KR101570440B1

KR101570440B1 - 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치

Info

Publication number: KR101570440B1
Application number: KR1020130163407A
Authority: KR
Inventors: 윤태한; 이은영
Original assignee: (주)도드람환경연구소; 수원대학교산학협력단
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-11-19
Also published as: KR20150075446A

Abstract

본 발명에 의한 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치는 고농도 질소함유 가축분뇨 처리를 처리하는 과정에서 생물반응조 내의 처리수의 질소를 제거하는 것으로 이루어지는 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치에 있어서, 생물반응조 내의 처리수가 산기구에 의해 외부의 공기로 포기되고, 입구와 출구를 구비한 덮개가 생물반응조의 상측 개구부를 닫고, 외부의 공기를 동력 이송하는 송풍기가 상기 덮개의 입구에 설치되어 송풍기에 의해 이송되는 공기가 상기 덮개의 입구를 통하여 외부에서 상기 생물반응조의 처리수의 상측 공간으로 흘러서 상기 덮개의 출구로 배출되고, 모터에 의해 회전되는 표면포기날개가 상기 생물반응조의 처리수 표면을 튀게 하는 것으로 이루어지며, 또한 생물반응조 내의 처리수의 표면 높이에 의해 표면포기날개로 처리수의 표면을 원활하게 표면 포기하기 위하여, 표면포기날개를 경사지게 하거나 표면포기날개의 회전에 따라 표면포기날개의 위치를 상측으로 이동하게 된다.
따라서 본 발명은 생물반응조 내의 산기구와 함께 처리수의 상부에 외부의 공기를 유입함과 아울러 처리수의 표면 교반을 통하여 암모니아를 신속하게 생성하여 외부로 배출시키기 때문에, 생물반응조 내의 처리수인 가축분뇨 내에서 암모니아 이온 상태로 분포된 질소를 용이하게 외기로 배출할 수 있는 등의 효과를 발휘한다.

Description

고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치{NITROGEN TREATMENT DEVICE FOR HIGHLY CONCENTRATED NITROGEN LIVESTOCK}

본 발명은 질소가 고농도로 함유된 가축분뇨를 처리하는 과정에서 질소를 제거하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가축분뇨 내에서 암모니아 이온 상태로 분포된 질소를 용이하게 외기로 배출할 수 있도록 하는 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치에 관한 것이다.

축산물 소비량의 증가로 인하여 축산업의 집약화와 대규모화에 따라 국내 연간 가축분뇨 발생량은 2007년 약 4,142만톤, 2008년 약 4,174만톤, 2010년 약 4,370만톤으로 꾸준히 증가하는 추세이나, 가축분뇨를 환원시킬 수 있는 초지나 경지면적의 증가율은 점점 감소하는 추세이다.

가축분뇨는 고농도의 유기물과 함께 고농도 질소성분이 함유되어 있어 발생량에 비해 전체적인 오염부하는 대단히 높아 수질오염원 중 주요한 요소가 되고 있다.

일반적인 축산폐수처리시설에 적용되고 있는 처리방법은 주로 생물학적 처리방법인 활성슬러지법을 근간으로 하고 있으며, 현재까지 축산폐수처리 방법 중 가장 경제적인 방법으로 알려져 있다.

가축분뇨의 성상은 대부분은 COD(화학적산소요구량)가 10,000∼12,000mg/L, SS(부유물질)가 9,000∼11,000mg/L, T-N(총질소)이 5,000∼6,000mg/L, T-P(총인)이 700∼800mg/L 정도 되는 것이 일반적이다.

가축분뇨의 경우, 유기물 농도가 높지만 생물처리에 의해 충분히 처리가 가능하나, 질소의 경우에는 유기물에 비해 질소의 농도가 상대적으로 높아 C/N(유기물/질소)비가 맞지 않아 충분히 처리되지 않는다.

따라서 생물학적으로 질소가 질산화를 거쳐 탈질되어 N₂ 가스로 되기까지는 질소농도 대비 20배의 유기물이 있어야 되므로, 가축분뇨에 포함되어 있는 질소를 단순히 생물학적처리로 전량 처리하기에 매우 미흡하다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 생물반응조 내의 산기구와 함께 처리수의 상부에 외부의 공기를 유입함과 아울러 처리수의 표면 교반을 통하여 암모니아를 신속하게 생성하여 외부로 배출시킴으로써, 가축분뇨 내에서 암모니아 이온 상태로 분포된 질소를 용이하게 외기로 배출할 수 있는 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고농도 질소함유 가축분뇨 처리를 처리하는 과정에서 생물반응조 내의 처리수의 질소를 제거하는 것으로 이루어지는 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치에 있어서, 생물반응조 내의 처리수가 산기구에 의해 외부의 공기로 포기되고, 입구와 출구를 구비한 덮개가 생물반응조의 상측 개구부를 닫고, 외부의 공기를 동력 이송하는 송풍기가 상기 덮개의 입구에 설치되어 송풍기에 의해 이송되는 공기가 상기 덮개의 입구를 통하여 외부에서 상기 생물반응조의 처리수의 상측 공간으로 흘러서 상기 덮개의 출구로 배출되고, 모터에 의해 회전되는 표면포기날개가 상기 생물반응조의 처리수 표면을 튀게 하는 것으로 이루어지는 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치를 제공한다.

또한 생물반응조 내의 처리수의 표면 높이에 의해 표면포기날개로 처리수의 표면을 원활하게 표면 포기하기 위하여, 표면포기날개를 경사지게 하거나 표면포기날개의 회전에 따라 표면포기날개의 위치를 상측으로 이동하게 된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치는 생물반응조 내의 산기구와 함께 처리수의 상부에 외부의 공기를 유입함과 아울러 처리수의 표면 교반을 통하여 암모니아를 신속하게 생성하여 외부로 배출시키기 때문에, 생물반응조 내의 처리수인 가축분뇨 내에서 암모니아 이온 상태로 분포된 질소를 용이하게 외기로 배출할 수 있다는 이점이 있다.

다시 말하면 생물반응조의 처리수 상부에 공기를 주입하여 숭풍량을 증가시켜 수중에서 대기중으로 탈기된 암모니아 가스를 신속하게 제거함으로써 대기중의 암모니아 가스가 수중에 재용해되는 것을 억제할 수 있어, 이러한 단순한 작업에 의해서도 조건에 따라서 10% 이상의 질소 제거 효율을 향상시킬 수 있다.

가축분뇨의 경우 질소의 농도도 높고, 특히 암모니아 형태의 질소 농도가 높기 때문에 탈기에 의한 제거를 효과적으로 수행할 수 있으며, 가축분뇨는 다른 하수나 폐수와 달리 pH도 8 이상으로 높기 때문에 탈기를 이용한 질소제거를 유도하는 것이 상당히 효과적이다.

더우기 공기의 공급에 있어서 산기구를 이용하는 방법 외에 표면포기날개를 이용한 표면 포기도 처리수 내에 산소 공급을 효과적으로 실현할 수 있어, 이러한 표면 포기를 이용할 경우에 산기구 단독으로 포기하는 방법에 비해 처리수 내에 산소 공급을 효과를 높임과 동시에 암모니아의 탈기 작용도 보다 효과적으로 수행할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 A - A선 확대 단면도이다.
도 4는 도 3의 B - B선 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치의 또다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치의 또다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 C - C선 확대 단면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치를 나타내는 도면으로서, 본 발명에 의한 질소제거장치는 가축분뇨인 처리수 내에서 암모니아이온(NH₄ ⁺) 상태로 있는 질소를 외부로 배출하여, 고농도 질소함유 가축분뇨 처리를 처리하는 과정에서 생물반응조 내의 처리수의 질소를 제거하는 것이다.

즉 본 발명에 의한 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치는 생물반응조(1) 내의 처리수가 산기구(2)에 의해 외부의 공기로 포기되고, 입구(3a)와 출구(3b)를 구비한 덮개(3)가 생물반응조(1)의 상측 개구부를 닫고, 외부의 공기를 동력 이송하는 송풍기(4)가 상기 덮개(3)의 입구(3a)에 설치되어 상기 송풍기(4)에 의해 이송되는 공기가 상기 덮개(3)의 입구(3a)를 통하여 외부에서 상기 생물반응조(1)의 처리수의 상측 공간으로 흘러서 상기 덮개(3)의 출구(3b)로 배출된다.

그리고 모터(5)에 의해 회전되는 표면포기날개(6)가 상기 생물반응조(1)의 처리수 표면을 튀게 한다.

물론 상기 모터(5)가 축(7)를 회전하게 되며, 상기 축(7) 상에 표면포기날개(6)가 설치되어 상기 모터(5)에 의해 표면포기날개(6)가 회전되어 상기 생물반응조(1)의 처리수 표면을 튀게 하여 보다 많은 처리수 표면적이 송풍기(4)에 의해 동력 이송되는 공기와 접촉하게 되며, 상기 산기구(2)는 블로어(8)에 연결되어 외부의 공기가 산기구(2)를 통하여 토출되어 상기 생물반응조(1)의 처리수 내에 공기를 공급하게 된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치는 가축분뇨의 생물학적처리시 생물학적 처리장치에 추가되어 질소의 일부(여기서 질소는 암모니아 형태)가 탈기에 의해 동시 처리되어 질소의 제거 효율을 높이는 것이다.

다시 말하면 가축분뇨에 포함된 질소의 대부분의 암모니아(NH₃)형태이고, 암모니아는 pH가 높고 온도가 높을수록 탈기 효과 커지는 바, 가축분뇨의 경우에는 pH가 8 이상인 경우가 대부분이므로 탈기에 의한 암모니아 제거에 유리하다.

생물반응조(1) 내의 처리수의 바닥 부위에 산기구(2)가 설치되어 있어 산기구(2)로부터 공기가 공급되면서 생물반응조(1)의 처리수 내로 산소를 공급하게 되며,

암모니아는 pH 및 온도 변화에 따라 암모니아 가스(NH₃) 혹은 암모늄 이온(NH₄ ⁺) 형태로 존재하게 되며, 암모니아 가스 상태가 되면 탈기 작용에 의해 대기중으로 방출시켜 제거시킬 수 있다.

특히 암모니아 가스의 경우에는 용해도 높아 수중에서 대기중으로 방출되었다가 다시 물과 접촉하여 수중에 용해되기 때문에, 외부의 공기가 송풍기(4)에 의해 처리수의 상부 공간에서 흘러서 덮개(3)의 출구(3b)로 신속하게 배출되도록 하여 암모니아가 처리수로 용해되는 것을 억제하게 된다.

이러한 단순한 작업에 의해서도 작업 조건에 따라서 10% 이상의 질소 제거 효율을 향상시킬 수 있다.

더우기 공기의 공급에 있어서 산기구(2)를 이용하여 처리수 내에 산소를 공급하는 것과 더불어 모터(5)에 의해 회전되는 표면포기날개(6)로 처리수의 표면을 튀게 하여 송풍기(4)에 의해 동력 이송되는 공기를 처리수의 표면과 접촉시킴으로써, 처리수 내에 산소를 효과적으로 접촉 공급할 수 있다.

따라서 본 발명에서는 블로어(8)에 의해 공기를 처리수로 분사하는 산기구(2)이 처리수 내에서 공기를 공급하는 것과, 송풍기(4)에 의해 동력 이송되는 공기가 처리수의 표면 상부를 지나서 덮개(3)의 출구(3b)로 배출하는 것과, 모터(5)에 의해 회전되는 표면포기날개(6)가 처리수 표면을 튀게 하여 송풍기(4)에 의해 흐르는 공기가 처리수 표면에 접촉하는 것에 의하여, 생물반응조(1) 내의 처리수에서 발생된 암모니아가 처리수로 재용해되기 전에 덮개(3)의 출구(3b)로 배출시켜서 처리수 내의 질소가 암모니아 상태로 원활하게 제거되는 것이다.

한편 상기 모터(5)에 의해 회전되는 표면포기날개(6)의 위치가 고정되어 있으면, 생물반응조(1) 내의 처리수 표면 높이가 일정하게 유지되어야 효과적이므로, 처리수의 표면 높이를 일정하게 유지하기가 쉽지 않다.

따라서 본 발명에서는 생물반응조(1) 내의 처리수 표면 높이가 다소 가변되더라도 표면포기날개(6)로 처리수의 표면을 튀게 하기 위하여, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 표면포기날개(6)의 일부가 상기 생물반응조(1) 내의 처리수에 넣어둔 상태임과 아울러 상기 표면포기날개(6)의 나머지 일부가 상기 생물반응조(1) 내의 처리수 위로 올라간 상태로 상기 표면포기날개(6)가 경사진 상태로 회전되도록 설치하는 구조를 포함한다.

그러면 상기 생물반응조(1) 내의 처리수 표면 높이가 다소 가변되더라도 표면포기날개(6)로 처리수의 표면을 튀게 할 수 있다.

더우기 상기 생물반응조(1) 내의 처리수 위로 올라간 상태에 있는 표면포기날개(6)의 일부에 의해 처리수 표면에서 흐르는 공기를 덮개(3)의 출구(3b)로 보다 신속하게 흐르게 할 수 있어 처리수로 재용해되는 암모니아를 보다 신속하게 배출할 수 있는 것이다.

다른 한편 본 발명에서는 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 표면포기날개(6)가 회전됨에 따라 표면포기날개(6)가 상기 생물반응조(1) 처리수 표면까지 상승하는 수단을 구비하여 생물반응조(1) 내의 처리수 표면 높이에 상관없이 표면포기날개(6)를 처리수 표면까지 상승시킬 수 있다.

즉 도 3에 도시한 바와 같이 상기 표면포기날개(6)의 허브부(6a) 내부면에 다수의 가이드돌출부(6aa)가 형성됨과 아울러 상기 표면포기날개(6)가 배치되는 축(7)에 상기 가이드돌출부(6aa)를 삽입하는 다수의 가이드홈(7a)이 축(7)의 길이 방향으로 형성되어 상기 표면포기날개(6)가 축(7)의 길이 방향으로 이동하는 구조를 포함한다.

그러면 상기 표면포기날개(6)가 모터(5)에 의해 회전됨에 따라 처리수가 표면포기날개(6)에 부딪혀서 표면포기날개(6)를 상승시켜서 상기 표면포기날개(6)가 상기 생물반응조 처리수 표면까지 상승하게 되며, 이에 따라 처리수에 의해 상승력과 표면포기날개(6)의 하중에 의하여 표면포기날개(6)가 처리수의 표면을 원활하게 튀길 수 있는 것이다.

또다른 한편 모터(5)의 회전수를 증가시키면 표면포기날개(6)이 보다 빠르게 회전하게 되면 표면포기날개(6)가 처리수의 표면을 튀길 수 있는 면적이 작아지므로, 이러한 경우를 대비한 필요가 있다.

따라서 본 발명에서는 도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 생물반응조(1)의 처리수의 표면을 표면 포기하는 갈고리 형태의 표면포기보조체(9)가 상기 표면포기날개(6)의 하측 가장자리부에 설치되는 구조를 포함한다.

그러면 모터(5)의 회전수를 증가시켜서 표면포기날개(6)이 보다 빠르게 회전하여 표면포기날개(6) 자체가 처리수의 표면을 튀길 수 있는 면적이 작아지더라도, 상기 표면포기보조체(9)가 처리수의 표면을 원할하게 튀길 수 있다.

이렇게 본 발명에 의한 블로어(8)에 의해 공기를 처리수로 분사하는 산기구(2)이 처리수 내에서 공기를 공급하고, 송풍기(4)에 의해 동력 이송되는 공기가 처리수의 표면 상부를 지나서 덮개(3)의 출구(3b)로 배출하며, 모터(5)에 의해 회전되는 표면포기날개(6) 및 표면포기보조체(9)가 처리수 표면을 튀게 하여 송풍기(4)에 의해 흐르는 공기가 처리수 표면에 접촉할 수 있어 생물반응조(1) 내의 처리수에서 발생된 암모니아가 처리수로 재용해되기 전에 덮개(3)의 출구(3b)로 배출시킬 수 있는 것이다.

1 : 생물반응조 2 : 산기구
3 : 덮개 3a : 입구
3b : 출구 4 : 송풍기
5 : 모터 6 : 표면포기날개
6a : 허브부 6aa : 가이드돌부
7 : 축 7a : 가이드홈
8 : 블로어 9 : 표면포기보조체

Claims

고농도 질소함유 가축분뇨 처리를 처리하는 과정에서 생물반응조 내의 처리수의 질소를 제거하는 것으로 이루어지는 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치에 있어서,
생물반응조 내의 처리수가 산기구에 의해 외부의 공기로 포기되고, 입구와 출구를 구비한 덮개가 생물반응조의 상측 개구부를 닫고, 외부의 공기를 동력 이송하는 송풍기가 상기 덮개의 입구에 설치되어 송풍기에 의해 이송되는 공기가 상기 덮개의 입구를 통하여 외부에서 상기 생물반응조의 처리수의 상측 공간으로 흘러서 상기 덮개의 출구로 배출되고, 모터에 의해 회전되는 표면포기날개가 상기 생물반응조의 처리수 표면을 튀게 하며, 상기 표면포기날개의 허브부 내부면에 다수의 가이드돌출부가 형성됨과 아울러 상기 표면포기날개가 배치되는 축에 상기 가이드돌출부를 삽입하는 다수의 가이드홈이 축의 길이 방향으로 형성되어 상기 표면포기날개가 회전됨에 따라 표면포기날개가 상기 생물반응조 처리수 표면까지 상승하는 것으로 이루어지는 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치.
제1항에 있어서,
상기 표면포기날개의 일부가 상기 생물반응조 내의 처리수에 넣어둔 상태임과 아울러 상기 표면포기날개의 나머지 일부가 상기 생물반응조 내의 처리수 위로 올라간 상태로 상기 표면포기날개가 경사진 상태로 회전되도록 설치하는 것을 포함하여 이루어지는 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 생물반응조의 처리수의 표면을 표면 포기하는 표면포기보조체가 상기 표면포기날개의 하측 가장자리부에 설치되는 것을 포함하여 이루어지는 고농도 질소함유 가축분뇨 처리용 질소제거장치.