KR950009311B1 - 생물학적 처리재 및 그 사용방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

생물학적 처리재 및 그 사용방법

본 발명은 생물학적 처리재(處理材) 및 그 사용방법에 관한 것으로, 특히, 산업폐수, 생활배수나 해야, 호수, 늪등의 정화, 폐기가스악취등의 정화방제처리, 그밖에 환경정화를 위한 공해대책에 가장 적합한 처리재에 관한 것이다.

종래 수중에 부유하는 미세한 고형성분(SS)의 유기물이나 무기물을 제거하는 물의 정화에는 부신 돌이나 모래등의 지반이 널리 사용되어 왔으나, 그 정화작용은 그다지 효과적이 아니였고, 또 플라스틱등의 벌집꼴(honeycomb)이거나 원판회전식처리법에서는 생물막이 발생하여 재오염이 되기 때문에 그 제거처리가 2차적으로 필요하게 되어 그러한 점에서 실용성 문제가 있었다.

또 대표적인 수질정화재로서 활성탄이 이용되고 있으나, 활성탄은 주로 그 미세공을 지닌 표면형상에 기초한 고유의 흡착능 및 그 화학적 안정성을 이용하여 각종의 착색물질이나 오염물 혹은 폐기가스등을 흡착하여 매질(medium)에서 제거하여 정화함에 유효한 것이다.

그런, 그 흡착능에는 한계가 있어서, 항상 개량, 교환 혹은 재생등을 하지 않으면 아니되고, 또 그 사용기간은 극히 짧다. 게다가 활성탄은 값비싼 자재로서, 운용이나 조작함에 있어서도 상당한 코스트가 먹히므로 불경제적인 처리재이기 때문에 공업적 사용에는 커다란 제한을 받게 된다. 또한, 활성탄은 사용전, 보관중 그렇지 않으면 충전작업중에 흡착능이 저하하기 쉽고, 사용함에 있어 활성을 부가하여 재생을 하지 않으면 아니되는 경우도 있어서, 그 비용은 극히 값비싸게 먹힌다고 하는 불리함이 지적되고 있다.

또, 석탄을 산처리하여 활성화한 분말을 물의 정화에 사용하는 것도 알려져 있다.

이러한 산처리활성화석탄분말은 적용대상에 따라서는 입자의 크기조정으로 특정한 온수, 예컨대 산업폐수 및 생활폐수의 정화는 물론이고, 오염하천의 정화, 산성폐수의 중화처리, 해수의 적조(赤潮)방지 혹은 바다에 흘려나온 원유의 흡착회수등에 사용함을 제안하고 있다.

또한, 예컨대 해양정화를 화학약품으로 실시하는 방법은 2차공해의 염려가 있고, 또 하수도의 정화방류수는 BOD가 30ppm 이하로 규제되어 있다하여도 항상 약간이기는 하나 해양은 오염되어 있으므로서, 그 정수속에서 광합성균등에 의한 독성물합성이 이루어지고 있다고 하는 바람직하지 못한 현상은 피할 수 없었다.

그런데 해양은 오염물질을 분해정화하는 미생물군의 보고이지만, 이 미생물군을 육상에서 살게하는 서식처로서는 석탄이 가장 적합하다.

본 발명자는 상기한 바와같은 수질정화의 현상에 비추어 특히, 값싼 저급품의 석탄분말을 산처리한 활성화분말탄에 착안하여 그 흡착정화기능이 한층 나은 처리재를 발견하도록 그 석탄분말의 산처리방법과 관련하여 각종의 처리물질과의 조합으로 된 조성물이나 그밖의 많은 인자를 고려하면서 많은 시험을 실시하였던 결과 특정한 각종균류를 이 활성화분말탄에 흡착시켜, 이것을 배양기로써 배양증식시켜, 균번식케한 처리재가 극히 유효함을 발견하고, 본 발명을 하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 과제는 종래 알려진 산처리분말탄의 흡착활성을 더욱 높이어 상수도속에 함유되는 암모니아, 아미노 형태질소나 이미드형태질소, 시안화물 중금속류라거나 풍부영양소등을 효과적으로 제거 할 수 있는 고활성정화처리재를 제공함에 있다.

또 다른 과제는 살균제, 살충제, 제초제등의 농약이나 그밖의 유해물질을 함유하는 물을 정화할 수 있는 넓은 적용범위를 갖는 정화처리재를 제공함에 있다.

즉, 본 발명은 석탄분말을 산처리하여 얻은 오수정화분말재 또는 입자형거름재(filter medium)에 배설물속의 미분해 단백질, 전분질등을 분해하는 균종, 식물섬유물질을 분해하는 셀룰라이제효소의 많은 균종, 공기속 및 수중의 질소를 고정하여 비교가 되게 하는 균종, 70∼80℃의 고온을 발생하여 병원균 등을 사멸시키는 온천균종, 섬유질의 리그닌이나 석유, 세제 등을 분해하여 퇴비가 되게 하는 균종 및 해양성의 호염성(好鹽性) 효모류로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 종균을 흡착, 균번식시켜서 생성하는 생물학적 처리재를 요지로 하고 있다.

본 발명의 처리재, 특히 거름재는 종래 알려진 석탄의 분말을 산처리하여 그 활성화에 따라 다공질화한 분말탄에 상기와 같은 특정의 미생물류를 조합해서 흡착시켜 배양하여 증식시킨 특수한 처리재에 특징이 있다. 그것들의 미생물류는 사용대상에 따라서 선택적으로 균번식이 되지만, 통상 모든 균종을 혼합 배양한 것을 흡착, 균번식시키는 것이 바람직하며, 실용상 유리하게 사용할 수 있다. 또, 본 발명은 미생물의 배양에 있어서, 탄소원으로서 그 석탄을 유효하게 이용하는 점에서 기술적 특징이 있다.

본 발명의 처리재의 기재로서의 오수정화용분말은 전술한 바와 같이 석탄의 분말을 산처리하여 활성화한 것으로서, 원료로 하는 석탄은 고품위의 석탄이라도 좋으나 연료로서 부적당한 값싼 저품위의 석탄이 공업적으로 유리하게 사용할 수 있다.

일반적으로 석탄은 그 산지에 따라서 품위가 다르며, 산처리하여 얻을 수 있는 활성탄은 다르나, 탄산원으로서의 유효성은 변치 않는다. 따라서, 활성도에 따라서 처리재의 사용대상을 선택하는 것이 좋다.

그 산처리는 통상 염산, 황산 그렇지 않으면 질산과 같은 광산을 사용할 수 있으나, 제철소, 석유정제공장이나 화학공장의 폐산(廢酸)을 사용할 수도 있다. 산처리는 분말탄을 통상, 0.5∼10% 정도의 농도의 산액으로, 상온하에서 약 20분·3시간 침지(浸漬) 처리함에 따라서 실행된다. 이 처리에 있어서, 회성분속의 용해성분이 제거되어 다공이 형성되고, 그 결과 고정탄소와 잔존회분, 즉 광물성분이 함유된 다공질분말탄을 얻을 수 있다.

또, 산으로서 황산만을 사용할 때는 석탄의 회분의 일종인 칼슘에 기초하는 석고의 생성을 억제하여 다공한 분말탄의 고도의 다공성을 얻을 수 있도록, 다른 광산이나 유기산의 소량을 가하여 혼합산으로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 처리용산액의 침투성을 높여 산처리를 신속하게 함과 동시에 높은 활성도를 얻기 위하여, 계면활성제를 첨가하는 것도 실용상 바람직하다. 이와같이 산처리한 것은 산업폐기물처리의 경우와 마찬가지로 중화, 건조되어 예컨대, 200메시(mesh)에서 직경 5㎝까지의 입자크기 범위의 것이 사용목적에 따라서 적절한 입자크기 범위로 분급(classification)되어 입자크기가 조정된다.

이와같이 조제된 산처리분말탄은 흡착기능 및 이온교환기능을 구비하여 예컨대, 착색 배수를 단시간에 탈색정화할 수 있다. 또, 미생물류의 탄소영양원으로서의 고정탄소와 발육촉진인자가 되는 광물성분을 함유하기 때문에 미생물류의 배양, 증식에 가장 적합하다. 또한, 극히 미세한 모세균렬(hair carck)이라 일컬어지는 무수의 모세구멍을 지녔고, 미생물을 균번식시킴에 극히 좋은 조건이다. 따라서, 이 분말체는 그대로 활성오물통의 생물학적 표백처리에 적용하므로서 극히 유효하고, 한편 바람직하기는 미생물의 배양기로서의 판형 또 덩어리형등의 거름재로 형성된다. 그와같은 거름재는 예컨대, 접착제, 시멘트, 석고등을 결합제(binder)로 하고, 또한 폐각류(貝殼類), 사문암(蛇紋岩)이나 석회석등을 적당향 혼합하여 희망하는 형상으로 일체화된다.

산처리분말탄속에는 천연의 잡종의 미생물이 살고 있으나, 본 발명에 있어서는 그 분말탄의 거름재에 각종 미생물을 흡착시켜, 그대로 균번식배양하지만 그 배양은 예컨대, 상대습도가 5∼100%의 범위에서 또, 온도는 1∼70℃의 범위에서 약 1∼6일간 유지하여 실행하게 된다. 미생물군을 배양한 거름재는 따라서 실온에서 보존된다. 이 거름재는 미생물류의 서식처, 결국 배양기와 같은 서식처로서 제공된다는 것이 특징으로서, 이것을 그대로 경우에 따라서는 몇개인가를 겹쳐서 처리재로 하여 직접 폐수처리에 적용할 수 있다.

본 발명의 처리재에 균번식되는 미생물류는 (1) 배설물속의 미분해 단백질, 전분질등을 분해하는 균종, (2) 식물섬유질을 분해하는 셀룰라아제효소가 많은 균종, (3) 공기속 및 물속의 질소를 고정하여 비교가 되게 하는 균종, (4) 70∼80℃의 고온을 발생하여 병원균 등을 사멸시키는 온천균종, (5) 섬유질의 리그닌이나 석유, 세제등을 분해하여 퇴비가 되게 하는 균종, 및 (6) 해양성의 호염성효모류이다. 이것들은 그 적용대상에 따라서는 단일종이라도 좋으나 통상 여러종류가 흡착, 배양되고, 바람직하기는 그것들 모두를 동시에 혼합배양하여 균번식을 하는 거름재가 실용상 극히 바람직하다.

그것들 (1)∼(6)의 균종은 모두 이미 알려진 균류로서 (1)의 배설물속의 미분해 단백질, 전분질등을 분해하는 균종은, 학명 : 아스퍼질러스속(Aspergillus), 털곰팡이속(Macor) 및 박테리움서브틸러스(Bac. subtilus)로서 알려진 미생물류이며, (2)의 식물섬유질을 분해하는 셀루라아제효소를 많이 함유하는 균종은 학명 : 박테리움더어모피브린콜루스(Bac. thermofibrincolus) 및 박테리움메타니제네스(Bac. methanjgenes)로서 알려진 미생물이 포함된다. 또 상기 (3)의 공기속 및 물속의 질소를 고정하여 비교가 되게 하는 균종은 학명 : 박테리움 아스테로스포우러스(Bac. asterosporus) 및 클로스트리디움 파스토리아늄(Clostridium pastorianum)이다. 또한, 상기한 바 (4) 70-80℃의 고온을 발생하여 병원균 등을 사멸시키는 온천균종은 학명 : 배지아토아 알바아(Beggiatoa alba) 및 페니실리움 루테움(Penicilium luteum)이다. 상기 (5)의 섬유질의 리그닌이나 석유, 세제 등을 분해하여 퇴비로 되게 하는 균종은 푸자리움속(Fusarium) 및 스파에로틸러스 나탄스(Sphaerotilus natans)이며, (6)의 해양성의 호염성 효모류에는 학명 : 토룰라이텐(Torulaarten) 및 사카로미세스 카를 스베르기니시스(Saccharomyces carlsberginsis)이라 일컫는 이미 알려진 미생물류가 포함된다.

본 발명의 처리재에는 상기한 미생물류외에 예컨대, 유글레나라거나 물벼룩(daphnia)등의 플랑크톤(plankton)을 착상(着床)시킬 수도 있다. 그와 같은 처리재는 실지렁이나 개선충(疥癬忠)등도 발생하여 특히, 활성오물용처리재로서 한층 유효하고, 양어장의 양식과 동시에 오수처리에도 병용할 수 있다고 하는 특징이 있다.

본 발명의 생물학적 처리재는 산처리해서 물로 씻어 건조된 석회분말 또는 일정한 형상의 성형재에 미생물류를 흡착시켜, 적절한 습도와 온도조건하에서 배양하여 증식한 다량의 미생물을 균번식시킴에 따라 용이하게 제조할 수 있다. 이와같이 하여 조제된 처리재는 통상, 실온조건의 냉하고 어두운 곳에 보존하며, 필요에 따라서 선택적으로 사용된다. 한냉지에 있어서는 거름대(filter bed)속의 미생물군의 증식분렬에 의한 분자간 흡수도 있어서, 저탄열(貯炭熱)이 발생하여 예컨대, 영하 30℃의 기온에서도 1톤의 처리재의 거름대에서는 내부온도는 8℃정도로 되어 균번식이된 미생물은 활동하므로 본 발명의 균번식처리재는 극히 우수하다.

본 발명의 처리재를 예컨대, 활성오물처리의 오물 표백통에 처리재료의 일부로서 혼합사용하면, 그 표백에 의한 활성오물처리 능력은 배가하여, 그 활성오물의 석탄중량에 따라 극히 단시간에 침강한다. 더욱이 형성된 침강오물은 종래의 잉여오물과 같이 과잉발생은 확인할 수 없고, 또한 처리도중에서 새로운 오물을 끌어내면 미생물군이 부착한 석탄분말로 구성된 우수한 품질의 흑갈색비료, 퇴비를 얻을 수 있게 된다.

이 비료종류는 흑갈색이기 때문에 시비하게 되면 태양열을 지온(地溫)으로서 높이고, 벼농작등에 있어서의 증수가 인정되는 극히 바람직한 유용한 것으로서, 종래 방식이 오물처리라고 하는 낭비적인 작업은 전혀 불필요하기 때문에 운전비용(running cost)이 저렴하게 되는 특징이 있다.

본 발명의 분말처리재는 해양의 적조, 호수와 늪의 청분(靑紛)을 정화 혹은 골프장에 산포된 살충제나 제초제등의 제거와 같이 광범위하게 산포하는 사용대상에 가장 적합하다.

또, 성형된 거름재는 통상, 거름통으로서, 혹은 거름대로서 여러통 또는 여러단으로 나누어 장치화하여 운전하게 된다.

본 발명의 처리재는 제조가 용이하고 값싸게 제공될 뿐 아니라, 종래의 산처리분말탄보다 강력한 수질정화재로서 기능하여 하수도, 산업폐수나 하천, 호수와 늪의 생활배수등에 의한 오염유기물, 음식물을 푸르게 하는 착색물질과 같은 풍부한 영양에 의한 말류나 플라크톤 결국 적조등, 혹은 인이나 크롬, 카드뮴등의 금속이온등에 의한 오염을 정화하여 법의 규제값 이하로 수질을 효과적으로 정화할 수 있다.

[실시예 1]

광산에서 굴착하여낸 저품위석탄을 분쇄하여 100∼1메시로 조정한 분말을 5%의 염산수용액에 3시간 침지하여 산처리하였다. 이어서, 이것을 중성가까이 될 때까지 물로 씻은 다음 건조하였다. 그 활성화된 분말에 (1)∼(6)의 미생물류를 흡착시켜, 이것을 습도 40%, 온도 10℃로 제어된 암실속에 6일간 보유하여 6종의 미생물류가 균번식된 분말상의 생물학적 처리재를 제조하였다.

[실시예 2]

실시예 1에서 조제된 산처리활성화석탄분말에 결합제(binder)로서 시멘트를 이 분말탄의 30중량%를 첨가하여 세로 5㎝×가로 5㎝의 입장체형성형체를 다수 제작하였다. 여기에 실시예 1과 마찬가지로 하여 (1)∼(6)의 미생물류를 각각의 성형체에 흡착시켜서 배양하고, 본 발명의 생물학적 처리재 거름재를 제조하였다.

[실시예 3]

배성물이나 비료에 따라 오염된 암모니아성질소 25.5ppm과 알부미노이드성 질소 5.0ppm을 함유하는 우물물을 다음의 요령으로 정수처리하였다. 종래 통상, 여러개의 통이 설비되는 간이수도수 정화용모래여과지(10×10×20㎝)중의 한통에 실시예 2에서 제조한 성형여과재 약 10개를 넣어서 0.1㎥/분의 비율로 급속여과를 하였다. 그 결과 처리된 물은 암모니아성질소가 0.20ppm, 알부미노이드성질소가 5.0ppm으로 각기 저감하여 음료수로서도 적합한 것으로 되었다.

[실시예 4]

전체질소 : 15.8ppm, 전체인 : 5.0ppm, BOD : 150ppm, COD : 180ppm 및 N-헥산성분 5ppm을 함유한 pH가 6.8인 약간 흐린 호수와 늪 0.1㎥에 실시예 1에서 조정한 본 발명에 관한 생물학적 분말처리재 500g을 가하여 휘저어 섞었다. 처리재는 약 30분후에 모두 침강하여 맑은 정화수를 얻을 수 있었다. 그 정수에 대하여 상기 측정항목을 조사한 결과, 전체지소는 20ppm, 전체인은 0.1ppm, BOD는 3.0ppm, COD는 3.0ppm이고, N-헥산성분은 0ppm로 되어, pH는 7.0으로 되었다. 이와같이 본 발명의 처리재는 호수와 늪이라거나 도량의 정화에는 가장 적합하고, 크게 기대되는 바 있다.

[실시예 5]

실시예 2의 4각형 거름재수 10톤을 6개의 거름통에 충전하고, 정수장(filter plant)을 작성하여, 일본국 나야의 식품가공(고래베이컨제조)공장으로부터 나오는 오수(500㎥/하루)를 1시간에 걸쳐서 순차로 6개의 거름통을 통하여 여과정화를 하였다. 원래 오수의 측정항목의 내용과 여과처리된 정수의 마찬가지 내용을 표 1에 나타내었다. 더욱이 여과수의 법의 기준치로서의 각 측정항목에 대한 가부를 표속에 병기하였다.

[표 1]

이 오수처리에 있어서는 특히 염소의 제거가 극히 효과적이었다.

[실시예 6]

실시예 2의 방법으로 제조한 각형거름재 200㎏을 충전한 거름통에 하기 표 2에 나타낸 바와같은 생활오수(일본국 하네다의 기내식공장으로부터의 배수 : 약 150㎥/1일)을 ㎥/hr의 정화속도로 정화하였다.

그 각종 항목에 대한 측정결과와 함께 채용한 분석측정법을 표 2에 병기하였다. 그 결과 특히 덴뿌라나 프라이등의 폐유의 제거가 현저하였다. 이것은 아마도 거름재속의 미생물에 의하여 분해된 것이라고 추정한다.

[표 2]

[실시예 7]

6가 크롬 1.50ppm을 함유하는 크롬도금폐수 50릿터를 실시예 1에서 조제한 분말처리재 1㎏을 충전한 카드뮴컬럼(column)에 유속 5ℓ/hr의 비율로 흘러내리게하여, 경과시간마다 유출수 속에 잔류하는 6가크롬량(ppm)을 측정하였다. 경과시간과 측정한 녹아 있는 6가크롬량을 표 3에 종합하여 나타내었다.

[표 3]

이 결과로부터 본 발명의 처리재로 도금한 폐약을 처리하면 완전히 제거된다는 사실을 이해하게 된다.

골프장에 산포되는 대표적살균제 : 퀴논드-80수화제(유기구리 80%), 살충제 : 오트토란(아세페이트 50%) 및 제초제 : 시마진(CAT)에 대하여 본 발명의 처리재에 의한 정화기능을 조사하였다. 상기한 각 약제를 각기 30㎎/l, 10㎎/l 및 30㎎/l 함유하는 원료수 20l를 조제하여 실시예 1에서 제조한 분말처리재 2㎏을 충전한 층을 통과시켜서 여과액속의 각 성분을 분석함과 동시에 또한 그 여과액을 본 발명의 처리재로 재차 여과처리하여 녹아 있는 성분을 마찬가지로 측정하였다.

제1회의 여과액 및 제2회 여과액속의 각각의 잔류성분과 제거율(%) 및 처리수의 방류가부를 표 4에 나타내었다.

[표 4]

더욱이, 이와같이 하여 처리된 물은 JIS K0102에서 규정하는 방법에 준하는 송사리의 양어시험에서 48시간동안 한 마리도 죽지 않았다.

빌딩건설에 있어 수관계통의 군데군데에 본 발명의 처리용 거름재를 1㎏씩 충전한 바이패스수관을 설치하여 수계통배관의 방청 및 녹제거시험을 하였다.

30일간의 사용 추측량중의 철의 녹의 중량은 약 10g이었음에 대하여 바이패드처리수관을 통한 물은 약 1g이었고, 약 90%의 제거율이었다.

본 발명의 처리재는 분말재 혹은 성형된 거름재로서 산업폐수, 생활폐수의 정화, 오염하천이나 호수나 늪의 정화, 양어장의 용수정화처리에 유효하고, 그것들의 결과로서 배출오물의 퇴비화 및 뛰어난 토양개량제를 얻을 수 있다고 하는 이점을 지녔고, 또한, 산성폐수의 중화처리, 해수의 적조의 방지 그렇지 않으면 바다에 유출한 원유의 흡착회수의 외에 악취방지, 골프장의 농약제거등의 환경정화에도 극히 유효하고, 단시간에 신속처리될 뿐 아니라, 2차 재해의 두려움이 전혀 없기 때문에 지구환경의 좋아짐에 대한 기대는 크다.

Claims (2)

1. 석탄분말을 산처리하여 얻은 오수정화분말재 또는 입자형 거름재에 배설물속의 미분해 단백질, 전분질 등을 분해하는 균종, 식물섬유질을 분해하는 셀룰라아제 효소가 많은 균종, 공기속 및 물속의 질소를 고정하여 비교가 되게 하는 균종, 70∼80℃의 고온을 발생하여 병원균 등을 사멸시키는 온천균종, 섬유질의 리그닌이나 석유, 세제 등을 분해하여 퇴비가 되게하는 균종 및 해양성의 호염성 효모류로 이루어지는 무리로부터 선택되는 종균을 흡착, 균번식시켜서 되는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리재.
2. 제1항에 있어서, 생물학적 처리재를 미생물의 배양기적거름재, 토지개량재, 물처리재, 수관속의 스케일제거 또는 소변기에 넣어 암모니아 등을 악취 소거하는 등의 악취. 유독가스의 가스 제거재로서 사용하는 것을 특징으로 하는 생물학적 처리재의 사용방법.