KR100313455B1 - 분리막공정을 이용한 축산폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리막을 이용한 막분리 공정을 통하여 축산폐수를 퇴비화시키는 축산폐수 처리방법에 관한 것으로, 축산폐수를 저류조에서 침전시키는 단계와 필터로 여과하는 전처리 공정과, 전처리 공정의 결과물인 축산폐수를 멤브레인(membrane)으로 농축하는 막분리 공정과, 막분리 공정의 결과물인 농축수는 함께 액비로 사용하거나 분과함께 퇴비화 하고 투과수는 방류하는 후처리 공정으로 이루어진다.

Description

분리막공정을 이용한 축산폐수 처리방법

본 발명은 분리막을 이용한 막분리 공정을 통하여 축산폐수를 퇴비화시키는 축산폐수 처리방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 축산폐수의 처리를 위하여 축사에서 발생하는 폐수를 여과하는 간단한 전처리공정을 거친 후 막분리공정을 통하여 축산폐수를 농축하고 농축수는 액비로 사용하거나 분(糞)과 함께 퇴비화하고 투과수(透過水)는 방류하는 축산폐수 처리방법에 관한 것이다.

국내 축산폐수처리는 주로 분(糞)과 뇨(尿)를 분리한 후 분은 퇴비화, 뇨는 정화처리를 통해 방류하는 방식이 주류를 이루고 있으며, 분리시설이 곤란한 농가는 임시방편으로 저장액비 방법을 채택하고 있는 실정에 있다.

정화시설을 설치하여 분뇨를 분리한 후 뇨를 정화하는 방법은 정화시설의 설치비용, 정화효율유지, 정화시설관리기술 등 현지 농가에서 적용하기 어려운 제반 문제점이 지적되고 있다.

그리고, 저장액비방법도 액비를 살포할 농지와 저장할 토지확보면적이 협소하여 양돈 분뇨를 처리하는 것은 현실적으로 적용하는데 어려움이 있다.

이와같은 어려움으로 인하여 대부분의 축산농가에서는 분뇨의 혼합형태로 퇴비화하는 방법을 흔히 사용하고 있다.

그리나, 이러한 방법은 수분조절제의 사용량이 분만 퇴비화할 때보다 상당히 많이 필요하게 되는데, 이러한 퇴비화 시설의 유지비는 톱밥 등의 수분조절재가 대부분을 차지하게 됨으로 결국 분뇨처리비용의 상승으로 이어진다. 또한 분만 처리 할 때 보다 처리량이 많아져서 제대로 처리하기 위해서는 그 만큼 시설비가 추가되어야 하는 경제적인 부담이 있었다.

이러한 종래의 제반 처리방법의 문제점을 감안한 본 발명의 목적은 축사에서 발생하는 폐수를 여과하는 간단한 전처리공정을 거친 후, 전처리 공정의 결과물인 폐수를 농축하는 막분리 공정을 실시하고, 막분리 공정의 결과물인 농축수는 액비로 사용하거나 분과 함께 퇴비화 하고 투과수는 방류하는 공정을 제시함으로서 간단한 처리시설로 축산분뇨 처리비용을 절감할 수 있는 축산폐수 처리방법을 제시한다.

도 1은 본 발명의 축산폐수 처리방법에 따른 공정을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 농축실험용 평막 실험장치를 나타낸 도면.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 NF계열 멤브레인을 이용한 축산폐수의 농축실험 결과를 나타낸 것으로,

도 3은 투과율 변화를 나타낸 도면.

도 4는 투과수의 전기전도도 변화를 나타낸 도면.

도 5는 투과수의 염배제율(conductivity rejection)을 나타낸 도면.

도 6 내지 도 8은 RO계열 멤브레인을 이용한 축산폐수의 농축실험결과를 나타낸 것으로,

도 6은 투과율 변화를 나타낸 도면.

도 7은 투과수의 전기전도도 변화를 나타낸 도면.

도 8는 투과수의 염배제율(conductivity rejection)을 나타낸 도면.

도 9은 본 발명에 따른 농축실험에서 각종 멤브레인의 계열별 투과성능을 나타낸 도면.

본 발명은 축산폐수를 톱밥등의 수분조절재료 여과하는 단계를 포함하는 전처리 공정과, 전처리 공정의 결과물인 축산폐수를 멤브레인(membrane)으로 농축하는 막분리 공정과, 막분리 공정의 결과물인 농축수는 액비로 사용하거나 분과 함께 퇴비화 하고 투과수는 방류하는 후처리 공정으로 이루어진 축산폐수 처리방법을 제시한다.

상기한 막분리 공정은 다음과 같이 2단계의 농축과정으로 분과 투과수를 분리하게 되는 바, 1차 농축단계에서는 NF(Nanofiltration)계열의 멤브레인을 사용하고, 이때의 투과수를 다시 농축하는 2차 농축단계에서는 RO(Reverse Osmosis)계열의 멤브레인을 사용하여 농축한다.

예를들어, 1차 농축단계에서는 멤브레인으로는 RDM(Rotary disk membrancemodule; 회전원판형 막모듈) 등 고압에서의 고농도 분리, 농축에 적합한모듈을 사용할 수 있다. 그리고 2차 농축에서는 1차 농축의 투과수를 원수(原水)로 사용하므로 SWM(Spiral wound module; 나권형 모듈)을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 막분리 공정은 축사에서 발생하는 폐수를 직접 농축하는 퇴비화 공정으로서 생물학적 폐수처리 공정을 배제하기 때문에 종래의 정화시설을 이용한 폐수저리공정과는 차별된다.

막분리 공정에서 사용되는 멤브레인과 모듈은 축산폐수의 효율적인 처리를 위하여 제시한 것으로, 아래의 농축실험을 통하여 그 효율성을 입증하고자 한다.

<실시예>

도 l에서와 같이, 본 발명의 축산폐수 처리방법에 따른 공정을 실제 돈폐수를 사용하여 농축실험에 임하였다.

실험조건;

실험에 사용한 돈수는 12000두를 사육하고 돈분뇨는 혼합하여 퇴비화 하고 있는 양돈단지의 돈사폐수를 25㎛ 카트리지 필터로 전처리 하였다. 농축실험에 사용한 장치는 도 2와 같은 평막 실험장치를 사용하였다. 이때 멤브레인은 NF계열의 막으로서 TS-40(상품명), KH-1(NF계열의고분자복합망)을 사용하고 RO계열의 막으로서는 TS-40(상품명), ACM-20(상품명)을 사용한다.

실험조건은 압력 20, 30kgf/㎠ , 온도 25℃, 40℃, 유량은 6 ℓ/min의 조건에서 실험하였다. 원수, 투과수 및 농축수의 전기전도도는 TOA CM-40을 사용하여 측정하였다.

농축실험에서는 일단 NF계열의 멤브레인을 이용하여 원수를 농축하고 투과수는 다시 RO계열의 멤브레인을 이용하여 농축하였으며, 각 단계에서의 투과율과 전기전도도를 측정하였다. 농축초기와 말기의 CODcr을 측정하여 CODcr 배제율을 고찰하였다.

실험과정 ;

도 1에서, 돈사에서 발생한 돈분뇨는 돈사에서 일단 돈분과 돈뇨가 분리되어 돈분은 퇴비화시설에서 수분조절재(톱밥, 왕겨 등)로 함수율 조절 후 퇴비화 된다.

그리고, 돈뇨는 돈사에 설치된 저류조에 모여진다, 이때의 돈뇨는 비교적 작은 입자의 돈분과 사료 등이 혼합된 형태로서 SS(suspended solid, 부유물질)가 높은 편이다. 즉, 돈분은 먹이의 특성상 함수율이 높아서 뇨에 잘 섞이게 되고, 소등의 분은 함수율이 낮아서 분뇨 분리시 뇨에 대한 분의 함량이 상대적으로 적다.

따라서 돈뇨에 분의 함유로 인하여 고농도가 되므로 저류조에 모여진 고농도의 돈뇨를 톱밥여과조에서 수분조절재로 사용하는 톱밥으로 여과하는 전처리 공정을 하며. 이 과정을 통하여 돈분 등의 SS를 상당랑 줄일 수 있다. 그리고 이때 사용한 톱밥은 퇴비화시설로 보내 퇴비화과정에 투입한다.

이와같이 전처리 공정을 거친 논뇨는 막분리 공정에서 NF계열의 멤브레인(여기서는 RDM)을 사용하여 분리 농축한 다음, 투과수는 다시 고압에 적합한 모듈(SWM)로 분리 농축한다.

이후, 후처리 공정에서는 투과수는 방류하거나 세척수로 사용할 수 있으며, 농축수는 그 자체를 액비로 사용하거나 퇴비화시설로 보내 퇴비화 한다.

참고로, 상기한 NF계열 멤브레인을 사용하는 이유는 높은 삼투압을 극복하고투과수를 얻기 위함이며, RO계열의 멤브레인을 사용하는 이유는 안정한 방류수질을 확보하기 위함이다. 또한, NF계열의 멤브레인은 RO계열 멤브레인베 대한 부하를 덜어주기 위하여 사용하는 것이다.

실험결과

NF계열의 멤브레인을 사용한 원수의 1단계 농축실험은 1700분 동안 원수를 약 l/3까지 농축하였으며, RO계열의 멤브레인을 사용하여 1단계 농축실험의 투과수를 농축한 2단계 농축실험은 630분 동안 l/4까지 농축하였다.

도 2에서, NF계열의 멤브레인을 이용한 농축실험에서는 초기에 25℃, 20kgf/㎠의 압력으로 운전하여 19-26 1mh의 투과율을 보이다 1100분 경과시에는 7∼121mh로 감소하였으며 이후 압력을 30kgf/㎠로 올린 후 약 51mh가 증가하여 다시 7∼121mh정도로 감소하는 경향을 보였다. 그러나, 도 4에서 투과수의 전기전도도는 조금씩 증가하다가 압력상승 후 약 25%의 감소를 보였으며 이후 다시 조금씩 증가하는 경향을 보였다.

농축수의 전기전도도는 계속 증가하여 농축실험의 완료 후에는 초기 값에 비하여 약 50% 증가하였다. 도 5는 이때의 염배제율(conductivity rejection)을 보이고 있다.

RO계열의 멤브레인을 이용한 농축실험에서는 초기에 20kgl/㎠의, 25℃의 조건으로 운전하여 230분 경과후 30kgf/㎠으로 압력을 증가시키고 540분 이후에는 40℃로 온도를 상승시켰고 610분 경과 후에는 25℃로 온도를 떨어뜨렸다. 이 과정을 통하여 도 6에서 보듯이 압력상승 및 온도상승으로 인한 투과율의 증가를 확인할수있었다.

도 7은 이때의 전기전도도 변화를 나타내었다. 또한 투과수량과 투과수의 전기전도도를 고찰하여본 결과 RO계열의 멤브레인을 적용시 X-20이 상대적으로 월등함을 알 수 있었다. 도 9는 이때의 염배제율을 보이고 있다.

도 9에서와 같이, 원수의 CODcr은 약 13,000mg/ ℓ 이었고 NF계열의 멤브레인으로 사용한 TS-40의 투과수는 910∼1100mg/ ℓ 로 약 93∼96%의 제거율을, KH-1은 1530-1750mg/ ℓ 로서 약 88-94%의 CODcr제거율을 보였다. 또한 RO계열의 멤브레인으로 사용한 ACM-1의 투과수는 CODcr이 165-105mg/ ℓ 로서 91∼97%의 제거율을, X-20은 30-48mg/ ℓ 로서 약 98%의 CODcr제거율을 보였다.

따라서 2차 농축에서 X-20의 RO계열의 멤브레인을 사용할 경우에는 방류기준에 적합한 투과수를 얻을 수 있을 것이다.

상술한 바와같이 본 발명은 NF, RO계열의 멤브레인을 이용하여 축산폐수를 농축 처리할 수 있도록 한 것으로, 종래의 막분리공정과 달리 생물학적인 공정에 의한 축산폐수처리(호기성, 혐기성 생물학적 처리후의 고도처리나 침지형과 같이 생물학적처리와 병행하는 공정)을 배제하고 돈뇨를 직접 농축하여 퇴비화하는 공정으로서 처리공정이 대폭 단축된다.

또한. 종래의 막분리 공정은 생물학적 공정에 의존하였으나, 본 발명에 따른 공정은 생물학적 공정이 포함되지 않는 물리적 분리, 농축 공정이므로 기존의 공정에 비하여 유지관리가 용이한 장점이 있으며, 따라서 폐수처리비용이 절감되고 유지관리가 용이한 장점이 있다.

Claims (1)

1. 축산폐수를 톱밥등의 수분조절재로 여과하는 단계를 포함하는 전처리 공정과,

   상기 전처리공정의 결과물인 축산폐수를 RDM(Rotary disk membrance module;회전원판형 막모듈)을 사용한 NF계열의 멤브레인(membrane)에 의해 농축하는 1차 농축단계와, 상기 1차농축단계에서 처리된 투과수를 SWM(Spiral wound module;나권형 모듈)을 사용한 RO(Reverse Osmosis)계열의 멤브레인에 의해 재차 농축하는 2차 농축단계로 이루어진 막 분리공정과;

   상기 막분리 공정의 결과물인 농축수는 액비로 사용하거나 분과 함께 퇴비화하고, 투과수는 방류하는 후처리공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리방법.