WO2012096462A2 - 난분해성 폐수의 생물학적 처리방법 및 폐수처리제 - Google Patents

난분해성 폐수의 생물학적 처리방법 및 폐수처리제 Download PDF

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김종태
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김인수
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한국해양대학교 산학협력단
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    • C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales

Definitions

  • the present invention relates to a method for biological treatment of sewage, wastewater, leather wastewater and livestock manure, and in particular, it is possible to biologically treat hardly degradable wastewater without undergoing physical and chemical pretreatment, as well as various odors generated during wastewater treatment. And it relates to a biological treatment method and wastewater treatment agent of difficult-degradable wastewater to reduce the generation of sludge.
  • leather wastewater which is one of the representative high concentration hardly degradable wastewater
  • it is a high concentration and non-degradable wastewater in which various organic materials, residual chemicals and heavy metals are mixed and treated globally using only physical and chemical treatment methods. Treatment is a trend that is only used as a supplementary role.
  • the TN emission limit 60mg / l and the COD emission limit 90mg / l have been managed to a very strict standard for leather wastewater so far, but it is almost impossible to meet the emission limit with existing technologies.
  • the Ministry of Environment reduced the TN emission limit to 200 mg / l for some raw materials processing facilities.
  • the industry continues to suggest that the emission allowance standard be relaxed.
  • the current technology does not achieve satisfactory treatment level for the treatment of these hardly degradable specific wastewaters.
  • these wastewaters are not suitable for biological treatment, biological treatments are performed after physical and chemical pretreatment.
  • sludge is generated by a large amount of chemical treatment precipitation.
  • there is a severe odor problem that occurs during the treatment process as well as the sludge treatment is difficult to deal with this situation is the urgent need for the development of fundamental measures and effective treatment methods.
  • the present invention has been made to solve the above problems, to present a biological treatment of high concentration hardly degradable wastewater, such as livestock manure, leather wastewater, and to reduce the sludge generated in the wastewater treatment process
  • the purpose is to provide a biological treatment method.
  • Another object of the present invention is to provide a wastewater treatment agent for treating high concentration hardly degradable wastewater such as livestock manure and leather wastewater.
  • the biological treatment method of the hardly degradable wastewater of the present invention is a mixed microorganism BM-S-1 (Accession No. KCTC 11789BP) 0.01-1% by weight, powder chaff 0.1-1% Complex microbial liquid at 15-28 ° C. while maintaining a mixed microbial solution containing 0.1% to 1% by weight, 1 to 5% by weight molasses, 1 to 5% by weight molasses, 0.01 to 1% by weight of shiitake mushroom powder and 92 to 98% by weight of water.
  • BM-S-1 Accession No. KCTC 11789BP
  • BM-S-1 mixed microorganisms
  • a culture step of culturing the mixed raw material inoculated at high temperature Drying step of drying the cultured mixed raw material; Microbial stock production step of culturing the dried mixed raw material in a liquid state; And a microbial activity step of propagating and activating a microbial population in order to add the microbial stock solution which has been subjected to the microbial stock solution production step to the wastewater.
  • the wastewater is selected from livestock waste, leather wastewater or hardly degradable wastewater, and the microbial stock solution is in a form fixed on a carbohydrate medium.
  • Wastewater treatment agent 0.01 to 1% by weight of mixed microorganism BM-S-1 (Accession No. KCTC 11789BP), 0.1 to 1% by weight powder chaff, 0.1 to 1% by weight powder moss, 1 to 5 molasses It is prepared by mixing weight%, shiitake mushroom waste wood powder 0.01-1% by weight and water 92-98% by weight.
  • the treatment efficiency is excellent and the odor and sludge are significantly reduced.
  • FIG. 1 is a flow chart showing the biological treatment of hardly degradable wastewater in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a structural example for biological treatment of hardly degradable wastewater in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of T-N measurement values according to Experimental Example 1 of the present invention.
  • the present invention is a biological treatment method for the efficient purification of leather wastewater, livestock manure, etc., which is severely contaminated and contains a lot of hardly decomposable substances, unlike general stream sewage.
  • the mixed microorganism (BM-S-1) used in the present invention has been deposited with the deposit number KCTC11789BP on October 20, 2010, using the microbial resource center of the Korea Biotechnology Research Institute as a depositary institution.
  • the mixed microbial result presentation boaters ragwa unidentified species (Prevotellaceae_uc_s), Lactobacillus unidentified species (Lactobacillus _uc), Lactobacillus para Buk Nourishing (Lactobacillusparabuchneri), Lactobacillus unidentified species (Lactobacillaceae_uc_s) was identified separating (BM-S-1), Lactobacillus casei (Lactobacillus paracasei), Lactobacillus parapa than varnish (Lactobacillusparafarraginis), Lactobacillus kamelri Ke (Lactobacilluscamelliae), Lactobacillus Mani No.
  • TiVo lance (Lactobacillusmanihotivorans), determine species acetonitrile bakteo to Barney N-Sys (Acetobacterlovaniensis), ethanol rigen Sumi (Ethanoligenens _uc), Ner bay ragwa unidentified species (Veillonellaceae_uc_s), Lactobacillus during mm's (Lactobacillussimilis), Lactobacillus Har binen sheath (Lactobacillusharbinensis) and also a variety of bacteria, 130 species, including RY GW neck unidentified species (Rhodospirillales_uc_s) (see Table 1) and is composed of yeast (Candida boidinii) It was confirmed
  • Table 1 shows the distribution of species of mixed microorganisms (BM-S-1) according to Pyrosequencing analysis.
  • Lactobacillus sp. Suppresses the growth of harmful microorganisms such as pathogenic microorganisms by making the surrounding environment acidic or generating hydrogen peroxide. In the environment, it inhabits the remnant of decomposing plants and is present in the intestines of humans and animals and shows probiotic activity.
  • Acetobacteraceae there belongs a breathable forming the acetate from yijongeun alcohol various plant Acetobacter lovaniensis set out in Table 1 (sugar cane, potato, coffee, tea, banana, etc.) of the roots, stems, leaves, etc. Inhabits the part of.
  • Rhodospirillaceae which are purple and green rhinobacteria, which contain various organic acids and ethanol produced by Lactobacillus sp., Acetobacter sp., And other anaerobic bacteria, Ethanologenens sp. It is thought to play a major role in the purification of organic waste contaminated by ethanol) or by fixing CO 2 through photosynthesis.
  • Prevotellaceae is present at a significant density in the formulation and is found in the gut of normal warm-blooded animals (humans, animals, etc.) and converts sugars into succinic acid or acetic acid. It is also believed to contribute to the rapid decomposition of organics.
  • Dominant yeast isolated from this study was identified as Candida boidinii , which is thought to contribute to growth and organic degradation of mixed microorganisms (BM-S-1) by making bioactive substances such as vitamins and amino acids.
  • the separation process of the mixed microorganism (BM-S-1) is as follows.
  • the microorganism (BM-S-1) thus separated and used in the present invention is a microbial resource center of Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology as a depositing institution, and mixed strain (BM-S-1) (Accession No .: KCTC11789P): Deposited date 2010.10 .20).
  • the biological treatment of the hardly degradable wastewater using the separated complex microorganism (BM-S-1) is a complex microbial liquid production step, mixed raw material manufacturing step, high temperature inoculation step, culture step, drying step, microbial stock solution production step, Microbial activation step.
  • the composite microbial liquid preparation step is a mixed microorganism BM-S-1 (Accession No. KCTC 11789BP) 0.01-1% by weight, powder chaff 0.1-1% by weight, powder pitmos 0.1-1% by weight, molasses 1-5% by weight , Mixed with 1 ⁇ 8% by weight of shiitake waste wood flour and 92 ⁇ 98% by weight of water, while maintaining the temperature of 15 ⁇ 28 °C and 6-8 ⁇ 10 3 L / min air for 2-4 days ( Aeration process) and stop aeration for 2 to 4 days. This aeration and interruption process was repeated 18-36 days of culture to prepare a complex microbial liquid.
  • the conditions such as aeration is an optimized result of the present inventor's research, and may be subjected to some modifications to the culture conditions, but it is determined that such modifications do not depart from the scope of the present invention.
  • a mixed raw material consisting of 50 to 95% by weight of one or more culture materials selected from the group consisting of prefermented peat moss and rice hulls and 5 to 50% by weight of the complex microbial fluid is prepared.
  • a high temperature inoculation step of inoculating 0.01 to 1 part by weight of the mixed microorganism (BM-S-1) is performed based on 100 parts by weight of the mixed raw material.
  • the microbial agent of the present invention includes rice hulls and peat moss, which are relatively easy to obtain and have low cost as a culture raw material.
  • forest by-products, agricultural by-products or food waste may be used.
  • the culture material may be used alone or in combination with the chaff, peat moss, forest product by-products, agricultural product by-products, the culture material is preferably pre-fermented by pulverizing about 80 ⁇ 160 mesh in advance to be used as a powder.
  • the mixed and ground raw materials are put in a rotary incubator to control the moisture to maintain an environment suitable for microbial fermentation, and then inoculate soil hybrid seed (BM-S-1).
  • the complex spawn can be produced in powder form by removing the harmful microorganisms of the soil in the presence of seasonal and environmental diversity without artificial filtration through the environmental adaptation process for 6 to 9 months on the carbohydrate medium.
  • the preparation of the microbial preparation according to the present invention it is preferable to inoculate 0.01 to 1 parts by weight of the mixed seed (BM-S-1) based on 100 parts by weight of the total weight of the mixed raw material.
  • the mixture is subjected to a high temperature inoculation step of inoculating for 4 to 6 hours at 65 °C to 85 °C.
  • the present invention is carried out under high temperature conditions, considering that it is common that the usual microbial inoculation is in the range of 20 ° C to 40 ° C.
  • the culture material inoculated with the soil complex seedling is stirred at a rate of 60 to 180 rpm / min for 4 to 6 hours at 65 °C to 85 °C. This is carried out at 65 °C or more to induce thermal degeneration of the media components to induce the growth of soil microorganisms, it is to be carried out at 85 °C or less to induce the activity of the soil microbial complex according to the present invention.
  • the reason why the high temperature inoculation was selected is that the variety of the species in the high temperature culture than the low and medium temperature is 3 ⁇ compared with the medium and low temperature culture of 20 ⁇ 40 o C and the high temperature culture of 65 ⁇ 85 °C. Based on the results of the difference about 5 times, the high temperature inoculation was performed.
  • the cultured mixed raw material is optionally cooled to room temperature, and then put into a porous porous container and incubated for 28 to 45 days, followed by drying.
  • the hydration power moisture affinity
  • 13 to 16 parts by weight of the composite microbial liquid may further include a molding step of adding a carrier to a post-fermentation completed powder to a molding machine.
  • the molding process is not particularly limited, and in one embodiment of the present invention, when the cultured microbial agent is processed into pellets, the molding process was performed using a molding machine having a processing capacity of 500 to 700 kg per hour.
  • the drying step can be used in all known drying methods in the range that there is no fear of thermal degradation of the microorganisms, there is no particular limitation. In one embodiment of the present invention was carried out hot air drying in the range 40 to 60 °C.
  • the present invention undergoes a microbial stock solution production step of culturing the dried mixed raw material in a liquid state, and a microbial activity step of propagating and activating a microbial population in order to introduce the microbial stock solution that has undergone the microbial stock solution production step into the wastewater.
  • the form of activating and adding the microorganism is a method for stably and continuously maintaining the activity of the microorganism, and various known methods are already known as specific methods of the microorganism.
  • the wastewater treatment method of the present invention high COD value and high concentration of nitrogenous leather wastewater and livestock manure can be specifically reduced to a level below the reference value using the microbial agent according to the present invention.
  • the microbial agent of the present invention may contain various additives, for example, minerals (coagulants), alginic acid and salts thereof, organic acids, protective colloid thickeners, preparations used for molding, and the like, as necessary.
  • the addition method of the microbial agent which can be prepared as described above can be used as long as it can be uniformly dispersed in the treatment tank.
  • microorganisms may be directly added directly from the storage container while air is put into the wastewater of the treatment tank and agitation is performed by drainage purification or agitator.
  • the residence time of the wastewater in the entire plurality of treatment tanks is adjusted to be at least 0.3 days up to about 28 days. In particular, it is preferable to adjust so that a residence time may be about 0.5 to 11 days.
  • 3-5 tanks are preferable from a viewpoint of efficiency and apparatus cost.
  • the treatment of the microbial agent is managed by measuring pH, DO (dissolved oxygen), COD values before and after treatment, and the like.
  • the pH is 4.0-8.5, preferably 5.5-8.0, and a narrower management range may be selected depending on the nature of the wastewater.
  • DO is 3.0 mg / l to 13.0 mg / l, preferably 5.0 mg / l to 9.0 mg / l.
  • the pH can be controlled by the addition of acid or alkali, and the DO can be controlled by adjusting the amount of water purification by putting air into the sewage. Direct determination of the concentration of a specific compound may be possible, but as a practical method of management, it is practical to use CODmn as a value corresponding to the concentration.
  • the concentration of both the inlet of the first wastewater treatment tank and the outlet of the final treatment tank it is preferable to measure the concentration of both the inlet of the first wastewater treatment tank and the outlet of the final treatment tank.
  • carbon, nitrogen or organic nutrients and inorganic salts suitable for the growth of microorganisms can be introduced.
  • Polypeptone, yeast extract, meat extract, molasses, etc. are administered as organic nutrients
  • various phosphates, magnesium salts, etc. are administered as inorganic nutrients
  • the amount of organic nutrients is 0.001 to 0.005 mass% of waste water, preferably 0.001 to 0.002% by weight.
  • the inorganic nutrient is about 0.01 to 0.1% by weight of the organic nutrient. This amount is not limited and is appropriately selected depending on the nature and state of the wastewater.
  • the wastewater treatment method using the microbial agent obtained by the above-described composition not only meets the current wastewater discharge standard, but also applies sludge, which generated about 40 to 50 tons per day in sludge generation for 6 months, on average 85%. This reduces the cost of 40 ⁇ 50 million won. Moreover, the cost of sludge disposal is expected to be astronomical after 2011, when dumping at sea is prohibited.
  • Microorganism-containing soil samples (bamboo lumber, pine lumber, oak lumber, hardwood lumber) are heat-treated at 60 ° C for 30 minutes, finely ground in a mortar and then 1g of sample is suspended in 9ml of 0.85% NaCl. After that, it was diluted to 10 0-10 -6 . 100 ⁇ l of each dilution suspension was plated in TSA, BL, BBL medium (DIFCO) and incubated at 28 ° C. to cultivate mixed microorganisms.
  • BM-S-1 mixed microorganism cultured as above, 0.2kg powder chaff 0.2kg, 0.2kg powder pit moss, 2.5kg molasses and 0.1kg shiitake waste wood flour mixed with water suitable for drinking water standards and weighed 100kg After it was carried out, while maintaining 15 to 28 °C was carried out while adding a 60cm 3 / min of air for 3 days, and the culture process was repeated for 30 days to stop aeration for 3 days to prepare a composite microbial liquid. The total microbial count of the complex microbial solution was 2.8 ⁇ 10 9 cfu / g.
  • the inoculated culture raw material was rotated at a speed of 120 rpm / min, and the exothermic culture state of 65-80 ° C. in the incubator was performed for 5 hours. Thereafter, the cultured raw material was cooled to 20 ° C., and then hot air dried at 60 ° C. to prepare 90 kg of a powdery microbial agent having a water content of less than 10%.
  • the microbial agent according to the embodiment of the present invention was applied to a joint wastewater treatment facility operated by Busan Sinpyeong Janglim Leather Association.
  • the present invention relates to a method for biological treatment of sewage, wastewater, leather wastewater and livestock manure, and in particular, it is possible to biologically treat hardly degradable wastewater without undergoing physical and chemical pretreatment, as well as various odors generated during wastewater treatment. And biological treatment methods and wastewater treatment agents for hardly degradable wastewater which can reduce the generation of sludge.

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Abstract

본 발명은 하,폐수, 피혁폐수 및 축산분뇨의 생물학적 처리방법에 관한 것으로서, 특히 난분해성 폐수를 물리·화학적으로 전처리를 거치지 않고 생물학적으로 처리할 수 있도록 함은 물론 폐수처리과정에서 발생하는 각종 악취 및 슬러지의 발생도 저감시킬 수 있도록 하는 난분해성 폐수의 생물학적 처리방법 및 폐수 처리제에 관한 것이다. 본 발명의 난분해성 난분해성 폐수의 생물학적 처리 방법은 혼합 미생물 BM-S-1(기탁번호 KCTC 11789BP) 0.01∼1 중량%, 분말왕겨 0.1∼1중량%, 분말피트모스 0.1∼1중량%, 당밀 1∼5중량%, 표고버섯 폐목가루 0.01∼1중량% 및 물 92∼98중량% 를 혼합한 복합 미생물 액제를 15∼28℃로 유지하며 복합 미생물 액제를 제조하는 단계; 배양원료 50 내지 95중량% 및 상기 복합 미생물 액제 5 내지 50중량%를 혼합하여 구성하는 혼합원료 제조단계; 65℃ ~ 85℃의 고온의 조건에서, 상기 혼합원료 100중량부에 대해 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1 중량부를 접종하는 고온 접종단계; 상기 고온 접종된 혼합원료를 배양하는 배양단계; 상기 배양된 혼합원료를 건조하는 건조단계; 상기 건조된 혼합원료를 액제상태로 배양하는 미생물원액 제조단계; 및 상기 미생물원액 제조단계를 거친 미생물원액을 폐수에 투입하기 위해 미생물 개체수를 증식시키고 활성화시키는 미생물활성단계;를 포함한다.

Description

난분해성 폐수의 생물학적 처리방법 및 폐수처리제
본 발명은 하,폐수, 피혁폐수 및 축산분뇨의 생물학적 처리방법에 관한 것으로서, 특히 난분해성 폐수를 물리·화학적으로 전처리를 거치지 않고 생물학적으로 처리할 수 있도록 함은 물론 폐수처리과정에서 발생하는 각종 악취 및 슬러지의 발생도 저감시킬 수 있도록 하는 난분해성 폐수의 생물학적 처리방법 및 폐수 처리제에 관한 것이다.
일반적으로 고농도 난분해성 폐수를 배출하는 산업은 다양한 수 생태 환경의 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다. 특히, 고농도 난분해성 폐수 배출 업체 중에서도 축산농가는 대부분이 영세하며 넓은 수 생태 환경과 접하는 상수원 지역에 밀집되어 있어 그 심각성이 더 크다고 하겠다. 또한, 축산농가에서는 축산분뇨처리시 다량의 슬러지(sludge, 물이나 기름 등에 혼합된 불순물이 밑바닥에 침전된 것을 말함)가 발생하여 이를 처리하는 비용의 증가로 축산농가의 운영에 심각한 문제로 다가오고 있다.
또한 대표적인 고농도 난분해성 폐수 중의 하나인 피혁 제조업체에서 발생되는 피혁폐수의 경우 각종 유기물과 잔존 화학약품, 중금속 등이 혼재하는 고농도,난분해성 폐수로써 전 세계적으로 물리, 화학적 처리방법만으로 처리하고, 생물학적인 처리방법은 단순히 보조적인 역할로서만 이용되고 있는 추세이다.
국내의 경우 현재까지 피혁폐수의 경우 T-N 배출허용기준 60mg/l와 COD 배출허용기준 90mg/l는 매우 엄격한 기준으로 관리하였으나, 현존하는 기술로는 배출허용기준을 충족시키기가 거의 불가능한 수준으로 판단하여 2004년에는 환경부에서 일부 원피가공시설에 한하여 제한적으로 T-N 배출 허용기준을 200mg/l로 완화한바 있으며. 2010년 8월 현재도 배출허용 기준을 완화해 달라는 업계의 건의가 계속되고 있는 실정이다.
*즉, 현재까지의 기술로는 이러한 난분해성 특정폐수의 처리에 있어서 만족할 만한 처리수준을 달성하지 못하고 있으며, 더욱이 이들 폐수는 생물학적 처리에 적합하지 않다는 판단 때문에 물리,화학적 전처리를 한 후 생물학적 처리를 하고 있어 다량의 화학처리 침전에 의한 슬러지가 발생되는 경우가 대부분이다. 또한, 처리과정 중에서 발생하는 심한 악취문제와 더불어 슬러지 처리에 어려움을 겪고 있어 이에 대한 근본적 대책과 효과적인 처리방법의 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 축산분뇨,피혁폐수와 같은 고농도 난분해성 폐수의 생물학적 처리가능성을 제시하고자 하였으며, 폐수처리 과정에서 발생하던 슬러지를 저감시킬 수 있도록 난분해성 폐수의 생물학적 처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 축산분뇨, 피혁폐수와 같은 고농도 난분해성 폐수의 처리하는 폐수 처리제를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 난분해성 난분해성 폐수의 생물학적 처리 방법은 혼합 미생물 BM-S-1(기탁번호 KCTC 11789BP) 0.01∼1 중량%, 분말왕겨 0.1∼1중량%, 분말피트모스 0.1∼1중량%, 당밀 1∼5중량%, 표고버섯 폐목가루 0.01∼1중량% 및 물 92∼98중량% 를 혼합한 복합 미생물 액제를 15∼28℃로 유지하며 복합 미생물 액제를 제조하는 단계; 배양원료 50 내지 95중량% 및 상기 복합 미생물 액제 5 내지 50중량%를 혼합하여 구성하는 혼합원료 제조단계; 65℃ ~ 85℃의 고온의 조건에서, 상기 혼합원료 100중량부에 대해 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1 중량부를 접종하는 고온 접종단계; 상기 고온 접종된 혼합원료를 배양하는 배양단계; 상기 배양된 혼합원료를 건조하는 건조단계; 상기 건조된 혼합원료를 액제상태로 배양하는 미생물원액 제조단계; 및 상기 미생물원액 제조단계를 거친 미생물원액을 폐수에 투입하기 위해 미생물 개체수를 증식시키고 활성화시키는 미생물활성단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 폐수는 축산분뇨, 피혁폐수 또는 난분해성 폐수 중에서 선택되며, 상기 미생물 원액은 탄수화물 배지에 고정된 형태이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐수 처리제는 혼합 미생물 BM-S-1(기탁번호 KCTC 11789BP) 0.01∼1 중량%, 분말왕겨 0.1∼1중량%, 분말피트모스 0.1∼1중량%, 당밀 1∼5중량%, 표고버섯 폐목가루 0.01∼1중량% 및 물 92∼98중량% 를 혼합하여 제조된다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.
먼저, 고농도이면서 난분해성으로 알려진 축산분뇨와 피혁폐수를 순 생물학적 처리만으로도 기존의 물리·화학적 처리를 하는 공법과 비교하여 처리효율이 우수하고 악취의 발생과 슬러지의 발생을 현저히 감소시키는 효과가 발휘된다.
뿐만 아니라, 농가나 기업의 환경 부담금을 저감시켜 생산 원가를 절감시킬 수 있는 효과도 발휘된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 난분해성 폐수의 생물학적 처리를 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 난분해성 폐수의 생물학적 처리를 위한 구성 예.
도 3은 본 발명의 실험예 1에 따른, T-N 측정값의 도식화한 도면.
이하 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 일반 하천 오수와는 달리 오염 정도가 심하고, 난분해성 물질이 많이 함유된 피혁 폐수, 축산 분뇨 등을 효율적으로 정화하기 위한 생물학적 처리방법이다.
먼저, 본 발명에서 사용되는 혼합 미생물(BM-S-1)는 한국 생명 공학 연구원 미생물 자원 센터를 기탁기관으로 하여 2010년 10월 20일에 기탁번호제KCTC11789BP로 기탁되어 있다. 상기 혼합 미생물(BM-S-1)을 분리동정한 결과 프레보텔라과미확인종(Prevotellaceae_uc_s),락토바실러스미확인종(Lactobacillus_uc),락토바실러스파라부크너리(Lactobacillusparabuchneri),락토바실러스미확인종(Lactobacillaceae_uc_s), 락토바실러스카제이(Lactobacillus paracasei), 락토바실러스 파라파라기니스(Lactobacillusparafarraginis),락토바실러스카멜리애(Lactobacilluscamelliae),락토바실러스마니호티보란스(Lactobacillusmanihotivorans),아세토박터로바니엔시스(Acetobacterlovaniensis),에타놀리겐스미확인종(Ethanoligenens_uc),베이로넬라과미확인종(Veillonellaceae_uc_s),락토바실러스시밀리스(Lactobacillussimilis),락토바실러스하르비넨시스(Lactobacillusharbinensis)및로도스피릴라목미확인종(Rhodospirillales_uc_s)을 포함하는 130여종의 다양한 세균 (표 1 참조) 그리고 효모 (Candida boidinii)로 구성되어 있음을 확인하였다
다음 표 1는 Pyrosequencing 분석에 따른 혼합 미생물(BM-S-1)의 종의 분포를 나타낸 표이다
표 1
종명 비율(%)
Prevotellaceae_uc_s 22.2
Lactobacillus_uc 17.7
Lactobacillus parabuchneri 6.9
Lactobacillaceae_uc_s 6.5
Lactobacillus paracasei 5.8
Lactobacillus parafarraginis 4.3
Lactobacillus camelliae 3.0
Lactobacillus manihotivorans 2.4
Acetobacter lovaniensis 2.3
Lactobacillus collinoides 2.2
Lactobacillus vini 2.0
Lactobacillus hilgardii 1.8
Lactobacillus pentosus 1.7
Lactobacillus rapi 1.5
Lactobacillus pantheris 1.3
Ethanoligenens_uc 1.2
Veillonellaceae_uc_s 1.2
Lactobacillus similis 1.2
Lactobacillus harbinensis 1.0
Rhodospirillales_uc_s 0.5
Others 13.8
Total 100.0
* 총6801 클론을 분석한 결과임;** uc_s는 미분류종(unclassified species)을 의미
여기서 Lactobacillus sp.는 주위환경을 산성조건으로 만들거나 과산화수소를 발생시켜 병원성미생물 등 유해한 미생물의 생장을 억제한다. 환경에서는 주로 분해되는 식물의 잔재에 서식하며 사람이나 동물의 장에도 존재하면서 probiotic 활성을 나타낸다. Rhodospirillales 목에는 Acetobacteraceae와 Rhodospirillaceae로 나누어지는데 Acetobacteraceae에는 표 1에 제시된 Acetobacter lovaniensis가 속하며 이종은 알코올로부터 초산을 형성하는 호기성으로서 다양한 식물(사탕수수, 고구마, 커피, 차, 바나나 등)의 뿌리, 줄기, 잎 등의 부분에 서식한다.
또한 Rhodospirillaceae에는 자색비황세균 및 녹색비황세균이 속하는데 이들은 본 미생물제제에 존재하는 유산균(Lactobacillus sp.), 초산균(Acetobacter sp.) 및 기타 혐기성균(Ethanoligenens sp.)이 생성하는 여러 유기산이나 에탄올(ethanol) 을 이용하여 성장하거나 광합성과정을 통하여 CO2를 고정하여 유기물로 오염된 폐수를 정화는 주요한 역할을 하는 것으로 사료된다. 본 제제에 상당한 밀도로 존재하는 것으로 Prevotellaceae는 정상적인 온혈동물(사람, 동물 등)의 장에 주로 존재하면서 당을 숙신산(succinic acid) 이나 초산으로 변환하는 역할을 하며. 또한 유기물의 신속한 분해에 기여하는 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서 분리된 우점종 효모는 Candida boidinii로 동정되었으며 이는 비타민이나 아미노산 등의 생리활성물질을 만들어서 상기 혼합미생물(BM-S-1)의 성장과 유기물분해에 기여하는 것으로 추측된다.
이러한 혼합 미생물(BM-S-1)의 분리과정은 다음과 같다.
토양시료(대나무부엽토, 반추위미소화물, 활엽수부엽토)를 채취하여 80~120mesh로 분쇄한 배지(쌀겨, 왕겨, 톱밥, 계란껍질, 조개껍질, 피트모스)에 혼합하여 수분활성도 40~60%가 되도록 하여 90일간 반그늘 상태의 토양 위에서 배양한다.
쌀겨10중량%, 왕겨40중량%, 피트모스 25중량%, 톱밥25중량%을 혼합한 배지를 수분활성도 60%로 조절 후, 여기에 전체 배지 100중량부 대비 상기 배양과정을 거친 시료 0.01중량부를 접종하여 온도 80~90℃에서 4시간 동안 회전발효시킨 다음, 3주 후 발효하여 수분농도 8%이하의 분말상의 혼합 미생물을 제조하였다. 이와 같이 분리되어 본 발명에 사용되는 미생물(BM-S-1)은 한국생명공학연구원 미생물 자원센터를 기탁기관으로 하여, 혼합균주(BM-S-1)(기탁번호:KCTC11789P): 기탁일자 2010.10.20)로 기탁되어 있다.
이와 같이 분리된 복합 미생물(BM-S-1)을 이용한 난분해성 폐수의 생물학적 처리공정은, 복합 미생물액제 제조단계, 혼합원료 제조 단계, 고온 접종단계, 배양단계, 건조단계, 미생물원액 제조단계, 미생물활성화 단계을 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 복합 미생물액제 제조단계는 혼합 미생물 BM-S-1(기탁번호 KCTC 11789BP) 0.01∼1 중량%, 분말왕겨 0.1∼1중량%, 분말피트모스 0.1∼1중량%, 당밀 1∼5중량%, 표고버섯 폐목가루 0.01∼1중량% 및 물 92∼98중량% 를 혼합한 복합 미생물 액제를 15∼28℃ 를 유지하며 6∼8×103 L/min의 공기를 2∼4일간 투입하면서(폭기과정) 수행하고, 2∼4일간 폭기과정을 중단한다. 이러한 폭기와 중단과정을 18∼36일간 반복수행 배양하여, 복합 미생물 액제를 제조하였다. 상기 폭기 등의 조건은 본 발명자의 연구결과 최적화된 결과이며, 상기 배양조건에 다소의 변형을 가할 수 있으나 그러한 변형이 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않을 것으로 판단된다.
이와 같은 복합 미생물액제를 제조한 후에는 예비발효된 피트모스와 왕겨로 이루어진 군으로 선택된 1종 이상의 배양원료 50 내지 95중량% 및 상기 복합 미생물 액제 5 내지 50중량%로 구성된 혼합원료를 제조한다.
그리고, 혼합원료 100중량부에 대해 혼합 미생물 (BM-S-1) 0.01 내지 1 중량부를 접종하는 고온 접종단계를 수행한다.
본 발명의 미생물제는 배양원료로서 비교적 구하기 용이하고 원가부담이 적은 왕겨, 피트모스를 포함한다. 여기에, 임산물 부산물, 농산물 부산물 또는 음식물찌꺼기 등을 사용할 수 있다. 상기 배양원료는 상기 왕겨, 피트모스, 임산물 부산물, 농산물 부산물 단독으로 또는 조합되어 사용되어도 무방하나, 상기 배양원료는 미리 80~160 메쉬 정도로 분쇄하여 예비발효하여 분말상으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 혼합, 분쇄된 원료 들을 회전배양기에 넣고 미생물 발효에 적절한 환경을 유지하기 위해 수분을 조절한 다음, 토양복합종균(BM-S-1)을 접종한다.
상기 복합종균은 계절적, 환경적 다양성이 존재하는 토양의 미생물상을 인위적인 여과 없이 그대로 채취하여 탄수화물배지상에서 6~9개월간 환경적응과정을 거치면서 유해성을 제거하여 분말상으로 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 미생물제제의 제조시에는 상기 혼합종균(BM-S-1)을 혼합원료 총중량 100중량부에 대해, 0.01 내지 1 중량부를 접종하는 것이 바람직하다.
상기 혼합원료를 65℃ 내지 85℃에서 4 내지 6시간 동안 접종시키는 고온 접종단계를 거치게 된다. 보통의 미생물접종은 20℃ 내지 40℃ 범위에서 이루어지는 것이 일반적인 것임을 고려하면, 본 발명은 고온의 조건에서 수행된다는 것을 알 수 있다. 특히, 본 발명의 일실시예에서는 상기 토양복합종균이 접종된 배양원료는 65℃ 내지 85℃에서 4 내지 6시간 동안 60 ~ 180rpm/min의 속도로 교반한다. 이는 배지성분들의 열변성을 유도하여 토양미생물의 증식을 유도하기 위해 65℃ 이상에서 수행하나, 본 발명에 따른 토양미생물 복합균의 활성도를 유도하기 위해 85℃이하에서 수행하는 것이다.
또한, 이와 같이 고온접종을 선택한 이유는, 20~40oC의 중저온 배양과 65~85℃의 고온배양에 따른 토양균주의 다양성을 비교해 보건대, 중저온성보다 고온배양에서 균종의 다양성이 3~5배 정도의 차이를 가진데 대한 결과를 바탕으로 고온접종을 하게 되었다.
상기 고온접종단계 후, 선택적으로 상기 배양된 혼합원료를 실온까지 자연냉각한 후 통기성이 있는 다공성 용기에 투입하여 28 내지 45일간 배양시킨 다음 건조시킨다. 이때 120메시 이하로 분쇄하여 수화력(수분친화력)을 최대한 증가시켜 미세분말상의 수화력이 높은 미생물파우더제품을 제조할 수 있다. 또한 상기 복합미생물 액제 13 내지 16 중량부를 후발효가 완료된 분말상에 첨가하여 성형기를 이용하여 담체화하는 성형단계를 추가로 포함할 수 있다.
건조되거나 분쇄과정을 거쳐 분말상으로 제조될 수도 있으나, 필요에 따라 선택적으로 성형과정을 거칠 수 있기 때문에 성형을 위하여 수분을 공급하는 것이다. 상기 성형과정은 특별한 제한은 없으며, 본 발명의 일실시예에서는 배양된 미생물제제를 펠렛형으로 가공할 경우 시간당 500 내지 700kg 처리용량의 성형기를 이용하여 성형하였다.
즉, 상기 배양 또는 성형 단계 후에는 상기 배양된 미생물 제제를 후발효하는 숙성단계를 수행할 수도 있다. 그리고 건조 단계는 미생물의 열변성의 우려가 없는 범위에서 공지의 건조방법 모두 사용가능하며 특별한 제한은 없다. 본 발명의 일실시예에서는 40 내지 60℃ 범위에서 열풍건조를 수행하였다.
그리고, 본 발명은 상기 건조된 혼합원료를 액제상태로 배양하는 미생물원액 제조단계와, 상기 미생물원액 제조단계를 거친 미생물원액을 폐수에 투입하기 위해 미생물 개체수를 증식시키고 활성화시키는 미생물활성단계를 거친다.
이는 미생물들을 폐수처리조에 직접 첨가하는 것보다, 미생물들의 빠른 기능발휘가 가능하도록 하여, 현장에서 활성화된 상태로 투입하는 것이 효과적이기 때문이다. 이와 같이 미생물을 활성화시키기 위하여, 희석에 의한 미생물의 활성 유도를 시도하거나, 혹은 적응 폐수의 방류수가 10내지 20중량%가 혼합된 액배지 상에서 활성화시키는 것이 보다 유리하다. 즉 활성화 배지를 이용하면 미생물의 활성이 높아지고, 분해 기간이 단축되기 때문에, 이 방법이 보다 바람직하다.
그리고 미생물을 활성화하여 첨가하는 형태는 미생물의 활성을 안정적이고 지속적으로 유지하기위한 방법이며, 이와 같은 방법의 구체적인 것으로는 공지의 각종 방법들이 이미 알려져 있다.
상기의 본 발명의 폐수 처리 방법에 따라, 높은 COD값 및 고농도의 질소질함유 피혁폐수, 축산분뇨를 본 발명에 따른 미생물 제제를 이용하여 구체적으로는 기준치 이하의 수준으로 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 미생물제제는 필요에 따라 여러 가지 첨가제, 예를 들면 광물(응집제), 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, 성형화에 사용되는 제제 등을 함유할 수 있다. 상기와 같이 제조될 수 있는 미생물제제의 첨가 방법은 처리조내에 균일하게 분산할 수 있는 것인 한 어떠한 방법이어도 사용할 수 있다. 예를 들면, 처리조의 폐수 속에 공기를 넣어 배수정화 또는 교반기 등에 의한 교반을 행하면서 미생물을 저장 용기로부터 수동으로 직접 투입하여도 무방하다. 폐수를 처리하는 복수 처리조 전체의 용량과 체류 기간은 폐수량에 따라서 다르지만 일반적으로는 복수 처리조 전체에 있어서의 폐수의 체류 시간이 최소 0.3일부터 최장 28일 정도가 되도록 조정된다. 특히 체류 시간이 0.5일부터 11일정도가 되도록 조정되는 것이 바람직하다. 또, 구성되는 처리조의 수에는 제한은 없지만, 효율, 장치 비용의 관점으로부터 3 내지 5조가 바람직하다.
미생물제제의 처리는 pH, DO(용존 산소), 처리 전후의 COD값 등을 측정하여 관리한다. pH는 4.0~8.5, 바람직하게는 5.5~8.0이며, 폐수의 성질에 따라 더욱 좁은 관리폭이 선택될 수 있다. DO는 3.0mg/l~13.0mg/l, 바람직하게는 5.0mg/l~9.0mg/l이다. pH는 산 또는 알칼리의 첨가에 의해, DO는 하수 속에 공기를 넣어 배수 정화량의 조절에 의해 제어할 수 있다. 특정 화합물의 농도 측정은 직접적인 정량도 가능하겠지만, 관리상의 실제적 방법으로서는 농도에 대응하는 값으로 하여 CODmn를 이용하는 것이 실제적이다. CODmn의 측정은 최초 폐수 처리조 입구와 최종 처리조의 출구 쌍방의 농도를 측정하는 것이 바람직하다. 폐수처리과정에서는 미생물의 생육에 적당한 탄소원, 질소원 혹은 유기 영양원, 무기염이 투입될 수 있다. 유기 영양원으로서 폴리 펩톤, 효모 엑기스, 고기 엑기스, 당밀 등을, 무기 영양원으로서 각종 인산염, 마그네슘염 등이 투여되고 그 첨가량은 유기 영양원은 폐수량의 0.001~0.005 질량%, 바람직하게는 0.001~0.002 중량%이며, 무기 영양원은 유기 영양원의 0.01~0.1 중량% 정도이다. 이 양은 한정적인 것은 아니고, 폐수의 성질이나 상태에 의해 적당히 선택된다.
상기한 구성에 의해 얻어지는 미생물 제제를 이용한 폐수처리방법은 현재의 폐수배출 허용기준을 만족하는 것뿐만 아니라, 슬러지 발생량에 있어서 처리전 매일 40~50톤 가량 발생하던 슬러지를 6개월간 적용한 결과 평균 85%를 감소시키며, 이는 4천~5천만원의 비용절감 효과를 가진다. 더욱이 해양투기가 금지되는 2011년 이후에는 슬러지 처리비용이 천문학적으로 발생될 것으로 예상된다.
이하 본 발명의 내용을 실시 예 및 시험 예를 통하여 구체적으로 설명하였다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 혼합 미생물의 배양
*미생물이 함유된 토양시료(대나무부엽토, 소나무부엽토, 참나무폐목, 활엽수부엽토)를 60℃에서 30분 동안 열처리한 후 막자사발에서 곱게 갈아 준비해 둔 다음, 시료 1g을 취하여 0.85 % NaCl 9㎖에 현탁한 후, 100내지 10-6로 희석하였다. 각각의 희석 현탁액 100 ㎕를 TSA, BL, BBL 배지(DIFCO 사)에 도말하여 28℃에서 배양하여 혼합 미생물을 배양하였다.
실시예 2 폐수처리제의 제조
상기와 같이 배양된 혼합 미생물(BM-S-1) 0.05kg, 분말왕겨 0.2kg, 분말피트모스0.2kg, 당밀 2.5kg 및 표고버섯 폐목가루 0.1kg을 음용수 기준에 적합한 물과 혼합하여 무게가 100kg이 되도록 한 후, 15 내지 28℃를 유지하며 3일간 60cm3/min의 공기를 투입하면서 수행하고, 3일간 폭기를 중단하는 과정을 30일간 반복 배양하여 복합미생물액제를 제조하였다. 상기 복합미생물 액제의 총균수는 2.8×109 cfu/g이였다.
그리고 이와는 별도로 미리 분쇄한 45kg의 왕겨, 45kg의 피트모스 분말을 회전목배양기에 넣고 30분간 혼합하였다. 상기 혼합된 원료에 복합 미생물 액제 10kg을 넣어 수분활성 농도 50~60%로 조절한 다음, 상기 토양미생물 복합 종균을 배양원료 전체 중량의 0.02%로 접종하였다.
접종된 배양원료를 120rpm/min 의 속도로 회전하면서 배양기 내부 온도 65~80℃의 발열 배양 상태를 5시간 진행하였다. 이후 배양 완료된 원료를 20℃으로 냉각한 다음 열풍건조 60℃의 과정을 거쳐 수분함량 10% 미만의 분말상 미생물 제제 90kg 을 제조하였다.
<실험예 1> 피혁폐수에의 적용.
부산 신평 장림 피혁조합에서 운용하는 공동 폐수처리 시설에 본 발명 실시 예에 따른 미생물 제제를 적용하였다.
먼저 1톤 탱크에 종균 5kg과 상기 분말상의 미생물제제 15kg 및 당밀 25kg을 넣고 교반하면서 내용물을 24시간 숙성시킨 후 숙성된 내용물 1톤을 10톤의 물에 1차 희석하여 24시간 활성화유도후 30톤 탱크에 넣었다.
30톤 탱크의 안전재고(safety inventory)가 20톤일 때 위 희석액 10톤을 넣어 사용하였다. 30톤에 든 미생물 액상 제제를 1일 5톤씩 유량조절 다른 화학적 처리과정은 수행하지 않았으며, 그 결과 슬러지 발생량은 거의 없었으며, 악취가 감소되었다.
하기 표 2 및 표 3(미생물 제제를 활용한 피혁폐수처리의 실험예)에서와 같이 BOD, COD 및 T-N 등의 측정값에서 확인할 수 있듯이 방류수 수질이 획기적으로 개선되었다.
표 2
구분 7월 8월 9월 10월
COD SS T-N COD SS T-N COD SS T-N COD SS T-N
원수 2100 2500 700 2200 2400 680 2150 2550 710 2200 2400 800
1차침전조 250 1000 240 260 980 231 210 931 210 220 930 210
2차침전조 90 100 93 88 96 91 82 91 91 91 120 96
3차침전조 15 12 25 18 15 29 23 12 21 10 15 12
처리효율(%)** 95.7 96.0 86.7 96.0 96.0 86.6 96.2 96.4 87.2 95.9 95.0 88.0
처리효율(%)*** 99.3 99.5 96.4 99.2 99.4 95.7 98.9 99.5 97.0 99.5 99.4 98.5
표 3
구분 11월 12월
COD SS T-N COD SS T-N
원수 2500 2600 800 2400 2300 650
1차침전조 230 1020 250 270 1100 270
2차침전조 96 99 102 110 121 108
3차침전조 27 25 30 45 27 50
처리효율(%)** 96.2 96.2 87.3 95.4 94.7 83.4
처리효율(%)*** 98.9 99.0 96.3 98.1 98.8 92.3
상기 표 2 및 표 3에서, 단위: ㎎/; ** 원수대비 2차 침전조의 처리효율임; *** 원수대비 3차 침전조의 처리효율임
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것으로 본다.
본 발명은 하,폐수, 피혁폐수 및 축산분뇨의 생물학적 처리방법에 관한 것으로서, 특히 난분해성 폐수를 물리·화학적으로 전처리를 거치지 않고 생물학적으로 처리할 수 있도록 함은 물론 폐수처리과정에서 발생하는 각종 악취 및 슬러지의 발생도 저감시킬 수 있도록 하는 난분해성 폐수의 생물학적 처리방법 및 폐수 처리제 분야에 이용가능하다.

Claims (4)

  1. 혼합 미생물 BM-S-1(기탁번호 KCTC 11789BP) 0.01∼1 중량%, 분말왕겨 0.1∼1중량%, 분말피트모스 0.1∼1중량%, 당밀 1∼5중량%, 표고버섯 폐목가루 0.01∼1중량% 및 물 92∼98중량% 를 혼합한 복합 미생물 액제를 15∼28℃로 유지하며 복합 미생물 액제를 제조하는 단계;
    배양원료 50 내지 95중량% 및 상기 복합 미생물 액제 5 내지 50중량%를 혼합하여 구성하는 혼합원료 제조단계;
    65℃ ~ 85℃의 고온의 조건에서, 상기 혼합원료 100중량부에 대해 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1 중량부를 접종하는 고온 접종단계;
    상기 고온 접종된 혼합원료를 배양하는 배양단계;
    상기 배양된 혼합원료를 건조하는 건조단계;
    상기 건조된 혼합원료를 액제상태로 배양하는 미생물원액 제조단계; 및
    상기 미생물원액 제조단계를 거친 미생물원액을 폐수에 투입하기 위해 미생물 개체수를 증식시키고 활성화시키는 미생물활성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난분해성 폐수의 생물학적 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폐수는 축산분뇨, 피혁폐수 또는 난분해성 폐수 중에서 선택됨을 특징으로 하는 난분해성 폐수의 생물학적 처리방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 미생물 원액은 탄수화물 배지에 고정된 형태인 것을 특징으로 하는 난분해성 폐수의 생물학적 처리방법.
  4. 혼합 미생물 BM-S-1(기탁번호 KCTC 11789BP) 0.01∼1 중량%, 분말왕겨 0.1∼1중량%, 분말피트모스 0.1∼1중량%, 당밀 1∼5중량%, 표고버섯 폐목가루 0.01∼1중량% 및 물 92∼98중량% 를 혼합하여 제조되며, 폐수처리에 이용되는 것을 특징으로 하는 폐수처리제.
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