[신사업 소개] 광합성 박테리아를 이용한 오수고도처기술

20 … NICE, 제22권 제1호, 2004

본 기술은 유기물, 질소 및 인에 대한 제거능이 우수한 광합성 박테리아와 이를 이용한 오수처리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는, 광 합성 박테리아 로도스피릴라세(rhodospirillaceae) 에 속하는 홍색 비황 광합성 박테리아(phototrophic purple nonsulfur bacteria)중 유기물, 질소 및 인에 대한 제거능이 높은 균주를 혼합하여 종균제로 개 발하고, 이를 오수 처리에 이용하는 방법과 그 시 스템에 관한 것이다.

광합성 박테리아

광합성 박테리아는 수권 미생물의 일종으로 광 합성 능을 갖는 매우 다양한 박테리아의 집단으로, 광독립영양(photoautotrophic) 성장을 할 뿐만 아 니라, 종과 환경 조건에 따라 광종속영양(photo- heterotrophic), 화학무기영양(chemolithotrophic) 및 화학종속영양(chemoheterotrophic)으로도 성 장이 가능하다.

특히, 광합성 박테리아 4과 중 한과인 로도스피 릴라세(rhodospirillaceae)에 속하는 홍색 비황 광

합성 박테리아는 인간에 의해 오염된 환경에서도 성장할 수 있고, 광합성, 발효, 유기호흡, 화학합성 등 다양한 방법으로 살아갈 수 있으며, 유기물 분 해능도 높고, 특히 혐기, 암소에서 성장시 질산, 질 소산화물, 디메틸설폭사이드 또는 트리메틸아민- N-옥사이드 등을 전자수용체로 이용할 수가 있다.

따라서 이들은 유기물 농도가 높은 일반 하수뿐만 아니라 다양한 산업폐수의 자연 정화과정에서 중 요한 역할을 한다. 또한 이들은 단백질 함량이 높 아 수산 양식어의 사료와 양계의 산란율을 증가시 키는 축산 사료로서의 이용 및 유기비료로 이용될 수 있는 학문적 가치와 실용적 가치가 높은 인간 생활에 유용한 균주이다.

광합성 박테리아의 특징

① 광합성 박테리아는 CO2를 탄소원으로 이용할 수도 있으며 일부 종들은 유기물을 이용하여 광합성을 할 수도 있다.

② 광합성 박테리아는 종에 따라 명처;혐기/호기, 암처 혐기/호기등 다른 환경에서 각기 다른 물

(The Advanced Biological Treatment System Using Photosynthetic Bacteria)

이 상 섭

(주)닉시안

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질대사에 의하여 생존할 수 있다.

③ 암모니아를 질산화가 아닌 다른 방법 즉, 영양 원으로 바로 이용할 수 있고 호기, 혐기시 모두 제거 가능하다.

④ 광합성 박테리아 중 일부는 혐기, 암소에서 성 장시 nitrate, nitrous oxide, dimethyl sulfoxide 혹은 trimethylamine-N-oxide 등을 전자수용 체로 이용할 수 있다.

⑤ 혐기, 호기 조건에서 모두 인을 제거할 수 있다.

⑥ 폐슬러지로 발생되는 광합성 박테리아는 사료, 비료 등으로의 재이용이 가능하고, 균의 슬러 지내 개체수를 정성, 정량적으로 분석할 수 있 어, 공학적으로 시스템화 할 수 있다.

광합성 박테리아의 폐수 처리 시스템 적용 효과

① 유기물 분해능을 높이면서 처리시설의 공간을 줄일 수가 있고, 간헐 포기로 매우 경제적으로 처리장을 유지관리 할 수 있다.

② C/N비가 낮은 처리장의 처리효율을 높일 수 있다.

③ 부하변동에 강한 처리장 및 악취와 무기염류 동시처리장이 가능하다.

④ 기존시설의 적은 개선으로 고도처리장으로 변 경할 수 있다.

생물 반응조 구성 및 공정의 개요

본 오수처리시스템은 광합성 박테리아가 첨가 되는 하나의 혐기조와 두개의 무산소조가 있고, 광합성 박테리아의 광합성 작용이 원활하게 일어 나도록 하기 위해 일정 간격을 두고 조명을 설치 하여 미생물 배양조로 역할을 하게 하였으며, 부 하변동에 견디는 효율적 처리를 위하여 조간의 격 벽을 가변형으로 하였다. 호기 및 무산소 조건을 각각 30분으로 유지시키는 하나 이상의 간헐 포기 조 및 간헐 포기조를 통과한 유출수 중 부유물을 침전시켜 얻어진 활성 슬러지는 혐기조에 외부 반 송되고, 침전된 슬러지 층 위의 맑은 상등수 층은 방류되는 침전조를 포함하여 시설하였다. 또한 시 스템의 혐기조와 하나 이상의 간헐 포기조에 대해 일정 간격을 두고 조명을 설치하였다. 한편, 혐기 조의 전단에 배양조를 설치하여, 혐기조에 광합성 박테리아의 첨가 없이 반응기 전반에 걸쳐서 미생 물 농도 2,500~5,000mg/L 중 박테리아를 20~

50%로 유지시킬 수도 있다.

NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 1, 2004 … 21

신·사·업·소·개

그림 1. 3차 고도처리 시스템의 모식도.

22 … NICE, 제22권 제1호, 2004

신·사·업·소·개

유기물, 질소 및 인에 대한 제거능이 우수한 광 합성박테리아 혼합 균주는 종래의 오수 처리에 있 어서, 설비의 최소한의 변형 후 반응기 전체에 걸 쳐서 증식 배양시키는 것을 통하여 오수 처리에 이용될 수 있다. 이때, 광합성 박테리아는 반응기 전체에 걸쳐 2,500~5,000mg/L로 유지되는 미생 물 농도 중 20~50%로 유지되었다. 20~30%는 실 처리장에서 일반적으로 유지되는 농도이다.

오수처리시스템에서 혐기조는 수리학적 체류시 간 이 0.8~1.9(1.6)시 간 , F/M비 가 0.1~

0.2kgBOD/kgMLSS/d, 미생물 농도가 2,500~

5,000mg/L 및 미생물 농도 중 광합성 박테리아 가 20~50%, 무산소조는 수리학적 체류시간이 1.7~3.8(3.6)시간, F/M비가 0.1~0.2kgBOD/

kgMLSS/d, 미생물 농도가 2,500~5,000mg/L 및 미생물 농도 중 광합성 박테리아가 20~50%, 간헐 포기조는 수리학적 체류시간이 10.2~22.5 (19.2)시간, F/M비가 0.1~0.2kgBOD/kgMLSS/d, 미생물 농도가 2,500~5,000mg/L, 미생물 농도 중 광합성 박테리아가 20~50% 및 용존산소량이 1.0~2.5mg/L으로 유지되도록 하였다.

신기술의 내용 신기술의 범위

혐기조와 무산소조에 light를 설치하여 배양조 로 사용하고, 이곳에 명처, 혐기시 NH4+, NO3-, 인 을 동시에 제거하는 홍색 비황 광합성 박테리아 혼 합 균 주 (KS335, KS337, KS343, KS367, KS381)를 단계적으로 공급하여 슬러지내 개체수 를 증가시켜 유기물, 질소, 인 등을 제거하는 오수 고도처리 기술

기술의 진보성

혐기조, 무산소조를 이용하여 홍색 비황 광합성 박테리아 혼합균주를 15~30%의 분포도로 개체 수를 증식시켜, 혐기조, 무산소조에서도 NH3-

N, 인 등을 처리할 수 있고, 간헐 포기로 내부반송 없이 운전하여 오수를 고도처리하는 기술 홍색 비황 광합성 박테리아 혼합균주는 명처 혐 기/호기, 암처 혐기/호기 등 다른 환경조건에 따라 유기호흡, 무기호흡, 광합성 등의 물질대사 를 통해 생존 가능하므로, 안정적으로 처리효율 을 유지할 수 있고, C/N비가 낮아도 처리효율 을 높일 수 있다.