KR101858528B1 - 축산폐수 처리용 정화제 및 이를 이용한 무방류 축산폐수 처리방법 - Google Patents
축산폐수 처리용 정화제 및 이를 이용한 무방류 축산폐수 처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 30 내지 50 중량%의 맥반석 분말, 20 내지 40 중량%의 생석회 분말, 10 내지 20 중량%의 게르마늄 분말, 10 내지 20 중량%의 황토를 포함하는 축산폐수 처리용 정화제를 제공한다.
본 발명에 따른 축산폐수 처리용 정화제는 황토, 맥반석, 게르마늄, 생석회를 포함하는 세라믹 원료로 제조하여 표면에 다수의 기공이 형성됨에 따라 각종 유해 성분을 효과적으로 흡착 및 분해할 수 있으며, 구제역, AI 바이러스 등의 병원균을 효과적으로 사멸시킬 수 있어 축산폐수를 처리하기 위한 용도로 손쉽게 활용될 수 있다.
또한, 상기와 같은 정화제를 이용한 무방류 축산폐수 처리방법으로 수득한 정화수는 비소, 수은, 납, 염 등과 같은 오염 물질을 포함하지 않으며 강한 알칼리성을 나타내기 때문에 구제역, AI 바이러스 등의 병원균을 효과적으로 사멸시킬 수 있고, 악취를 저감시킬 수 있으며, 벌레 또는 파리 등과 같은 해충의 발생을 방지하여 축사 등과 같은 축산 설비 또는 퇴비사 등의 세척 및 살균을 위한 용도로 용이하게 사용될 수 있다.
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Description
본 발명은 축산폐수를 처리할 수 있는 정화제와, 이를 이용하여 무방류 방식으로 축산폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다.
최근, 급격한 인구의 증가와 생활방식의 변화로 인해 음식물과 축산물의 수요가 증가함에 따라, 음식물 쓰레기나 가축분뇨 배출량 또한 증가하여 환경오염 및 수질오염이 유발되고 있다. 특히, 축산폐수에는 질소 및 인이 다량으로 포함되어 악취를 발생시킬 뿐만 아니라, 하천이나 호수로 방류될 경우 부영양화를 유발하는 수질오염의 원인이 되고 있다.
종래에는 상기와 같은 축산폐수를 처리하기 위한 방안으로 축산 농가에서 발생하는 유ㆍ무기성 폐기물을 호기성 조건 또는 혐기성 조건에서 처리하는 방법에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
일례로, 한국공개특허 제10-2017-0017949호에는 축산폐수에 아크 방전기를 통하여 아크 방전된 공기를 공급하여 분해하고, 분해된 축산폐수를 공급받아 축산폐수에 함유된 부유물질을 침전시키며, 침전조에서 공급받은 축산폐수에 산소를 용해시킨 후 축산폐수에 함유된 질소와 인을 제거하고 2차 침전시켜 축산폐수를 처리하는 축산폐수 처리 시스템에 관한 기술 내용이 개시된 바 있다.
하지만, 상기와 같은 문헌에 개시된 방법은 축산폐수를 처리하기 위해 아크 방전기 등과 같은 고가의 설비가 구비되어야 하기 때문에 축산 농가에 도입이 힘들다는 문제가 있어, 이를 보완할 수 있도록 저렴한 설치비용으로 설치가 가능하면서도 고효율로 축산폐수를 처리할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 비소, 수은, 납, 나트륨 등과 같은 오염원을 배출하지 않으면서도 구제역 등의 병원균을 손쉽게 사멸시킬 수 있어 축산폐수를 처리하기 위한 용도로 손쉽게 활용할 수 있는 축산폐수 처리용 정화제에 관한 기술 내용을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 무방류 축산폐수 처리방법에 따르면, 상기와 같은 축산 폐기물 처리용 정화제를 축산폐수와 혼합하는 간단한 방법 및 설비로 축산폐수를 고효율로 처리할 수 있으며, 수득한 정화수와 축산폐수를 처리한 후 배출되는 정화제는 축산 산업에 재이용할 수 있어 친환경적이다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명은, 30 내지 50 중량%의 맥반석 분말, 20 내지 40 중량%의 생석회 분말, 10 내지 20 중량%의 게르마늄 분말 및 10 내지 20 중량%의 황토를 포함하는 축산폐수 처리용 정화제를 제공한다.
또한, 상기 정화제는, 30 내지 50 중량%의 맥반석 분말, 20 내지 40 중량%의 생석회 분말, 10 내지 20 중량%의 게르마늄 분말, 10 내지 20 중량%의 황토를 포함하는 세라믹 혼합물을 물과 혼합하여 세라믹 반죽을 제조하고, 제조한 세라믹 반죽을 성형하여 세라믹 성형체를 제조한 후, 제조한 세라믹 성형체를 800 내지 1300 ℃의 온도로 12 내지 72시간 동안 소성하여 제조한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기에 기재된 정화제 및 축산폐수를 정화조에 공급하고 상기 정화제 및 축산폐수를 혼합하는 단계를 포함하는 무방류 축산폐수 처리방법을 제공한다.
또한, 상기 무방류 축산폐수 처리방법에서는 상기 정화제 및 축산폐수를 30:1 내지 5:1의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기에 기재된 정화제를 공급하는 정화제 공급부; 축산 농가에서 배출한 축산폐수를 공급하는 축산폐수 공급부; 상기 정화제 공급부 및 축산폐수 공급부와 연결되고, 상기 정화제 및 축산폐수를 혼합하는 교반수단이 구비된 정화부; 및 상기 정화부에서 발생한 물을 공급받아 저장하는 정화수 저장부;를 포함하는 무방류 축산폐수 처리 시스템을 제공한다.
또한, 상기 정화부는 내부에 자외선을 조사하는 자외선 조사부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 축산폐수 처리용 정화제는 황토, 맥반석, 게르마늄, 생석회를 포함하는 세라믹 원료로 제조하여 표면에 다수의 기공이 형성됨에 따라 각종 유해 성분을 효과적으로 흡착 및 분해할 수 있으며, 구제역, AI 바이러스 등의 병원균을 효과적으로 사멸시킬 수 있어 축산폐수를 처리하기 위한 용도로 손쉽게 활용될 수 있다.
또한, 상기와 같은 정화제를 이용한 무방류 축산폐수 처리방법으로 수득한 정화수는 비소, 수은, 납, 염 등과 같은 오염 물질을 포함하지 않으며 강한 알칼리성을 나타내기 때문에 구제역, AI 바이러스 등의 병원균을 효과적으로 사멸시킬 수 있고, 악취를 저감시킬 수 있으며, 벌레 또는 파리 등과 같은 해충의 발생을 방지하여 축사 등과 같은 축산 설비 또는 퇴비사 등의 세척 및 살균을 위한 용도로 용이하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 축산폐수 처리용 정화제를 이용한 무방류 축산폐수 처리용 시스템을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 실시예 2에 따른 정화제로 축산폐수를 처리한 후, 정화제에서 수득한 정화수의 중금속 및 염 함량을 분석한 결과이다.
도 2는 실시예 2에 따른 정화제로 축산폐수를 처리한 후, 정화제에서 수득한 정화수의 중금속 및 염 함량을 분석한 결과이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 축산폐수 처리용 정화제는, 맥반석 분말, 생석회 분말, 게르마늄 분말 및 황토를 포함하는 세라믹 소재를 포함한다.
상기 맥반석 분말은, 맥반석을 분쇄하여 제조한 것으로 맥반석은 무수규산, 산화알루미늄과 산화철을 주성분으로 포함하며, 1m2당 3 내지 5만 여개의 다공질로 구성되어 있어 축산폐수에 포함된 각종 오염원인 물질, 악취유발 물질, 바이러스, 미생물 등을 효과적으로 흡착하고 제거할 수 있는 흡착제 및 살균제의 역할을 할 수 있다. 특히, 상기 맥반석 분말은 산화알루미늄, 산화철 등의 금속 산화물을 다량 포함하여 자외선을 공급받으면 여기(excitation)되어 자유 라디칼을 형성하고, 이에 의해 축산 폐기물에 포함된 항생제와 구제역 또는 AI 등의 각종 병원균을 효과적으로 제거하는 역할을 할 수 있다.
상기 생석회 분말은, 산화칼슘(CaO)을 주성분으로 하고 흡습성이 높으며, 수화시 발열하는 특성을 나타내고, pH를 높여 축산폐수 처리용 정화제가 알칼리성 특성을 나타내도록 유도하여 구제역 또는 AI 등을 유발하는 각종 바이러스 및 미생물의 증식을 효과적으로 억제하는 역할을 하며, 축산폐수에 포함된 각종 오염원인 물질의 분해 및 흡착을 촉진시키는 역할을 한다.
상기 게르마늄 분말은, 납, 구리, 카드뮴, 비소, 나트륨 등과 같은 중금속을 흡착하는 능력이 탁월하며, 자외선을 공급받으면 상기 맥반석 분말에 포함된 금속 산화물과 함께 자유 라디칼을 형성하여 각종 병원균과 항생제 등의 분해 성능이 매우 뛰어나다.
상기 황토는, 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 철, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 등의 수많은 미네랄을 다량 포함하며, 다공성 물질로서, 축산폐수 처리용 정화제에 표면적이 넓은 벌집 구조를 형성하고, 수많은 구간이 복층 구조를 이루도록 하여 높은 흡착능을 부여해 각종 오염원인 물질, 병원균, 악취 등을 흡착하는 능력이 우수하다. 특히, 상기 황토는 축산폐수 처리용 정화제를 제조하는 과정 중에 발생되는 성형체의 뒤틀림이나 균열을 방지하도록 상기 세라믹 소재를 결합시키는 역할을 할 수 있다.
상기와 같은 축산폐수 처리용 정화제는 평균 입경이 1 내지 500 ㎛인 분말을 사용하여 제조할 수 있으며, 상기 정화제에 포함되는 분말의 평균 입경이 너무 작으면, 균일한 분산도를 갖는 정화제를 제조하기 힘든 문제가 있으며, 평균 입경이 너무 크면, 정화제의 크기가 증가하는 문제가 있다.
또한, 본 발명에 따른 축산폐수 처리용 정화제는 맥반석 분말, 생석회 분말, 게르마늄 분말 및 황토를 포함하는 세라믹 소재를 포함하는 분말을 축산폐수에 즉시 도입하여 사용할 수 있으나, 상기와 같은 세라믹 소재를 물과 혼합하여 세라믹 반죽을 제조하고, 제조한 반죽을 성형하고, 성형체를 건조하여 제조할 수도 있으며, 바람직하게는, 상기 반죽을 성형한 성형체를 가열 소성하여 제조하는 것이 좋다. 상기와 같이 가열 소성 방법으로 제조된 정화제는 세라믹 반죽을 건조 성형하여 제조한 정화제와 달리 강도가 우수해 쉽게 분해되지 않기 때문에 축산폐수를 처리한 후 작물 재배지에 시비할 수 있는 비료로 활용이 가능하며, 시비한 후 체걸음(sieving) 등의 방법으로 회수할 수도 있어 이를 축산폐수 처리를 위해 재사용할 수 있다. 나아가, 상기 축산폐수 처리용 정화제는 평균 입자 크기가 1 내지 20 mm가 되도록 성형하여 제조할 수 있으며, 보다 바람직하게는, 5 내지 10 mm의 크기를 갖도록 성형할 수 있다.
일례로, 본 발명에 따른 축산폐수 처리용 정화제는 30 내지 50 중량%의 맥반석 분말, 20 내지 40 중량%의 생석회 분말, 10 내지 20 중량%의 게르마늄 분말, 10 내지 20 중량%의 황토를 포함하는 세라믹 혼합물을 제조하고, 제조한 혼합물을 물과 혼합하여 세라믹 반죽을 제조한 후, 반죽을 성형하여 성형체를 제조하고, 성형체를 가열 소성하여 제조할 수 있다.
상기 세라믹 반죽에서 생석회 분말의 함량이 20 중량% 미만일 경우, 정화제를 축산 폐기물에 도입시 발열반응이 크지 않아 축산 폐기물에 포함된 오염원인 물질의 분해가 힘들고, 생석회 분말의 함량이 40 중량%를 초과할 경우 발열 반응의 제어가 힘든 문제가 있다.
상기 황토의 함량이 10 중량% 미만인 경우 상기 세라믹 소재에 충분한 결합력을 부여하기 힘들고 기공의 수가 줄어드는 문제가 있고, 20 중량%를 초과할 경우, 소성시 균열이 발생되는 문제가 있으며, 보다 바람직하게는, 40 중량%의 맥반석 분말, 30 중량%의 생석회 분말, 15 중량%의 게르마늄 분말 및 15 중량%의 황토 분말을 혼합하여 상기 세라믹 혼합물을 제조할 수 있다.
상기 축산폐수 처리용 정화제를 제조하기 위해 사용되는 물은 수돗물, 증류수, 탈이온수, 멸균수 등과 같은 통상적인 다양한 물을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 축산폐수 처리용 정화제를 제조하기 위해서 사용되는 물을 순환골재의 세척폐수를 사용할 수 있으며, 이와 같은 순환골재의 세척폐수는 축산폐수 처리용 정화제의 알칼리도를 높여 축산폐수에 포함된 암모니아의 질산화를 촉진시킬 수 있으며, 이에 의해 축산폐수의 처리 효율을 향상시켜 처리 시간을 단축할 수 있다.
참고로, 상기 순환골재의 세척폐수는 순환골재의 습식 제조과정 중 발생하는 것으로, 별도의 처리 과정을 거쳐 알칼리성을 저감시켜 배출되어야 하는 폐기물로서, 강알칼리성을 나타내어 축산폐수 처리용 정화제가 높은 알칼리도를 나타내도록 하고, 이와 같은 세척폐수를 혼합하여 제조한 축산폐수 처리용 정화제는 축산폐수에 포함된 암모니아 등의 질소 성분이 산소와 반응하도록 하여 질산의 형성을 현저히 촉진시킬 수 있음은 물론, 높은 알칼리성 환경을 유도하여 각종 병원균의 사멸을 촉진시키는 역할을 할 수 있으며, 이에 의해 축산폐수의 처리시간을 단축할 수 있도록 하며, 이와 같은 순환골재의 세척폐수를 사용하는 본 발명에 따른 정화제 기술은 폐기되는 자원을 재이용할 수 있다는 점에서 친환경적이다.
특히, 상기 순환골재 세척폐수는 수소이온농도가 pH 11이상인 것을 사용할 수 있으며, 순환골재 세척폐수를 물과 1:9 내지 1:1의 중량비로 혼합하여 상기 세라믹 소재를 혼합해 반죽을 제조할 수 있다. 상기 순환골재 세척폐수가 1:9 중량비 이하로 혼합될 경우 정화제에 추가적인 알칼리성을 부여하기 힘든 문제가 있고, 1:1의 중량비를 초과하는 비율로 포함될 경우, 정화제의 강도가 저하되어 쉽게 부스러져 재사용이 어렵다는 문제가 있다.
또한, 상기 축산폐수 처리용 정화제는 상기 세라믹 혼합물 및 물을 각각 2:1 내지 1:1이 되도록 혼합하여 세라믹 반죽이 충분한 작업성을 가져 블리딩(bleeding) 등의 발생이 없어 성형이 용이하도록 하면서도 균일한 혼합이 유도되도록 구성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 세라믹 분말 및 물을 각각 3:2의 중량비로 혼합하여 반죽을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 세라믹 혼합물은 활성탄을 혼합하거나, 산화 몰리브덴, 산화 코발트, 산화 티타늄, 산화 마그네슘, 산화 알루미늄 등의 금속산화물 등을 추가로 포함하도록 구성하여 자외선이 조사되는 환경에서 유기물 분해를 촉진하는 광촉매 활성 기능을 나타내도록 구성할 수 있으며, 상기 맥반석 분말, 게르마늄 분말, 생석회 분말 및 황토의 결합력을 향상시킬 수 있도록 유기 또는 무기 바인더를 추가로 포함하도록 구성할 수 있다.
그리고, 상기 세라믹 혼합물은 기공 형성제를 추가로 포함하도록 구성하여 후술할 단계에서 소성하여 정화제를 제조할 시 기공의 형성을 증가시켜 제습 및 탈취 효과를 더욱 증가시킬 수 있으며, 상기와 같은 기공 형성제를 포함함에 따라, 소성체 내부에 계층적으로 기공 형성이 촉진되어 마이크로 미터 크기의 기공이 다량 형성되게 되고, 이에 따른 표면적 증가를 통해 흡착 및 탈취 효과가 더욱 향상되게 된다.
상기 기공 형성제는 폴리메틸메타크릴레이트-코-에틸렌글리콜 디메타클릴레이트[poly(methyl-methacrylate-co-ethylene glycol dimethacrylate)] 또는 폴리메틸메타크릴레이트-에틸렌글리콜 코폴리머[poly(methyl-methacrylate-ethylene glycol coploymer)] 등을 대표적인 예로 들 수 있다.
또한, 축산폐수 처리용 정화제의 제조는 통상적인 다양한 점토의 성형방법을 이용하여 성형체를 제조할 수 있으며, 제조한 성형체는 가열 소성하여 정화제를 제조할 수 있다.
상기와 같은 가열 소성은 800 내지 1300 ℃의 온도로 12 내지 72시간 동안 상기 세라믹 성형체를 소성하도록 구성하여 기계적 물성 및 특성이 우수한 축산폐수 처리용 정화제를 제조하도록 구성할 수 있다.
이때, 상기 소성온도가 800 ℃ 미만일 경우, 충분한 소성이 어려워 기계적 강도가 떨어지는 정화제가 형성되는 문제가 있고, 소성 온도가 1300 ℃를 초과할 경우, 기공 형성이 억제되어 정화제의 흡착 및 탈취 효과가 떨어지는 문제가 있다. 바람직하게는, 900 내지 1000 ℃의 온도로 18 내지 36시간 동안 소성하도록 구성하여 흡착 및 탈취 효과가 우수한 정화제를 제조하도록 구성할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조한 축산폐수 처리용 정화제는 알칼리성을 나타내고, 다수의 기공과 복층입자 구조를 형성함에 따라 넓은 입자 평균 비표면적을 가져 축산폐수에 포함된 각종 오염원인 물질, 악취유발 물질과 중금속 등을 효과적으로 흡착 및 분해할 수 있으며, 구제역, AI 바이러스 등의 병원균을 효과적으로 사멸시킬 수 있어 축산폐수를 처리하기 위한 용도로 손쉽게 활용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기에 기재된 정화제 및 축산폐수를 정화조에 공급하고 상기 정화제 및 축산폐수를 혼합하는 단계를 포함하는 무방류 축산폐수 처리방법 제공한다.
상기 축산폐수는 축산 농가에서 발생된 축산 폐기물에서 고형분을 침전시킨 후 상층에 분리된 것을 수득한 것으로, 상기와 같이 고형분이 제거된 축산폐수를 정화제가 도입된 정화조에 공급하여 정화제가 상기 축산폐수에 포함된 각종 오염원인 물질과 악취 유발물질을 흡착하도록 하고, 축산폐수에 포함된 각종 병원균을 살균하도록 하여 축산폐수를 정화처리할 수 있다.
또한, 상기와 같은 정화제를 이용한 축산폐수의 처리는 상기 정화제 및 축산폐수를 교반하여 혼합하고 30 내지 270일 동안 반응시켜 수증기를 수득하는 1회의 간단한 교반 혼합공정 만으로도 각종 유해 성분을 효과적으로 흡착 및 분해할 수 있으며, 구제역, AI 바이러스 등의 병원균을 사멸시켜 축산폐수를 효율적으로 처리할 수 있으며, 특히, 순환골재 세척폐수를 이용하여 제조한 정화제의 경우, 처리 시간을 30 내지 180일 이내로 단축할 수 있어 우수한 정화효율을 나타낼 수 있고, 배출되는 정화수와 축산폐수를 3 내지 10회 정화한 후 분리배출되는 정화제는 항생재, 중금속, 염 등의 2차 오염물질을 배출하지 않아 친환경적이다.
나아가, 상기와 같은 반응을 통해 축산폐수에 포함된 수분이 서서히 증발하게 되면 정화조에서 증발된 수분은 응결되어 정화수를 형성하게 되며, 이와 같은 정화수를 수득하여 별도의 저장부에 저장하고, 저장한 정화수를 축사 세척, 펌핑기, 살분기 등의 세척을 위한 용도로 재사용하도록 구성하여 무방류 처리 공정을 완성할 수 있다. 특히, 상기 정화수는 산도가 높아 pH 9 내지 13의 산도를 갖게 되며, 이와 같은 정화수를 구제역, AI 등과 같은 병원균의 생육을 효과적으로 저해할 수 있으므로, 이를 별도의 저장부에 저장한 후 축사 살균 등의 용도로 활용할 수 있다.
본 발명에서는 무방류 축산폐수 처리방법 수행하기 위해서 상기 정화제 및 축산폐수를 30:1 내지 5:1의 중량비로 혼합하도록 구성할 수 있으며, 상기 정화제 및 축산폐수의 중량비가 5:1 미만일 경우, 정화제에 의한 축산폐수 처리 효율이 떨어지는 문제가 있으며, 보다 바람직하게는, 상기 정화제 및 축산 폐수를 10:1 내지 20:1의 중량비로 혼합할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 정화제 및 축산 폐수를 15:1의 중량비로 혼합할 수 있다.
또한, 무방류 축산폐수 처리방법서는 정화제 및 축산폐수를 스크류 등의 교반수단을 이용해 정화조에서 혼합할 시에, 상기 정화조 내부에 100 내지 280 nm 파장 영역의 자외선이 조사되도록 하여 자외선이 조사되는 환경을 조성하여 축산폐수에 포함된 항생제를 제거하도록 하여 축산폐수에 포함된 항생제에 의한 2차 오염을 예방하도록 구성할 수 있으며, 상기와 같은 자외선 조사에 의해 정화제에 포함된 맥반석 분말, 게르마늄 분말의 금속 산화물 입자가 여기되어 항생제를 분해할 수 있다.
바람직하게는, 상기 자외선은 항생제에 대한 강한 분해활성을 갖는 파장인 100 내지 200 nm 파장 영역의 진공 자외선을 5 내지 30분 동안 조사하도록 하여 정화제에 포함된 금속 산화물에 자유 라디칼을 형성시킴에 따라 고효율로 축산폐수에 포함된 각종 항생물질을 분해하도록 하여 항생물질의 농도를 획기적으로 저감시키도록 구성할 수 있다. 특히, 상기 진공 자외선은 헬륨, 아르곤, 질소 등의 불활성 기체가 충진된 수은 램프를 이용해 조사할 수 있으며, 이와 같은 공정을 통해 테트라사이클린계, 설파아제계, 세팔로스포린계, 클로람페니콜계, 마크로라이드계 또는 아미노글라이코사이드계 등과 같은 항생제를 효과적으로 저감시킬 수 있다.
보다 바람직하게는, 185 nm 파장의 빛을 3 내지 20분 동안 조사하도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 무방류 축산폐수 처리방법은 상기와 같은 축산폐수 처리용 정화제를 이용하여 축산폐수를 처리함에 따라, 축산폐수의 각종 유해 성분을 효과적으로 흡착 및 분해할 수 있으며, 구제역, AI 바이러스 등의 병원균을 효과적으로 사멸시킬 수 있다.
또한, 상기와 같은 무방류 축산폐수 처리방법으로 수득한 정화수는 비소, 수은, 납, 염 등과 같은 오염 물질을 포함하지 않으며 강한 알칼리성을 나타내기 때문에 구제역, AI 바이러스 등의 병원균을 효과적으로 사멸시킬 수 있고, 악취를 저감시킬 수 있으며, 벌레 또는 파리 등과 같은 해충의 발생을 방지하여 축사 등과 같은 축산 설비 또는 퇴비사 등의 세척 및 살균을 위한 용도로 용이하게 사용될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기에 기재된 정화제를 공급하는 정화제 공급부(100); 축산 농가에서 배출한 축산폐수를 공급하는 축산폐수 공급부(200); 상기 정화제 공급부(100) 및 축산폐수 공급부(200)와 연결되고, 상기 정화제 및 축산폐수를 혼합하는 교반수단(310)이 구비된 정화부(300); 및 상기 정화부에서 발생한 물을 공급받아 저장하는 정화수 저장부(400);를 포함하는 무방류 축산폐수 처리 시스템(10)을 제공한다.
상기 정화부(300)는 스크류(310) 등과 같은 교반수단이 내부에 구비되고, 외기의 침입을 방지할 수 있도록 밀봉된 구조를 형성할 수 있으며, 내부에서 정화제 및 축산폐수를 혼합하여 축산폐수에 포함된 각종 오염원인 물질과 미생물 등이 정화제에 의해 살균 및 흡착되는 공간을 제공한다. 상기와 같은 정화부(300)는 상부가 원뿔형상을 이루거나 비스듬하게 경사진 지붕 구조를 이루는 것이 바람직하며, 이에 의해 축산폐수에서 증발되어 나오는 증기가 상기 정화부의 상부에 부딪힌 후 응결되고, 중력에 의해 경사면을 통해 하부로 정화수가 수집되는 구조를 형성할 수 있다. 특히, 상기 정화부(300)의 경사진 지붕 구조의 하면 내주면에는 정화수 수집 부재(미도시)가 구비되어 정화수를 손쉽게 수득하도록 구성할 수 있으며, 이와 같은 정화수 수집 부재(미도시)는 끝단에 벽체가 형성되어 수집턱이 형성된 구조를 갖는 판형상 부재를 정화부(300)의 내주면에 부착하여 형성시킬 수 있다.
따라서, 상기와 같은 구조를 갖는 정화부(300)에 정화제 및 축산폐수를 공급하고 교반 수단(310)을 이용해 교반하게 되면, 축산폐수에 포함된 수분이 증발되어 상기 정화부(300)의 상부 벽면에 응결되고, 이와 같이 응결되는 정화수를 정화수 저장부(400)에 공급하도록 하여 저장할 수 있다.
특히, 상기 축산폐수 공급부(200)는 상기 스크류(310)의 상단에 연결되어 스크류의 내부로 축산폐수를 공급하도록 하여 축산폐수가 정화제에 균일하게 혼합되도록 구성할 수 있으나, 이에 제한받지 않고, 상기 정화부(300)의 어떤 부분에라도 연결하여 형성시킬 수 있으며, 상기 정화부(300)에서 형성된 정화수를 정화수 저장부(400)에 저장하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 정화수 저장부(400)는 펌프가 구비된 배출유로(410)를 포함하며, 이와 같은 배출유로(410)를 통해 정화수를 배출하도록 구성할 수 있으며, 상기와 같은 방법으로 수득한 후 저장된 정화수를 축사 등과 같은 축산 시설물과 장비 세척 혹은 퇴비사 등의 세척을 위한 용도로 재활용이 가능하며, 상기 정화수는 알칼리성을 띄어 구제역, AI 등과 같은 각종 병원균의 생육을 효과적으로 저해할 수 있다.
또한, 상기 정화부(300)는 내부에 자외선을 공급할 수 있는 자외선 조사부(320)를 추가로 포함하도록 구성하여 축산폐수에 포함된 각종 오염원인 물질과 항생제 등을 효과적으로 제거하도록 구성할 수 있으며, 바람직하게는, 상기 자외선 처리부(320)는 진공 자외선을 조사하는 진공 자외선 램프를 이용하여 형성시킨 파장의 빛을 활용할 수 있으며, 바람직하게는, 상기 진공 자외선 램프는 헬륨, 질소 또는 아르곤 등과 같은 불활성 기체가 충진된 램프로서, 항생제 등을 손쉽게 분해할 수 있는 강한 단파장의 빛을 조사할 수 있다.
그리고, 상기 정화부(300)는 상기 축산폐수를 처리하는 과정에서 발생되는 암모니아 또는 질소 등의 기체를 배출하는 배출유로(330)를 추가로 포함하며, 상기 배출유로는 펌프 등의 배출부재가 포함되며, 상기 암모니아 또는 질소 등의 기체를 저장할 수 있는 저장부를 추가로 포함하는 구조를 형성할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 무방류 축산폐수 처리 시스템(10)은 상기와 같은 축산폐수 처리용 정화제를 축산폐수와 교반하여 혼합하는 정화부(320)와 정화부에서 배출되는 정화수를 저장하는 정화수 저장부를 포함하는 간단한 설비로 축산폐수를 효과적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 수집한 정화수는 구제역 또는 AI 바이러스 등을 살균하기 위한 용도로 활용이 가능해 무방류 축산폐수 처리 공정을 달성할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하도록 한다.
제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
<실시예 1>
맥반석 분말 40 중량부, 생석회 분말 30 중량부, 게르마늄 분말 15 중량부, 황토 15 중량부를 혼합한 세라믹 혼합물에 물을 3:2의 중량비로 혼합하여 반죽을 제조하고, 제조한 반죽을 5 내지 10 mm 크기의 구형 입자로 성형한 후, 900 ℃에서 20시간 동안 소성하여 정화제를 제조하였다.
<실시예 2>
세라믹 혼합물에 순환골재의 세척폐수 및 물을 1:1의 부피비로 혼합한 알칼리 수용액을 실시예 1과 동일한 중량비로 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 정화제를 제조하였다.
<비교예>
맥반석 분말 40 중량부, 생석회 분말 30 중량부, 게르마늄 분말 15 중량부, 황토 15 중량부를 혼합한 세라믹 혼합물을 제조하였다.
<실험예 1> 항생제 함량 분석
실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 따른 방법으로 제조한 정화제 및 세라믹 혼합물 100 중량부에 테트라사이클린 수용액 100 중량부(농도 : 30 mg/L)를 가해 혼합 슬러리를 제조하고, 제조한 슬러리를 185 nm 파장의 진공 자외선이 조사되는 환경에서 1 분, 3분, 5분, 10분 및 20분 동안 교반하였으며, 교반한 슬러리에서 진공 자외선 조사시간별로 자외선 처리수를 수득한 후, 수득한 자외선 처리수에 포함된 항생제의 검출량을 분석하였으며, 정화제 또는 세라믹 혼합물을 혼합하지 않은 테트라사이클린 수용액을 대조군으로 하여 항생제 제거 효율을 분석하였고 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 진공 자외선을 조사한 실시예 1, 실시예 2에 따른 시료 모두에서 항생제 처리 5분 경과한 시점부터 항생제 농도가 급격히 감소되었으며, 특히, 진공 자외선 조사 시간이 20분 이상인 경우 항생제의 농도가 0으로 확인되었다. 반면에, 대조군의 경우, 진공 자외선 조사 시간이 20분이 경과한 시점에도 항생제가 20% 이상 잔류하는 것으로 확인되었으며, 비교예의 경우에는 10% 이상 잔류하는 것으로 확인되었다. 이와 같은 사실을 통해서 실시예 1 및 2에 따른 정화제를 처리한 경우 맥반석 분말 및 게르마늄 분말에 포함된 금속 산화물에 의해 단시간에 축산 분뇨에 포함된 항생제의 농도를 저감시킬 수 있으며, 특히, 실시예 1 및 실시예 2의 정화제는 다공성 복층 구조의 형성으로 표면적이 현저히 증가하여 비교예에 비해서도 항생제 농도를 저감하는 효과가 향상되어 우수한 특성을 나타내는 것으로 판단되었다.
<실험예 2> 수득한 정화수에 포함된 중금속 및 염 용출율 분석
실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 따른 방법으로 제조한 정화제 및 세라믹 혼합물 10 중량부를 플라스크에 공급하고, 축산 농가에서 배출된 축산폐수 1 중량부를 공급한 후 20분 동안 교반하여 축산폐수가 균일하게 혼합된 반응물을 제조하고, 상기 플라스크를 밀봉하여, 총 90일 동안 반응시켰으며, 0일, 10일, 20일, 30일, 60일 및 90일이 경과한 시점에 상기 플라스크에서 배출되는 암모니아 가스(NH3) 및 아민 가스(NH2)의 발생 여부 및 농도를 측정하였으며, 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예에 따른 세라믹 혼합물과 축산폐수를 혼합한 플라스크에서는 반응 90일이 경과하는 시점에도 암모니아 및 아민 가스가 검출된다는 사실을 확인할 수 있었던 반면에, 실시예 1의 정화제로 처리한 플라스크에서는 90일 경과한 시점에서 암모니아 및 아민 가스가 거의 검출되지 않았고, 실시예 2에 따른 방법으로 제조한 정화제로 처리한 플라스크에서는 반응 90일이 경과한 시점에 암모니아 및 아민 가스가 완전히 검출되지 않는 다는 사실을 확인할 수 있었으며, 특히, 실시예 2에 따른 방법으로 제조한 경우, 반응 60일이 경과한 시점에서도 암모니아 및 아민 가스가 검출되지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다.
상기와 같은 사실을 통해서, 순환골재의 세척폐수로 처리한 실시예 2의 정화제를 사용할 경우 강알칼리성으로 인해 축산폐수의 탈질이 촉진되고, 다공성 구조로 인해 악취가 발생되지 않는다고 판단할 수 있었다.
<실험예 3> 중금속 및 염 용출율 분석
실시예 2에 따른 방법으로 제조한 정화제 100 중량부를 스크류가 구비된 밀봉 정화조에 공급하고, 정화조에 축산 농가에서 배출된 축산폐수 10 중량부를 공급한 후 120일 동안 반응시켰다. 반응 중 기화된 가스가 정화조의 상면에서 응결되면 이를 정화수로 저장하였으며, 저장한 정화수에 포함된 성분 및 산도를 분석하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타난 바와 같이, 제조한 정화수는 비소, 수은, 납, 나트륨 등과 같은 중금속 및 유기 오염물질을 포함하지 않으며, pH 12 이상의 강알칼리성을 나타낸는 사실을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 실시예 1 및 실시예 2의 정화제를 이용해 축산폐수를 처리한 후 수득한 정화수를 축산 시설물 세척을 위해 활용할 경우, 구제역, AI 등과 같은 각종 감염성 병원균의 생육을 억제하여 이를 효과적으로 살균할 수 있음을 확인할 수 있었다.
10 : 무방류 축산폐수 처리 시스템 100 : 정화제 공급부
200 : 축산폐수 공급부 300 : 정화부
400 : 정화수 저장부
200 : 축산폐수 공급부 300 : 정화부
400 : 정화수 저장부
Claims (6)
- 맥반석 분말, 생석회 분말, 게르마늄 분말 및 황토를 포함하되,
30 내지 50 중량%의 맥반석 분말, 20 내지 40 중량%의 생석회 분말, 10 내지 20 중량%의 게르마늄 분말, 10 내지 20 중량%의 황토를 포함하는 세라믹 혼합물을 알칼리 수용액과 2:1 내지 1:1의 중량비로 혼합하여 세라믹 반죽을 제조하고, 제조한 세라믹 반죽을 성형하여 세라믹 성형체를 제조한 후, 제조한 세라믹 성형체를 800 내지 1300 ℃의 온도로 12 내지 72시간 동안 소성하여 제조한 것이고,
상기 알칼리 수용액은 순환골재 세척폐수 및 물을 1:9 내지 1:1의 부피비로 혼합한 것이며,
축산폐수와 30 내지 270일 동안 반응시켜 축산폐수를 정화시키는 것을 특징으로 하는 무방류 축산폐수 처리용 정화제. - 삭제
- 제1항에 기재된 정화제 및 축산폐수를 정화조에 공급하고 상기 정화제 및 축산폐수를 혼합하는 단계를 포함하는 무방류 축산폐수 처리방법.
- 제3항에 있어서,
상기 정화제 및 축산폐수를 30:1 내지 5:1의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 무방류 축산폐수 처리방법. - 제1항에 기재된 정화제를 공급하는 정화제 공급부;
축산 농가에서 배출한 축산폐수를 공급하는 축산폐수 공급부;
상기 정화제 공급부 및 축산폐수 공급부와 연결되고, 상기 정화제 및 축산폐수를 혼합하는 교반수단이 구비된 정화부; 및
상기 정화부에서 발생한 물을 공급받아 저장하는 정화수 저장부;를 포함하는 무방류 축산폐수 처리 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 정화부는 내부에 자외선을 조사하는 자외선 조사부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무방류 축산폐수 처리 시스템.
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| KR1020170105863A KR101858528B1 (ko) | 2017-08-22 | 2017-08-22 | 축산폐수 처리용 정화제 및 이를 이용한 무방류 축산폐수 처리방법 |
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2017
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