KR100575595B1 - 고농도 유기성 폐수의 증발, 퇴비화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가축분뇨 슬러리를 비롯한 각종 고농도 유기성 폐수를 호기발효열을 이용하여 효율적으로 퇴비화하기 위하여,

유기성 폐수가 투입되는 적어도 하나이상의 발효상(10)과; 상기 발효상의 바닥면 하측으로 침출수가 배출되는 공간이 형성되고 그 배출되는 침출수를 필터링하여 배출하기 위한 침출수 배출부(20)와; 상기 침출수 배출부(20)로부터 침출수를 외부 배출시키도록 유도하는 침출수 배출관(30)과; 상기 침출수 배출관(30)과 연결 설치되어 공기를 강제 공급하는 송풍수단(40)과; 상기 침출수 배출관(30)의 단부에 설치되어 유출된 침출수를 저장하는 침출수 저장조(50)와; 상기 침출수 저장조(50)와 침출수 배출관(30)사이에 설치되어 선택적으로 통로를 개폐시키는 밸브(51)와; 상기 침출수를 상측에서 상기 발효상측으로 다시 살포하도록 순환시키기 위한 침출수 순환수단(60)을 구비하여 되는, 고농도 유기성 폐수의 증발 퇴비화 장치에 관한 것으로서, 발효상에 슬러리를 과량으로 투입하더라도 발효가 진행되면서 생성된 수분이 콘크리트 피트에 모여 외부로 배출되므로 발효상의 수분 집적을 방지할 수 있어 발효효율이 매우 우수하다.

또한, 본 발명에 의한 폐수처리과정을 거친 침출수는 처리 효율이 매우 양호하여 축사 청소수, 관개용수, 액비 등으로 재사용할 수 있다.

Description

고농도 유기성 폐수의 증발, 퇴비화 장치{Slurry Composting and Biofiltering System as Leachate Recycled(SCB)}

도 1은 본 발명의 축산폐수 퇴비화 장치의 개략도,

도 2a는 본 발명의 침출수 배출부의 단면도,

도 2b는 본 발명의 침출수 배출부의 요부분해사시도,

도 3a는 교반 발효상의 침출수 분무 살포 방법의 일실시예를 보인 단면도,

도 3b는 무교반 발효상의 침출수 분무 살포 방법의 일실시예를 보인 단면도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 발효상

11 : 바닥면

14 : 지지대 14' : 배출구

15 : 교반기

16 : 살포탱크

16' : 폐수탱크 16" : 침출수 탱크

17 : 안내레일

20 : 침출수 배출부

21 : 콘크리트 피트 211 : 콘크리트 피트 저면

212 : 배출틀 안착면 221 : 철망

222 : 부직포 223 : 그레이팅

22 : 침출수 배출틀

30 : 침출수 배출관

40 : 송풍수단

41 : 송풍배관 42 : 송풍기

43 : 가온장치

50 : 침출수 저장조

51 : 밸브

60 : 침출수 순환수단

61 : 펌프 62 : 침출수 재순환관

63 : 노즐

본 발명은 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발효상 바닥에 집적되는 수분을 효율적으로 배출시켜 수분집적으로 인한 발효온도저하를 방지함으로써 퇴비화 및 수분증발을 동시에 행할 수 있으며, 기존의 방법보다 부재료 사용량이 크게 저감되는 가축분뇨 슬러리를 비롯한 각종 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 장치에 관한 것이다.

가축을 집단 사육하는 경우 발생하는 축산폐수는 가축이 배설하는 분뇨, 사료찌꺼기 등 유기물의 집합체이므로 그대로 배출되는 경우 부영양화에 따른 심각한 수질 및 토양 오염을 발생시키는데, 가축분뇨 슬러리와 같은 고농도 유기성 폐수의 정화처리는 고농도로 인하여 처리기간이 장기간 소요될 뿐 만 아니라 벌킹 및 거품발생 등으로 인하여 정상적인 운전이 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 최근에는 운전이 비교적 간단한 발효상을 이용한 퇴비화나 증발시스템을 도입하여 폐수를 처리하였으나 상기 폐수처리장치는 값비싼 수분조절재의 사용량이 많고 발효상 바닥에 집적되는 수분을 배출하는 장치가 없어 함수율이 높은 고농도 유기성 폐수를 처리하는 경우 발효상 바닥의 수분집적으로 인한 발효온도 저하로 수분증발효과를 거의 기대할 수 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가축분뇨 등의 고농도 유기성 폐수를 효율적으로 무방류처리할 수 있는, 비용이 저렴하고 운전이 간편한 증발·퇴비화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 고농도 유기성 폐수를 퇴비화하는데 있어서 값비싼 기기의 부착없이 기설치된 시설을 활용할 수 있는 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 재사용 가능한 수질의 침출수를 생산함으로서 폐수 발생량 저감 효과를 얻을 수 있는 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기와 같은 목적들은 발효상 바닥에 침출수 배출부를 설치하여 침출수를 배출시키고, 송풍수단으로 상기 침출수 배출부를 통해 발효상으로 송풍 또는 온풍을 공급하여 발효상내의 호기조건 및 적정온도를 유지시키고, 상기 침출수를 침출수 순환수단으로 발효상에 재살포하여 처리하는, 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 장치를 제공함으로써 달성되는데, 특히 상기 침출수 배출부는 발효상내의 과량의 수분을 외부로 배출하여 발효상이 적정 함수율을 유지할 수 있게 하며, 적은 비용으로 기존 발효시설의 발효상 바닥에 설치되어 발효 효율을 크게 개선시킬 수 있ㅑㅕ다.

본 발명은 발효상을 이용한 각종 고농도 유기성 폐수의 처리에 관한 것으로서 그 처리원리는 다음과 같이 요약할 수 있다.

톱밥이나 왕겨가 충진된 발효상에 가축분뇨 슬러리를 살포한후, 수분조절, 산소공급등 미생물 성장에 적절한 조건을 유지해주면 슬러리중의 미생물은 대수적으로 증식하여 발효상은 이른바 미생물상(微生物床)이라 일컬을 수 있을 정도로 많은 미생물을 보지(保持)하게 된다.

이러한 발효상에 슬러리를 살포하면서 미생물 성장에 적당한 조건을 부여해주면 입자성 유기물은 체분리 효과에 의해 여상에 억류·분해되어 퇴비로 변모한다. 동시에 슬러리중 용존성 유기물은 여상 공극을 통과하는 과정에서 분해·정화되므로 최종적으로 퇴비와 정화된 침출수를 얻게된다. 그리고 입자성 및 용존성 유 기물의 분해에 수반된 분해열과 발효를 도모하기 위한 송풍에 의해 수분증발도 함께 이루어진다.

본 발명에서는 발효상에서의 처리효율을 증가시키는 방법으로 발효상 바닥에 철망, 부직포, 그레이팅 등으로 구성된 침출수 배출틀을 설치하였다. 기존의 침출수 배출틀이 설치되어 있지 않은 발효상으로 처리시는 폐수 투입량이 과다한 고부하시에 수분과다로 발효효율이 급격히 저하하며 회복에 장시간이 소요된다.

그러나 침출수 배출틀을 갖춘 본 발명의 발효상으로 처리시에는 고부하시에도 과량의 수분이 외부로 배출되어 미생물 성장에 적당한 65%전후의 함수율이 유지됨으로써 안정된 처리율을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에서는 발효상에서의 처리효율을 더욱 높이기 위해 가온장치가 장착된 송풍기를 부설하여 발효상에 충분한 산소를 공급함과 동시에 항상 적정온도로 유지될 수 있도록 하였다.

그리고 송풍은 침출수 배출틀을 이용하여 공기가 발효상 바닥으로부터 상부로 배출되게 하는 상향류송풍 방식을 채택하여 설비의 간단화와 함께 효율적인 수분증발을 도모하였다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 유기성 폐수가 투입되는 적어도 하나이상의 발효상(10)과; 상기 발효상의 바닥면 하측으로 침출수가 배출되는 공간이 형성되고 그 배출되는 침출수를 필터링하 여 배출하기 위한 침출수 배출부(20)와; 상기 침출수 배출부(20)로부터 침출수를 외부 배출시키도록 유도하는 침출수 배출관(30)과; 상기 침출수 배출관(30)과 연결 설치되어 공기를 강제 공급하는 송풍수단(40)과; 상기 침출수 배출관(30)의 단부에 설치되어 유출된 침출수를 저장하는 침출수 저장조(50)와; 상기 침출수 저장조(50)와 침출수 배출관(30)사이에 설치되어 선택적으로 통로를 개폐시키는 밸브(51)와; 상기 침출수를 상측에서 상기 발효상측으로 다시 살포하도록 순환시키기 위한 침출수 순환수단(60)으로 구성된다.

상기 침출수 배출부(20)는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 발효상(10)의 바닥면(11) 하부로 공간이 형성된 콘크리트 피트(21)와, 상기 콘크리트 피트의 저면(211)에 배출틀 안착면(212)과 수평으로 설치되며 배출구(14')를 구비한 지지대(14)와, 발효상(10) 바닥면(11)과 수평이 되도록 배출틀 안착면(212) 상부에 설치되는 침출수 배출틀(22)로 이루어진다.

즉, 상기 콘크리트 피트 저면(211)에는 배출틀 안착면(212)과 동일한 높이의 지지대(14)가 일정간격의 격자상으로 설치되며, 상기 지지대(14)의 측면하부에는 송풍공기 또는 침출수가 이동할 수 있는 한개 이상의 배출구(14')가 형성되어 있어 침출수 배출틀(22) 상부로 공기의 유입을 용이하게 하고 침출수의 신속한 외부 배출을 돕는다.

또한, 침출수 배출틀(22)은 상기 배출틀 안착면(212)과 지지대(14)상에 안착 설치되는 철망(221)과, 상기 철망(221)의 상부에 안착되어 고형물의 유출을 방지하도록 필터링하는 부직포(222)와, 상기 부직포(222)의 상측에 적층되어 로더 등의 무거운 장비를 이용한 작업시 철망(221), 부직포(222)의 손상을 방지하는 그레이팅(223)이 차례로 적층되어 구성된다.

이에 따라 침출수 배출틀(22)은 간편하게 분해·조립될 수 있고 부직포(222)의 청소 및 교환도 용이하게 된다.

이와 같이 구성되는 침출수 배출틀(22)는 침출수 배출 기능 뿐 아니라 송풍시에는 발효상(10)에 공기를 유도하는 유로로서의 기능도 겸하며, 증발효율 및 설치조건에 따라 적절하게 발효상(10)의 바닥 전체 또는 부분적으로 설치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 송풍수단(40)은 상기 침출수 배출관(30)에 연결 설치되는 송풍배관(41)과, 상기 송풍배관의 단부에 설치되어 외부 공기를 강제 송풍시키는 송풍기(42)와, 상기 송풍배관(41)내에 설치되어 온풍을 공급하는 가온장치(43)로 구성된다.

상기 송풍수단(40)은 호기성 균이 축분 속의 용존 산소를 소비하고 오염원인 유기물을 섭취한 다음 산화분해하는 호기발효조건을 효율적으로 제공하기 위한 것으로서 송풍기(42)를 이용하여 송풍배관(41), 침출수 배출관(30)과 침출수 배출틀(22)를 거쳐 발효상 바닥 상부로 공기를 주입시키는 상향류송풍 방식을 채택하였다.

이와같은 발효열 생산을 위한 산소 공급시 외부의 찬 공기가 유입될 경우 발효열 손실이 수반되므로, 미생물의 활성화에 적합한 적정 온도를 유지하기 위하여 겨울철 저온시에는 상기 송풍배관(41)내에 설치된 전기히터, 버너, 열교환기 등의 가온장치(43)가 공기의 온도를 상승시키기 위하여 사용된다.

그리고, 침출수 배출틀(22)에 송풍배관(41)과 침출수 배출관(30)을 통해 공기를 공급할 때에는 공기가 침출수 저장조(50)로 유출되는 것을 방지하기 위하여 송풍배관(41)과 침출수 저장조(50) 사이의 침출수 배출관(30)에 설치된 밸브(51)를 잠가주고, 공기를 공급하지 않을 때에는 밸브(51)를 열어 침출수가 침출수 저장조(50)로 유출되도록 하여 준다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 침출수 순환수단(60)은 상기 침출수 저장조(50)로부터 침출수를 상기 발효상(10)측으로 압송시키는 펌프(61)와, 상기 펌프(61)로부터 압송된 침출수를 발효상(10)의 상측으로 유도하는 침출수 재순환관(62)과, 상기 침출수 재순환관(62)의 단부에서 발효상(10)측으로 살포하기 위한 노즐(63) 또는 살포탱크(16)로 구성된다.

상기 살포탱크(16)는, 하부에 넓은 투입구를 갖는 굵은 노즐이 설치된 폐수탱크(16')와 하부에 좁은 투입구를 갖는 가는 노즐이 설치된 침출수 탱크(16")로 구성되며, 발효상 상부에 설치된 안내레일(17)을 따라 왕복이동하는 이송수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

발효상의 환경을 미생물 성장에 최적이 되도록 조성하더라도 유기물 농도가 극히 높은 슬러리 처리시에는 발효상에 한번 통과시키는 것만으로서는 분해시간이 제한적이므로 목적수질의 처리수(침출수)를 얻기 어려운 경우도 있다.

이러한 경우에는 침출수를 동일 발효상에 재살포하거나, 2상(床) 이상의 발효상을 설치하고 침출수 재순환관(62)을 침출수가 배출된 발효상과는 다른 발효상에 연결 설치하여 전상(前床)에서의 침출수를 후상(後床)으로 순차적으로 재살포하 여 목적수질을 얻을 수 있을 때까지 처리한다.

침출수를 재 살포할 경우에는 분무살포(噴霧撒布)방식을 채택한다. 분무살포는 일반적으로 널리 이용하는 관개살포 보다 상 표면에 골고루 살포할 수 있으므로 발효상을 보다 효율적으로 이용할 수 있게 하며, 침출수를 미립자로 만들어 대기와의 접촉표면적을 넓혀줌으로서 수분 증발율도 향상시킨다.

그리고 분무살포시 수분증발을 향상시키기 위해서는 가능한 한 살포시간을 길게 하여 살포수와 대기와의 접촉시간을 연장시키는데, 이렇게 함으로서 발효상의 충격부하를 방지할 수 있으며, 살포수와 미생물과의 접촉시간을 연장시켜 보다 정화된 침출수를 생산할 수 있다.

도 3a는 교반 발효상의 침출수 분무 살포 방법의 일실시예를 보인 것으로서, 각각 이송수단을 구비한 교반기(15)와, 폐수탱크(16')와 침출수탱크(16")로 구성된 살포탱크(16)가 발효상 상부에 설치된 안내레일(17)을 따라 왕복이동하며 교반 및 분무 살포가 수행되는데, 폐수탱크(16') 하부에는 입자가 크고 점액질인 폐수가 발효상으로 신속히 투입될 수 있도록 넓은 투입구를 갖는 굵은 노즐을 설치하였고, 침출수탱크(16") 하부에는 살포시간을 길게 하여 살포수와 미생물과의 접촉시간을 연장시킴으로써 보다 정화된 침출수를 생산할수 있도록 침출수를 미립자로 살포하는 가는 노즐을 설치하였다.

도 3b는 2상(床) 이상의 발효상을 설치하여 전상(前床)에서의 침출수를 후상(後床)으로 순차적으로 재 살포하는 무교반 발효상의 침출수 분무 살포 방법의 일실시예를 보인 것으로서, 폐수가 살포되는 1차 발효상 상부에는 넓은 투입구를 갖는 굵은 노즐을 설치하였고, 침출수가 살포되는 2차, 3차 발효상 상부에는 침출수를 미립자로 살포하는 가는 노즐을 설치하였다.

본 발명의 실시에 있어서, 발효상의 설치형태는 발효상의 윗면을 지상과 수평되게 설치하는 지하형, 발효상을 지상에 설치하는 지상형, 지상과 지하에 걸쳐 설치하는 반지하형 등 다양하게 변형될 수 있으나, 그 중에서도 지온을 이용할 수 있어 보온에 유리하고 관리자의 작업이 용이한 지하형이 가장 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예로서 기존 발효상을 활용하여 발효상 바닥에 침출수 배출틀을 일정한 간격으로 설치함으로써 발효상 바닥에 집적되는 수분을 효과적으로 배출시킬 수 있다.

즉, 도 4에서와 같이 기존 발효상(10') 바닥에 횡 또는 종 방향으로 폭 50㎝, 높이 30㎝ 정도의 콘크리트 피트를 5m 간격으로 만들고 그 상부에 침출수 배출틀(22')을 설치하고, 상기 침출수 배출틀(22')을 통과한 침출수를 저장조로 배출시키는 침출수 배출관(30')을 설치하는 것이다.

상기 침출수 배출틀(22')은 발효상 바닥 전체 또는 부분적으로 설치될 수 있는데 부분적으로 설치되는 경우에는 각 침출수 배출틀(22')의 폭이 50cm 이상이 되고, 각 침출수 배출틀(22')간의 간격이 10m 이하인 것이 바람직 하다.

본 발명 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 장치는 발효상에 슬러리를 과량으로 투입하더라도 발효가 진행되면서 생성된 수분이 바닥으로 이송되고 콘크리트 피트에 모여 외부로 배출되어 발효상의 수분 집적을 방지하므로 항상 발효상이 호기발효의 적정 함수율인 65% 전후로 유지되어 발효효율이 매우 우수하다.

또한, 본 발명에 의한 폐수처리과정을 거친 침출수는 처리 효율이 매우 양호하고 부유물질이 거의 없을 뿐 아니라 유기물이 상당량 제거된 상태이고 무취이므로 축사 청소수, 관개용수, 액비 등으로 재사용할 수 있고, 특히 가축을 사육하는 축사의 청소수로 수돗물 대신 이용할 경우 폐수 배출량을 감량화 하는 효과가 크다.

그리고, 본 발명은 톱밥, 왕겨 등의 부재료 사용량을 크게 줄일 수 있고, 발효시설용량이 기존시설 보다 적게 소요되므로 그 설치비용이 기존 퇴비발효시설의 1/10 정도로 저렴하며, 기존 교반식 발효시설에 침출수 배출틀만 설치하여 이용할 수도 있어 매우 경제적이다.

또한, 침출수 배출부(20) 구조가 조립형으로 손상시 사용자가 직접 분해하여 수리할 수 있을 뿐만 아니라 부식과 내구성이 우수하여 반영구적으로 이용된다.

한편, 본 발명 증발·퇴비화 장치는 고농도 유기성 폐수의 정화처리시에 생물학적 처리에 앞선 고액분리 등의 전처리방법으로 이용할 수 있다.

Claims (14)

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8. 유기성 폐수가 투입되는 적어도 하나 이상의 발효상(10)과, 상기 발효상의 바닥면 하측으로 침출수가 배출되는 공간이 형성되고 그 배출되는 침출수를 필터링하여 배출하기 위한 침출수 배출부(20)와, 상기 침출수 배출부(20)로부터 침출수를 외부 배출시키도록 유도하는 침출수 배출관(30)과, 상기 침출수 배출관(30)과 연결 설치되어 공기를 강제 공급하는 송풍수단(40)과, 상기 침출수 배출관(30)의 단부에 설치되어 유출된 침출수를 저장하는 침출수 저장조(50)와, 상기 침출수 저장조(50)와 침출수 배출관(30)사이에 설치되어 선택적으로 통로를 개폐시키는 밸브(51)와, 상기 침출수를 상측에서 상기 발효상측으로 다시 살포하도록 순환시키기 위한 침출수 순환수단(60)을 구비하여 되는 고농도 유기성 폐수의 증발 퇴비화 장치에 있어서,

   상기 침출수 배출부(20)는, 발효상(10)의 바닥면(11) 하부로 공간이 형성된 콘크리트 피트(21)와; 상기 콘크리트 피트의 저면(211)에 배출틀 안착면(212)과 수평으로 설치되며 배출구(14')를 구비한 지지대(14)와; 상기 배출틀 안착면(212)과 지지대(14)상에 안착 설치되는 철망(221)과, 상기 철망(221)의 상부에 안착되어 고형물의 유출을 방지하도록 필터링하는 부직포(222)와, 상기 부직포(222)의 상측에 적층되는 그레이팅(223)으로 구성되고, 상기 발효상(10) 바닥면(11)과 수평이 되도록 배출틀 안착면(212)상에 설치되는 침출수 배출틀(22)로 구성되고;

   상기 침출수 순환수단(60)은, 상기 침출수 저장조(50)로부터 침출수를 상기 발효상(10)측으로 압송시키는 펌프(61)와, 상기 펌프(61)로부터 압송된 침출수를 발효상(10)의 상측으로 유도하는 침출수 재순환관(62)과, 상기 침출수 재순환관(62)의 단부에서 발효상(10)측으로 살포하기 위한 노즐(63) 또는 살포탱크(16)로 구성된 것을 특징으로 하는, 고농도 유기성 폐수의 증발 퇴비화 장치.
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