KR101519389B1 - 유기성폐기물을 처리하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기성폐기물(有機性廢棄物)을 처리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축산분뇨(畜産糞尿), 인분(人糞), 음식물쓰레기, 농·수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성폐기물의 처리에 있어서, 상기 유기성폐기물은 이물질의 분리와 파쇄처리를 한 다음, 1차 탈수공정으로 보내어 탈수처리된 탈수케이크는 퇴비화단계의 혼화공정으로 보내고, 탈수여액인 고농도폐수는 고농도폐수의 처리단계의 호기성소화공정 또는 혐기성소화공정으로 보내고, 음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 경우는 탈염처리를 한 다음, 고농도폐수의 처리단계의 호기성소화공정 또는 혐기성소화공정으로 보내는 유기성폐기물의 전처리 단계와,
상기 유기성폐기물의 전처리 단계에서 탈수여액인 고농도폐수를 호기성소화 또는 혐기성소화, 활성미네랄의 반응, pH의 조정, 수분조절제(팽윤제)의 혼합 및 응집처리를 한 다음, 1차 침전조로 보내어 침전된 슬러지(Sludge)는 2차 탈수공정으로 보내어 2차 탈수여액인 저농도폐수와 1차 침전조 월류수는 저농도폐수집수조(300)로 보내고, 탈수케이크는 1차 탈수공정의 탈수케이크와 함께 퇴비화단계의 혼화공정으로 보내는 고농도폐수의 처리단계와,
상기 고농도폐수의 처리단계의 2차 탈수여액인 저농도폐수가 저농도폐수집수조(300)에 공급되면 정전압처리와 자화처리에 의해서 1차 물의 개질처리를 한 다음, 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수와 같은 해수를 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수(苦汁)에 착염(錯鹽)을 생성하는 유기산(有機酸)과 반응하여 착염 상태의 간수를 이용하여 1차 생물학처리를 하여 1차 생물학처리수를 2차 물의 개질공정으로 보내는 저농도폐수의 1차 생물학처리단계와,
상기 1차 생물학처리수를 전기 산화 또는/및 전자빔처리에 의한 2차 물의 개질공정으로 보내어 개질처리를 한 다음, 상기 간수를 이용하여 2차 생물학처리를 하여 2차 생물학처리수를 살균 및 여과공정으로 보내는 저농도폐수의 2차 생물학처리단계와,
상기 2차 생물학처리수를 살균 및 여과공정에서 살균 및 여과처리를 한 다음 방류하는 폐수의 최종처리단계와,
상기 유기성폐기물의 전처리 단계의 1차 탈수공정의 탈수처리된 탈수케이크와 고농도폐수처리 단계의 2차 탈수공정의 탈수케이크를 퇴비화단계의 혼화공정으로 보내어 수분 조절제와 첨가제를 주입하여 교반·혼화한 것을 고온발효와 중온발효·숙성한 다음, 이물질을 분리하여 퇴비를 만드는 퇴비화단계와,
상기 유기성폐기물의 전처리 단계, 고농도폐수처리 단계, 1차 생물학처리단계, 2차 생물학처리단계와 퇴비화단계에서 발생하는 악취발생물질을 흡입하여 생물 탈취공정과 화학탈취공정에 의해서 악취물질을 탈취처리하는 탈취처리단계로 이루 어진 것에 특징이 있다.
유기성폐기물, 퇴비, 폐수, 간수, 활성미네랄, 물의 개질, 발효, 탈취
Description
본 발명은 유기성폐기물(有機性廢棄物)을 처리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축산분뇨(畜産糞尿), 인분(人糞), 음식물쓰레기, 농·수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 축산분뇨(畜産糞尿), 인분(人糞), 음식물쓰레기, 농·수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성폐기물은 함수율이 높으면서 배출되는 오염물질의 농도가 높아서 아직까지 합리적인 처리방법이 강구되지 않아서 대부분의 상기의 유기성폐기물의 상당량은 비합리적인 해양투기를 하고 있는 실정에 있다.
그리고 음식물쓰레기의 경우는 일반산업폐기물과 함께 매립지에 매립처분시 침출수의 오염부하가 높아 별도로 분리수거하여 처리를 하고 있으나, 함수율이 높으면서 쉽게 부패(腐敗)하여 심한 악취를 발생하여 2차 환경오염을 야기하고 있으면서 퇴비화방법, 사료화방법, 메탄발효에 의한 에너지화방법 등 여러 방법이 시도되고 있으나 염분의 농도가 높으면서 유기물의 농도가 높아서 합리적인 방법을 강 구되지 못하고 있는 실정에 있다.
일본 나가사키현(長崎縣) 기타타카키군(北高來郡) 모리야마쵸(森山町)의 가라고(唐比) 함몰습지(陷沒濕地)와 남알프스 히지리다케(南アルプス聖岳)의 산 중턱에 베토바(ベト場)라는 지역에는 해양성플랑크톤(Plankton), 규조류(硅藻類), 해초(海草) 등이 화산분출물과 함께 퇴적되어 해양성부식산콜로이드미셀(Humic acid micellar colloid) 형태인 이탄질(泥炭質)의 부식물질(腐植物質)이 존재하는데, 이를 활성부식물질이라 하여 다음의 문헌 1에서 문헌 12에서 유기성폐기물의 퇴비화공정과 폐수처리공정에 적용하여 악취발생이 감소하면서 처리효율이 향상되는 효과를 가져왔다.
그러나 습지의 보존 측면에서 상기의 부식물질의 채취를 행정당국과 협회 등에서 제한하고 있는 문제점이 있어 활성화된 부식물질의 조달에 어려움이 있으면서, 물의 핵자기공명(Nuclear magnetic resonance) 17O-NMR 반치폭의 값이 130㎐ 이상 되는 경우는 처리효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
종래기술의 문헌정보
[문헌 1] 자연정화처리의 실제(自然淨化處理の實際, 地人書館)
[문헌 2] 최신바이오수처리기술(最新バイオ水處理技術, 恒星社厚生閣)
[문헌 3] 미생물 이용 수처리기술(微生物利用水處理技術, 恒星社厚生閣),PP 111∼135
[문헌 4] BMW분뇨·폐수처리시스템 자연의 자정작용을 소생시키다(BMW糞尿· 廢水處理システム―自然の自淨作用を活かす, 民間農法シリ-ズ, 崎 浩 著)
[문헌 5] 일본특허 공개번호 제2007-277046호(2007.10.25)
[문헌 6] 일본특허 공개번호 제2007-001778호(2007.01.11)
[문헌 7] 일본특허 공개번호 제2004-154712호(2004.06.03)
[문헌 8] 일본특허 공개번호 제2003-225694호(2003.08.12)
[문헌 9] 일본특허 공개번호 제2002-233888호(2002.08.20)
[문헌 10] 일본특허 공개번호 제2001-300482호(2001.10.30)
[문헌 11] 일본특허 공개번호 평(平) 10-296239호(1998.11.10)
[문헌 12] 국제특허 WO 2005-100267호(2005.10.27)
본 발명은 축산분뇨(畜産糞尿), 인분(人糞), 음식물쓰레기, 농·수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성폐기물을 탈수하여 탈수여액인 폐수는 표층해수 또는 해양 심층수로와 같은 해수로부터 생산된 간수와 활성화된 미네랄성분이 많은 광물을 이용하여 효율적으로 환경배출기준치 이내로 처리하는 방법과 탈수케이크는 퇴비화하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성폐기물의 처리에 있어서, 상기 유기성폐기물은 이물질의 분리와 파쇄처리를 한 다음, 1차 탈수공정으로 보내어 탈수처리된 탈수케이크는 퇴비화단계의 혼화공정으로 보내고, 탈수여액인 고농도폐수는 고농도폐수의 처리단계의 호기성소화공정 또는 혐기성소화공정으로 보내고, 음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 경우는 탈염처리를 한 다음, 고농도폐수의 처리단계의 호기성소화공정 또는 혐기성소화공정으로 보내는 유기성폐기물의 전처리 단계와,
상기 유기성폐기물의 전처리 단계에서 탈수여액인 고농도폐수를 호기성소화 또는 혐기성소화, 활성미네랄의 반응, pH의 조정, 수분조절제(팽윤제)의 혼합 및 응집처리를 한 다음, 1차 침전조로 보내어 침전된 슬러지(Sludge)는 2차 탈수공정 으로 보내어 2차 탈수여액인 저농도폐수와 1차 침전조 월류수는 저농도폐수집수조(300)로 보내고, 탈수케이크는 1차 탈수공정의 탈수케이크와 함께 퇴비화단계의 혼화공정으로 보내는 고농도폐수의 처리단계와,
상기 고농도폐수의 처리단계의 2차 탈수여액인 저농도폐수가 저농도폐수집수조(300)에 공급되면 정전압처리와 자화처리에 의해서 1차 물의 개질처리를 한 다음, 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수와 같은 해수를 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수(苦汁)에 착염(錯鹽)을 생성하는 유기산(有機酸)과 반응하여 착염 상태의 간수를 이용하여 1차 생물학처리를 하여 1차 생물학처리수를 2차 물의 개질공정으로 보내는 저농도폐수의 1차 생물학처리단계와,
상기 1차 생물학처리수를 전기 산화 또는/및 전자빔처리에 의한 2차 물의 개질공정으로 보내어 개질처리를 한 다음, 상기 간수를 이용하여 2차 생물학처리를 하여 2차 생물학처리수를 살균 및 여과공정으로 보내는 저농도폐수의 2차 생물학처리단계와,
상기 2차 생물학처리수를 살균 및 여과공정에서 살균 및 여과처리를 한 다음 방류하는 폐수의 최종처리단계와,
상기 유기성폐기물의 전처리 단계의 1차 탈수공정의 탈수처리된 탈수케이크와 고농도폐수처리 단계의 2차 탈수공정의 탈수케이크를 퇴비화단계의 혼화공정으로 보내어 수분 조절제와 첨가제를 주입하여 교반·혼화한 것을 고온발효와 중온발효·숙성한 다음, 이물질을 분리하여 퇴비를 만드는 퇴비화단계와,
상기 유기성폐기물의 전처리 단계, 고농도폐수처리 단계, 1차 생물학처리단계, 2차 생물학처리단계와 퇴비화단계에서 발생하는 악취발생물질을 흡입하여 생물 탈취공정과 화학탈취공정에 의해서 악취물질을 탈취처리하는 탈취처리단계로 이루어진 것에 특징이 있다.
본 발명은 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성폐기물을 탈수처리하여 함수율을 낮게 하여 수분조절제(팽윤제)의 소요량을 적게 하여 유가의 퇴비를 생산하면서 탈수여액인 폐수는 환경배출기준치 이하로 처리할 수 있는 효과가 있기 때문에 유기성폐기물처리에 널리 이용될 것으로 기대된다.
먼저, 표층해수와 해양 심층수(海洋深層水)의 특성을 검토하면, 해양 심층수는 통상 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해수를 해양 심층수라고 부르며, 표층해수와 해양 심층수에는 다음 표1"해양 심층수와 표층해수 중에 함유된 중요성분 분석치"에서 보는 바와 같이 동식물과 미생물의 생육에 필요한 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 아연(Zn), 나트륨(Na) 등 주요원소가 70종류를 넘는 다양한 미네랄성분(Mineral components)이 포함되어 있는 특성이 있다.
특히 해양 심층수는 표층해수와 달리 햇빛이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton) 및 생명체가 증식 하지 못하기 때문에 영양염류의 농도가 높으면서 수온에 따른 밀 도차이로 표층해수와 혼합되지 않아 표층해수에 존재하는 오염물질이 없으며, 표층의 해수와 비교하였을 때 저온안정성, 오염물질, 유해세균이나 유기물이 매우 적은 청정성, 동·식물과 미생물의 성장에 매우 중요한 영양염류가 다량 함유되어 있으면서 다양한 미네랄성분(Mineral components)이 균형 있게 존재하는 특성과 고압 저온상태에서 긴 세월동안 침투성이 좋은 물로 숙성된 숙성성등의 특성이 있다.
표 1 해양 심층수와 표층해수 중에 함유된 중요성분 분석치
| 구 분 | 울릉도 현포 | ||
| 수심 650m 해양 심층수 | 표층해수 | ||
| 일 반 항 목 |
수온(℃) | 1.2 | 20.3 |
| pH | 7.8 | 8.15 | |
| DO 용존산소(㎎/ℓ) | 6 | 8 | |
| TOC 유기 탄소(㎎/ℓ) | 0.962 | 1.780 | |
| CODMn(㎎/ℓ) | 0.2 | 0.6 | |
| 용해성증발잔류물(㎎/ℓ) | 47,750 | 37,590 | |
| M-알칼리도(㎎/ℓ) | 114.7 | 110.5 | |
| 주 요 원 소 |
NaCl(wt%) | 2.75 | 2.69 |
| Mg 마그네슘(㎎/ℓ) | 1,270 | 1,280 | |
| Ca 칼슘 (㎎/ℓ) | 406 | 405 | |
| K 칼륨 (㎎/ℓ) | 414 | 399 | |
| Br 취소 (㎎/ℓ) | 68.2 | 68.1 | |
| Sr 스트론튬 (㎎/ℓ) | 7.76 | 7.61 | |
| B 붕소 (㎎/ℓ) | 4.45 | 4.48 | |
| Ba 바륨(㎎/ℓ) | 0.044 | 0.025 | |
| F 불소 (㎎/ℓ) | 0.52 | 0.56 | |
| SO4 2-황산 이온(㎎/ℓ) | 2,836 | 2,627 | |
| 영 양 염 류 |
NH4 +암모니아태질소(㎎/ℓ) | 0.050 | 0.030 |
| NO3 -질산태질소(㎎/ℓ) | 1.158 | 0.081 | |
| PO4 3-인산태인(㎎/ℓ) | 0.177 | 0.028 | |
| Si 규소 (㎎/ℓ) | 2.800 | 0.320 | |
| 미 량 원 소 |
Pb 납 (㎍/ℓ) | 0.110 | 0.087 |
| Cd 카드뮴 (㎍/ℓ) | 0.050 | 0.008 | |
| Cu 구리 (㎍/ℓ) | 0.260 | 0.272 | |
| Fe 철 (㎍/ℓ) | 0.230 | 0.355 | |
| Mn 망간 (㎍/ℓ) | 0.265 | 0.313 | |
| Ni 니켈 (㎍/ℓ) | 0.360 | 0.496 | |
| Zn 아연 (㎍/ℓ) | 0.450 | 0.452 | |
| As 비소 (㎍/ℓ) | 0.401 | 0.440 | |
| Mo 몰리브덴(㎍/ℓ) | 5.110 | 5.565 | |
| Cr 크롬(㎍/ℓ) | 0.020 | - | |
| 균 수 |
생균 수(개/㎖) | 0 | 520 |
| 대장균 수(개/㎖) | 음성 | 음성 | |
상기의 표층해수 또는 해양 심층수를 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수(苦汁, Bittern) 역시 미생물의 생육에 유용한 영양염류와 다양한 미네랄성분을 함유하고 있는 특성이 있으며, 해수를 증발농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수에는 해수에 함유된 미네랄성분이 농축된 농축 물이라 할 수 있으며, 간수의 주요성분조성은 소금을 생산하는 방법에 따라서 약간의 차이가 있으나, 염전에서 해수를 증발하여 소금을 석출(析出) 하면서 생산된 간수와 이온교환막법(전기투석법)으로 해양 심층수를 1차 농축 후 2차 증발농축하여 생산된 간수의 주요성분의 조성은 표2의 내용과 같다.
표2 해수의 농축방법에 따른 간수의 주요성분조성(wt%)
| 간수의 종류 | NaCl | KCl | MgCl2 | MgSO4 | MgBr2 | CaCl2 |
| 염전에서 생산된 간수 | 2∼11 | 2∼4 | 12∼21 | 2∼7 | 0.2∼0.4 | - |
| 이온교환막법에서 생산된 간수 | 1∼8 | 4∼11 | 9∼21 | - | 0.5∼1 | 2∼10 |
표층해수 또는 해양 심층수로부터 생산된 간수를 유기성폐기물의 처리공정에 주입하였을 때는 다음과 같은 특징이 있다.
① 농작물의 생장에 유용한 질소, 인산, 규산과 같은 영양염류가 다량 함유되어 있으면서, 마그네슘, 칼슘, 가리, 아연, 붕소와 같은 다양한 미네랄성분이 함유되어 있기 때문에 양질의 퇴비를 생산할 수 있다.
② 또한, 상기의 영양염류와 미네랄성분은 토양미생물의 생육을 활발하게 함으로써 퇴비화, 폐수처리 및 탈취처리의 효율을 향상할 수 있다.
특히 토양미생물은 일반 병원성미생물 등에 비해서 세포질이나 세포의 벽에 미네랄성분을 다량 함유되어 있으며, 이들 토양미생물은 미네랄성분을 충분하게 공 급하였을 때 활발한 대사활동을 하면서 길항관계에 있는 병원성미생물의 생육을 억제하는 작용을 한다.
이와 같은 원리를 응용하여 폐수의 생물학적 처리 또는 미생물의 배양공정과 같은 수계(Water system)에서 충분한 미네랄(Minerals)을 공급하여 미생물(Bacteria)을 활발하게 배양하는 것을 BMW시스템(Bacteria-Minerals-Water system)이라 하여 산업분야에 널리 응용되고 있다.
③ 특히 해양 심층수에는 표층해수와는 달리 유해병원성미생물과 오염물질이 함유되어 있지 않음으로, 이로부터 생산된 간수로 퇴비를 생산하였을 때는 위생적으로 안전한 퇴비를 만들 수 있다.
④ 퇴비화공정, 폐수의 생물학적 처리공정과 탈취처리공정에 상기의 간수를 공급하면, 간수로부터 충분한 미네랄이 공급되었을 때는 특히 토양미생물 중에서도 폴리페놀성분(Polyphenol components)을 대사산물(代謝産物)로 배설하는 바실루스 미코이데스(Bacillus mycoides), 바실루스 루테우스(Bacillus luteus), 흑국곰팡이(Aspergillus niger), 방선균(放線菌)과 같은 미생물이 유기성폐기물을 먹이로 하여 활발하게 생육하면서, 상호길항관계에 있는 부패성미생물의 생육을 억제하면서 대사산물로 배설한 폴리페놀화합물은 대기 중에서 산화효소(Polyphenol oxidase)의 촉매작용에 의해서 퀴논(Quinone) 화합물로 산화된 다음, 이 퀴논화합물의 중·축합반응에 의해서 거대고분자화합물인 부식전구물질(腐植前驅物質)을 거처 안정된 부식물질로 부식화반응이 일어나면서 악취발생물질인 암모니아(NH3), 황 화수소(H2S), 머캡탄(Mercaptan)류, 인돌(Indole), 스카톨(Skatol), 휘발성아민류와 같은 물질과도 중축합반응을 하여 비휘발성인 고분자물질(부식전구물질)로 전환하기 때문에 악취발생이 억제되는 효과가 있다.
⑤ 폐수처리와 같은 수계(水系)에서도 휘발성악취물질, 질소화합물, 수용성유기물 등을 비휘발성이면서 물에 불용성인 부식전구물질로 처리되므로 악취발생이 억제되면서 질소, 인, BOD(Biochemical oxygen demand), COD(Chemical oxygen demand) 등의 농도를 용이하게 환경기준치 이하로 처리할 수 있는 특징이 있다.
본 발명에서 염수의 염분농도를 파악하기 위한 용액의 비중의 측정은 보메 비중계(Baume's hydrometer)로 측정하며, 보매 비중계의 보메도(°Be)는 액체의 비중을 측정하기 위하여 보메도 비중계를 액체에 띄웠을 때의 눈금의 수치로 나타낸 것으로, 순수(純水)를 0°Be로 하고, 15% 식염수를 15°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 매긴 것으로, 보메도(°Be)와 액체의 비중(d)과의 관계는 다음과 같다.
d = 144.3/(144.3 - °Be) …………………………………………(1)
본 발명에서 사용하는 해수로부터 생산되는 간수는 제염법에 따른 간수의 성분조성이 다소 차이가 있는 것에는 특별히 제한하지 않으며, 상술한 바와 같이 간수에는 미생물생육과 농작물의 생육에 유용한 미네랄성분과 영양염류가 다량 함유되어 있는 특성이 있기 때문에, 각종미네랄성분과 착염(錯鹽)을 생성하는 유기산을 주입하여 유기산 착염 상태의 간수를 유기성폐기물처리에 이용하는 방법을 도면을 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명에서 혼합의 비율을 나타내는 "부"는 특별한 언급이 없는 한 "중량부"를 의미한다.
Ⅰ. 유기성폐기물의 전처리 단계
1. 유기성폐기물의 전처리공정
축산분뇨, 인분, 도축공장부산물, 농·수산부산물, 식품공장부산물, 음식물쓰레기, 하수처리 슬러지(Sludge)와 같은 유기성폐기물이 투입구(100)에 투입되면 폐수처리단계의 생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니를 탈취처리단계의 생물학적 탈취공정에서 탈취처리에 이용한 생물탈취액을 공급하여 악취발생을 저감한 다음, 처리에 지장을 주는 이물질이 존재하는 경우는, 이물질을 선별한 것을 유기성폐기물이송스크루컨베이어(101)에 의해서 파쇄기(102)로 보내어 대형물질을 파쇄처리한 다음, 저장조로 보내었다가 1차 탈수처리공정으로 보낸다.
그리고 축산분뇨와 같이 대형 이물질이 함유되어 있지 않은 유기성폐기물은 유기성폐기물이송스크루컨베이어(101)에 의해서 1차 탈수처리공정으로 보낸다.
유기성폐기물이 투입구(100)에 공급되면, 생물탈취공정의 생물탈취액을 공급하여 생물탈취공정의 미생물을 생육하도록 하여 악취발생을 저감시킨 다음, 1차 탈수처리공정으로 보낸다.
2. 1차 탈수처리공정
유기성폐기물이송스크루컨베이어(101)에 의해서 파쇄기(102)로 보내어 대형 이물질을 파쇄처리한 유기성폐기물은, 1차 탈수처리공정에 공급하여 액상성분이 제거된 탈수케이크는 퇴비화단계의 혼화기(500) 또는 혼화 및 고온발효기(519)로 보내고, 탈수여액인 고농도폐수는 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200) 또는 혐기성소화공정으로 보낸다.
상기 음식물 쓰레기와 같이 염분함량이 높은 유기성폐기물은 탈염공정으로 보내어 탈염처리를 한 다음, 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200) 또는 혐기성소화조로 보낸다.
축산분뇨와 같이 이물질이 존재하지 않은 경우는 특별한 전처리를 하지 않고, 투입구(100)에서 바로 1차 탈수공정으로 보내어 탈수된 여액(濾液)인 고농도폐수는 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200) 또는 혐기성소화조로 보내고, 탈수된 케이크는 퇴비화단계의 혼화기(500) 또는 혼화 및 고온발효기(519)로 보낸다.
상기 1차 탈수공정의 탈수기는, 원심탈수기(Centrifugal dehydrator), 스크루 프레스(Screw press), 진공탈수기(Vacuum dehydrator), 프레코팅 진공탈수기(Pre-coat vacuum filter), 압착식 필터 프레스(Filter press), 벨트 프레스(Belt press), 진동스크린(Vibrating screen) 또는 회전식 트로멜 스크린(Trommel screen) 중에서 한 종류를 선택하여 사용한다.
음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 유기성폐기물의 경우는, 상기 1차 탈수기는, 스크루 프레스(Screw press)를 사용하여 수세처리를 하면서 탈수처리를 동시에 하여 수분과 염분이 제거된 탈수케이크를 얻는다.
3. 염분농도가 높은 유기성폐기물의 탈염처리공정
음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 유기성폐기물은, 생물학처리공정에서 처리효율이 떨어지게 하면서 처리수를 농업용수로(農業用水路)에 방류하였을 때는, 농작물의 염해를 야기할 수 있기 때문에 탈염처리를 한 다음, 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200) 또는 혐기성소화조로 보낸다.
1차 탈수처리공정에서 탈수된 여액인 고농도폐수의 탈염처리는 공지된 전기분해법 또는 전기추출법에 의한 탈염장치로 수중에 염분농도가 0.2wt% 이하로 탈염처리를 한 탈염수를 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200) 또는 혐기성소화공정으로 보낸다. 그리고 탈염처리한 탈염수의 일부는 1차 탈수처리공정 전단으로 보내어 염분을 세정처리하는 세정수로 반송한다.
음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 유기성폐기물을 전처리 후 탈수처리에서, 스크루 프레스형태(Screw press type)의 탈수기를 사용하는 경우는, 상기 탈염수 또는 염분이 없는 용수를 스크루 프레스 탈수기 전단으로 보내어, 염분을 수세처리하면서 동시에 탈수처리를 한다.
이때 수세처리를 하는 용수는 탈염처리한 탈염수를 반송하여 사용할 수도 있으며, 또는, 염분이 없는 용수를 수세수로 이용할 수도 있다. 수세수의 양은 유기성폐기물에 함유된 염분의 양에 따라서 결정을 하지만, 음식물쓰레기와 같이 염분의 농도가 2∼6wt%정도 함유되어 있는 경우는, 유기성폐기물 투입유량의 2∼6배의 수세수량으로 수세처리를 한다.
[실시 예1]
양돈농가의 슬러리(Slurry) 돈사에서 배출되는 평균 22톤/일로 배출하는 축산폐수를 회전수가 2,080rpm인 원심탈수기로 고액분리를 하였을 때, 탈수된 케이크는 평균 1.2톤/일이 생산되었으며, 이때 생산된 케이크의 함수율은 73.5wt%이었으며, 여과된 여액은 평균 20.8톤/일이 분리되었으며, 이때 분리된 여액과 유입분뇨의 주요성분 분석치는 다음 표3과 같았다.
표3 유입 축산분뇨와 여과된 여액의 주요성분 분석치
| 항목 | 유입 축산분뇨 | 원심분리기의 탈수여액 |
| pH | 7.2 | 7 |
| SS(㎎/ℓ) | 62,320 | 43,562 |
| CODMn(㎎/ℓ) | 45,345 | 37,023 |
| BOD5(㎎/ℓ) | 30,262 | 20,822 |
| T-N(㎎/ℓ) | 6,325 | 3,315 |
| T-P(㎎/ℓ) | 1,431 | 632 |
Ⅱ. 고농도폐수의 처리단계
상기 1차 탈수처리공정에서 배출되는 탈수여액인 고농도폐수 또는 탈염처리한 탈염수는 호기성미생물에 의한 호기성소화 또는 혐기성미생물에 의한 혐기성소화에 의해서 소화처리된 소화액을 활성미네랄반응공정으로 보낸다.
호기성미생물에 의한 호기성소화는, 고온호기성미생물에 의한 고온호기성소화와 중온호기성미생물에 의한 중온호기성소화처리를 순차적으로 한다.
혐기성미생물에 의한 혐기성소화는, 혐기성미생물과 통성혐기성미생물에 의한 산성발효와 단백질의 분해가 일어나면서 생성된 유기산과 중화하는 1차 발효를 수행한 다음, 저급유기산이 메탄균에 의해서 CO2와 CH4, 가스가 발생하는 2차 발효 를 순차적으로 한다.
1. 소화공정
가. 호기성소화공정
상기 1차 탈수처리공정의 탈수여액 또는 탈염처리한 탈염수인 고농도폐수가 고온호기성소화조(200)에 공급되면, 점토광물의 분말과 저농도폐수의 1차 및 2차 생물학처리단계에서 배출되는 잉여오니를 종오니로 주입하여 40∼60℃에서 3∼7일간 고온호기성소화처리를 한 다음, 중온호기성소화조(201)로 보낸다.
그리고 고온호기성소화조(200)에서 고온호기성소화를 한 고농도폐수가 중온호기성소화조(201)에 공급되면, 20∼35℃의 중온에서 5∼30일간 호기성소화처리를 한 다음, 소화액저장조(202)로 보내었다가, 소화액이송펌프(203)로 활성미네랄반응조(204)로 보낸다.
고온호기성소화조(200)에서 온도는 유입되는 고농도폐수의 유기물농도에 따라서 결정되며, 유기물농도가 낮아 40∼60℃로 상승하지 않은 경우에는 인위적인 가열을 필요로 하지만, 경제성을 감안하여 가열하지 않아도 상관없다.
상기 고온호기성소화조(200)와 중온호기성소화조(201)에서 용존산소농도는 폐수처리가 주목적인 경우는 1∼4㎎/ℓ범위가 유지되도록 송풍기(422)로부터 공기를 주입하여 호기성조건 하에서 다음 반응식(2), (3) 및 (4)에서와 같은 유기물의 산화분해, 균체의 합성과 균체자체의 산화분해의 과정에 의해서 처리된다.
유기물의 산화과정
유기물 + O2 → CO2 + H2O + 열 …………………………………………(2)
균체의 합성과정
유기물 + 영양염류 + O2 → 미생물균체 + CO2 + H2O + 열 …………(3)
균체자체의 산화분해과정
미생물균체 + O2 → CO2 + H2O + NH3 + 열 ……………………………(4)
점토광물의 공급은 미생물에 미네랄공급을 하기 위함이며, 유입되는 폐수 100중량부에, 고령토(高嶺土, Kaolin), 벤토나이트(Bentonite), Na-치환형 벤토나이트(Na-exchanged bentonite), 논트로나이트(Nontronite), 산성백토(酸性白土), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 베이델라이트(beidellite), 일라이트(Illite), 그라우코나이트(Glauconite), 디카이트(Dickite), 핼로이사이트(Halloysite), 메타핼로이사이트(Metahalloysite), 앨로페인(Allophane), 황토(Loess), 적옥토(赤玉土), 녹니석(Chlorite), 페니나이트(Penninite), 납석(Pyropyllite), 할로이사이트(Halloysite), 질석(Vermiculite), 안티고라이트(Antigorite), 새포나이트(Saponite), 헥토라이트(Hectorite), 베이델라이트(Beidellite), 스멕타이트(Smectite) 또는 포셀라나이트(Porcellanite) 중에서 한 종류나 한 종류이상을 혼합한 점토광물을 100∼350메시(Mesh)로 분쇄한 분말 0.1∼1중량부를 공급한다.
그리고 잉여오니는 저넝도 폐수처리단계의 1, 2차 생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니의 10∼20%를 종오니용으로 공급한다.
호기성소화에서 고농도의 폐수를 소화하여 액비(液肥)로 이용하는 경우는, 고온호기성소화조(200)에서는 온도를 50∼60℃에서 3∼7일간 고온소화를 하여 유해병원성미생물과 잡초의 씨앗 등을 사멸처리한 다음, 20∼35℃에서 30∼50일간 중온소화를 하여 액비를 만든다. 이때 고온호기성소화조(200)와 중온호기성소화조(201)에서 용존산소(Dissolved oxygen) 농도는 0.1∼0.2㎎/ℓ로 유지하여 호기성미생물(Aerobic organism)과 통성혐기성미생물(Facultative anaerobic organism)에 의해서 소화가 일어나게 한다. 이때 폐수 중에 유기물농도가 낮아 고온호기성소화조(200)에서 온도가 50∼60℃ 범위로 상승하지 않은 경우는 인위적으로 가열을 필요로 하지만, 가열비가 과대하여 경제성이 없는 경우는 액비화는 하지 않는 것이 바람직하다.
나. 혐기성소화공정
상기 1차 탈수처리공정의 탈수여액인 고농도폐수가 혐기성소화공정(도면에는 표시하지 않음)에 공급되면, 혐기성균에 의해서 소화처리를 한 다음, 소화액저장조(202)로 보내었다가, 소화액이송펌프(203)로 활성미네랄반응조(204)로 보낸다.
혐기성소화(嫌氣性消化)는, 산성발효단계(酸性醱酵段階), 산성감퇴단계(酸性減退段階) 및 알칼리성발효단계(Alkali性醱酵段階)의 3단계로 구분된다.
산성발효단계는 유기물 내의 탄수화물(炭水化物)이 미생물에 의해서 저 분자의 유기산으로 되는 단계로, 이 단계에서는 pH가 5 전후로 저하하며, 강한 부패취(腐敗臭)가 발생한다. 글루코오스(Glucose)를 예를 들면 다음 반응식(5)와 같은 반응이 일어난다.
C6H12O6 ―혐기성산생성균→ 3CH3COOH(유기산) ……………………(5)
산성감퇴단계에서는, 단백질의 분해가 일어나면서 암모니아(NH3), 아민(Amines) 등이 생성되면서 상기 반응식(5)에서 생성된 유기산과 중화되면서 pH는 6∼6.5로 된다.
단백질 → NH4HCO3 ………………………………………………………(6)
CH3COOH + NH4HCO3 → CH3COONH4 + H2O + CO2 ………………………(7)
알칼리성발효단계에서는, 저급유기산이 편성혐기성세균(偏性嫌氣性細菌)인 메탄균(Methanogen)에 의해서 CO2, CH4, NH4 - 까지 분해되는 혐기성소화가 일어나면서 수중의 BOD(Biochemical oxygen demand)값이 감소하며, pH는 7.5 부근까지 상승한다.
CH3COONH4 + H2O ―메탄균→ CH4 + NH4HCO3 ………………………(8)
CH3COOH → CH4 + CO2 ……………………………………………………(9)
상기 메탄균은 편성혐기성세균으로, 30∼36℃의 온도범위에서 생육하는 중온균(Methophilic bacteria)과 50∼57℃에서 생육하는 고온균(Thermophilic bacteria)의 2종류가 있다.
혐기성소화는, 초기과정에서는 Clostridum sp.와 같은 혐기성균과 Bacillus sp.와 같은 통성혐기성균에 의해서 상기 반응식 (5)에서와 같이 유기물 중에서 함 수탄소(含水炭素)나 지방(脂肪)은 저급지방산이나 알코올류 등의 저 분자물질로, 단백질은 아미노산(Amino acid)으로 분해하고, 다시 탈아미노반응이 일어나면서 분해하며, 이를 산성발효단계(酸性醱酵段階) 또는 산성발효기(酸性醱酵期)라 한다.
이와 같은 혐기성소화에 의해서 분해의 정도는 고분자의 조분해(粗分解)에 머무르므로, 다시금 혐기적분위기에서 조분해 된 유기물은 Methanosarcina sp.와 같은 메탄균에 의해서 CH4, CO2와 같은 가스로 분해되며, 이를 가스화단계 또는 알칼리성발효단계라 한다.
상기의 혐기성소화는, 단일 반응조에서 행할 수도 있으나, 보다 소화효율을 향상하기 위해서는 산성발효단계와 산성감퇴단계를 합한 1 단계소화공정에서 소화처리를 한 다음, 메탄균에 의해서 CH4, CO2와 같은 가스로 분해되는 가스화단계인 2단계소화처리공정으로 구분하여 소화처리를 하는 것이 바람직하다.
혐기성소화조의 용적은 중온(30∼36℃)에서 소화를 하는 경우는 유기물부하(有機物負荷)를 3㎏/일·㎥으로 하고, 고온(50∼57℃)에서 소화를 하는 경우는 6㎏/일·㎥으로 하며, 깊이는 직경의 1/2로 하고, 바닥부분의 구배는 25/100 이상이 되게 하고, 2단계 소화의 경우 1단계소화조와 2단계소화조와의 용적 비는 1:1∼2:1로 한다. 그리고 조의 재질은 콘크리트 구조물로 한다. 가스포집탱크의 용량은 발생되는 가스가 10∼14시간 체류하는 것으로 한다.
2. 활성미네랄반응공정
상기 호기성소화공정 또는 혐기성소화공정에서 고농도폐수가 소화처리를 한 처리수가 소화액저장조(202)에 공급되면, 소화액이송펌프(203)로 활성미네랄반응조(204)에 공급하고, 활성미네랄반응조교반기(205)로 교반하면서 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 바륨(Ba)과 같은 알칼리 토금속화합물을 다량 함유한 석회석(石灰石), 중정석(重晶石) 또는 백운석(白雲石) 중에서 한 종류를 유동배소로(流動焙燒爐), 윤요(輪窯) 등을 이용하여 1,000∼1,600℃로 소성(燒成)하여 300∼400메시(Mesh)로 분쇄(粉碎)한 분말 또는 이 분말을 수중에 밀크상태로 분산한 것을 유입되는 폐수의 BOD5(Biochemical oxygen demand) 또는 CODMn(Chemical oxygen demand) 농도(㎎/ℓ) 중에서 높은 값의 1∼2배의 농도로 공급하여 30∼60분간 반응하여 수용성유기물질을 활성화미네랄성분과 반응하도록 하여 물에 불용성유기물질로 전환한 다음, 중화조(206)로 보낸다.
활성미네랄반응조(204)에서 활성화미네랄성분에 함유된 칼슘성분과 수용성유기물인 유기산이 다음 반응식 (10)과 같이 반응하여 칼슘염인 물에 불용성유기물로 전환된다.
2 유기물―COOH + Ca(OH)2 → (유기물―COO)Ca↓ + 2H2O ……………(10)
그리고 송풍기(422)로부터 공기를 활성미네랄반응조(204) 하부로 폭기강도(Intensity of aeration)가 10∼30N㎥-Air/㎥·시간으로 공급하여 폭기를 한다.
활성미네랄반응조(204)의 용량은 유입폐수유량을 기준으로 체류시간(滯留時間)이 40∼120분으로 하고, 활성미네랄반응조교반기(205)는 내식성인 스테인리스 강(Stainless steel)의 프로펠러 형(Propeller type)으로 하고, 회전속도는 180∼360rpm으로 하며, 교반용량은 유량(Q)과 조의 용량(V)의 비(Q/V)가 1.5∼4의 범위로 한다.
3. 중화처리공정
상기 활성미네랄반응공정에서 수용성유기물이 불용성유기물로 전환된 폐수가 중화조(206)에 공급되면, 중화조교반기(207)로 교반하면서 중화제로 5∼20wt%의 황산수용액을 공급하여 pH를 5∼8의 범위로 중화처리된 폐수는 흡착제혼합조(208)로 보낸다.
중화조(206)의 용량은 유입폐수유량을 기준으로 체류시간이 30∼60분으로 하고, 중화조교반기(207)는 내식성인 스테인리스강의 프로펠러 형으로 하고, 회전속도는 180∼360rpm으로 하며, 교반용량은 유량(Q)과 조의 용량(V)의 비(Q/V)가 1.5∼4의 범위로 한다.
4. 흡착공정
상기 중화처리공정에서 pH가 5∼8 범위로 중화처리된 폐수가 흡착제혼합조(208)에 공급되면, 흡착제혼합조교반기(209)를 교반하면서 유입폐수 100중량부 당 퇴비화단계의 혼화기(500) 또는 혼화 및 고온발효기(519)에 수분조절제로 공급하는 톱밥, 이탄(泥炭, Peat), 초탄(草炭, Peat moss), 야자박(椰子粕), 사탕수수박, 버섯폐재, 밀기울, 수피(Bark), 목재분말, 활성탄, 왕겨 또는 부엽토 중에서 한 종류 이상 혼합한 수분조절제를 흡착제로 0.1∼1중량부 흡착제혼합조(208)에 공급하여 수용성유기물을 흡착시킨 다음, 응집조(210)로 보낸다.
퇴비화단계의 혼화기(500) 또는 혼화 및 고온발효기(519)에서 함수율과 공극률을 향상하기 위해서 사용하는 수분조절제를 여기서 흡착제로 사용하는 목적은, 폐수 중에 용해되어 있는 유기물을 흡착하여 폐수처리단계의 생물학처리에서 처리부하를 감소하기 위함이다.
흡착제혼합조(208)의 용량은 유입폐수유량을 기준으로 체류시간이 30∼60분으로 하고, 흡착제혼합조교반기(209)는 내식성인 스테인리스강의 프로펠러 형으로 하고, 회전속도는 180∼360rpm으로 하며, 교반용량은 유량(Q)과 조의 용량(V)의 비(Q/V)가 1.5∼4의 범위로 한다.
5. 응집·침전농축공정
상기 흡착제(수분조절제)를 공급하여 수용성유기물을 흡착처리된 폐수가 응집조(210)에 공급되면, 응집조교반기(211)를 교반하면서 폐수에 함유된 고형물 양의 100중량부 당 폴리아크릴아마이드(Polyacylamide) 계열, 폴리아마이드(Polyamide) 계열 또는 프로판올아민-에피클로로히드린(Propanolamine epichlorohydrin) 축합체 중에서 한 종류의 양이온성고분자응집제를 유입되는 유량에 60∼300㎎/ℓ범위의 농도로 공급하여 응집처리한 폐수는 농축조(212)로 보내어 고형물이 침전 농축된 상등액은 2차 탈수공정에서 배출되는 탈수여액과 함께 저농도폐수처리단계의 저농도폐수집수조(300)로 보내고, 침전 농축된 슬러지는 농축조 레이크(213)로 농축조(212) 하부의 중앙 콘(Cone)으로 모이면 2차 탈수기공급펌프(214)로 2차 탈수공정으로 보낸다.
이때 고분자응집제는 0.05∼0.3wt%의 농도로 물에 용해한 수용액을 사용한다.
응집조(210)의 용량은 유입폐수유량을 기준으로 체류시간이 30∼60분으로 하며, 응집조교반기(211)는 내식성인 스테인리스강의 피치드 패들(Pitched paddle) 형으로 하고, 회전속도는 18∼42rpm으로 하며, 교반용량은 유량(Q)과 조의 용량(V)의 비(Q/V)가 1∼3의 범위로 한다.
농축조(212)는 슬러지(Sludge)의 농축이 주된 목적이기 때문에 표면적은, 고형물부하(Solid load)를 60∼90㎏/㎡·일의 범위로 하고, 바닥의 경사는 1.5/10∼2/10로 하고, 깊이는 3∼4m로 한다. 그리고 농축조레이크(213)의 회전속도는, 0.01∼0.05rpm으로 한다.
6. 2차 탈수공정
상기 응집·침전농축공정에서 응집처리한 폐수가 농축조(212)에서 침전 농축된 슬러지는 2차 탈수기공급펌프(214)로 2차 탈수공정에 공급하여 탈수된 케이크는 1차 탈수공정에서 배출되는 탈수케이크와 함께 퇴비화단계의 혼화기(500) 또는 혼화 및 고온발효기(519)로 보내고, 탈수여액인 저농도폐수는 저농도폐수의 1차 생물학처리단계의 저농도폐수집수조(300)로 보낸다.
2차 탈수공정에서도 탈수기의 형(型, Type)은 원심탈수기(Centrifugal dehydrator), 스크루 프레스(Screw press), 진공탈수기(Vacuum dehydrator), 프레코팅 진공탈수기(Pre-coat vacuum filter), 압착식 필터 프레스(Filter press) 또는 벨트프레스(Belt press) 중에서 한 종류의 탈수기를 사용한다.
상기 고온 호기성소화조(200), 저온 호기성소화조(201), 활성미네랄반응조(204), 중화조(206), 응집조(210), 응집폐수 집수조(211)와 농축조(212)의 재질은 내식성의 스테인리스강(Stainless steel), 강판(Steel plate) 또는 콘크리트(Concrete) 구조물에 에폭시 코팅 또는 라이닝(Epoxy coating or lining) 한 것, 고무 라이닝(Rubber lining)한 것 또는 FRP 라이닝(Fiber glass reinforced plastic lining)한 것 중에서 한 가지 방법으로 한다.
그리고 고농도폐수의 처리용량이 적은 경우는 활성미네랄과 수분조절제를 연속적으로 일정량을 공급하는 것이 어렵기 때문에, 도 6" 탈수여액인 고농도폐수의 회분식 처리공정도"에서와 같이 활성미네랄반응공정, 중화처리공정과 수분조절제 혼합공정을 단일 반응조(216a, 216b)와 반응조교반기(217a, 217b)를 병열로 설치를 하고, 상기 호기성소화공정의 중온소화처리한 폐수를 반응조(215a, 215b)에 공급하고, 반응조교반기(216a, 216b)로 교반하면서 1차 상기 활성화미네랄성분을 공급하여 반응하도록 하여 물에 수용성유기물질을 불용성유기물질로 전환시킨 다음, 2차 중화제로 황산수용액을 공급하여 pH를 5∼8의 범위로 중화처리한 다음, 3차 상기 흡착제(수분조절제)를 공급하여 수용성유기물을 흡착시키는 조작을, 반응조(216a, 216b)와 반응조교반기(217a, 217b)를 상호 교대하여 회분식 운전(Batch operation)으로 처리한 다음, 응집조 공급펌프(217)로 응집조(210)에 공급하고, 응집조교반 기(211)를 교반하면서, 상기 양이온성고분자응집제를 공급하여 응집 처리한 폐수를 농축조(212)로 보내어 고형물이 침전된 상등액은 2차 탈수공정에서 배출되는 탈수여액과 함께 폐수처리공정의 집수조(300)로 보내고, 침전된 슬러지는 2차 탈수공정공급펌프(214)에 의해서 2차 탈수공정으로 보낸다.
[실시 예2]
실시 예1의 원심탈수기에서 분리된 여액인 고농도폐수를 3m폭×3m길이×3
m깊이(용량, 27㎥)의 콘크리트(Concrete)구조물로 된 여액 저장조로 보내었다가, 고온호기성소화조 공급펌프로 20.8톤/일의 유량으로 4m폭×4m길×5m높이(80㎥)의 콘크리트구조물로 된 고온호기성소화조(200)에 공급하고, 종오니 용으로 폐수처리단계의 생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니 3.2㎥/일을 공급하면서 점토광물인 황토를 42㎏/일을 주입하고, 송풍기로부터 용존산소의 농도가 2∼3㎎/ℓ가 유지되도록 폭기를 한 다음, 4m폭×4m길×5m높이×3개조(80㎥×3)의 콘크리트구조물로 된 중온 호기성소화조(201)로 보내어 용존산소의 농도가 2∼3㎎/ℓ가 유지되도록 폭기를 하면서 호기성소화처리를 하여 소화액저장조(202)로 보내었다.
이때 고온호기성소화조(200)에서 온도는 50∼52℃로 유지되었으며, 중온 호기성소화조(201)에서는 첫 번째 조에서는 42∼44℃로, 두 번째 조는 38∼40℃로, 세 번째 조는 34∼36℃로 유지되었으며, 상기와 같이 호기성소화하였을 때 수질의 주요성분 분석치는 다음 표4의 내용과 같았다.
표4 호기성소화하였을 때 수질의 성분 분석치
| 항목 | SS | CODMn | BOD5 | T-N | T-P |
| 농도(㎎/ℓ) | 24,892 | 15,902 | 2,776 | 1,262 | 387 |
상기 호기성소화액을 도 6 "탈수여액인 고농도폐수의 회분식 처리공정도"의 2.2m폭×2.2m길이×2.5m깊이(용량, 12㎥)인 콘크리트구조물로 된 2개 조의 반응조(215a, 215b)에 10.4톤/회를 교대로 공급하고, 프로펠러 타입(Propeller type)의 교반기로 360rpm의 회전속도로 교반을 하면서 소석회 170㎏을 가하고 송풍기로부터 공기를 3.5N㎥-Air/분의 유량으로 폭기하면서 1시간 동안 반응한 다음, 10% 황산 수용액을 가해서 pH를 7∼7.5의 범위로 조정한 다음, 수용성유기물의 흡착용으로 함수율이 27wt%인 톱밥 40㎏를 가하고 교반을 하면서 30분간 운전하는 것을, 2개 라인(Line)에서 상호 교대로 회분식 운전(Batch operation)을 하였다.
상기 반응조(215a, 215b)에서 반응한 반응액을 응집조 공급펌프(217)로 1.5m폭×1.5m길이×2.2m깊이로 된 철구조물조인 응집조(210)에 6㎥/시간의 유량으로 보내고, 피치드 패들 타입(Pitched paddle type)의 응집조교반기(211)로 42rpm으로 교반하면서 0.2wt%의 수용액의 양 이온성폴리아크릴아마이드(Polyacylamide) 응집제를 120㎎/ℓ의 농도로 주입하여 응집처리한 다음, 직경이 6mφ×깊이 3.5m인 농축조(212)로 보내어 농축조레이크(213)를 0.02rpm으로 침전된 슬러지를 농축조(212) 바닥의 콘(Cone)으로 모이게 하여, 2차 탈수공정공급펌프(214)로 3㎥/시간의 유량으로 필터 프레스 타입(Filter press type)의 탈수기에 공급하여 탈수한 결과, 함수율이 74.2wt%인 탈수케이크는 평균 4.7톤/일이 생산 되었으며, 탈수된 탈수여액과 농축조(212)를 익류(Over flow) 하는 상등 수는 폐수처리 단계의 집수조(300)로 보내었다.
이때 폐수처리단계의 집수조(300)에 유입되는 평균 유량은 24.2톤/일이었으 며, 집수조(300)에 유입된 폐수의 수질을 분석한 결과는 다음 표5의 내용과 같았다.
표5 집수조에 유입된 폐수의 성분 분석치
| 항목 | SS | CODMn | BOD5 | T-N | T-P |
| 농도(㎎/ℓ) | 128 | 956 | 556 | 363 | 41 |
Ⅲ. 저농도폐수의 1차 생물학처리단계
상기 고농도폐수의 처리단계의 농축조(212)를 월류(Over flow)하는 월류수, 2차 탈수공정의 탈수여액인 저농도폐수와 퇴비화단계의 발효조(503)에서 배출되는 침출수가 저농도폐수집수조(300)에 공급되면 자화처리(磁化處理)와 정전압처리(靜電壓處理, 靜電氣處理)에 의해서 핵자기공명(核磁氣共鳴, Nuclear magnetic resonance) 17O-NMR의 스펙트럼(Spectrum) 반치폭(半値幅)의 값(㎐)이 적으면서 표면장력이 적어 침투력이 좋아 미생물의 생육을 활발하게 하는 물로 1차 물의 개질처리를 한 다음, 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해수인 해양 심층수로부터 생산된 간수를 이용하여 1차 생물학처리(활성오니처리)를 하는 방법으로, 상세한 내용은 다음과 같다.
1. 1차 물의 개질공정
일반적으로 하천수나 수돗물의 경우 물 분자의 집단은 12∼15개의 분자가 수소결합(Hydrogen bond)에 의해서 집단(Cluster)을 형성하고 있으며, 이와 같은 물 분자의 집단수(集團數)는 핵자기공명(Nuclear magnetic resonance) 17O-NMR의 스펙트럼(Spectrum) 반치폭(半値幅)의 값(㎐)을 간접적으로 측정하는데, 하천수나 수돗물의 경우 핵자기공명(核磁氣共鳴) 17O-NMR의 반치폭의 값은 120∼150㎐이다. (핵자기공명 17O-NMR의 반치폭의 값(㎐)의 약 1/10이 물 분자의 집단수로 알려져 있다.)
자연계에서 자화(磁化)된 자철광(磁鐵鑛)이나 원적외선(Far infrared ray), 마이너스이온(Minus ion)을 방사하는 광맥에서 용출하는 광천수의 경우는 일반적으로 핵자기공명 17O-NMR의 반치폭의 값(㎐) 낮은데, 프랑스 남서부 피레네(Pyrenees) 산맥 북쪽 기슭 루르드(Lourdes)의 자철광 암반에서 용출되는 광천수의 경우 핵자기공명 17O-NMR의 반치폭의 값은 약 60㎐로 측정된다.
물의 핵자기공명 17O-NMR의 반치폭의 값(㎐)이 적은 물을 소집단수(Microclustered water)라 하며, 이와 같은 소집단수는 표면장력(表面張力)이 떨어지면서 침투력이 좋으며, 이와 같은 물을 동·식물이 섭취하면 생육이 활성화되는 것으로 알려져 있으며, 미생물의 배양공정에 용수로 사용하면 배양효율이 향상되는 것으로 알려져 양조나 발효식품 분야에 널리 이용되고 있다.
물 분자의 소집단화방법은, 자화처리, 원적외선과/또는 마이너스이온의 조사(照射), 정전압처리(靜電壓處理), 초음파처리, 고압에서 충격처리, 광화작용(Mineralization)에 의한 처리 등이 있다.
본 발명에서는 다음의 자화처리와 정전압처리에 의해서 물 분자를 소집단화하여 폐수처리의 생물학처리공정에서 처리효율을 향상되도록 한다.
농축조(212)를 월류(Over flow)하는 월류수, 2차 탈수공정의 탈수여액인 저농도폐수와 퇴비화단계의 발효공정에서 배출되는 침출수가 저농도폐수집수조(300)에 유입되면 저농도폐수이송펌프(301)에 의해 도전관(導電管)에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 교류 또는 직류의 저전압(低電壓)을 인가한 정전압도전관(靜電壓導電管)의 자화기(302)로 보내어 자화처리를 한 다음, 물의 개질조(303)에 공급하고, 정전압발생장치(308)의 변압기(308a)로부터 고압의 교류 정전압(靜電壓)을 철망 전극(304)에 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압을 인가(印加)하여 정전압처리(靜電壓處理)를 하면, 철망 전극(304)을 중심으로 +와 -의 정전장(靜電場)을 교대로 반복해서 4∼10시간 동안 인가하면, 이로 인하여 물 분자 자체가 진동ㆍ회전을 되풀이하면서 물 분자의 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷)되어 핵자기공명(核磁氣共鳴. Nuclear magnetic resonance)의 17O-NMR의 측정값이 50∼90㎐ 범위의 소집단수(小集團水. Microclustered water)로 물을 개질처리 하여 1차 폭기조(310)로 보낸다.
물의 개질조(303)의 재질은 내식성의 스테인리스강(Stainless steel) 콘크리트 구조물로 하며, 내부에는 전도도(電導度)가 높은 목탄(木炭) 또는 활성탄(活性炭)을 충전(充塡)한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 철망 전극(304)의 망을 설치하고, 물의 개질조(303) 하부의 절연체(305)는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴 리염화비닐(PVC), 스티로폼(Styrofoam) 중에서 한 종류를 선택하여 설치하고, 절연체(305) 하부에 설치하는 스테인리스강판(306)은, 내식성재질인 스테인리스강판(306)을 기초콘크리트구조물(307) 사이에 설치하여 스테인리스강판(306)은 땅에 접지(309)한다.
물의 개질조(303)를 콘크리트 구조물로 하는 경우는 상기의 절연체(305)를 설치할 필요가 없으며, 도체인 스테인리스강판(306)은 물의 개질조(303) 바닥에 설치를 하고, 철망 전극(304)과 접촉이 되지 않게 한다.
자화기(302)는 합성수지(PVC, PE, 스티렌 수지 등), 에보나이트 (Ebonite), FRP, 베이클라이트(Bakelite)와 같은 절연성재료의 원통형 도전관에 코일(Coil)을 감은 정전압도전관(靜電壓導電管)에 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 교류 또는 직류의 저전압을 인가하면 코일의 내부에는 자기장(磁氣場)을 형성되고, 여기에 유체를 통과하면 유체는 자화처리된다.
여기서 정전압도전관에 코일(Coil)을 감은 자화기(302) 대신 자속밀도(磁束密度)가 10,000∼15,000가우스(Gauss) 범위로 착자(着磁)된 영구자석 자화기를 사용하여도 된다.
그리고 처리용량이 대용량인 경우에는 목탄(木炭) 또는 활성탄(活性炭)을 충전한 스테인리스(Stainless) 철망 전극(304)의 망이 내장된 물의 개질조(303)를 다단으로 설치한다.
폐수가 물의 개질조(303)에 공급되면, 정전압발생장치(靜電壓發生裝置: 308)의 변압기(308a)의 2차 권선(308e)의 출력선(308f)을 물의 개질조(303) 내부에 설 치된 철망 전극(304)에 연결하여 인입 전원을 100∼220볼트(Volt), 주파수 50∼60㎐의 교류 전원을 인가하고, 전압조정기(308b)를 조정하여 정전압발생장치(308)의 전압을 1,500∼5,000볼트(Volt), 전류를 10∼150㎂의 정전압을 4∼10시간 동안 인가하면서 정전유도처리를 하면 물 분자의 집단은 소집단수로 처리되면서 표면장력이 떨어져 침투력이 우수한 물로 개질처리된다.
정전압발생장치(308)의 변압기(308a)는 철심(308d), 1차 권선(308c), 2차 권선(308e), 2차 권선(308e)의 출력선(308f), 2차 코일(308e)의 절연처리단말(308g)로 구성되어 있으며, 전압조정기(308b)는 1차 권선(308c)에 접속하며, 2차 권선(308e)의 출력선(308f)은 절연(絶緣)된 절연체(305) 위에 설치된 물의 개질조(303)의 철망 전극(304)에 접속한다.
폐수를 물의 개질조(303)에 공급하고, 정전압발생장치(308) 변압기(308a)의 2차 권선(308e)의 출력선(308f)을 접속하는 것과 동시에, 2차 권선(308e)의 절연처리단말(308g)을 변압기(308a) 내의 절연물 안에 절연상태로 하고, 물의 개질조(303)를 절연체(305)에 의해서 접지(309)와 절연상태로 한 절연체(305) 위에 설치하고, 절연체(305) 하부에 설치된 스테인리스강판(導體: 306)은 접지(309) 처리한다.
변압기(308a) 내의 고압 측 2차 권선(308e)의 일단인 절연처리단말(308g)을 변압기(308a) 내의 절연물 안에서 절연상태로 한 콘덴서(C2)를 형성하는 것과 동시에, 고압 측의 2차 권선(308e)의 나머지 일단의 출력선(308f)을 절연체(305)로 접 지(309)와 절연한 물의 개질조(303)에 접속하여 콘덴서(C1)를 형성하며, 그 결과, 출력선(308f)과 접지(309) 간의 전압은 250∼3,500볼트(Volt), 전류는 10∼150㎂의 미약 전류가 되므로 접지상태에서는 사람이 물의 개질조(303)에 접촉하여도 위험은 없다.
정전유도는 전기적으로 중성인 물질에 대전한 대전체에 접근하면 대전체에 가까운 물질의 표면에 대전체와는 반대의 극성을 가지는 전하가 나타나 먼 쪽의 대전체와 같은 전하가 나타난다. 또, 대전체가 아니고 외부에 전기장이 존재하는 경우에서도 외부전하와 반대의 전하가 나타난다. 이때 나타나는 전하를 유도전하(誘導電荷)라고 하며, 중성물질은 유도 전하를 가지게 되어 접촉하고 있지 않은 외부의 전기작용에 의해서 물질에 전하가 유도되어 +전하와 -전하가 분극(分極)하는 현상이 일어나며, 이 현상을 정전유도를 받고 있다고 하며, 이 현상을 응용하여 물질에 교류전압을 인가하면 물질의 분자에 회전과 진동이 가해져 분자의 이합집산을 촉진하면서 물질에 물리적인 특성을 변화시키는 것을 정전유도처리(靜電誘導處理)라고 한다.
다시 말해서, 본 발명은, 정전압발생장치(308)의 변압기(308a)는 성층(成層)의 철심(308d)을 이용한 외철원형 코일 변압기 타입의 것이며, 변압기(308a)의 1차 측 회로의 1차 권선(308c)을 전압조정기(308b)를 개입시켜 교류 전원에 접속하여 변압기(308a)의 2차 측 회로의 2차 권선(308e) 1단의 절연처리단말(308g)을 변압기(308a) 내의 절연물 안에서 절연처리한 것과 동시에 2차 측 회로의 2차 권 선(308e)의 출력선(308f)을 절연체(305)를 접지(309)에 연결하여 절연한 절연체(305) 위에 배치된 물의 개질조(303)에 250∼3,500볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류를 흐르게 하는 것에 의해서 정전유도처리를 하면 물의 개질조(303)에 주입된 폐수의 물 분자집단화 되면서 표면장력이 적어져 침투성이 좋아져 생물학처리 공정에서 미생물의 생육을 활발하게 한다.
변압기(308a)는, 철심(308d)의 중앙부에 통 모양의 절연 필름을 끼워 넣고, 다시 절연 필름의 외주 면에 1차 권선(308c)과 2차 권선(308e)을 감고, 1차 권선(308c)은 예를 들어 직경 0.6㎜의 폴리에스테르(Polyester)로 피복한 동선을 사용하여 220∼240권으로 하고, 2차 권선(308e)은, 예를 들어 직경 0.09㎜의 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 40,000회권으로 하지만, 이 2차 권선(308e)의 40,000회 중, 제1의 2차 권선(308e)을 22,000회권으로 하고, 제2의 2차 권선(308e)을 18,000회권으로 하여도 좋고, 이러한 동선코일의 직경, 종류와 동선의 권수 등은 물의 개질조(303)의 용량과 처리시간, 인가전압 등의 조건에 따라서 결정을 한다.
통상의 경우, 이러한 동선코일(Coil)은 0.03∼3㎜의 것을 이용할 수 있으며, 동선의 종류는 폴리에스테르이나 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 동선코일의 권수는 1차 권선(308c)은 200∼250회권으로 하고, 2차 권선(308e)은 28,000∼40,000회권으로 하거나 2차 권선(308e) 내에서 제1의 2차 권선(308e)을 16,800∼22,000권으로 하고, 제2의 2차 권선(308e)을 11,200∼18,000권으로 해도 좋다.
2차 권선(308e)의 절연처리단말(308g)은 변압기(308a) 내에 있고, 그 첨단 부분을 절연 테이프로 감은 후, 타르 피치(Tar pitch) 등의 절연물을 변압기(308a) 내에 충전해서 2차 권선(308e)의 절연처리단말(308g)을 가려 싸도록 해서 절연하지만, 절연물은 타르 피치 이외에도 절연유, 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄 수지 등도 이용할 수도 있다.
변압기(308a)에 교류를 흐르게 하여 변압기(308a)의 1차 전압을 전압조정기(308b)로 조작하여 100∼220볼트(Volt)로 조정하면, 2차 측의 2차 권선(308e) 단말 사이에는 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이 발생하지만, 2차 측 회로에서 2차 권선(308e)의 절연처리단말(308g)은 절연하고 있으므로, 절연된 절연체(305) 위에 물의 개질조(303)에 출력선(308f)과 접속하고 접지(309)와 사이에는 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류가 흐르게 된다.
상술한, 2차 측에 발생한 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이, 물의 개질조(303)와 접지(309) 사이에 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압, 10∼150㎂의 전류가 되는 것은 2차 권선(308e)의 절연처리단말(308g)과 절연체(305)의 저항, 코일의 교류저항회로에 의하는 것이다.
즉, 정전압발생장치(308)의 접지(309)와 물의 개질조(303)의 접지(309)에 의한 공진회로를 형성하는 것이며, 2차 권선(308e)의 일단인 절연처리단말(308g) 부위인 접지(309)와 2차 권선(308e)의 출력선(308f)을 절연체(305)로 절연되고 있는 접지(309)에 의한 출력전압으로부터의 방전에 의한 공진 주파수에 의해서 정전유도를 일어나게 한다.
물의 개질조(303)의 크기, 그리고 충전물을 충전한 철망 전극(304)의 크기와 절연체(305)에 따라서 물의 개질조(303)와 접지(309) 사이의 전압은 3,500∼5,000 볼트(Volt)로 변동하며, 전류도 10∼150㎂ 범위로 변화하며, 또한, 입력 전원을 전압조정기(308b)로부터 전압을 조정하는 것에 따라서 전압과 전류를 변동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 교류저항회로에 의해서 발생시킨 물의 개질조(303)의 전압은 무부하(無負荷) 시에 3,500∼5,000볼트(Volt)이지만, 전류는 10∼150㎂ 범위의 미약한 전류이므로 인체에 대해서 안전하고, 감전이나 화재 등의 트러블(Trouble)을 일으킬 우려는 없으며, 또한, 물의 개질조(303)에 인가되는 전압과 전류는 조의 충전 용량이나 정전유도처리조건에 따라서 전압조정기(308b)에 의해서 전압을 조정하지만, 통상의 경우는 물의 개질조(303)와 접지(309) 간의 전압이 550∼1,600볼트(Volt), 전류는 30∼100㎂ 범위로 하는 것에 의해서 정전유도하면 적절한 교류 전계(電界)를 구성할 수 있다.
그리고 물의 개질조(303)에 대해서는, 물의 개질조(303) 내의 철망 전극(304)이 +전하가 되면, 접지(309) 측에서는 -전하가 유전(誘電)되며, 반대로 물의 개질조(303) 내의 철망 전극(304)이 -전하가 되면 접지(309) 측에서는 +전하가 유전되고, 이후 교류 전원의 주파수에 따라서 물의 개질조(303)는 1초간에 주파수(50 내지 60회)만큼 +전하와 -전하가 바뀌게 되며, 이것에 따라서 접지(309) 측의 전하도 유전되어 +전하와 -전하가 바뀌게 된다.
일반적으로 물질은 원자(原子)에 의해 성립되고 있으며, 이 원자는 원자핵과 전자에 의해 구성되고 있으며, 다시 원자핵은 중성자와 양자로 구성되어 있으며, 그리고 원자핵의 주위에는 부(-)의 전하를 가지는 전자가 원운동을 하고 있고, 외 부 전계가 작용하지 않는 정상상태에서는 양자의 +전하와 전자의 -전하가 동량으로 안정된 상태로 되어 있으나, 외부에서 높은 전압을 인가하면 이것에 의해서 전자는 한편으로 이동하면서, 또한 양자도 한편으로 이동하기 때문에 원자의 전기적 중심이 일치하지 않게 되어 원자는 한 개의 전기쌍극자(電氣雙極子)를 형성하게 되면서 전하의 밸런스(Balance)에 의해서 내부전계(內部電界)가 발생하면서 분극(分極)을 일으키게 된다.
이와 같은 경우 원자(분자)가 외부전계(外部電界)에 의해서 분극이 되므로 이를 전자분극(電子分極) 혹은 원자분극(原子分極) 이라고 하며, 물의 개질조(303)에 충전된 폐수에 높은 정전압을 인가하면 모든 분자는 정전유도에 의해서 +전하와 -전하의 교체에 따라서 순응하려고 하지만, 분자 간의 결합력의 강한 것과 약한 것의 차이가 생겨 폐수의 물 분자 집단(Cluster)은 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷) 되어 소집단화(小集團化) 하여 소집단수(Microclustered water)로 처리되어 표면장력(表面張力)이 적게 되면서 점성이 적게 되어 물속에 용해되어 있는 칼슘, 마그네슘, 철분 등의 미네랄성분도 분자의 이온화가 촉진되어 초미립자화 되어 침투성이 높은 활성화된 물로 개질처리된다.
2차 탈수공정의 탈수여액인 유입폐수의 핵자기공명(核磁氣共鳴) 17O-NMR 반치폭의 값이 90㎐ 이하로 물 분자의 집단이 소집단화된 경우와 BOD5 및 CODMn의 농도가 500㎎/ℓ이하로 낮은 경우에는 생물학처리만으로도 배출기준치 이내로 처리가 가능하기 때문에 상기 물의 개질공정을 생략하고, 2차 탈수공정의 탈수여액인 유입 폐수를 생물학처리공정의 1차 폭기조(310)에 공급하여 처리를 한다.
시설 경비를 절감하기 위해서 물의 개질조(303)를 생략하고, 저농도폐수집수조(300)에 전도도가 높은 목탄 또는 활성탄을 충전한 스테인리스 스틸의 철망 전극(304)의 망을 설치하고, 정전압발생장치(308)의 변압기(308a)로부터 고압의 교류 정전압을 철망 전극(304)에 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압을 인가하여 처리를 한 다음, 저농도폐수이송펌프(301) 토출부에 정전압도전관(靜電壓導電管)의 자화기(302) 또는 영구자석 자화기를 설치한 자화기(302)로 자화처리하여 물의 개질처리를 한 다음, 1차 폭기조(310)로 보내어도 된다.
2. 1차 생물학처리공정
상기 1차 물의 개질공정에서 처리된 폐수가 1차 폭기조(310)에 공급되면 송풍기(422)로부터 공기를 공급하여 폭기(曝氣)를 하면서 처리된 물은 1차 침전조(311)로 보내어 고형물을 침전시키고, 월류(越流, Over flow)되는 월류수인 1차 생물학처리수는 1차 생물학처리수조(400)로 보낸다.
1차 침전조(311)에서 침전된 고형물(미생물균체)은 1차 침전조레이크(312)에 의해서 1차 침전조(311) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이면 1차 반송펌프(313)에 의해서 활성부식물질펠렛트(Activated humic substance pellet), 활성미네랄성분을 함유한 광물, 마이너스이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스(Ceramics) 및 원적외선과 마이너스이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스의 충전물(316)을 충전(充塡)한 1차 생물반응기(315)가 내장된 1차 미생물배양조(314)와 1차 폭기조(310)로 반송하면서, 배출되는 잉여오니는 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200), 탈취처리단계의 생물탈취탑(601), 저농도폐수 2차생물학처리단계의 2차 폭기조(414)와 2차 미생물배양조(418)로 보낸다.
상기 잉여오니를 저농도폐수 2차생물학처리단계의 2차 폭기조(414)와 2차 미생물배양조(418)로 보내는 경우는, 2차 생물학적처리공정의 운전 초기나, 비정상운전이 되는 경우에 보낸다.
상기 1차 생물학처리의 1차 침전조(311)의 월류(Over flow)되는 월류수가 배출기준치 이내로 처리된 경우나, 인근 하수처리시설과 연계하여 처리하는 경우는 최종생물학처리수조(421)로 보낸다.
1차 미생물배양조(314)에는, 1차 반송펌프(313)에 의해서 1차 침전조(310)에서 침전된 고형물(미생물균체)인 오니(汚泥)가 1차 미생물배양조(314)에 공급되면 송풍기(422)로부터 공기를 1차 생물반응기(315) 하부와 1차 미생물배양조(314) 하부로 공급하여 폭기를 하면서 상기 표층해수 또는 해양 심층수를 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수를 공급하여 미네랄성분이 충분히 공급되었을 때 활발한 대사활동을 하는 바실루스 미코이데스(Bacillus mycoides), 바실루스 루테우스(Bacillus luteus), 흑국곰팡이(Aspergillus niger), 방선균(放線菌)과 같이 폴리페놀화합물(Polyphenol compounds)을 대사산물(代謝産物)로 배설하여 부식화반응에 의해서 수용성유기물을 물에 불용성인 부식전구물질(腐植前驅物質) 또는 부식물질(腐植物質)로 전환하는 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물을 배양하여 1차 폭기조(310)로 보내어 1차 생물학적 폐수처리 시스템(System) 전 체가 부식화 미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물에 의해서 부식화반응에 의해서 폐수처리가 되도록 유도된다.
상기 유기물질을 부식화하여 부식물질을 생성하는 미생물은 세포질(Cytoplasm)이나 세포벽(Cell wall)에 미네랄 함량이 높으며, 이들 미생물은 미네랄성분을 충분히 섭취하였을 때 활발한 대사활동을 한다.
그래서 본 발명에서는 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 보메도 비중이 32∼34°Be 범위로 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 고즙(苦汁)인 간수(Bittern)를 1차 미생물배양조(314)에 공급하여 충분한 미네랄을 미생물에 공급하여 미생물의 대사활동을 활발하게 하여 폐수처리 효율이 향상되도록 한다.
상기 간수는 유입되는 폐수 100중량부당 0.001∼0.01중량부를 1차 미생물배양조(314)에 공급한다.
2가·3가철염이 미량 존재하는 간수를 1차 미생물배양조(314)에 공급하였을 때 미생물의 생육이 더욱더 활발한 생육활동을 하기 때문에, 상기 간수에 2가·3가철염을 총철농도(Total-Fe)가 100∼500㎎/ℓ농도로 혼합한 간수를 사용할 수도 있다.
2가·3가철염은 자철광(磁鐵鑛) 또는 4·3산화철(Fe3O4)을 염산수용액에 용해한 것을 사용한다.
그리고 미네랄성분이 착염의 상태로 존재하면 미생물이 미네랄성분의 섭취가 용이하기 때문에, 상기 표층해수 또는 해양 심층수를 농축하여 생산된 간수 또는 이 간수에 2가·3가철염을 혼합한 간수에 금속염과 착염을 생성하는 유기산을 공급하여 착염상태의 간수를 1차 미생물배양조(314)에 공급하는 것도 좋다.
상기 금속염과 착염을 생성하는 유기산은, 상기 표층해수 또는 해양 심층수를 농축하여 생산된 간수 또는 이 간수에 2가·3가철염을 혼합한 간수 100중량부에 구연산(Citric acid), 구연산염(Citrates), 주석산(Tartaric acid), 주석산염(Tartrates), 호박산(Succinic acid), 호박산염(Succinates), 사과산(Malic acid), 사과산염(Malates), 말산(Malic acid), 말산염, 푸마르산(Fumaric acid), 푸마르산염(Fumarate), 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetates), 풀브산(Fulvic acid) 또는 부식산(Humic acid) 중에서 한 종류의 유기산을 10∼60중량부로 첨가하고, 교반·용해하여 미네랄 착염 형태로 만든 간수를 사용할 수도 있다.
부식화반응에 의해서 폐수처리를 하였을 때는, 암모니아(NH3), 황화수소(H2S), 머캡탄(Mercaptan)류, 인돌(Indole), 스카톨(Skatol), 휘발성아민류와 같은 악취발생물질이 비휘발성이면서 물에 불용성인 부식전구물질 또는 부식물질로 동화(同化)되어 악취발생이 억제되는 효과가 있으며, 수용성유기물도 물에 불용성인 부식전구물질 또는 부식물질로 고도로 동화되면서 처리되어 폐수처리효율이 높은 특징이 있다.
그리고 1차 미생물배양조(314)에 내장된 원적외선을 방사하는 광물 또는 세라믹스, 마이너스이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스, 활성미네랄을 함유한 광물 및 활성부식물질펠렛트의 충전물(316)이 충전된 1차 생물반응기(315) 하부에 송풍기(422)로부터 공기를 주입하면, 공기와 반송오니가 함께 1차 생물반응기(315)의 충전물(316) 층을 에어 리프팅(Air lifting) 되면서 통과하여 물이 개질처리 되어 미생물의 생육을 더욱더 활발하게 한다.
1차 폭기조(310)의 용량은 F/M비(Food/Microorganism ratio)를 0.05∼0.4 범위에서 다음 식(11)에 의해서 결정하며, 깊이는 2∼6m범위로 한다.
F/M = (BOD5×Q)/(MLSS×V) [kg BOD/㎥.일] …………………………(11)
여기서 BOD5는 유입폐수의 5일 생물학적 산소요구량(㎎/ℓ), V는 폭기조의 용적(Volume, ㎥), MLSS는 폭기조 내 혼합액 부유물질(Mixed liquor suspended solids)농도(㎎/ℓ), Q는 유입폐수의 유량(㎥/일)이다.
1차 침전조(311)의 표면적은 월류부하(Over flow load) 8∼25(㎥/㎡·일)와 고형물부하 60∼90(㎏/㎡·일)을 고려하여 여유가 있는 표면적으로 하며, 조의 깊이는 3∼6m로 한다.
1차 침전조(311)에서 1차 반송펌프(313)에 의해서 1차 폭기조(310)와 1차 미생물배양조(314)로 반송하는 유량은 1차 폭기조(310) 내에서 MLSS(Mixed liquor suspended solids)의 농도가 2,000∼3,500㎎/ℓ범위가 되게 다음 식(12)에 의해서 결정한다.
R = Qr/Q = (MLSS-SS)/(R-MLSS) ……………………………… (12)
여기서 R는 1차 침전조(311)에서 1차 폭기조(310)와 1차 미생물배양조(314)로 반송하는 반송률(%), Qr는 반송하는 유량(㎥/일), Q는 유입폐수의 유량(㎎/ℓ), MLSS는 1차 폭기조(310) 내의 혼합액 부유물질농도(㎎/ℓ), SS는 유입폐수 중에 함유된 부유물질농도(㎎/ℓ), R는 반송오니의 부유물질농도(㎎/ℓ)이다.
1차 미생물배양조(314)에 공급하는 유량은, 전체 반송오니의 유량의 8∼20%를 공급하고, 1차 미생물배양조(314)의 용량은 체류시간을 0.5∼2일간으로 하고, 1차 생물반응기(315)에 충전하는 충전물(316)은, 1차 미생물배양조(314)에 공급되는 유량 10㎥/일당 활성부식물질 펠렛드를 5∼10㎏, 활성미네랄성분을 함유한 광물 10∼20㎏, 원적외선을 방사(放射)하는 광물 또는 세라믹스(Ceramics) 중에서 한 종류를 5∼10㎏, 마이너스이온(Minus ion)을 방사(放射)하는 광물 또는 세라믹스 중에서 한 종류를 5∼10㎏을 충전한다.
여기서 전기석과 같이 원적외선과 마이너스이온을 동시에 방사하는 광물을 사용하는 경우는 1차 미생물배양조(314)에 공급되는 유량 10㎥/일당 5∼20㎏을 충전한다.
상기 활성미네랄성분을 함유한 광물은, 유문암(Rhyolite) 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(Pumice), 페그마타이트(Pegmatite) 또는 펄라이트(Perlite) 중에서 한 종류를 사용한다.
송풍기(422)에서 1차 폭기조(310)와 1차 미생물배양조(314)에 공급하는 공기량은, 1차 폭기조(310)에서는 용존산소(Dissolved oxygen) 농도가 2∼4㎎/ℓ가 유 지되도록 공급하고, 1차 생물반응기(315) 하부로는 공급하는 공기량은 폭기강도가 1.5∼3.5N㎥-Air/㎡·시간으로 한다. 송풍기(422)의 토출압력은 조의 수심에 따른 정압두(Static head)와 배관의 마찰손실에 따른 마찰손실두(Friction head)를 고려하여 결정한다.
그리고 처리수의 배출기준치가 청정지역이 아니면서, BOD5, CODMn, SS 등의 배출기준치가 높은 경우에는, 1차 생물학처리수가 방류기준치 이내로 처리되는 경우나 하수병합처리를 하는 경우는, 다음의 저농도폐수의 2차 생물학처리단계의 처리를 생략하고, 상기 1차 침전조(311)에서 월류(越流)되는 월류수를 최종생물학처리수조(421)로 보낸다.
Ⅳ. 저농도폐수의 2차 생물학처리단계
상기 저농도폐수의 1차 생물학처리단계의 1차 침전조(311) 월류수가 1차 생물학처리수저장조(400)에 공급되면 전해산화처리, 전자선(電子線, Eelectron beam)처리 또는 전해산화처리와 전자선처리를 하여 물속에 함유되어 있는 생물학적 난분해성유기물을 생물학적 분해가 용이한 유기물질로 처리하는 2차 물의 개질처리를 한 다음, 수중의 미반응 활성물질을 분해한 것을 1차 생물학처리와 동일한 생물학처리방법으로 고도처리를 하여 최종 생물학처리수조(421)로 보내는 방법으로, 상세한 내용은 다음과 같다.
1. 2차 물의 개질공정
상기 1차 저농도폐수의 1차 생물학처리 단계에서 처리된 1차 침전조(311)의 월류수인 1차 생물학처리수가 1차 생물학처리수저장조(400)에 공급되면 1차 생물학처리수이송펌프(401)에 의해서 전해산화조(402)로 보내어 산화처리를 한 다음, 전자선반응기(409)로 보내어 수중에 함유된 생물학적 난분해성유기물질을 생물학적으로 분해가 용이한 유기물질로 처리를 한 다음, 수중에 함유된 미반응의 활성물질을 활성물질분해탑(412)으로 보내어 활성물질을 분해한 다음, 2차 폭기조(414)로 보내어 고도로 생물학처리를 한다.
전해산화처리공정을 생략하고, 전자선처리공정만으로 수중의 생물학적 난분해성유기물질을 생물학적으로 분해가 용이한 유기물질로 물을 개질처리하는 경우는, 1차 생물학처리수저장조(400)의 1차 생물학처리수를 1차 생물학처리수이송펌프(401)로 전자선반응기(409)에 보내고, 그리고 전자선처리공정을 생략하고, 전해산화처리공정만으로 1차 생물학처리수를 개질처리하는 경우는, 전해산화조(406)에서 산화처리되어 산화수저장조(406) 공급된 산화수를 산화수이송펌프(407)로, 활성물질을 분해하는 촉매(413)가 내장된 활성물질분해탑(412)에 보낸다.
가. 전해산화처리공정
1차 생물학처리수저장조(400)의 1차 생물학처리수를 1차 생물학처리수이송펌프(401)에 의해서 양극(403)과 음극(404)이 교호적으로 설치된 전해산화조(406)에 공급하고 정류기(405)로부터 4∼20볼트(Volt)의 직류전기를 산화환원전위 값이 +800∼+1,100㎷ 범위로 인가(印加)하면 수중에 용해되어 있는 NaCl과 같은 전해질이 전해산화되어 NaClOx와 같은 산화성물질이 생성되면서, 이 산화성물질이 생물학적으로 난분해성유기오염물질이 분해되어, 생물학적으로 분해가 용이한 물질로 산화처리한 다음, 산화수저장조(406)로 보낸다.
전해산화처리를 한 산화수저장조(406)의 전해산화수는 산화수이송펌프(407)로 전자선반응기(409)로 보낸다.
전해산화조(406)에서 전해질로 NaCl이 존재하는 경우 전기화학적 반응메커니즘을 설명하면 다음과 같다.
① 전해질(NaCl)의 가수분해반응
2NaCl ―H2O→ 2Na+ + 2Cl- …………………………………………………(13)
② 양극반응
2Cl- - 2e- → Cl2(aq) …………………………………………………………(14)
③ 음극반응
2H2O + 2e- → 2OH_ + H2(g)↑ …………………………………………………(15)
전체 전해반응
2NaCl + 2H2O → Cl2(aq) + 2NaOH + H2(g)↑ …………………………………(16)
용액 내에서 반응
Cl2(aq) + H2O → HClO + HCl ………………………………………………(17)
HClO + NaOH → NaClO + H2O ………………………………………………(18)
2HClO + NaClO → NaClO3 + HCl ……………………………………………(19)
HCl + NaOH → NaCl + H2O ………………………………………………(20)
④ 난분해성유기물분해반응
난분해성유기물 + NaClO → 분해 용이한 유기물 + NaCl ……………(21)
상기 양극(403)은, 티타늄 판(Titanium plate)에 RuO2-TiO2 또는 RuO2-TiO2-SnO2를 코팅(Coating)한 DSA(Dimensionally stable anode)전극을 사용하고, 음극(404)은, 스테인리스강(Stainless steel), 티타늄판, 강판에 레이니니켈(Raney nickel) 또는 강판에 백금도금을 한 전극 중에서 한 종류를 사용한다. 전해산화조(402)는 내식성재질인 FRP(Fiber glass reinforced plastic), PVC(Polyvinyl chloride), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), ABS수지(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 아크릴수지(Acrylic resin) 또는 강판에 FRP, 고무 또는 에폭시수지Epoxy resin)를 라이닝(Lining) 혹은 코팅(Coating)한 재질 중에서 한 종류를 사용한다.
그리고 1차 생물학처리수 중에 전해질이 존재하지 않은 경우는 NaCl과 같은 전해질을 500∼2,000㎎/ℓ을 1차 생물학처리수저장조(400) 또는 전해산화조(402)에 주입한다.
나. 전자선(Eelectron beam)처리공정
상기 전해산화처리공정에서 전해산화된 산화수가 산화수저장조(406)에 공급되면, 산화수이송펌프(407)로 전자선반응기(409)의 상부 분무노즐을 통해서 분무하면서, 전자선발생장치(410)로부터 0.15∼10MeV(Mega electron volt) 강도(强度)로 전자선의 선양률(線量率)을 0.1KGy/h∼100MGy/h (Mega gray/hour) 범위로 물방울에 전자선을 조사(照射)하면 산화성하이드록시 라디칼(Hydroxyl radical, OH·), 발생기상태(Nascent state)의 산소(O), 산소이온(O2-), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), Ｏ-, HO2aq, HO2 - 등의 라디칼(Radical), 이온(Ion)과 분자를 포함한 반응성(反應性)이 높은 활성물질(活性種이라고도 함)과 환원성수화전자(eaq -), 수소원자(H), 옥소늄이온(Oxonium ion, H3O+)이 생성되며, 이것들이 수중에 함유되어 있는 생물학적 난분해성유기물과 일련의 반응을 일으켜, 생물학적으로 분해가 용이한 유기물로 개질처리 되면 전자처리수 이송펌프(411)로 활성물질분해탑(412)으로 보낸다.
수용액에 전자선을 조사하면 다음 식(22)와 같이 물과 반응을 하여, 여러 종류의 활성라디칼(Radical)이나 이온(Ion)을 생성하며, 이것들이 물에 함유되어 있는 생물학적 난분해성유해물과 반응하여 생물학적으로 분해가 용이한 유기물질로 분해한다.
H2O + O2 + 전자선 → eaq - + OH·+ H2 + H2O2 + H3O+ + H·+ H2O+ + OH- + HO2 …………………………………………………………………………………(22)
상기 식(22)의 반응은 수용액에 고에너지의 전자를 통과하면 10-7초 정도의 짧은 시간에 반응이 일어나 수중에 용해되어 있는 유기물과 다음 식(23)과 같은 반응을 일어나게 하는 것으로 알려져 있다.
생물학적 난분해성유기물 + 활성라디칼(Radical) 또는 이온(Ion) → 생물학적으로 분해가 용이한 유기물 …………………………………………(23)
전자선은 대기 중에서와는 달리, 수중에서는 전자선은 깊게 진행될 수 없다(이것을「飛程이 짧다」라고 표현함). 예를 들면, 1 메가전자볼트(MeV)의 전자빔을 대기에 쬐면 전자는 대략 420㎝ 정도 비정(飛程)할 수 있지만, 수중에서는 불과 4㎜의 깊이 밖에 도달할 수밖에 없기 때문에 히드록시 라디칼(Hydroxyl free radical, OH·) 등의 활성물질의 생성 수율이 떨어지므로, 본 발명에서 전자선반응기(409)의 구조는 상부에 설치된 전자선발생장치(410)에서 전자선을 조사하면서, 산화수저장조(406)의 전해산화수를 산화수이송펌프(407)로 전자선반응기(409)의 상부로 분무 노즐(Spray nozzle)을 통해서 분무하는 구조로 한다.
그리고 전자선반응기(409) 내면에는 이산화티탄(Titanium dioxide, TiO2) 코팅(Coating)처리를 한다.
이산화티탄(TiO2)은 반도체(半導體)이기 때문에, 이산화티탄(TiO2)에 전자선 을 조사하면, 가전자대(價電子帶, Electron-hole pair)에 존재하는 전자가 전도대(傳導帶)에 여기(勵基) 되어 전자정공대(電子正孔對)가 생성한다. 이 정공(正孔)은 폐수 중의 OH-이온을 산화하여 수산화물 라디칼의 생성효율을 향상하게 된다. 또한, 전자가 수중의 용존산소를 환원하여 과산화물 라디칼을 생성하도록 한다.
이산화티탄을 전자선반응기(409)의 내면에 코팅(Coating)하는 방법은, 티타늄 부톡시드(Titanium butoxide), 티타늄 에톡사이드(Titanium ethoxide), 티타늄 2-에틸헥소시드(Titanium 2-ethylhexoxide) 또는 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide) 중에서 한 종류의 티타늄 알콕시화물(Titanium alkoxides)의 용액을 딥법(Dip method), 스핀 코팅법(Spin-coating method), 스프레이법(Spray method) 또는 도포법(Painting method) 중에서 한 종류로 코팅한 후에 자연 상태에서 건조한 다음, 500∼600℃의 고온에서 소부(Baking)하여 만드는 졸-겔법(Sol-Gel processing), 이산화티탄 미립자의 현탁액을 도포한 다음, 자연 상태에서 건조 후에 고온에서 소부(燒付)하여 만드는 방법, 스퍼터링(Sputtering) 등의 PVD법(Physical Vapor Deposition method), CVD법(Chemical Vapor Deposition method)으로 코팅한 후에 고온에서 소부하여 만드는 방법 또는 전자선반응기(409)의 재질을 티타늄(Titanium)을 사용하고, 내부표면을 산화하여 산화티탄 막을 형성하는 방법 중에서 한 가지의 방법으로 한다. 이산화티탄의 두께는 1㎚∼100㎛ 범위로 한다.
전자선반응기(409)의 형상은 수직형(Vertical type)으로 하고, 단면적은 분 무하는 유량 1㎥/시간 용량당 0.5∼1.5㎡로 하고, 높이는 직경의 1.5∼2배로 하고, 하부 처리된 전자처리수의 저류부의 용량은 체류시간이 30∼60분으로 한다.
그리고 2차 물의 개질공정에서 상기 전해산화처리공정을 생략하고, 전자선처리공정만으로 2차 물의 개질처리를 하는 경우에는, 전해산화처리공정 대신에, 1차 저농도폐수의 1차 생물학처리 단계에서 처리된 1차 침전조(311)의 월류수인 1차 생물학처리수가 산화수저장조(406)에 공급되면, 산화환원전위 값이 +800∼+1,100㎷ 범위로 산화제를 공급하거나, 또한, 대기 중의 공기를 송풍기(422)로부터 산화수저장조(406)에 공급하여 용존산소(Dissolved oxygen)의 농도를 6㎎/ℓ이상 되게 폭기를 한 것을, 내면에 이산화티탄(TiO2)이 코팅(Coating)된 전자선반응기(409)의 상부 분무노즐로 공급하여도 된다. 또는, 대기 중의 공기를 송풍기(422)로부터 산화수저장조(406)에 공급하는 대신에, 산화수이송펌프(411) 토출 측에 설치된 가압용기(408)에 1차 생물학처리수와 산소 또는 가압공기를 공급하여 가압상태에서 산소를 용해한 1차 생물학처리수를, 내면에 이산화티탄(TiO2)이 코팅(Coating)된 전자선반응기(409)의 상부 분무노즐로 공급한다.
① 전해산화처리공정 대신에 산화제를 공급하는 경우
1차 생물학처리수의 2차 물의 개질공정에서 상기 전해산화처리공정을 생략하고, 전자선처리공정만으로 2차 물의 개질처리를 하는 경우에는, 전해산화처리공정 대신에, 1차 생물학처리수가 산화수저장조(406)에 공급되면, NaClO, H2O2, O3, ClO2, HClO 또는 Cl2 중에서 한 종류의 산화제를 산화환원전위지시제어스위치(ORPIS: Oxidation reduction potential indicating control switch)의 산화환원전위 값이 +800∼+1,100㎷ 범위로 조정한 것을 산화수이송펌프(407)로, 내면에 이산화티탄(TiO2)이 코팅(Coating)된 전자선반응기(409)의 상부 분무노즐로 공급하여 분무한 물 방울상태에서 전자선처리를 한다.
② 전해산화처리공정 대신에 공기를 공급하는 경우
1차 생물학처리수의 2차 물의 개질공정에서 상기 전해산화처리공정을 생략하고, 전자선처리공정만으로 2차 물의 개질처리를 하는 경우에는, 전해산화처리공정 대신에, 1차 생물학처리수가 산화수저장조(406)에 공급되면, 송풍기(422)로부터 대기 중의 공기를 산화수저장조(406)에 공급하여 용존산소(Dissolved oxygen)의 농도가 6㎎/ℓ이상 되게 폭기한 것을 산화수이송펌프(407)로, 내면에 이산화티탄(TiO2)이 코팅(Coating)된 전자선반응기(409)의 상부 분무노즐로 공급하여 분무한 물 방울상태에서 전자선처리를 한다.
이때 용존산소의 농도는 높을수록 좋기 때문에 상한의 농도는 특별히 규제하지 않는다.
③ 전해산화처리공정 대신에 가압공기를 공급하는 경우
1차 생물학처리수의 2차 물의 개질공정에서 상기 전해산화처리공정을 생략하 고, 전자선처리공정만으로 2차 물의 개질처리를 하는 경우에는, 전해산화처리공정 대신에, 산화수저장조(406)의 1차 생물학처리수를 산화수이송펌프(407)로 가압용기(408)에 공급하면서, 공기압축기(423)로부터 압축공기를 PSA(Pressure swing adsorption) 공정으로 보내어, 질소를 분리·농축한 산소를 가압용기(408)로 보내거나, 또는, PSA공정을 생략하고 압축공기를 가압용기(408)로 보내어 압력을 압력지시제어기(PIC: Pressure indicating controller)로 2∼10㎏/㎠G로 조정하면서 수중에 산소를 가압상태에서 용해한 것을 전자선반응기(409)의 상부 분무노즐로 공급하여 분무한 물 방울상태에서 전자선처리를 한다.
상기 1차 생물학처리를 전해산화처리 또는 산화제에 의한 산화처리 대신에, 1차 생물학처리수에 공기를 공급하거나, 또는, 가압공기(또는 산소)를 공급하는 경우는, 수중의 용존산소의 농도가 높은 경우에 반응식 (22)에서와 같이 물과 산소가 반응하여 활성물질의 생성효율이 높기 때문에, 가능한 용존산소의 농도가 높은 물을 전자선처리하는 것이 바람직하다.
다. 활성물질 분해처리공정
상기 전해산화처리공정, 전자선처리공정에서 생성된 산화성활성물질이 수중 유기물과 반응하고 남은 잉여분의 산화성활성물질은, 다음의 2차 생물학처리공정에 유입되면 미생물의 생육을 억제하기 때문에, 산화수저장조(406)의 전해산화수나 전자선반응기(409)에서 처리된 전자처리수는, 산화성활성물질을 분해하는 촉매(413)가 충전된 활성물질분해탑(412)으로 보내어 활성물질이 수중의 유기물과 분해반응 을 시켜 활성물질을 소멸한 다음, 2차 생물학처리공정으로 보낸다.
활성물질분해탑(412)에 충전하는 촉매(413)는, 이산화망간(MnO2), 산화티탄(TiO2), 산화구리, 산화철, 산화니켈, 산화바나듐(V2O5), 산화코발트(Co2O3), 산화몰리브덴(MoO3), 산화이리듐(IrO2), 산화루테늄(RuO2), 산화이트륨(Y2O3), 은을 담지(擔持)한 이산화티탄(Ag/TiO2)과 같은 전이금속(轉移金屬, Transition metal) 산화물, 열 촉매의 기재로서 이용되고 있는 감마 산화알루미늄(γ-Al2O3) 등의 금속산화물 중에서 한 종류 이상 조합하여 제조된 촉매를 사용한다. 일반적으로 수처리에 이용하는 망간사를 사용하는 것이 가격이 저렴하면서 처리효율도 좋기 때문에 바람직하다. 그리고 활성물질분해탑(412)에 충전하는 촉매(413)의 양은, 접촉시간이 10∼30분간으로 한다.
활성물질분해탑(412)의 탑경은 통과 유속이 4∼10m/sec로 하고, 재질은 산화성물질이 존재하여 부식이 심하기 때문에 상기 전해산화조(402)에서와 같은 내식성재질을 사용한다.
전해산화처리, 전자선처리된 폐수가 활성물질분해탑(412)의 촉매(413) 층을 통과하게 되면 다음 반응식 (24)에서와 같이 산화성활성물질은 안전한 H2O, O2, CO2 등으로 분해되어 2차 생물학적 처리공정에서 미생물의 생육에 지장이 없는 물로 처리된다.
산화성활성물질(NaClO, H2O2, O3, HO·, O2 - ………등) + 유기물 → H2O + O2 + CO2 + 저분자유기물 ………………………………………………………………(24)
그리고 저농도폐수의 1차 생물학처리 단계에서 처리된 1차 침전조(311)의 월류수인 1차 생물학처리수의 오염부하가 낮아 2차 생물학처리만으로도, 방류기준치 이하로 처리할 수 있는 경우는, 상기 전해산화처리공정, 전자선(Eelectron beam)처리공정과 활성물질 분해처리공정을 생략하고, 저농도폐수의 1차 생물학처리 단계에서 처리된 1차 침전조(311)의 월류수인 1차 생물학처리수가 1차 생물학처리수저장조(400)에 공급되면, , 1차 생물학처리수를 1차 생물학처리수이송펌프(401)에 의해서 2차 폭기조(414)로 보내어 2차 생물학처리를 한다.
2. 2차 생물학처리공정
상기 2차 물의 개질공정의 활성물질분해탑(412)에서 활성물질이 제거된 처리수가 2차 폭기조(414)에 공급되면 송풍기(422)로부터 공기를 공급하여 폭기하면서 처리된 물은 2차 침전조(415)로 보내어 고형물을 침전시키고, 월류되는 월류수인 2차 생물학처리수는 최종생물학처리수조(421)로 보낸다.
2차 침전조(415)에서 침전된 고형물(미생물 균체)은 2차 침전조레이크(416)에 의해서 2차 침전조(415) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이면 2차 반송펌프(417)에 의해서 활성부식물질펠렛트, 활성미네랄성분을 함유한 광물, 마이너스이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스 및 원적외선과 마이너스이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스의 충전물(420)을 충전한 2차 생물반응기(419)가 내장된 2차 미생물배양조(418)와 2차 폭기조(414)로 반송한다.
2차 생물학처리공정의 운전 초기 또는 비정상운전이 되는 경우에는 1차 생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니를 2차 폭기조(414)와 2차 미생물배양조(418)로 보내어 정상상태의 운전이 되면, 1차 생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니를 2차 폭기조(414)와 2차 미생물배양조(418)로 공급하는 것을 중단한다.
그리고 2차 생물학처리에서 배출되는 잉여오니는 1차 생물학처리에서 배출되는 잉여오니와 함께 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200)와 탈취처리단계의 생물탈취탑(601)으로 보낸다.
2차 미생물배양조(418)에는, 2차 반송펌프(417)에 의해서 2차 침전조(415)에서 침전된 고형물인 오니(汚泥)가 2차 미생물배양조(418)에 공급되면 송풍기(422)로부터 공기를 2차 생물반응기(419) 하부와 2차 미생물배양조(418) 하부로 공급하여 폭기를 하면서 상기 표층해수 또는 해양 심층수로부터 생산된 간수를 공급하여 미네랄성분이 충분히 공급되었을 때 활발한 대사활동을 하는 바실루스 미코이데스(Bacillus mycoides), 바실루스 루테우스(Bacillus luteus), 흑국곰팡이(Aspergillus niger), 방선균(放線菌)과 같이 폴리페놀화합물(Polyphenol compounds)을 대사산물(代謝産物)로 배설하여 부식화반응에 의해서 수용성유기물을 물에 불용성인 부식전구물질(腐植前驅物質) 또는 부식물질(腐植物質)로 전환하는 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물을 배양하여 2차 폭기조(414)로 보내어 2차 생물학적 폐수처리 시스템 전체도 부식화 미생물과 이들 미 생물과 공생관계에 있는 미생물에 의해서 부식화반응에 의해서 폐수처리가 되도록 유도된다.
상기 유기물질을 부식화하여 부식물질을 생성하는 미생물은 세포질(Cytoplasm)이나 세포벽(Cell wall)에 미네랄 함량이 높으며, 이들 미생물은 미네랄성분을 충분히 섭취하였을 때 활발한 대사활동을 하기 때문에, 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 보메도 비중이 32∼34°Be 범위로 농축하여 소금을 석출하여 생산하면서 남은 간수(Bittern)를 2차 미생물배양조(418)에 공급하여 충분한 미네랄을 미생물에 공급하여 미생물의 대사활동을 활발하게 하여 폐수처리 효율이 향상되도록 한다.
상기 간수는 유입되는 폐수 100중량부당 0.001∼0.01중량부를 2차 미생물배양조(418)에 공급한다.
2가·3가철염이 미량 존재하는 간수를 2차 미생물배양조(418)에 공급하였을 때 미생물의 생육이 더욱더 활발한 대사활동을 하기 때문에, 상기 간수에 2가·3가철염을 총철농도(Total-Fe)가 100∼500㎎/ℓ농도로 혼합한 간수를 사용할 수도 있으며, 2가·3가철염은 자철광 또는 4·3산화철(Fe3O4)을 염산수용액에 용해한 것을 사용한다.
그리고 미네랄성분이 착염의 상태로 존재하면 미생물이 미네랄성분의 섭취가 용이하기 때문에, 상기 표층해수 또는 해양 심층수를 농축하여 생산된 간수 또는 이 간수에 2가·3가철염을 혼합한 간수에 금속염과 착염을 생성하는 유기산을 공급 하여 착염상태의 간수를 2차 미생물배양조(418)에 공급하는 것도 좋다.
상기 금속염과 착염을 생성하는 유기산은, 상기 표층해수 또는 해양 심층수를 농축하여 생산된 간수 또는 이 간수에 2가·3가철염을 혼합한 간수 100중량부에 구연산(Citric acid), 구연산염(Citrates), 주석산(Tartaric acid), 주석산염(Tartrates), 호박산(Succinic acid), 호박산염(Succinates), 사과산(Malic acid), 사과산염(Malates), 말산(Malic acid), 말산염, 푸마르산(Fumaric acid), 푸마르산염(Fumarate), 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetates), 풀브산(Fulvic acid) 또는 부식산(Humic acid) 중에서 한 종류의 유기산을 10∼60중량부로 첨가하고, 교반·용해하여 미네랄 착염 형태로 만든 간수를 사용한다.
2차 폭기조(414)의 용량은 F/M비(Food/Microorganism ratio)를 0.05∼0.4 범위에서 상기 식(11)에 의해서 결정하며, 깊이는 2∼6m범위로 하며, 2차 침전조(415)의 표면적은 월류부하(Over flow load)를 15∼25(㎥/㎡·일)로 하였을 때와 고형물부하를 60∼90(㎏/㎡·일)로 하였을 때를 고려하여 여유 있는 표면적으로 하고, 조의 깊이는 3∼6m로 한다.
2차 침전조(415)에서 2차 반송펌프(417)에 의해서 2차 폭기조(414)와 2차 미생물배양조(418)로 반송하는 유량은, 2차 폭기조(414) 내에서 MLSS(Mixed liquor suspended solids)의 농도가 2,000∼3,500㎎/ℓ범위가 되게 상기 식(12)에 의해서 결정한다.
2차 미생물배양조(418)에 공급하는 유량도, 전체 반송오니의 유량의 8∼20% 를 공급하고, 2차 미생물배양조(418)의 용량은 체류시간을 0.5∼2일간으로 하고, 2차 생물반응기(419)에도 충전하는 충전물(420)은, 2차 미생물배양조(418)에 공급되는 유량 10㎥/일당 활성부식물질 펠렛드를 5∼10㎏, 활성미네랄성분을 함유한 광물 10∼20㎏, 원적외선을 방사하는 광물 또는 세라믹스 중에서 한 종류를 5∼10㎏, 마이너스이온(Minus ion)을 방사하는 광물 또는 세라믹스 중에서 한 종류를 5∼10㎏을 충전한다.
여기서 전기석과 같이 원적외선과 마이너스이온을 동시에 방사하는 광물을 사용하는 경우는 2차 미생물배양조(418)에 공급되는 유량 10㎥/일당 5∼20㎏을 충전한다.
상기 활성미네랄성분을 함유한 광물은, 유문암(Rhyolite) 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(Pumice), 페그마타이트(Pegmatite) 또는 펄라이트(Perlite) 중에서 한 종류를 사용한다.
송풍기(422)에서 2차 폭기조(414)와 2차 미생물배양조(418)에 공급하는 공기량은, 2차 폭기조(414)와 2차 미생물배양조(418)의 용존산소(Dissolved oxygen) 농도가 2∼4㎎/ℓ가 유지되도록 공급하고, 2차 생물반응기(419) 하부로 공급하는 공기는 폭기강도가 1.5∼3.5N㎥-Air/㎡·시간으로 한다. 송풍기(422)의 토출압력은 조의 수심에 따른 정압두(Static head)와 배관의 마찰손실에 따른 마찰손실두(Friction head)를 고려하여 결정한다.
Ⅴ. 폐수의 최종처리단계
상기 최종생물학처리수조(421)의 처리수에 산화제에 의한 산화, 자외선의 조사, 전해산화 또는 전자선의 조사 중에서 한 종류 이상의 처리방법을 조합한 공정에 의해서 살균처리를 한 후, 모래여과를 하여 부유물질(Suspended solids)을 제거한 다음, 방류한다.
1. 살균공정
상기 최종생물학처리수조(421)의 처리수에 산화제의 주입, 자외선의 조사, 전해산화 또는 전자선의 조사 중에서 한 종류 이상의 처리방법을 조합한 공정에 의해서 살균처리한 후, 모래여과를 하여 부유물질(Suspended solids)을 제거한 다음, 방류한다.
가. 산화제의 주입에 의한 살균
산화제의 주입에 의한 살균은, 최종생물학처리수조(421)의 처리수에 NaClO, ClO2, Cl2, H2O2 또는 O3 중에서 한 종류의 산화제를 산화환원전위(Oxidation-reduction potential) 값이 +700∼+1,100㎷ 범위로 주입하여 30∼60분간 교반반응을 하여 수중의 박테리아 및 바이러스와 같은 미생물을 살균처리한다.
나. 자외선조사(紫外線照射)에 의한 살균
자외선조사에 의한 살균은, 파장이 250∼260㎚의 자외선 살균등으로부터 100∼300 ㎼/㎠·min 범위의 조사량으로 수중에 조사하여 박테리아 및 바이러스와 같은 미생물의 DNA 염기 부분을 변성시켜 생존이 불가능한 상태로 만들어 살균처리를 하게 된다.
다. 전해산화에 의한 살균
전해산화에 의한 살균처리는, 상기 2차 물의 개질공정의 전해산화처리와 동일한 전해산화로 산화환원전위(Oxidation-reduction potential)값이 +700∼+1,100㎷ 범위로 하여 수중의 박테리아 및 바이러스와 같은 미생물을 살균처리한다.
라. 전자선조사에 의한 살균
전자선조사에 의한 살균은, 상기 2차 물의 개질공정의 전자선(Eelectron beam)처리에서와 같이 전자선을 수중에 조사하면 수중에 존재하는 박테리아 및 바이러스와 같은 미생물을 염기배열 그 자체를 파괴하여 살균처리를 하게 된다.
전자선을 조사에 의한 살균은, 상기 2차 물의 개질공정에서 전자선(Eelectron beam)처리에서와 같이 전자선발생장치로부터 0.15∼10MeV 강도(强度)로 전자선의 선양률(線量率)을 0.1KGy/h∼100MGy/h 범위로 물에 조사하여 수중의 미생물을 살균처리한다.
그리고 수중에 산소농도가 높거나 산화제(NaClO, H2O2, O3, ClO2, HClO, Cl2 등)가 존재하는 경우에 살균처리의 효율이 향상되기 때문에 전자선처리 이전에 전 해산화처리나 산화제를 주입하면 살균처리 효율을 더욱더 향상할 수 있으며, 또한 공기(산소)를 공급하여 수중의 용존산소(Dissolved oxygen) 농도를 높게 한 상태에서 전자선을 조사하면 살균처리 효율을 향상할 수 있다.
2. 여과공정
살균처리한 물은 모래여과를 하여 수중의 부유물질(Suspended solids)을 제거한 다음, 방류한다.
모래여과는 여과속도를 6∼10m/시간으로 하고, 여과사(濾過砂)의 유효경(有效徑)은 0.3∼0.45㎜, 균등계수(均等係數)는 2.0 이하로 하며, 여층(濾層)의 두께는 0.5∼1.0m로 한다. 이때 여과압력은 운전조건에 따른 여과기의 압력손실과 배관의 압력손실을 고려하여 결정한다.
그리고 상기 살균과 여과공정은, 수중의 부유물질의 농도가 50㎎/ℓ이하 이면서 살균을 필요로 하지 않은 경우는 생략할 수도 있다.
[실시 예3]
상기 실시 예2의 2차 탈수공정에서 여과된 여액인 저농도폐수를 저농도폐수집수조(300)에 주입하고, 저농도폐수를 저농도폐수이송펌프(301)로 평균 1.01㎥/시간의 유량으로 자속밀도(Magnetic flux density)가 11,200(Gauss)인 Nd-Fe-B 희토류 자석이 설치된 자화기(302)로 보내어 자화처리를 한 다음, 폭 1.45m×길이 1.45m× 높이 1.5m인 스테인리스 철망에 참숯 2.8㎥를 충전한 철망 전극(304)이 내장된 폭 1.6m×길이 1.6m× 높이 1.8m의 스테인리스 탱크로 된 물의 개질조(303)로 보내면서 정전압발생장치(308)로부터 3,500볼트(Volt)의 전압을 철망 전극(304)에 인가(印加)하여 물을 개질처리 하여 1차 폭기조(310)로 보내었다.
이때 물의 핵자기공명(核磁氣共鳴) 17O-NMR의 반치폭(半値幅)을 측정한 결과 도 14" 폐수를 정전압(靜電壓)처리와 자화처리를 하여 물 분자의 집단을 소집단화 처리를 한 물의 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 측정도"에서와 같이 72.5㎐로 처리되었다.
저농도폐수의 1차 생물학처리공정은, (폭 2m×길이 2m× 깊이 4.5m)×4개 조의 콘크리트구조물로 된 1차 폭기조(310), 폭 2m×길이 2m× 깊이 4.5m의 콘크리트구조물로 된 1차 침전조(311), 활성부식물질펠렛트 10㎏, 대사이드질 부석(浮石) 20㎏, 원적외선을 방사하는 세라믹스 10㎏, 마이너스이온을 방사하는 세라믹스 10㎏의 충전물(316)을 직경 1.2m× 높이 2m의 스테인리스 통인 1차 생물반응기(315)에 충전한 것을 폭 2m×길이 2m× 깊이 4.5m의 콘크리트구조물에 설치한 1차 미생물배양조(314)로 구성하였다.
상기 물의 개질조(303)에서 개질처리한 폐수를 1차 폭기조(310)의 첫 번째 조로 공급하고, 송풍기(422)로부터 공기를 용존산소(Dissolved oxygen)의 농도가 2∼3㎎/ℓ범위가 유지되게 폭기를 하면서 1차 침전조(311)로 보내어 침전조 상부로 월류(Over flow)하는 처리수는 최종생물학처리수조(421)로 보내고, 침전조 하부로 침전된 오니는 1차 반송펌프(313)로 0.2㎥/시간의 유량은 1차 미생물배양조(314)로 보내면서 해양 심층수를 보메도 비중을 32∼34°Be까지 농축하여 소금을 생산하면 서 부산물로 생산된 간수 100중량부에 구연산을 40중량부로 혼합하여 착염 상태로 만든 간수를 10㏄(13g)/분의 유량으로 공급하고, 0.3㎥/시간의 유량은 1차 폭기조(310)의 첫 번째 조로 반송하면서 운전하였을 때 1차 침전조(311)를 월류하여 최종생물학처리수조(421)로 이송된 것을 모래여과탑으로 보내어 여과한 처리수의 분석치는 다음 표 6의 내용과 같았다. 이때 발생하는 잉여오니 3.2㎥/일은 고온호기성소화조(200)에 종오니 용으로 보내면서 나머지는 탈취처리단계의 생물탈취탑(601)으로 보냈다.
표5 집수조에 유입된 폐수의 성분 분석치
| 항목 | SS | CODMn | BOD5 | T-N | T-P |
| 농도(㎎/ℓ) | 34 | 42 | 23 | 3.3 | 2.2 |
1차 생물학처리에서 처리수의 수질이 배출기준치 기준치 이내로 처리되었기 때문에 2차 생물학처리는 생략하였다.
상술한 실시 예3에서 보는 바와 같이 종래의 축산분뇨를 2 단계이상의 생물학 처리를 한 처리수에 비해서 처리효율이 월등히 높은 것을 알 수 있다.
상기 실시 예3에서 보는 바와 같이 저농도폐수집수조(300)에 유입되는 폐수의 오염부하가 낮아, 저농도폐수의 1차 생물학처리단계에서 처리된 1차 생물학처리수의 수질이 방류기준치 이하로 처리되는 경우는, 저농도폐수의 2차 생물학처리단계의 처리를 생략하고, 저농도폐수의 1차 생물학처리단계의 1차 침전조(311)에서 월류(越流)되는 월류수인 1차 생물학처리수를 최종생물학처리수조(421)로 보내어 살균 및 여과처리한 다음, 방류한다.
Ⅵ. 퇴비화단계
1. 혼화공정
1차 및 2차 탈수공정에서 탈수처리된 탈수케이크가 혼화기(500)에 공급되면 혼화기믹서(501)로 교반하면서 수분조절제(팽윤제)를 주입하여 함수율이 60∼65wt%로 혼합하여 혼화한 다음, 발효조공급컨베이어(502)에 의해서 퇴비화공정의 발효조(503)로 보낸다. 이때 필요에 따라서는 수분조절제와 토양개량제를 함께 주입하여 혼화한 다음, 발효조공급컨베이어(502)에 의해서 퇴비화공정의 발효조(503)로 보낸다.
상기 수분조절제(팽윤제)는, 톱밥, 왕겨, 볏짚, 보릿짚, 밀짚, 수피, 부엽토(腐葉土), 코코넛 피트 또는 이탄(泥炭) 중에서 한 종류 또는 한 종류 이상 혼합한 수분조절제 100중량부에 디메틸 아미노 에틸 메타크리레이트(Dimethyl amino ethyl methacrylate), 디에틸아미노에틸메타크리레이트(Diethyl amino ethyl methacrylate), 디에틸 아미노-2-히드록시 프로필 메타크리레이트(Diethyl amino-2-hydroxypropyl methacrylate), 디메틸 아미노 프로필 메타크리레이트(Dimethyl amino propyl methacrylate), 디에틸아미노에틸메타크릴아미드(Dimethyl amino ethyl methacrylamide), 알긴산 나트륨(Sodium alginate), 폴리 아크릴산(Poly acrylic acid) 계, 폴리 N－비닐아세트아미드(Poly N-vinylacetamide)계, 전분, 히드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose), 알긴산(Alginic acid), 히알루론산(Hyaluronic acid), 폴리 글루탐산(Polyglutamic acid), 키토산(Chitosan), 리그닌(Lignin), 폴 리리신(Polylysine), 견(絹)피브로인(Fibroin), 카세인(Casein), 셀룰로오스 글리콜산(Cellulose Glycolic acid), 콜라겐(Collagen), 젤라틴(Gelatin), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 폴리 아크릴 아미드(Polyacrylamide), 폴리 비닐피로리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리 하이드록시에틸메타크릴레이트(Polyhydroxyethyl methacrylate), 폴리 비닐메틸에테르(Poly vinylmethylether), 폴리 이소부틸렌-말레산(Poly isobutylene-maleic acid), 폴리 2-아크릴 아미도-메틸-1-프로판술폰산(Poly 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid), 2-아크릴 아미도-2-메틸프로판 술폰산(2-Acrylamido-2-methyl Propanesulfonic Acid), 폴리비닐 포스폰산(polyvinyl phosphonic acid), 폴리 메타크릴로일옥시에틸 4급화염화암모늄(Poly methacryloyloxyethyl quaternary ammonium chloride), 폴리 4-비닐피리딘(Poly 4-vinylpyridine), N-N-디메틸-N-(3-아크릴 아미드 프로필)-N-(카르복시메틸) 암모늄[N-N-Dimethyl-N-(3-acrylamidepropyl)-N-(carboxymethyl) ammonium], 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol), 폴리 디옥소란(Poly dioxolane) 또는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)과 같은 친수성폴리머(Polymer), 이들 폴리머의 금속염 또는 에스테르(Ester) 중의 한 종류 또는 한 종류이상 배합한 첨가제를 0.1∼2중량부로 혼합하여 사용한다.
상기 친수성폴리머인 첨가제를 톱밥, 왕겨, 볏짚, 보릿짚, 밀짚, 수피, 부엽토(腐葉土), 코코넛 피트 또는 이탄(泥炭)에 혼합한 수분조절제의 경우, 친수성폴리머는 1중량부에 600∼800 중량부의 수분을 흡착하기 때문에 수분조절제의 사용량을 절감할 수 있는 특징이 있으며, 또한, 토양에서 흡습성과 통기성이 우수하면서 토양의 입단구조를 단립화(團粒化)를 함으로 토양개량제의 역할을 하는 특징도 있다.
상기 수분조절제는, 톱밥, 왕겨, 볏짚, 보릿짚, 밀짚, 수피, 부엽토, 코코넛 피트 또는 이탄은 흡수성이 우수하면서 C/N(Carbon/Nitrogen)비가 60 이상 되는 것을 사용한다.
토양개량제는, 수분조절제와 유입되는 유기성폐기물을 합한 량의 100중량부에 천매암(千枚岩, Phyllite), 황토(黃土), 질석(蛭石, Vermiculite), 일라이트(Illite), 고령토(Kaolin), 제올라이트(Zeolite), 진주암(Perlite), 벤토나이트(Bentonite), 스멕타이트(Smectite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 개울바닥 흙 또는 점토함량이 25% 이상 되는 산 흙 중에서 한 종류이상 혼합한 것을 10∼40중량부로 혼합하여 사용한다.
유기성폐기물의 C/N비는, 돈분의 경우는 8∼12, 계분(鷄糞)은 8.4, 음식물쓰레기는 9∼20이며, C/N비가 너무 낮으면 NH3가스가 발생하여 악취발생을 유발하면서 질소성분이 유실되며, 반면에 질소의 함량이 낮아 C/N비율이 50 이상일 때에는 미생물활동이 원활하지 못하여 퇴비화 속도가 느려지면서 온도가 하강하므로 C/N 비율을 30∼50 범위로 조정한다.
특히 CEC(Cation exchange capacity) 값이 천연 제올라이트는 100∼150meq/100g, 몬모릴로나이트는 50∼115meq/100g, 질석은 80∼150meq/100g, 일라이트는 25∼40meq/100g, 벤토나이트는 90∼120meq/100g, 스멕타이트는 80∼ 150meq/100g로 양이온을 흡착 보존하는 능력이 우수하여 보비력(保肥力)이 높은 특성이 있다.
2. 발효공정
1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수된 탈수케이크를 퇴비로 처리하는 경우 양질의 퇴비를 생산하기 위해서 중요한 부분이 발효공정이다.
1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수된 탈수케이크와 첨가제 및 수분조절제(팽윤제)가 혼화기(500)에서 혼화하여 발효공정의 발효조(503)에 공급되면, 우선 분해가 용이한 유기물이 CO2, H2O, NH3와 같은 간단한 무기물로 분해되면서 반응열에 의해서 온도가 60∼70℃로 올라가면 고온성미생물(Themophilic bacteria)이 생육하면서 잡균, 해충의 알과 잡초의 씨앗 등이 사멸처리된다. 분해가 용이한 유기물이 소멸(消滅) 되어 온도가 떨어지면 중온성미생물(Mesophilic Bacteria)이 생육하면서 발효·숙성이 되어 퇴비가 생산된다.
퇴비화공정에서 제일 중요한 부분이 중온성토양미생물(Mesophilic soil microbes)에 의한 발효·숙성공정으로, 이때 작용하는 중온성토양미생물은 바실루스 미코이데스(Bacillus mycoides), 바실루스 루테우스(Bacillus luteus)와 같은 간균류(桿菌類), 소랑기움 켈룰로숨(Sorangium cellulosum)과 같은 점액세균, 아스페르길루스 니제르(Aspergillus niger, 黑麴菌)와 같은 곰팡이류 등과 같은 폴리페놀성화합물(Polyphenolic compounds)을 대사산물(代謝産物)로 배설하여 부식물질 (腐植物質)을 생성하는 부식화미생물과 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.)과 같이 생리적 활성물질인 비타민류(Vitamins)를 대사산물로 배설하는 미생물, 푸사리움 속(Fusarium sp.)과 같이 옥신(Auxin)과 같은 성장촉진제인 호르몬류(Hormons)를 배설하는 미생물, 방선균(Actinomycete)과 같이 항생물질을 배설하는 미생물, 무코르 종(Mucor sp.), 페니실리움 종(Penicillium sp.), 푸사리움 종(Fusarium sp.)과 같은 곰팡이류와 같은 부식화 미생물과 공생관계(Symbiotic relationship)에 있는 미생물들에 의해서 식물의 성장에 유용한 물질이 다량 함유한 퇴비가 생산되어야만 양질의 퇴비가 될 수 있다.
상기와 같은 토양미생물은 세포질(Cytoplasm) 또는 세포벽(Cell wall)에 미네랄 함량이 높은 특성이 있으며, 이들 미생물은 흡수가 용이한 미네랄성분이 충분히 공급되었을 때 활발한 대사활동을 하는 특성이 있다. 이와 같은 토양미생물을 수중에서 흡수가 용이한 미네랄을 충분히 공급하여 생육을 활발하게 하는 방법을 BMW(Bacteria-Mineral-Water system)라 하여, 토양미생물을 이용한 공정에 다양하게 이용되고 있다.
상기 토양개량제(Soil conditioner)로 사용하는, 천매암(Phyllite), 황토(Loess), 질석(Vermiculite), 일라이트(Illite), 고령토(Kaolin), 제올라이트(Zeolite), 진주암(Perlite), 벤토나이트(Bentonite), 스멕타이트(Smectite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 개울바닥 흙 또는 산 흙은 토양미생물에 미네랄공급이 용이한 특성이 있다.
수평형 혼화기(500)에서 혼화된 탈수케이크가 발효공정의 개방·직선형(開放 ·直線型) 발효조(503)에 공급되면 발효조믹서(504)로 30∼50일간 1∼3회/일로 뒤집기를 하면서 호기성발효를 하여 숙성(熟成)된 완숙퇴비는 삽차(Poclain: 505)로 완숙퇴비투입호퍼(506)에 주입한 다음, 이물질선별기(507)로 보내어 이물질을 분리 제거한 완숙퇴비는 완숙퇴비반송컨베이어(508)에 의해서 발효조(503) 전단으로 유입되는 유기성폐기물의 탈수케이크와 팽윤제를 혼합한 양을 기준으로 20∼50%를 반송하고, 나머지 완숙퇴비는 완숙퇴비이송컨베이어(509)에 의해서 완숙퇴비저장설비 또는 포장설비공정으로 보내어 포장 후 제품화한다.
탈수케이크의 처리용량이 적은 경우는, 완숙퇴비반송컨베이어(508)를 생략하고, 완숙퇴비를 삽차(505)를 이용하여 발효조(503) 전단으로 반송할 수도 있다.
발효조(503)에서 배출되는 침출수가 침출수저장조(510)에 유입되면 침출수이송펌프(511)로 발효조(503)의 고온부에 온도조절용으로 반송살포하고, 남는(잉여) 침출수는 폐수처리단계의 저농도폐수집수조(300)로 보낸다.
1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수된 탈수케이크가 발효조(503)에 유입되어 발효조믹서(504)로 뒤집기를 하면 호기성미생물에 의해서 분해가 용이한 단순 단백질(Simple protein), 탄수화물(Carbohydrate) 등이 간단한 CO2, H2O, NH3 등의 무기물로 분해되면서 반응열로 인하여 발효 3∼4일 후에는 온도가 60∼70℃로 올라가면 바실루스 스테아로써모필루스(Bacillus stearothermphilus), 바실루스 써모레오보란스(Bacillus thermoleovorans), 클로스트리디움 데르모켈룸(Clostridium thermocellum), 클로스트리디움 데르모삭카롤리티쿰(Clostridium thermosaccharolyticum), 클로스트리디움 테르모아케티쿰(Clostridium thermoaceticum), 클로스트리디움 데르모히드로켈푸리쿰(Clostridium thermohydrosulfuricum), 락토바실루스 써모필루스(Lactobacillus thermphilus), 스트렙토코쿠스 써모필루스(Streptococcus thermphilus), 스트렙토미세스 써모필루스(Streptomyces thermphilus) 등의 고온성미생물이 생육하면서 잡균(雜菌), 해충(害蟲)의 알과 잡초(雜草)의 씨앗 등이 사멸처리된다. 이때 온도가 70℃ 이상에서 장시간 지속 되면 중온성미생물이 사멸되어 후속처리인 중온발효(中溫醱酵)가 원활하게 진행되지 않아 완숙된 퇴비화가 되지 않기 때문에 발효조(503)에서 침출수저장조(510)에 배출된 침출수를 침출수이송펌프(511)로 발효조(503)의 고온부에 살포하여 온도가 60∼70℃가 유지되도록 하면서, 남는 침출수는 폐수처리공정의 폐수 집수조(30)로 보낸다.
발효조(503)에서 원활한 발효·숙성이 일어나게 하기 위해서는, 완숙퇴비의 일부를 완숙퇴비반송컨베이어(508) 또는 삽차(505)로 발효조(503) 전단으로 종 미생물용으로 유입되는 유기성폐기물의 탈수케이크와 수분조절제를 합한 량의 20∼50wt%를 반송할 필요가 있다.
상기 발효조믹서(504)는, 로터리형(Rotary type), 스쿠프형(Scoop type), 스크루형(Screw type), 크레인형(Crane type), 스크루·오거형(Screw·auger type), 캐터필러(Caterpillar)를 장비한 자주식 교반형(Self-propelled mixing type) 또는 버킷로더 교반형(Bucket loader mixing type) 중에서 한 종류를 사용할 수 있다.
그리고 상기 개방·직선형(開放·直線型) 발효조(503) 이외의 개방식원형형 발효장치(開放式円形型醱酵裝置), 개방식회행형발효장치(開放式回行型醱酵裝置), 개방식교반발효장치(開放式攪拌醱酵裝置), 개방식종형발효장치(開放式縱型醱酵裝置), 개방식횡형발효장치(開放式橫型醱酵裝置), 엔드리스 스쿠프형(Endless Scoop type) 발효장치, 상형통기발효장치(箱形通氣醱酵裝置), 로터리 킬른식(Rotary kiln type)밀폐횡형발효장치(密閉橫型醱酵裝置), 밀폐식종형발효장치(密閉式縱型醱酵裝置), 밀폐형다단식종형발효장치(密閉型多段式縱型醱酵裝置) 등의 발효장치를 이용하여 발효를 할 수도 있으며, 본 발명에서 발효조(503)의 형태에는 특별히 제한하지는 않는다. 밀폐식종형발효장치, 개방식종형발효장치 등을 적용하는 경우는 고온발효 부분과 중온발효 부분을 분리하여 설비하는 것이 바람직하다.
처리용량이 작거나 악취발생을 줄이기 위해서 밀폐식 수직형 발효장치에 의해서 발효숙성을 하여 퇴비화를 하는 경우는 도 10 "수직형 발효기에 의한 퇴비화공정도"에서와 같이, 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수된 탈수케이크와 수분조절제(팽윤제)가 혼화기(500)에서 혼화한 것을 고온발효기공급컨베이어(512)에 의해서 고온발효기(513)에 공급하고, 고온 발효장치 믹서(514)로 교반을 하면서 분해가 용이한 유기물이 CO2, H2O, NH3와 같은 간단한 무기물로 분해되면서 반응열에 의해서 온도가 60∼70℃로 올라가면 고온성미생물(Themophilic bacteria)에 의해서 고온 발효를 한 다음, 중온발효기공급컨베이어(515)에 의해서 중온발효기(516)로 보낸다.
상기 고온발효기(513)에서 고온발효를 하여 중온발효기(516)에 공급되면, 중 온발효기 믹서(517)로 교반을 하면 분해가 용이한 유기물이 소멸(消滅) 되어 온도가 떨어지면 중온성미생물(Mesophilic Bacteria)이 생육하면서 발효·숙성된 완숙퇴비는 이물질선별기공급컨베이어(518)에 의해서 이물질 선별기(507)로 보내어 이물질을 선별한 다음, 완숙퇴비이송컨베이어(509)에 의해 완숙퇴비 저장설비로 보내었다가 포장하여 제품으로 출하한다.
그리고 퇴비화처리 용량이 적은 경우에는 도 11"수직형과 직선형을 조합한 발효기에 의한 퇴비화공정도"에서와 같이 혼화공정의 혼화기(500)를 생략하고, 혼화기(500)와 고온발효기(513)의 기능을 합한 혼화 및 고온발효기믹서(520)가 내장된 혼화 및 고온발효기(519)에 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수된 탈수케이크를 주입하고, 토양개량제와 수분조절제를 상기에서 혼화기(500)에서와 동일한 방법으로 주입하고, 혼화 및 고온발효기믹서(520)로 교반하면서 4∼6일간 혼화 및 고온발효를 한 다음, 중온발효기공급컨베이어(515)로 발효장치(503)로 보내어 발효장치 믹서(504)로 25∼50일간 1∼3회/일로 뒤집기를 하면서 호기성발효를 하여 숙성(熟成)된 완숙퇴비는 삽차(Poclain: 505)로 완숙퇴비투입호퍼(506)에 주입한 다음, 이물질선별기(507)로 보내어 이물질을 분리 제거한 완숙퇴비는 완숙퇴비반송컨베이어(508) 또는 삽차(505)로 발효조(503) 전단으로 유입되는 유기성폐기물의 탈수케이크와 팽윤제를 혼합한 양을 기준으로 20∼50%를 반송하고, 나머지 완숙퇴비는 완숙퇴비이송컨베이어(509)에 의해서 완숙퇴비저장설비 또는 포장설비공정으로 보내어 포장 후 제품화한다.
이때도 발효조(503)에서 침출수저장조(510)로 배출되는 침출수는 침출수이송 펌프(511)로 발효조(503)의 전단에 살포하고, 남는 침출수는 저농도폐수의 1차 생물학처리 단계의 저농도폐수집수조(300)로 보내고, 또한, 발효조(503)에서 원활한 발효·숙성이 일어나게 하기 위해서는, 완숙퇴비의 일부를 완숙퇴비반송컨베이어(508) 또는 삽차(505)로 발효조(503) 전단으로 종미생물용으로 유입되는 유기성폐기물의 탈수케이크와 수분조절제를 합한 량의 20∼50wt%를 반송할 필요가 있다.
퇴비화용량이 작은 경우, 악취발생을 효율적으로 관리하기 위해서는, 도 12" 퇴비회화용량이 작은 용량의 경우 수직형 발효기에 의한 퇴비화공정도"에서와 같이 혼화공정의 혼화기(500)를 생략하고, 혼화기(500)와 고온발효기(513)의 기능을 합한 혼화 및 고온발효기믹서(520)가 내장된 혼화 및 고온발효기(519)에 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수된 탈수케이크를 주입하고, 토양개량제와 수분조절제를 상기에서 혼화기(500)에서와 동일한 방법으로 주입하고, 혼화 및 고온발효기믹서(520)로 교반하면서 4∼6일간 혼화 및 고온발효를 한 다음, 중온발효기공급컨베이어(515)로 중온발효기(516)에 공급하여, 중온발효기 믹서(517)로 교반을 하면 분해가 용이한 유기물이 소멸(消滅) 되어 온도가 떨어지면 중온성미생물(Mesophilic Bacteria)이 생육하면서 발효·숙성된 완숙퇴비는 이물질선별기공급컨베이어(518)에 의해서 이물질 선별기(507)로 보내어 이물질을 선별한 다음, 완숙퇴비이송컨베이어(509)에 의해 완숙퇴비 저장설비로 보내었다가 포장하여 제품으로 출하한다. 이때 퇴비화용량이 커서 혼화 및 고온발효기(519)와 중온발효기(516)의 직경이 10mφ이상 되는 경우는 2단 이상의 다단을 설치한다.
상기 발효공정에서 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수된 탈수케이크가 발효되어 퇴비가 생성되는 반응 메커니즘(Mechanism)을 고려하면 다음과 같다.
유기물질 ―토양미생물(부식화 미생물)→ 폴리페놀성화합물(대사산물) + CO2 + H2O + Energy …………………………………………………………………(25)
폴리페놀성화합물 + 공기(O2) ―산화효소→ 퀴논화합물 + H2O2 …(26)
퀴논화합물 + 난분해성유기물(리그닌, 셀룰로오스, 타닌 등) + 휘발성물질(NH3, H2S, 메르캅탄류, 다이메틸설파이드 …등) ―중축합반응→ 부식전구물질(腐植前驅物質) ………………………………………………………………………(27)
부식전구물질 + 부식화미생물과 공생미생물(Penicillium sp., Pseudomonas sp. … 등) → 부식물질 + 생리적 활성화물질인 비타민류 + 성장촉진물질인 호르몬 + 항생물질 (완숙퇴비) …………………………………………………………(28)
[실시 예4]
상기 실시 예1의 원심탈수기에서 함수율이 73.5wt%로 탈수된 케이크 1.2톤/일과 실시 예2의 필터 프레스 탈수기에서 함수율이 74.2wt%로 탈수된 케이크 4.7톤/일을 혼화기(500)에 주입하고, 패들형(Paddle type)의 혼화기믹서(501)로 8rpm의 회전속도로 교반하면서, 함수율이 27wt%인 톱밥 100중량부에 양이온성폴리아크릴 아미드(Polyacrylamide) 0.2중량부로 혼합한 것을 1.4톤/일로 주입하고 혼합하면서 토양개량의 목적으로 벤토나이트를 1.5톤/일을 주입하여 혼합한 다음, 도 9" 직선형 발효조에 의한 퇴비화공정도"와 같은 퇴비화공정의 직선형 발효조(503)에 공급하고 로터리 믹서형(Rotary mixer type)의 발효조(504)로 1일 2회 뒤집기를 하면서 완숙퇴비를 만들었다.
본 실시 예4에서 만든 완숙퇴비를 배추에 기비(基肥)와 추비(追肥)로 시비(施肥)하여 재배한 상태는 도 15에서와 같이 양호하게 재배되었으며, 수확량이 일반퇴비를 기비로 시비하고, 화학비료로 재배한 배추에 비해서 수확량이 14.8% 정도 많았다.
Ⅶ. 탈취처리단계
1. 생물학적 탈취공정
축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 유기성폐기물은 미생물에 의해서 쉽게 분해될 수 있는 탄수화물(Carbohydrate), 단순단백질(Simple protein) 등이 CO2, H2O와 같은 간단한 무기물로 분해되면서 NH3, H2S, 메르캅탄류(Mercaptans, Thiols), 휘발성아민류(Light amines), 인돌류(Indole), 스카톨(Skatole)과 같은 휘발성악취발생물질이 발생하면서 악취가 발생하게 된다.
본 발명에서는 상기 유기성폐기물의 전처리 단계, 고농도폐수의 처리단계, 저농도폐수의 1차 생물학처리단계, 저농도폐수의 2차 생물학처리단계와 퇴비화단계의 악취물질이 발생하는 지점에서 악취물질을 악취물질흡입송풍기(600)로 흡입하여 충전물(602)이 충전된 생물탈취탑(601) 하부로 공급하고, 저농도폐수의 1차 생물학처리단계와 저농도폐수의 2차 생물학처리단계에서 배출되는 잉여오니를 고온호기성 소화조(200)로 보내면서 나머지 전량을 생물탈취탑(601) 상부로 보낸다.
그리고 미생물 먹이로, 저농도폐수집수조(300)에 유입된 폐수 0.2∼0.5%를 상기 잉여오니와 함께 생물탈취탑(601)으로 보낸다.
이때도 미생물의 생육을 활발하게 하기 위해서 상기 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 보메도 비중이 32∼34°Be 범위로 농축하여 소금을 석출하면서 생산된 간수(Bittern)를 생물탈취탑(601)에 보내는 폐수의 0.01∼0.03% 범위로 생물탈취탑(601)에 공급한다. 또한, 상기 간수에 2가·3가철염을 총철농도(Total-Fe)가 100∼500㎎/ℓ농도로 혼합한 간수를 사용할 수도 있다.
그리고 상기 간수 또는 2가·3가철염을 혼합한 간수에 100중량부에 구연산(Citric acid), 구연산염(Citrates), 주석산(Tartaric acid), 주석산염(Tartrates), 호박산(Succinic acid), 호박산염(Succinates), 사과산(Malic acid), 사과산염(Malates), 말산(Malic acid), 말산염, 푸마르산(Fumaric acid), 푸마르산염(Fumarate), 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetates), 풀브산(Fulvic acid) 또는 부식산(Humic acid) 중에서 한 종류의 유기산을 10∼60중량부로 첨가하고, 교반·용해하여 미네랄 착염 형태로 만든 간수를 사용할 수도 있다.
생물탈취탑(601)에 충전하는 충전물(602)은 유문암(Rhyolite), 대사이드(Dacite), 페그마타이트(Pegmatite), 화강암(Granite) 또는 천매암(Phyllite) 중 에서 한 종류의 쇄석(碎石) 또는 목재 칩(Wood chip) 중에서 한 종류의 충전물(602)을 가스의 접촉시간이 1.2∼2초의 범위가 되도록 충전한다.
생물탈취탑(601)은 악취물질흡입송풍기(600)에서 악취물질의 질량속도(G)와 생물탈취탑순환펌프(603)에서 공급하는 흡수액과 용수(L, 미생물배양조의 배양액)의 질량속도 비(L/G)가 0.2∼0.6의 범위가 되게 하며, 탑의 면적을 결정은, 충전물(602)의 종류에 따른 익류점(Flooding point)과 로딩점(Loading point)을 고려하여 결정하는 것이 원칙이지만, 일반적으로 탑의 면적은 가스의 유속이 0.15∼0.3m/초의 범위로 하고, 접촉시간은 1.5∼2초 범위로 하며, 흡수액은 질량속도 비(L/G)가 0.2∼0.6의 범위로 하면 무난하다.
그리고 생물탈취탑(601)의 하부에 순환액(생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니)의 저장용량은 생물탈취탑순환펌프(603)의 펌핑유량을 기준으로 체류시간이 10∼30분이 되도록 한다.
상기 탈취처리공정에서 악취물질이 제거되는 메커니즘을 설명하면 다음과 같다.
상기 저농도폐수의 생물학처리단계에서 배출되는 잉여오니에는 유기물을 섭취하여 폴리페놀화합물을 대사산물로 배설하여 부식물질을 생성하는 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물이 함유되어 있기 때문에 NH3, H2S, 메르캅탄류(Mercaptans, Thiols), 휘발성아민류(Light amines), 인돌류(Indole), 스카톨(Skatole)과 같은 휘발성악취발생물질을 비휘발성의 거대 고분자물질인 부식물질 로 전환하여 악취발생물질을 1차 제거한다.
유기물 + 공기(O2) ―부식화미생물→ 폴리페놀화합물(미생물 대사산물) + CO2 + H2O ……………………………………………………………………………(29)
상기 폴리페놀화합물은 공기 중에서 폴리페놀옥시다아제(Polyphenol oxidase)와 같은 산화효소의 촉매반응에 의해서 퀴논화합물을 생성한다.
폴리페놀화합물 + 공기(O2) ―산화효소(Oxidase)→ 퀴논화합물 + H2O2…(30)
상기 퀴논화합물은 생물학적으로 비휘발성물질인 부식전구물질(腐植前驅物質)을 생성하면서, 이때 악취발생물질인 휘발성의 NH3, H2S, 메르캅탄류, 휘발성아민류, 인돌류, 스카톨과 같은 악취물질과 중·축합반응을 하여 비휘발성의 부식전구물질로 전환되면서 악취발생이 억제하게 된다. 그리고 부식전구물질은 시간이 경과하면서 부식화미생물 및 이들 미생물과 공생관계에 있는 토양 미생물에 의해서 안정된 부식물질로 전환하게 된다.
퀴논화합물 + 휘발성유기물(NH3, H2S, 메르캅탄류, 휘발성아민류, 인돌류, 스카톨과 같은 악취발생물질) ―중·축합반응→ 부식전구물질(비휘발성물질)→→…→ 부식물질 ………………………………………………………………………(31)
2. 화학적 탈취공정
상기 생물학적 탈취처리에 의해서 1차 탈취처리한 탈취가스는 산과 산화제에 의한 화학적 탈취에 의해서 탈취처리를 한다.
상기 생물학적 탈취공정에서 1차 탈취처리된 탈취가스를 화학탈취탑공급송풍기(604)로 화학탈취탑(605) 하부로 공급하고, 화학탈취액저장조(608)의 화학탈취액을 화학탈취탑순환펌프(609)로, 충전물(606)이 2단으로 충전된 화학탈취탑(605) 충전물(606) 중간 단으로 반송하고, 충전물(606) 상단으로는 용수와 함께 공급하여 화학탈취탑(601) 하부에서 상승하는 악취가스와 충전물(606)에서 향류접촉(向流接觸)하도록 하여 악취성분을 제거한다. 이때 악취물질이 제거되는 반응메커니즘은 다음과 같다.
1) 산에 의한 탈취반응
NH3 + H2SO4 → NH4HSO4 ………………………………………………………(32)
2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 ……………………………………………………(33)
(CH3)3N + H2SO4 → (CH3)3N·H2SO4 …………………………………………(34)
2) 산화제에 의한 탈취반응
2NaOCl+ H2SO4 → Na2SO4 + HClO ……………………………………………(35)
H2S + 4HClO → H2SO4 + 4HCl ………………………………………………(36)
H2S + HClO → H2O + S + HCl ………………………………………………(37)
2NH3 + 3HClO → N2↑ + 3HCl + 3H2O ………………………………………(38)
(CH3)3N + HClO → (CH3)3NO·HCl …………………………………………(39)
CH3SH + 3NaOCl → CH3SO3H + 3NaCl …………………………………………(40)
(CH3)2S + 3HClO → (CH3)2SO3 + 3HCl ………………………………………(41)
(CH3)2S2 + 2HClO → (CH3)2S2O2 + 2HCl ………………………………………(42)
화학탈취액저장조(608)의 화학탈취액은, 과산화수소(H2O2), 차아염소산소다(NaClO), 이산화염소(ClO2), 오존(O3) 또는 염소(Cl2) 중에서 한 종류에 수소이온농도지시제어스위치(pH indicating control switch, pHIS)를 조정하여 pH를 1∼3의 범위로 황산을 공급한 산화제를 산화환원전위지시제어스위치(Oxidation-reduction potential indicating control switch, ORPIS)를 조정하여 산화환원전위 값이 +800∼+1,100㎷ 범위로 주입한다.
그리고 화학탈취탑순환펌프(609) 토출부에서 배출되는 배출수는 pH조정공정으로 보내어 중화제로 이용한다.
화학탈취탑(605)에 충전하는 충전물(606)의 재질은 내식성이 있는 스테인리스강(Stainless steel), 자기(Porcelain), PVC(Polyvinylchloride), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), ABS수지(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 아크릴수지(Acrylic resin), 에보나이트(Eebonite) 또는 베이클라이트(Bakelite) 중에서 한 종류의 라시히링(Raschig ring), 폴링(Pall Ring), 라프락스링(Raflux ring), 레싱링(Lessing Ring), 십자분할링(Cross partition ring), 새들형(Saddle type) 또는 볼형(Ball type) 중에서 한 종류를 가스의 접촉시간이 1.2∼2초의 범위가 되도록 충전한다.
화학탈취탑(605)은 화학탈취탑공급송풍기(604)에서 악취가스의 질량속도(G)와 화학탈취탑순환펌프(609)에서 공급하는 흡수액과 용수(L)의 질량속도 비(L/G)가 0.2∼0.6의 범위가 되게 하며, 탑경(塔徑)은 충전물(606)의 종류에 따른 익류점(Flooding point)과 로딩 점(Loading point)을 고려하여 결정하는 것이 원칙이지만, 일반적으로 탑의 면적은 가스의 유속이 0.15∼0.3m/초의 범위로 하면 무난하다.
화학탈취액저장조(608)의 용량은 화학탈취탑순환펌프(609)의 펌핑유량을 기준으로 체류시간이 20∼30분이 되도록 한다.
그리고 분뇨처리에서와 같이 생물학적 탈취처리만으로도 악취가 완벽하게 제거되는 경우에는 화학적 탈취공정을 생략하여도 상관이 없다.
[실시 예5]
폭 2m×길이 2m× 깊이 4.5m 크기의 콘크리트구조물로 된 생물탈취탑(601)에 4∼8㎝φ의 천매암 쇄석 14㎥을 충전물(602)을 충전하고, 생물탈취탑(601)에 폐수처리단계의 생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니 1.2∼2㎥/일(고온호기성소화조에 공급되는 잉여오니 이외 나머지 전량)과 범위로 공급하고, 저농도폐수집수조(300)의 폐수를 저농도폐수이송펌프(301)로 자화기302)로 보내면서 3ℓ/시간의 유량을 생물탈취탑(601)에 공급하면서, 실시 예3에서 1차 미생물배양조(314)에 공급하는 간수 15㏄/일(양이 적에 1일 1회씩 수동으로 주입함)주입하고, 생물탈취탑순환펌프(603)로부터 생물탈취탑(601)의 하부에 저장된 순환액(생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니)을 생물탈취탑(601)에 충전된 충전물(602) 상부로 3㎥/시간의 유량으로 공급살포하면서, 축산분뇨 투입구, 고온호기성소화조(200), 중온호기성소화조(201), 퇴비화공정의 발효조(503), 폐수단계의 저농도폐수집수조(300), 1차 폭기조(310), 1차 미생물배양조(314) 등의 악취물질이 발생할 수 있는 지점에서 악취물질흡입송풍기(600)로부터 38N㎥/분의 유량으로 생물탈취탑(601) 하부로 공급하면서 생물학 탈취처리를 하면서 배기 되는 가스 중에서 축산분뇨의 대표적인 악취물질인 암모니아(NH3)와 황화수소(H2S)의 농도를 측정하였는데, 암모니아 농도는 0.8∼1.2ppm 범위로 측정되었으며, 황화수소의 농도는 0.2∼0.3ppm으로 환경배출기준치 이내로 처리가 되었으며, 그리고 10인의 패널리스트(Panelist)로 하여금 악취의 정도를 설문조사한 결과 다음 표6과 같이 응답하였다.
표 6, 10인의 패널리스트로 하여금 생물탈취탑에서 배기 되는 배기가스의 악취 정도에 대한 응답
| 구분 | 악취가 매우 심하다. | 악취가 다소 심하다. | 악취가 약간 느낄 정도다. | 악취가 거의 느낄 수 없다. | 악취를 전혀 느낄 수 없다. |
| 응답자 수(인) | - | - | - | 2 | 8 |
상기 실시 예5에서와 같이 축산분뇨의 경우 생물학탈취처리만으로도 거의 완벽한 탈취를 할 수 있었다. 그래서 화학적 탈취는 실시하지 않았다.
상기 암모니아 농도의 측정은, 돈사에 설치된 이온전극방식에 의한 암모니아 측정기를 이용하여 측정하였다. 이온전극방식에 의한 암모니아 측정은, 암모늄 이온(NH4 +)은 알칼리 영역에서 암모니아 가스(NH3)로 변환하며, 암모니아 가스는 암모 니아 투과 막을 통해서 전극 내부로 들어가서 암모니아 가스의 농도에 따라서 용해액의 pH를 변화시키며, 격막식 암모니아 전극은 이 pH 변화를 측정하여 암모니아 농도를 측정한다.
그리고 황화수소의 농도는, 격막갈바니전지식(Diaphragm galvanic cell type) 측정기를 이용하여 측정하였다.
도 1은 유기성폐기물의 처리공정도
도 2는 퇴비화공정도
도 3은 탈취처리공정도
도 4는 유기성폐기물의 전처리 공정도
도 5는 탈수여액인 고농도폐수의 연속처리공정도
도 6은 탈수여액인 고농도폐수의 회분식 처리공정도
도 7은 저농도폐수의 1차 생물학처리공정도
도 8은 저농도폐수의 2차 생물학처리공정도와 폐수의 최종처리공정도
도 9는 직선형 발효조에 의한 퇴비화공정도
도 10은 수직형 발효기에 의한 퇴비화공정도
도 11은 수직형과 직선형을 조합한 발효기에 의한 퇴비화공정도
도 12는 퇴비회화용량이 작은 용량의 경우 수직형 발효기에 의한 퇴비화공정도
도 13은 탈취처리공정도
도 14는 폐수를 정전압(靜電壓)처리와 자화처리를 하여 물 분자의 집단을 소집단화 처리를 한 물의 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 측정도
도 15는 생산된 퇴비를 시비하여 재배된 배추의 사진
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100: 투입구 101: 유기성폐기물이송스크루컨베이어
102: 파쇄기 200: 고온호기성소화조
201: 중온호기성소화조 202: 소화액저장조
203: 소화액이송펌프 204: 활성미네랄반응조
205: 활성미네랄반응조교반기 206: 중화조
207: 중화조교반기 208: 흡착제혼합조
209: 흡착제혼합조교반기 210: 응집조
211: 응집조교반기 212: 농축조
213: 농축조레이크(Rake) 214: 2차 탈수공정공급펌프
215a, 215b: 반응조 216a,216b: 반응조교반기
217: 응집조 공급펌프 300: 저농도폐수집수조
301: 저농도폐수이송펌프 302: 자화기(磁化器)
303: 물의 개질조 304: 철망 전극
305: 절연체(絶緣體) 306: 스테인리스강판(導體)
307: 기초콘크리트구조물 308: 정전압발생장치
308a: 변압기 308b: 전압조정기
308c: 1차 권선 308d: 철심
308e: 2차 권선 308f: 출력선
308g: 절연처리단말 309: 접지
310: 1차 폭기조 311: 1차 침전조
312: 1차 침전조레이크 313: 1차 반송펌프
314: 1차 미생물배양조 315: 1차 생물반응기
316: 충전물 400: 1차 생물학처리수저장조
401: 1차 생물학처리수이송펌프 402: 전해산화조
403: 양극 404: 음극
405: 정류기 406: 산화수저장조
407: 산화수이송펌프 408: 가압용기
409: 전자선반응기 410: 전자선발생장치
411: 전자처리수 이송펌프 412: 활성물질분해탑
413: 촉매 414: 2차 폭기조
415: 2차 침전조 416: 2차 침전조레이크
417: 2차 반송펌프 418: 2차 미생물배양조
419: 2차 생물반응기 420: 충전물
421: 최종생물학처리수조 422: 송풍기
423: 공기압축기(Air compressor) 500: 혼화기
501: 혼화기믹서 502: 발효조공급컨베이어
503: 발효조 504: 발효조믹서
505: 삽차 506: 완숙퇴비투입호퍼
507: 이물질선별기 508: 완숙퇴비반송컨베이어
509: 완숙퇴비이송컨베이어 510: 침출수저장조
511: 침출수이송펌프 512: 고온발효기공급컨베이어
513: 고온발효기 514: 고온발효기믹서
515: 중온발효기공급컨베이어 516: 중온발효기
517: 중온발효기 믹서 518: 이물질선별기공급컨베이어
519: 혼화 및 고온발효기 520: 혼화 및 고온발효기믹서
600: 악취물질흡입송풍기 601: 생물탈취탑
602: 충전물 603: 생물탈취탑순환펌프
604: 화학탈취탑공급송풍기 605: 화학탈취탑
606: 충전물 607: 데미스터(Demister)
608: 화학탈취액저장조 609: 화학탈취탑순환펌프
PSA: Pressure Swing Adsorption ⓢ: 솔레노이드밸브(Solenoid valve)
FI: 유량지시계(Flow indicator) PT: 압력송신기(Pressure transmitter)
PIC: 압력지시제어기(Pressure indicating controller)
LT: 수위송신기(Level transmitter) LS: 수위 제어스위치(Level switch)
LIC: 수위지시제어기(Level indicating controller)
pHT: 수소이온농도전달장치(pH transmitter) M: 모터(Motor)
pHIS: 수소이온농도지시제어스위치(pH indicating control switch)
DOI: 용존산소지시계(Dissolved oxygen indicator)
ORPT: 산화환원전위 전달장치(Oxidation reduction potential transmitter)
ORPIS: 산화환원전위지시제어스위치(Oxidation reduction potential indicating control switch)
Claims (20)
- 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공공정에서 배출되는 폐기물 또는 도축공장에서 배출되는 폐기물 중에서 한 종류의 유기성폐기물의 처리에 있어서,상기 유기성폐기물이 투입구에 투입되면 폐수처리단계의 생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니와 탈취처리단계의 생물학적 탈취공정에서 탈취처리에 이용한 생물탈취액을 공급하여 악취발생을 저감한 것을, 이물질의 선별, 파쇄처리 또는 염분의 세정처리 중에서 필요로 하는 처리를 한 다음에 1차 탈수처리공정으로 보내어 액상성분이 제거된 탈수케이크는 퇴비화단계의 혼화기(500) 또는 혼화 및 고온발효기(519)로 보내고, 탈수여액인 고농도폐수는 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200) 또는 혐기성소화공정으로 보내고, 또는 염분농도가 높은 탈수여액은 전기분해법 또는 전기추출법에 의한 탈염장치로 수중에 염분농도가 0.2wt% 이하로 탈염처리한 탈염수는 1차 탈수처리공정 전단으로 반송하여 염분을 세정처리하는 세정수로 사용하면서, 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200) 또는 혐기성소화공정으로 보내는 유기성폐기물의 전처리 단계와,상기 1차 탈수처리공정에서 배출되는 탈수여액인 고농도폐수 또는 탈염처리한 탈염수를 호기성소화공정 또는 혐기성소화공정에서 소화처리된 소화액이 활성미네랄반응공정의 활성미네랄반응조(204)에 공급되면, 활성미네랄반응조교반기(205)로 교반하면서 활성미네랄을 공급하여 수용성유기물질을 활성화미네랄성분과 반응 하도록 하여 물에 불용성유기물질로 전환한 것을 중화공정의 중화조(206)에 공급하고, 중화조교반기(207)로 교반하면서 중화제로 5∼20wt%의 황산수용액을 공급하여 pH를 5∼8의 범위로 중화처리된 것을, 흡착공정의 흡착제혼합조(208)에 공급하고, 흡착제혼합조교반기(209)를 교반하면서 흡착제를 공급하여 수용성유기물을 흡착시킨 것을, 응집조(210)에 공급하고, 응집조교반기(211)로 교반하면서 양이온성고분자응집제를 공급하여 응집처리한 것을 농축조(212)로 보내어 고형물이 침전 농축된 상등액은 2차 탈수공정에서 배출되는 탈수여액과 함께 저농도폐수처리단계의 저농도폐수집수조(300)로 보내고, 침전 농축된 슬러지는 농축조레이크(213)로 농축조(212) 하부의 중앙 콘(Cone)으로 모이면 2차 탈수기공급펌프(214)로 2차 탈수공정에 공급하여 탈수된 케이크는 1차 탈수공정에서 배출되는 탈수케이크와 함께 퇴비화단계의 혼화기(500) 또는 혼화 및 고온발효기(519)로 보내고, 탈수여액인 저농도폐수는 저농도폐수집수조(300)로 보내는 고농도폐수의 처리단계와,상기 저농도폐수와 퇴비화단계의 발효조(503)에서 배출되는 침출수가 저농도폐수집수조(300)에 유입되면 자화처리(磁化處理)와 정전압처리(靜電壓處理)에 의해서 1차 물의 개질처리를 한 다음, 1차 폭기조(310)에 공급하고, 송풍기(422)로부터 공기를 공급하여 폭기(曝氣)를 하면서 처리된 물은 1차 침전조(311)로 보내어 침전된 고형물은 1차 침전조레이크(312)에 의해서 1차 침전조(311) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이면 1차 반송펌프(313)에 의해서 활성부식물질펠렛트(Activated humic substance pellet), 활성미네랄성분을 함유한 광물, 마이너스이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스(Ceramics) 및 원적외선과 마이너스이온을 방 사하는 광물 또는 세라믹스의 충전물(316)을 충전(充塡)한 1차 생물반응기(315)가 내장된 1차 미생물배양조(314)와 1차 폭기조(310)로 반송하면서, 배출되는 잉여오니는 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200), 탈취처리단계의 생물탈취탑(601), 저농도폐수 2차 생물학처리단계의 2차 폭기조(414)와 2차 미생물배양조(418)로 보내고, 1차 미생물배양조(314)에는, 1차 반송펌프(313)에 의해서 1차 침전조(310)에서 침전된 고형물인 오니(汚泥)가 1차 미생물배양조(314)에 공급되면 송풍기(422)로부터 공기를 1차 생물반응기(315) 하부와 1차 미생물배양조(314) 하부로 공급하여 폭기를 하면서 간수를 공급하여 폴리페놀화합물(Polyphenol compounds)을 대사산물(代謝産物)로 배설하여 부식화반응에 의해서 수용성유기물을 물에 불용성인 부식전구물질(腐植前驅物質) 또는 부식물질(腐植物質)로 전환하는 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물을 배양하여 1차 폭기조(310)로 보내어 1차 생물학적 폐수처리 시스템(System) 전체가 부식화 미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물에 의해서 부식화반응에 의해서 폐수처리가 되도록 유도하고, 1차 침전조(311)에서 고형물을 침전시키고, 월류(Over flow)되는 월류수인 1차 생물학처리수는 1차 생물학처리수조(400)로 보내는 저농도폐수의 1차 생물학처리단계와,상기 1차 생물학처리수가 1차 생물학처리수저장조(400)에 공급되면 전해산화처리, 전자선(Eelectron beam)처리 또는 전해산화처리와 전자선처리를 하여 물속에 함유되어 있는 생물학적 난분해성유기물을 생물학적 분해가 용이한 유기물질로 처리한 것을, 활성물질을 분해하는 촉매(413)가 내장된 활성물질분해탑(412)으로 보 내어 활성물질을 분해하여 활성물질이 제거된 것을, 2차 폭기조(414)에 공급하고, 송풍기(422)로부터 공기를 공급하여 폭기하면서 처리된 물은 2차 침전조(415)로 보내어 침전된 고형물은 2차 침전조레이크(416)에 의해서 2차 침전조(415) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이면 2차 반송펌프(417)에 의해서 활성부식물질펠렛트, 활성미네랄성분을 함유한 광물, 마이너스이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스 및 원적외선과 마이너스이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스의 충전물(420)을 충전한 2차 생물반응기(419)가 내장된 2차 미생물배양조(418)와 2차 폭기조(414)로 반송하고, 배출되는 잉여오니는 1차 생물학처리에서 배출되는 잉여오니와 함께 고농도폐수의 처리단계의 고온호기성소화조(200)와 탈취처리단계의 생물탈취탑(601)으로 보내고, 2차 미생물배양조(418)에는, 2차 반송펌프(417)에 의해서 2차 침전조(415)에서 침전된 고형물인 오니(汚泥)가 2차 미생물배양조(418)에 공급되면 송풍기(422)로부터 공기를 2차 생물반응기(419) 하부와 2차 미생물배양조(418) 하부로 공급하여 폭기를 하면서, 간수를 공급하여 폴리페놀화합물을 대사산물로 배설하여 부식화반응에 의해서 수용성유기물을 물에 불용성인 부식전구물질 또는 부식물질로 전환하는 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물을 배양하여 2차 폭기조(414)로 보내어 2차 생물학적 폐수처리 시스템 전체도 부식화 미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물에 의해서 부식화반응에 의해서 폐수처리가 되도록 유도하고, 2차 침전조(415)를 월류되는 월류수인 2차 생물학처리수는 최종생물학처리수조(421)로 보내는 저농도폐수의 2차 생물학처리단계와,상기 2차 생물학처리수를 산화제에 의한 산화, 자외선의 조사, 전해산화 또 는 전자선의 조사 중에서 한 종류 이상 조합한 공정에 의해서 살균처리한 다음, 모래여과를 하여 부유물질(Suspended solids)을 제거한 최종 처리수를 방류하는 폐수의 최종처리단계와,상기 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수처리된 탈수케이크가 혼화기(500)에 공급되면 혼화기믹서(501)로 교반하면서 수분조절제, 토양개량제를 주입하여 함수율이 60∼65wt%로 혼합하여 혼화한 다음, 발효조공급컨베이어(502)에 의해서 퇴비화공정의 개방·직선형(開放·直線型) 발효조(503)에 공급되면 발효조믹서(504)로 30∼50일간 1∼3회/일로 뒤집기를 하면서, 발효조(503)에서 배출되는 침출수가 침출수저장조(510)에 유입되면 침출수이송펌프(511)로 발효조(503)의 고온부에 온도조절용으로 반송살포하고, 남는 침출수는 폐수처리단계의 저농도폐수집수조(300)로 보내면서, 호기성발효를 하여 숙성(熟成)된 완숙퇴비는 삽차(505)로 완숙퇴비투입호퍼(506)에 주입한 다음, 이물질선별기(507)로 보내어 이물질을 분리 제거한 완숙퇴비는 완숙퇴비반송컨베이어(508) 또는 삽차(505)에 의해서 발효조(503) 전단으로 유입되는 유기성폐기물 탈수케이크와 수분조절제를 혼합한 양을 기준으로 20∼50%를 반송하고, 나머지 완숙퇴비는 완숙퇴비이송컨베이어(509)에 의해서 완숙퇴비저장설비 또는 포장설비공정으로 보내어 포장 후 제품화하는 퇴비화단계와,상기 유기성폐기물의 전처리 단계, 고농도폐수의 처리단계, 저농도폐수의 1차 생물학처리단계, 저농도폐수의 2차 생물학처리단계와 퇴비화단계의 악취물질이 발생하는 지점에서 악취물질을 악취물질흡입송풍기(600)로 흡입하여 충전물(602)이 충전된 생물탈취탑(601) 하부로 공급하고, 간수와 저농도폐수의 1차 생물학처리단계와 저농도폐수의 2차 생물학처리단계에서 배출되는 잉여오니를, 유문암(Rhyolite), 대사이드(Dacite), 페그마타이트(Pegmatite), 화강암(Granite) 또는 천매암(Phyllite) 중에서 한 종류의 쇄석(碎石) 또는 목재 칩(Wood chip) 중에서 한 종류의 충전물(602)을 충전한 생물탈취탑(601) 상부로 공급하여, 휘발성악취발생물질을 비휘발성의 거대 고분자물질인 부식물질로 전환하여 악취발생물질을 1차 탈취처리된 탈취가스를 화학탈취탑공급송풍기(604)로, 스테인리스강(Stainless steel), 자기(Porcelain), PVC(Polyvinylchloride), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), ABS수지(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 아크릴수지(Acrylic resin), 에보나이트(Eebonite) 또는 베이클라이트(Bakelite) 중에서 한 종류의 재질로 된, 라시히링(Raschig ring), 폴링(Pall Ring), 라프락스링(Raflux ring), 레싱링(Lessing Ring), 십자분할링(Cross partition ring), 새들형(Saddle type) 또는 볼형(Ball type) 중에서 한 종류의 충전물(606)이 충전된 화학탈취탑(605) 하부로 공급하고, 과산화수소(H2O2), 차아염소산소다(NaClO), 이산화염소(ClO2), 오존(O3) 또는 염소(Cl2) 중에서 한 종류에 pH를 1∼3의 범위로 황산을 공급한 산화제를 산화환원전위 값이 +800∼+1,100㎷ 범위로 주입한 화학탈취액저장조(608)의 화학탈취액을 화학탈취탑순환펌프(609)로, 충전물(606)이 2단으로 충전된 화학탈취탑(605) 충전물(606) 중간 단으로 반송하고, 충전물(606) 상단으로는 용수와 함께 공급하여 화학탈취탑(601) 하부에서 상승하는 악취가스와 충전물(606) 에서 향류접촉(向流接觸)하도록 하여 악취성분을 제거하는 탈취처리단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유기성폐기물의 전처리 단계의 호기성소화공정에 고령토(高嶺土, Kaolin), 벤토나이트(Bentonite), Na-치환형 벤토나이트(Na-exchanged bentonite), 논트로나이트(Nontronite), 산성백토(酸性白土), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 베이델라이트(beidellite), 일라이트(Illite), 그라우코나이트(Glauconite), 디카이트(Dickite), 핼로이사이트(Halloysite), 메타핼로이사이트(Metahalloysite), 앨로페인(Allophane), 황토(Loess), 적옥토(赤玉土), 녹니석(Chlorite), 페니나이트(Penninite), 납석(Pyropyllite), 할로이사이트(Halloysite), 질석(Vermiculite), 안티고라이트(Antigorite), 새포나이트(Saponite), 헥토라이트(Hectorite), 베이델라이트(Beidellite), 스멕타이트(Smectite) 또는 포셀라나이트(Porcellanite) 중에서 한 종류이상을 혼합한 점토광물분말을 공급하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유기성폐기물의 전처리 단계의 활성미네랄반응공정에 공급하는 활성미네랄은, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 바륨(Ba)과 같은 알칼리 토금속화합물을 다량 함유한 석회석(石灰石), 중정석(重晶石) 또는 백운석(白雲石) 중에서 한 종류를 유동배소로(流動焙燒爐), 윤요(輪窯) 등을 이용하여 1,000∼1,600℃로 소성(燒成)하여 분쇄(粉碎)한 분말 또는 이 분말을 수중에 밀크상태로 분산한 활성미네랄을 활성미네랄반응조(204)에 공급하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유기성폐기물의 전처리 단계의 흡착공정에 공급하는 흡착제는, 퇴비화단계에서 수분조절제로 사용하는 톱밥, 이탄(Peat), 초탄(Peat moss), 야자박(椰子粕), 사탕수수박, 버섯폐재, 밀기울, 수피(Bark), 목재분말, 활성탄, 왕겨 또는 부엽토 중에서 한 종류 이상 혼합한 것을 흡착제혼합조(208)에 공급하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유기성폐기물의 전처리 단계의 응집·침전농축공정에 공급하는 양이온성고분자응집제는, 폴리아크릴아마이드(Polyacylamide) 계열, 폴리아마이드(Polyamide) 계열 또는 프로판올아민-에피클로로히드린(Propanolamine epichlorohydrin) 축합체 중에서 한 종류의 양이온성고분자응집제를 응집조(210)에 공급하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 저농도폐수의 1차 생물학처리단계에서 저농도폐수의 자화처리(磁化處理)와 정전압처리(靜電壓處理)에 의한 1차 물의 개질처리를, 저농도폐수를 도전관(導電管)에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 교류 또는 직류의 저전압(低電壓)을 인가한 정전압도전관(靜電壓導電管)의 자화기(302)로 보내어 자화처리한 다음, 물의 개질조(303)에 공급하고, 정전압발생장치(308)의 변압기(308a)로부터 고압의 교류 정전압(靜電壓)을 철망 전극(304)에 3,000∼5,000볼 트(Volt)의 전압을 인가(印加)하여 정전압처리(靜電壓處理)를 하여 핵자기공명(核磁氣共鳴. Nuclear magnetic resonance)의 17O-NMR의 측정값이 50∼90㎐ 범위의 소집단수(小集團水. Microclustered water)로 물을 개질처리 하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 저농도폐수의 2차 생물학처리단계에서 전해산화처리공정을, 1차 생물학처리수저장조(400)의 1차 생물학처리수를 1차 생물학처리수이송펌프(401)에 의해서 양극(403)과 음극(404)이 교호적으로 설치된 전해산화조(406)에 공급하고 정류기(405)로부터 4∼20볼트(Volt)의 직류전기를 산화환원전위 값이 +800∼+1,100㎷ 범위로 인가(印加)하여 생물학적으로 난분해성유기오염물질을 생물학적으로 분해가 용이한 물질로 산화처리하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 저농도폐수의 2차 생물학처리단계에서 전자선처리를, 전해산화처리공정에서 전해산화된 산화수가 산화수저장조(406)에 공급되면, 산화수이송펌프(407)로, 내면에 이산화티탄(TiO2)이 코팅(Coating)된 전자선반응기(409)의 상부 분무노즐을 통해서 분무하면서, 전자선발생장치(410)로부터 전자선을 조사(照射)하여 생물학적 난분해성유기물을 생물학적으로 분해가 용이한 유기물로 개질처리하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 전해산화처리공정에서 전해산화된 산화수가 산화수저장조(406)에 공급하는 대신에, 1차 생물학처리수가 산화수저장조(406)에 공급되면, 산화환원전위 값이 +800∼+1,100㎷ 범위로 산화제를 공급하거나, 대기 중의 공기를 송풍기(422)로부터 산화수저장조(406)에 공급하여 용존산소(Dissolved oxygen)의 농도를 6㎎/ℓ이상 되게 폭기를 하거나, 또는, 산화수이송펌프(411) 토출 측에 설치된 가압용기(408)에 1차 생물학처리수와 산소 또는 가압공기를 공급하여 가압상태에서 산소를 용해한 1차 생물학처리수를, 내면에 이산화티탄(TiO2)이 코팅(Coating)된 전자선반응기(409)의 상부 분무노즐로 공급하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 저농도폐수의 2차 생물학처리단계에서 활성물질분해탑(412)에 충전하는 촉매(413)는, 이산화망간(MnO2), 산화티탄(TiO2), 산화구리, 산화철, 산화니켈, 산화바나듐(V2O5), 산화코발트(Co2O3), 산화몰리브덴(MoO3), 산화이리듐(IrO2), 산화루테늄(RuO2), 산화이트륨(Y2O3), 은을 담지(擔持)한 이산화티탄(Ag/TiO2) 또는 열 촉매의 기재로서 이용되고 있는 감마 산화알루미늄(γ-Al2O3) 중에서 한 종류 이상 조합하여 제조된 촉매를 사용하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 퇴비화단계의 수분조절제는, 톱밥, 왕겨, 볏짚, 보릿짚, 밀짚, 수피, 부엽토(腐葉土), 코코넛 피트 또는 이탄(泥炭) 중에서 한 종류 또는 한 종류 이상 혼합한 것에 디메틸 아미노 에틸 메타크리레이트(Dimethyl amino ethyl methacrylate), 디에틸아미노에틸메타크리레이트(Diethyl amino ethyl methacrylate), 디에틸 아미노-2-히드록시 프로필 메타크리레이트(Diethyl amino-2-hydroxypropyl methacrylate), 디메틸 아미노 프로필 메타크리레이트(Dimethyl amino propyl methacrylate), 디에틸아미노에틸메타크릴아미드(Dimethyl amino ethyl methacrylamide), 알긴산 나트륨(Sodium alginate), 폴리 아크릴산(Poly acrylic acid) 계, 폴리 N－비닐아세트아미드(Poly N-vinylacetamide)계, 전분, 히드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose), 알긴산(Alginic acid), 히알루론산(Hyaluronic acid), 폴리 글루탐산(Polyglutamic acid), 키토산(Chitosan), 리그닌(Lignin), 폴리리신(Polylysine), 견(絹)피브로인(Fibroin), 카세인(Casein), 셀룰로오스 글리콜산(Cellulose Glycolic acid), 콜라겐(Collagen), 젤라틴(Gelatin), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 폴리 아크릴 아미드(Polyacrylamide), 폴리 비닐피로리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리 하이드록시에틸메타크릴레이트(Polyhydroxyethyl methacrylate), 폴리 비닐메틸에테르(Poly vinylmethylether), 폴리 이소부틸렌-말레산(Poly isobutylene-maleic acid), 폴리 2-아크릴 아미도-메틸-1-프로판술폰산(Poly 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid), 2-아크릴 아미도-2-메틸프로판 술폰산(2-Acrylamido-2-methyl Propanesulfonic Acid), 폴리비닐 포스폰 산(polyvinyl phosphonic acid), 폴리 메타크릴로일옥시에틸 4급화염화암모늄(Poly methacryloyloxyethyl quaternary ammonium chloride), 폴리 4-비닐피리딘(Poly 4-vinylpyridine), N-N-디메틸-N-(3-아크릴 아미드 프로필)-N-(카르복시메틸) 암모늄[N-N-Dimethyl-N-(3-acrylamidepropyl)-N-(carboxymethyl) ammonium], 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol), 폴리 디옥소란(Poly dioxolane) 또는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)의 친수성폴리머(Polymer), 이들 폴리머의 금속염 또는 에스테르(Ester) 중에서 한 종류이상 첨가제로 혼합한 수분조절제를 혼화기(500)에 주입하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 퇴비화단계의 토양개량제는, 수분조절제와 천매암(千枚岩, Phyllite), 황토(黃土), 질석(蛭石, Vermiculite), 일라이트(Illite), 고령토(Kaolin), 제올라이트(Zeolite), 진주암(Perlite), 벤토나이트(Bentonite), 스멕타이트(Smectite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 개울바닥 흙 또는 점토함량이 25% 이상 되는 산 흙 중에서 한 종류이상 혼합한 토양개량제를 혼화기(500)에 주입하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수처리된 탈수케이크가 혼화기(500)에 공급되면 혼화기믹서(501)로 교반하면서 수분조절제, 토양개량제를 주입하여 함수율이 60∼65wt%로 혼합하여 혼화한 다음, 발효조공급컨베이어(502)에 의해서 퇴비화공정의 개방·직선형(開放·直線型) 발효조(503)에 공급하 는 대신에, 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수된 탈수 케이크와 수분조절제가 혼화기(500)에서 혼화한 것을 고온발효기공급컨베이어(512)에 의해서 고온발효기(513)에 공급하고, 고온 발효장치 믹서(514)로 교반을 하면서 고온 발효를 한 다음, 중온발효기공급컨베이어(515)에 의해서 중온발효기(516)로 보내어 발효 숙성하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수처리된 탈수케이크가 혼화기(500)에 공급되면 혼화기믹서(501)로 교반하면서 수분조절제, 토양개량제를 주입하여 함수율이 60∼65wt%로 혼합하여 혼화한 다음, 발효조공급컨베이어(502)에 의해서 퇴비화공정의 개방·직선형(開放·直線型) 발효조(503)에 공급하는 대신에, 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수처리된 탈수케이크를 혼화 및 고온발효기믹서(520)가 내장된 혼화 및 고온발효기(519)에 주입하고, 토양개량제와 수분조절제를 주입하고, 혼화 및 고온발효기믹서(520)로 교반하면서 4∼6일간 혼화 및 고온발효를 한 다음, 중온발효기공급컨베이어(515)로 발효장치(503)로 보내어 발효장치 믹서(504)로 25∼50일간 1∼3회/일로 뒤집기를 하면서 호기성발효를 하여 숙성(熟成)된 완숙퇴비는 삽차(505)로 완숙퇴비투입호퍼(506)에 주입한 다음, 이물질선별기(507)로 보내어 이물질을 분리 제거한 완숙퇴비는 완숙퇴비반송컨베이어(508) 또는 삽차(505)로 발효조(503) 전단으로 유입되는 유기성폐기물 탈수케이크와 수분조절제를 혼합한 양을 기준으로 20∼50%를 반송하고, 나머지 완숙퇴비는 완숙퇴비이송컨베이어(509)에 의해서 완숙퇴비저장설비 또는 포장설비공정으로 보 내어 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수처리된 탈수케이크가 혼화기(500)에 공급되면 혼화기믹서(501)로 교반하면서 수분조절제, 토양개량제를 주입하여 함수율이 60∼65wt%로 혼합하여 혼화한 다음, 발효조공급컨베이어(502)에 의해서 퇴비화공정의 개방·직선형(開放·直線型) 발효조(503)에 공급하는 대신에, 1차 탈수공정과 2차 탈수공정에서 탈수처리된 탈수케이크를 혼화 및 고온발효기믹서(520)가 내장된 혼화 및 고온발효기(519)에 주입하고, 토양개량제와 수분조절제를 주입하고, 혼화 및 고온발효기믹서(520)로 교반하면서 4∼6일간 혼화 및 고온발효를 한 다음, 중온발효기공급컨베이어(515)로 중온발효기(516)에 공급하여, 중온발효기 믹서(517)로 교반을 하면서 발효·숙성된 완숙퇴비는 이물질선별기공급컨베이어(518)에 의해서 이물질 선별기(507)로 보내어 이물질을 선별한 다음, 완숙퇴비이송컨베이어(509)에 의해 완숙퇴비 저장설비로 보내어 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 간수(Bittern)는, 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 보메도 비중이 32∼34°Be 범위로 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 고즙(苦汁)인 간수를 사용하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 간수 대신에, 2가·3가철염을 혼합한 간수 또는 2가·3가철염을 혼합한 간수에 구연산(Citric acid), 구연산염(Citrates), 주석산(Tartaric acid), 주석산염(Tartrates), 호박산(Succinic acid), 호박산염(Succinates), 사과산(Malic acid), 사과산염(Malates), 말산(Malic acid), 말산염, 푸마르산(Fumaric acid), 푸마르산염(Fumarate), 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 에틸렌다이아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetates), 풀브산(Fulvic acid) 또는 부식산(Humic acid) 중에서 한 종류의 유기산을 첨가하고, 교반·용해하여 미네랄 착염 형태로 만든 간수 중에서 한 종류를 사용하여 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 저농도폐수의 1차 생물학처리단계에서 처리된 1차 생물학처리수의 수질이 방류기준치 이하로 처리되는 경우는, 저농도폐수의 2차 생물학처리단계의 처리를 생략하고, 저농도폐수의 1차 생물학처리단계의 1차 침전조(311)에서 월류(越流)되는 1차 생물학처리수를 최종생물학처리수조(421)로 보내어 살균 및 여과처리를 한 다음, 방류하는 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 저농도폐수의 2차 생물학처리단계에서 1차 생물학처리수의 오염부하가 낮아 2차 생물학처리만으로도, 방류기준치 이하로 처리할 수 있는 경우는, 저농도폐수의 1차 생물학처리 단계에서 처리된 1차 침전조(311)의 월류수인 1차 생물학처리수가 1차 생물학처리수저장조(400)에 공급되면, 1차 생물학처리 수를 1차 생물학처리수이송펌프(401)에 의해서 2차 폭기조(414)로 보내어 2차 생물학처리를 하는 유기성폐기물을 처리하는 방법.
- 제1항 고농도폐수의 처리단계의 호기성소화공정에서 소화처리된 소화액을 액비로 이용하는 방법.
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