KR101657211B1

KR101657211B1 - 개질된 활성오니, 이를 이용한 하수 및 오폐수 처리 방법 및 상기 방법에 의한 처리수의 이용

Info

Publication number: KR101657211B1
Application number: KR1020130137805A
Authority: KR
Inventors: 이박
Original assignee: 이민자; 이준아
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2016-09-13
Also published as: KR20150055435A

Abstract

본 발명은 개질된 활성오니, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 하수 및 오폐수 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내수성 입단구조를 갖는 활성오니를 시딩(seeding)제로 사용하는 개선된 활성오니법에 의한 하수 및 오폐수 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 개질 활성오니를 이용한 하수 및 오폐수 처리 방법에 따르면, 하수 처리 기간을 대폭 감소시켜 하수 처리 효율을 증가시킬 수 있으며, 하수 처리 과정에서 발생하는 심한 악취를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 활성오니의 재사용시 활성오니의 활성을 높게 유지시킬 수 있는 우수한 효과가 있고 처리수는 소취제, 멸균제, 토양개량제, 동식물의 생리활성제로 재활용된다.

Description

개질된 활성오니, 이를 이용한 하수 및 오폐수 처리 방법 및 상기 방법에 의한 처리수의 이용{IMPROVED ACTIVATED SLUDGE, SEWAGE TREATMENT METHODS USING THE SAME AND USE OF RESUITANT FROM THE METHOD}

본 발명은 개질된 활성오니, 이를 이용한 하수 및 오폐수 처리 방법 및 상기 방법에 의한 처리수의 이용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내수성 입단구조를 갖는 개질된 활성오니와 이를 시딩(seeding)제로 사용하는 개선된 활성오니법에 의한 하수 및 오폐수 처리 방법 및 상기 하수 및 오폐수 처리 방법의 결과물인 처리수의 이용에 관한 것이다.

일반적으로 하수(下水) 및 오폐수(이하, "하수"라 함)의 처리방법으로 표준 활성오니법이 개시되고 있다.

활성오니법(活性汚泥法; activated sludge process)은 하수의 생물학적 산화법으로서, 1913년 영국에서 개발되었고, 1916년 미국에서 실용화되어 세계에 보급되었다. 이러한 활성오니법은 하수를 활성오니(호기적 조건에서 하수를 산화하는 세균집단)와 함께 폭기조(曝氣槽)에서 폭기·교반(攪伴)하여 BOD(생물화학적 산소요구량)를 거의 만족시키도록 하면, 하수 속의 콜로이드상(狀) 또는 용해한 물질이 침전하거나 활성오니에 흡착되어 깨끗한 물로 정화시키는 방법이다. 이러한 과정에서의 상기 활성오니는 정화작용을 한 다음 차례로 처리대상물인 하수에서 침전에 의하여 분리되며, 필요에 따라 폐기되거나 또는 다시 본처리과정으로 반송되어 재활용되는 이점을 가지고 있으므로 우리나라의 대부분의 하수 및 오폐수 처리장에서 적용되고 있다.

그러나, 기존에 일반적으로 사용되는 활성오니는 그 물리화학적인 특성상 폭기조에 시딩(seeding)하는 기간이 길어지므로 운전 개시시까지 상당한 시간이 소요되며, 특히 오지 등 활성오니를 확보할 수 없는 경우 시딩을 할 수 없는 불편함이 있다. 뿐만 아니라, 기존의 활성오니는 처리과정에서 악취가 심할 경우가 많으며, 농도가 낮기 때문에 고농도 폐수에 적용하기 위하여 오니를 시딩하는 양이 많아져서 오니 운반비용이 과다할 뿐만 아니라, 시딩 과정에서 입자가 미세해져서 시딩 효율이 떨어지는 근본적인 문제점이 있었다.

KR

10-2010-0042929

A

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 기존의 활성오니를 대체할 수 있는 개질된 활성오니를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 본 발명의 개질된 활성오니를 이용한 개선된 활성오니법에 의한 하수 및 오폐수 처리 방법을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 본 발명의 하수 및 오폐수 처리방법에 의한 결과물인 처리수의 새로운 용도를 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유기물에 부식물질과 점토분말을 투입하여 유기물의 부식화를 유도하고, 상기 부식화의 결과로 내수성 입단구조를 갖는 분말상 개질 활성오니를 제공한다.

또한, 본 발명은 함수율이 높은 유기물에 상기한 본 발명의 분말상 개질 활성오니와 점토분말을 투입하여 유기물의 부식화를 유도하고, 상기 부식화의 결과로 내수성 입단구조를 갖는 액상 개질 활성오니를 제공한다.

또한, 본 발명은 활성오니법으로 하수 및 오폐수를 처리하는 방법에 있어서, 상기 본 발명에 따른 내수성 입단구조를 갖는 분말상 또는 액상 개질 활성오니를 시딩(seeding)하는 것을 특징으로 하는 하수 및 오폐수 처리 방법을 제공한다.

상기 활성오니법은 호기성 활성오니법 및/또는 혐기성 활성오니법인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 본 발명의 상기 하수 및 오폐수 처리 방법에 의하여 생성된 처리수를 유효 성분으로 함유하는 멸균용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 상기 하수 및 오폐수 처리 방법에 의하여 생성된 처리수를 유효 성분으로 함유하는 소취용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 상기 하수 및 오폐수 처리 방법에 의하여 생성된 처리수를 유효성분으로 함유하는 식물 또는 가축 성장 촉진용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 상기 하수 및 오폐수 처리 방법에 의하여 생성된 처리수를 유효성분으로 함유하는 중금속 오염토양의 중금속 제거용 조성물을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 발명자는 종래의 활성오니법에 의한 하수 처리 과정에서 나타나는 문제점을 해결하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 종래의 활성오니법에서 폭기조에 시딩되는 활성오니를 개질시켜 사용함으로써 하수 처리 효율을 높이고, 악취 발생을 차단할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 유기물에 부식물질과 점토 분말을 투입하여 유기물의 부식화를 유도하고, 상기 부식화의 결과로 내수성 입단구조를 갖는 부식점토 복합체인 개질 활성오니를 제공한다.

"활성오니"라 함은 정상적인 수처리과정에서 생성되는 유기물 분해 능력을 가진 미생물과 부유 물질이 혼합된 형태의 점성을 지닌 물질을 지칭하는 것으로서, 하수 중에 포함된 유기물이나 무기물은 이들의 활동에 의해 산화 또는 환원과정을 거치면서 분해, 변성된다.

활성오니법에 의한 하수 및 오폐수 처리 방법에 있어서, 종래 일반적으로 사용되는 활성오니는 그 물리화학적인 특성으로 인하여 호기성 처리장 또는 혐기성 소화조에서 시딩하는 기간이 길어져 하수 처리시간이 장기화되고, 하수 처리과정에서 심한 악취가 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 원인은 활성오니에 내수성 입단구조가 발달되지 못하여 활성오니의 입자가 차츰 미세화되기 때문이다.

본 발명의 개질 활성오니는 내수성을 갖는 입단구조(aggregated structure)를 갖는다. 여기에서, "입단구조"라 함은 입자가 집단으로 구성된 물리적 구조를 말하는 것으로, 홑알구조(單粒構造)에 비하여 공극이 다수 존재하는 것이 특징이다. 이러한 입단 구조 하에서 각각의 입단 내 또는 입단과 입단 사이에는 물과 공기와 각종 무기질이 포집된 상태로 존재하므로 미생물의 활동 공간을 제공하며, 입단과 입단 사이의 표면이 갖는 이온교환능에 의해 하수 및 오폐수의 유기성 또는 무기성 오탁물을 포집하여 고액 분리를 효율적으로 가능하게 한다.

본 발명에 따른 분말상 개질 활성오니의 제조방법의 바람직한 구체예를, 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

함수율 80% 미만인 유기물①에 대하여, 유기물과 부식물질 및 점토분말의 총 합계중량을 기준으로, 부식물질⑪ 1~10중량%와 점토분말⑨ 0.1~1중량%를 혼합사②에서 혼합하여 얻어진 혼합물을 발효사③에 퇴적하여, 혼합물 100㎥에 대하여 분당 5~15부피%의 공기를 1차 주입하면, 혼합물의 온도가 차츰 상승하여 1주일 이내에 60℃~90℃로 상승하였다가 하강하기 시작한다. 그때에 이들 혼합물을 뒤집기를 하여 다시 퇴적하여 공기를 상기 1차 주입과 같이 2차 주입하면, 퇴적물의 온도가 60℃~90℃로 상승하였다가 차츰 하강하기 시작한다. 이와 같은 과정을 또한번 반복하여 약 2~3주일이면 발효가 종결된다. 이들 퇴적물을 후숙사④로 이송하여 퇴적물의 온도가 상온이 될 때까지 공기를 상기 1차 주입 공기량의 절반수준으로 주입하면서, 유기물 속에 함유되어 있는 리그닌과 같은 난분해성 유기물의 분해를 위하여, 1개월 이상, 바람직하게는 6개월 이상, 더 바람직하게는 6~12개월간 숙성시킨다. 숙성이 완료되면, 선별기⑤에서 선별하여 이물질을 제거⑦하여 내수성 입단구조가 발달한 분말상 개질 활성오니를 제조한다.

제조된 개질 활성오니의 일부는 수분 조절용 퇴비⑧로서 혼합사①로 재순환시켜 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 액상 개질 활성오니의 제조방법의 바람직한 구체예를 설명하면 다음과 같다.

함수율 80% 이상의 유기물에, 유기물과 부식물질 및 점토분말의 총 합계중량을 기준으로, 상기 본 발명의 분말 개질 활성오니 1~10중량%와 점토분말 0.1~1중량%를 투입하고, 시간당 1.0~2.0㎥/㎥의 공기를 산기장치를 통하여 투입하여 1일 이상 경과하면 내수성 입단구조가 발달된 액상 활성오니가 생성된다. 이와 같이 제조된 액상 활성오니를 고액분리조에서 농축시키면 시딩용 개질 활성오니로 활용할 수 있다.

본 발명의 개질 활성오니 제조방법에 있어서, 상기 부식물질 투입량이 1중량% 미만이면 첨가 효과가 미흡하고, 10중량% 초과이면 더 이상의 효과가 없어 경제성이 떨어짐으로 바람직하지 않다. 그리고 점토분말의 투입량이 0.1중량% 미만이면 첨가효과가 미흡하고, 1중량%를 초과하여도 추가적인 효과가 없어 경제성이 없음으로 바람직하지 않다.

또한, 공기주입량이 상기한 범위 미만이면 발효성이 나쁘고, 상기 범위를 초과로 과다하면 발효보다 풍건이 앞서감으로 바람직하지 않다.

상기 유기물로는 유기성 오폐수처리장의 탈수 케이크(cake), 음식물 쓰레기, 축분, 사료 폐기물(부패 사료 등) 등으로부터 선택되는 1종 이상을 들 수 있고, 상기 부식물질로는 토탄, 니탄, 갈탄 및 부엽토 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.

또는, 내수성 입단구조가 발달된 액상 오니가 입수되지 않는 오지나 해외 처리장 공사의 경우나 운반비의 과다로 입수가 어려울 경우, 분말 개질활성오니를 물에 녹여 필요한 농도의 액상 개질활성오니를 얻을 수도 있다.

일반적인 입단구조는 미세 입자에 곰팡이 등의 균사체가 서로 엉겨서 형성되며, 이러한 구조는 곰팡이 균이 사멸하면 균사체가 소멸하게 되고, 입단 내로 유입된 물 등으로 인해 쉽게 폭발 붕괴된다. 그러나, 본 발명에 따른 내수성 입단 구조를 갖는 개질 활성오니의 경우, 입단구조 구성요소인 균사체가 부식화되어 안정적인 물질이 되면 곰팡이 균이 사멸하더라도 균사체는 그 형태를 그대로 유지할 수 있으므로, 입단 내로 유입된 물에 의하여도 입단 구조가 그대로 유지되는 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명의 개질 활성오니는 활성오니법으로 알려진 하수 처리 공정 및 오폐수처리 공정에 직접 이용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 활성오니법으로 하수 및 오폐수를 처리하는 방법에 있어서, 본 발명에 따른 내수성 입단구조를 갖는 개질 활성오니를 시딩(seeding)하는 것을 특징으로 하는 하수 및 오폐수 처리 방법을 제공한다.

본 발명의 활성오니법에 의한 하수 및 오폐수 처리 공정은 본 발명의 개질 활성오니를 적용할 수 있는 방법이라면 어떠한 방법이라도 적용이 가능하다. 예를 들어, 공지된 호기성 활성오니법 또는 혐기성 활성오니법 중 어느 방법에도 적용이 가능하다.

본 발명의 개질 활성오니를 이용한 하수 및 오폐수 처리 방법의 일예를 도면을 통하여 보다 상세하게 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 하수 및 오폐수 처리방법의 기본적인 구체예의 처리 계통도로서, 하수를 초침조(1)에 유입하여 오탁물질을 침전시키고, 이를 인발하여 부유물이 제거된 상태에서 폭기조(2)로 이송하여 오니 속에 함유된 유기물과 액상의 유기물을 분해하고, 침전조(3)에 유입하여 하수의 고액분리와 동시에 BOD를 저감시킨 다음, 상등수를 유출시켜 소독한 후 방류하고, 상기 침전조(3)의 침강된 오니를 인발하여 상기 초침조(1), 폭기조(2), 오니농축조(4)로 분배하여 재반응시키는 공정으로 이루어질 수 있다. 여기에서, 본 발명의 개질 활성오니는 상기 초침조(1) 또는 폭기조(2) 내로 유입되어 시딩제로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명의 개질 활성오니를 이용한 하수 및 오폐수 처리 방법에 따라 얻어진 처리수의 신규한 용도로서, 멸균용 조성물, 소취용 조성물, 식물 또는 가축의 성장 촉진용 조성물 및 오염토양의 중금속 제거용 조성물을 제공한다.

상기 멸균용 조성물과 소취용 조성물은 돼지, 소, 닭 등의 축사를 청소하는 용도로 사용될 수 있다.

또한, 상기 식물 성장 촉진용 조성물은 수목, 원예, 화훼용 및 염분 농도가 높은 간척지 토양용 비료 성분으로 사용될 수 있다.

상기 가축 성장 촉진용 조성물은 돼지, 소, 닭 등의 가축의 사료에 배합하여 제공될 수 있다.

본 발명의 개질 활성오니를 이용한 하수 및 오폐수 처리 방법에 따르면, 하수 처리 기간을 대폭 감소시켜 하수 처리 효율을 증가시킬 수 있으며, 하수 처리 과정에서 발생하는 심한 악취를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 활성오니의 재사용시 활성오니의 활성을 높게 유지시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 처리수는 멸균제, 소취제, 식물 또는 가축 성장촉진제 및 토양개량제로 재활용될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 개질 활성오니를 제조하는 공정을 나타낸 계통도이다.
도 2는 본 발명의 개질 활성오니를 사용한 하수 처리 공정을 나타낸 계통도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 축산분뇨의 처리계통도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 음식물 탈수여액의 처리계통도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 얻어진 처리수의 식물(양파)뿌리의 성장 촉진 실험의 결과를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 얻어진 처리수의 염분농도가 높은 간척지 토양에서 식물(양상추) 성장 촉진 실험의 결과를 나타낸 사진이다.

이하에서는 구체적인 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 바람직한 구체예를 나타낸 것이며, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예의 범위로 한정되는 것은 아니다.

제조예 : 분말상 개질 활성오니의 제조

도 1에 도시된 계통도에 따라, 하기와 같이 분말상 개질 활성오니를 제조하였다.

축분① 50㎥(함수율 70%)를 혼합사②에 투입하고, 그곳에 니탄⑪ 1㎥(함수율 70%)와 분말점토⑨ 100kg을 혼합하여, 함수율 70%의 혼합물을 생성하였다. 필요에 따라, 본 제조 공정에 따라 제조되어 선별된 분말 개질활성오니⑧ 10㎥을 혼합사②로 재순환시켜 투입한 후, 페이로다로 혼합하여 함수율을 65% 전후로 조절할 수 있다. 결과의 혼합물을 2m 높이로 발효사③에 퇴적한다. 퇴적바닥에는 송풍기⑩에 연결된 배관에 작은 구멍을 뚫어 발효사③와 후숙사④ 바닥에 매몰시켜 두고, 그곳에서 퇴적물 1㎥당 분당 0.1㎥의 공기가 분출되도록 하였다.

퇴적 당시 상온이던 혼합물의 심부온도가 차츰 상승하여 1주일 전후에 다량의 수증기를 발생시키면서 60℃~90℃로 상승하였다가 하강하기 시작하였다. 이와 같이 퇴적, 뒤집기를 3회 반복하고 난후에, 발효사③와 같이 바닥에 공기가 분출되는 배관이 매몰되어 있는 후숙사④에 이동 퇴적시켜 1개월 이상 퇴적시켜 심부 온도가 상온으로 안정화되도록 하였다. 그 후 선별기⑤로 이물질을 제거하여 분말 개질 활성오니를 수득하였다. 제조된 개질 활성오니의 일부는 수분조절용 퇴비⑧로 혼합사②로 재순환시켜 재사용하고, 나머지는 포장하여 하수 및 오폐수 처리시 시딩제로 활용할 수 있고, 또는 양질의 토양개량제 및 양질의 퇴비로 사용할 수도 있다.

실시예 1. 축산분뇨의 처리 및 액상 개질 활성오니의 제조

종전 활성오니법으로 운전되던 악취가 심하고, 처리능력이 80㎥/day이던 O양돈 축산분뇨처리장에서, 다음 표 1의 수질 및 용량을 갖는 축산분뇨 처리 시설을 토목구조물 증설없이, 상기 제조예에서 제조된 분말 개질 활성오니를 이용하여, 도 3과 같이 축산분뇨를 처리하였다. 상세 처리 과정은 다음과 같다.

축산분뇨의 원수 ①을 공기가 주입되는 집수조 ②에 투입하여 스크린 ③, 유량조정조 ④를 거쳐 활성오니의 농도가 1㎥당 4㎏인 폭기조 ⑤의 1,2,3,4,5,6에서 종래 활성오니에 의해 처리되어 고액분리되어 처리수가 방류되던 처리장에, 상기 제조예에서 제조된 내수성 입단구조가 발달된 분말 개질활성오니 440㎏과 점토분말 220㎏을 폭기조 ⑤-6(용량 440㎥)에 투입 ⑪하였다. 24시간 경과 후 폭기조 ⑤-6에서는 악취가 없어지면서 종전 활성오니가 알갱이가 커지면서 침강성이 좋아보이도록 개질되어 내수성 입단구조를 가진 부식점토 복합체로 개질되었다. 폭기조 ⑤-6에서 폭기조 ⑤-1로 원수 유입유량 80㎥/day 대비 5배인 400㎥/day의 개질된 활성오니를 펌프로 조내 반송을 개시하여 1주일 후에는 모든 폭기조 ⑤의 활성오니가 개질되어, 액상 개질 활성오니로 되었다. 시딩이 종결된 활성오니의 농축액을 고액분리조 ⑥으로부터 집수조로 반송하면, 용존산소량(DO)가 0이며, 산화환원전위(ORP)가 -400mV로 절대혐기성 상태인 집수조 ②에서, 반송오니 ⑨-3이 탈질되어 T-N(총 질소)이 저감되고, 동시에 탈질 NO2, NO의 2~3배의 BOD가 제거되었다. 한편, 반송오니 ⑨-3속에 함유된 내수성 입단구조가 발달된 개질 활성오니의 이온교환능에 의해 주요악취의 원인 물질인 NH₄ ⁺N^-이 이온 교환되어, 활성오니의 입단구조 속에 포집됨으로써, 악취가 액상에서 소멸되었다. 동시에 반송오니 속에 함유된 미생물의 점결성 대사산물의 응집력과 곰팡이균의 현미경적 균사의 포집력에 의해서, 폐수 속의 각종 유기물질과 무기물질이 액상에서 대폭 저감되었다. 집수조 ②에서 입자가 커진 오니상 물질은 스크린 ③에서 제거되어 스크린 스럿지 ⑬로 퇴비원료로 반출되고, 여액은 공기가 주입되는 유량조정조 ④로 이송되었다. 유량조정조 ④ 역시 집수조 ②와 마찬가지로 ORP가 -436mV로 강한 환원 상태이며, DO가 0.03으로 낮은 무산소 상태이므로 혐기성 미생물과 호기성 미생물이 혼재 공생하고 있는 환경이라 볼 수 있다. 따라서, 반송오니 ⑨-3이 유입되면, 집수조 ②에서 일어나는 탈질, BOD 제거, 응집축합, 이온교환 등이 일어나게 되어, 폐수의 액상에서 유기성, 무기성 오탁물질이 액상에서 70% 이상이 제거되었고, 부식화가 시작된 오니상 물질과 함께 폭기조로 이송하였다.

유량조정조에서 순간이송량을 계량하여 24시간 항상 일정하게 유입되는 폐수가 미세기포 산기관이 장착된 폭기조 ⑤에 유입되면, 제일 먼저 폭기조 ⑤-1에 유입되는 폐수가 반송오니 ⑨-1과 폭기조 ⑤-6에서 내부반송되는 오니 2~5Q(여기서, Q는 원수유입량에 대한 반송량의 중량비)가 혼합되면서도 ORP가 -20mV로 환원상태를 유지하고, DO가 0.04로 대단히 낮아 혐기성 미생물과 호기성 미생물이 혼재하면서 탈질, 환원, 호기성산화, 부식화 진행 등이 야기되고 있다고 보여지고, 액상에 남아있는 유기물을 분해함과 동시에 오니상 물질에 포집된 유기물을 분해시키고, 오니의 내수성 입단구조를 강화시켜 나간다. 따라서, 폭기조 ⑤-1과 같은 전단 폭기조는 탈질조와 질산화조를 겸하게 되는 것이다. 폭기조 ⑤의 MLSS는 개조후 2개월에 15,000㎎/ℓ로 증가되었고, 내수성 입단구조가 발달된 오니농도가 높고, 그 속에 서식하는 미생물의 서식농도 역시 높기 때문에 유기물의 분해능력이 여타 활성오니법보다 뛰어나게 되고, 원수농도가 갑자기 높아지거나 유입폐수량이 갑자기 늘어나도 폭기조의 충격 흡수 능력이 뛰어나게 된다. 한편, 폭기조 ⑤-4, ⑤-5, ⑤-6에서는 대장균은 서식하지 않으며, 살모넬라, 레지오넬라, 녹농균 등은 멸균되어 서식할 수 없다.

종래의 활성오니법으로는 MLSS가 15,000ppm으로 유지되지 못한다.

폭기조 ⑤에서 부식화가 완성되어 내수성 입단구조가 발달된 활성오니가 고액분리되어 상징수는 방류수조 ⑦에 유입되었다가 방류 ⑩ 또는 재활용 ⑭ 된다. 재활용수 ⑭는 멸균기능, 소취기능, 식물의 성장촉진기능, 동물의 장내 미생물의 활성기능 등이 있다. 고액분리되어 침강 농축된 내수성 입단구조가 발달된 오니는 재활용하여 시딩제, 액비 등으로 사용한다. 이러한 처리과정을 겪으면서 처리용량이 80㎥/day에서 120㎥/day로 향상되었다.

상기와 같은 과정으로 운전한 실측 결과를 하기 표 1과 표 2에 나타내었다.

실시예 2. 음식물 탈수여액의 처리

음식물쓰레기 250㎥/day를 파쇄 및 분쇄한 후 탈수기로 탈수한 탈수 케이크는 사료 원료로 사용하고, 다음 표 3의 수질 상태를 갖는 탈수여액을 상기의 제조예에서 제조된 분말 개질 활성오니를 이용하여 시설의 증설없이 도 4의 처리계통도에 따라 처리하고, 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.

<폭기조는 1번부터 5번까지 있으나, 측정은 2와 3에서만 하였다.>

상세 처리 과정은 다음과 같다.

ORP -400mV 이하인 절대혐기성 수조인 메탄발효조 ④에, 상기 제조예에서 제조된 내수성 입단구조가 잘 발달된 분말 활성오니를 메탄발효조 1kg 용적당 7,200kg을 투입하여 시딩하면, 고농도 혐기성 활성오니가 되어, 메탄생성균의 서식밀도가 높아진다. 한편, 폭기조 ⑧의 제일 전단인 ⑧-1에, 상기 실시예 1에서 생성되어 농축된 액상 개질활성오니 200㎥(MLSS 30,000ppm)을 투입하고, 점토분말 320kg을 투입하여, 폭기조 전체의 개질활성오니 농도를 8,000㎎/ℓ로 조절하여 폭기조의 활성오니 전체를 개질활성오니로 개질하였다.

이와 같은 수조에 원수 ①이 기계교반되는 원수조 ②에 투입됨과 동시에 평막모듈 ⑨에서 농축된 호기성 활성오니 ⑮를 ⑮-1을 통하여 원수조 ②에 투입교반한 결과, 악취가 저감되었다.

원수 ①속의 유기물들은 산발효조 ③에서 유기산 발효되어 pH가 약 3.5 정도로 떨어지는 것으로 보아 유기산 발효가 유효하게 진행된 것으로 보여지고, 메탄발효조 ④에 유입되어 메탄생성균에 의해 초산이 메탄가스화 되거나, CO₂가 수소에 의해 환원되어 CH₄가 발생하게 되면서 pH가 상승되어 8 전후 정도를 유지하게 되나, 유기산 유입량이 과다하여 메탄생성균의 서식밀도를 초과하는 유입이 되면 차츰 pH가 하향하게 됨으로써 알칼리도 조절 겸 메탄생성균의 서식밀도를 높이기 위하여 오니저류조에서 혐기성오니⑭를 반송하여 메탄균의 서식밀도를 높였다. 산발효조 ③ 및 메탄발효조 ④에서 생성되는 NH4⁺N^-은 혐기성 활성오니의 이온교환능에 의해 흡착 제거되며, 잉여 NH4⁺N^-은 미생물 증식에 의한 생체내 동화에 의해 액상에서 T-N이 제거되고 벨트 프레스 ⑫에서 탈수 케이크 ⑬로 제거된다. 즉, 메탄발효조에서 유기물속의 탄소는 CH₄로 변환되어 저감되고, T-N을 이온교환 및 미생물 생체내에 동화된 후 탈수에 의해 오니와 함께 제거된다.

메탄발효조 ④에서 발효여액이 초침조 ⑤에 유입되면 침강오니는 오니저류조 ⑪에 저류되었다가 메탄발효조 ④로 혐기성오니 ⑭가 반송되어 재활용되고, 나머지는 벨트 프레스 ⑫에서 탈수 ⑬ 제거되어 퇴비화 원료로 사용하게 된다. 초침조 상징수는 혐기여액집수조 ⑥에 집수되 호기성 반송오니 ⑮-3과 혼합 교반된 후에 호기성수조의 전단인 유량조정조 ⑦에 유입되어 ⑮-2 호기성활성오니와 또다시 교반되면서 내수성 입단구조가 발달된 호기성활성오니의 이온교환능과, 부식화과정의 미생물균의 대사산물의 킬레이트능 등에 의해 유기, 무기, 오탁물질이 제거된다. 이와 같은 과정을 거쳐 처리수조 ⑩에 유입된 처리수는 병원성 미생물, 대장균, 살모넬라 등 유해균의 멸균기능이 뛰어나고, 소취기능도 뛰어나고, 식물의 성장촉진기능, 동물의 장내 미생물의 활성이 뛰어나므로 소취제, 멸균제, 항생제의 기능제로서 재활용할 수 있다.

[비교표]

실시예 3. 처리수를 이용한 멸균 및 소취 실험

상기 실시예 1에서 처리되어 방류하는 상온 처리수 100㎖에 병원성 미생물을 투입하여, 생존 시험 결과를 다음 표 6, 7, 9에 나타내었고, 실시예 2에서 처리되어 방류하는 처리수에 의한 악취 제거실험을 한 결과를 표 8에 나타내었다.

상기 표 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 처리수를 살모넬라균에 투입한 결과, 30분 이내에 살모넬라 균을 살균하였다.

상기 표 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 처리수를 병원성 포도상구균에 투입한 결과, 1시간 이내에 포도상구균이 살균됨을 알 수 있다.

상기 표 8에 나타난 바와 같이, 실시예 2의 처리수에서는 암모니아, 황화수소, 메틸머캡탄, 트리메틸아민과 같은 악취의 주원인이 되는 물질의 농도가 배출기준 대비 현저히 낮아졌음을 확인할 수 있다.

상기 표 9에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 처리수를 대장균에 투입한 결과, 30분 이내에 대장균이 살균됨을 알 수 있다.

실시예 4. 실시예 1에 의해 생성된 처리수의 식물의 성장 촉진실험

지하수를 담은 컵에서 양파의 뿌리 성장 상태를 관찰하였고, 다른 컵에는 지하수에, 지하수 중량의 500분의 1의 양의 처리수(실시예 1의 처리수)를 혼합한 혼합수를 담아 양파뿌리의 성장 상태를 관찰하였다. 실험 개시후 8일만에 촬영한 사진을 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타난 바와 같이, 지하수만을 투입한 쪽(왼쪽 사진)에 비하여, 본 발명의 실시예 1의 처리수를 투입한 쪽(오른쪽 사진)이 현저한 성장촉진이 있었음이 확인되었다.

또한, 새만금 간척지의 염분농도가 높은 토양에 대한 양상추의 생육 실험을 실시하여, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에서, 왼쪽 사진은 무처리 간척지 토양에서의 생육 실험의 결과이고, 오른쪽 사진은 간척지 토양 대비 10중량%의 실시예 1의 처리수를 투입하여 생육 실험한 결과로서, 토양 개량후 17일 후에 이식하고, 25일 후에 촬영한 사진들이다. 도 6에서 알 수 있듯이, 무처리 간척지 토양에서는 양상추가 생육할 수 없었으나, 본 발명의 실시예 1의 처리수를 투입한 결과, 염분농도가 높은 간척지 토양에서도 경작이 가능함을 확인할 수 있다.

실시예 5. 실시예 1에 의해 생성된 처리수의 돼지돈사 악취제거 및 실험

O양돈 회원사인 W양돈은 양돈규모 5,000두의 일관 돈사로서 슬러리돈사에서 사육하고 있다. 슬러리돈사는 축산분뇨 발생량을 최소화하기 위해서 돈사를 분뇨통 위에 짓고, 발생분뇨는 하부의 분뇨통에 유입되도록 되어있음으로 축사에서 악취가 심하였다. 따라서 돼지의 건강이 좋을리 없고 성장률도 나쁘며, 폐사율도 10~20%로 높고 종사원들 역시 작업환경이 나빠서 건강이 좋지 않았다. 특히 하루 종일 돈사에서 근무하고 난뒤 샤워를 하고 가정에 돌아가면, 몸에 베인 악취때문에 가족들이 싫어하므로 근무자를 구할 수가 없어 외국인 노동자에 의존하고 있다. 특히, 머리카락은 샤워를 자주 하여도 악취가 없어지지 않고, 땀에서도 악취가 나는 실정이었다.

이 문제를 해결하고자 W양돈 L사장은 O양돈의 개질활성오니로 축산분뇨를 처리한 처리수를 지하수에 200대 1로 희석하여 돼지에게 음용케 하고, 또한 200대 1로 희석한 처리수를 축사에 분무하고, 돈사 바닥의 청소수로 사용하였다. 그 결과 3개월 후부터 돈사에서 악취가 나지 않게 되고, 종업원이 근무 후 샤워를 하지 않아도 몸에서나 머리에서 악취가 나지 않게 되었으며, 돼지가 건강해져서 설사병이나 호흡기 질환이 근절되고 폐사율이 0%가 되었다. 그리고 돼지의 출하일령도 짧아져서 7일 정도로 단축되었다.

실시예 6. 중금속 오염토양 정화 실험

GNCA의 퇴비에 함유된 유기물의 킬레이트 효과에 의해 중금속을 킬레이트시켜 제거하기 위하여, 오염토양:퇴비=1:1의 중량비로 혼합하여, 혼합물 총중량의 1%의 실시예 1의 처리수를 분무하면서 공기 주입하여 14일 동안 발효시켰다. 그 결과를 하기 표 10에 나타내었다.

상기 표 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1의 처리수를 투입한 결과, 중금속 오염 토양의 중금속 제거율이 매우 높음을 확인할 수 있다.

실시예 7. 간척지 토양염류 제어 효과

간척지에 밭작물 도입을 위하여 급속 제염 및 제염화 방지 기술을 도입하고자 작물 재배가 불가능한 고농도 염분 포장에 무비, 화학비료, 관행퇴비 또는 특수퇴비(제조예의 분말 개질 활성오니) 중 어느 하나를 처리한 후, 녹두 또는 보리의 발아률, 염농도, 토양산도, 유효인산 및 치환성 양이온의 변화를 측정하여 하기 표 11 및 12에 나타내었다.

파종된 녹두의 모든 처리에서 미발아 상태를 보였으나, 단구제 배치구의 특수퇴비 15중량% 처리구에서만 약 10% 발아했고, 염농도는 처리 후 2개월 경과시, 특수퇴비 처리구의 감소율이 59%로 가장 컸으며(각각의 토양의 염농도 감소율을 살펴보면, 무처리(46%), 화학비료(28%), 관행퇴비(28%), 특수퇴비(59%)), 토양 산도는 처리 전 대비 다소 알칼리화로 진행되었고, 특히 특수퇴비 처리구의 토양산도가 가장 낮았으며, 유효인산은 특수퇴비 처리구의 함량이 적정량의 2배로 가장 높았다.(각각의 유효인산의 함량을 살펴보면, 무처리구(812mg/kg), 화학비료(174), 관행퇴비(138), 특수퇴비(533)) 특수퇴비 처리구의 치환성 양이온 함량은 개선되었으며, 특히, K과 Ca 양이온 함량은 증가되었고, Mg 양이온 함량은 변화가 없었으며, Na 양이온 함량은 감소했음을 알 수 있다.

따라서, 특수퇴비는 간척지의 토양염류를 제어하는 데 효과가 있으며, 구체적으로 살펴보면, 토양의 염농도가 감소하고, 치환성 양이온 함량이 개선되는 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

1---초침조
2---폭기조
3---침전조
4---오니농축조

Claims

오폐수 처리장의 탈수 케이크, 음식물쓰레기, 축분 및 사료 폐기물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 함수율 80% 미만인 유기물에 대하여, 유기물과 갈탄 및 부엽토로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 부식물질 및 점토분말의 총 합계 중량을 기준으로, 부식물질 1 내지 10중량%와 점토분말 0.1 내지 1중량%를 투입하여 혼합하는 단계; 상기 혼합단계에서 얻어진 혼합물을 퇴적하고 공기를 주입하면서 2 내지 3주일간 발효하는 단계; 공기를 주입하면서 1개월 내지 12개월간 숙성시키는 단계; 선별기에서 선별하여 이물질을 제거하는 단계로 이루어지는, 내수성 입단구조를 갖는 것을 특징으로 하는 분말상 개질활성오니의 제조방법.
오폐수 처리장의 탈수 케이크, 음식물쓰레기, 축분 및 사료 폐기물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 함수율 80% 이상의 유기물에 대하여,제 1항에 의하여 제조된 분말상 개질 활성오니 1 내지 10중량%와 점토분말 0.1 내지 1중량%를 투입하고, 공기를 투입하여 부식화를 유도하여 이루어지는, 내수성 입단구조를 갖는 것을 특징으로 하는 액상 개질활성오니의 제조방법.
활성오니법으로 하수 또는 오폐수를 처리하는 방법에 있어서, 제1항에 의하여 제조된 내수성 입단구조를 갖는 개질 활성오니를 시딩하는 것을 특징으로 하는 하수 및 오폐수 처리 방법.
활성오니법으로 하수 또는 오폐수를 처리하는 방법에 있어서, 제2항에 의하여 제조된 내수성 입단구조를 갖는 개질 활성오니를 시딩하는 것을 특징으로 하는 하수 및 오폐수 처리 방법.
제3항에 있어서, 상기 활성오니법은 호기성 활성오니법 또는 혐기성 활성오니법인 것을 특징으로 하는 하수 및 오폐수 처리 방법.
제4항에 있어서, 상기 활성오니법은 호기성 활성오니법 또는 혐기성 활성오니법인 것을 특징으로 하는 하수 및 오폐수 처리 방법.
제 5항의 하수 및 오폐수 처리 방법에 의하여 생성된 처리수를 포함하는 멸균용 조성물.
제 5항의 하수 및 오폐수 처리 방법에 의하여 생성된 처리수를 포함하는 소취용 조성물.
제 5항의 하수 및 오폐수 처리 방법에 의하여 생성된 처리수를 포함하는 식물 또는 가축의 성장 촉진용 조성물.
제 5항의 하수 및 오폐수 처리 방법에 의하여 생성된 처리수를 포함하는 중금속 오염토양의 중금속 제거용 조성물.