KR100285298B1 - 산화 촉매반응에 의한 돈분 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 돈분처리방법에 관한 것으로서 초기에 돈분폐수원액에 산화촉매반응을 일으켜 액체와 고형물을 1차 분리한 후 액체는 소석회 등으로 염기촉매반응을 촉진시킴과 동시에 고분자 응집제로서 액중에 용해되어 있는 슬러지를 응집, 침전, 탈수하여 2차 분리하고 1차, 2차 분리된 고형물은 생석회 등으로 중화시키면서 진공 증발기로 건조하여 유기질비료로 사용하는 방법이다. 아울러 2차 분리된 액체는 그냥 방류하거나 미생물 처리하여 액상비료 또는 음용 보조사료 즉, 사료수로 사용하게 된다.

본 발명의 특징은 표준 활성오니법에서와 같이 단순히 중화처리하여 응집시키는 것과는 달리 SO₄ ^-2이온과 금속양이온의 화합물로써 3.5∼6의 산도(pH)까지 저하시키면서 금속양이온과 돈분내의 기질사이에서 산화촉매반응을 먼저 일으키고 이를 소석회 등으로 염기촉매반응을 일으켜 응집시키는 데 있다. 또한 본 발명으로 축산폐수 1톤당 처리비용이 종래 12,000∼15,000원에서 4,000원 이하로 저감되며 유기질비료와 액상비료 및 음용 보조사료를 부생시킬수 있을 뿐 아니라 초기시설비가 매우 저렴하고 기기 설치면적이 크게 줄어드는 효과가 있다.

Description

산화 촉매반응에 의한 돈분 처리방법{A disposal method of pig ordure}

본 발명은 돈분 처리방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 돈분폐수 원액에 산화 촉매반응을 일으켜 액체와 고형물을 분리한 후 액체는 염기 촉매반응과 함께 고분자 응집제로 응집시키고 슬러지를 탈수 시켜서 미생물처리 후 비료, 사료수로 이용하고 고형물은 중화건조하여 유기질비료로 사용하는 방법에 관한 것이다.

축산폐수는 공장폐수, 생활폐수와 함께 국가의 수질환경을 오염시키는 주원인으로서 주로 생물학적 산소 요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD) 및 부유물질의 함량이 극히 높고 악취가 심해 그 처리가 매우 어려워 문제가 되고 있다.

축산폐수의 종류에는 우분뇨, 계분뇨, 돈분뇨가 있으며 이 중 우분뇨와 계분뇨는 수분이 많지 않아 축사내에서 퇴비로 만드는 경우가 많고 기존 유기질 비료제조공정에 유용하게 활용되고 있으나 돈분뇨의 경우에는 표준활성 오니법으로 처리하기엔 슬러지 함유량과 콜로이드화 물질이 많아서 처리기간이 3∼6개월 정도로 길기 때문에 설치면적이 커지고 시설비와 유지경비가 높아지게 되며, 목질발효법이나 생석회안정화 반응법 등으로 처리하기엔 수분함유량이 너무 많아 톱밥, 왕겨, 생석회등의 소요량이 많아지게 되기 때문에 경제성이 희박해지고 부숙기간이 6개월이상 소요되는 단점이 있다.

이러한 연유로 현재 양돈농가에서는 폐수처리업체에 위탁, 해상투기에 크게 의존하고 있는 실정이며 이 또한 1톤 처리당 12,000∼15,000원의 처리비용이 소요되므로 농가경제에 악영향을 미치는 주원인이 되고 있다.

이에 본 발명인은 이러한 돈분처리의 어려운 점을 개선하여 그 처리비용을 1톤 처리에 4,000원 이하로 절감하고 유기질비료, 액상비료 또는 음용 보조사료와 돈사 청소수로 재활용할 수 있는 공정을 개발, 양돈농가에 보급하고자 하며 작게는 각개 양돈 농가 경제에 도움을 주고 크게는 국가의 환경 시책상 축산폐수처리에 소요되는 비용과 보조금을 경감시키는데 일익을 담당코자 하는 데 본 발명의 목적이 있다.

도1은 본 발명의 돈분 처리공정 흐름도(Flow-Chart)

도2는 본 발명의 주요반응 설명도

따라서 이러한 과제를 수행하기 위하여 본 발명에서는 돈분 원액 내의 슬러지 기질을 산화촉매반응시켜 1차 고액분리하고 액속의 잔류 슬러지를 염기촉매반응에 의하여 2차 분리시키는 것을 발명의 특징으로 한다.보다 구체적으로는, 초기에 돈분 폐수원액에 산화 촉매반응을 일으켜 액체와 고형물을 분리한 후, 액체는 소석회등으로 염기촉매반응을 촉진시킴과 동시에 고분자 응집제를 투입하여 고형물을 슬러지상태로 응집, 침전, 탈수하여 2차 분리하고 1차, 2차 분리된 고형물은 생석회등으로 중화시키면서 증발 건조하여 유기질 비료로 사용하는 방법이다. 아울러 2차 분리된 액체는 그냥 방류하거나 미생물 처리하여 액상비료 또는 음용 보조사료 즉, 사료수로 사용하게 된다.

본 발명의 특징은 표준 활성 오니법에서와 같이 단순히 중화처리하여 응집시키는 것과는 달리 SO₄ ^-2이온과 금속 양이온의 화합물로서 산도(pH)를 3.5∼6 까지 저하시키는 산화촉매반응을 먼저 일으키고 이를 소석회로 염기촉매반응을 일으켜 응집시키는 데 있다.

본 발명의 산화촉매반응과 염기촉매반응은 산과 염기에 의한 촉매작용의 기본적 특색을 이용한 것으로서 산 촉매작용은 양성자가 산(Al₂(SO₄)₃, Fe₂(SO₄)₃등)으로부터 기질(반응이 촉진되고 있는 물질, 본 발명에서는 돈분(CH₃COOCH₃=CH₃CO, CH₄, NH₄등))에 전달되는 것이고 염기촉매작용은 염기가 기질로부터 양성자를 받아들이는 과정이 포함된다. 또한 기질은 산 촉매작용에서 염기로서 행동하고 염기촉매작용에서 산으로 행동한다. (참조 : Walter J. Moor저, 기본물리화학, 탐구사, 1994. 08. 05발간, 14장 촉매작용, 299∼303쪽) 돈분 폐수원액에 황산음이온과 금속양이온의 화합물 즉 Al₂SO₄, FeSO₄. Fe₂(SO₄)₃등의 묽은 산을 투여하여 일단 산도(pH)를 3.5∼6정도로 조절하게 되면 열을 수반치 않으면서도 급격히 상분리가 된다. 이때 촉매로 작용하게 되는 금속 양이온은 돈분폐수원액에 포함되어 있는 단백질, 지방, 탄수화물 결합체와 암모니아, 가리, 인, 요오드 등의 용해물의 기질과 결합하면서 위로 부상하게 된다. 이때 위로 뜬 슬러지 즉, 고형물이 포함된 거품과 아래의 액체사이에는 계면이 발생하고, 이로부터 약 1∼2시간 후 반응이 완료되면 슬러지 혼합물을 빼내어 생석회와 섞어 중화시키면서 건조하여 유기질비료로 사용한다. 또한 아래의 액체는 산도(pH) 7이 될 때까지 소석회를 넣어서 염기촉매반응을 시키고 여기에 고분자 응집제를 투여하면 응집물들이 커지면서 아래로 침강하고 위에는 매우 맑은 물이 뜨게 된다. 이것을 탈수기에 넣어 탈수하면 2차 고액분리가 되고 고체는 유기질 비료로 사용하고 액체는 방류 또는 미생물 처리한다.

본 발명을 공정별로 설명하면 다음과 같다.

1. 돈분 산화촉매반응 공정

본 공정은 돈분뇨 원액 이송펌프, 산화 약품조, pH 계시기 및 산화반응조로 그 기기 구성이 이루어 진다. 본 공정에서의 주안점은 묽은 산을 돈분뇨 원액과 촉매 반응시켜 계면분리 시킨다. 돈분뇨 원액을 산화반응조로 투입시킨후 황산제1철, 황산제2철, 황산 알루미늄 등의 산화제 1종을 투여하게 되면 거품이 급격히 발생하게 되는데 그 이유는 산화제가 돈분뇨 중에서 이온화 결합 또는 복분해가 일어나 결합된 슬러지가 비중차에 의해 위로 부상하게 되기 때문이다. 이 때 주의해야 할점은 산도(pH)가 3.5이하로 떨어지지 않도록 해야 하는데 만일 산도(pH)가 더 낮아지면 거품이 너무 많아져 슬러리 부상 분포도가 너무 커서 액상물질을 뽑아내기가 곤란해 진다. 산도(pH)가 3.5∼6으로 맞추어지면 거품과 액상물질의 분포도는 50 : 50 정도가 되는데(산화제 투여후 2시간 경과후) 하부의 액상을 먼저 중화반응조로 이송시켜 1차로 고액을 분리 해낸다. 아울러 액상이 중화 반응조로 이송된 후 진공증발기의 가동이 개시되고 진공도가 500 Torr정도가 되면 산화 반응조에 남아있는 거품이 진공증발기로 빨려들어가게 된다.

2. 진공증발공정

본 공정의 주 역할은 거품화 슬러지의 함유수분을 저하시킴과 동시에 반고형상 물질로 만들어 주는데 있으며 더 나아가 목질(톱밥, 왕겨 등)의 사용량을 기존방식의 20%∼25% 정도로 낮추고 부숙기간과 건조기간을 1개월 이내로 앞당기게 되는 효과가 있게 된다.

거품화 슬러지에 생석회등의 충진재를 넣게되면 서로 혼합되므로 가동온도 약 50∼55℃ 정도의 진공증발기를 가동시켜 수분을 적절히 날려보내어 최종적으로 혼합물의 수분은 약 60∼70% 정도가 되도록 하는데, 반응물은 굳어지지가 않고 반고형상 물질로 배출된다. 이를 톱밥, 왕겨, 부엽토 등이 적재된 장소로 옮긴 후 1개월 정도 부숙 시키게 된다.

3. 중화반응공정

본 공정의 주 구성기기는 중화반응조, 탈수기, 중화제 탱크, 응집제 탱크, 산도(pH)계시기, 여액 이송 펌프 등으로 이루어져 있다.

1차적으로 산화된 액체는 중화반응조로 이송되고 여기에 소석회등을 넣어 염기촉매반응 시키면서 교반 또는 폭기시키면 중성 상태가 되면서 내용물 중의 미세한 슬러지가 응집이 되기 시작한다. 이 때 고분자 응집제인 카치온이나 아니온을 투여하면 투명한 흰색 또는 옅은 노란색의 구형 응집물이 침전하게 된다. 그 위에 뜬 액체(물)는 매우 맑으며 BOD 30∼150ppm정도가 되고, 이 분리된 물질 전부를 탈수기로 이송시켜 2차로 고형질을 분리한다.

탈수된 고형질은 진공 증발기에서 배출되는 반 고형상의 1차 분리물질과 함께 부숙장소로 이송하고 탈수기를 통과한 여액은 최종 미생물 처리조로 저류된다.

4. 미생물 속성발효 공정

본 공정은 순환 펌프, 서어지(Surge)탱크, 미생물 발효조 등으로 이루어지며 액비제조, 돈사 청소수 제조, 액상보조사료제조등 용도에 따라 공정기기가 약간 달라질 수가 있다.

탈수기를 통과한 여액에는 미생물을 투입하여 약 3일정도 반응시켜 최종처리수의 BOD, COD는 국가 환경법규상 오염물질 규제치 이내에 들도록 한후 액비나 청소수 또는 액상보조사료 등으로 사용한다.

미생물 제재는 별도로 구입할 필요없이 표고버섯 재배후의 목질 톱밥을 모기장과 같은 여과성 포지에 넣어 미생물 발효조 내부에 띄워 방선균, 유산균, 유익 곰팡이 균을 활성시켜 사용하면 된다.

200배율의 현미경으로 검사한 결과 이 톱밥에는 상당량의 유익균이 분포되어 있으므로 그 효용가치는 충분하며 1개월 정도 사용한 후 유기질 비료 부숙장소로 투입시켜 재활용하면 부숙효과도 높아지게 된다.

미생물의 활성화와 미네랄의 공급을 위해 지오라이트, 맥반석, 세라믹 또는 퇴적물 결정체인 휴머스를 사용하게 되는데 휴머스만 소비성 물질일 뿐 나머지는 1-2년간 사용한 후 부숙장소에 투입시키면 되므로 본 발명에서는 원가를 절감하기 위하여 지오라이트나 맥반석을 채택한다.

최종처리수를 액비로 사용코자 할 경우 공정기기중에서 순환펌프를 채택하고 사료나 청소수로 사용코자 할 경우 폭기 루츠브로워를 채택한다.

본 발명의 돈분폐수원액의 처리 방법은 그 처리기간이 짧아서 기기설치 면적이 작아지고(1일 100톤 처리 용량의 경우 50평-100평 소요) 공정설비가 간단하여 초기 설치비가 절감되며(1일 100톤 처리용량의 경우 4억원 이하), 톱밥, 왕겨등의 목질 사용량이 기존의 방법보다 20%이하 수준으로 절감된다(기존의 목질 발효법의 경우 목질 1톤당 축산폐수 2톤 정도이나, 본 발명의 경우 목질 1톤당 축산폐수 10-12톤 처리 가능) 또한, 기존의 공정이 불합리하거나 가동이 불가능할 때 기존의 설비를 최대한 활용하여 적용시킬 수 있으며, 고액분리에서 분리된 액비, 청소수(첨가제 사용 불필요)는 보조음용사료로 전환가능하고 양질의 유기질 비료로 활용할 수 있다. 뿐만 아니라 공정가동중에 냄새가 거의 없으며, 유지경비가 매우 싸다(1톤당 처리비가 종래의 12,000원에서 3,000∼4,000원으로 저감 될 수 있다)는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 폐수 처리에 있어서, 황산음이온을 포함하는 묽은산을 돈분폐수원액에 투여하여 산도(pH)를 3.5∼6으로 조절하고, 산화촉매로서 작용하는 묽은산의 철이나 알루미늄 등의 금속양이온이 돈분의 기질과의 결합으로 이온화 결합 또는 복분해 반응이 일어나면서 돈분폐수원액의 용해물인 슬러지가 액체위로 부상하여 급격히 상분리가 일어나 계면이 발생하고 이어서 고체와 액체가 분리되는 산화촉매반응 단계와 그 후 소석회등의 중화제로 산도(pH)가 7이 될 때까지 중화하고 카치온, 아니온 등의 응집제로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 돈분처리방법.