 20℃에서 제7도 제3대역의 한계에 의해 한정되는 당량의 유리암모니아 농도와 아질산 농도보다 크지 않도록 유지되는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  112. 제111항에 있어서, 아질산 농도는 약 0.2㎎/ℓ 또는 그 이하인 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  113. 제99항에 있어서, 상기 슬러지의 혼합은 최대슬러지 소모속도의 약 80% 내지 상기 최대슬러지 소모속도가 되도록 해주는 것이 특징인 미생물군 배양방법
  114. 제113항에 있어서, 상기 슬러지의 혼합은 최대슬러지 소모속도의 약 60% 내지 약 80%보다 낮은 범위가 되도록 해주는 혼합속도로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  115. 제114항에 있어서, 상기 슬러지의 혼합은 최대슬러지 소모속도의 약 40% 내지 약 60%보다 낮은 범위가 되도록 해지는 혼합속도로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  116. 제99항에 있어서, 동화가능한 탄소원은 유기계 또는 무기계의 탄소원인 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  117. 제116항에 있어서, 동화가능한 탄소원은 이산화탄소인 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  118. 제99항에 있어서, 상기 pH에 제어는 약 6-8의 pH범위인 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  119. 제118항에 있어서, 상기 pH에 제어는 약 6.5-7.5의 pH범위인 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  120. 제119항에 있어서, 상기 pH에 제어는 약 6.8-7.3의 pH범위인 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  121. 제99항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 35℃ 도는 그 이하로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  122. 제121항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 5-35℃인 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  123. 제122항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 10-25℃인 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  124. 제123항에 있어서, 상기 온도의 제어는 약 15-25℃인 범위로 행해지는 것이 특징인 미생물군 배양 방법.
  125. 제98항에 있어서, 상기 배양밥법은 상기 암모니아의 완전한 탈질화를 달성하고, 또한, 상기 아질산염 및/또는 질산염의 약 75%내지 실질적으로 100%보다 낮은 범위로 탈질화를 달성하는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  126. 제98항에 있어서, 상기 배양방법은 상기 암모니아의 완전한 질을 달성하고, 또한 상기 아질산염 및 또는 질산염의 약 50%-75% 보다 낮은 범위로 탈질화를 달성하는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  127. 제98항에 있어서, 상기 배양방법은 상기 암모니아의 완전질화를 달성하고, 또한 상기 아질산염 및 /또는 질산염의 약 25%-50%보다 낮은 범위로 탈질화를 달성하는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
  128. 제98항에 있어서, 상기 배양방법은 상기 암모니아의 완전한 질화를 달성하고, 그리고 상기 아질산염 및/또는 질산염이 실질적으로 탈질화가 달성되지 않는 것이 특징인 미생물군 배양방법.
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