KR100470350B1

KR100470350B1 - 축산폐수의 처리방법

Info

Publication number: KR100470350B1
Application number: KR10-2002-0065482A
Authority: KR
Inventors: 조한재
Original assignee: (주)피엠지
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2005-02-05
Also published as: KR20030035962A

Abstract

본 발명은 축산폐수의 처리방법에 관한 것으로, 특히 폐수원수를 폭기조에 투입하여 폐수원수의 pH를 10 이상으로 상승시켰다가 7.0 내지 8.0으로 조절하여 폐수 중의 유기물 및 암모니아성 질소를 분해 및 산화시킨 후, 여기에 응집제를 투입하여 pH가 4 내지 5가 될 때까지 응집시켜 잔류 인과 고형물을 제거하고, 고액분리한 다음, 폭기조에 투입하여 미생물로 처리하는 축산폐수의 처리방법에 관한 것이다.

본 발명의 축산폐수 처리방법을 사용하면 종래의 설비를 이용하여 보다 간단하고 저렴하게 폐수를 처리할 수 있으며, 특히 미생물의 부하를 현저하게 줄여 안정적인 폐수처리를 가능하게 하고, 방류수의 잔류색도 및 부유물질의 제거율을 향상시킬 수 있다.

Description

축산폐수의 처리방법 {METHOD FOR DISPOSING OF LIVESTOCK WASTE WATER}

본 발명은 축산폐수의 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 설비를 이용하여 보다 간단하고 저렴하게 폐수를 처리할 수 있으며, 특히 미생물의 부하를 현저하게 줄여 안정적인 폐수처리를 가능하게 하고, 방류수의 잔류색도 및 부유물질의 제거율을 향상시킬 수 있는 축산폐수의 처리방법에 관한 것이다.

수질오염의 여러 원인 중 축산폐수는 전체 폐수발생량의 0.7 %에 불과하나 BOD(생물학적 산소 요구량)로는 8 %에 이른다고 알려져 있다. 축산폐수에 의한 심각한 수질오염을 방지하기 위하여 종래 여러 공법이 도입되어 시행되었으나, 어느 방법도 현행 방류수 기준을 만족시키는 결과를 주지 못하였다.

이런 결과를 야기하는 주된 원인은 폐수 중에 총 질소 양이 너무 많기 때문으로 폐수 중에 존재하는 질소를 생물학적으로 제거하기 위해서는 기본적으로 두 단계의 반응이 필요하다. 첫 번째 단계는 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화되는 질산화반응(nitrification)이며, 두 번째 단계는 질산성 질소를 전자수용체로 이용하여 질소가스로 전환시켜 대기 중으로 방출시키는 탈질산화반응(denitrification)이다. 따라서 수중에서의 질소제거는 탈질산화반응이 완료되어 최종적으로 질소가스 상태로 전환됨을 의미하며, 이는 질산화반응이 선행되어야 후속적인 탈질산화반응을 진행시킬 수 있다. 질산화반응에 관여되는 주요 미생물로는 니트로조모나스(nitrosomonas) 및 니트로박터(nitrobacter)이다. 이들은 성장에 필요한 에너지를 무기질소의 산화에 의해 얻기 때문에 독립영양세균으로 분리된다. 니트로조모나스는 암모니아성 질소를 아질산염으로 산화시키며, 니트로박터는 니트로조모나스에 의해 생성된 아질산염을 질산염으로 산화시킨다. 따라서 질산화반응이 완결되기 위해서는 두 가지의 연속적인 반응이 진행되어야 하며, 수처리 과정에서는 니트로조모나스 및 니트로박터 공생을 위한 적절한 환경조건이 충족되어야 한다.

그러나, 축산폐수 중에는 질소가 BOD에 비하여 상대적으로 많기 때문에 탈질산화반응이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 높은 질소농도는 니트로조모나스에 부정적으로 작용하여 질산화반응이 어려워지고 결과적으로 처리수내에는 NH₄N, NO₂N, 및 NO₃N 농도가 높아진다.

종래의 축산폐수 처리방법으로는 SBR(sequencing batch reactor) 공법, C-SBR 공법 등이 있다. 축산 폐수를 직접 처리하는 SBR 공법은 반응조 내의 과량의 질소(NH₄N)에 의한 질산화미생물 저해작용으로 인하여 처리수내에 NH₄N가 높고 C/N(COD/TKN)비가 낮기 때문에 탈질이 어려워 처리수에 NO₃N가 높아 질소제거효율이 낮다는 문제점이 있다. 또한 부족한 탄소를 주입시키는 C-SBR 공법은 질소제거효율은 우수하나, 폐수처리 기간이 길어진다는 문제점이 있었다.

또한 축산폐수 처리방법으로 대한민국 특허 제 254998호는 미생물에 의한 질산화 및 탈질소화 과정 전에 과량의 공기를 주입하여 질소를 암모니아로 전환시켜 제거하는 과량질소 제거단계와 산소의 긴장상태를 유지시켜 미생물에 의한 질산화 단계를 조정하여 탈질효율을 증가시키는 미생물반응단계와 약품주입단계로 이루어진 축산폐수처리방법에 대하여 개시하고 있으나, 이 방법은 미생물처리부하가 여전히 높아 안정적인 폐수처리를 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 종래의 설비를 이용하여 보다 질산화미생물의 작용을 저해하지 않고 다량의 질소를 간단하고 저렴하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 미생물의 부하를 현저하게 줄여 안정적인 폐수처리를 가능하게 하고, 방류수의 잔류색도 및 부유물질의 제거율을 향상시킬 수 있는 축산폐수의 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 축산폐수 처리방법에 있어서,

a) 폐수원수를 폭기조에 투입하여 폐수원수의 pH를 10 이상으로 상승

시켰다가 7.0 내지 8.0으로 조절하여 폐수 중의 유기물 및 암모니

아성 질소를 분해 및 산화시키는 단계;

b) 상기 a)단계에서 폭기된 폐수에 응집제를 투입하여 pH가 4 내지 5

가 될 때까지 응집시켜 잔류 인과 고형물을 제거하는 단계;

c) 상기 b)단계에서 응집된 폐수를 고액분리하는 단계; 및

d) 상기 c)단계에서 고액분리된 폐수를 폭기조에 투입하여 미생물로

처리하는 단계

를 포함하는 축산폐수의 처리방법을 제공한다.

또한 본 발명은 축산폐수 처리방법에 있어서,

아성 질소를 분해 및 산화시키는 단계;

가 될 때까지 응집시켜 잔류 인과 고형물을 제거하는 단계;

c) 상기 b)단계에서 응집된 폐수를 고액분리하는 단계; 및

d) 상기 c)단계에서 고액분리된 폐수에 분말활성탄을 투입하여 잔류

색도 및 부유물질을 제거하는 단계; 및

e) 상기 d)단계에서 고액분리된 폐수를 폭기조에 투입하여 미생물로

처리하는 단계

를 포함하는 축산폐수의 처리방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 축산폐수의 처리에 있어서, 다량의 질소를 제거할 수 있으며, 미생물의 활성을 극대화시킬 수 있는 방법에 대하여 연구하던 중, 폐수원수를 폭기조에 투입하여 폐수원수의 pH를 10 이상으로 상승시켰다가 7.0 내지 8.0으로 조절한 후, 여기에 응집제를 투입하여 pH가 4 내지 5가 될 때까지 응집시키고, 고액분리한 다음, 폭기조에 투입하여 미생물로 처리한 결과, 안정적이고 높은 효율로 폐수를 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 방류수의 잔류색도 및 부유물질의 제거율이 현저히 향상됨을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 축산폐수 처리방법은 폐수원수를 폭기조에 투입하여 폐수원수의 pH를 10 이상으로 상승시켰다가 7.0 내지 8.0으로 조절하여 폐수 중의 유기물 및 암모니아성 질소를 분해 및 산화시킨 후, 여기에 응집제를 투입하여 pH가 4 내지 5가 될 때까지 응집시켜 잔류 인과 고형물을 제거하고, 고액분리한 다음, 폭기조에 투입하여 폭기조 처리액에 포함된 미생물의 내생호흡 작용에 의해 질소를 제거하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 축산폐수의 처리방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

a) 폐수원수를 폭기조에 투입하여 pH를 조절(pH 10 이상 → pH 7~8)하는 단계

본 단계는 폐수원수를 폭기조에 투입하여 폭기를 통하여 폐수원수의 pH를 10 이상으로 상승시켰다가 7 내지 8로 하강시키는 단계이다. 상기 폭기를 통한 pH의 조절을 통하여 폐수 중에 포함되어 있는 유기물 및 암모니아성 질소를 분해 및 산화시킬 수 있다.

상기 폐수원수는 스크린을 통하여 침전물이 제거된 원수인 것이 바람직하다. 폐수원수 폭기를 통하여 폐수원수에 존재하는 암모니아성 질소는 암모니아로 전환되어 제거된다. 폭기는 pH가 10 이상까지 상승시켰다가 pH가 7 내지 8이 될 때까지 실시하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 7.5 내지 8이 될 때까지 실시하는 것이다. 통상적으로 pH가 상기 범위로 될 때까지 걸리는 기간은 5일 정도이다. 상기 폭기를 통하여 상승된 폐수원수의 pH가 10 이상으로 상승되지 않을 경우에는 폭기를 통하여 제거되는 암모니아성 질소의 양이 너무 적게 된다는 문제점이 있다. 또한 하강된 폐수원수의 pH가 8을 초과할 경우에는 미생물 처리시 처리효율이 저하된다는 문제점이 있으며, 7 미만일 경우에는 폭기에 따른 유기물 및 암모니아성 질소의 제거 효과가 저해되어 과다한 비용과 설비의 대형화를 초래한다는 문제점이 있다.

b) 응집

본 단계는 상기 폭기된 pH 7 내지 8의 폐수에 응집제를 투입하여 pH가 4 내지 5이 될 때까지 응집시켜 폐수 중에 잔류하는 인과 고형물을 제거하는 단계이다.

상기 응집제로는 통상의 폐수처리에 사용되는 응집제가 사용되며, 바람직하게는 염화 제2철, 또는 PAC를 사용하는 것이 좋다. 상기 응집제의 투입량은 통상적으로 폐수원수 500 mL에 대하여 3 내지 5 mL로 투입되며, 응집반응 시간은 수분 이내이다.

상기 응집제 투입 후 폐수의 pH가 5를 초과할 경우에는 잔류색도 제거와 유기물 제거가 잘 이루어지지 않는다는 문제점이 있으며, 4 미만일 경우에는 약품의 과다주입으로 인한 색도 유발과 약품잔류로 인하여 후처리 공정(폭기를 통한 미생물처리)이 어렵게 된다는 문제점이 있다.

c) 고액분리

본 단계는 상기 응집처리된 pH 4 내지 5의 폐수에 약품을 처리하여 고액분리하는 단계이다.

상기 약품은 통상적인 폐수처리에 사용되는 약품이 사용되며, 바람직하기로는 고분자응집제(polymer)를 사용하는 것이다. 상기 약품의 투여량은 폐수 500 mL에 대하여 8 내지 10 mL인 것이 바람직하다.

d) 미생물 처리

본 단계는 상기 고액분리된 폐수를 폭기조에 투입하여 미생물의 처리를 하는 단계이다.

상기 폭기조의 미생물은 폭기조 내에서 활성이 극대화되어 고농도의 유기물과 접촉하여 활발한 물질대사 작용을 통하여 오염물질을 제거한다.

상기 미생물 처리된 폐수는 침전 등 후처리를 통하여 방류된다.

또한 본 발명은 상기 폭기를 통한 미생물 처리 단계에 앞서 고액분리된 폐수에 분말활성탄을 투입하는 단계를 추가로 실시할 수 있다.

상기 분말활성탄은 투입되는 단계에 따라 부유물질의 제거에 큰 영향을 미치며, 고액분리와 폭기를 통한 미생물 처리 단계 사이에 실시되는 것이 가장 바람직하다.

상기 분말활성탄을 투입하여 처리한 폐수는 잔류색도 및 부유물질의 제거율을 현저히 향상시킬 뿐만 아니라, 후에 실시되는 폭기를 통한 미생물 처리시 미생물을 안정화시키는 작용을 한다.

본 발명의 처리방법에 따르면 종래의 설비를 이용하여 보다 질산화미생물의 작용을 저해하지 않고 다량의 질소를 간단하고 저렴하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 미생물의 부하를 현저하게 줄여 안정적인 폐수처리를 가능하게 하고, 방류수의 잔류색도 및 부유물질의 제거율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 처리방법은 온도변화에 민감하게 반응하지 않아, 계절적인 요인에 크게 영향을 받지 않아 안정적인 효과가 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

축산폐수 원수를 스크린을 통하여 고형물을 일차 분리한 후, 저류조에 넣은 후 폭기장치를 통하여 폭기를 시켰다. 폭기는 폐수의 pH가 10까지 상승하였다가 8.0이 될 때까지 실시하였으며, 기간은 5일이었다. 폭기 후 응집제로 염화 제2철 4 mL를 사용하여 폐수의 pH가 4.0이 될 때까지 응집반응을 시켰다. 상기 응집제 처리 후 폐수를 고분자응집제 9 mL로 약품처리하였다. 이 후 약품처리된 폐수를 미생물반응조에서 PACT 공법을 병행하여 48시간 미생물 처리한 다음 미생물을 분리하여 최종 방류수를 얻었다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 저류조에서의 폭기를 pH가 11이 될 때까지 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 응집반응을 pH가 4.5가 될 때까지 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 고분자응집제로 약품처리한 폐수에 분말활성탄을 투입하여 처리한 후, 폭기를 통한 미생물 처리를 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

비교예 1

축산폐수 원수를 스크린 처리한 후 폭기를 시키지 않고, 상기 실시예 1에서 사용된 응집제를 같은 양으로 투입한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폐수를 처리하였다.

비교예 2

상기 실시예 1에서 응집제 투입 후 약품처리를 하지 않고, 바로 미생물처리단계를 진행하여 폐수를 처리하였다.

비교예 3

상기 실시예 1에서 약품처리의 순서를 미생물 처리단계 이후에 진행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

비교예 4

상기 실시예 4에서 분말활성탄 투입을 미생물 처리단계 이후에 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

상기 실시예 4, 및 비교예 4에서 처리된 최종 방류수를 이용하여 BOD, T-N,COD, SS, 및 색도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	실시예 4	비교예 4
구분	1차 폭기→고액분리 후	비교예 4	최종처리 후
BOD	120 ppm	20 ppm	50 ppm
T-N	140 ppm	70~80 ppm	700~800 ppm
SS	10~20 ppm	20 ppm 이하	50 ppm
COD	200 ppm	70~80 ppm	1000 ppm 이상
색도	-	5 도 이하	2000 도

상기 표 1을 통하여, 본 발명의 방법에 따라 처리한 실시예 4의 방류수의 BOD, T-N, SS, 및 COD이 비교예 4의 방류수와 비교하여 우수하며, 청정구역의 축산폐수 처리 기준(BOD: 50 ppm 이하, T-N: 260 ppm 이하, SS: 50 이하)에 적합함을 알 수 있었다. 또한 본 발명에 따른 실시예 4의 방류수는 색도에 있어서도 수돗물 정도의 색도(5 도 이하)를 나타내어 폐수의 잔류색도 제거효과가 우수함을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따르면, 종래의 설비를 이용하여 보다 질산화미생물의 작용을 저해하지 않고 다량의 질소를 간단하고 저렴하게 제거할 수 있고, 미생물의 부하를 현저하게 줄여 안정적인 폐수처리를 가능하게 하고, 방류수의 잔류색도 및 부유물질의 제거율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 계절적인 요인에 크게 영향을 받지 않아 안정적으로 축산폐수를 처리할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

축산폐수 처리방법에 있어서,

a) 폐수원수를 폭기조에 투입하여 폐수원수의 pH를 10 이상으로 상승

시켰다가 7.0 내지 8.0으로 조절하여 폐수 중의 유기물 및 암모니

아성 질소를 분해 및 산화시키는 단계;

b) 상기 a)단계에서 폭기된 폐수에 응집제를 투입하여 pH가 4 내지 5

가 될 때까지 응집시켜 잔류 인과 고형물을 제거하는 단계;

c) 상기 b)단계에서 응집된 폐수를 고액분리하는 단계; 및

d) 상기 c)단계에서 고액분리된 폐수를 폭기조에 투입하여 미생물로

처리하는 단계

를 포함하는 축산폐수의 처리방법.
제 1항에 있어서,

상기 b)단계에서 응집제가 염화 제2철, 또는 PAC인 축산폐수의 처리방법.
축산폐수의 처리방법을 제공한다.

또한 본 발명은 축산폐수 처리방법에 있어서,

a) 폐수원수를 폭기조에 투입하여 폐수원수의 pH를 10 이상으로 상승

시켰다가 7.0 내지 8.0으로 조절하여 폐수 중의 유기물 및 암모니

아성 질소를 분해 및 산화시키는 단계;

b) 상기 a)단계에서 폭기된 폐수에 응집제를 투입하여 pH가 4 내지 5

가 될 때까지 응집시켜 잔류 인과 고형물을 제거하는 단계;

c) 상기 b)단계에서 응집된 폐수를 고액분리하는 단계; 및

d) 상기 c)단계에서 고액분리된 폐수에 분말활성탄을 투입하여 잔류

색도 및 부유물질을 제거하는 단계; 및

e) 상기 d)단계에서 고액분리된 폐수를 폭기조에 투입하여 미생물로

처리하는 단계

를 포함하는 축산폐수의 처리방법.