KR101136420B1 - 음식물배출수, 가축폐수 및 분뇨의 통합 정화처리방법 - Google Patents

음식물배출수, 가축폐수 및 분뇨의 통합 정화처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨의 정화처리 방법에 관한 것으로서, 온도 섭씨 5도 이상의 조건하에서, 상기 가축폐수 등을 침강조에서 자연상태 그대로 24시간 내지 48시간 침강하는 단계; 상기 침강 단계 종료후 상등수를 채취하여 희석조로 이송하여, 상기 상등수와 물의 비율을 1:1 내지 1:2 로 희석하는 단계; 상기 희석된 상등수와 정화촉진제를 순환회수조 하부의 반응및회수조에 동시에 투입하는 단계; 상기 투입된 물질이 펌핑된 후, 제1처리조의 제1다공판을 통과하고, 이어서 상기 제1다공판의 하측에 수직하방으로 겹겹이 늘어뜨려진 제1부직포필터들 사이를 통과하는 제1처리조단계; 상기 제1처리조 하측의 정화조에서, 제1정화제에 의한 여과, 흡착, 악취제거 과정을 거친 후, 제2다공판를 통과하며, 제2다공판 하측에 수직하방으로 겹겹이 늘어뜨려진 제2부직포필터들 사이를 통과하는 정화조단계; 상기 정화조 하방에 구비된 반응및회수조에서 제2정화제에 의한 여과과정을 거치는 반응및회수조단계; 상기 반응및회수조 단계 후 펌프에 의해 다시 상기 제1 처리조단계와 상기 정화조단계와 상기 반응및회수조단계 가 반복되는 순환회수조 싸이클링단계; 최종방류하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축폐수 등의 통합처리방법이다.
분뇨, 가축폐수, 정화처리, 음식물 배출수, 필터

Description

음식물배출수, 가축폐수 및 분뇨의 통합 정화처리방법 {INTEGRATED METHOD FOR TREATING FOOD WASTE WATER, LIVESTOCK WASTE WATER, AND NIGHT SOIL}
본 발명이 속한 기술분야는 음식물폐수, 가축폐수, 분뇨를 정화 처리하는 방법에 관한 기술분야로서 본 발명에 의해 가축폐수 등을 정화 처리한 후에는 액비 생산이나 공공하수 처리시설로 연계 처리할 수 있으며, 나아가 하천에 방류하더라도 무방한 수질상태로 만들 수 있게 된다.
음식물 쓰레기에서 발생한 폐수는 초고농도의 악성폐수로서 이를 정화 처리하기 위한 공법이 제대로 개발되지 않고 있으며 이를 무단 방류하는 경우에는 심한 환경오염 문제를 유발하게 된다.
특히 2012년 부터 음식물 배출수와 가축폐수의 해양 투기가 전면 금지되어 더욱 음식물 정화 처리에 대한 획기적인 방법이 절실히 요구되고 있다.
현재 알려진 음식물 정화처리 방법으로는 전기분해공법, 가압부상법, 생물학적처리 공법 등이 있지만 이 중에서 실제 도입하여 활용하는데 많은 문제점이 있어서 실제 적용되는 사례가 드물다.
외국에서 개발되어 도입된 정화처리방법은 우리나라의 음식물의 특수성 때문에 외국 음식물과는 그 구성성분이 상이하여 우리 실정에 맞는 음식물 정화처리기법이 더욱 필요하다.
가축폐수의 경우 고농도의 질소와 인 등 영양염류를 다량 함유하고 있으므로 가축 분뇨를 정화처리하는데 다량의 수분조절제와 응집제 등 화학약품 사용을 하고 있어서 제 2의 환경오염원으로 대두되고 있는 실정이다.
특히 고형분을 퇴비화 하는데 막대한 비용이 들기 때문에 영세한 개인이나 가축농가가 직접 정화처리 하는 예는 드물고 국가, 지방자치단체에서 운영하는 시설에서 처리하는 것이 통상적이다.
본 발명의 가축폐수처리 방법에 의할 경우, 상기와 같은 국가나 지방자치단체가 아닌 소규모 업체나 개인도 정화처리 할 수 있을 정도로 적은 비용으로도 충분히 가축폐수처리가 가능하다.
본 발명은 자연원리를 이용한 친환경적 처리 방법이므로 악취발생이 없고 기존 시설비의 20분의 1 정도만으로도 장치를 설치할 수 있으며, 특히 가축폐수를 정화처리한 후에는 액비인 유기질 비료로 재활용이 될 수도 있어 농가소득 증대도 기대할 수 있게 된다.
가축 폐수 정화처리 방법으로는 활성슬러지법, 산화구법, 장기폭기법, 막분 리법, 액상분리법 등이 적용되고 있다. 가축 폐수중에는 생물학적으로 분해되지 않는 물질이 다량 함유되어 있으므로 물리화학적인 정화처리 방법이 병행되어야 하는 난분해성 폐수가 대부분이다.
특히 하천의 부영양화와 바닷물의 적조 원인이 되는 질소, 인을 제거하는 고도처리 시설을 별도로 설치해야 하는 등 막대한 자금이 소요되며 상기 처리를 하더라도 완벽한 정화처리가 불가하여 최종 방류수를 공공하수처리시설에 연계처리하거나 대부분 해양투기를 하고 있으나 이마저도 2012년 부터는 런던조약에 따라 해양투기가 전면 금지된다.
음식물 정화처리 기법과 관련해서 민간기업이나 연구소에서 개발한 방법으로는 분해공법(예를들어, TNT, NBR, PLASMA)이 있고 그 외에도 가상부압법, 혐기성호기성 처리공법이 있다. 그러나 이와 같은 방법등을 도입하여 실제 적용하는데 많은 어려움이 있어서 대부분 실패를 거듭하고 있는 실정이다.
본 발명에서는 황토와 백탄을 사용한 정화처리제 기타 간단한 공정처리 과정만으로도 악취 발생 없이 저렴하게 음식물 폐수 정화처리가 가능하게 된다.
분뇨와 관련해서 수세식 변소에서 배출되는 분뇨 중 정화조에 침전된 고형물만 수거하여 분뇨처리장에서 처리하고 분뇨와 희석된 하수는 공공하수처리장으로 유입처리 되거나 하천으로 직방류되어 하천 오염의 주요 원인 중 하나가 된다.
분뇨중 고형물은 즉시 수거가 되지 않고 있는데 이 경우 악성 수질로 변한 상태에서 분뇨처리장으로 이송처리 되고 있어 다량의 정제용수가 필요하므로 막대한 운영관리비가 소요된다.
또한 많은 양의 협잡물과 고형물질로 인한 전처리 및 고농도의 분리수의 전처리가 제대로 되지 않아 하수와 병합처리하는데 어려움이 많은 실정이다.
본 발명에서는 이에 착안하여 분뇨처리장의 악취를 제거하고 안정수질을 확보한 후, 공공하수처리시설로 연계처리할 수 있게 되며 오수와 분뇨를 통합처리하는 하수분뇨처리장 통합운영 정책에도 부응하여 큰 효과를 거둘 수 있는 방법이다.
가축폐수 등에서 발생된 질소와 인은 미처리되어 강이나 바다에 유입되면 조류의 과잉 증식으로 부영영화, 적조 등을 유발하여 생태계 교란을 가져온다. 기존의 표준활성 슬러지 공정으로는 완벽한 정화처리가 불가하여 화학처리제인 황산반도(ALUM), 알루민산나트륨(SODIUM ALUMINATE), 염화제이철(FERRIC CHLORIDE) 석회(LIME)를 첨가하여 처리하므로 제2의 수질오염물질을 양산하고 있다.
질소 제거방식으로서 물리화학적 정화처리 공정은 암모니아 탈기(AMMONIA STRIPPING), 역삼투법(REVERSE OSMOSIS), 파괴점 염소주입(BREAKPOINT CHLORINATION) 및 선택적 이온교환(SELECTIVE ION EXCHANGE) 정화처리공법 등이 있으며 생물학적 공정으로는 고도처리, 영양염류 제거공법(BNR) 등이 있지만 질산화 공정이 필수적이며 질산화균에 의한 암모니아가 아질산기를 거쳐 질산기로 산화하는 과정에서 암모니아 농도와 용존산소 2mg/l 이상, pH 6.6 이하에서는 질산화에 큰 영향을 미치므로 충분한 알칼리도를 유지해야 한다.
인(P)을 제거하기 위해서는 화학적처리와 생물학적 처리 방식이 있다.
화학적 정화처리방식은 질소와 동시에 제거하게 되고, 생물학적 처리공정으로는 세포합성을 통해 유기물과 함께 제거되며 통상적으로 인 제거 효율은 10내지 20% 정도에 머무르고 있다.
근본적인 인 제거는 생물학적산소요구량과 인의 비율 및 SRT(SLUDGE RETENTION TIME)를 조절해야 하며 혐기와 호기의 연속적인 조건이 필요하다. 또한 유입수 내의 분해가능한 물질이 혐기성 단계에 결정적 영향을 미친다.
상술한 바와 같이 무수한 처리단계와 그에 수반된 막대한 처리비용이 질소와 인의 제거에 투입되고 있는 상황이지만 한국의 음식문화와 생활조건 등 특수성을 고려하지 않고 외국의 정화처리 방식만을 그대로 채용하고 있어서 한국 실정에 맞는 효과적인 분뇨, 음식물 폐수가 정화 처리 되지 않고 있다.
종래의 가축폐수 등의 정화 처리공정을 요약하면 1단계 원수 조정조, 2단계 침전조, 3단계 1차포기조, 4단계 혐기조, 5단계 무산소조, 6단계 2차포기조, 7단계 2차침전조, 8단계 소화조, 9단계 응집및탈수 등의 단계들을 거치게 되며 이와 같은 단계를 거치기 위해서는 각종 화학처리비용 및 미생물효소반응 등에 따른 제반시설비 등 경제적, 시간적으로 비용이 막대하게 투입되고 있는 실정이며 이와 같은 단계를 거치더라도 질소와 인이 효과적으로 제거되지 않고 있는 상황이다.
본 발명의 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 제1목적은 음식물쓰레기에서 발생된 배출수, 가축폐수 및 분뇨(이하 '가축폐수 등'이라 칭함)를 구분하지 않고, 통합적으로 정화 처리할 수 있는 방법을 제공하는 것이고 본 발명의 다른 목적은 처리 과정 중 화학약품을 전혀 사용하지 않는 친환경적인 가축폐수 등의 처리방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2 목적은 종래의 분뇨처리시설에 비해 처리장치비용 및 운영자금을 현저히 저감할 수 있는 가축폐수등의 정화 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3목적은 가축폐수를 정화 처리한 후에는 액비인 유기질 비료로 재활용할 수도 있어 농가소득 향상도 기대할 수 있는 정화 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제4목적은 질소와 인을 정화 처리하기 위해 적정온도를 17도 이상 유지해야 하는 종래의 방법에서 벗어나, 화학약품 처리가 없는 친환경적 방법에 의해, 섭씨 5도 이상의 어느 온도에서도 정화 처리가 가능하며, 매우 간단한 구조와 공정만으로도 가축폐수 등의 효과적인 처리가 가능한 정화처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서는 음식물 쓰레기에서 나오는 폐수, 가축폐수, 분뇨에 다량 함유된 질소와 인을 제거하기 위한 방법이 개시된다.
본 발명에 따른 분뇨, 음식물폐수등의 처리공정 조건온도는 섭씨 5도 이상만 유지되면 족하다.
최초 발생한 분뇨나 음식물폐수 등을 1일 내지 2일 정도 자연침강을 통하여 채집된 상등수와 물을 일정비율(1: 1 내지 1:2) 정도로 희석한 후 여기에, 정화촉진제를 투입한다.
정화촉진제 투입 후, 반응및회수조, 처리조, 정화조를 거친후 다시 반응및 회수조로 되돌리는 싸이클링(CYCLING)을, 시간당 5내지 7회 이상 반복시키되 이를 10시간 내지 20시간 지속한다.
상기 싸이클링을 모두 마친 후의 수질상태는, 공공하수처리시설로 보내져 연계처리를 한 후에는 하천에 방류해도 무방한 정도의 수질이 되며, 만약 가축분뇨의 경우라면 액비로도 사용이 가능하게 된다.
상기의 반응및회수조 내지 정화조를 거치는 싸이클링이 모두 종료된 후에는, 2차 처리조로 이송되며 여기서 4시간 내지 8시간 가량 모터에 의해서 싸이클링 시키는 것이 2차 처리조에서의 정화방법이다.
2차 처리조의 역할은 상기 싸이클링이 종료된 후, 연계처리할 공공하수처리시설이 없는 산간벽지나 도서지역의 축산농가에서 자체처리하여 하천으로 방류하기 위한 것이다. 즉 2차 처리조는 총질소와 총인의 량을 저감하는 시설로서, 상기 싸이클링 중에 거치는 1차 처리조와 구조가 같다.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 가축폐수 등의 정화 처리 공법을 설명한다.
우선, 음식물폐수는 생물학적산소요구량 BOD 60,000 내지 110,000 PPM, 화학적산소요구량 COD 43,000 내지 60,000PPM, SS(부유물질, SUSPENDED SOLIDS) 7,800 내지 30,000PPM, 총 질소량 T-N은 400내지 2,200 정도의 수치로 그 성상을 나타나고 있고 산성도는 pH4 정도의 강산성을 띠고 있어서 생물학적 처리가 불가한데, 본 발명에서는 이와 같은 음식물폐수를 우선 1일 내지 2일간 자연 침강시켜 상등수를 확보한다.
확보된 상등수를 물과 1:1 내지 1:2 정도로 희석한 후, 순환회수조에 정화촉진제와 함께 투입된다.
상기 정화촉진제로는 불순물이 섞이지 않은 황토 1킬로그램과 물 1리터를 섞어서 만든다. 황토는 각종 오염물질을 정화시키는 기능을 하며, 순환회수조에 상기 희석된 상등수를 동시에 투입하게 된다.
상기 순환회수조에는 제1처리조, 정화조 및 반응및회수조가 포함된다.
정화 처리 대상물이 우선 반응및회수조로 유입된 후 모터의 펌핑작용에 의해 서 제1처리조를 거쳐 정화조로 이송된다.
제1처리조에서는 지름 5밀리미터 이내의 다공판이 설치되며 그 하부에 다수의 부직포들이 겹쳐져 수직으로 늘어뜨려진 형상으로 배치된다.
상기 정화조에서는 백탄을 이용하거나, 또는 상기 백탄을 섭씨 1300도 이상에서 가열하여 만든 것(이하 "활성탄 메디아(media)"라고 칭한다)을 이용하여 정화작용이 이루어진다.
상기 정화조를 거친후 순환회수조의 첫과정이 이루어졌던, 반응및회수조로 다시 되돌아 오게 된다.
상기 과정을 1시간당 5~7싸이클의 속도로 10시간 내지 20시간 반복시킨 후 상기 제1처리조와 동일한 구조를 가진, 제2처리조로 이송하여 모터에 의해 4시간 ~ 8시간 싸이클링 시킨후에는 하천에 방류할 수 있는 수질이 된다. 혹은 상술된 바와 같이 제2처리조를 거치지 않고 공공하수처리시설로 보내어 연계처리를 한 뒤에 하천에 방류할 수도 있다.
상기 정화조와 상기 반응및회수조에서 사용되는 정화제를 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
본 발명에서 사용되는 백탄이 정화제로 사용된다. 상기 백탄은 참나무를 섭씨 700 내지 800도 이상 가열하여 제조하고, 이러한 백탄을 추가로 섭씨 1300도 이상에서 더 가열하여 만든 활성탄메디아 역시 정화제로 사용될 수 있다. 상기 백탄 또는 활성탄메디아는 무수한 구멍을 가진 재료로서 가축폐수등의 정화를 위해 사용되는 것이다. 상기 활성탄메디아는 공기구멍이 훨씬 촘촘하여 백탄 보다 정화능력이 뛰어나다.
상기 백탄의 사용량은 정화처리 시설용량의 80%의 체적이 필요하며, 순환회수조에 사용되는 총 백탄 사용량 중에서 25%내지 35% 는 제1처리조에 구비되며, 나머지는 반응및회수조에 구비된다.
상기 순환회수조에 투입되는 정화촉진제로서는 황토 1킬로그램과 물 1리터를 섞어서 만든다.
본 발명에 따른 모든 처리 공정에서는 산소공급이나 폭기를 하지 않은 순수 무산소 처리 방식을 채택하고 있고 악취발생이 전혀 없다.
본 발명의 처리공정을 거친 결과 원수 수질과 대비하여 생물학적 산소요구량 기준하여 음식물폐수 1/40, 가축폐수 1/30, 분뇨 1/36의 수질을 확보할 수 있는 결과를 얻었으며, 총질소(T-N) 기준으로는 음식물폐수의 경우 원수 수질대비 1/9, 가축분뇨의 경우 원수 수질대비 1/22, 분뇨의 경우 원수 수질대비 1/5 정도의 정화처리 결과를 얻었다.
이와 같은 결과물은 가축분뇨의 경우 법적으로 하천 등에 직접 방류하거나 공공하수처리시설과 연계 처리 할 수 있을 정도의 수질이 된다.
또한 악취가 전혀 없고 양질의 처리수로서 액비로 사용해도 무방할 정도에 이르는 것으로 평가된다.
본 정화 처리 공법의 최대 장점은, 질소 및 인을 처리하는데 적정온도를 섭씨 5도 이상만 유지하면 족하다는 것이다.
현재 존재하는 각종 시설에서의 질소와 인의 정화 처리온도는 섭씨 17도 이상(법적규제사항임)인데 반해, 섭씨 5도 이상의 조건만 갖춰지기만 하면 적용이 가능한 본 정화처리방법에 의할 경우 항온시설비,항온유지비 등 막대한 비용 절감을 가져올 수 있다.
산성도와 관련한 본 발명의 장점은 적정 산성도를 유지하기 위해 약품과 처리보조제를 투입하지 않아도 된다는 것이다.
즉, 가축폐수의 산성도는 pH9 이상의 강알칼리성이고 음식물배출수는 pH4 이하의 강산성이어서, pH 6 정도의 중성도를 유지하기 위해 약품과 처리보조제를 투입해야 하는 것이 현 상황이지만, 본 발명은 이러한 과정이 필요 없이 막대한 비용절감 효과가 있다.
본 발명의 또다른 이점은 분뇨와 음식물폐수 그리고 가축폐수의 구분없이 동일한 방법에 의해, 일괄적으로 정화처리할 수 있는 토탈 마스터 프로세스(total master process)이므로 저비용 고효율의 친환경적 처리 시스템이라는 점에 있다.
본 발명에 따른 가축폐수 등의 정화 처리방법에 의해, 음식물배출수,분뇨 및 가축폐수를 구분함이 없이 동일한 방법을 통해서 가축폐수 등을 일괄적으로 처리할 수 있는 토탈마스터 프로세서 이므로 저비용 고효율의 친환경적으로 처리할 수 있는 시스템이다.
또한, 본 발명에 따른 모든 정화처리 공정에서는 산소공급이나 폭기를 하지 않은 순수 무산소 처리 방식을 채택하고 있어서 악취발생이 전혀 없다.
또한, 가축폐수 등의 정화처리시 적정산성도 유지를 위해 화학약품과 처리보조제를 전혀 사용하지 않으므로 종래의 분뇨처리시 발생되던 제2차 수질 오염을 막을 수 있다.
특히, 질소와 인을 처리하기 위해 적정온도를 17도 이상 유지해야 하는 종래의 방법에서 벗어나 화학약품 처리가 없는 친환경적 방법에 의해 단지 섭씨 5도 이상에서는 처리가 가능한 바 항온시설비용 등을 줄일 수 있다.
또한, 가축폐수 등의 정화 처리시설이 간단하며 저렴하고, 고가의 화학 처리제를 사용하지 않으므로 종래의 정화처리비용 및 시설운영비용 등을 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 가축폐수 정화처리 후에는 액비인 유기질 비료로 재활용할 수 있어 농가소득 향상을 꾀할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
이하 개시된 실시예들에 본 발명의 권리범위가 한정되지 아니하며, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 당업자 수준에서 용이하게 추가 삭제 변경 가능한 모든 균등한 발명은 모두 본 발명의 특허청구범위 내에 속함을 미리 밝혀 둔다.
본 발명에 분뇨와 음식물폐수 그리고 가축폐수의 구분없이 동일한 방법에 의해, 일괄적으로 정화처리할 수 있는 토탈 마스터 프로세스(total master process)로서 분뇨, 가축폐수 및 음식물 배출수 등을 구별하여 정화처리 하던 종래의 방법과는 완전히 다른 발명이다.
즉 본 발명에서는 대상물의 구별없이 동일한 처리방법에 의해서 가축폐수등을 정화처리할 수 있는 매우 단순하고도 친환경적인 정화처리방법이다.
본 발명의 명칭에 사용된 '통합 정화처리' 라는 용어는 상기 세 종류의 처리 대상물을 구분없이 처리한다는 것으로부터 명명되었다.
도 1은 본 발명의 전체 공정을 설명하기 위한 개략도이고 도 2는 다공판을 설명하기 위한 도면이고 도 3(a)(b)는 부직포 필터의 배치와 형상을 설명하기 위한 도면이며 도 4는 백탄이 설치된 구조를 설명하기 위한 도면이다.
정화처리의 방법 설명에 있어서, 각종 정화처리 대상물이 이동되는 파이프 등 각종 보조적 요소 등은 편의상 생략하였다.
도 1 내지 도4를 참조하면, 가축폐수 등을 정화처리하기 위한 본 발명은 온도 섭씨 5도 이상의 조건하에서, 상기 가축폐수등을 침강조(100)에서 자연상태 그대로 24시간 내지 48시간 침강하는 단계; 상기 침강 단계 종료후 상등수를 채취하여 희석조(110)로 이송하여, 상기 상등수와 물의 비율을 1:1 내지 1:2 로 희석하는 단계;를 기본적으로 거친다
이어서 상기 희석된 상등수와 정화촉진제를 순환회수조(200) 하부의 반응및회수조 (230)에 동시에 투입하는 단계; 상기 투입된 물질이 펌핑(pumping) 된 후, 제1다공판(212)을 통과하고, 이어서 상기 제1다공판(212)의 하측에 수직하방으로 겹겹이 늘어뜨려진 제1부직포필터(216) 사이를 통과하는 제1처리조(210)단계; 상기 제1처리조(210)에서, 제1정화제(222)에 의한 여과, 흡착, 악취제거 과정을 거친 후, 상기 제1처리조(210) 하측의 정화조(220)의 제2다공판(225)를 통과하며, 제2다공판 (225) 하측에 수직하방으로 겹겹이 늘어뜨려진 제2부직포필터(226) 사이를 통과하는 정화조(220)단계; 상기 정화조(220) 하방에 구비된 반응및회수조(230)에서 제2정화제(232)에 의한 여과, 흡착, 악취제거 과정을 거치는 반응및회수조(230)단계;가 더 진행된다. 여기까지 순환회수조(200)의 1싸이클이 완성된다.
상기 반응및회수조(230) 단계가 종료된 후에는, 펌프에 의해 다시 상기 제1처리조(210)로 이송되며, 상기 제1처리조(210)단계와 상기 정화조(220)단계와 상기 반응및회수조(230)단계가 반복되는 순환회수조싸이클링단계;를 포함하여 가축폐수 등이 정화처리된다.
바람직하게는 순환회수조싸이클링단계는 시간당 5내지 7회 싸이클 가량을 반복하고 10 내지 20시간 가량 지속함이 바람직하다.
상기 설명한 바와 같이, 순환회수조(200)는 특정 정화처리장치가 아니고 제1처리조(210)와 정화조(220)와 반응및회수조(230)와 모터(290) 등을 포함한 장치를 말한다.
상기 순환회수조싸이클링단계 종료후, 최종방류하기 전에 상기 가축폐수 등의 물질이 상기 반응및회수조(230)으로부터, 상기 제1처리조(210)와 동일한 제2처리조(300)로 이송되며, 제1처리조(210)단계와 동일한 공정이 4시간 내지 8시간 반복하여 진행되는 제2처리조싸이클링단계를 더 포함하여 가축폐수등을 처리할 수도 있다.
상기 정화촉진제는 불순물이 없는 순수한 황토(120) 1킬로그램과 물 1리터 비율로 만든다.
상기와 같이 제작된 정화촉진제를 반응및회수조(230)에 투입함에 있어서, 상기 희석된 상등수 1톤당 황토물 50리터를 동시에 투입한다.
도 1과 도 4를 참조해서 백탄에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 4와 같이 철망에 백탄이 인입된 후 도 1의 제1처리조(210)와 반응및회수조(230)에 설치된다. 도 1에서는 설명의 편의상, 백탄을 싸고 있는 철망(223,233)의 도시는 생략하고 있으나, 도 4와 같이 철망에 백탄을 넣어서 투입된다. 철망의 형태는 정화처리시설의 형태에 따라 적절히 변형 가능하다.
상기 제1,2정화제(222,232)는 참숯을 가열하여 제작된 백탄(白炭) 또는 백탄을 섭씨 1300도 이상에서 가열하여 제조된 것(활성탄 메디아)을 사용하는 것이 바람직하다.
백탄을 직육면체 철망(223,233)에 인입하여 상기 제1처리조(210)와 상기 반응및회수조(230)에 각각 투입한다. 철망의 모양은 원통기둥형, 팔각기둥 등 어떠한 형태로도 변형가능하며, 당해 기술분야의 당업자에게 용이 실시가능한 모든 형태는 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.
총 백탄 사용량은 정화처리시설용량의 80%(체적기준)을 사용하고, 총 백탄 사용량 중에서 25%내지 35% 는 상기 제1처리조(210)에 구비되며, 나머지는 상기 반응및회수조(230)에 구비되는 것이 바람직하다.
이는 가장 하부에 설치된 반응및회수조(230)에서 보다 처리대상물의 유체 유동이 많은 반면, 상단 높이에 설치된 제1처리조(210)에서는 처리대상물이 정화조 내부에 머무르는 시간이 짧으므로, 보다 많은 백탄을 반응및회수조(230)에 투입시키는 것이 정화능력에 있어서 더 뛰어나기 때문이다.
상기 백탄의 총사용량은 순환회수조(200)에 투입되는 정화처리 대상물 1톤당 백탄 0.8 세제곱미터 정도를 사용하는 것이 바람직하며, 황토물과 반응하여 각종 여과, 흡착작용 및 악취제거 작용을 수행한다.
정화제로 사용되는 백탄을 보다 구체적으로 설명하면, 백탄은 섭씨 700도 내지 800도에서 참나무를 가열하여 제조되는 것으로서, 무수한 통기 구멍에 의해 접촉면적이 증가하며, 생물학적 산소요구량 (BOD)를 낮추는 역할을 하며 질소와 SS(부유물질, SUSPENDED SOLIDS)를 대폭 낮추는 역할을 한다.
즉 통기구멍으로 정화처리 대상물질이 통과하며, 오탁물의 흡착이 이루어져 여과작용이 보다 효율적으로 이루어지며 악취제거 효과도 탁월하다.
순환회수조(200)에서 순환회수조싸이클링 단계는 1시간당 5내지 7회정도로 총 10시간 내지 20시간동안 모터(motor,290)에 의해 싸이클링을 지속한다.
반면 도 1의 제2처리조에서 이루어지는 공정인 제2처리조싸이클링단계는 시간당 5내지 7회로 진행되는 것이 바람직하므로 총 24 내지 48 싸이클이 제2처리조에서 이루어진다.
도 3(a)(b)를 참조하여 부직포 필터 구조와 형태 및 작용을 설명한다.
도 3에서는 부직포필터(216,226)의 배치를 단순화시켜 도시한 것으로서, 실제로 부직포필터는 도 1의 제1처리조(210)와 정화조(220) 내부에 거의 빈틈없이 배치된다.
도 3(a)는 다공판(212,225)의 상방향에 바라본 로드(215)와 부직포필터 (216,226)의 구조이다. 이해의 편의를 위해 다공판 구멍(213)은 도시를 생략하였으나 그 직경은 5밀리미터 이하이고 구멍 사이 간격도 5밀리미터 이하이다.
도 3(b)는 부직포필터들이 로드(215)에 의해 걸려있는 것를 도시한 부분 사시도이다.
상기 부직포필터(216,226)는 폭이 좁고 길이가 긴 버티칼(vertical)차양 형상인 것이 특징이며 겹겹이 층을 만들어서 수직하방으로 늘어뜨려져 있게 된다.
상기 부직포필터(216,226)는 두께 1내지 2센티미터이고, 제1처리조(210)에 설치되는 부직포필터(216)의 높이와 정화조(220)에 설치되는 부직포필터(226)의 높이는 그 상대적 높이 비율이 7 : 3 가량이며, 상기 양 부직포필터 (216 과 226)을 합친 높이는 순환회수조(200) 전체 높이의 30 내지 35% 정도이다.
부직포필터(216,226)의 바람직한 폭의 길이는 10내지 15센티미터이며, 순환회수조(200)에 투입되는 정화처리 대상물 1톤을 기준으로 부직포는 1.5세제곱미터를 사용한다.
부직포필터 총사용량 중 제1처리조(210)에 75%를 설치하고 나머지는 정화조(220)에 설치하여 사용되는 것이 필터링 효과 측면에서 매우 효율적이다.
상기 부직포필터의 형상 크기는 당해 분야의 통상의 지식을 가진자 수준에서 다양한 변형이 가능하므로, 이러한 변형된 형상이라도 본 발명의 기술적 사상 내에 속하는 것이라면, 본 특허청구범위 내에 속한다는 것은 자명하다.
부직포필터(216,226)는 백탄과 황토물과 함께 가축폐수등을 처리하고 필터링을 통해 SS(부유물질, SUSPENDED SOLIDS) 저감은 물론 총질소, 총인의 량을 저감시키는 중요한 역할을 한다.
부직포필터는 여러 재료들을 사용할 수 있지만 폐기된 나일론 원사를 재가공 하여 매트 형상으로 제작된 것을 사용하여 폐기물 재활용의 이점도 있다.
상기 복수의 부직포필터(216,226)의 상부는 동일한 로드(rod)에 의해 연결되며, 상기 형태로 나란하게 다수개가 제1,2 다공판(212,225)의 하측에 각각 구비된다.
도 3(a)와 같이, 다공판(212)의 하방에 로드(215)가 횡으로 설치되며, 상기 로드에 부직포들이 수직 하방으로 다수가 배치되어 (마치 버티칼 차양이 늘어뜨려진 형태와 유사) 상방으로부터 유입되는 각종 고형물 등을 걸러내는 것이다.
촘촘히 배치된 부직포필터(216,226)에 의해서 처리대상 폐수에 포함된 각종 고형물이 걸러지며 하방으로 길게 늘어 뜨러져 있어서 고형물이 보다 효과적으로 걸러지도록 하였다. 다양한 형상으로 부직포필터(216,226)를 제작할 수 있으나, 상술된 바와 같이 제1,2부직포필터(216,226)는 버티칼(vertical) 차양 형상이며,두께는 1내지 2센티미터이고 폭은 10~15센티미터 정도이다. 부직포필터 사용량은 정화처리 대상의 성상과 용량에 따라 달라질 수 있지만,순환회수조(200)에 투입되는 처리대상물 1톤을 기준으로 부직포필터는 총 1.5 세제곱미터 사용되되, 총사용량 중 제1처리조(210)에 75%가 사용되고 나머지는 정화조(220)에 사용하는 것이 필터링 효과 및 경제적인 면을 고려해 볼 때 바람직한 사용량이다.
부직포필터(216,226)의 소재로는 여러 가지가 있을 수 있으나 나일론을 사용하여 제작함이 바람직한데, 그 이유는 나일론 폐기물을 재사용하여 제작가능하므로 환경보호 측면에서도 바람직한 소재이다.
본 발명의 효과를 검증하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다.
본 실험에 따른 수질 측정치는 제2처리조(300) 싸이클링단계단계를 생략하여 측정된 결과치이다.
우선, 음식물쓰레기배출수 실험을 수행하였는데 이는 수질및 수생태계보전에관한법률 제38조 동법 시행규칙 제48조에 근거하여 수행되었다. 실험조건은 음식물배출수 원수(原水)에 수돗물을 1:1로 희석하여 상기 원수를 처리하였으며 그 결과는 아래와 표 1과 같다.
<표 1>


구분

분석 자료

BOD

COD

SS

T-N
(총질소량)

T-P
(총 인량)

pH

음식물배출수

68000

43200

26250

2563

1691

3.4

처리 결과

1610

587

1660

290

37

8.4
다음, 가축폐수(돼지분뇨)에 대한 실험은 가축분뇨의관리및이용에관한법률 제17조 제1항 제3목, 제13조 제1항, 제24조 및 동법 시행규칙 제11조, 제20조 에 근거하여 수행되었다. 돼지분뇨 폐수를 1:1 희석처리 하였고, 희석수 투입 무산소 처리를 하였다.
<표 2>


구분

분석 자료

BOD

COD

SS

T-N
(총 질소)

T-P
(총 인량)

pH

가축폐수
원수수질

17640

6280

7600

9122

3099

7.77

처리 결과

632

650

140

407

112

7.76
다음, 일반 분뇨에 대한 실험은 하수도법 제7조, 제43조 및 동법 시행규칙 제3조 제1항, 수질및수생태계보전에관한법률 제38조 동법 시행규칙 제48조에 근거하여 수행되었다. 분뇨채집은 초남분뇨처리장에서 하여 분뇨에 공정수 1:1로 희석처리하였다.
<표 3>


구분

분석 자료

BOD

COD

SS

T-N
(총질소량)

T-P
(총 인량)

pH

분뇨
원수수질

3288

1812

2850

493

212

7.28

처리 결과

91

103

44

99

134

7.76
상기 실험결과로 보아 본 발명의 정화처리를 한 후, 정화된 가축폐수는 유기 질비료(액비)로 활용하거나, 공공하수처리시설로 보내져 연계처리 후 하천 방류가 가능하다. 정화된 음식물배출수와 분뇨의 경우, 공공하수처리시설로 보내어 연계처리하여 하천방류도 가능할 정도로 그 효과가 입증되었다.
본 발명에 따른 모든 처리 공정에서는 산소공급이나 폭기를 하지 않은 순수 무산소 처리 방식을 채택하고 있고 악취발생이 전혀 없다.
본 발명의 처리공정을 거친 결과 생물학적산소요구량 기준, 음식물배출수의 경우 원수 수질과 대비하여 1/40, 가축폐수의 경우 1/30, 분뇨의 경우 1/36의 처리수질을 확보할 수 있는 결과를 얻었으며, 총질소(T-N) 기준으로는 음식물배출수의 경우 원수 수질대비 1/9, 가축분뇨의 경우 1/22, 분뇨의 경우 1/5 정도의 정화처리 결과를 얻었다.
본 처리 공법의 최대 장점은, 질소 및 인을 처리하는데 적정온도를 섭씨 5도 이상만 유지하면 족하다는 것이다. 현재 존재하는 각종 시설에서의 질소, 인 처리온도는 섭씨 17도 이상이 필요한데 비하여, 항온처리가 필요없이 섭씨 5도 이상이라면 가축폐수등의 정화처리가 가능한 본 발명에 의할 때, 획기적인 처리비용 절감을 가져올 수 있다.
산성도와 관련한 본 발명의 최대 장점은 적정 산성도를 유지하기 위해 약품과 처리보조제를 전혀 투입하지 않는다는 점이다.
즉, 가축폐수의 산성도는 pH9 이상의 강알칼리성이고 음식물배출수는 pH4 이 하의 강산성이어서, pH 6 정도의 중성도를 유지하기 위해 약품과 처리보조제를 투입해야 하는 것이 현 상황이지만, 본 발명은 이러한 과정이 필요가 없어 막대한 비용절감 효과가 있다.
본 발명의 또다른 이점은 분뇨와 음식물폐수 그리고 가축폐수를 일괄적으로 처리할 수 있는 토탈 마스터 프로세스(total master process)이므로 저비용 고효율의 친환경적 처리 시스템이라는 점에 있다.
도 1은 본 발명의 전체 공정을 설명하기 위한 개략도.
도 2는 다공판을 설명하기 위한 도면.
도 3(a)(b)는 부직포 필터의 배치 와 형상을 설명하기 위한 도면.
도 4는 백탄이 설치된 구조를 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부에 관한 도면부호>
100: 침강조 110: 희석조
120: 황토
200: 순환회수조 210: 제1처리조
212, 225: 제1,2 다공판
213: 다공판구멍
215: 로드 216, 226: 제1,2 부직포필터
220: 정화조 222, 232: 백탄
223: 철망 230: 반응및회수조
290: 모터 300: 제2처리조
삭제
삭제

Claims (10)

  1. 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨를 처리하기 위한 방법에 있어서,
    온도 섭씨 5도 이상의 조건하에서, 상기 가축폐수등을 침강조(100)에서 24시간 내지 48시간 침강하는 단계;
    상기 침강 단계 종료후 상등수를 채취하여 희석조(110)로 이송하여, 상기 상등수와 물의 비율을 1:1 내지 1:2 로 희석하는 단계;
    상기 희석된 상등수와 정화촉진제를 순환회수조(200) 하부의 반응및회수조 (230)에 동시에 투입하는 단계;
    상기 투입된 물질이 펌핑(pumping)된 후, 제1처리조(210)의 제1다공판(212)을 통과하고, 이어서 상기 제1다공판(212)의 하측에 수직하방으로 겹겹이 늘어뜨려진 제1부직포필터(216)들 사이를 통과하는 제1처리조(210)단계;
    상기 제1처리조(210)에서, 제1정화제(222)에 의한 여과, 흡착, 악취제거 과정을 거친 후, 상기 제1처리조(210) 하측의 정화조(220)의 제2다공판(225)를 통과하며, 제2다공판 (225) 하측에 수직하방으로 겹겹이 늘어뜨려진 제2부직포필터(226)들 사이를 통과하는 정화조(220)단계;
    상기 정화조(220) 하방에 구비된 반응및회수조(230)에서 제2정화제(232)에 의한 여과, 흡착, 악취제거 과정을 거치는 반응및회수조(230)단계;
    상기 반응및회수조(230) 단계후, 펌프에 의해 다시 상기 제1처리조(210)로 이송되며, 상기 제1처리조(210)단계와 상기 정화조(220)단계와 상기 반응및회수조(230)단계가 반복되는 순환회수조싸이클링단계;
    를 포함하고,
    상기 순환회수조싸이클링단계가 종료된 후, 가축폐수등이 최종방류 되기 전에 상기 반응및회수조(230)으로부터, 제2처리조(300)로 가축폐수 등이 이송되어져 제2처리조 싸이클링단계가 시간당 5회내지 7회 더 진행되되,
    상기 제2처리조싸이클링단계는 상기 제1처리조(210)단계와 동일한 공정이 4시간 내지 8시간 반복하여 진행되는 것을 특징으로 하는 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨에 대한 통합 정화처리방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 순환회수조싸이클링단계는 1시간당 5내지 7회싸이클로, 10시간 내지 20시간 반복되는 것을 특징으로 하는 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨에 대한 통합 정화처리방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 정화촉진제는 황토(120) 1킬로그램과 물 1리터 비율로 섞어서 제작되며, 상기 정화촉진제를 반응및회수조(230)에 투입함에 있어서, 상기 희석된 상등수 1톤당 황토물 50리터를 동시에 투입되는 것을 특징으로 하는 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨에 대한 통합 정화처리방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1, 제2정화제(222,232)는 참숯을 섭씨 700도 내지 800에서 가열하여 제작된 백탄(白炭) 또는 상기 백탄을 섭씨 1300도 이상에서 가열하여 제조한 활성탄메디아 인 것을 특징으로 하는 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨에 대한 통합 정화처리방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 백탄 또는 활성탄메디아는 철망(223,233)에 인입하여 상기 제1처리조 (210)와 반응및회수조(230)에 각각 인입하되, 총 백탄 사용량은 정화처리시설용량 의 80% (체적비)를 사용하고, 총 백탄 사용량 중 25%내지 35% 는 상기 제1처리조 (210)에 구비되며, 나머지는 상기 반응및회수조(230)에 구비되는 것을 특징으로 하는 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨에 대한 통합 정화처리방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1,2부직포필터(216,226)은 폐기된 나일론 원사를 재가공하여 매트 형상으로 제작된 것임을 특징으로 하는 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨에 대한 통합 정화처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1,2부직포필터(216,226)는 버티칼(vertical) 차양 형상이며,두께는 1내지 2센티미터이고, 제1처리조(210)에 설치되는 부직포필터(216)의 높이와 정화조(220)에 설치되는 부직포필터(226)의 높이는 그 상대적 높이 비율이 7 : 3 이며, 상기 양 부직포필터 (216 과 226)를 길이방향으로 합친 높이는 순환회수조(200) 전체 높이의 30 내지 35% 정도이며,
    상기 제1,2부직포필터(216,226)는 폭은 10~15센티미터이며 순환회수조(200)에 투입되는 처리대상물 1톤을 기준으로 부직포필터는 총 1.5세제곱미터이 사용되되, 총사용량 중 제1처리조(210)에 75%가 사용되고 나머지는 정화조(220)에 구비되 는 것을 특징으로 하는 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨에 대한 통합 정화처리방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1,2부직포필터(216,226)는, 동일한 로드(rod)에 의해 겹겹이 연결되며, 다공판(212,225)의 하측에 구비되는 것을 특징으로 하는 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨에 대한 통합 정화처리방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 다공판의 다공판구멍(213) 직경과 구멍사이의 간격은 5밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 음식물 배출수, 가축폐수 및 분뇨에 대한 통합 정화처리방법.
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