KR101817647B1

KR101817647B1 - 축산 분뇨의 무방류 처리 설비

Info

Publication number: KR101817647B1
Application number: KR1020170091129A
Authority: KR
Inventors: 배희동
Original assignee: 주식회사 아쿠엑스 코리아
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2018-02-21

Abstract

본 발명의 축산 분뇨의 무방류 처리 방법에 관한 것으로, 기 제조된 건조물과 축산 분뇨를 함수율을 조정하여 혼합한 다음 성형하고, 대기풍을 통한 표면 건조 및 저온 열풍 건조 후 연소 처리함으로써 축산 분뇨의 방류가 발생하지 않으면서 건조 과정에서의 악취를 최소화하도록 한 것이다.

Description

축산 분뇨의 무방류 처리 설비{Equipment for Zero-Discharge Treatment of Livestock Wastewater}

본 발명은 축산 분뇨의 처리 방법에 관한 것으로, 특히 축산 분뇨를 방류하지 않도록 하되, 처리 과정에서의 악취 발생을 저감시킬 수 있도록 한, 축산 분뇨의 무방류 처리 방법에 관한 것이다.

축산분뇨(양돈분뇨)는 고형물의 함량이 약 3~10% 이르는 액상의 물질로, 처리하기가 매우 어려워 국가예산을 투입하여 공공처리장을 건설하여 정화방류 할 수 있도록 함으로써 환경보전을 위하여 노력하여 왔다.

그러나, 예산 소요가 심할 뿐만 아니라 막대한 정부 예산이 투입되었음에도 불구하고 안전하게 처리되고 있다는 결과가 제시되고 있지 아니할 뿐만 아니라 지속적인 수질오염이 가중되고 있다고 알려져 있는 실정이다.

기존의 축산분뇨 처리 방법 중 액비화 정책은 양돈분뇨를 처리하기 위하여 법적인 근거를 만들어 일정기간 저장할 경우 부숙(compositing) 되었다고 가정하여 토양에 액비라는 명칭으로 살포하도록 되어 있으나, 이는 법적 요건에 해당하는 형식만 갖추었을 뿐 매우 위험한 것으로, 매우 심한 악취를 유발하고(부숙되었을 경우 악취발생이 없음), 토양에 살포 후 우천시에는 전량 강으로 유입되는 불가피성을 지니고 있는 것으로 수질오염과 녹조 발생의 직접적인 원인이 되는 실효성이 없는 방안이라 아니할 수 없다.

실제 이와 같은 처리방법은 지난 20여년간 이행한 것으로 토양 뿐만 아니라 수질오염에 심각한 문제를 끼쳤다고 할 수 있다.

그런데, 우리나라의 경우 가축사육두수는 2009년부터 꾸준히 증가되어 2014년 농식품부통계 중 양돈 사육 두수에 따르면 10,900,286 두에 이르는 등 매우 큰 산업으로 자리 잡고 있는 실정이므로, 오염문제를 근거로 축산업의 폐쇄 또는 축소를 유도하는 것이 현실적으로 어려우므로, 축산분뇨 해결을 위한 방안을 마련하여야 하는 매우 중요한 위치에 놓여 있다고 아니할 수 없다.

특히, 지금까지의 축산분뇨 처리방법은, 정화방류 처리, 퇴비화, 액비화 및 하수처리장과 연계처리하는 것이 추진되어 왔고, 최근에는 혐기방식을 도입하여 메탄을 활용하고자 하는 방안이 강구되어 왔으나 실효성이 매우 낮고 막대한 비용이 투입되는 것으로 밝혀졌고, 이로 인하여 비점오염원이 가중되어 상수도 수자원 오염(Water reservoir)에 직접적인 영향을 미쳐 왔으나, 앞서 설명한 바와 같이 이를 해결할 수 있는 방안이 부재하여 적극적인 방안을 마련하지 못하여 왔다.

무방류 처리와 관련하여 본 출원의 발명자가 출원한 "감귤가공부산물 무방류 통합 처리 설및 및 처리 방법"(한국 등록특허공보 제10-1358974호, 특허문헌 1)에는 감귤가공부산물을 펠렛과 혼합한 후 일부는 펠렛 성형하고, 또다른 일부는 퇴비원료로 활용하는 기술이 공개되어 있다.

특허문헌 1은 무방류 처리라는 점에서 기술적 특징이 있다 할 것이나, 별도의 사료 원료 분말을 구비해야 하는 문제점이 있으며, 전술한 바와 같은 액비화 정책에 해당하는 것으로 처리 과정에서의 악취 유발, 토양과 하천을 오염시키는 문제점을 해결하기 어렵다.

한편, 이러한 문제점의 해소와 관련된 기술로 "음식물 폐수 처리 시스템 및 처리 방법"(한국 공개특허공보 제10-2011-0008910호, 특허문헌 2)에는 비록 축산 분뇨는 아니지만 소각로 내로 음식물 폐수를 직접 공급하여 소각로 내부 온도를 적정 온도로 유지하여 음식물 폐수를 증발 처리하는 기술이 공개되어 있다.

특허문헌 2의 경우 음식물을 소각 처리하고, 음식물 폐수는 소각 열을 이용하여 증발 처리함으로써 토양 및 하천으로 오염물질이 유입되는 것을 방지하도록 한 점에서 종래 문제점의 해소에 한발 다가섰다 할 것이다.

그런데 특허문헌 2와 같이 고온의 건조열을 가하게 될 경우 악취유발물질의 증발이 폭발적으로 발생하는데, 이는 악취를 유발하게 되는 원인이 유기물의 분해에 따른 유기산의 생성으로 인한 점에 비추어 볼 때, 유기산의 증발이 폭발적으로 이루어지게 되는 바 악취 발생이 심하다는 문제점이 있다.

따라서, 특허문헌 2에 제시된 바와 같이 축산 분뇨를 증발시켜 방류시키지 않게 하면서도 이 과정에서 악취 발생을 최소화할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이라 하겠다.

KR 10-1358974 (2014.01.28) KR 10-2011-0008910 (2011.01.27)

본 발명의 축산 분뇨의 무방류 처리 방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 축산 분뇨를 정화, 액비화, 퇴비화 등의 종래 방법을 사용하지 않고 증발 방식을 적용하여 무방류 처리하되, 낮은 열량으로 습도 조정을 통해 수분의 증발이 이루어지도록 하여 처리 과정에서의 악취 발생을 저감시키고, 경제성이 높은 처리 방법을 제공하려는 것이다.

보다 구체적으로, 고형분 함량이 적고 대부분 수분으로 이루어진 축산 분뇨에 기 제조된 축산분뇨의 건조물을 특정 비율로 혼합한 후 성형한 후 대기풍을 이용한 표면 건조 후 저온 열풍 건조가 연속으로 이루어지도록 함으로써 건조 과정에서의 악취 발생을 저감시키려는 것이다.

특히, 축사로부터 발생하는 축산폐수에 대하여 발생 즉시 건조물(저온열풍 건조 방식에 의해 건조된 것)과 혼합하여 수분함량을 조절하고, 적절한 직경으로 성형하여 최적의 표면 증발이 이루어지도록 하고, 주 건조 공정에서는 90℃ 이하의 저온 건조 방식으로 수분을 증발시켜 악취발생의 유기산의 증발을 최소화하며, 공정 과정에서 수분의 배출을 제로화하여 무방류를 실현할 뿐만 아니라 처리 과정에서 질소와 인의 배출을 철저하게 통제할 수 있게 하려는 것이다.

또, 건조 과정에어 응축 공정을 배제함으로써 응축수에 의한 폐수 발생을 억제하고, 처리에 소요되는 열원 공급을 최소화하여 경제성을 높이려는 것이다.

본 발명의 축산 분뇨의 무방류 처리 방법은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 함수율이 40 ~ 60%가 되도록 축산 분뇨와 하기 건조물을 혼합하여 함수율조정혼합물을 제조하는 혼합단계와; 상기 함수율조정혼합물을 펠렛 성형기에 투입 및 성형하여 펠렛을 제조하는 성형단계와; 상기 펠렛을 표면건조기에 투입하여 펠렛 표면을 상대습도 60% 미만의 대기풍으로 순간 건조하는 표면건조단계와; 상기 표면건조단계를 거친 펠렛을 건조기에 투입하여 저온 열풍 건조하여 함수율이 10% 미만인 건조물을 제조하는 건조단계와; 상기 건조물 중 일부는 상기 혼합단계에서 함수율 조정을 위해 공급하고, 공급된 건조물을 제외한 잉여 건조물을 연소로에 투입하여 연소시키는 연소단계;를 포함하여 구성된다.

상기한 구성에 있어서, 상기 혼합단계는 정량공급펌프를 이용하여 축산 분뇨와 건조물이 1 : 0.8 ~ 1.5의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 연소단계에서 발생하는 배기가스는 외기와 열교환시킨 후 상기 건조기에 투입하여 펠렛의 건조에 활용되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 축산 분뇨의 무방류 처리 설비는, 축산 농가에 설치되며, 균질화 처리된 분뇨가 저장되고, 상부에 교반기가 설치되어 있으며, 내부에 가축 분뇨가 저장되는 분뇨저장조(1)와; 하기 냉각저장고(11)에 저장된 건조물이 일측으로 공급되고, 타측으로는 상기 분뇨저장조(1)의 가축 분뇨가 원폐수정량공급펌프(2)를 통해 공급되어 일정 비율로 혼합하는 혼합전처리장치(3)와; 상기 혼합전처리장치(3)로부터 혼합된 원료를 공급받아 일정 직경의 펠렛을 성형하는 성형기(5)와; 상기 성형기(5)에서 성형된 펠렛 표면을 건조하는 표면건조기(7)와; 상기 표면건조기(7)에서 건조된 펠렛을 건조하여 건조물을 제조하는 건조기(9)와; 상기 건조기(9)에 제공된고 남은 잉여 건조물을 공급받아 연소시키는 연소로(13);를 포함하여 구성된다.

상기한 구성에 있어서, 상기 연소로(13)의 배기가스가 배출되는 관로상에 일측으로 외기가 유입되는 열교환기(17)가 설치되어 있고, 상기 열교환기(17)에서 배기가스에 의해 가열된 외기는 상기 건조기(9)로 공급되도록 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 열교환기(17)는 일측으로는 외기가 유입, 배출되는 외기유입관(17a) 및 외기배출관(17b)이 설치되어 있고, 타측으로는 배기가스가 유입 배출되도록 이루어지되, 공급되는 유입되는 외기의 공기량을 조절하는 조절댐퍼(17c)가 외기유입관(17a)에 설치되고, 열교환된 외기가 건조기(9)로 공급되는 외기배출관(17b)에는 온도감지센서(17d)가 설치되며, 상기 온도감지센서(17d) 및 조절댐퍼(17c)가 전기적으로 연결된 컨트롤장치(17e)의 제어에 의해 온도에 따라 조절댐퍼(17c)의 개폐율을 조절하여 건조기(9)로 공급되는 온도의 범위를 상기한 온도의 범위로 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 종래 정화방류 처리방식의 불완전으로 인한 수질오염의 근본적인 문제를 해결할 수 있어서 축산폐수 공공처리장의 정화방류 처리를 위한 예산을 획기적으로 절감할 수 있으며, 특히, 양돈분뇨는 사료원료가 농산부산물(밀기울 등)을 사용하므로 분해가 불가능한 폴리페놀(ployphenol)에 의한 COD 처리가 불가능하므로 공공처리장에서 COD 저감을 위한 다량의 약품을 사용하므로 이를 방지할 수 있게 된다.

더불어, 양돈분뇨 발생원인 양돈농가에서 직접 해결할 수 있어서 양돈분뇨의 수거체계가 정비되고, 전염성 질병이 발생할 경우, 양돈분뇨 수거차에 의한 질병전파에 대한 문제를 해결할 수 있고, 발생되는 양돈분뇨를 실시간으로 처리할 수 있음으로써 양돈산업에서 가장 문제가 되고 있는 본뇨처리는 물론, 가축의 사육환경을 개선시키고 면역력을 유지할 수 있어서 전염병으로부터 방어할 수 있는 환경을 유지시킬 수 있게 된다.

또한, 양돈가축은 단위동물로서, 곡류위주의 사육을 하게 되므로 곡류속에 함유되어 있는 유기태 인(Phytate : Inositol-hexaphosphate)을 소화할 수 없어서 이를 전량 배출하므로 토양 및 수질에 인의 오염이 심각한 실정인데, 이를 전량 수거할 수 있고 무배출이 가능하므로 수질 및 토양오염원을 원천적으로 막을 수 있게 된다.

더불어, 저온건조로 건조하기 때문에 유기산(Organic acid)의 끓는점(Boiling Point) 이하에서 건조 처리할 수 있어서 악취발생에 영향을 미치는 물질의 절대량을 근본적으로 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 발생 즉시 처리할 수 있으므로 부패된 분뇨에서 발생되는 유기물의 산화를 막을 수 있어서 악취발생에 영향을 미치는 요인을 최소화 할 수 있게 된다.

또한, 건조가 완료된 양돈분뇨의 건조물은 열량함량이 높아(3,500 kcal/kg 내외)연료로 사용하여 돈사에 필요한 스팀이나 온수를 공급할 수 있게 된다.

더불어, 일반적으로 고온건조시에는 응축수가 발생되어 이를 처리하여야 하는데 본 발명은 응축수 발생이 없어서 폐수처리가 필요없는 큰 장점을 지닌다.

도 1은 본 발명의 축산 분뇨의 무방류 처리 설비를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에서 열교환기의 일 예를 나타낸 구성도.

본 발명은 가축으로부터 발생된 양돈분뇨와 같은 축산분뇨를 기존의 방식인 정화처리, 액비화, 퇴비화 등등의 방법을 사용하지 않고, 자연적인 증발의 개념을 도입하여 수분 전량을 증발시킬 수 있도록 함으로써, 낮은 열량으로 대기중의 공기내 상대습도를 조정하고, 바람을 사용하여 수분 분자 운동을 촉진함으로써 수분의 증발이 잘 이루어질 수 있도록 유도하고 하며, 표면증발을 촉진하여 수분증발을 도모할 수 있도록 하였으며, 낮은 비용과 간단한 운영기술로 현재까지의 문제를 해결할 수 있도록 한 발명이다.

특히, 수분은 표면적에 따라 그 증발량과 속도가 달리진다는 것이 기상학적 연구에서 밝혀진바 있다.

일반적으로 수분의 증발은 100 ℃ 온도에서 증발 잠열을 투입하여 증발시키는 것으로 알려진 끓음의 원리를 적용하는 것과는 다르게, 본 발명은 증발(Evaporation)은 모든 온도구간에서 일어나고 있고, 이의 증발량은 몇가지 증발촉진요인(Surrounding Environment Factor)에 의하여 크게 증가되며, 그 결과는 매우 크다는 것이 밝혀진바 있다.

또한, 본 발명은 악취의 발생원인이 유기물의 분해에 따른 유기산의 생성에 따라 발생되고, 고온에서 건조할 경우 끓는 점(Boiling Point)을 넘어서게 되므로 악취유발물질의 증발이 폭발적으로 일어나게 되어 발생되는 것으로 이를 예방하기 위하여는 끓는점 이하에서 건조할 경우 절대적인 악취유발 유기산의 증발을 최소화 할 수 있도록 하는 특징이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 현상과 원리를 충실히 활용하고, 경제성을 극대화 시키며, 수분증발이 충분히 유도될 수 있는 미세한 요인을 개발하여 적용한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 축산 분뇨의 무방류 처리 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 축산 분뇨의 무방류 처리 방법은 크게 혼합단계, 성형단계, 표면건조단계, 건조단계 및 연소단계를 포함하여 구성된다.

1. 혼합단계

함수율이 40 ~ 60%가 되도록 축산 분뇨와 하기 건조물을 혼합하여 함수율조정혼합물을 제조한다.

양돈 축사를 기준으로 할 때 일반적으로 양돈농가는 분(Feces)과 뇨(Urine)가 동시에 배출되는 돈사 구조와, 뇨와 분이 분리배출되는 돈사로 구성되어 있는데, 대게 두가지 종류가 공존하는 구성을 갖추고 있기 때문에 분과 뇨과 공동으로 배출되는 것이 일반적이다.

이때 양돈분뇨의 고형분 함량(TS : Total Solid Content)은 약 3~10 중량%에 달하게 되며, 배출량은 두당 약 5 kg(법상 8.6 kg으로 정하고 있으나 실제 배출량을 이보다 적음)으로 이를 적정한 함수율로 조정하여 성형이 가능할 수 있도록 조정하는 공정이다.

구체적으로, 양돈농가와 같은 축산 농가에 분과 뇨가 저장된 분뇨저장조(1)를 준비하며, 분뇨저장조(1)에 분뇨가 저장되도록 준비한다.

이때, 저장되는 분뇨는 고형분이 침전되지 않도록 균질화(Homogenization)를 사전에 실시하여 저장되도록 한다.

분뇨저장조(1)는 상부에 교반기(Agitator)를 설치하여 교반한다.

건조단계에서 건조된 건조물은 분쇄하지 않은 채 제6이송장치(12a)를 통해 로드셀(Load Cell)이 설치된 혼합전처리장치(3)에 우선 공급하며, 분뇨저장조(1)에서 교반하고 있는 양돈폐수는 원폐수정량공급펌프(2)를 사용하여 혼합전처리장치(3)로 이송하며, 기 투입된 건조물과 혼합하게 된다.

이때 혼합비율은 춘산분뇨 폐수 1 : 건조물 0.8~1.5의 중량비로 혼합하며 약 10분 내외로 혼합한다.

혼합이 완료된 혼합물은 벨트컨베이어가 내장된 이송관과 같은 제1이송장치(4)를 통하여 성형기로 공급한다.

2. 성형단계

상기 함수율조정혼합물을 펠렛 성형기에 투입 및 성형하여 펠렛을 제조한다.

혼합단계에서 성형(Pelletizing)이 용이한 적정한 함수율(40~60%)로 조정된 양돈분뇨는 이물질을 일차로 제거하고 성형공정(pelletizing process)을 거친다.

이때 가장 최적으로 수분증발을 유도하기 위하여 최적의 표면적을 유지할 수 있게 성형한다.

구체적으로, 혼합이 완료되고 성형(Pelletizing) 공정으로 이송된 혼합물은 이물질 제거를 위한 진동 스크린(vibration screen)을 통과 시킨 후, 성형기(5)로 투입하게 되며, 성형기(5)로 투입된 혼합물은 표면 증발을 효과적으로 유도하기 위하여 펠렛의 직경이 약 4 ~ 8 mm가 되도록 성형한다.

직경이 4mm 미만인 경우 저온열풍이 건조 과정 중에 펠렛과 펠렛 사이를 통과하는 데 장애가 발생하는 등 어려움이 있고, 직경이 15mm를 초과하는 경우에는 건조하고자 하는 펠렛으로부터 수분이 배출되는 데 시간이 길게 소요되는 문제점이 있기 때문에 상기 수치의 직경에서 표면 증발이 가장 활성화된다.

또, 표면적을 극대화하기 위한 방안으로는 폐수 종류에 따라 펠렛으로 성형할 때 크랙킹(cracking) 발생이 용이하게 될 수 있도록 해야 한다.

이를 위하여 펠렛 성형 직전의 혼합물 수분 함량이 매우 중요한데 이는 펠렛을 크랙킹 함으로써 다공성을 높이고, 저온 열풍의 투입을 용이하게 함으로써 수분 배출 효율을 극대화하게 되는 효과를 갖게 된다.

성형이 완료된 펠렛은 벨트컨베이어가 내장된 이송관과 같은 제2이송장치(6)를 사용하여 표면건조기(7)로 이송한다.

이때, 성형기(5)에서 성형이 완료된 펠렛은 분뇨 내에 미소화물질(non-digested materials)로 잔류되어 있는 녹말성분(Starch)에 의한 재접착을 방지하기 위하여 성형된 펠렛의 표면이 순간 건조(Simultaneous Drying Process) 될 수 있도록 성형 즉시 제2이송장치(6)를 사용하여 표면건조기(Surface Drying, 7)로 투입 한다.

3. 표면건조단계

상기 펠렛을 표면건조기에 투입하여 펠렛 표면을 상대습도 60% 미만의 대기풍으로 순간 건조한다.

전술한 것처럼 성형이 완료된 양돈분뇨는 양돈분뇨의 특성상 미소화된 전분(Starch)가 존재하므로 성형이 완료되었다고 할지라도 다시 성형된 입자간에 붙는 현상이 발생될 수 있으므로 이를 제거할 수 있는 순간 건조(Simultaneous Drying Process)를 실시할 수 있는 표면건조(Surface Drying)를 실시하여 안정적인 후단공정이 이루어 질 수 있도록 한다.

이를 위해, 표면건조기에 투입하는 건조용 대기풍이 상대습도 60%를 넘지 않을 경우, 대기풍(16)을 직접 투입하며, 유인송풍기(21)로 바람을 이동시킨다.

표면건조기(Surface Drying, 7)으로부터 배출되는 공기는 사이클론(20)을 통하여 배출되기도 하는 입자를 제거하고, 미량으로 증발되는 악취는 악취세정탑(24)를 거쳐 대기배출(25)시킨다.

표면건조기(Surface Drying, 7)에 체류하는 시간은 약 3시간 내외로 하되, 체류 시간은 투입한 성형물의 함수율이 투입시 대비 5% 이상 건조되었을 때를 기준으로 한다.

4. 건조단계

상기 표면건조단계를 거친 펠렛을 건조기에 투입하여 저온 열풍 건조하여 함수율이 10% 미만인 건조물을 제조한다.

구체적으로, 표면건조기(7)에서 표면건조가 완료된 펠렛은 벨트컨베이어가 내장된 이송관과 같은 제3이송장치(8)를 사용하여 저온열풍 건조기(Low Temperature Drying Process, 9)로 투입한다.

건조기(9)에 투입하는 열풍의 온도는 50~90 ℃로 하거나, 투입하는 공기의 상대습도가 45 % 이하가 될 수 있도록 조정하여야 한다.

투입하는 공기는 건조물을 연소로(13)에서 연소시킨 후 배출되는 배기가스를 열교환기(17)를 열교환 한 이후, 건조기(9)에 투입한다.

이때, 상기 열교환기(17)는 일측으로는 외기가 유입, 배출되는 외기유입관(17a) 및 외기배출관(17b)이 설치되어 있고, 타측으로는 배기가스가 유입 배출되도록 이루어지되, 공급되는 유입되는 외기의 공기량을 조절하는 조절댐퍼(17c)가 외기유입관(17a)에 설치되고, 열교환된 외기가 건조기(9)로 공급되는 외기배출관(17b)에는 온도감지센서(17d)가 설치되며, 상기 온도감지센서(17d) 및 조절댐퍼(17c)가 전기적으로 연결된 컨트롤장치(17e)의 제어에 의해 온도에 따라 조절댐퍼(17c)의 개폐율을 조절하여 건조기(9)로 공급되는 온도의 범위를 상기한 온도의 범위로 조절하도록 구성된 것이 바람직하다.

더불어 이때 공기의 이동은 유인송풍기(22)를 사용하며, 공기에 의하여 배출되는 미량의 입자는 사이클론(23)에 의하여 제거하며, 미량 증발되는 악취는 2단 약액악취세정탑(26)에 의하여 처리한 후 대기배출(27) 한다.

또한 연소로(13)에는 물이 저장된 스팀온수발생장치(14) 등이 설치되어 연소한 열은 농장에 사용하기 위한 스팀이나 온수를 생산하여 사용할 수 있도록 하며, 연소로(13)에서 배출되는 배기가스(18)은 배기가스정화장치(19)를 거쳐 배출할 수 있도록 한다.

만약 연소로가 없을 경우, 건조물은 외부 배출하여 연료로 공급하며, 건조열은 LNG 또는 LPG를 공급하여 투입하는 온도를 조절하여 건조하도록 하며, 건조기내 체류시간은 건조물의 특성에 따라 약 5~8시간으로 한다.

5. 연소단계

상기 건조물 중 일부는 상기 혼합단계에서 함수율 조정을 위해 공급하고, 공급된 건조물을 제외한 잉여 건조물을 연소로에 투입하여 연소시킨다.

구체적으로, 건조단계에서 건조물의 함수율은 약 15 % 내외로 하며, 나머지 10%까지의 건조는 수분의 함량이 매우 적고, 냉각 및 수분균형유지공정(Cooling and Moisture Equilibrium)에서 증발시킬 수 있으므로 최종 함수율 10% 내외로 배출될 수 있도록 한다.

건조가 완료된 건조물은 제1 제3 이송장치와 같은 제4이송장치(10)을 사용하여 냉각 및 수분균형화를 유지시키는 건조물 냉각저장고(11)로 이송하게 되며, 이때 대기풍(16)을 유인송풍기(22)를 사용하여 투입하게 되며, 배출되는 공기의 정화는 연소로 이후의 정화 처리 과정에서 처리하게 된다.

최종 냉각 및 수분균형유지공정이 완료된 건조물이 온도는 대기온도와 같고, 필요에 따라 제1 내지 4 이송장치와 같은 제5이송장치(12)을 사용하여 연소로(13)로 투입하여 연료로 사용하게 된다.

이하, 본 발명을 통하여 양돈분뇨의 질소 및 인 오염방지를 위한 무방류 처리방법에 대한 현상을 측정한 결과를 보면 다음과 같다

저온 및 고온 건조후 배출되는 배출가스 강제응축을 통하여 채취한 응축수의 오염분석결과 비교

항 목(mg/l)	고온건조	본 발명 (저온건조)
COD	683.0~729.2	7.8~ 99.2
총질소(T-N)	665.2	56.5
암모니아성 질소(NH₃-N)	250.8	55.9

건조기에서 건조 후 배출되는 공기를 강제 응축시킨 후 채취한 응축수내 함유되어 있는 오염물질을 측정한 결과, 고온건조에 의하여 증발되는 수분으로부터 배출되는 오염물질의 양은 고온건고에 의한 응축수에서 대단히 높은 함량을 나타냈다.

특히, 고온건조의 경우, 질소의 함량도 매우 높았으며, 이는 물에 용해되는 암모니아성 질소 외에도 아미노산 형태의 질소도 많이 증발하는 것으로 나타났다.

그러나 본 발명에 의한 저온건조 및 무방류 방식에 의하여 채취한 응축수의 오염부하도는 COD의 경우 매우 낮았으며(기존 법상 방류수준에 적합) 질소의 경우암모니아성 질소가 대부분인 것으로 나타났고, 이는 약액세정탑에서 매우 쉽게 제거할 수 있는 수준인 것으로 나타남으로써 오염 부하도가 원천적으로 격감되는 것으로 나타났다.

건조 전 및 건조 후 액상 양돈분뇨와 건조물 내의 질소(N) 함량 비교

항 목(mg/l)	액상	본 발명 ( 건조후 펠렛내 함량)
수분함량(%)	95.6	10.1
총질소(T-N) 함량	4,650.5(mg/l)	10.5±0.3 %(건조물 기준)
총질소(T-N) 함량(kg/㎥)	4.65 kg	펠렛 1 kg 당 : 0.105 kg 질소 함유 양돈분뇨 ㎥당 고형분 함량(kg) 기준 총 질소량 : = 44 kg x 0.105 kg N = 4.62 kg N
양돈분뇨 ㎥ 당 고형분 함량(kg)	44 kg	-

양돈분뇨에 함유되어 있는 총질소 함량(T-N)과 건조후 건조물에 함유되어 있는 총질소 함량(T-N)을 측정하여 고형물을 기준으로 하여 비교하였을 때, 액상에 존재하는 총질소 함량의 약 99.4%{(4.62 kg : 건조펠렛 내 총질소 함량 ÷ 4.62 : 액상 양돈분뇨 내 총질소 함량) x 100}가 건조물에 함유되어 있다는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 무방류 건조방식으로 처리하였을 때 배출되는 총질소가 건조물에 대부분 존재한다는 것을 의미하는 것으로 양돈분뇨를 본 발명으로 처리하였을 경우 총질소 오염을 통제할 수 있음을 나타낸다.

건조 전 및 건조 후 액상 양돈분뇨와 건조물 내의 인(P) 함량 비교

항 목(mg/l)	액상	본 발명 ( 건조후 펠렛내 함량)
수분함량(%)	95.6	10.1
총인(T-P) 함량	1,570.2(mg/l)	3.53 ± 0.5 %(Dry matter 기준)
총인(T-P) 함량(kg/㎥)	1.57 kg	펠렛 1 kg 당 : 0.0358 kg 인 함유 양돈분뇨 ㎥당 고형분 함량(kg) 기준 총 질소량 : = 44 kg x 0.0353 kg P = 1.553 kg P
양돈분뇨 ㎥ 당 고형분 함량(kg)	44 kg	-

또한 양돈분뇨에 함유되어 있는 총인 함량(T-P)과 건조후 건조물에 함유되어 있는 총인 함량(T-P)을 측정하여 고형물기준으로 비교하였을 때, 액상에 존재하는 총인 함량의 약 98.9%{(1.553 kg : 건조펠렛 내 총인 함량 ÷ 1.570 : 액상 양돈분뇨 내 총인 함량) x 100}가 건조물에 함유되어 있다는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 무방류 건조방식으로 처리하였을 때 배출되는 총인 함량이 건조물에 대부분 존재한다는 것을 의미하는 것으로 양돈분뇨를 본 발명으로 처리하였을 경우 총인 오염을 통제할 수 있음을 나타낸다.

본 발명은 다양한 가축 축사에 설치되는 것이 바람직하며, 특히 양돈 농가에 설치되도록 함이 가장 바람직하다 할 것이다.

1 : 분뇨저장조 2 : 원폐수정량공급펌
3 : 혼합전처리장치 4 : 제1이송장치
5 : 성형기 6 : 제2이송장치
7 : 표면건조기 8 : 제3이송장치
9 : 건조기 10 : 제4이송장치
11 : 냉각저장고 12 : 제5이송장치
12a : 제6이송장치 13 : 연소로
14 : 스팀온수발생장치 16 : 대기풍
17 : 열교환기 17a : 외기유입관
17b : 외기배출관 17c : 조절댐퍼
17d : 온도감지센서 17e : 컨트롤장치
18 : 배기가스 19 : 배기가스정화장치
20 : 사이클론 21,22 : 유인송풍기
23 : 사이클론 24,26 : 악취세정탑
25,27 : 대기배출

Claims

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축산 분뇨의 무방류 처리 설비에 있어서,
축산 농가에 설치되며, 균질화 처리된 분뇨가 저장되고, 상부에 교반기가 설치되어 있으며, 내부에 가축 분뇨가 저장되는 분뇨저장조(1)와;
하기 냉각저장고(11)에 저장된 건조물이 일측으로 공급되고, 타측으로는 상기 분뇨저장조(1)의 가축 분뇨가 원폐수정량공급펌프(2)를 통해 공급되어 일정 비율로 혼합하는 혼합전처리장치(3)와;
상기 혼합전처리장치(3)로부터 혼합된 원료를 공급받아 일정 직경의 펠렛을 성형하는 성형기(5)와;
상기 성형기(5)에서 성형된 펠렛 표면을 건조하는 표면건조기(7)와;
상기 표면건조기(7)에서 표면 건조된 펠렛을 건조하여 건조물을 제조하는 건조기(9)와;
건조기(9)에서 제조된 건조물을 대기풍을 이용하여 냉각시키는 냉각저장고(11)와;
상기 냉각저장고(11)에서 상기 혼합전처리장치(3)로 제공되고 남은 잉여 건조물을 공급받아 연소시키는 연소로(13);를 포함하여 구성된,
축산 분뇨의 무방류 처리 설비.
제 4항에 있어서,
상기 연소로(13)의 배기가스가 배출되는 관로상에 일측으로 외기가 유입되는 열교환기(17)가 설치되어 있고, 상기 열교환기(17)에서 배기가스에 의해 가열된 외기는 상기 건조기(9)로 공급되도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
축산 분뇨의 무방류 처리 설비.
제 5항에 있어서,
상기 열교환기(17)는 일측으로는 외기가 유입, 배출되는 외기유입관(17a) 및 외기배출관(17b)이 설치되어 있고, 타측으로는 배기가스가 유입 배출되도록 이루어지되, 공급되는 유입되는 외기의 공기량을 조절하는 조절댐퍼(17c)가 외기유입관(17a)에 설치되고, 열교환된 외기가 건조기(9)로 공급되는 외기배출관(17b)에는 온도감지센서(17d)가 설치되며, 상기 온도감지센서(17d) 및 조절댐퍼(17c)가 전기적으로 연결된 컨트롤장치(17e)의 제어에 의해 온도에 따라 조절댐퍼(17c)의 개폐율을 조절하여 건조기(9)로 공급되는 온도를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
축산 분뇨의 무방류 처리 설비.