KR100513268B1 - 주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 악취제거방법 및탈취장치 - Google Patents
주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 악취제거방법 및탈취장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 주정폐액(여액 및 슬러지 포함)과 지렁이 분변토를 이용한 악취제거방법 및 탈취장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오폐수 처리시설 등에서 얻어지는 유기성 폐수나 유기성 폐기물을 희석한 유기성 폐기물 또는 유기성 폐기물을 산발효시킨 산발효액(이하 유기성 폐수라 함)에 주정공정에서 배출된 주정폐액(Distillery sludge)과 유기성 폐기물의 퇴비화 공정에서 생성된 지렁이 분변토(Earthworm cast)를 혼합하여 악취제거능을 갖는 고농도 미생물 용액을 제조하고 이를 2단 이상의 매체층이 형성된 살수여상 탈취탑(TF-Biofilter)로 공급하여 매체층의 여재 표면에 형성된 미생물막을 이용하여 생물학적으로 산화 분해시킴과 아울러 수세정 및 수분해를 이용하여 다량의 악취를 신속하게 제거하는 주정폐액과 미생물 분변토를 이용한 악취제거방법 및 탈취장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은 주정슬러지, 지렁이 분변토 및 한약재 찌꺼기로 구성된 생물여과층으로 이루어진 생물여과 탈취탑(DEO-Biofilter)을 더 포함하여 구성된 악취제거방법 및 탈취장치를 제공하는 것이다.
Description
본 발명은 주정폐액(여액 및 슬러지 포함)과 지렁이 분변토를 이용한 악취제거방법 및 탈취장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오폐수 처리시설 등에서 얻어지는 유기성 폐수나 유기성 폐기물을 희석한 유기성 폐액 또는 유기성 폐기물을 산발효시킨 산발효액(이하 유기성 폐수라 함)에 주정공정에서 배출된 주정폐액(Distillery sludge)과 유기성 폐기물의 처리 및 퇴비화 공정 등에서 생성된 지렁이 분변토(Earthworm cast)를 혼합하여 악취제거능을 갖는 고농도 미생물 용액을 제조하고 이를 2단이상의 매체층이 형성된 살수여상 탈취탑(TF-Biofilter)으로 공급하여 매체층의 여재 표면에 형성된 미생물 막을 이용하여 생물학적으로 산화 분해시킴과 아울러 수세정 및 수분해를 이용하여 다량의 악취를 신속하게 제거하는 주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 악취제거방법 및 탈취장치에 관한 것이다.
최근 각종 산업폐수와 함께 일반 생활하수와 분뇨, 축산폐수 등과 같은 유기성 오염물질에 의한 하천 및 지하수의 오염이 점차 심각해지면서 이를 처리하기 위한 오폐수 처리시설이 크게 증가되고 있다. 또한 이러한 오폐수 및 분뇨 등은 수질을 오염시킬 뿐만 아니라 폐수에서 발생하는 암모니아나 황화수소 가스 등으로 인한 악취가 커다란 문제가 되고 있다. 암모니아와 황화수소가스는 그 자체의 특유한 냄새로 인해 불쾌감을 유발할 뿐만 아니라 비교적 낮은 농도에서도 구토, 두통 등을 유발하여 농도가 높을 경우 인체에 해를 미치는 것으로 알려져 있다. 이러한 악취는 산업시설이나 환경 처리시설과 주거지가 인접해 있는 경우에 거주민들의 생활환경을 직접적으로 악화시킴으로써 인근 주민의 민원발생과 근무환경 조건의 취약성이 문제점으로 지적되어 왔다.
따라서 각종 산업시설이나 환경 처리시설에서 발생되는 혼합 기체로부터 악취를 제거하기 위한 탈취기술의 개발이 요구되고 있다. 이러한 탈취기술로는 물리적 처리방식과 화학적 처리방식 및 생물학적 처리방식으로 대별할 수 있다. 이들 중 대표적인 물리, 화학적 처리방식은 수세법, 활성탄흡착법, 오존산화법, 산-알칼리 세정법, 연소법 등과 같이 약품, 재료비 등의 소비가 많기 때문에 비용측면에서 효과적이지 못하다. 이에 반해 생물학적 처리방식은 토양 미생물을 이용하는 토양 탈취법, 포기조 내의 활성슬러지를 이용하여 악취 물질을 제거하는 포기조 탈취법, 바이오필터법 등이 사용되고 있으나 압력손실이 높고 동력비가 많이 소요되며 처리효율이 매우 낮아 넓은 부지 면적을 필요로 하는 등 많은 문제점이 있었다.
최근에는 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 악취제거능을 갖는 미생물을 집적화하여 다량의 악취가스를 단시간에 처리할 수 있는 충전형 미생물 탈취법이 개발되고 있다. 즉, 도1a 내지 도1c는 종래 기술에 따른 충전형 미생물 탈취장치의 예를 개략적으로 보여주는 개념도로서, 도1a은 공개번호 특2001-0035671 " 악취가스 제거용 담체 충전형 미생물 탈취 시스템"으로서, 악취가스(100)를 다공성 미생물 담체 및 담체에 부착된 미생물을 포함하는 바이오필터 충전탑(130)에 통과시키면서 상기 충전탑 상부에 설치된 살수장치(140)로부터 신선한 물을 살포하여 세정작용과 동시에 미생물들의 생장을 위한 수분을 공급함으로써 미생물들이 악취가스 중의 질소계 화합물과 황화합물을 흡수 또는 흡착하여 탈취작용이 이루어지도록 하는 한편, 바이오필터 충전탑내 미생물들의 원활한 유지를 위해 일정량의 미생물을 보충할 수 있도록 공급수 탱크(150)와 병렬로 연결된 미생물 저장탱크(160)가 구비되어 있다.
그리고 도1b는 등록번호 20-0213634 " 미생물을 이용한 탈취시스템"으로서, 탈취조(200)의 중간부에 악취성분을 통과시키기 위한 미세 타공판(220)을 설치하고, 이 미세 타공판(220)의 상부에는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 재질로 발포, 압출된 미생물 처리구(230)를 소정 높이로 적층하여 하부에서 상승하는 악취가스(210)와 접촉되게 하며, 상기 탈취조(200)의 측면에는 고농도로 배양된 미생물을 주기적으로 공급하기 위한 미생물 저장통(260)이 구비되어 있다.
이어 도1c는 악취제거능을 가진 다종의 토양 미생물을 고농도로 배양하는 배양조(360)와 상기 배양조(360)로부터 고농도 미생물 용액이 주기적으로 공급되며 악취가스(310)가 고농도 미생물 용액 중으로 공급되어 악취성분을 수분해함과 동시에 용액 중의 미생물에 의해 분해되고, 중간부에 세라믹층(330)이 형성되며 상기 세라믹층의 상부측에는 고농도 미생물 용액을 순환 분사하는 분사기(340)가 구비되어 상승하는 미량의 악취성분을 세라믹층(330)을 통해 흡착함과 동시에 분사되는 용액 중의 미생물에 의해 분해하는 탈취조(300)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 다양한 형태의 담체 충전형 미생물 탈취장치가 사용되고 있으나, 종래의 탈취장치는 바실러스균 등 악취제거능을 갖는 미생물을 질소와 인을 영양분으로 해서 증식한 것을 사용하였다. 예를 들어 공개번호 특1997-0043015 "악취 제거기능이 우수한 부숙 촉진 미생물제의 제조방법"에는 악취제거능이 우수한 부숙촉진 미생물을 제조하기 위해서 바실러스 코아글란스, 니트로조모나스 유로파, 니트로박터아릴리스, 슈도모나스 아에로지노사(KCTC 1700), 바실러스섭틸리스, 슈도모나스 아에로지노사(ACTC 9721)의 6종 균주를 각각 뉴트리언트 브로쓰에 접종하여 25-40℃ 의 온도에서 24-72시간동안 배양한 배양액을 동량씩 혼합하여 혼합물을 제조하고, 이 혼합물을 포도당, 전분, 황산암모늄이 함유된 배지에 1% 접종하여 자퍼멘터에서 배양시키는 방법이 사용되었다.
그리고 공개번호 특1996-0041355 "하수처리 및 탈취능을 갖는 신규의 미생물, 이의 배지조성물 및 배양방법"에서는 탄소원과 질소원을 함유하는 수성영양배지에서 발육이 양호하며 오수 찌꺼기 분해제거능 및 탈취효과를 가지는 바실루스 서브틸리스균(KCTC 8662P)를 배양하는 방법이 사용되었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 다양한 종류의 미생물이 포함되어 있는 주정폐액(여액 및 슬러지)과 지렁이 분변토를 배양하여 고농도의 미생물 용액으로 제조하여 각종 악취를 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 산업폐수 처리시설이나 오폐수 처리시설 또는 유기성 폐기물 처리시설 등 각종 환경 처리시설에 설치되어, 악취제거능을 갖는 다양한 종류의 미생물이 포함되어 있는 주정폐액(슬러지 및 여액)과 지렁이 분변토를 상기 환경 처리시설로부터 공급되는 유기성 폐수나 유기성 폐기물 희석액 등과 혼합하여 고농도의 미생물 용액을 배양한 다음 이 미생물 용액을 이용하여 상기 환경 처리시설에서 발생되는 악취를 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 산업폐수 처리시설이나 오폐수 처리시설 등 환경 처리시설 내에 주정폐액(슬러지 및 여액)과 지렁이 분변토를 유기성 폐수나 유기성 폐기물 희석액과 혼합하여 고농도의 미생물 용액으로 배양하는 배양조와, 상기 배양조에서 배양된 고농도 미생물 용액이 공급되는 동시에 상기 환경 처리시설에서 발생되는 악취가스가 공급되어 여재 표면에 형성된 미생물 막을 이용하여 생물학적으로 산화 분해시킴과 아울러 수세정 및 수분해를 이용하여 다량의 악취를 신속하게 제거하는 탈취장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 주정슬러지, 지렁이 분변토 및 한약재 찌꺼기로 구성된 생물여과층을 이용하여 악취가스를 제거하는 탈취장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 악취제거방법은, 악취제거능을 갖는 다양한 종류의 미생물이 함유된 주정폐액과 지렁이 분변토를 유기성 폐수나 유기성 폐기물 희석액 등에 혼합하여 고농도 미생물 용액을 배양한 다음 이를 혼합가스 중의 악취성분을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 악취제거능을 갖는 다양한 종류의 미생물이 함유된 주정폐액과 지렁이 분변토를 고농도의 탄소원와 질소원이 함유된 유기성 폐수나 유기성 폐기물 희석액 등에 혼합하여 배양한 고농도 미생물 용액을 적어도 2단 이상의 매체층이 형성된 살수여상 탈취탑으로 순환시켜 여재 표면에 형성된 미생물 막을 이용하여 생물학적으로 산화 분해시킴과 아울러 고농도 미생물 용액의 수세정 및 수분해를 이용하여 다량의 악취를 신속하게 제거하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 탈취장치는, 주정폐액 및 지렁이 분변토를 유기성 폐수나 유기성 폐기물 희석액과 혼합하여 고농도 미생물 용액으로 배양하는 혼합조와, 상기 혼합조의 상징액에 희석수를 첨가함과 아울러 살수여상 탈취탑으로 순환시키는 저장조로 이루어진 미생물 배양조와; 상부로는 상기 저장조로부터 공급된 미생물 용액이 주입되고 하부로는 악취발생원에서 수집된 악취가스가 주입되며, 상부에는 미생물 용액을 살수하는 살수장치가 설치되고, 중간부분에는 다수의 여재로 충진된 매체층이 형성되며, 하부에는 상기 매체층을 통과한 미생물 용액이 체류되는 체류조가 형성되고, 상기 체류조에는 덕트에 의해 수집된 악취가스가 주입되는 악취가스 주입관과, 잉여 미생물 용액을 상기 저장조로 순환시키는 미생물 용액 순환관 및 상기 체류조 바닥에 가라앉은 탈리 미생물을 상기 혼합조로 유출시키는 탈리 미생물 유출관이 형성된 살수여상 탈취탑을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 상기 살수여상 탈취탑의 상부로 배출된 배가스에 포함되어 있는 악취성분을 제거하기 위해서 주정슬러지와 지렁이 분변토 및 한약재 찌꺼기가 혼합된 생물여과층이 형성된 생물여과 탈취탑을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 방법에 따른 주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 악취제거방법과 이를 이용한 탈취장치를 상세히 설명한다. 먼저 도2는 본 발명에 따른 주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 악취제거방법을 설명하기 위한 공정도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 산업폐수 처리공정이나 오폐수 처리공정(1)에서 공급되는 유기성 폐수나 유기성 폐기물의 희석액(11)과, 주정공정(2)에서 배출된 주정폐액(12)과, 유기성 폐기물 퇴비화 공정(3) 등에서 배출된 지렁이 분변토(13)를 혼합조(31)에 주입하는 주입단계와; 상기 유기성 폐수(11)와 주정폐액(12) 및 지렁이 분변토(13)를 교반장치(32)로 교반하면서 일정 온도범위로 유지하여 탈취제거능을 갖는 고농도 미생물 용액으로 배양하는 미생물 배양단계와; 배양된 미생물 용액의 상징액을 저장조(37)로 유입시키고 적당량의 희석수(15)를 첨가하여 저장하는 저장단계와; 상기 저장조(37)에 저장된 미생물 용액을 별도의 탈취장치나 상기 산업폐수 처리공정이나 오폐수 처리공정으로 공급하여 악취가스를 제거하는 악취가스 제거단계로 이루어진다.
이때 상기 혼합조(31)로 주입되는 유기성 폐수(11)는 음식물쓰레기, 하수슬러지, 분뇨 및 축산폐수, 침출수 등과 같이 고농도의 유기성 물질을 포함한 폐수이거나 또는 각종 유기성 폐기물을 정당한 농도로 희석한 유기성 폐기물 희석액 또는 이들 유기성 폐기물을 별도의 산발효공정을 통해 산발효시킨 산발효액 등(이하 유기성 폐수라 함)을 포함하는 것으로서 고농도의 질소원과 탄소원을 포함하는 것이다.
그리고 상기 혼합조(31)로 주입되는 주정폐액(Distillery waste;12)은 주정을 생산한 후에 발생하는 주정슬러지 및/또는 주정여액이다. 여기서 주정여액은 주정폐액에서 주정슬러지를 제거하고 남은 액상물질을 말한다. 일반적으로 이러한 주정폐액에는 다양한 종류의 발효 미생물이 포함되어 있으나 영양성분이 부족하기 때문에 균체농도가 낮다. 따라서 이러한 주정폐액에 부족한 영양성분을 공급하면 다양한 종류의 발효 미생물을 활성화시킬 수 있게 된다. 특히 주정폐액에서 부족한 영양성분은 주로 탄소와 질소이므로 각종 폐수 처리시설로 유입되는 고농도의 유기성 폐수나 유기성 폐기물 희석액 등을 공급하면 다양한 종류의 악취 제거용 발효 미생물을 얻을 수 있게 된다.
이어 상기 혼합조(31)로 주입되는 분변토(Earthworm cast;13)는 지렁이가 흙과 유기물을 섭취 소화시켜서 배설한 것으로서, 생물학적으로 티오바실러스 티오옥시단스(Thiobacillus Thiooxidans), 티·티오파러스(T·Thioparus), 슈도모나스(Pseudomonas), 오소박터(Arthobactor), 하이포마이크로비옴 엑스(Hyphomicrobium X), 메틸로박테리엄(Methylobacterium sp.)등의 다양한 미생물을 함유하고 있어 생물학적 탈취제로서의 우수한 조건을 갖추고 있으며, 물리적 특성면에서는 활성탄에 비유할 만큼 비표면적(400∼800m2/g)이 크고 화학적 특성면에서는 양이온 치환능력이 매우 우수하여 통기성 및 수분의 흡수성을 좋게 한다.
따라서 고농도의 탄소원과 질소원을 포함하고 있는 유기성 폐수(11)에 발효 미생물이 함유된 주정폐액(12)과 다양한 미생물이 함유되어 있을 뿐만 아니라 물리적 특성이 우수한 지렁이 분변토(13)를 적당량 첨가하여 배양하면 악취제거능을 갖는 다양한 종류의 미생물이 함유된 고농도의 미생물 용액을 제조할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 오폐수 및 산업폐수 처리시설 등에서 얻을 수 있는 유기성 폐수와 주정공장에서 폐기물로 버려지는 주정폐액 및 퇴비화 공정에서 구할 수 있는 지렁이 분변토만을 이용하여 악취를 제거하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 악취제거방법은 폐수처리시설 등의 현장에서 악취 제거용 미생물 용액을 직접 배양시켜 당해 폐수처리시설 등에 직접 투입하거나 별도의 탈취시설(살수여상 탈취탑 및 생물여과 탈취탑)을 이용하여 당해 오폐수 및 산업폐수 처리시설에서 발생되는 악취를 제거하는 것을 특징으로 한다.
이어 도3은 본 발명에 따른 주정폐액 및 지렁이 분변토를 이용한 탈취장치의 바람직한 실시예를 보여주는 구성도로서, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 탈취장치(20)는 크게 악취제거능을 갖는 고농도 미생물 용액을 배양하여 공급하는 미생물 배양조(30)와, 상기 미생물 배양조(30)에서 공급된 미생물 용액은 상부에서 하부로 공급되고 악취발생원에서 수집된 악취가스는 하부에서 상부로 주입되어 제거되는 살수여상 탈취탑(TF-Biofilter;50)으로 구성된다.
그리고 상기 미생물 배양조(30)는 산업폐수 처리시설 또는 오폐수 처리시설 등에서 공급된 유기성 폐수(11)에 주정폐액(여액 및 슬러지 포함)(12)과 지렁이 분변토(13)를 첨가하고 교반장치(32)로 교반하여 주정폐액(12)과 분변토(13)에 함유되어 있는 미생물을 고농도로 배양하는 혼합조(31)와, 상기 혼합조(31)에서 배양된 배양액의 상징액을 적당량의 희석수(15)로 희석하여 저장하는 저장조(37)로 구성된다. 그리고 상기 저장조(37)에는 미생물 용액을 살수여상 탈취탑(50)으로 공급하는 공급관(40)과 상기 살수여상 탈취탑(50)에서 사용된 미생물 용액을 회수하기 위한 순환관(58)이 각각 설치되어 있다. 그리고 상기 저장조(37)에는 미생물 용액의 pH를 측정하기 위한 pH메터(38)가 더 설치되어 있으며, 상기 혼합조(31)의 하부에는 바닥에 가라앉은 슬러지를 제거하기 위한 슬러지 배출관(16)과 혼합조(31)를 일정한 온도범위로 유지시키기 위한 가온장치(도시되지 않음) 등이 설치되어 있다.
이어서 상기 살수여상 탈취탑(50)은 상부로는 상기 저장조(37)에서 공급되는 미생물 용액이 살수되고 하부로는 산업폐수 처리시설이나 오폐수 처리시설 등에서 발생된 악취가스가 주입되어 매체층(53)에 부착된 미생물에 의해 산화 분해되는 것으로서, 상부에는 상기 미생물 용액을 균등하게 공급하는 살수장치(51)가 설치되어 있고, 중간부분에는 서로 다른 크기와 형태를 갖는 다수의 여재로 충진된 2단이상의 매체층(53)이 형성되어 있으며, 그 하부에는 상기 매체층(53)을 통해 밑으로 하강된 미생물 용액이 체류되는 체류조(55)가 형성되어 있다.
이때 상기 매체층(53)에 충진되는 여재는 가공성이 좋은 플라이애쉬와 흡수율 및 가동율이 높은 규조토에 발포제, 결합제 및 분산제 등의 첨가물을 혼합하여 페이스트상의 혼합물을 형성한 후 100∼200℃의 온도범위에서 발포량 및 발포 속도를 조절하여 균일하고 미세한 기공을 형성시킴으로써 건조 및 발포법으로 제조된 높은 흡수율과 기공율 및 비표면적의 여재이다. 또한 상기 세라믹 소재에 유리분말을 분포매체로 혼합하여 이용한 상기 여러 혼합물들과 혼합하여 600∼800℃ 범위의 온도에서 유리-발포법을 이용하여 제조된 글라스-세라믹 여재 등이 이용될 수 있으며, 이들 여재들은 경제성과 탈취성능를 좌우하는 흡수, 흡착능이 우수한 다공성 세라믹 또는 합성수지 미생물 여재이다. 그리고 상기 매체층(53)의 하단 또는 상단에는 충진된 여재를 지지하는 동시에 미생물 배양액과 악취가스가 균등하게 분배될 수 있도록 다수의 통공이 형성된 상부 분배판(52)과 하부 지지판(54)이 각각 설치되어 있다.
따라서 상기 저장조(37)로부터 공급된 미생물 용액은 상기 살수여상 탈취탑(50)의 살수장치(51)를 통해 매체층(53)의 상부로 균등하게 살수되고, 상기 매체층(53)으로 살수된 미생물 용액은 여재의 표면에 미생물 막을 형성함과 아울러 상기 미생물 막에 수분과 영양분을 공급하여 미생물을 활성화시키고, 상기 매체층(53)을 통과한 미생물 용액은 하부의 체류조(55)로 유입된다. 그리고 상기 체류조(55)에는 일정 수준의 미생물 용액이 체류하고 이를 초과한 나머지 미생물 용액을 저장조(37)와 연통된 미생물 용액 순환관(58)을 통해 다시 저장조(37)로 회수되는 순환과정을 거치게 된다. 또한 상기 체류조(55)의 바닥에 가라앉은 탈리 미생물은 상기 혼합조(31)와 연통된 탈리 미생물 유출관(59)을 통해 혼합조(31)로 보내진다.
한편, 악취가스 주입관(60)를 통해 상기 살수여상 탈수탑(50)의 체류조(55)로 주입된 악취가스는 체류조(55)의 미생물 용액에 의해 수분해 및 미생물 분해되어 1차적으로 제거되고, 체류조(55)의 상부로 상승된 나머지 악취가스는 상기 매체층(53)을 통과하는 동안 여재 표면에 부착된 미생물 막의 다양한 미생물과 접촉되어 2차적으로 생물학적으로 산화 분해된다. 그리고 상기 매체층(53)의 상부로 상승된 미량의 악취성분은 살수장치(51)에 의해 살수되는 미생물 용액에 의해 수세정 및 미생물 접촉을 통해 3차적으로 제거된다. 그리고 악취성분이 제거된 배가스는 상기 살수여상 탈수탑(50)의 상부로 배출된다. 이와 같이 본 발명에 따른 탈취장치는 3단계의 탈취공정으로 구성되어 있기 때문에 다량의 악취가스를 신속하고 효율적으로 제거할 수 있게 된다.
이어 도4는 본 발명에 따른 생물여과 탈취탑(DEO-Biofilter;70)의 일를 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 상기 생물여과 탈취탑(70)는 크게 주정슬러지, 지렁이 분변토 및 한약재 찌꺼기가 혼합되어 있는 생물여과층(73)과 습도 조절장치(71)로 구성되어 있으며, 악취가스는 생물여과 탈취탑(70)의 하부로 유입되어 상기 생물여과층(73)을 통과하는 동안에 다양한 미생물에 의해 생물학적으로 산화 분해된다. 그리고 상기 습도 조절장치(71)는 깨끗한 물을 주기적으로 살수하여 상기 생물여과층(73)의 습도를 적정하게 유지시켜 준다.
이때 생물여과층(73)에 사용되는 주정슬러지는 악취제거능을 가진 다양한 종류의 발효균주을 가지고 있으며, 지렁이 분변토는 비표면적이 크고 양이온 치환 능력이 우수하여 악취 유발물질인 황화수소, 암모니아, 트리 메틸아민, 메틸 메캅탄, 황화메틸, 아세트 알데이드, 이황화 메틸, 스틸렌 등 유기물 및 무기화물을 생물학적으로 산화시키는 특성을 지니고 있다. 그리고 한약재 찌꺼기(Oriental medicine daff)는 통기성 증진과 미생물의 영양분 공급을 통한 활성도 촉진 그리고 한약재 고유의 천연향에 의한 중화 기능의 상승 작용을 한다. 따라서 이러한 한약재 찌꺼기에 청궁, 정향, 목향, 곽향, 박화, 쑥 등을 첨가하는 것이 바람직하다. 그리고 생물여과층(73)의 하단 또는 상단에는 충진된 생물 여과재를 지지하는 동시에 수분과 악취가스가 균등하게 분배될 수 있도록 다수의 통공이 형성된 상부 분배판(72)과 하부 지지판(74)이 각각 설치되어 있다. 그리고 미설명 부호 76은 생물 여과의 상태를 관찰하기 위한 투시창(또는 시료채취구)이다.
그리고 도5는 본 발명에 따른 탈취장치(20)의 또 다른 실시예를 보여주는 구성도로서, 도시된 바와 같이, 상기한 살수여상 탈취탑(50)에서 배출된 배가스에 포함되어 있는 미량의 악취성분을 제거하기 위해 그 후단에 상술한 생물여과 탈취탑(70)이 더 설치되어 있다. 즉, 분해속도가 느린 악취성분을 충분히 제거하지 못하는 살수여상 탈취탑(50)의 단점을 보완하기 위해서 그 후단에 생물여과층이 형성된 생물여과 탈취탑(70)를 설치함으로써 악취성분을 완벽하게 제거할 수 있게 된다.
한편, 도6은 본 발명에 따른 탈취장치(20)를 오폐수 처리공정(1)에 설치한 경우를 보여주는 개략적인 구성도로서, 도시된 바와 같이, 오폐수 처리공정(1)으로부터 유기성 폐수(11)가 미생물 배양조(30)의 혼합조(31)로 공급되고, 오폐수 처리공정(1)에서 발생되는 악취가스는 덕트(61)를 통해 강제로 수집되어 상기 살수여상 탈취탑(50)의 하부로 주입되어 3단계의 탈취공정을 거치게 된다. 그리고 상기 살수여상 탈취탑(50)에서 배출된 배가스는 다시 생물여과 탈취탑(70)으로 주입되어 최종적으로 처리된다. 한편, 상기 미생물 배양조(30)에서 배출되는 슬러지(16) 및 잉여 미생물 용액(46)은 상기 오폐수 처리공정(1)으로 유입되어 처리되게 된다. 이와 같이 본 발명에 따른 탈취장치(20)는 오폐수 처리공정(1)과 유기적인 시스템을 형성함으로써 슬러지나 폐수를 배출시키지 않을 뿐만 아니라 유기성 폐수처리공정의 효율을 향상시키는 부수적인 효과가 있다.
이하에서는 다양한 실시예를 통해 본 발명의 효과를 설명한다.
<실시예 1 > 주정여액과 지렁이 분변토 첨가(회분식)
본 실험은 전처리한 음식물쓰레기를 2배 희석한 후 유효용량이 500mL인 세구병에 음식물쓰레기량을 기준으로 분변토(0∼7.5W/V%)와 주정여액(0∼10V/V%)주입량을 단계별로 변화시켜 온도 35∼36 ℃이고 교반강도 120rpm인 진탕배양기에서 48시간 산발효한 결과는 <표 1>과 같다.
<표 1>에서 보듯이 산발효액의 pH는 3.6∼3.8범위이었으며, SCOD/TCOD 및 입상 COD의 가용화 효과(Ps)는 각각 65∼70%, 38∼45%로 주정여액의 첨가량이 많을 수록 증가하였다. VFAs농도와 VFAs생성율은 조건에 따라 다소 차이는 있었으나 주정여액(2.5V/V%)과 분변토(7.5W/V%)인 조건에서 가장 많이 생성되었다.
한편 후각이 정상인 건강한 사람 5인으로 구성하여 직접 관능법에 의해 측정한 악취는 주정여액과 분변토를 첨가하지 않은 경우 초기에 3.2로 강한 상태이었으나 주정여액과 분변토를 적절히 혼합하여 첨가할 경우 48시간 후에 약간의 취기가 감지될 정도인 1.0이었다.
<표 1> 주정여액과 분변토 첨가방법별 음식물쓰레기 산발효액의 성상비교(회분식)
| 구분 | 미첨가 | 주정여액(2.5V/V%) | 주정여액(5V/V%) | 주정여액(7.5V/V%) | 주정여액(10V/V%) | |
| + | + | + | ||||
| 분변토(7.5W/V%) | 분변토(5W/V%) | 분변토(2.5W/V%) | ||||
| pH | 3.8 | 3.6 | 3.6 | 3.7 | 3.7 | |
| TCOD(㎎/ℓ) | 108,800 | 107,800 | 106,000 | 105,500 | 104,700 | |
| SCOD/TCOD(%) | 65 | 66 | 67 | 68 | 70 | |
| Ps(%) | 38 | 40 | 42 | 43 | 45 | |
| VFAs(㎎/ℓ) | 8,895 | 9,610 | 9,038 | 8.976 | 8,541 | |
| VFAs생성율(%) | 132 | 148 | 133 | 133 | 113 | |
| 악취(직접관능법) | 0hr | 3.2 | 2.2 | 2.2 | 1.8 | 2 |
| 48hr | 2.5 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.8 | |
주) 관능법 0 ; 무취, 1 ; 감지취기, 2 ; 보통취기, 3 ; 강한취기, 4 ; 극심한 취기, 5 ; 참기 어려운 취기
<실시예 2> 주정슬러지와 지렁이 분변토 첨가(회분식)
본 실험은 <실시예1 >과 동일한 운전조건에서 분변토(0∼3.5W/V%)와 주정슬러지(0∼3.5W/V%)주입량을 단계별로 변화시켜 산발효한 결과는 <표 2>와 같다.
<표 2>에서 보듯이 산발효액의 pH는 3.6∼3.8범위이었으며, SCOD/TCOD 및 입상 COD의 가용화 효과(Ps)는 각각 62∼65%, 33∼38%로 주정슬러지와 분변토의 첨가량이 증가할수록 오히려 감소하였다. VFAs농도와 VFAs생성율 역시 동일한 현상을 보였다.
한편 후각이 정상인 건강한 사람 5인으로 구성하여 48시간 후에 직접 관능법에 의해 측정한 악취는 주정슬러지와 분변토를 적절히 혼합하여 첨가한 경우가 1.5로 보통 약간의 취기가 감지될 정도이었으나 미첨가시는 2.5로 약간 강한 취기가 감지되었다.
<표 2> 주정슬러지와 분변토 첨가방법별 음식물쓰레기 산발효액의 성상비교(회분식)
| 구분 | 미첨가 | 주정슬러지(1.5V/V%) | 주정슬러지(2.5V/V%) | 주정슬러지(3.5V/V%) | |
| + | + | + | |||
| 분변토(1.5W/V%) | 분변토(2.5W/V%) | 분변토(3.5W/V%) | |||
| pH | 3.8 | 3.6 | 3.6 | 3.6 | |
| TCOD(㎎/ℓ) | 108,800 | 107,500 | 105,000 | 104,900 | |
| SCOD/TCOD(%) | 65 | 64 | 63 | 62 | |
| Ps(%) | 38 | 36 | 35 | 33 | |
| VFAs(㎎/ℓ) | 8,895 | 8,755 | 8,102 | 8.057 | |
| VFAs생성율(%) | 132 | 120 | 110 | 107 | |
| 악취(직접관능법) | 0hr | 3.2 | 2.4 | 2.4 | 2.6 |
| 48hr | 2.5 | 1.5 | 1.5 | 2.0 | |
<실시예 3> 주정여액 및 슬러지와 지렁이 분변토 첨가(연속식)
전처리한 음식물쓰레기 슬러리의 평균 농도는 각각 TCOD 218,000㎎/ , SCOD 85,970㎎/ , TS 172,100㎎/ , VS 141,800㎎/ 이었고, SCOD/TCOD, VS/TS비는 각각 0.39, 0.82이었으며, 시료는 부피기준으로 2배 희석하여 조제하였다.
한편 주정폐액을 고액분리한 여액의 평균 농도가 각각 TCOD 41,070㎎/ , SCOD 31,210㎎/ , TS 39,090㎎/ , VS 27,210㎎/ 이었고, SCOD/TCOD, VS/TS비가 각각 0.76, 0.70이었다.
본 실험은 가수분해조와 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조의 유효용적이 각각 5L와 10L이었고, 조내 온도 35∼37℃ , 총 체류시간 2일, 교반강도 150rpm인 운전조건에서 실험을 하였다. 실험에 사용한 시료는 알칼리제 주입량 0.075 gNaOH/gTS로 전처리한 음식물쓰레기에 건조무게(W)와 부피(V)를 기준으로 미첨가, 주정여액(5V/V%), 분변토(1W/V%), 주정여액(1V/V%)과 분변토(0.5W/V%) 그리고 주정슬러지(0.25W/V%)와 분변토(0.25W/V%) 등 5종류이었으며, 각 첨가방법별 산발효액의 성상비교 결과는 <표 3>과 같다.
<표 3>에서 보듯이 pH 6.0∼6.1범위에서 SCOD/TCOD의 경우 주정폐액과 분변토를 미첨가한 경우에 비해 첨가한 경우가 약 4∼13% 증가되었으며, 입상 COD의 가용화 효과(Ps)와 TS(TSS)의 감소율 그리고 VFAs생성율 역시 첨가방법에 따라 차이는 있었으나 주정폐액과 분변토를 개별 첨가하는 것보다는 혼합 첨가한 경우가 전반적으로 높게 나타났다.
한편, 후각이 정상인 건강한 사람 5인으로 구성하여 직접 관능법에 의해 산발효액의 악취를 측정한 결과, 미첨가시 3.2로 강한 상태였으나, 주정폐액과 분변토를 적절히 혼합하여 첨가한 경우 0.8∼1.0으로 약간의 취기가 감지될 정도록 감소되었다. 또한 분변토나 주정폐액을 각각 단독으로 첨가한 경우보다는 이들을 혼합 첨가한 경우에 악취제거능이 우수하였다.
<표 3> 주정폐액과 분변토 첨가방법별 음식물쓰레기 산발효액의 성상비교(연속식)
| 구분 | 미첨가 | 주정여액(5V/V%) | 분변토(1W/V%) | 주정여액(1V/V%)+분변토(0.5W/V%) | 주정슬러지(0.25W/V%)+분변토(0.25W/V%) |
| pH | 6.0 | 6.0 | 6.1 | 6.1 | 6.1 |
| TCOD(㎎/ℓ) | 86,150 | 85,320 | 92,100 | 92,090 | 88,980 |
| SCOD(㎎/ℓ) | 57,720 | 68,640 | 65,170 | 72,440 | 69,310 |
| SCOD/TCOD(%) | 67 | 80 | 71 | 79 | 78 |
| Ps(%)* | 48 | 52 | 51 | 55 | 49 |
| TS(㎎/ℓ) | 46,100 | 45,110 | 55,160 | 47,700 | 51,450 |
| TS감소율(%)** | 36 | 37 | 33 | 42 | 35 |
| TSS(㎎/ℓ) | 21,150 | 21,900 | 23,930 | 20,680 | 16,990 |
| TSS감소율(%)*** | 32.5 | 29.1 | 28.5 | 35.8 | 44.7 |
| VFAs(㎎/ℓ) | 13,840 | 13,700 | 13,980 | 13,670 | 13,350 |
| VFAs생성율(%) | 108 | 113 | 103 | 117 | 121 |
| 악취(직접관능법) | 3.2 | 1.5 | 1.5 | 1.0 | 0.8 |
주) *Ps(%)=(초기ICOD - t시간후ICOD) / 초기ICOD×100
**TS(TSS)감소율(%)=(초기TS(TSS) - t시간후TS(TSS))/ 초기TS(TSS)×100
***VFAS생성율(%)=(t시간후VFAS - 초기VFAS) / 초기VFAS×100
상술한 바와 같이 본 발명은 다양한 종류의 미생물이 함유되어 있는 주정폐액과 지렁이 분변토를 유기성 폐수나 유기성 폐기물 희석액에 적정량 첨가하여 고농도의 미생물 용액을 배양함으로써 매우 저렴한 비용으로 악취를 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 오폐수 처리시설이나 주정공장에서 발생되는 폐기물과 퇴비화 공정에서 쉽게 얻을 수 있는 지렁이 분변토 등 폐자원을 재활용하기 때문에 환경 친화적일 뿐만 아니라 기존의 탈취장치에 비해 탈취성능이 우수하고 시설비 및 유지 관리비가 저렴하게 되는 효과가 있다.
본 발명은 오폐수 처리시설에 설치되어 하나의 유기적인 시스템을 형성함으로써 슬러지나 폐수를 배출시키지 않을 뿐만 아니라 오폐수 처리공정의 효율을 높이는 효과가 있다.
도1a 내지 도1c는 종래 기술에 따른 충전형 미생물 탈취장치의 다양한 예를 보여주는 개략적인 개념도,
도2는 본 발명에 따른 주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 악취제거방법을 설명하기 위한 개략적인 공정도,
도3은 본 발명에 따른 주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 탈취장치의 바람직한 실시예를 보여주는 개략적인 구성도,
도4는 본 발명에 따른 주정슬러지와 지렁이 분변토 및 한약재찌꺼기를 이용한 탈취장치의 바람직한 실시예를 보여주는 개략적인 구성도,
도5은 본 발명에 따른 탈취장치의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 구성도,
도6은 본 발명에 따른 탈취장치를 폐수 처리시설에 설치한 예를 보여주는 개략적인 구성도이다.
*****도면의 주요부부에 대한 부호의 설명******
11 : 유기성 폐수 12 : 주정폐액
13 : 지렁이 분변토 15 : 희석수
20 : 탈취장치 30 : 미생물 배양조
31 : 혼합조 32 : 교반장치
37 : 저장조 40 : 미생물 용액 공급관
50 : 살수여상 탈취탑 51 : 살수장치
53 : 여과층 55 : 체류조
58 : 미생물 용액 순환관 59 : 탈리 미생물 유출관
60 : 악취가스 주입관 70 : 생물여과 탈취탑
71 : 습도조절장치 73 : 생물여과층
Claims (9)
- 악취제거능을 갖는 다양한 종류의 미생물이 함유된 주정폐액과 지렁이 분변토를 유기성 폐수나 유기성 폐기물 희석액 등에 첨가하여 고농도 미생물 용액으로 배양하는 미생물 용액 배양단계와;상기 미생물 용액 배양단계에서 배양된 고농도 악취 제거용 미생물 용액을 서로 다른 크기와 형태의 여재로 충진된 매체층에 공급하여 순환시키는 미생물 용액 공급단계와;상기 매체층의 하부로 악취발생원에서 수집된 악취가스를 주입하여 상기 악취가스 매체층의 미생물과 접촉되어 생물학적으로 산화 분해되는 악취제거단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 악취제거 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 미생물 용액을 서로 다른 크기와 형태의 여재로 충진된 매체층이 형성된 살수여상 탈취탑의 상부로 주입하여 하부로부터 상승하는 악취를 제거하고, 그 배가스를 주정슬러지와 지렁이 분변토 및 한약재 찌꺼기로 이루어진 생물여과층이 형성된 생물여과 탈취탑을 통과시켜 나머지 악취를 제거하는 것을 특징으로 하는 주정폐액과 지렁이 분변토를 이용한 악취 제거방법.
- 삭제
- 주정폐액 및 지렁이 분변토를 유기성 폐수나 유기성 폐기물 희석액과 혼합하여 고농도 미생물 용액으로 배양하는 혼합조와 상기 혼합조의 상징액에 희석수를 첨가하여 적당한 농도로 희석함과 아울러 살수여상 탈취탑으로 순환시키는 저장조로 이루어진 미생물 배양조와;상부로는 상기 저장조로부터 공급되는 미생물 용액이 주입되고 하부로는 악취발생원에서 수집된 악취가스가 주입되며 상기 악취가스는 상기 미생물 용액에 의해 수세정되거나 미생물과 접촉되어 생물학적으로 산화 분해되고 사용된 미생물 용액은 다시 상기 저장조로 순환되도록 구성된 살수여상 탈취탑을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 주정폐액 및 지렁이 분변토를 이용한 탈취장치.
- 제6항에 있어서,상기 살수여상 탈취탑은 상기 저장조로부터 공급된 미생물 용액을 살수하는 살수장치와, 서로 다른 크기와 형태를 갖는 여재로 충진된 2단 이상의 매체층과, 상기 매체층을 통과하여 하강된 미생물 용액이 체류되는 체류조를 포함하여 구성되며, 상기 체류조에는 덕트를 통해 수집된 악취가스가 주입되는 주입관과 잉여 미생물 용액을 상기 저장조로 유출시키는 미생물 용액 순환관이 형성된 것을 특징으로 하는 주정폐액 및 지렁이 분변토를 이용한 탈취장치
- 제6항에 있어서,상기 살수여상 탈취탑의 후단에 주정슬러지와 지렁이 분변토 및 한약재 찌꺼기로 이루어진 생물여과층이 형성된 생물여과 탈취탑을 더 설치하는 것을 특징으로 하는 주정폐액 및 지렁이 분변토를 이용한 탈취장치.
- 제6항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 주정폐액 및 지렁이 분변토를 이용한 탈취장치는 산업폐수 처리시설이나 오폐수 처리시설에 설치되며, 상기 혼합조로 공급되는 유기성 폐수는 상기 오폐수 처리시설로부터 공급되고, 상기 살수여상 탈취탑으로 주입되는 악취가스는 상기 오폐수 처리시설로부터 수집되고, 상기 미생물 배양조에서 발생된 슬러지와 잉여 미생물 용액은 상기 오폐수 처리시설로 유입되어 처리되도록 구성된 것을 특징으로 하는 주정폐액 및 지렁이 분변토를 이용한 탈취장치.
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