KR101300804B1 - 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 축산농가에서 발생되는 고농도 유기성 폐기물로서 가축분뇨(양돈 분뇨)를 처리하여 지속적으로 자원(바이오 가스 및 액비)을 회수하고 자원회수 후 발생하는 폐수 또는 자원화 공정에 투입되지 못하는 가축분뇨(양돈 분뇨)의 축산 폐수를 환경친화적으로 정화처리하여 축적된 침전물은 비료(퇴비) 그리고 피처리수는 중수도나 공업용수로 쓸 수 있게 연계처리하는 방법으로 가축분뇨를 처리하여 환경오염을 줄이고 에너지원도 얻을 수 있게 하는 복합기능의 하이브리드 자원화시스템에 관한 것으로서 가축분뇨(양돈 분뇨)처리장치는 지하에 매설하되 생성되는 바이오 가스는 본 발명의 가축분뇨 처리장치에 연계되는 자원화 장치로서 지상에 설치된 열병합발전기 및 풍력발전기, 태양광 발전기와 상호 보완적으로 결합하여 열병합 발전(전기+에너지) 등의 전기 및 열에너지 복합 기능을 수행함을 특징으로 하는 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치에 관한 것으로서,
더욱 자세히는 축산농가에서 발생되는 고농도 유기성 폐기물로서 가축분뇨(양돈 분뇨)를 처리하여 지속적으로 자원(바이오 가스 및 액비)을 회수하고 자원회수 후 발생하는 폐수 또는 자원화 공정에 투입되지 못하는 가축분뇨(양돈 분뇨)의 축산 폐수를 환경친화적으로 정화처리하여 축적된 침전물은 비료(퇴비) 그리고 피처리수는 중수도나 공업용수로 쓸 수 있게 연계처리하여 가축분뇨를 처리함으로써 환경오염을 줄이고 에너지원도 얻을 수 있게 하는 복합기능의 하이브리드 자원화시스템에 관한 것으로서 가축분뇨(양돈 분뇨)처리장치는 지하에 매설하되 생성되는 바이오 가스는 본 발명의 가축분뇨 처리장치에 연계되는 자원화 장치로서 지상에 설치된 열병합발전기 및 풍력발전기, 태양광 발전기와 상호 보완적으로 결합하여 열병합 발전(전기+에너지) 등의 복합 기능을 수행한다.
축산업은 우리 국민에게 고단백 식품을 제공하는 농업 가운데 중요한 산업으로 우리 나라는 축산업이 양적으로 괄목할만한 발전을 거듭하면서 축산농가가 대형화되면서 사육두수도 크게 증가되어 이곳으로부터 발생되는 분뇨로 인해 악취처리문제, 폐수처리문제, 각종 질병, 과다한 농지살포에 따른 토양오염 및 지하수의 오염 등이 문제시됨으로써 가축분뇨의 처리문제는 시급히 해결하여야 할 과제로 대두되고 있다.
특히 축산폐수는 분뇨를 능률적으로 고액분리를 한다 하더라도 분 성분이 뇨 속에 함유하게 되어 있어 환경을 위해하는 오염 물질로서 유기물의 함량이 높고 질소와 인의 성분이 많아, 축산 분뇨가 처리되지 않고 그대로 방류될 경우 생활하수보다 더 수질 오염 영향이 큰 환경에 위해한 물질로 지목되고 있는데, 일반적인 폐수처리 방법으로는 처리가 어려운 문제점이 있으나 가축 분뇨 처리시설의 건설과 유지에 소요되는 비용이 너무 크고 적절한 처리기술도 확립되어 있지 않기 때문에 아직까지 합리적인 처리방법이 강구되지 못하여 상당량이 비합리적으로 해양 투기되고 있는 실정으로 기업화되고 있는 축산농가의 가축분뇨 및 축산폐수를 경제적이고 효과적으로 처리할 수 있는 방법이 요청되고 있다.
또한 고유가 시대에 대체에너지의 발전이 불가피하므로 축산 분뇨의 바이오가스화는 폐기물을 없애고 환경오염을 줄이고 에너지원도 얻을 수 있는 가장 적극적인 대응방안이기는 하나,
종래의 자원화 시설로서 축산 분뇨 처리장치는 처리를 위한 충분한 공간확보 가 어렵고 소화조 운전 노하우 부족과 기술체계 미비, 원료물질의 전처리 미흡으로 인한 잦은 기계 고장, 혐기 소화액의 활용 방안 부재, 생산 바이오가스의 이용률 저조 등의 문제점이 발생함은 물론,
자원화 시설에서 처리할 수 있는 양을 초과하는 폐수가 과잉 발생하여 그대로 방류하여야 하고 처리 이송하는 과정에서 악취도 발생되어 2차 공해를 유발하게 되므로 이를(탈리액) 효과적으로 처리히여 폐수 및 시설악취를 근본적으로 해결할 수 있는 2차 처리장치로서 경제적이고 환경친화적인 폐수처리장치의 개발이 적극적으로 요구된다.
일반적으로 축산분뇨처리과정에서 발생되는 소화가스의 성분은 성상에 따라 차이가 있으나 대략 미정제 상태에서 가스연료 사용이 가능한 메탄가스가 55-60%, 불활성 가스인 탄산가스가 40-45%, 황화수소, 수분, 질소 등 기타 유해물질이 2% 정도인 것으로 보고되고 있어 이의 활용도를 제고하기 위한 가스 정화시스템의 구축이 절실히 요구된다.
또한 폐수 처리시설의 피처리수는 그대로 방류되고 있는바 청소용수나 화장실 세정수 등 중수로 사용할 수 있게끔 중수도 수질기준을 충족하는 수질로 처리하여야 할 필요성이 있다.
전술한 바와 같이 종래의 축산 분뇨처리장치는 제반 문제점을 가지고 있는바,
축산농가에서 발생되는 고농도 유기성 폐기물로서 가축분뇨(양돈 분뇨)를 처리하여 지속적으로 자원(바이오 가스 및 액비)을 회수하고 자원회수 후 발생하는 폐수 또는 자원화 공정에 투입되지 못하는 가축분뇨(양돈 분뇨)의 축산 폐수를 환경친화적으로 정화처리하여 축적된 침전물은 비료(퇴비) 그리고 방류수 재이용을 위한 기술적 대안으로서 피처리수는 중수도나 공업용수로 쓸 수 있게 연계처리하여 가축분뇨를 효과적으로 처리하여 환경오염을 줄이고 에너지원도 얻을 수 있게 하는 축사에서 발생되는 가축분뇨의 경제적이고 환경친화적인 처리 및 자원화 장치와 폐수 처리 장치를 연계시켜 개발하여야 할 기술적 과제가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,
가축분뇨를 처리함과 동시에 고순도 정제 바이오 가스 및 냄새 없는 화학비료를 대체하는 액비를 생성하여 자원화하되, 자원화가 어려운 경우 폐수처리장치를 이용 방류수 수질 기준을 충족시키게끔 중수 수준으로 정화처리하여 방류시키는 환경친화적 폐수처리시스템을 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 자원화 장치로서,
축산분뇨에 포함된 이물질 등 협잡물을 스크리닝 처리하는 파쇄기 및 원심분리하여 고액을 분리시키는 선별기, 협잡물을 처리한 가축분뇨를 저장하는 침사조로 전처리장치를 구성하고 자원화 장치로서 산발효조, ph조정조(인위적으로 신속한 중성상태를 유지함으로써 질산화 활성 회복), 혐기 발효조(혐기성 소화 공정, 혐기성 미생물을 이용하여 폐수의 유기물질을 단계적으로 분해하여 최종생성물로서 메탄과 CO2 가스 또는 수소를 발생하는 생물학적 처리방법)를 순차적으로 형성하여 바이오 가스와 액비를 생성하되 바이오 가스는 탈황장치와 정제장치를 이용하여 고순도로 정제하여 공급하는 축산분뇨 처리 및 자원화장치를 형성하고,
메탄 발효 후 발생되는 저농도 폐수와 고액분리 후 분리되는 축산폐수는 자원화 장치 후단에 자연유하방식을 공통적으로 이용한 전처리장치(침전+여과)와 본처리장치(다단계 장치, 폐수가 흐르는 동안 공기와 약품 투입, 교반이 순차로 이루어지는 폭기 방식 약품 주입으로 정화효율 상승), 후처리 장치로 연계 구성된 폐수처리장치를 연계 구성하여 축산 분뇨 처리장치에서 생성되는 피 처리수를 재처리하여 최종적으로 재처리된 방류수는 안정적인 처리수질로 방류수 수질기준을 충족하여 중수 등의 용도로 활용할 수 있으며 폐수처리공정에서 발생되는 부유물은 소각기에서 소각처리하되 공기정화기를 연설하여 정화된 청정공기를 대기로 방출시키게 되며 여과된 슬러지는 적정처리해 퇴비로 재사용하게 하는 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치를 제공하는데 목적이 있다.
이와 같이 된 본 발명의 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치는,
가축분뇨는 경제적 효과적으로 처리하여 최대한 자원화시켜 고순도 정제 바이오 가스 및 냄새 없는 화학비료를 대체하는 양질의 거름으로서 액비로 자원화하되, 자원화가 어려운 경우 폐수처리장치를 이용 정화방류처리하는 시스템으로서 저탄소 녹색 기술임과 동시에 신 재생에너지의 이용 기반을 구축할 수 있다.
결국 축산 농가에서 발생되는 축산 폐수를 신속하게 발효시켜 안정화 할 수 있으며 환경오염을 초래하던 축산 폐수를 위생적으로 액비화 및 가스화하여 환경 오염을 근원적으로 해결하고 폐기물을 자원화할 수 있는 복합 상승 효과를 얻을 수 있게 된다.
특히 본 발명은 에너지 절약형 자원순환 방식의 축산분뇨 자원화 장치와 폐수처리장치를 연계함으로써 축산 분뇨의 자원화 처리 과정에서 1차적으로 폐수를 정화시켜 후속공정에 대한 폐수부하를 감소시킨 다음 이어지는 후속장치인 폐수처리장치에서 저부하 조건에서 최종적으로 처리하게 함으로써 축산 폐수가 순차적으로 통과하는 동안 고품질의 안정적 수처리가 가능하여 폐수에 포함되어 있는 슬러지 등의 유기 부유물질 및 질소, 인, 색도, 악취 등을 효율적으로 제거할 수 있어 종래의 축산 분뇨 수처리 방법에 비하여 안정적인 방류는 물론 수질을 재활용 가능한 중수도 수준으로 안정적으로 처리할 수 있게 된다.
특히 본 발명에 적용되는 폐수처리장치는 다단계의 반복처리 가능한 자연유하 방식으로 운용되어 전력비가 대폭 절감되며 낙차에 의하여 폐수가 흐르는 동안 공기와 약품 투입,교반이 순차로 이루어지게끔 산소공급과 섞음, 약품공급 등 전공정을 자동화시킨 시스템으로서 장치의 컴팩트화 및 자동 무인운영이 가능하여 환경부하저감과 동시에 각종 반응조 용량의 경감으로 운전 및 유지비용도 절감할 수 있다.
그리고 본 발명은 축산분뇨의 발원지에서도 콤팩트하게 지하에 설치할 수 있어 환경오염의 원천 차단이 가능하며 바이오 가스와 액비는 물론 태양광 및 풍력 발전기에 의한 전기, 열 등 용도별로 유용한 에너지 및 비료를 동시에 공급할 수 있게 되는데 축산분뇨처리현장에서 생성한 전기만으로 화훼 비닐하우스, 축사 등 열 수요처에 동시 충족할 수 있음은 물론 잉여전력을 얻게 되는 효과가 있다
따라서 본 발명은 축산 분뇨 처리 및 자원화 장치 전체를 발전소화 하여 버려지는 미활용 에너지를 회수 재활용하고 환경과 에너지 문제를 동시에 해결하게 되는 환경친화성, 에너지 절약성 및 에너지 공급의 유연성을 동시에 가지게 되는 축산분뇨의 복합처리시스템이다.
도 1은 본 발명의 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치 전체 구성을 개략적으로 도시한 개략도
도 2는 본 발명의 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 자원화 처리 및 장치 공정 흐름을 단계적으로 도시한 흐름도
도 3은 본 발명에 적용되는 폐수처리장치의 순환 흐름을 도시한 폐수처리의 모식도
도 2는 본 발명의 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 자원화 처리 및 장치 공정 흐름을 단계적으로 도시한 흐름도
도 3은 본 발명에 적용되는 폐수처리장치의 순환 흐름을 도시한 폐수처리의 모식도
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명을 상세하게 기술하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명은 가축분뇨를 처리함과 동시에 고순도 정제 바이오 가스 및 냄새 없는 화학비료를 대체하는 액비를 생성하여 자원화하되, 자원화가 어려운 경우 폐수처리장치를 이용 방류수 수질 기준을 충족시키게끔 중수 수준으로 정화처리하여 방류시키는 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)로서,
전단에 축산분뇨에 포함된 이물질 등 협잡물을 스크리닝 및 파쇄처리하는 파쇄기(110) 및 원심분리하여 고액을 분리시키는 선별기(120), 협잡물을 고액 처리한 가축분뇨를 저장하는 침사조(130)로 전처리장치를 구성하고 자원화 처리 장치로서 산발효조(140), ph조정조(150)(인위적으로 신속한 중성상태를 유지함으로써 질산화 활성 회복), 혐기 발효조(160)(혐기성 소화 공정, 혐기성 미생물을 이용하여 폐수의 유기물질을 단계적으로 분해하여 최종생성물로서 메탄과 CO2 가스 또는 수소를 발생하는 생물학적 처리방법)를 순차적으로 형성하여 바이오 가스와 액비를 생성하되 바이오 가스는 탈황장치(310)와 가스 저장 장치(320) 및 가스 정제장치(330)를 이용하여 고순도로 정제하여 공급하는 축산분뇨 처리 및 자원화장치(100)를 형성하고,
상기 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100) 후단으로는 혐기성 조건하에서 메탄 발효 후 발생되는 저농도 폐수와 고액분리 후 분리되는 축산폐수를 정화 처리하게끔 에너지가 절감되는 자연유하방식을 공통적으로 이용한 전처리장치(210)(침전+여과)와 본처리장치(230)(다단계 정화 장치, 폐수가 흐르는 동안 공기와 약품 투입, 교반이 순차로 이루어지는 폭기 방식 약품 주입으로 정화효율 상승), 후처리 장치(240)로 연계 구성된 폐수처리장치(200)를 연계 구성하고 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)의 자원화 공정에서 생성되는 피처리수를 재처리함으로써 최종적으로 재처리된 방류수는 안정적인 처리수질로 방류수 수질기준을 충족하여 중수 등의 용도로 재활용할 수 있으며 폐수처리공정에서 발생되는 부유물은 소각기에서 소각처리하되 공기정화기를 연설하여 정화된 청정공기를 대기로 방출시키게 되며 여과된 슬러지는 적정처리해 퇴비로 재사용하게 하는 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치이다.
즉 본 발명은 축산 농가에서 발생되는 축산 분뇨를 신속하게 발효시켜 안정화시킬 수 있으며 환경오염을 초래하던 축산 분뇨를 위생적으로 액비화 및 가스화시키고 필연적으로 발생되는 폐수도 정화처리시킴으로써 환경 오염을 근원적으로 해결하고 폐기물도 자원화할 수 있는 복합 상승 효과를 얻을 수 있게 된다.
결국 본 발명은 고농도 유기성폐기물인 가축분뇨(양돈 분뇨)를 처리하여 자원(바이오 가스 및 액비)을 회수하고 자원회수 후 발생하는 폐수를 환경친화적으로 정화처리하는 복합기능의 하이브리드 자원화시스템인바 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)와 이에 연계되는 폐수처리장치(200)는 최대한 지하에 매설하되 생성되는 바이오 가스는 열과 전기를 동시에 생산하는 열병합발전기(410)에 공급하게 되는데 본 장치에 연계되며 지상에 설치되는 에너지 생성 장치(400)로서 열병합발전기(410)는 풍력발전기(430) 및 태양광 발전기(420)와 상호 보완적으로 결합하여 시너지화된 복합 기능을 수행하고 전기 및 열을 에너지 수요처로서 화훼 비닐하우스, 축사 등 에너지가 필요한 수용가(440)에 공급함으로써 축산분뇨처리현장에서 생성한 에너지만으로 수용가(440)에서 필요로 하는 전기 및 열에너지를 동시에 충족시킬 수 있게 된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.
본 발명은 전술한 바와 같이 축산분뇨를 효율적으로 정화 처리함과 동시에 고순도 정제 바이오 가스 및 냄새 없는 화학비료를 대체하는 액비를 생성하여 자원화하는 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)에 자원화가 어려운 경우 또는 자원회수 후 발생하는 폐수를 방류수 수질 기준을 충족시키게끔 중수 수준으로 정화처리하여 방류시키는 환경친화적 폐수처리장치(200)가 연계된 복합기능의 하이브리드 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치이다.
상기 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)는,
전단에 축산분뇨에 포함된 이물질 등 조대 협잡물을 스크리닝 선별하여 파쇄 처리하는 파쇄기(110) 및 원심분리하여 고액을 분리시키는 선별기(120), 협잡물을 고액 처리한 가축분뇨를 저장하는 침사조(130)로 전처리장치를 구성하고, 본 처리 장치인 자원화 처리 장치로서 산발효조(140), ph조정조(150)(인위적으로 신속한 중성상태를 유지함으로써 질산화 활성 회복), 혐기 발효조(160)(혐기성 소화 공정, 혐기성 미생물을 이용하여 폐수의 유기물질을 단계적으로 분해하여 최종생성물로서 메탄과 CO2 가스 또는 수소를 발생하는 생물학적 처리방법)를 순차적으로 형성하여 바이오 가스와 액비를 생성하되 바이오 가스는 탈황장치(310)와 가스 저장 장치(320), 가스 정제장치(330)로 이루어진 바이오 가스 정제 장치(300)를 이용 고순도로 정제하여 열병합 방전기(410)에 공급하는 축산분뇨 처리 및 자원화장치(100)를 형성하고,
상기 축산분뇨 처리 및 자원화장치(100)에서 생성되고 바이오 가스 정제 장치로 정제 공급되는 바이오 가스를 열병합발전기(410)에 공급하여 전기와 열 에너지를 변환 화훼농가 등 수용가(440)에 공급함에 있어서 상기 열병합발전기(410)는 지상에 설치된 풍력발전기(430) 및 태양광 발전기(420)를 상호 보완적으로 연계 결합하여 상호 보완적인 에너지 생성 장치(300)를 구성함으로써 필요에 따라 복합 열원을 상호 보완적이고 효율적으로 운용하는 선택적 운용이 가능하고 생성된 에너지는 축전기 및 축열조에 공급하여 계절이나 현장 요건에 관계없이 사계절 에너지 부하를 충족시킬 수 있어 축산분뇨처리현장에서 생성한 전기 및 열만으로도 화훼 비닐하우스, 축사 등 수용가(440)의 필요 에너지를 자급 자족할 수 있게 구성한다.
즉 돈사 등의 축사시설에서 배출되고 탱크로리 등 이송수단으로 수거 운반된 축산분뇨는 상기 축산분뇨 처리 및 자원화장치(100)의 전단에 형성된 전처리장치로서 파쇄기(110)는 미도시한 집수조에서 집수된 축산분뇨에 포함된 이물질 등 조대 협잡물을 스크리닝 및 파쇄 처리하여 농도 및 부하의 균질화로 후속 공정의 원활한 운전과 기계 장치를 보호할 수 있게 공정을 수행하게 되며, 선별기(120)에서는 전공정에서 이송되는 축산분뇨에서 협잡물 선별효율이 높은 원심 탈수등의 방법으로 고형물을 상등시켜 비중에 따라 선별 분리하는 고액분리공정을 수행하고, 또한 침사조(130)에서는 일정한 유속과 체류시간으로 유입되는 폐수 중에 침전 가능한 협잡물과 고형물을 중력 침전시킨 후에 본 처리인 생물학적 처리를 위하여 침전물을 일정기간 보관하여 폐수의 유량을 일정하게 조정하여 방출시키는 방법으로, 후속 공정인 산발효조(140)에 이송시키게 되는데 특히 고액분리공정을 축산분뇨 처리에 적용시킴으로써 오염물질 부하의 경감, 각종 반응조 용량의 경감 및 후속공정의 부하감소로 인한 안정적 처리수질 확보 등으로 시설 및 유지관리비가 대폭 절감됨과 동시에 처리효율을 극대화시키는 효과를 구현할 수 있게 된다.
파쇄기(110) 및 선별기(120), 침사조(130)로 구성된 상기 전처리 장치의 후단으로는 상기 전처리장치로부터 유입되는 유기성 폐기물 축산폐수를 가수분해 과정을 통해 산발효 시키는 산발효조(140)와, 상기 산발효조(140)의 발효액에 의한 혐기 발효조의 pH 저하를 방지하여 후단의 혐기 발효조(160)에 대한 미생물 활동 조건을 최상으로 유지시킬 수 있게 하는 pH 조정조(150), 상기 pH 조정조(150)에서 유입되는 폐수(발효액)로 혐기성 조건하에서 미생물을 이용한 생물학적 방법, 즉 메탄균에 의한 메탄발효(알칼리성 발효)의 혐기성 소화가 이루어져서 CH4, CO2와 같은 바이오 가스로 분해하는 방법으로 액화시킨 후 메탄화 시켜 온도, pH 등의 최적의 환경조건에서 바이오 가스와 약알칼리성의 액비를 생산하는 중온의 혐기 발효조(160)로 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)의 본 처리 장치를 구성하게 되는데 각 반응조에서 반응이 잘 일어나도록 상기 산발효조와 혐기 발효조에는 교반기를 설치하는 것이 바람직하며 가수분해와 유기산 발효 후 후속 공정을 수행함으로써 중온 혐기 발효조(160)에서는 유기물의 신속한 메탄화가 가능하게 되고 가스 발생량도 증가하게 된다.
특히 본 발명에 있어서 미도시한 나노 버블발생장치를 이용하여 공기(산소)를 각 처리조에 주입함으로써 기상(공기) 물질이 나노 크기로 미세화되고 이렇게 미세화된 기포가 수압에 의해 파괴됨으로써 COD를 저감할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
상기 혐기성 발효조(1600)에 사용하는 미생물로는 천연 미생물제재를 사용하는 것이 바람직한데, 상기 미생물은 단백질과 지질을 분해하는 미생물로 바실러스 속(Bacillus sp.)의 바실러스 마케란스 (Bacillus macerans), 바실
러스 서브틸리스 (Bacillus subtilus), 바실러스 릭케니포르미스 (Bacillus licheniformis), 바실러스 플라믹크사 (Bacillus polymyxa)와, 황화수소(H2S) 또는 황(S)을 산화시켜 악취를 제거하는 산 생성 미생물로 홍색 유황세균(Purple sulfur bacteria)인 티오바실러스 속(Thiobacillus sp.)의 티오바실러스 노벨러스(Thiobacillus novellus), 티오바실러스 티오옥시던스(Thiobacillus thiooxidans), 티오바실러스 디나이트리피칸스(Thiobacillus denitrifica
ns), 티오바실러스 티오파루스 (Thiobacillus thioparus), 알칼리제네스 속(Alcaligenes sp.)의 알칼리제네스 디나이트리피칸스(Alcaligenes denitrificans), 플라보박테리움 속( Flavobactrium sp.)의 플라보박테리움 아쿠아틸(Flavobactrium aquatile), 플라보박테리움 오케아노세디멘툼(Flavobactrium oceanosedimentum)과, 탄수화물 및 ABS, 헥산(hexane), 페놀(phenol), 탄화수소(hydrocarbon) 등의 유기화합물과 난분해성 물질을 분해하는 미생물로
홍색 비유황세균(Purple non-sulfur bacteria)인 로도슈도모나스 비리디스 ( Rhodopseudomonas viridis), 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris), 로도스피릴룸 몰리스키아눔(Rhodospirillum molischianum), 로도스피릴룸 풀붐(Rhodospirillum fulvum), 로도스피릴룸 센테눔(Rhodospirillum centenum), 로도스피릴룸 루브룸(Rhodospirillum rubrum), 로도박터 스페로이즈( Rhodobacter sphaeroides), 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.)의 슈도모나스 플루오레센스(Pseudomonas fluorescens), 슈도모나스 시트로넬로리스(Pseudomonas citronellolis), 슈도모나스 스툿쩨리(Pseudomonas stutzeri), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 슈도모나스 시링가이(Pseudomonas syringae), 코마모나스 속(Comamonas sp.)의 코마모나스 테스토스테로니(Comamonas testosteroni)와, 질화 미생물로는 나이트로소모나스 속(Nitrosomonas sp.)의 나이트로소모나스 유로패아(Nitrosomonas europaea), 나이트로박터 속(Nitrobacter sp.)의 나이트로박터 위노그라드스키 (Nitrobacterwinogradskyi), 나이트로콕쿠스 속(Nitrococcus sp.)의 나이트로콕쿠스 모빌리스(Nitrococcus mobilis)의 10속 27종의 천연미생물로 구성된 폐수처리용 미생물제재를 사용하는 것이 바람직한데 이 외 다른 미생물을 사용할 수 있음은 물론이다.
특히 상기 미생물제재는 혐기성 소화조의 소화효율을 증대시키는 기능을 수행하게 되는데 오·폐수의 최종 슬러지 발생량을 감소시키고, 가스발생량도 증가시키게 하는 장점이 있다.
또한 상기 혐기 발효조(160)의 일측으로는 상기 혐기 발효조에서 메탄발효가 이루어진 발효액으로 생성된 바이오 가스를 포집하여 정제 공급하는 부대 장치로서 바이오 가스 정제 장치(300)가 부설되는데,
상기 바이오 가스 정제 장치(300)는 바이오 가스 중의 황화수소를 통상의 황화합물 처리법에 의하여 처리하는 탈황장치(310), 탈황처리된 소화가스를 메탄가스와 탄산가스, 수분 등 불순물과 수분이 포함되는 미정제 상태로 저장하는 가스저장장치(320), 불순물과 수분을 제거하는 가스 정제 장치(330)를 순차적으로 연계 형성하여 오염 부하가 높은 바이오(소화)가스의 보다 효율적인 고도 정화처리를 수행하게 되는데 탈황장치(310)에는 가성소다나 수산화마그네슘 또는 석회석의 수성 슬러리(Slurry)를 중화제로 사용하고 흡수액을 분무하여 가스와 접촉시켜 황 성분을 제거하는 방법으로 산성가스를 세정하는 습식 탈황장치(scrubber)를 추가로 설치하여 소화가스 정화능력을 보강함으로써 발열량이 높은 고순도의 바이오 가스를 연료로 공급하여 도시가스 수준 이상의 고도 가스 정제 처리를 요하는 열병합발전기의 용도 요구 특성을 충족시키게 하는 것이 바람직하다.
또한 상기와 같이 생성된 바이오 가스는 열과 전기를 동시에 생산하는 열병합발전기(410)에 공급하게 되며 이에 연계되는 자원화 장치로서 지상에 설치되며 풍속에 의한 날개 차의 회전으로 구동되는 풍력 발전기(430) 및 태양광 발전기(420)와 상호 보완적으로 결합하여 복합 에너지원의 에너지 자원화 장치(300)를 형성함으로써, 시차 또는 계절 및 환경적 요인에 의하여 발생되는 에너지의 과부족을 충족시켜 시너지화된 복합 기능을 수행하게 되는데 축산분뇨처리현장에서 생성한 에너지만으로도 화훼 비닐하우스, 축사 등 에너지 수요처인 수용가의 전기와 열에너지를 동시 충족할 수 있게 되며 에너지 발생과 수요가 시간적으로 일치하지 않을 경우 여러 가지 방법으로 생산된 전기와 열을 축전기 및 축열조에 저장하여 전기 및 열에너지 수급 불균형 등 에너지원 환경 변화에 관계없이 사용하게끔 구성하는 것이 바람직한데 본 발명의 축산분뇨 처리 및 자원화장치(100)는 지하 매설 관로를 흐르게 되어 악취가 차단되며 외기온의 영향을 적게 받아 연중 수온이 비교적 일정하여 소화 효율을 향상시키게 된다.
또한 상기 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)의 후단으로는 폐수처리장치(200)가 연결 구성되는데, 폐수처리장치(200)는 자원화가 어려운 경우 또는 혐기성 발효에 의한 가스 및 액비 등의 자원회수 후 안정화되어 발생하는 저농도 폐수를 방류수 수질 기준을 충족시키게끔 중수 수준으로 정화처리하여 방류시키는 환경친화적 폐수처리장치로서 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)의 전처리 장치 또는 자원화 본 처리장치의 말단에 2원화시켜 배관 연결된다.
상기 폐수처리장치(200)는 각 처리 조에서 정화 처리 후 오버플로우(overflow)됨으로써 동력비가 절감되는 폐수 자연 유하 방식을 공통적으로 이용한 전처리장치(침전+여과)(210)와 여과조(220), 본처리장치(230)(다단계 처리 장치, 폐수가 흐르는 동안 공기와 약품 투입, 교반이 순차로 이루어지는 폭기 방식 약품 주입으로 정화효율 상승), 후처리 장치(240) 및 침전조(250)에 부대장치로서 여과기(290), 소각기(270), 공기 정화기(280)가 연결 구성되어 폐수와 슬러지를 다단계의 반복적으로 순환처리하는 방식의 폐수처리장치(200)로서, 전단계의 축산 분뇨 처리 및 자원화 장치(100)에서 자원화 처리 후 생성되는 피처리수를 재처리하여 최종적으로 재처리된 방류수는 안정적인 처리수질로 방류수 수질 기준을 충족하여 중수 등의 각종 용수 용도로 활용할 수 있으며 폐수처리공정에서 발생되는 부유물은 소각기(270)에서 소각처리하되 공기정화기(280)를 연설하여 정화된 청정공기를 대기로 방출시키게 되며 여과기(290)에서 여과된 슬러지는 적정처리해 퇴비로 재사용하게 하는 구성이다.
상기 전처리장치는 전단의 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)의 반응조 중에서 전처리장치인 침사조(130) 또는 혐기 발효조(160) 후단에 선택적으로 연결되어 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)에서 1차적으로 처리 후 유입되는 축산 폐수 탈리액을 침전 및 여과시키는 장치로서
여과 및 교반 장치가 내부에 구비된 원통상 몸체의 처리조가 하나 이상 다수 개 계단식으로 연계 구성됨으로써 각 조에서 처리된 피처리수를 낙차에 의하여 오버플로우하여(overflow) 반송시키는 중력에 의한 자연 유하 방식으로 운영하여 유입 폐수 중에 혼입된 부유물과 침전물을 다단으로 여과수단이 하나 이상 카트리지 형상의 몸체에 구비되고 처리조가 다수 개 일렬의 계단식으로 연결 형성된 다단계의 침전 및 여과 방식으로 걸러서 전단의 축산분뇨 처리 및 자원화 장치에서 물리적인 여과와 생물학적 자원화 처리과정에서 여과 제거하지 못한 축산폐수를 효율적으로 고액분리시키게 되는데 물흐름을 원활히 하기 위하여 역세를 실시할 수 있게 구성되어 있다.
또한 상기 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)의 전처리장치 후단으로는 여과장치로 소정 각도 경사망의 스크린이 다수 개 구비되어 폐수 중 이물질을 제거해주는 여과조(220)가 순차로 구비되어 전 처리되어 유입되는 폐수 중의 협잡물과 부유물질을 재차 걸러주게 된다.
그리고 상기 여과조(220)이 후단으로는 본처리 장치가 연결되는데, 본처리 장치는 전처리장치와 유사하게 여과 및 교반 장치가 내부에 구비된 원통상 몸체의 처리조가 하나 이상 다수 개 계단식으로 연계 구성됨으로써 전단의 각 처리조에서 처리된 피처리수를 낙차에 의하여 오버 플로우시켜(overflow) 반송시키는 중력에 의한 자연 유하 방식으로 운영하여 전처리된 폐수를 다단계 방식으로 정화처리하게 되며 산성 및 알카리성의 약품을 각각 분리 공급하는 약품 투입장치(260)를 계단식으로 연결된 본처리 장치 각각의 처리조에 배관 연결하되 공기 주입배관도 같이 연결하여 폐수가 흐르는 동안 콤프레서(미도시함)에 의한 공기 주입과 자중에 의한 약품 투입, 모터로 구동되는 교반이 순차로 이루어지는 폭기 방식 약품 주입으로 폐수정화효율을 상승시키게 하는 구성인바,
부유물 및 침전물과 폐수를 고액분리하여 고형 슬러지와 탈리액(脫離液)으로 분리시키되 자연유하방식을 이용한 화학적 자연교반으로 산소를 발생시켜 PH를 맞춰주고 수중의 미분해 유기물, 색도, 냄새 등을 물리적, 화학적으로 흡착시켜 제거하는 것으로서 관로를 따라 선택적으로 폐수 및 슬러지의 흐름 방향을 정방향 또는 역방향으로 전환시켜 다시 재처리하는 연속적인 다단계 처리의 다단계 순환 정화처리시스템에 특징이 있는 본처리 장치는 여러 번의 순환식 반복적 정화처리로 정화효율이 향상되며 전처리장치에서 분리된 부유물과 같이 소각기(270)에 이송되어 소각되며 배출되는 가스는 공기정화기(280)로 정화되어 소각에 따른 발생악취의 외부유출 없이 청정공기만을 대기중에 방출시켜 2차 대기오염을 방지시키고, 또한 수분이 함유된 잔류 슬러지 침전물은 부대적으로 설치된 여과기(290)로 피드백되어 압착 탈수시켜 탈수처리된 탈수케이크를 폐기하거나 비료로 재활용하게 되며 탈리액은 안정적 수질 확보를 위해 관로를 따라 후처리 장치(240)로 재이송되어 최종적으로 처리하게 된다.
그리고 상기 본처리 장치(230) 후단에 구비되는 후처리 장치(240)도 전처리 장치(210) 및 본 처리장치(230)와 동일하게 여과 및 교반 장치가 내부에 구비된 오버 플로우 수조 형태의 처리조가 하나 이상 다수 개 계단식으로 연계 구성된 정화장치로서 피처리수를 재이용하거나 방류하기 전에 전처리 및 본처리 장치에서 미처 처리하지 못한 폐수 내의 부유 및 침전물질과 유기 오염 물질(BOD, COD)을 제거하고 약품 소독하는 방법으로 최종적으로 중수 처리하게 되며,
상기 후처리장치(240) 후단으로는 후처리장치(240)에서 방출되는 피처리 폐수를 받아들여 침전시키기 위한 침전조(250)가 최종단계로 연결되어 중수 수준으로 처리된 최종 처리수를 중수로 재활용하거나 방류할 수 있게끔 형성되며 이때 침전조(250)에 침전된 침전물은 일정높이만큼 쌓이면 부대장치인 여과기(290)로 재이송하여 압착탈수 배출하고, 침전수도 일정수위 이상이 되면 침전조(250)의 외부로 배출하여 자연 유하 방식으로 방류시키게 된다.
또한 전술한 폐수처리장치(200)와 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)를 구성하는 각 처리조는 원통형 또는 사각형의 형태를 지니며 지상에 설치하는 탱크형이나 지하에 매설하는 콘크리트 구조물형으로 제작될 수 있는데 유체의 흐름이 상부에서 하부로, 하부에서 상부로 순차적으로 흐를 수 있도록 낙차에 의한 자연 유하식 구조로 형성되며 처리조를 연속적으로 구성함으로써 국한된 공간적, 시간적 제한에 의한 처리효율 저하를 방지할 수 있으며 각 처리조에는 하나 이상의 이송펌프 및 유입되는 원수의 양을 감지하여 이송펌프의 작동을 조절하기 위한 레벨 스위치 및 공기를 공급하여 원수를 폭기시키는 송풍기, 여과막, 내부에 퇴적물이 쌓이지 않도록 교반시키는 교반기가 공통적으로 구비되며 소정의 프로그램이 구비된 마이크로 프로세서로 제어되는 제어장치에 전기적으로 접속되어 자동 또는 수동의 선택적으로 운전된다.
결국 본 발명은 축산폐수를 분해 처리하는 과정에서 발생하는 바이도(소화)가스를 재활용해 폐수 처리와 함께 전기와 열을 생산하는 열병합발전기 등의 열기관에 연료로 공급하여 발열량이 높은 저가의 대체 에너지를 얻을 수 있고 최종 처리수는 중수도나 공업용수로 쓸 수 있어 2차 환경오염을 방지할 수 있게 되는 것이다.
그리고 상기한 장치의 설치 및 순환 구조는 도시와 설명의 편의를 위하여 예시한 바람직한 실시예로서, 설치 조건에 맞춰 본 발명의 기술적 요지의 동일성 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
100:축산분뇨 처리 및 자원화 장치
110:파쇄기 120:선별기
130:침사조
140:산발효조 150:PH조정조
160:혐기발효조
200:폐수처리장치
210:전처리장치 220:여과조
230:본처리장치 240:후처리장치
250:침전조 260:약품투입장치
270:소각기 280:공기정화기
290:여과기
300:바이오 가스정제장치
310:탈황장치 320:가스정장장치
330:가스정제장치
400:에너지 생성장치
410:열병합발전기 420:태양광발전기
430:풍력발전기 440:수용가
110:파쇄기 120:선별기
130:침사조
140:산발효조 150:PH조정조
160:혐기발효조
200:폐수처리장치
210:전처리장치 220:여과조
230:본처리장치 240:후처리장치
250:침전조 260:약품투입장치
270:소각기 280:공기정화기
290:여과기
300:바이오 가스정제장치
310:탈황장치 320:가스정장장치
330:가스정제장치
400:에너지 생성장치
410:열병합발전기 420:태양광발전기
430:풍력발전기 440:수용가
Claims (5)
- 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치로서,
전단에 축산분뇨에 포함된 이물질 등 협잡물을 스크리닝 및 파쇄 처리하는 파쇄기(110) 및 원심분리하여 고액을 분리시키는 선별기(120), 협잡물을 처리한 가축분뇨를 저장하는 침사조(130)로 전처리장치를 구성하고 자원화 처리 장치로서 산발효조(140), ph조정조(150), 혐기 발효조(160)를 순차적으로 형성하여 바이오 가스와 액비를 생성하되 바이오 가스는 탈황장치(310)와 가스저장장치(320), 가스정제장치(330)로 이루어지는 바이오 가스정제장치(300)를 이용하여 고순도로 정제하여 공급하는 축산분뇨 처리 및 자원화장치(100)를 형성하고,
상기 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100) 후단으로는 혐기성 조건하에서 메탄 발효 후 발생되는 저농도 폐수와 고액분리 후 분리되는 축산폐수를 정화 처리하게끔 에너지가 절감되는 자연유하방식을 공통적으로 이용한 전처리장치(210)와 본처리장치(230), 후처리 장치(240)로 연계 구성된 폐수처리장치(200)를 연계 구성하고 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)의 자원화 공정에서 생성되는 피처리수를 재처리함으로써 최종적으로 재처리된 방류수는 안정적인 처리수질로 방류수 수질기준을 충족하여 중수 용도로 재활용할 수 있으며 폐수처리공정에서 발생되는 부유물은 소각기에서 소각처리하되 공기정화기를 연설하여 정화된 청정공기를 대기로 방출시키게 되며 여과된 슬러지는 자원화시켜 퇴비로 재사용하게 함을 특징으로 하는 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치 - 제 1항에 있어서,
축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)의 혐기 발효조(160)에서 생성되는 바이오 가스는 열과 전기를 동시에 생산하는 열병합발전기(410)에 공급하며 열병합발전기(410)는 연계되는 지상에 설치된 풍력발전기(430) 및 태양광 발전기(420)와 상호 보완적으로 결합하여 구성된 에너지 생성 장치(300)로 시너지화된 복합 기능을 수행함으로써 축산분뇨처리현장에서 생성한 에너지만으로 화훼 비닐하우스, 축사의 에너지 수요처 에너지를 동시에 충족할 수 있게 함을 특징으로 하는 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치 - 제 1항에 있어서,
상기 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)의 후단으로 연결되는 폐수처리장치(200)는 자원화가 어려운 경우 또는 혐기성 발효에 의한 자원회수 후 안정화되어 발생하는 저농도 폐수를 축산분뇨 처리 및 자원화 장치(100)의 침사조(130) 또는 혐기 발효조(160)에 2원화 배관 연결하여 선택적으로 운전함으로써 방류수 수질 기준을 충족시키게끔 중수 수준으로 정화처리하여 방류시킴을 특징으로 하는 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치 - 제 1항에 있어서,
상기 폐수처리장치(200)의 본처리 장치(230)는 각각의 처리조에 배관 연결하되 공기 주입배관도 같이 연결하여 폐수가 흐르는 동안 콤프레서와 나노발생장치에 의한 공기 주입(Nano Bubble)과 자중에 의한 약품 투입, 모터로 구동되는 교반이 순차로 이루어지는 폭기 방식 약품 주입으로 폐수정화효율을 상승시키게 하는 구성임을 특징으로 하는 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치 - 제 1항에 있어서,
상기 폐수처리장치(200)에 구비되는 전처리장치(210)와, 본 처리장치(230) 및 후처리 장치(240)는 공통적으로 여과 및 교반 장치가 내부에 구비된 오버 플로우 수조 형태의 처리조가 하나 이상 다수 개 계단식의 자연유하 방식으로 형성됨을 특징으로 하는 환경친화적 폐수처리장치를 연계한 에너지 절약형 축산분뇨 처리 및 자원화 장치
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| CN105923946A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-09-07 | 温州科技职业学院 | 一种粪便除臭无害化处理的设备及其自动控制系统与处理方法 |
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- 2011-09-20 KR KR1020110094427A patent/KR101300804B1/ko not_active IP Right Cessation
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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