KR101057820B1 - 축산폐수의 친환경 고속액비 제조 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축산폐수를 약품 사용 없이 고속으로 액비를 제조할 수 있는 방법에 관한 것으로, 그 주요 구성은, 가축분뇨를 스크린하는 공정; 스크린된 분뇨를 집수조(100)에 저장하는 공정; 집수조(100)에서 유입되는 분뇨를 데칸터(11)에서 고,액상으로 원심분리하는 공정; 데칸터(11)에서 고형물이 분리된 후 잔류하는 뇨폐수를 유량조정조(110)에 저장하는 공정; 유량저장조(110)에서 유입되는 부유 고형물을 포함하는 축산 뇨폐수에 공기를 공급하여 이를 임펠러로 파쇄하여 미세 기포가 부유고형물을 부상시켜 제거하는 부유 고형물 부상제거 공정; 상기 고형물이 제거된 폐수에 미생물을 투입하여 폐수의 유기물을 분해하도록하는 1차활성화조 투입공정; 1차활성화조(15)를 거친 폐수를 10-20부피%씩 여러 고속활성화조(50)로 나누어 투입하여 호기성 유기물을 고속 분해하는 호기성유기물 분해공정; 고속활성화조(50)를 거친 폐수 중 10-20부피%씩 각각의 고속활성화조(50)에서 인출하여 활성화조로 보내어 3차로 호기성미생물에 의한 유기물 분해하는 3차 활성화 처리공정; 3차활성화조를 거친 폐수의 일부는 미생물분리용으로 사용하고 나머지는 저장하여 액비를 완성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 데칸터(11)에서 고,액상으로 원심분리하는 공정은, 데칸터(11)에 처리수를 공급구(32)에 공급하여 데칸터(11)의 축(33)의 회전에 의해 고형물은 배출구(36)를 통하여 배출되어 수집되고, 액상물은 출구(34)를 통하여 배출되어 수집되는 것을 특징으로 하며, 상기한 부유 고형물 부상제거 공정에서, 미세 기포가 부유고형물에 부착되어 상부로 부상되면 스크래퍼를 이용하여 기포를 한쪽으로 모아 기포를 제거하여 부상 고형물을 별도로 수집하여 고형분과 함께 퇴비 처리하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다

Description

축산폐수의 친환경 고속액비 제조 공정{ ENVIRONMENTLY AND SPEEDLY MANUFACTURING METHOD OF LIQUID FERTILIZERUSING CATTLE WASTE}

본 발명은 가축 폐수 특히, 예를 들어 돈분뇨를 고형물과 액상물을 분리한 후 뇨 액상물을 약품을 전혀 사용하지 않고 고속으로 액비화 할 수 있는 무공해 액비 제조 방법에 관한 것이다

축산분뇨 특히, 돈분뇨 폐수처리에서 가장 어렵고 비용이 많이 소요되는 공정은 분과 뇨를 분리하는 전처리 공정이라 할 수 있다

이 전처리 공정은 일반적으로 응집제를 사용하여 돈분을 큰 입자로 응집시킨 후 탈수 공정을 거쳐 고액분리를 하는데, 이 과정에서 많은 약품이 사용되고 또한 약품이 포함된 슬러지의 발생으로 인하여 폐기물 처리에 많은 비용이 소요되는 현실이다

또한 종래 경우 돈분뇨 처리시 많은 처리 시간이 소요되고 악취가 발생하는 등 많은 처리상 문제점을 가지고 있다

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여, 개발된 전반적인 처리공정에 관한 것으로, 축산분뇨를 디켄터로 고형물을 분리한 후, 나머지 작은 부유하는 고형물이 포함된 뇨 액상물을 미세 공기방울로 부상시켜 고상 부유믈을 신속하게 처리하고, 그로 인해 후속처리하는 유기물 분해 처리 부하를 현저히 줄이며 그리고 그 후속 처리 공정은 고속활성화조 등을 이용하여 24시간 내에 액상 폐수를 처리할 수 있는 방법을 개발하였다

본 발명의 주요 구성은, 가축분뇨를 스크린하는 공정; 스크린된 분뇨를 집수조(100)에 저장하는 공정; 집수조(100)에서 유입되는 분뇨를 데칸터(11)에서 고,액상으로 원심분리하는 공정; 데칸터(11)에서 고형물이 분리된 후 잔류하는 뇨폐수를 유량조정조(110)에 저장하는 공정; 유량저장조(110)에서 유입되는 부유 고형물을 포함하는 축산 뇨폐수에 공기를 공급하여 이를 임펠러로 파쇄하여 미세 기포가 부유고형물을 부상시켜 제거하는 부유 고형물 부상제거 공정; 상기 고형물이 제거된 폐수에 미생물을 투입하여 폐수의 유기물을 분해하도록하는 1차활성화조 투입공정;

1차활성화조(15)를 거친 폐수를 10-20부피%씩 여러 고속활성화조(50)로 나누어 투입하여 호기성 유기물을 고속 분해하는 호기성유기물 분해공정; 고속활성화조(50)를 거친 폐수 중 10-20부피%씩 각각의 고속활성화조(50)에서 인출하여 활성화조로 보내어 3차로 호기성미생물에 의한 유기물 분해하는 3차 활성화 처리공정; 3차활성화조를 거친 폐수의 일부는 미생물분리용으로 사용하고 나머지는 저장하여 액비를 완성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기한 데칸터(11)에서 고,액상으로 원심분리하는 공정은, 데칸터(11)에 처리수를 공급구(32)에 공급하여 데칸터(11)의 축(33)의 회전에 의해 고형물은 배출구(36)를 통하여 배출되어 수집되고, 액상물은 출구(34)를 통하여 배출되어 수집되는 것을 특징으로 하며, 상기한 부유 고형물 부상제거 공정에서, 미세 기포가 부유고형물에 부착되어 상부로 부상되면 스크래퍼를 이용하여 기포를 한쪽으로 모아 기포를 제거하여 부상 고형물을 별도로 수집하여 고형분과 함께 퇴비 처리하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다

본 발명에 의하면 축산분뇨를 응집제 등의 약품을 사용하지 않고 디켄터로 고형물을 분리하므로 그 고액 분리 시간이 매우 신속하고 그리고 그에 따른 처리 비용도 적게 든다

또한 고액 분리 후, 뇨에 부유하는 처리하기 어려운 고형물을 미세 공기방울로 부상시켜 고상 부유믈을 처리하므로 그 부유물 제거 효율이 우수하고, 처리가 매우 신속하며 그로 인해 후속처리하는 유기물 분해 처리 부하를 현저히 줄일 수 있다

그리고 그 후속 처리하는 고속활성화조 등을 이용하여 처리하는 호기성 처리는 균일한 액비를 양산할 수 있고, 이 고속활성화조에서는 24시간 내에 액상 폐수를 처리할 수 있어 액비 제조 공정이 혁신적으로 단축될 수 있다

액비 생산의 전체 공정으로 보면, 종래 30일 이상 소요되던 공정을 6 일 내 로 단축 가능하다

또한 본 발명에 따른 처리 공정에서는 대량의 거품 발생이 없고 악취 발생이 지극히 적은 장점이 있다

도 1 은 본 발명에 따른 처리공정을 예시하는 도면
도 2 는 데칸터(11)에 의한 고액 분리를 설명하기 위한 도면
도 3 내지 도 6 은 공기파쇄부상장치를 설명하기 위한 도면

이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거 추가로 상술한다

먼저, 도 1 은 본 발명에 따른 전체 처리 공정이다

도시한 바와 같이 본 발명은 축분 특히 돈분을 스크린 처리한 후, 집수조(100), 유량조정조(110), 공기파쇄부상장치(1), 1차활성화조(15), 적어도 2 개 이상으로 이루어지는 고속활성화조(50), 3차활성화조(51), 미생물 분리조(120), 저장조(130)로 거치는 공정으로 이루어진다

참고로, 상기 도면 부호는 단지 도면 설명을 위해 부여되는 번호로 이들 번호 순서는 본 발명을 설명하는데 중요한 사항이 아니다

이하, 이들에 대한 상세한 설명을 한다

도 2 는 축분뇨 예를들어, 돈분뇨의 집수조(100)에서 공급되는 폐수를 처리하는 것을 예시한다

집수조(100)에서 데칸터(11)로 보내어진 분뇨는, 이 데칸터(11)에서 뇨가 포함된 돈분을 고액 분리한다. 데칸터(11)에서 고액 분리처리하면 신속한 고액 분리가 가능하고 함수률을 단시간에 떨어 뜨리므로 수분조절제가 불필요하므로 비용이 적게 들며 또한 응집제를 사용하지 않기 때문에 친환경적이고 마찬가지로 비용도 적게 든다

데칸터(decanter)는 집수조(100)에서 공급되는 분뇨를 데칸터(11)의 공급구(32)를 통하여 주입되면 축(33)이 회전하면서 원심분리에 의해 액체가 빠져 나와 별도로 출구(34)로 배출되고 고형물은 압출날개(35)의 회전에 따라 밀려 나와 고형물 배출구(36)로 배출되어 나온다. 따라서 고형물과 액상물이 신속하고도 용이하게 분리되고 고형물의 수분 함량도 크게 떨어 뜨릴 수 있다. 이와 같이 원심분리로 고액 분리하면 그 고액분리 작업이 매우 신속하고 고형물의 수분 함량이 현저히 줄어들어 후처리인 퇴비화에 유리하다. 이와 같이 데칸터(11)에서 고액 분리가 되면, 고상의 분이 분리된 뇨를 포함하는 액상 슬러리는 유량조정조(110)으로 들어간 후, 공기파쇄부상장치(1)로 보내진다

도 3 은 공기파쇄부상장치(1)를 예시한다

공기파쇄부상장치(1)에는 예를들어, 돈분 혼합물을 전처리로 고형물을 분리한 후, 액상의 뇨폐수가 주류를 이룬다. 이러한 뇨폐수에는 다량의 부유하는 분 고형물이 혼합되어 있다. 이 미세한 분고형물을 일괄적으로 깨끗이 제거하기에는 매우 어려운 문제이다. 따라서 본 발명에서는 도시한 바와 같이, 공기파쇄부상장치(1) 내부에 임펠러(8)가 달린 회전축(7)이 설치되어 모터(9)의 작동으로 회전한다. 그리고 회전축(7)은 파이프 형상으로 그 내부에 공동이 형성되어 있다

도 4 에서 보듯이, 회전축 외주에 통공(111)이 다수 형성되어 이 통공(111)을 통하여 에어가 분사되어 나온다. 이는 폐수 내에서 공기 방울을 만들어 내고 임펠러(8)는 고속으로 교반 회전하면서 그 발생된 큰 공기 방울을 파쇄한다. 그러면 미세한 공기 방울로 쪼개어 진다. 그 미세한 공기방울 기포(3)는 폐수 내의 뇨 속에 함유되어 있는 분이나 이물질 등의 무거운 부유물들을 감싸서 상부로 부상시킨다. 그리하여 폐수 내의 고형물들을 액상물로부터 분리하여 낸다

아울러 이 공급되는 에어는 액상의 폐수 내에 용해되어 용존산소의 농도를 높여 줌으로써 호기성 미생물을 성장하게 해 주는 환경을 제공한다

공기파쇄부상장치(1)의 상부는 상커버(2)로 막혀 있고 일부는 개방부(4)로 구성되어 개방되어 있다. 그리고 개방부(4) 바로 위에는 스크래퍼(5)가 전후진하게 구성된다. 스크래퍼(5)가 전,후진하면 개방부(4) 위로 부상되는 축분 부유물이나 이물질 등의 고상 부유물들을 걷어냄과 아울러 기포(3)를 터뜨려 고상물만 분리하여 낼 수 있다. 상기 스크래퍼(5)의 전후진은 이송장치(6)에 의하여 전후진된다

도 5 는 도 3 의 도면을 상면에서 본 도면이다

도시한 바와 같이, 공기파쇄부상장치(1)을 상부에서 보면, 개방부(4)가 길게 형성되고 내부에는 폐수가 유입 및 유출되도록 흐르고 있다. 선택적으로 액상 폐수가 흐르지 않고 정류된 상태에서 처리할 수도 있음은 물론이다. 대량 처리시에는 천천히 흐르도록 하면서 처리하여도 좋다

상면은 개방부(4)를 제외하고는 막혀 있어 개방부(4)로 올라오는 기포(3) 덩어리 들을 스크래퍼(5)가 개방부(4) 길이 방향으로 이송롤러(115)를 갖춘 이송장치(6)에서 전후진하면서 기포(3)를 한곳으로 쓸어 모아둔다. 모아둔 기포는 별도의 공간에 투입되게 구성하여 그 내부에서 기포가 전부 제거되고 고형물만 남도록 하여도 된다. 기포가 터지고 고형물만 모아지게 되면 이들을 별도로 다른 가축분 고형물과 함께 퇴비화하여 처리하면 된다. 예를들어 데칸터(11)에서 나오는 분고형물과 함께 퇴비화할 수 있다

한편, 공기파쇄부상장치(1)을 상면에서 보면 모터(9)가 상부에 형성되어 있고 모터(9)에 의한 고속 회전으로 내부가 빈 회전축(7)이 회전 교반된다. 도 3 및 도 4 에서 임펠러(8)를 2개 또는 그 이상 구성시키는데 그 이유는 기포(3)가 더 잘 쪼개어지게 하기 위한 것이다

도 6 는 본 발명의 또 다른 구성이다

본 실시 예에서는 회전축(7)에 통공(111)을 형성하지 않고 공기도 불어 넣치 않는다. 단, 별도의 배출공(23)이 다수 형성된 파이프 형상의 송급관(20)과 블로워(21)를 설치하여 임펠러(8)와 접촉하지 않는 근접한 위치에서 에어를 공급한다. 이와 같은 구성으로 하여도 배출공(23)을 통하여 나오는 기포(3)의 분쇄 효과는 동일하다

단, 이 경우는 공기 송급관(20)이 회전하는 임펠러(8)에 방해를 주지 않게 하기 위하여 임펠러(8)는 1단으로 하며, 모터와 임펠러(8)의 전동 회전 기어비를 조정하여 임펠러(8)의 회전수를 모터회전수의 2배인 약 3600RPM으로 올려줌으로서 2단 임펠러의 효율과 거의 비슷한 수준으로 유지할 수 있다.

그 외 임펠러를 사용함과 함께 공기를 유입시켜 부유물을 부상시키는 본 발명의 기술사상을 이용하여 여러 다른 형태의 구조로 만들어 낼 수 있다. 이러한 변형된 실시들도 본 발명의 기술 사상의 범위 내의 것이면 본 발명의 기술 및 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다

이와 같이 본 발명에 의하면 기포를 인위적으로 발생시켜, 뇨폐수 속에서 부유하는 제거하기 어려운 고형물 찌꺼기를 거품이 부착하여 함께 부상하여 제거되므로 부유하는 고형물의 미세입자까지 완벽하게 신속하게 제거 처리가 가능하고 이로 인해 후속 처리하는 미생물에 의한 유기물 분해 공정에서 그 부하를 크게 줄일 수 있어 처리 속도를 현저히 높일 수 있다

상기한 공기파쇄부상장치(1)를 거쳐 고형물이 제거된 처리 뇨는, 도 1 에서 보듯이 1차 활성화조(15)로 보내진다. 1차 활성화조(15) 에서는 비록 공기파쇄장치에서 에어가 공급되어 용존산소가 충분하여도 유기물 농도가 높을 경우엔 혐기성 발효가 된다

이 1차활성화조(15)에서는 약 4-6일 이면 유기물의 분해가 약 70% 정도 이루어질 수 있다. 특정 변동 조건이 없는 한 5 일 이내 적어도 유기물의 약 70% 정도가 분해 처리가 된다. 그리고 1차활성화조(15)를 거친 후, 그 다음은 호기성 미생물 처리를 한다. 앞에서 미리 유기물의 70%를 미생물발효로 처리하므로 그 뒤에 후속처리하는 호기성처리의 부하는 현저히 줄어들 수 있다.

1차활성화조(15)에서 처리 후 유입되는 처리물은 다음으로 2차로 고속활성화조(50)로 들어가 호기성미생물 처리를 한다. 고속활성화조(50)는 적어도 2 개 이상 만들어, 고속활성화조(50) 처리 용량의 10 내지 20부피% 정도만 1차활성화조(15)에서 공급한다. 고속활성화조(50)는 적어도 2 개 이상 바람직 하기로는 5 개 정도까지 만들면 좋다. 그 이상 만들어도 되나 시설비가 많이 드는 단점이 있으며 2 개 이하면 처리 효율이 떨어진다.

1차활성화조(15)에서 각각의 고속활성화조(50) 용량의 10-20부피%를 송출한다. 고속활성화조(50)는 호기성 미생물이 충분히 공급되고 생존하고 있다. 여기에서는 미도시한 폭기장치로 부터의 에어 공급으로 왕성한 호기성 미생물의 활동이 진행되고 있다. 1차활성화조(15)에서 이미 유기물이 70% 정도 분해 처리된 상태이고 이 상태에서 소량만 여러 고속활성화조(50)에 분배되므로, 고속활성화조(50)에서는 처리수가 공급되면 약 24시간 이내에 고속으로 호기성미생물에 의한 유기물 분해처리가 가능하다

그 처리 효과를 더 높이기 위하여, 상술한 바와 같이 고속활성화조(50)를 여러개 만들어 각각 1차활성화조(15)로 부터 10 - 20부피%만 공급받도록 한다. 20부피% 이상 공급되면 고속활성화조(50)에서의 처리 시간이 더 지연된다. 약 17-23 부피% 까지는 무리가 없으나 그 이상이 되면 24시간 이내의 호기성 미생물의 유기물 분해처리가 완벽하게 이루어지지 못한다. 상기 17 ~ 23 부피%, 바람직하기로는 20부피%까지 공급 조건이면 고속활성화조(50)에서 24시간 정도 처리되면 분해처리가 거의 완료된다

이에 더하여 선택적으로 3차활성화조(51)를 더 거치면 완벽한 유기물의 분해처리가 이루어질 수 있다. 그리고 고속활성화조(50)에서 3차활성화조(51)로 보낼 경우에도 각각의 고속활성화조(50)에서 10-20부피%만 3차활성화조(51)로 보낸다. 그리고 1차활성화조(15)에서 고속활성화조(50)로 보낸 만큼인 10-20부피%를 보충한다. 이렇게 하는 것은 충분한 부하 감당으로 신속한 처리가 가능하기 때문에 이는 매우 중요하다. 이와 같이 부하가 적게 걸리도록 호기성 미생물처리장치를 구성하면 처리기간이 크게 단축될 뿐만 아니라 악취 발생도 거의 없다

3차활성화조(51)의 처리를 마친 처리수는 미생물분리조(120)에서 필요한 량 만큼의 미생물을 분리하고, 이를 거쳐 저장조(130)로 보내지고 최종 처리 폐수는 액비로 사용될 수 있다

상기한 고액분리, 혐기성 미생물처리 및 호기성 미생물 처리의 전처리과정은 단지 약 6일 정도 밖에 소요되지 않는다. 종래 30일 정도 처리기간이 걸리는 거에 비하면 약 5 배 정도 신속한 처리가 가능하다

1 공기파쇄부상장치 2 상커버
3 기포 4 개방부
5 스크래퍼 6 이송장치
7 회전축 8 임펠러
9 모터 11 데칸터
15 1차활성화조 20 송급관
21 블로워 23 배출공
50 고속활성화조 51 3차활성화조
100 집수조 110 유량조정조
111 통공 120 미생물 분리조
130 저장조

Claims (3)

1. 가축분뇨를 스크린하는 공정;
   스크린된 분뇨를 집수조(100)에 저장하는 공정;
   집수조(100)에서 유입되는 분뇨를 데칸터(11)에서 고,액상으로 원심분리하는 공정;
   데칸터(11)에서 고형물이 분리된 후 잔류하는 뇨폐수를 유량조정조(110)에 저장하는 공정;
   유량저장조(110)에서 유입되는 부유 고형물을 포함하는 축산 뇨폐수에 공기를 공급하여 이를 임펠러로 파쇄하여 미세 기포가 부유고형물을 부상시켜 제거하는 부유 고형물 부상제거 공정;
   상기 고형물이 제거된 폐수에 미생물을 투입하여 폐수의 유기물을 분해하도록하는 1차활성화조 투입공정;
   1차활성화조(15)를 거친 폐수를 10-20부피%씩 2 ~ 5개의 고속활성화조(50)로 나누어 투입하여 호기성 유기물을 고속 분해하는 호기성유기물 분해공정;
   고속활성화조(50)를 거친 폐수 중 10-20부피%씩 각각의 고속활성화조(50)에서 인출하여 활성화조로 보내어 3차로 호기성미생물에 의한 유기물 분해하는 3차 활성화 처리공정;
   3차활성화조를 거친 폐수의 일부는 미생물분리용으로 사용하고 나머지는 저장하여 액비를 완성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 축산폐수의 친환경 고속액비 제조 공정.
2. 제 1 항에 있어서, 상기한 데칸터(11)에서 고,액상으로 원심분리하는 공정은,
   데칸터(11)에 처리수를 공급구(32)에 공급하여 데칸터(11)의 축(33)의 회전에 의해 고형물은 배출구(36)를 통하여 배출되어 수집되고, 액상물은 출구(34)를 통하여 배출되어 수집되는 것을 특징으로 하는 축산폐수의 친환경 고속액비 제조 공정
3. 제 1 항에 있어서, 상기한 부유 고형물 부상제거 공정에서,
   미세 기포가 부유고형물에 부착되어 상부로 부상되면 스크래퍼를 이용하여 기포를 한쪽으로 모아 기포를 제거하여 부상 고형물을 별도로 수집하여 고형분과 함께 퇴비 처리하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산폐수의 친환경 고속액비 제조 공정.

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