KR100609572B1 - 퇴비화 공정을 이용한 돈 분뇨슬러리 정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 퇴비화 공정을 이용한 돈 분뇨슬러리 정화 장치에 관한 것으로, 특히 퇴비화 시설, 생물여과수 폭기조, 응집반응장치, 고액분리장치, 여과수 폭기조 및 침전조로 구성된 분뇨슬러리 정화장치에 관한 것이다.

상기 본 발명은, 슬러리를 전처리하여 2차, 3차 처리하는 기존의 단독처리 공정이나 하수 연계처리 공정의 복잡하고 비효율적인 공정을 개선한 것으로, 적절한 장치와 공정을 통해 퇴비화시설을 이용한 양질의 액비를 생산함으로써, 공정을 단순화하고 돈 분뇨 처리비용을 절감할 수 있으며, 액비 발생량의 투입물량 대폭 감소 및 무취, 균질성분, 저농도 특성으로 시용 경지면적 감소 및 정밀 시용이 가능한 효과가 있다.

유기성폐수, 돼지, 분뇨슬러리, 생물여과처리, 응집정화, 고액분리

Description

퇴비화 공정을 이용한 돈 분뇨슬러리 정화 장치{Piggery Slurry Purification System Integrated Composting Biofiltration and Aggregation Process}

도1은 본 발명의 퇴비화 공정을 이용한 돈 분뇨슬러리 정화 시스템의 구성도,

도2는 본 발명의 응집반응장치의 설명도,

도3은 본 발명의 고액분리장치의 설명도,

도4는 도3의 내부 설명도,

도5는 본 발명의 부상여과조 하부의 여과장치 설명도.

※ 도면 중의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 퇴비화 시설 2 : 생물여과수 폭기조 3 : 응집반응장치

4 : 고액분리장치 5 : 여과수 폭기조 6 : 침전조

11 : 생물여과수 저장탱크 12 : 수중펌프 13 : 유입관

14 : 유량조절조 15 : 유량조절밸브 16,19 : 급속교반조

17 : 역류관 18,20 : 월류구 21 : 완속교반조

22 : 응집혼합수 이송관 23,24 : pH메타 25,26,27,28 : 교반기

29,30,31 : 정량펌프 32,33,34 : 약품탱크 35 : 부상여과조

36 : 격벽 37 : 유로전환조 38 : 여과수 배출관

39 : 수두조절관 40 : 탈수밸브 41 : 고저조절축

42 : 고저조절레버 43 : 연결환 44 : 바퀴

45 : 분리고형물 배출문 46 : 여재층 47 : 여재보호망

48 : 눌림대 49 : 스크린지지대 50 : 여과수조

51 : 고정틀 52 : 스크린

본 발명은 퇴비화 공정을 이용한 돈 분뇨슬러리 정화 장치에 관한 것으로, 특히, 퇴비화 시설, 생물여과수 폭기조, 응집반응장치, 고액분리장치, 여과수 폭기조 및 침전조로 구성된 분뇨슬러리 정화장치에 관한 것이다.

상기 본 발명은, 슬러리를 전처리하여 2차, 3차 처리하는 기존의 단독처리 공정이나 하수 연계처리 공정의 복잡하고 비효율적인 공정을 개선한 것으로, 적절한 장치와 공정을 통해 퇴비화시설을 이용한 양질의 액비를 생산함으로써, 공정을 단순화하고 돈 분뇨 처리비용을 절감할 수 있으며, 액비 발생량의 투입물량 대폭 감소 및 무취, 균질성분, 저농도 특성으로 시용 경지면적 감소 및 정밀 시용이 가능한 효과가 있다.

전국적으로 산재하고 있는 축산농가, 특히 양돈농가 대부분이 슬러리 형태의 돈분뇨(돈 분뇨 슬러리)를 배출하고 있고, 이와 더불어 각 농가의 분뇨시설 설치율이 거의 100%(허가대상규모 99.9%, 전체 98.6%, 2002 대한민국 농림부 자료)에 달 하고 있으나 기술적 혹은 경제적인 요인으로 인하여 적정 처리가 미흡한 실정이다.

현재 시행되고 있는 돈 분뇨슬러리 정화처리 기술을 살펴 보면, 하기와 같이 슬러리를 축산폐수 공공처리장에 단독처리하거나 하수 연계처리하는 2가지 형태로 운영되고 있는데, 복잡한 처리공정으로 인하여 처리효율은 낮으면서도 시설투자 및 운전비용의 과다 문제를 안고 있다.

1) 단독처리 공정

(공정)

슬러리-전처리(기계적 고액분리)-1차(생물학적)-2차(화학적)-3차(물리적 여과, 화학적 색도제거)-방류

(처리단계별 수질) (mg/ℓ)

구분		BOD	CODMn	SS	T-N	T-P
투입수		24,000	10,000	22,000	4,500	800
전처리	고액분리	18,240	7,600	13,090	4,061	760
1차	액상부식	1,824	5,320	13,090	1,219	760
2차	혼합조	1,924	5,161	12,934	1,254	726
	응집탈수	109	90	252	82	6
3차	사여과	40	64	40	62	5
	활성탄	24	40	24	40	5
방류수질 기준 (투입수 대비,%)		30 (0.13)	50 (0.50)	30 (0.14)	60 (1.33)	8 (1.00)

2) 하수 연계처리 공정

(공정)

슬러리-전처리(기계적 고액분리)-1차(생물학적)-2차(화학적)-하수종말처리장으로 이송

(처리단계별 수질 및 제거율) (mg/ℓ)

구분	BOD	CODMn	SS	T-N	T-P
유입수질	20,000	15,000	20,000	4,500	1,000
처리수 (하수처리장 이송)	1,700	1,500	1,500	1,700	400
제거율(%)	91.5	90	92.5	62.2	60
※ 방류수질 기준	30	50	30	60	8

3) 단독처리와 하수연계처리 시설 공사비 및 처리비용

총 16개소 평균치(단독처리 9, 하수연계 7)

구분	단독처리	하수연계
처리물량당 공사비(백만원/㎥)	77-103	30-39
통당 처리비용(원/t)	30,375-40,500	9,570-12,760

이와 같이, 양돈농가 대부분이 슬러리 형태의 분뇨를 배출함과 동시에 퇴비화시설을 이용한 무배출처리를 하고 있으나, 수분 및 톱밥사용량 과다 등으로 무배출처리가 곤란하게 되고 시설을 방치하는 사례가 빈번하게 발생하고 있다.

현재, 양돈농가는 분뇨배출에 제품(돼지) 생산비의 10% 이상의 고비용을 지불하면서까지 해양배출을 이용하게 되었으나, 이 방법 또한 해양의 급속한 오염을 강화시켜 이를 관장하는 해양수산부는 축산폐수에 대한 해양배출 규제강화계획('05)을 발표하는 등, 양돈농가의 해양배출 물량을 수용할 수 있는 대책이 절실하다 하겠다.

또한, 현행 액비화는 장기 저장방법을 택하고 있고, 성분 불균일성, 악취 발생 등으로 경종 농가가 이용을 기피할 뿐만 아니라 경지 부족 등의 이유로 이용에 제한을 받고 있는 점도 문제이다.

결국은 돈 분뇨슬러리 정화처리 공정의 복잡성 및 고비용, 저효율 문제, 돈 분뇨슬러리 퇴비화 시설의 무배출 처리의 곤란성, 그리고, 기존 장기 저장 액비방법의 성분 불균일 및 악취로 인한 저품질 액비생산 등에 대한 개선이 필요하다 할 것이다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 슬러리를 전처리하여 2차, 3차 처리하는 기존의 단독처리 공정이나 하수 연계처리 공정의 복잡하고 비효율적인 공정을 개선하고, 적절한 장치와 공정을 통해 퇴비화시설을 이용한 양질의 액비를 생산함으로써, 공정을 단순화하고 돈 분뇨 처리비용을 절감할 수 있으며, 액비 발생량의 투입물량 대폭 감소 및 무취, 균질성분, 저농도 특성으로 시용 경지면적 감소 및 정밀 시용이 가능한, 퇴비화 공정을 이용한 돈 분뇨슬러리 정화 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 전체 구성의 특징은 하기 3가지로 요약될 수 있다.

1. 퇴비화시설을 이용한 돈 분뇨슬러리의 생물여과처리 장치

2. 생물여과수의 응집정화 장치

(ⅰ) 생물여과수 중의 잔류 유기물 제거를 위한 응집정화

(ⅱ) 응집혼합수의 고액분리

(ⅲ) 고액분리수 중의 잔류 Fe⁺²를 Fe⁺³로 산화, Fe(OH)₃ 플록(floc)을 형성시켜 침강제거

3. 응집혼합수의 고액분리 장치
이하, 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

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도1은 본 발명의 퇴비화 공정을 이용한 돈 분뇨슬러리 정화 시스템의 구성도이다.

도면에서와 같이, 본 발명은 퇴비화 시설(1), 생물여과수 폭기조(2), 응집반응장치(3), 고액분리장치(4), 여과수 폭기조(5) 및 침전조(6)로 구성된 것이 특징이다.

이하, 본 발명의 전체 구성을 세부 각 구성별로 나누어 설명한다.

A. 퇴비화시설을 이용한 돈 분뇨슬러리의 생물여과 처리기술(퇴비화시설 및 생물여과수 폭기조)

본 발명의 퇴비화 시설(1)은 특별한 구성없이 돈 분뇨슬러리를 유입, 저장, 처리할 수 있는 통상적인 시설을 사용한다.

송풍기능을 겸하면서 바닥의 물빠짐이 원활한 배수(송풍) 장치가 구비된 퇴비화 시설(1)에서 톱밥이나 왕겨(이하, 충진재라 통칭함)를 충진하고, 돈 분뇨슬러리와 같은 고농도 유기성 폐수(이하, 폐수라 통칭함)를 상기 충진재 상부에 살포하게 되면, 퇴비화 시설(1)은 여과기능과 생물분해기능을 동시에 수행(생물여과처리)한 다는 것에 착안하여, 정화처리의 전처리(고액분리) 및 1차 처리(생물분해) 수단 또는 무취 균질 액비 생산수단으로 이용한다.

즉, 살포된 슬러리 중 입자성 물질은 충진재 상층부에 억류하게 되고, 용존성 물질은 충진재 입자들에 의해 형성된 공극을 통과하는 과정에서 발효상에 서식 하고 있는 미생물에 접촉 분해된다. 최종적으로 퇴비화 시설(1)에서 배출되는 처리수(이하, 생물여과수라 통칭함)는 무취이면서 오염물질이 대부분 제거된 균일성분의 수질을 갖게 된다.

슬러리 유래의 입자성 물질의 제거를 위해서는 폐수 중 입자성 물질이 많이 억류되는 발효상 상층부를 교반으로서 상 후단으로 밀어내는 방법을 채택하였으며, 후속의 폐수살포는 교반에 의해 상층부의 혼합충진물(충진재+억류된 입자성 물질)이 일정거리 후단으로 밀려남에 따라 형성된 전단의 공간에 충진재를 충진한 후 살포한다.

또한, 발효상 내는 바닥으로부터 공급되는 공기에 의해 호기성 미생물이 다량 증식되고 발효상 내부를 통과하는 용존성의 유기물질은 호기성 미생물에 의해 접촉 분해된다.

또 다른 효과는, 퇴비화과정에서 발생되는 발효열과 바닥으로부터 공급되는 상향류 송풍에 의해 상당량의 수분 증발량이 이루어져 생물여과수 배출량이 상당량 감소된다.

또한, 본 발명의 생물여과수 폭기조(2)는 상기 퇴비화 시설(1)에서 발생하는 생물여과수를 저장하여 폭기시킴으로써, 생물여과수의 잔류 유기물을 분해하는 시설이다.

즉, 브로워가 설치된 생물여과수 폭기조(2)에 생물여과수를 일시 저장하여 간헐 폭기시킴으로써 탈진과 더불어 발효상에서 미처 분해되지 못한 유기물을 분해시킴과 동시에 호기상태(극단의 혐기적 상태가 되는 것을 방지)를 유지시켜 후단의 응집공정에서 응집효울을 증진시킨다. 용존산소가 부족한 환원적 조건에서는 Fe⁺³ →Fe⁺²로 환원되므로 응집효율이 저하된다.

B. 생물여과수의 응집정화기술

생물여과수는 발효과정에서 충진재의 분해에 기인한 휴믹산(humic acid)이 다량 잔존하여 진한 갈색의 탁도를 나타내게 된다. 휴믹산의 제거방법은, 낮은 pH수용액에서 용이하게 석출되는 원리를 착안하여 pH 4-5의 조건을 제공하여 응집시키고, 이를 보다 거대한 플록형태로 성장시켜 고액분리를 용이케 할 목적으로 고분자 응집제를 사용한다. 이 때, pH조정을 위한 응집제는 많은 실험 결과, FeCl₃가 가장 우수하였으며, 고분자 응집제는 양이온계가 효과적이었다.

도2는 본 발명의 응집반응장치(3)의 설명도를 나타내고 있다.

도면에서, 본 발명의 응집반응장치(3)는 생물여과수 저장탱크(11), 유량조절조(14) 및, 외부에 약품탱크(32),(33),(34)를 장착하고 내부에는 2개의 급속교반조(16),(19)와 완속교반조(21)를 갖춘 교반조로 이루어져 있다.

상기 생물여과수 저장탱크(11)는 생물여과수 폭기조(2)로도 겸용할 수 있는 것으로 내부에는 수중펌프(12)를 장착하며, 상기 각 교반조(16),(19),(21)의 일측 상단에 형성된 유량조절조(14)와는 유입관(13)과 역류관(17)으로 연결된다.

월류구(18),(20)로 구획되는 상기 각 교반조(16),(19),(21)는 각각의 교반기(25),(26),(27)를 갖추고 있으며, 맨 마지막 교반조인 교반조(21)의 우측 중앙 상 부 측에는 응집혼합수 이송관(22)을 장착한다.

이하, 상기 구성의 응집반응장치(3)에서의 응집반응과정을 설명한다.

우선, 퇴비화 시설(1)과 생물여과수 폭기조(2)를 거쳐 저장탱크(11)에 저장된 생물여과수는 수중펌프(12)와 유입관(13)을 통하여 유량조절조(14)로 유입된다.

상기 유량조절조(14)에 유입된 생물여과수는 유량조절밸브(15)를 통하여 급속교반조(19) 내부로 적하되도록 하나, 유량조절조(14)의 측면에, 그리고 상기 유입관(13) 보다 약간 아래에 역류관(17)이 부착되어 있어, 과량의 생물여과수는 다시 저장탱크(11)로 내려 보내진다.

상기 급속교반조(16)의 내부로 유입된 생물여과수는, 교반기(25)를 통하여 강력히 교반함과 동시에 정량펌프(29)를 사용해 약품탱크(32)로부터 응집제를 투입하면서, 그리고 pH메타(23)에 의해 pH를 조절함으로써 플록이 미세하게 형성되는데, 상기 응집제로는 여러가지를 들 수 있으나, 그 중에서도 FeCl₃가 가장 바람직하다.

상기 급속교반조(16)에서 형성된 미세한 플록과 물은 급속교반조(19)로 유입되어 교반기(26)에 의한 급속 교반과 함께 pH메타(24)에 의해 pH를 조절하게 되는데, 약품탱크(33)속에 저장되고 정량펌프(30)를 통해 유입되는 pH조절제로는 통상 NaOH를 사용한다.

상기 급속교반조(19)에서 pH가 조절된 플록과 물은 이어지는 완속교반조(21)로 유입되어 교반기(27)에 의한 완속 교반과 함께 약품탱크(34)로부터의 고분자 응 집제를, 정량펌프(31)를 통해 정량적으로 공급받아 플록의 크기를 고분자화하여 완속 교반조(21)의 우측 중앙 상부에 장착된 응집혼합수 이송관(22)을 통해 후술하는 고액분리장치(4)로 이송되게 되는데, 이 때, 교반기(28)가 설치된 상기 약품탱크(34)에 저장하여 사용되는 고분자 응집제는 양이온계가 바람직하다.

여기서, 상기 미세한 플록과 물이 급속교반조(16)-급속교반조(19)-완속교반조(21)로 이동하는 경로를 살펴 보면, 급속교반조(16)에서 생성된 미세한 플록과 물이 급속교반조(16) 측의 격벽을 넘어 월류구(18)로 유입된 다음, 급속교반조(19) 측의 격벽의 하부에 형성된 통공(도시 생략)을 통해 급속교반조(19)의 내부로 유입되고, 이어서, 급속교반조(19)에서 pH조절된 플록이 급속교반조(19)측의 격벽을 넘어 월류구(20)로 유입된 다음, 완속교반조(21) 측의 격벽의 하부에 형성된 통공(도시 생략)을 통해 완속교반조(21)의 내부로 유입되도록 함으로써, 플록과 물의 원활하고 완전한 이동을 유도하고 있다.

C. 응집혼합수의 고액분리장치

(a) 응집혼합액의 고액분리

응집공정에서 생성된 응집 플록은 비중이 작을 경우 부상분리법, 비중이 클 경우 침전법을 이용하여 제거하는 것이 일반적이다. 그러나, 부상분리법이나 침전법 중 하나의 방법으로 응집 플록을 완전하게 분리하기는 어렵다. 즉, 대부분의 플록은 부상하지만 일부 플록은 부상하지 않고 침전하거나, 대부분의 플록은 침전되지만 일부 플록은 침전하지 않고 부상하는 경우가 빈번하기 때문이다.

본 발명은 부상, 침전하는 플록 모두를 제거하고, 제거된 플록을 탈수하는 기능까지 되도록 발명되었으며 그 원리는 다음과 같다.

생물여과수 내에는 다량의 유기물 분해로 인해 CO₂, H₂S, 저급 지방산 등, 각종 산성 가스들이 다량 용존하고 있다. 이들 가스는 산성 수용액 중에서 용해도가 저하되어 쉽게 기체로 탈기되며, 탈기된 기포는 플록에 부착되어 쉽게 부상된다.

부상의 효과를 높이기 위한 방법은, 항상 일정 수위를 유지시켜 부력의 영향을 크게 받도록 하고, 일정 체류시간을 유지하여 작은 플록이라도 부상할 수 있는 충분한 시간을 갖도록 하였다.

침강되는 일부 플록의 제거방법은 여과조 바닥에 여재와 스크린 망을 두어 분리되는 방법이며, 플록 탈수방법은 여과조 바닥에 배수관을 두고 밸브를 열면 중력에 의해 물이 배수되고, 최종적으로 여과조 내에는 중력침강 압축에 의해 플록만이 잔류하는 원리이다.

(b) 고액 분리수의 색도 제거

1차 응집시 고농도 FeCl₃ 용액을 사용하기 때문에 용액중의 Fe가 모두 Fe⁺³형태가 아니라 상당량은 Fe⁺² 형태로 존재하며 이는 고액 분리수 중으로 쉽게 유출된다. 따라서, 24시간 이상 체류시키면서 폭기하면 잔존하는 Fe⁺²를 Fe⁺³로 산화시켜 궁극적으로 Fe(OH)₃ 형태로 침전시켜 제거한다. 또한, 산화를 촉진시키기 위하여 pH 를 7이상으로 조절하면 더욱 효과적이다.

도3은 본 발명의 고액분리장치(4)의 설명도를 나타내고 있다.

도면에서와 같이, 본 발명의 고액분리장치(4)는 부상여과조(35), 유로전환조(37), 그리고 고저조절축(41), 레버(42) 및 연결환(43)으로 구성하되, 하부에 이동용 바퀴(44)를 장착하고 전방에 여과수 배출관(38)과 수두조절관(39), 하부에 탈수밸브(40)를 각 장착한다.

여기서, 상기 고저조절축(41)은 부상여과조(35) 내의 탈수된 플록의 용이한 배출을 위해 설치된 것으로, 배출문을 열어둔 상태로 상기 레버(42)를 돌려 높이를 조절하여 탈수된 플록을 배출시킬 수 있으며, 선단부에 장착된 연결환(43)은 탈수된 플록의 배출 장소가 응집반응장치(3)로부터 멀리 떨어져 있을 경우 로다, 트렉타 등에 쉽게 연결하여 이동할 수 있게 하는 수단이다.

도4는 상기 고액분리장치(4)의 내부 설명도로서, 고액분리장치(4)의 내부에는 격벽(36)을 성형하여 부상여과조(35)와 유로전환조(37)를 구획하며, 상기 부상여과조(35)의 하부에는 여과된 분리수가 체류하는 곳인 여과수조(50)를 두어 상기 유로전환조(37)와 연통되도록 한다.

상기 부상여과조(35)는 이송관(22)을 통하여 응집혼합수(플록+물)가 유입되는 곳으로, 플록의 부상에 필요한 충분한 시간을 확보하기 위하여 약 30분 이상 체류할 수 있는 용량을 가지며, 바닥에는 일부 침전한 플록의 유출을 방지하기 위한 여과장치(후술하는 도5 설명 참조)를 장착한다.

또한, 일측벽에 지지용 고정틀(51)을 설치한 부상여과조(35)의 타측벽에는 분리고형물 배출문(45)을 두어, 상기 부상여과조(35)에서 분리된 플록이 탈수된 후 최종적으로 남아 있는 플록을 외부로 반출시킬 수 있다.

상기 유로전환조(37)는 하부의 여과수조(50)를 통하여 부상여과조(35)와 서로 연통하도록 하고, 상부에는 여과수 배출관(38)을 설치하며, 부상여과조(35)의 여과장치를 통하여 상기 여과수조(50)로 하향류로 이송된 여과수를 직접 배출시키지 않고 상향류로 전환시켜 일정한 높이에서 배출하도록 하였다.

따라서, 상기 부상여과조(35)에 유입된 응집혼합수는 일정한 수위를 유지할 수 있게 되므로 플록이 충분한 부력을 받아 부상이 용이해지고 여과장치의 폐색을 방지하게 된다.

상기 여과수 배출관(38)은 여과수의 배출구로서, 유로전환조(37)의 상부에 설치되어 부상여과조(35)의 수위를 일정 높이만큼 유지시켜 주는 역할을 하고, 하부의 수두조절관(39)은 상기 부상여과조(35)의 수위 조절을 위해 설치한 것으로서 유입량이 많아 상부의 여과수 배출관(38)으로 여과수가 모두 배출되지 못하여 수위가 높아 지거나, 부상한 슬러리가 과다하게 집적되어 수위 저하가 필요한 경우에 적당량 열어 수위를 조절하게 된다.

하부의 탈수밸브(40)는 상기 부상여과조(35) 내에 잔류하는 플록의 탈수를 목적으로 유로전환조(37)의 바닥에 설치하는 것으로, 가동시간이 연장됨에 따라 상기 부상여과조(35) 내에 플록이 과다하게 억류되면 가동을 중단시키고 밸브를 열어 둠으로써 자연적인 중력침강압축에 의해 플록이 탈수되게 되고 원하는 수질의 여과수를 얻게 된다.

도5는 상기 부상여과조(35) 하부의 여과장치 설명도를 나타낸 것으로, 맨 하부에 스크린(52)를 설치하고 그 위에 여재보호망(47)을 두되, 상기 여재보호망(47)과 스크린(52)의 사이에는 여재층(46)을 형성하고, 상기 여재보호망(47)의 상부로 하중이 있는 눌림대(48)를 설치하고 있다.

여기서, 상기 여재층(46)은 침전한 플록의 유출을 방지하기 위한 것으로, 톱밥, 왕겨, 모래 혹은 제올라이트로 구성되는 것이 바람직하고, 두께는 여재의 종류, 응집상태, 유출수의 수질 등에 따라 다소 차이가 있으나, 10-20cm가 적당하다.

또한, 상기 여재층(46)의 낙하를 방지하는 스크린(52)의 간격은 상기 톱밥, 왕겨 모래 혹은 제올라이트가 빠져나올 수 없는 정도의 크기, 통상 100메시 정도 크기의 스테인레스망이 좋다.

상기 여재보호망(47)은 톱밥이나 왕겨처럼 비중이 적은 재료를 여재로 사용할 경우, 이들 여재를 감쌈으로써 가동시 수류에 흩어지는 현상을 방지하며, 상기 눌림대(48)는 상기 여재층(46)을 눌러 줌으로써 여재의 부상을 방지한다.

또한, 상기 여재보호망(47)과 눌림대(48)는 모래나 제올라이트와 같은 비중이 큰 재료를 여재로 사용할 경우에는 설치하지 않아도 좋다.

상기 스크린(52)의 하부에 설치되는 스크린지지대(49)는 상부의 스크린(52)을 지지함과 동시에 분리여과수가 상기 유로전환조(37)로 쉽게 유입될 수 있도록 유로 공간을 확보하기 위한 것으로, 내구성이 있는 환봉이나 사각봉 등을 적당한 간격으로 배치, 고정하여 설치한 것이다.

본 발명은 이와 같은 정화시설을 통하여 다음과 같은 효과를 얻게 되는 것이 다.

1. 퇴비화 시설(1)을 이용한 생물여과처리기술

종래의 정화공정에서 전처리(고액분리)와 1차 처리시설(혐기소화+활성오니 정화 또는 활성오니 정화)를 대체함으로써, 정화처리 시설비와 처리비용의 절감, 오염물질 제거율 및 안정성, 시설운전의 간편성 등이 대폭 개선된다.

ⅰ) 시설비 및 운전비용 비교(축산폐수공공처리장의 하수연계처리방법과 비교)

(a) 시설비 : 종래의 30%(퇴비화시설 개선 이용시 7%)

(b) 처리비용(현금비용 기준) : 종래 기술의 72%

구 분	처리수질(BOD,mg/ℓ)		톤당 시설비(톤당)		톤당 처리비용 (현금비용기준)
	유입수	처리수	신규	개선**
본 발명	25,000	150이하	1,000	220	8,000원 이하
축산폐수 공공처리장*	20,000	1,700내외	3,000	-	11,000원 내외

* 하수연계처리

** 농가의 보유 퇴비화시설을 생물여과시설로 활용하기 위한 개선비용만 부담(출처 : '물관리정책토론회 보고서' - '01.10 국무총리실 수질개선기획단)

ⅱ) 기온 및 부하량 변동에 따른 처리효율의 불안정성 개선

(a) 퇴비화시설을 이용한 생물여과처리 성적('01.7.22-'02.10.21, 15개월)

* 슬러리(톱밥) 투입 및 생물여과수 배출량

- 톱밥 소모량 감소(톤당): 기존(무배출 처리) 2.0㎥→개선(생물여과) 0.3㎥

- 액비 물량 40% 감소에 따른 저장시설용량 등 처리부담 감소

슬러리 총 투입량 (일일평균)	생물여과수 총 배출량 (일일평균)	생물여과수 배출율	톱밥 투입량 (슬러리 톤당)
1,988(4.4)㎥	1,159(2.5)㎥	58%	660(0.33)㎥

* 수질오염성분 제거율

구 분	돈 분뇨슬러리(mg/ℓ)	생물여과수(mg/ℓ)	제거율(%)
BOD	15,506±7,457	180±125	98.8
SS	26,486±20,091	381±171	98.6

(b) 정화처리 효율

* S 농장(비육돈) : '03.8.17-10.16 (mg/ℓ)

구 분	돈 분뇨슬러리	생물여과수	응집정화수	법적 방류 수질
BOD	25,360±3,811	142±45	29±12	150
SS	32,193±8,350	807±237	63±22	150

* Y 농장(비육돈) : '02.12-'03.1.15 (mg/ℓ)

구 분	돈 분뇨슬러리	생물여과수	응집정화수	법적 방류 수질
BOD	16,129±7,807	108±60	17±5	150
SS	29,745±116	358±116	22±11	150

(c) 정화처리 비용

- 슬러리 톤당 8,000원(생산비의 5%)

처리비용(유동비 기준 : 톱밥, 약품, 전기세 기준)

퇴비화시설 생물여과 비용 (퇴비 판매 단가별 비용)			응집 정화 비용	계
0원	20원/kg	34원/kg	약품비 등
5,775원	2,375원	0원	2,000원	7,775-4,375-2,000원

* 시판 포장퇴비 단가 : 125원/kg, 단가 34원시 수익이 톱밥비용과 같음

- 산출내역

* 여과수 배출량 : 투입량의 60% * 퇴비생산량 기준 : 슬러리 톤당 170kg

* 톱밥소요량 : 슬러리 톤당 0.3㎥ * 톱밥구입가격 단가 : 17,500원 기준

* 약품 A : 톤당 5kg(1,000원), 약품 B : 톤당 20g(107원)

2. 응집처리된 혼합수(플록+물)의 고액분리 효율 및 경제성 개선

종래의 침전법, 부상법에서는 부상하는 슬러리 플록과 침전하는 플록의 제거가 어렵고, 탈수과정에서 분리된 고형물의 일부가 탈리액으로 혼힙되는 경우가 빈번함은 물론, 원심분리기나 벨트프레스 등과 같은 탈수장치가 상당한 고가여서 경제적 부담이 있었다.

그러나, 본 발명은 단순 고안된 장치로서 가격이 저렴하고 하나의 고액분리장치에서 부상+침전+탈수가 동시에 이루어지며, 외부로부터의 기계적 충격 없이 자연적인 중력침강압축에 의해 탈수되게 함으로써 양질의 탈리수를 얻을 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 정화처리기술을 통과한 여과수는, 통상 BOD 20,000, COD 30,000 정도인 돈 분뇨슬러리는 퇴비화 시설(1)을 거치면서 BOD 200, COD 10,000 정도의 생물여과수로 변하고, 생물여과수 폭기조(2)를 통해 BOD 50 이하, COD 10,000 정도를 유지한 다음, 이어지는 응집반응장치(3)를 통해 BOD 10 이하, COD 100-300 정도로 정화한 후, 고액분리장치(4), 여과수 폭기조(5), 침전조(6)를 거치면서 액비 발생량의 투입물량 대폭 감소 및 무취, 균질성분, 저농도 특성의 최대한의 정화가 이루어지게 되는데, 특히, COD의 경우에는 응집반응장치(3)에서의 색도 제거를 통해 상당량의 감소를 나타내게 됨을 알 수 있다.

한편, 상기 본 발명에서는 퇴비화 시설(1), 생물여과수 폭기조(2), 응집반응장치(3), 고액분리장치(4), 여과수 폭기조(5) 및 침전조(6)로 구성된 예를 설명하였으나, 상기 여과수 폭기조(5)와 침전조(6)는 특별한 구성이 없이 일반적인 폭기조와 침전조이면 충분하며, 필요에 따라서는 상기 여과수 폭기조(5)와 침전조(6)는 구성에서 제외하는 시스템도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 슬러리를 전처리하여 2차, 3차 처리하는 기존의 단독처리 공정이나 하수 연계처리 공정의 복잡하고 비효율적인 공정을 개선하고, 적절한 장치와 공정을 통해 퇴비화시설을 이용한 양질의 액비를 생산함으로써, 공정을 단순화하고 돈 분뇨 처리비용을 절감할 수 있으며, 액비 발생량의 투입물량 대폭 감소 및 무취, 균질성분, 저농도 특성으로 시용 경지면적 감소 및 정밀 시용이 가능하여, 관련 분야에의 이용 및 응용이 가능하다 하겠다.

Claims (8)

1. 퇴비화 시설(1), 생물여과수 폭기조(2), 응집반응장치(3), 고액분리장치(4), 여과수 폭기조(5) 및 침전조(6)로 이루어지는 통상의 퇴비화 공정을 이용한 돈 분뇨슬러리 정화장치에 있어서,

   상기 응집반응장치(3)는 수중펌프(12)를 내장한 생물여과수 저장탱크(11),

   유입관(13)과 역류관(17)을 통해 상기 생물여과수 저장탱크(11)와 연결된 유량조절조(14) 및 상기 유량조절조(14)와 연결하되,

   pH메타(23),(24), 교반기(25),(26),(27), 약품탱크(32),(33),(34)를 각 장착한 급속교반조(16),(19)와 완속교반조(21)를 갖추어 이루어지고,

   상기 고액분리장치(4)는 격벽(36)을 중심으로 부상여과조(35)와 유로전환조(37)를 형성하고, 전면에 여과수 배출관(38), 수두조절관(39), 저면에 탈수밸브(40)를 각 설치하며, 이동용 바퀴(44)와 고저조절축(41), 고저조절레버(42), 연결환(43)을 장착하여 이루어지고, 상기 부상여과조(35)의 하부에 여과장치를 장착하되, 상기 여과장치는 스크린(52), 여재층(46), 여재보호망(47) 및 눌림대(48)로 이루어지고, 상기 여재층(46)은 톱밥, 왕겨, 모래 혹은 제올라이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 퇴비화 공정을 이용한 돈 분뇨슬러리 정화장치.
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