KR100502180B1 - 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법 - Google Patents

유기성퇴비화 축산폐수처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기성퇴비화 축산폐수처 방법에 관한 것으로서, 본 발명은 축산폐수의 분과 뇨를 별도로 구분하지 않고 혼합 처리하는 과정에서 호기성의 발효미생물과 토양미생물을 별도의 배양조에서 우점화 및 활성화시킴으로써 악취의 주요 원인 균인 부패균을 억제시키고 이에 따라 축산폐수 전체의 처리과정에서 악취가 발생하지 않는 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법을 제공한다. 또한 본 발명에 따른 방법은 고농도의 유기물이나 질소, 인 성분들이 발효미생물의 세포합성에 이용됨으로써 발생하는 잉여 슬러지는 양질의 유기질 비료로서 이용가치가 높기 때문에 호기성상태에서 퇴비화하여 폐수 및 잉여 슬러지가 발생하지 않는 무방류 축산폐수처리방법을 제공한다.

Description

유기성퇴비화 축산폐수처리 방법{Treatment method of sewage for converting sewage into an organic compost}
본 발명은 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축사 등에서 발생하는 가축의 분과 뇨를 별도로 구분하지 않고 혼합 처리하는 과정에서 호기성의 발효미생물과 토양미생물을 별도의 배양조에서 우점화 및 활성화시킴으로써 악취의 주요 원인균인 부패균을 억제시켜 악취가 발생하지 않고 고농도의 유기물이나 질소, 인 성분들을 양질의 유기질 비료로 자원화 함으로써 폐수 및 잉여 슬러지가 발생하지 않는 무방류의 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법에 관한 것이다.
경제성장과 생활수준의 향상으로 인한 식생활 습관의 변화는 그동안 곡물위주의 식생활에서 육류 위주의 식생활로 점차 비중이 높아지고 있으며 이에 따른 축산업의 증가 및 대형화 추세는 결국 축산폐수의 증가를 초래하여 일반 하천 및 상수원을 오염시키며 부영양화를 초래하는 주요 원인이 되고 있다. 특히, 축산폐수를 발생시키는 대부분의 축사는 상수원보다 상류지역에 산재하고 있어 이를 효과적으로 관리, 제어하기에는 상당한 어려움이 따르고 있다.
더욱이, 일반적으로 축산폐수는 가축의 분뇨와 분뇨의 세정과정에서 발생되는 세정수로써 고농도의 유기물과 질소, 인 등이 포함되어 있으며 점성이 커서 고액분리가 어렵고 가축의 분뇨에 포함된 광범위 항생제 및 방역용 소독제 등으로 인하여 생물학적 처리과정에서는 각종 미생물의 생육 및 활성화를 방해하여 전체적인 폐수처리효율이 감소하는 등의 문제가 있다.
따라서 이러한 문제가 사회적으로 심각한 수준에 이르러 축산폐수를 정부차원에서 처리하기 위하여 축산폐수공공처리시설 등을 각 지역에 설치, 가동하고 있으나 축산폐수는 배출량(약 0.5～0.7%)에 비하여 우리나라 전체 오염부하량의 약 8%에 달하고 오염기여도 측면에서는 전체 수질오염의 약 20%에 달하는 등 오염부하량이 타 오염원에 비하여 매우 높아 효율적인 축산폐수의 처리를 위해서는 2차, 3차의 고도처리설비가 추가되어야 하는 것이 사실이다.
현재 많이 이용되고 있는 축산폐수처리방법은 저장액비화법, 간이정화조법, 퇴비화 및 톱밥발효 돈사 등의 방법이 주로 이용되고 있다. 축산폐수는 생활오수나 산업폐수와는 달리 고농도 유기물이 주요 구성물이고 무기인이나 중금속 등이 함유되어 있지 않기 때문에 미생물의 발효분해가 용이하고 양질의 비료로서 자원화가 가능하다. 따라서 축산폐수를 액상의 폐수와 반고체상태의 슬러지로 분리한 후 액상의 폐수는 처리과정을 거쳐 유기물 및 질소, 인 등의 부하를 저감시켜 배출하고 반고체상태의 슬러지는 퇴비화(composting) 하려는 노력이 상당히 진행되고 있다.
이러한 축산폐수 퇴비화의 주된 목적은 축산폐수 내에 포함된 생분해성유기물을 안정화하고, 악취를 줄이며 병원균을 죽여서 최종적으로 농경지 이용에 적합한 균일한 유기질 비료를 생산하는 것이다.
하지만 이러한 종래의 축산폐수 퇴비화 방법 또한 유입되는 축산폐수의 고액분리가 현실적으로 많은 어려움이 있으며, 더욱이 양질의 퇴비화를 위해서는 가축사료의 성분을 개선함으로써 질소나 인 성분의 배설량을 줄이거나 배출되는 축산폐수 내에서도 질소나 인 성분의 부하를 줄임으로써 축산폐수의 퇴비화 과정에서 양질의 유기질 퇴비화를 생산하는 것이 중요하지만 적절한 대응책이 제시되지 못하고 있는 실정이다. 또한, 일반적인 축산폐수의 퇴비화 과정에서는 암모니아, 트리메틸아민, 황화수소, 황화메틸, 이황화메틸과 같은 악취가 발생하여 대기오염으로 인접지역의 주요민원으로 작용하고 있어 이에 대한 대책도 절실히 요구되고 있으나 종래의 방법으로는 해결되지 못한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점이 해결된 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법을 제공하기 위한 것으로, 점성이 커서 고액분리가 어려운 가축의 분뇨와 분뇨의 세정과정에서 발생되는 세정수 등이 완전 혼합된 축산폐수를 별도의 고액분리처리 없이 혼합처리하는 과정에서 호기성의 발효미생물과 토양미생물을 별도의 배양조에서 우점화 및 활성화시킴으로써 악취의 주요 원인균인 부패균을 억제시켜 악취를 발생시키지 않고 호기성의 발효미생물과 토양미생물을 가축의 분뇨에 포함된 광범위 항생제 및 방역용 소독제 등에 내성이 우수하게 적응시켜 고농도의 유기물이나 질소, 인 성분들을 처리하여 양질의 유기질 비료로써 자원화 함으로써 2차적으로 폐수 및 잉여슬러지가 발생하지 않는 특징을 가진 무방류 축산폐수처리공법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법은;
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원수조(유량조정조; 1)에 저장된 가축의 분뇨와 분뇨의 세정과정에서 발생되는 세정수 등의 고액분리하지 않은 축산폐수를 일정한 유량으로 공급하는 단계;
상기 원수조(유량조정조; 1)에서 유입되는 원수, 처리된 방류수 및 미생물 배양조(5)에서 활성화되고 우점화된 미생물 배양액을 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)로 유입하는 단계;
제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)에 미세한 공기를 공급하는 단계;
상기 폭기조에서 처리된 폐수를 액상의 처리수와 반고체상태의 슬러지를 분리하기 위한 침전고액분리조(4)로 이송하여 분리하는 단계;
침전된 슬러지의 일부를 폭기조로 반송하기 전에 미생물 배양조(5)로 이송하여 처리하는 단계; 및
고농도의 유기물이나 질소, 인 성분을 포함한 슬러지를 양질의 퇴비로 개량하는 축산폐수 퇴비화조(11)로 이송하는 단계로 구성되는 축산폐수처리 방법에 있어서,상기 각 폭기조(2, 3)에 미세한 공기를 공급하는 단계에서는 용존산소의 농도를 극대화시킬 수 있는 제트노즐장치용 펌프(8) 및 제트노즐공기공급장치(9)를 사용하여 다량의 공기를 공급하고,상기 미생물 배양조(5)에서 처리하는 단계는 다공성의 미생물 활성화 광석으로 호기성의 발효미생물과 토양미생물을 별도로 우점화 및 활성화시키고 광범위 항생제 및 방역용 소독제 등에 내성을 우수하게 적용시키며,상기 미생물 배양조(5)에 광범위 소독제와 항생제에 내성이 우수하고, 호기성 및 무산소 조건에서도 생육조건이 우수하며, 각종 오염물질의 제거능력이 우수하고 각종 오염물질을 생체 세포합성에 이용하여 양질의 퇴비로 전환시키는 발효미생물과 토양미생물을 접종하여 운전함을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제1폭기조(2)로의 유입수의 비율은 바람직하기로는 원수 : 방류수 : 발효조 미생물 배양액 = 1 : 2 : 1 로 한다.
또한, 상기 미생물 배양조(5)는 용존산소농도(DO)는 0.5～4 ppm의 범위로, pH는 자동조절장치에 의해 6.2～8.0의 범위에서 운전되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 미생물 배양조(5)에 침지되어 있어 미생물을 우점화 및 활성화시키기 위한 다공성의 미생물 활성화 광석(7)은 규산석, 제오라이트, 맥반석 등으로 구성되고, 미생물 배양조 전체 용적의 10～30%로 함이 바람직하다.
더욱 바람직하기로는, 상기 미생물 활성화 광석은 규산석이 30%, 제오라이트가 40%, 맥반석이 30%로 이루어진다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 침전 고액분리조(4)에 침전된 고농도의 유기물이나 질소, 인 성분을 포함한 슬러지를 양질의 퇴비로 개량하는 축산폐수 퇴비화조(11) 및 미생물 배양조(5)로 각각 이송함에 있어 전체 슬러지의 70～90%를 축산폐수 퇴비화조(11)로 보내는 것을 특징으로 한다.상기 퇴비화조에서는 약 60℃ 이상의 고온에서 이송된 슬러지를 약 3일 이상 유지함으로 유기성퇴비로 하여 일반 토양에 시비할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 광범위 소독제와 항생제에 내성이 우수하고, 호기성 및 무산소 조건에서도 생육조건이 우수하며, 각종 오염물질의 제거능력이 우수하고 각종 오염물질을 생체 세포합성에 이용하여 양질의 퇴비로 전환시키는 미생물을 사용함이 바람직한데, 이러한 미생물로써는 축분에서 분리되어진 Pichia farinosa S-1 KCTC 0852BP, Pichia anomala ST KCTC 0968BP, Galactomyces sp. 59 KCTC 0979BP 등의 효모(yeast) 미생물을 주된 발효미생물로 이용하며 토양 미생물로는 토양표층부의 갈색 부엽토 및 황토에서 분리한 토양미생물들로 bacillus sp., acinetobacter sp., pseudomonas sp. 등이 다량 포함되어진 미생물 군을 이용한다.상기 토양미생물은 고두밥을 입구가 넓은 용기에 넣고 토양표층부의 갈색 부협토를 덮어 묻어 두었다가 수거하여 약 37℃의 인큐베이트에서 24시간 동안 배양하고, TB(Thioglycolate Broth) 배지(BBL 제품)에 상기 배양에 의하여 세균이 증식된 고두밥을 접종하여 약 37℃ 인큐베이트에서 24시간 종균배양한 후 혈액 한천평판배지 또는 맥콘케이 한천평판배지(MacConkey agar plate)에 옮긴 후 37℃에서 18시간 배양하여 토양미생물을 수득할 수 있다. 또한 상기 축분에서 분리되어진 미생물은 돈분을 TB 배지에 접종하여 약 37℃에서 24시간 배양한 다음 혈액 한천평판배지 에 옮겨 37℃에서 18시간 배양하여 증식함으로 수득할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 미생물은 주로 다공성의 규산석, 제오라이트, 맥반석 등을 사용하고, 미생물 배양조(5) 전체 용적의 10～30% 범위로써 고정된 다공성의 미생물 활성화 광석(7)에 의해 우점화 및 활성화되고, 또한 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)와 미생물 배양조(5)에서는 제트노즐장치용 펌프(8)를 이용하여 용수를 재순환시키는 과정에서 제트노즐공기공급장치(9)를 이용하여 외부공기를 혼합하여 유입시키고, 이러한 과정에서 공기를 미세하게 분산시키고 산소전달율을 높여줌으로써 호기성 미생물의 활성화를 유지하고 처리효율을 향상시켜 유기물의 분해작용 및 분해속도를 증가시키고 부패균의 억제를 통한 악취의 발생을 제어한다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참고로 보다 상세히 기술하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 축산폐수처리공정의 대략적인 구성도이다.
먼저, 가축의 분뇨와 분뇨의 세정과정에서 발생되는 광범위 항생제 및 방역용 소독제 가 포함된 세정수 등은 별도의 고액분리 과정을 거치지 않고 완전 혼합된 상태로서 원수조(유량조정조; 1)에 유입된다. 원수조(유량조정조; 1)는 유입되는 협잡물 등을 제거하기 위한 스크린 등이 설치되어 있으며 원수조, 유입되는 유량의 변동에 대응하기 위한 집수조 및 유량조정조 등으로 구성될 수 있다. 유량조정조를 거친 유입수는 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)로 유입되는데, 이때 유입되는 과정에서 유량조정조에서 유입되는 원수는 처리된 방류수와 미생물 배양조(5)에서 활성화되고 우점화된 미생물 배양액과 혼합되어 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)로 유입되게 되며 이들의 비율은 대략 원수 : 방류수 : 발효조 미생물 배양액 = 1 : 2 : 1 정도의 비율로 구성된다. 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)에서는 모두 제트노즐장치용 펌프(8)를 이용하여 용수를 각기 반응조 내에서 재순환시키며 이러한 과정에서 제트노즐공기공급장치(9)를 이용, 외부 공기를 혼합하여 공기를 미세하게 분산시켜 공급함으로써 산소 전달율을 높여준다. 이때 제1폭기조(2)에서는 주로 점성이 크고 입자성고형물 형태의 축산폐수를 처리하기 용이한 상태로 빠르게 전환시키며 1차적으로 분해가 쉬운 유기물의 분해를 진행시키기 위해 제2폭기조(3)에 비해 공기방울의 크기를 3～5배 정도로 크게 하고 압력을 크게 하며 제1폭기조(2) 내부에는 베플을 설치하여 와류를 형성시켜 공기 자체에 강한 물리적인 힘을 갖게 한다. 또한 제2폭기조(3)에서는 제1폭기조(2)에 비하여 공기방울을 미세하게 공급하며 공기의 체류시간을 길게 하여 용존산소량을 극대화한다. 또한 폭기조에서의 폐수의 체류시간은 제2폭기조(3)에서 전체 폭기조의 70～80%(약15～20일) 정도로 길게 유지하여 유기물의 안정화와 질소성분의 질산화 및 인의 제거를 유도한다.
제1폭기조(2)와 제2폭기조(3)를 거친 축산폐수는 액상의 처리수와 반고체상태의 슬러지를 분리하기 위한 침전고액분리조(4)로 이송된다. 본 처리공정에서 슬러지의 침전특성은 전체적인 운전비용과 퇴비화과정에서의 발효기간 등에 중요한 역할을 하게 된다. 일반적으로 축산폐수를 퇴비화 하는 방법인 콤포스트화는 슬러지(발효미생물)와 톱밥, 왕겨 등의 수분조절제를 일정한 비율로 혼합한 후 호기성상태, 60～80℃ 등의 고온에서 발효시키는 방법으로 발효과정 중에 처리된 축산폐수를 살포하여 발효, 산화 증발시켜 폐수를 콤포스트화하여 재활용하는 기술로써 축산폐수는 수분, 영양소, 유기물, 미생물 등을 골고루 보유하고 있기 때문에 이러한 방법이 많이 이용된다. 하지만 콤포스트화 방법에서의 초기 발효조건은 대략 60～70% 내외의 수분함량이 적절한 관계로 축산폐수의 슬러지의 함수율이 높게되면 공기공급을 원활하게 하기 위한 수분조절제인 톱밥이나 왕겨를 많이 투입하거나 하우스 등지에서 예비건조를 하여야 하기 때문에 결국 이는 운전비용의 증가와 발효기간을 연장시키는 결과를 가져온다. 따라서, 본 침전과정에서는 슬러지가 대략 60～70% 내외의 수분함량을 갖을 때까지 침전시킨다.
침전고액분리조(4)에서 침전된 슬러지는 잉여슬러지와 반송슬러지로 구분되어 잉여슬러지는 축산폐수의 퇴비화 과정인 콤포스트방법을 수행하기 위해 잉여슬러지 퇴비화조(11)로 70～90% 가량 이송되고 반송슬러지는 폭기조로 반송되기 전에 호기성의 발효미생물과 토양미생물을 별도로 우점화 및 활성화시키고 광범위 항생제 및 방역용 소독제 등에 내성을 우수하게 적응시키기 위해 미생물 배양조(5)로 이송된다. 본 발명에서 미생물 배양조(5)는 매우 큰 역할을 한다. 미생물 배양조(5)에는 미생물을 우점화 및 활성화시키기 위한 다공성의 미생물 활성화 광석(7)이 규산석, 제오라이트, 맥반석 등으로써 미생물 배양조 전체 용적의 10～30% 범위로써 고정화되어 있다. 규산석, 제오라이트, 맥반석 등은 미생물의 활성유지에 필요한 광물질로 구성되어 있으며 다공성으로 표면적이 넓어 성장속도가 늦은 미생물의 부착, 성장에도 우수할 뿐 아니라 토양미생의 활성유지와 악취의 감소에도 큰 역할을 한다.
따라서, 본 발명에서 미생물 배양조(5)의 주요 특징으로는 광범위 소독제와 항생제에 내성이 우수하고, 호기성 및 무산소 조건에서도 생육조건이 우수하며, 각종 오염물질의 제거능력이 우수하고 각종 오염물질을 생체 세포합성에 이용하여 양질의 퇴비로 전환시키는 미생물로 축분에서 분리되어진 Pichia farinosa S-1 KCTC 0852BP, Pichia anomala ST KCTC 0968BP, Galactomyces sp. 59 KCTC 0979BP 등의 효모(yeast)미생물과 토양표층부의 갈색 부엽토 및 황토에서 분리한 토양미생물들로 bacillus sp., acinetobacter sp., pseudomonas sp. 등이 다량 포함되어진 미생물을 호기성상태에서 우점화 및 활성화시켜 유기물을 안정화하고 질소나 인 성분의 분해속도를 증가시킴으로써 안정된 유기질 비료를 생산하는 것으로, 축산폐수처리과정에서 부패균의 생성을 억제함으로 악취의 발생을 제어한다. 또한 높은 유기물 부하 및 수리학적 부하에서 처리효율을 향상시키고 사상성 세균의 과잉 번식을 억제, 슬러지 침전성을 향상시켜 우수한 처리수질 및 함수율이 낮은 슬러지를 얻을 수 있도록 하는 호기성/무산소 선택조(aerobic/anoxic selector)의 역할을 수행한다.
모노드(Monod)식에 근거한 ‘운동성 선택 이론(kinetic selection theory)’에서 상대적으로 높은 기질농도(S > Ks)에서 비생장률은 μmax에 의해 조절되나 낮은 기질농도(S < Ks)에서 비생장률은 Ks값에 의해 주로 조절되므로, 낮은 Ks값을 가지는 사상성 세균은 낮은 기질농도에서 우세하며 반대로 플럭 형성 미생물은 높은 기질농도에서 우세하다. 또한 완전혼합 시스템에서 증가하는 슬러지 부하는 SVI를 감소시켜 사상성 세균의 감소를 가져오며 낮은 슬러지 일령에서 사상성 세균은 씻겨나가게 되어 처리수의 질을 나쁘게 한다.
따라서, 본 발명의 미생물 배양조(5)는 슬러지의 침전성을 향상시킴으로서 우수한 처리수질 및 퇴비화 과정에서 슬러지의 함수율을 낮추게 되어 초기 발효가 잘 일어나게 하고 따라서 퇴비화 과정에서 적정 온도인 60℃이상의 고온발효가 쉽게 발생하게 된다. 일반적으로 퇴비화과정에서 고온(60℃이상)이 되면 잡초종자나 병원균이 사멸하고 수분이 증발하여 취급이 편리하고 위생적인 퇴비가 된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적인 목적일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
충청남도 옥천군에 위치한 돈사에서 배출되는 축산폐수를 본 발명에 의한 공법과 같은 방식으로 처리하였다. 전체 처리공정은 도 1과 같으며 돈사에서 배출되는 가축의 분뇨 및 분뇨의 세정과정에서 발생되는 세정수 등은 완전 혼합된 상태로써 원수조 및 유량조정조(1)로 유입되었고 이곳에서 협잡물이 제거된 후 하루 2회씩 폭기조로 유입되어 전체 용량 4 ton/day이 처리되었다. 원수가 폭기조로 유입되는 과정에서 유량조정조에서 유입되는 원수는 처리된 방류수 8 ton/day 및 미생물 배양조(5)에서 활성화되고 우점화 된 미생물 배양액 4 ton/day와 혼합되어 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)로 유입되었다. 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)에서는 모두 제트노즐장치용 펌프(8)를 이용하여 용수를 각기 반응조 내에서 재순환시켰으며 이러한 과정에서 제트노즐공기공급장치(9)를 이용, 외부 공기를 혼합하여 공기를 미세하게 분산시켜 공급함으로써 산소전달율을 높여주었다. 본 처리공정에서 축산폐수는 제1폭기조에서 5일정도 체류한 후 제2폭기조에서 15일을 체류하여 전체 폭기조에서의 폐수의 체류시간은 약 20일정도 소요되었다.
또한 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)에서 처리된 폐수는 액상의 처리수와 반고체상태의 슬러지를 분리하기 위한 침전고액분리조(4)로 이송되어 침전된 슬러지 중 일부는 폭기조로 반송하기 전에 미생물 배양조(5)로 이송되고 하루 4 ton/day의 슬러지와 처리된 배출수는 고농도의 유기물이나 질소, 인 성분들을 포함한 슬러지를 양질의 퇴비로 개량하는 축산폐수 퇴비화조(11)로 이송되었다. 미생물 배양조(5)에서 용존산소농도(DO)는 0.5～4 ppm의 범위로, pH는 자동조절장치에 의해 6.2～8.0의 범위에서 운전되었다. 또한 미생물 배양조(5)의 미생물 활성화 광석(7)은 규산석, 제오라이트, 맥반석을 30%, 40%, 30%비율로써 미생물 배양조 전체 용적의 25%정도 고정화되었다.
본 실시예에 따른 폐수처리 시험 결과의 평균값을 아래의 표 1에 나타냈다. 시험은 총 12회에 걸쳐 진행되었다. 도 2는 초기 미생물활성화 광석 중 제올라이트 표면을 촬영한 전자현미경 사진이고 도 3은 100일 경과 후 제올라이트표면에 부착된 미생물의 단면을 촬영한 사진이다.
돈사에서 발생되는 축산폐수처리결과(12회 시험결과의 평균값)
항목 유입수 폭기조 미생물배양조 방류수
BOD(mg/L) 19,450 6,656 1,896 185
CODcr(mg/L) 9,620 4,528 765 147
TSS(mg/L) 9,940 10,900 12,790 29
NH4+-N(mg/L) 3,022 135 46 12
TKN(mg/L) 4,280 213 72 17
T-N(mg/L) 3,990 690 662 62
T-P(mg/L) 428 252 286 22
<실시예 2>
본 발명에 의한 미생물 배양조(5)는 미생물을 호기성상태에서 우점화 및 활성화시켜 유기물을 안정화하고 질소나 인 성분의 분해속도를 증가시킴으로써 안정된 유기질 비료를 생산하며 축산폐수처리과정에서 부패균의 억제를 통한 악취의 발생을 제어한다. 또한 높은 유기물 부하 및 수리학적 부하에서 처리효율을 향상시키고 사상성 세균의 과잉 번식을 억제, 슬러지 침전성을 향상시켜 우수한 처리수질 및 함수율이 낮은 슬러지를 얻을 수 있도록 하는 호기성/무산소 선택조(aerobic/anoxic selector)의 역할을 수행한다.
따라서 이러한 현상을 증명하기 위하여 100 L/day 처리용량의 아크릴 모형 축산폐수처리용 반응기 3개를 제작하여 운전하였다. 하나의 반응기는 미생물 배양조(5)가 없이 일반적인 폭기만 진행하는 반응기(A)로 제작되었으며 초기 미생물 접종은 축산폐수처리공정의 잉여슬러지를 100% 접종하였다. 반응기(B)는 본 처리공정과 동일한 처리공정을 수행하도록 제작되었으며 마찬가지로 초기 미생물 접종은 축산폐수처리공정의 잉여슬러지를 100% 접종하였다. 마지막으로 반응기(C)는 본 처리공정과 동일한 처리공정과 함께 초기미생물 접종을 축산폐수처리공정의 잉여슬러지 50%와 축분에서 분리되어진 Pichia farinosa S-1 KCTC 0852BP, Pichia anomala ST KCTC 0968BP, Galactomyces sp. 59 KCTC 0979BP 등의 효모(yeast)미생물과 토양표층부의 갈색 부엽토 및 황토에서 분리한 토양미생물들로 bacillus sp., acinetobacter sp., pseudomonas sp. 등을 순수배양하여 50% 접종하였다. 또한 반응기 B와 반응기 C의 미생물 배양조(5)에는 각각 동일한 양의 미생물 활성화 광석(7)을 규산석(30%), 제오라이트(40%), 맥반석(30%)으로써 미생물 배양조 전체 용적의 30%로 고정화하였다. 규산석, 제오라이트, 맥반석 등은 미생물의 활성유지에 필요한 광물질로 구성되어 있으며 다공성으로 표면적이 넓어 성장속도가 늦은 미생물의 부착, 성장에도 우수할 뿐 아니라 토양미생의 활성유지와 악취의 감소에도 큰 역할을 한다.
시험은 총 3월간 진행되었으며 각각의 반응기에서는 폐수처리효율 및 악취발생효과를 분석하였다. 다음 표 2에 일반적인 폭기만 진행하는 반응기(A)와 본 발명의 처리공정을 수행하도록 제작된 반응기(B), 본 발명의 또 다른 처리 공정으로 초기미생물 접종을 축산폐수처리공정의 잉여슬러지 50%와 축분에서 분리되어진 Pichia farinosa S-1 KCTC 0852BP, Pichia anomala ST KCTC 0968BP, Galactomyces sp. 59 KCTC 0979BP 등의 효모(yeast)미생물과 토양표층부의 갈색 부엽토 및 황토에서 분리한 토양미생물들로 bacillus sp., acinetobacter sp., pseudomonas sp. 등을 순수배양하여 50% 접종한 반응기(C)에서의 축산폐수처리효율을 나타냈다. 시험결과 미생물 배양조가 있는 반응기 B와 C에서는 반응기 A에 비해 높은 유기물제거와 침전효율을 보였으며 발효미생물과 토양미생물을 접종한 반응기 C에서는 특히 질소 및 인의 제거효과가 다른 반응기에 비해 우수한 것을 확인할 수 있었다.
각기 다른 축산폐수처리공정별 제거율
처리효율 반응기 (A) 반응기 (B) 반응기 (C)
BOD 92% 97% 99%
CODcr 86% 95% 97%
TSS 95% 98% 99%
NH4+-N 89% 92% 99%
TKN 93% 93% 99%
T-N 78% 89% 98%
T-P 65% 78% 93%
또한 같은 시험기간 동안 각 모형 반응조에서의 폭기조액 및 슬러지에서의 악취가스를 측정하였다. 악취의 측정은 각기 다른 축산폐수처리공정이 설치되어 운전되는 현장에서 실측을 하여야 하나 동일한 농가에서 발생하는 축산폐수를 처리하는 각기 다른 공정의 현장에서 측정한다는 것은 매우 어려운 일이며 축산폐수처리공정의 운전조작이나 현장의 상태에 따라 상이한 결과를 가져올 수 있으므로 본 시험에서는 단순히 일반적인 폭기만 진행하는 반응기(A)와 본 발명에 따른 처리공정과 동일한 처리공정을 수행하도록 제작된 반응기(B), 본 발명의 또 다른 처리공정인 발효미생물과 토양미생물을 선택적으로 접종한 반응기(C) 모형에서의 폭기조액 및 슬러지를 밀폐된 용기에 넣어 10분간 격렬히 흔들어준 후 밀폐용기 상단의 공기를 흡입하여 악취성분을 분석하였다. 악취가스의 분석은 현재 우리나라 대기환경보전법에 규제하고 있는 생활악취 8가지 항목을 분석하였으며 검지관(GASTEC)법을 사용하였다. 이상의 결과에서 단지 폭기만 진행하는 반응기(A) 및 반응기(B)에서는 암모니아와 황회수소 등의 악취가 상당히 발생하는데 비해 반응기(C)에서는 약간의 미취가 발생했으나 현재 규제하고 있는 생활악취가 아닌 다른 취기가 주로 발생되었으며 심미적으로 불쾌감을 주는 악취가 아닌 것으로 확인되었다.
각기 다른 축산폐수처리공정별 악취발생 결과
항목 반응기 (A) 반응기 (B) 반응기 (C)
폭기조 슬러지 폭기조 슬러지 폭기조 슬러지
암모니아 4.4 35.3 3.2 12.6 검출안됨 0.01이하
황화수소 0.2 97.3 0.04 56.7 검출안됨 0.01이하
이황화메틸 0.01이하 8.4 0.01이하 2.5 검출안됨 검출안됨
황화메틸 0.2 9.7 0.01이하 4.7 검출안됨 검출안됨
트리메틸아민 1.25 4.3 0.5 2.8 검출안됨 검출안됨
메틸멀캅탄, 아세트알데히드, 포름알데히드 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법은 축사 등에서 발생하는 가축의 분과 뇨를 별도로 구분하지 않고 혼합처리하는 과정에서 호기성의 발효미생물과 토양미생물을 별도의 배양조에서 우점화 및 활성화시킴으로써 악취의 주요 원인균인 부패균을 억제시켜 악취가 발생하지 않고 고농도의 유기물이나 질소, 인 성분들을 양질의 유기질 비료로써 자원화 함으로써 폐수 및 잉여슬러지가 발생하지 않을 뿐 아니라, 슬러지의 침전성을 향상시키고 주요 발효미생물들은 효모로 구성되어 있기 때문에 축산폐수의 퇴비화 공정인 콤포스트화 공정에서의 초기 발효를 촉진시키고 양질의 유기질 비료가 빠르게 생산될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무악취, 무방류의 유기성퇴비화 축산폐수처리방법을 이용한 축산폐수처리의 흐름도이고,
도 2는 본 발명에 따른 미생물배양조에서 발효미생물과 토양미생물의 우점화 및 활성화를 위한 다공성의 광석을 150배 확대한 전자현미경 사진이고,
도 3은 본 발명에 따른 미생물배양조에서 발효미생물과 토양미생물의 우점화 및 활성화를 위한 다공성의 광석에 부착된 미생물의 단면을 5000배 확대한 전자현미경 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1. 원수조(유량조절조) 2. 제 1 폭기조
3. 제 2 폭기조 4. 침전고액분리조
5. 미생물 배양조 6. 영양제공급 및 pH 조절장치
7. 미생물 활성화 광석 8. 제트노즐용 펌프
9. 제트노즐 공기공급 장치 10. 액체 이송 펌프
11. 축산폐수 퇴비화조

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 원수조(유량조정조; 1)에 저장된 가축의 분뇨와 분뇨의 세정과정에서 발생되는 세정수 등의 고액분리하지 않은 축산폐수를 일정한 유량으로 공급하는 단계;
    상기 원수조(유량조정조; 1)에서 유입되는 원수, 처리된 방류수 및 미생물 배양조(5)에서 활성화되고 우점화된 미생물 배양액을 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)로 유입하는 단계;
    제1폭기조(2) 및 제2폭기조(3)에 미세한 공기를 공급하는 단계;
    상기 폭기조에서 처리된 폐수를 액상의 처리수와 반고체상태의 슬러지를 분리하기 위한 침전고액분리조(4)로 이송하여 분리하는 단계;
    침전된 슬러지의 일부를 폭기조로 반송하기 전에 미생물 배양조(5)로 이송하여 처리하는 단계; 및
    고농도의 유기물이나 질소, 인 성분을 포함한 슬러지를 양질의 퇴비로 개량하는 축산폐수 퇴비화조(11)로 이송하는 단계로 구성되는 축산폐수처리 방법에 있어서,
    상기 각 폭기조(2, 3)에 미세한 공기를 공급하는 단계에서는 용존산소의 농도를 극대화시킬 수 있는 제트노즐장치용 펌프(8) 및 제트노즐공기공급장치(9)를 사용하여 다량의 공기를 공급하고,
    상기 미생물 배양조(5)에서 처리하는 단계는 다공성의 미생물 활성화 광석으로 호기성의 발효미생물과 토양미생물을 별도로 우점화 및 활성화시키고 광범위 항생제 및 방역용 소독제 등에 내성을 우수하게 적응시키며,
    상기 미생물 배양조(5)에 광범위 소독제와 항생제에 내성이 우수하고, 호기성 및 무산소 조건에서도 생육조건이 우수하며, 각종 오염물질의 제거능력이 우수하고 각종 오염물질의 생체 세포합성에 이용하여 양질의 퇴비로 전환시키는 발효미생물과 토양미생물을 접종하여 운전함을 특징으로 하는 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제1폭기조(2)로의 유입수의 비율을 원수 : 방류수 : 발효조 미생물 배양액 = 1 : 2 : 1 로 함을 특징으로 하는 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 미생물 배양조(5)는 용존산소농도(DO)는 0.5～4 ppm의 범위로, pH는 자동조절장치에 의해 6.2～8.0의 범위에서 운전함을 특징으로 하는 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 미생물 배양조(5)에 침지되는 다공성의 미생물 활성화 광석(7)은 규산석, 제오라이트, 맥반석으로 구성되고, 미생물 배양조 전체 용적의 10 내지 30%로 함을 특징으로 하는 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 침전고액분리조(4)에 침전된 고농도의 유기물이나 질소, 인 성분들 포함한 슬러지를 양질의 퇴비로 개량하는 축산폐수 퇴비화조(11) 및 미생물 배양조(5)로 각각 이송함에 있어 전체 슬러지의 70～90%를 축산폐수 퇴비화조(11)로 이송함을 특징으로 하는 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법.
  8. 삭제
  9. 제 3항에 있어서, 상기 미생물은 부엽토에서 추출된 것임을 특징으로 하는 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법.
  10. 제 3항에 있어서, 상기 미생물은 축분에서 분리되어진 Pichia farinosa S-1 KCTC 0852BP, Pichia anomala ST KCTC 0968BP, Galactomyces sp. 59 KCTC 0979BP의 효모(yeast) 미생물과 토양 미생물로는 토양표층부의 갈색 부엽토 및 황토에서 분리한 토양미생물들로 bacillus sp., acinetobacter sp., pseudomonas sp. 이 다량 포함되어진 미생물 군임을 특징으로 하는 유기성퇴비화 축산폐수처리 방법.
  11. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100941352B1 (ko) * 2007-12-03 2010-02-11 한국과학기술연구원 질산화 및 탈질화 작용이 우수한 신규 미생물, 이를유효성분으로 함유하는 폐수 처리용 바이오클로드, 이의제조방법 및 이를 이용한 폐수 처리방법
KR101138424B1 (ko) * 2009-08-18 2012-04-26 주식회사 엔베스텍 버드나무로부터 분리한 미생물을 이용한 발열용 우드펠릿의 제조방법

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