KR102100991B1 - 다공성 세라믹 분리막을 이용한 액비정제장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수를 처리하여 발생하는 액비 또는 처리수에 대해 분리 과정을 거치는 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공성 세라믹 분리막을 이용한 액비정제장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다공성 세라믹 분리막을 이용한 액비정제장치는, 축산폐수를 생물학적 처리하여 얻은 액비를 정제하며, 상기 액비를 유입하여 수집하는 하나 이상의 수집조와, 상기 수집조와 플랜지 결합되는 하나 이상의 여과조를 포함하고, 상기 여과조는 다수개의 다공성 세라믹 분리막이 배치되는 것을 특징으로 하여 이루어질 수 있다.

Description

다공성 세라믹 분리막을 이용한 액비정제장치{LIQUEFIED FERTILIZER PURIFICATION APPARATUS USING POROUS CERAMIC MEMBRANE}
본 발명은 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수를 처리하여 발생하는 액비 또는 처리수에 대해 분리 과정을 거치는 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공성 세라믹 분리막을 이용한 액비정제장치에 관한 것이다.
기존의 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수 등에 대한 처리공법으로는 다양한 종류의 물리화학적 단위처리공정들과 생물학적 처리공정이 있으며, 처리 목적에 따라 단위공정을 조합하여 사용되어 왔다. 그러나 기존의 처리방법은 가축분뇨의 정화처리 효율에 중점을 두어 자원의 효율적인 활용을 배제한 공정으로 구성되어 있다. 또한 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수의 방류기준이 엄격해짐에 따라 이를 맞추기 위하여 처리가 복잡해지고 운전 및 유지관리가 어려운 공정들로 조합되어 고비용의 처리공정이 되고 있다. 개별공정의 효율적인 조합이 어려워짐에 따라 에너지의 사용도 비효율적이고, 작동시간 대비 처리량도 감소한다. 아울러 정화효율에 대한 한계로 재활용율도 매우 낮은 실정이다.
이에 따라, 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산처리수는 다양한 생물학적 처리 공정을 통해 단순 정화처리에 의존하는 공법보다는 다양한 호기적 또는 혐기적 공정의 생물학적 처리에 진보된 분리막 공정을 적용해 액비의 생산을 통한 재활용 또는 방류 등의 방법으로 친환경적 처리를 하는 공법이 요구되고 있다.
그러나, 이러한 액비 또는 처리수 대해서는 환경기준을 통과하더라도 장기간 시간이 경과하면 액비 또는 처리수 내의 슬러지(sludge)에 의해 다시 부영양화가 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2008-0097779는 가축분뇨를 처리하여 액비를 생산하는 기술이 개시되어 있으나, 가축분뇨를 처리하여 액비를 생산하는 기술은 많이 대중화되어 있고, 특히 생물학적 처리된 액비를 활용하기 위한 정제 기술은 보편화되어 있지 않다.
대한민국 등록특허공보 10-1393712에는 축산폐수를 생물학적 처리하여 생산된 액비를 분리막조, 활성탄 여과조 및 역삼투압 장치를 통해 처리하는 기술이 개시되어 있지만, 설비 자체가 너무 방대하고 복잡하여 그 효용성이 떨어진다.
근래에는 위와 같은 종래 기술 뿐만 아니라 액비를 정제하는 기술들이 개발되고 있으나 현실적으로 액비 정제 후 방류나 재가공 액비를 생산할 수 있는 정제 기술들이 현실과 괴리가 있어 축산 농가의 분뇨 및 폐수 처리는 아직도 풀어야 할 과제로 남아있는 것이 현실이다.
대한민국 공개특허공보 10-2008-0097779 대한민국 등록특허공보 10-0956120 대한민국 등록특허공보 10-1393712 대한민국 등록특허공보 10-1806489
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 액비 또는 처리수 내의 슬러지를 제거하여 부영양화의 원인을 없애고, 이와 같이 처리된 액비 또는 처리수에 대해 장기보관 또는 방류를 하더라도 부영양화가 발생하지 않도록 하는 액비정제장치를 제공하는 데 있다.
또한, 다수개의 다공성 세라믹 분리막을 이용하고, 압력과 유량을 조절하여 생물학적 처리된 액비의 정제 효율을 극대화하는 데 있다.
또한, 다수개의 다공성 세라믹 분리막 구조의 여과조를 활용함으로써, 액비정제장치의 세정을 자동화하는 것이 가능하고, 정해진 시간 내에 다량의 액비를 정제할 수 있는 액비정제장치를 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 과제로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다공성 세라믹 분리막을 이용한 액비정제장치는, 축산폐수를 생물학적 처리하여 얻은 액비를 정제하며, 상기 액비를 유입하여 수집하는 하나 이상의 수집조와, 상기 수집조와 플랜지 결합되는 하나 이상의 여과조를 포함하고, 상기 여과조는 다수개의 다공성 세라믹 분리막이 배치되는 것을 특징으로 하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 수집조는 수평 배치되고, 상기 여과조는 상기 수집조와 수직으로 플랜지 결합될 수 있다.
여기서, 상기 다공성 세라믹 분리막은 원통형의 기둥 형태를 가지며, 상기 중심에는 다수개의 관통홀이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 다공성 세라믹 분리막의 상하단은 상기 여과조의 플랜지에 맞닿아 결합되고, 소정의 압력 발생에 따라 상기 축산폐수가 통과하면서 상기 다공성 세라믹 분리막의 공경((Pore size)을 통해 정제된 처리수가 배출되고, 미처리된 농축수는 상기 관통홀을 통해 배출되도록 구현하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 여과조는 상부 플랜지와 하부 플랜지를 가지며, 상기 상부 플랜지는 상기 수집조와 체결되고, 상기 하부 플랜지는 상기 축산폐수를 순환시키는 배관에 연결된 플랜지와 체결되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 다공성 세라믹 분리막은 중심에 다수개의 관통홀이 형성된 기둥 형태를 가지며, 상기 플랜지에 맞닿아 결합되어 상기 관통홀 내부는 소정의 압력을 받도록 구현되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 수집조는 수평 배치되고, 상기 여과조는 상기 수집조에 대하여 2 이상이 나란히 플랜지 체결된 구조를 갖을 수 있다.
여기서, 상기 수집조는 수평하게 한 쌍이 배치되고, 상기 여과조는 상기 수집조 각각에 대하여 2 이상이 나란히 플랜지 체결된 구조를 갖으며, 상기 나란히 배치된 여과조끼리는 여과조 연결관에 의해 서로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 여과조의 측면으로는 상기 다공성 세라믹 분리막을 통해 정제된 처리수를 배출하기 위한 여과액 배관이 형성될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 다공성 세라믹 분리막을 이용한 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수의 처리방법 및 처리장치를 이용하여 생산된 액비 또는 방류수 대해 슬러지(sludge)를 제거하므로, 이에 따라 부영양화의 원인을 제거하여 액비를 장기보관 또는 방류하여도 2차 부영양화가 발생하지 않아 환경 개선에 도움을 줄 수 있다.
또한, 다수개의 다공성 세라믹 분리막 및 분리막 여과조를 활용하여 생물학적 처리된 액비의 정제 효율, 정제량을 극대화할 수 있고, 여과조 내의 액비정제장치의 세정을 자동화하는 것이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액비정제장치를 이용하여 가축분뇨의 액비생산을 통한 액비정제공정을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 액비정제의 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액비정제의 시스템의 평면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 액비정제장치의 내부 구조도이다.
도 5는 본 발명에 따른 액비정제장치에 적용되는 다수개의 다공성 세라믹 분리막을 포함하는 여과조의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 액비정제장치에 적용되는 다수개의 다공성 세라믹 분리막 모듈의 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명에서는, 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수 중 하나 또는 하나 이상의 혼합물을 미생물 제거방식으로 생물학적 처리를 수행한 후 생산된 액비 또는 처리수의 슬러지(Sludge)를 다공성 세라믹 분리막 장치(액비정제장치)를 이용하여 여과/분리/농축 처리하는 것을 주요 기술적인 특징으로 한다.
기존에는 가축분뇨 또는 축산폐수에 대하여 저수조-유량조정조-무산소조-호기조(액비화조)에서의 처리과정을 거쳐 침전, 탈수 작업 후에 액비로 살포하거나 하천 등에 방류 하는 형태로 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수를 처리하였다.
다만, 기존의 이러한 처리방식에서는 방류 당시에 액비나 방류수가 환경기준에 적합하더라도 살포 또는 방류 이후 장기간 경과하면 슬러지의 부영양화 현상으로 인해 하천 등에 악취가 발생하고 결과적으로 액비나 방류의 상태가 환경기준을 벗어나게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 액비나 처리수, 방류수에 대해 세라믹 분리막을 이용하여 여과/농축 처리과정을 거쳐 액비나 방류수의 슬러지를 제거하여 부영양화 원인을 제거함을 목적으로 한다. 액비나 방류수에 대해 슬러지가 제거되면, 장기 보관 또는 방류를 하더라도 부영양화 현상이 발생하지 않게 된다.
또한, 본 발명에서 정의된 축산폐수는 가축사육으로 인해 발생되는 액체 또는 고체성의 오염된 물을 의미하며, 가축분뇨, 축사의 세척수를 포함하는 개념으로 사용될 수 있다. 유기물, 질소 및 인의 농도가 높으며 생물학적 처리방법으로 처리가 가능한 오·폐수를 의미한다.
우선, 본 발명에서 다공성 세라믹 분리막을 이용한 필터링 처리 이전의 액비나 방류수를 형성하는 과정에 대해 설명하고 3단계에서 본 발명에 대해 설명한다.
액비나 방류수는 (1) 협잡물처리기 및 원심탈수기를 이용하여 제1 처리를 거치고, (2) 생물학적 공정의 제2 처리, (3) 분리 공정에 의해 여과 및 침전 농축하여 액비 및 방류, 처리수를 생산하는 고도처리(제3 처리)의 3단계를 거쳐 형성된다.
도 1은 본 발명에 따른 액비정제장치를 이용하여 가축분뇨의 액비생산을 통한 액비정제공정을 보여주는 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 처리 단계는 처리장에 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수 또는 이들의 혼합 협잡물을 유입(S1)시킨 후에 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수의 고형물을 제거하기 위해 협잡물처리기(S2)와 원심탈수기(S3)를 거치는 과정으로서 구성된다.
제2 처리 단계는 제1 처리 단계를 거친 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수에 대해 생물학적으로 처리(S4)하여 액비를 생산하는 단계이다.
고도처리(제3 처리) 단계는 단계들 S2, S3, S4을 거친 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수를 최종적으로 다공성 세라믹 분리막(CMF)의 여과조를 포함하는 액비정제장치로 처리(S5)하여 처리수를 방류하거나(S7) 정제된 액비를 생산(S6)하는 과정으로서 구성되는 후처리 단계이다.
여기서, 본 발명은 고도처리(제3 처리) 단계인 생물학적 처리된 액비를 정제하는 단계를 의미할 수 있다.
제1 처리 단계(S2, S3)는 아래와 같다.
가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수가 투입기를 거쳐 협잡물처리기로 투입되면 협잡물처리기에서는 회전하는 격자상 드럼의 바깥 원주면에 가축분뇨 또는 축산폐수가 접촉되어 액체성분은 격자의 간극으로 빠져나오고, 5∼6mm 이상의 고형분은 드럼의 바깥 원주에 부착되게 하여 원통과 분리하여 배출한다.
협잡물처리기의 스크린에서 여과 분리된 협잡물은 다공실린더를 가진 스크류로 압착 이송하여 탈수시킨다. 협잡물처리기 공정에서는 분뇨에 포함된 고형물의 약 10∼15% 가량이 제거된다. 협잡물처리기를 거친 처리수는 원심탈수기로 보내진다.
원심탈수기는 장치의 하부로부터 유입되는 고액 혼합물을 원심력을 이용하여 분리한다. 탈수 분리된 모래 및 씨앗류는 유입측 반대편 하단으로 배출되고, 탈리된 액체 성분은 유입측 하부로 배수된다. 여기서는 가축분뇨 또는 축산폐수에 포함된 미세고형물의 35~45%가 제거된다.
제1 처리 단계(S2, S3)에서는 협잡물처리기와 원심탈수기를 사용하여 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수 내에 포함된 협잡물과, 일부 암모니아성 질소, 휘발성 물질, 난분해성 물질, 미세 고형물을 제거하여 후단의 생물학적 처리가 원활하게 이루어지도록 한다.
제2 처리 단계(S4)는 아래와 같다.
제1 처리 단계(S2, S3)를 거친 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산세척수는 생물학적 처리(S4)인 제2 처리 단계가 진행된다. 제2 처리 단계는 두 가지의 바람직한 실시예를 통하여 설명한다.
제1 실시예는 호기적 공정 중 일반적인 활성오니공정, 연속회분식공정, 및 고온호기성소화공정이다.
활성오니공정은 분뇨가 함께 섞여있는 처리조에서 원심분리기를 통한 액상의 폐기물만 활성오니조로 유입되어 호기성 분해를 하는 방법으로써 공기를 강력히 주입하여 호기적인 상태에서 미생물이 처리수 중의 유기물을 분해하도록 하는 방법이다.
연속회분식공정은 호기성 부유성장 처리공법으로 단일 반응조에서 유입 및 처리수의 유출이 일어나는 공정으로 정해진 시간의 배열에 따라 각 단위공정이 연속적으로 일어난다. 즉, 유입(Fill)공정, 반응(React)공정, 침전(Settle)공정, 배출(Draw)공정, 휴지(Idle)공정의 순으로 반응이 진행되는 공정이다.
고온 호기성 소화공정은 자흡식 폭기/교반기를 이용하여 반응기 내에서 혼합과 동시에 산소가 공급되면서 유기물이 분해되는 방법과 외부에 설치된 순환펌프에 의해 하부 내부수를 상부로 순환시키면서 산소를 공급하는 방법으로 주입하여 고효율의 산소 전달 시에 고온의 준호기성 조건을 유지시켜 CO2 의 발생과 단백질의 분해에 의해 NH4 +-N 의 발생으로 pH 가 상승하게 됨으로써 질소 제거기작으로 작용한다.
제2 실시예는 혐기적 공정 중 혐기성소화(Anaerobic Digestion)공정이다. 혐기적 처리는 산소가 존재하지 않는 조건에서 부유상, 고정상, 팽창상 미생물을 이용하여 가수분해, 산 생성, 메탄 생산 단계를 순차적으로 처리하는 방식이다. 보다 구체적으로는, 혐기성소화는 크고 복잡한 용해성 및 불용성 분자들을 더 작은 분자로 분해시켜 세포속으로 이동 및 대가가 이루어지는 가수분해단계, 이 생성물을 유기산 및 기타의 저분자화합물, 수소, 이산화탄소 등으로 발효되고 이 발효과정의 초기 생성물인 초산의 생성과 가수분해 산물들의 미생물학적 분해로 수소를 생산하는 산생성단계, 및 산생성단계의 주요 산물인 초산을 메탄과 이산화탄소로 발효시키는 메탄생성단계로 이루어진다.
이러한 생물학적 과정에서 병원균과 그 매개물이 소멸됨과 동시에 슬러지 중 유기물의 상당부분이 액화 및 가스로 생성되어 슬러지가 감량 또는 안정화된다.
제3 처리 단계(S5, S6, S7)는 아래와 같다.
생물학적 처리(S4) 단계를 거친 처리수(액비)는 후처리 공정인 다공성 세라믹 분리막의 여과조를 포함하는 액비정제장치을 이용하여 최종적으로 여과/분리/농축되면서 액비 및 방류수, 처리수를 생산한다.
액비정제장치에 의한 처리공정(S5)에서는 내부 유로에 연속된 다공성 세라믹 막으로 형성되어 있으며, 선속도(linear velocity)를 조절하여 내부유로의 다공성 세라믹 분리막에 강한 전단력을 발생시켜 막의 파울링(fouling) 현상을 억제하고 이로 인해 분리막을 통과하는 처리수의 양을 대폭 증가시킴으로써 전체적인 처리용량을 증가시키며 99% 이상의 높은 제거효율 및 고품질 액비 생산 및 방류 또는 처리수를 기대할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 액비정제의 시스템 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 액비정제의 시스템의 평면 구성도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액비정제시스템은 제1 거름조(101), 원액 저장조(103), 여과액 저장조(105), 세정액 저장조(107), 제1 및 제2 모터(201, 203), 제2 거름조(205), 액비정제장치(207) 및 제어반(209)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 거름조(101)와 제2 거름조(205)는 가축분뇨 등이 수집 처리되어 생산된 원액비 저장조로부터 유입되는 액비에 포함된 슬러지 등을 크기별로 걸러내도록 한다. 제1 거름조(101)는 거름망의 홀이 제2 거름조(205)의 거름망의 홀 보다 큰 것이 일반적이다.
제1 거름조(101)는 생물학적 처리된 액비가 저장되 원액비저장조로부터 유입된 액비를 1차 거름하며, 1차 거름된 액비는 제2 거름조(205)로 유입되어 그 액비를 2차 거름하게 된다. 이때 액비의 유입은 제1 모터(201)를 통해 유입시키는 것이 가능하다.
다만, 제1 및 제2 거름조(101, 205)는 선택적으로 부가할 수 있는 장치이며, 필요에 따라서는 2개의 거름조 중에서 어느 하나를 이용할 수도 있고, 2개의 거름조 모두를 사용하지 않아도 문제가 되지 않을 수 있다.
제1 모터(201)가 액비를 유입시키는 동력원이라면, 제2 모터(203)는 유입된 액비를 액비정제장치(207) 내에서 여과시킬 수 있도록 일정한 압력을 발생시켜 분리하는 역할을 할 수 있다.
원액저장조(103)는 제1 거름망(101)에 의해 1차 거름된 액비가 저장되는 탱크이며, 여과액저장조(105)는 액비정제장치(207)를 통해 여과된 여과액을 저장하는 탱크이고, 세정액저장조(107)는 액비정제장치(207)의 여과조 내부를 세정할 수 있는 세정액이 저장된 탱크이다. 이들 원액저장조(103), 여과액저장조(105) 및 세정액저장조(107)는 각각 배관(109)을 통해 유입 및 유출되도록 액비정제장치(207)와 연결된다.
액비정제장치(207)는 생물학적 처리된 액비 또는 그 액비를 1차 또는 2차 거름된 액비를 유입하여 액비를 정제할 수 있는 장치를 의미한다.
원액저장조(103)를 통해 액비가 액비정제장치(207)로 유입되며, 액비정제장치(207)를 통해 정제된 액비는 여과액 저장조(105)로 배출되고, 주기적 또는 비주기적으로 액비정제장치(207)의 내부를 세정액저장조(107)로부터 세정액을 유입하여 세정할 수 있는 시스템으로 구성되며, 이러한 유입, 유출, 세정 및 물청소 등은 운영 프로그램이 내장된 제어반(209)에 의해 자동 설정되어 동작될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 액비정제장치의 내부 구조도이다.
본 발명에 따른 액비정제장치는 여과조로서 다공성 세라믹 분리막을 사용한다.
다수개의 다공성 세라믹 분리막을 원형의 여과조에 상하 플랜지를 이용하여 배치하고 소정의 압력을 하측에서 상측으로 가하여 세라믹 분리막의 공경 보다 작은 액체는 여과되고, 그 이상의 협잡물은 걸려져 배출되는 형태를 갖는다.
다공성 세라믹 분리막은 매우 높은 온도에서 알루미나 또는 티타니아, 지르코니아로 소결되며, 일반적으로 다공성 지지 활성 멤브레인 층과 비대칭 구조를 가지고 있다.
매크로 다공성 지지체는 기계적 저항을 보장하는 반면, 활성층은 미세여과, 한외여과 및 나노여과(10㎛에서 1KD까지)의 분리기능 까지도 가능하다. 세라믹 분리막은 항상 교차 흐름 모드로 작동한다.
탁한 유체는 채널 내부의 분리막층을 고속으로 통과한다. 세라믹 분리막 횡단압력(TMP)으로 구동되는 미세 분자가 함유된 깨끗한 액체는 세라믹 분리막 층을 통과하여 투과로 수직 이동하며, 세라믹 분리막의 공경(Pore size) 보다 큰 고체 및 분자는 보유물에서 거부된다. 따라서 공급 유체는 정화되고, 농축되고, 정제되는 기능을 이용하여 물리화학적 단위처리공정들과 생물학적 처리공정을 거친 후 2차 부영양화가 진행될 요인인 가축분뇨, 축산폐수 또는 축산 처리수의 슬러지를 제거한다.
또한, 다공성 세라믹 분리막 구조의 여과조를 사용하게 됨으로써, 작업자가 일일히 여과조로부터 필터를 꺼내어 세척 또는 세정할 필요없이 자동으로 세정이 가능하다는 장점을 갖는다.
종래의 가축분뇨 등의 생물학적 처리된 액비를 정제하는 여과조에서는 한외여과막, 정밀여과막 또는 역삼투막을 사용하나, 이러한 여과막은 반투막으로서 화합물의 크기에 따라 대상물질의 분자 크기를 미세하게 분리하는 것은 가능하지만, 여과막이 작고 치밀한 미세공극이 형성된 막이기 때문에 세정액으로 세정시 그 여과막이 녹아버리거나 훼손되어 자동 세정이 불가능한 단점이 있다.
하지만, 본 발명에서 사용되는 다공성 세라믹 분리막은 도 6에 도시되어 있듯이 하나의 원통형으로 형성되고, 그 원통형 내에 공경이 매우 미세한 다공질 특성을 갖기 때문에 여과막으로서의 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 분리가 필요없이 세정액을 투입하여 자동 세정이 가능한 구조를 갖을 수 있다.
특히, 가축분뇨와 같은 처리가 매우 곤란한 협잡물을 작업자가 직접 세정할 필요없이 액비정제장치 내부에서 자동으로 세정이 가능하게 되는 장점을 갖는다.
도 4를 참조하여 본 발명의 액비정제장치(207)를 살펴본다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액비정제장치(207)는 수평하게 배치되는 수집조(310)와, 수집조(310)와 수직으로 배치된 하나 이상의 여과조(320)를 포함하여 이루어진다.
수집조(310)의 일단에는 제1 모터(201)와 제2 모터(203)가 연결될 수 있고, 제1 모터(201)는 원액비저장조(103)로부터 액비를 액비정제장치(207)로 인입시키도록 하는 동력원을 제공하며, 제2 모터(203)는 인입된 액비를 액비정제를 위해 내부 순환시키는 동력원을 제공할 수 있다.
수집조(310)는 도시된 바와 같이 한 쌍으로 구성될 수 있으며 필요에 따라 하나의 수집조(310)만을 구성한 시스템도 가능하고 나아가서는 3개 이상의 수집조(310)를 형성시키는 것도 가능하다.
여과조(320)는 수집조(310)에 연결되어 수직으로 배치되며, 하나 이상 형성하는 것이 가능하고, 정제해야할 액비량에 따라 그 수를 조절하는 것이 가능하고 또는 그 원통형의 수조 크기를 조절하는 것이 가능하다.
여과조(320)의 내부에는 다수개의 다공성 세라믹 분리막이 배치되며, 유입된 액비는 다공성 세라믹 분리막을 통과하면서 정제되며, 여과된 여과액은 여과액 저장조(105)로 토출되고, 여과되지 않은 미여과물은 다시 원액비 저장조(103)로 토출되도록 구성될 수 있다.
여과조(320) 상단에는 좌우측에 배열된 여과조(320)간을 연결시키는 여과조 연결관(303)이 구성되고, 여과조(320) 상하부 측면에는 여과액 액비를 토출하기 위한 제1 및 제2 여과액 배관(301, 302)이 연결된다.
액비정제장치(207)의 선단부에는 여과액 토출, 미여과액 토출, 물청소, 세정액에 의한 세정이 가능하게 하는 배관들이 형성되고, 배관들 각각의 개소에는 제1 및 제2 3-웨이 밸브(308, 309), 액량조절밸브(305), 밸브(311, 312, 313)가 연결되며, 잔량을 배출하기 위한 펌프(307)가 연결되어 있다.
여과조(320)는 플랜지에 의해 수집조(310)와 연결되며, 수집조(310)는 제2 모터(203)와 연결된다.
제2 모터(203)의 작동에 따라 일정 이상의 압력이 여과조(320)의 하부에서 상부로 가해지면서 일정 이상의 압력을 받은 액비는 여과조(320) 내의 다공성 세라믹 분리막을 통과하면서 정제된 액비는 다공성 세라믹 분리막의 외부로 필터링되고, 정제되지 않은 액비는 다공성 세라믹 분리막의 내부를 그대로 관통하여 외부로 배출될 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 액비정제장치에 적용되는 다수개의 다공성 세라믹 분리막을 포함하는 여과조의 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 액비정제장치에 적용되는 다수개의 다공성 세라믹 분리막 모듈의 사시도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 여과조(320)는 금속관으로 이루어지며, 상단과 하단에는 각각 플랜지(306a, 306b)가 형성된다.
하부 플랜지(306b)는 하측의 수집조(310)의 플랜지와 연결되어 실링되며 여과조(320) 내의 압력을 가두는 형태를 갖게 되며, 상부 플랜지(306a)는 측부의 여과조(320)와 연결시키기 위한 여과조 연결관 캡(304)의 플랜지와 연결된다.
다수개의 다공성 세라믹 분리막들은 각각 하나씩 상하단에서 실링부(324)에 의해 각각 실링되어 내부의 압력을 받는 형태를 갖게 된다.
바람직한 실시예로서, 본 발명은 두 라인의 여과조(320)를 구성하였지만, 하나의 라인 구조의 여과조(320)를 형성하더라도 본 발명을 구현하는 데 전혀 문제가 되지 않으며, 이때에는 여과조 연결관(303) 및 연결관 캡(304)은 구성되지 않아도 된다.
여과조(320) 내에는 도 6의 다공성 세라믹 분리막이 복수 개로 포함될 수 있다.
상부 플랜지(306a)와 하부 플랜지(306b) 각각에는 실링을 위해 가스켓 홈(325)이 형성될 수 있다.
생물학적 처리(S4) 공정을 통해 처리된 처리수(액비)는 액비정제장치(207)의 유입구를 통해 여과조(320) 내로 유입된다. 유입된 액비는 여과조(320) 내에 포함된 다공성 세라믹 분리막에 의해 여과/분리/농축되며, 다공성 세라믹 분리막을 통과한 처리수(정제물)는 여과액 유출관(314)을 통해 여과액 저수조(105)로 배출되고 다공성 세라믹 분리막을 통과하지 못한 농축수는 농축수 유출관(310)을 통해 원액비 저장조(103)로 배출된다.
도 6를 참조하여 다공성 세라믹 분리막(330) 구조를 살펴보면, 다공성 세라믹 분리막(330)은 긴 원통관 형상의 세라믹 바디(331)를 가지며, 그 내부에는 다수개의 관통홀인 원액 통과홀(332)이 형성된다.
세라믹 바디(331)는 소결 공정을 거쳐 제작되며, 바디에는 다수개의 공경을 갖는 다공들이 형성되어 내측에서 외측으로 액비가 정제되어 배출될 수 있는 구조를 갖는다.
도시된 바와 같이, 다공성 세라믹 분리막(330)의 원액 통과홀(332)을 통해 일정한 압력을 받아 통과하는 액비는 원액 통과홀(332)를 거치면서 다공들을 통해 여과된 처리수(334)가 세라믹 바디(331) 외부로 배출되고 정제되지 않은 농축수(333)들은 그대로 원액 통과홀(332)을 통과하여 배출되는 구조를 갖는다.
생물학적 처리수는 높은 고형물 농도로 인해 종래 분리막 처리기술로는 운전상의 문제들이 많이 도출되지만 다공성 세라믹 분리막 기술은 높은 고형물 농도 하에서도 안정된 운전능력을 보여준다.
세라믹 분리막으로 유입된 유입수는 분리막을 통과하여 최종처리수와 농축수로 분리된다. 최종 처리수는 수질이 매우 양호하여 액비, 세정수, 조경수, 보일러수 등으로 재이용이 가능하다. 재이용량을 초과하는 처리수는 방류(S7)하여도 무방하다.
본 발명에서는 액비(S6) 또는 축산폐수 또는 축산세척수에 대해 여과/분리/농축 처리 과정을 수행할 때, 세라믹 분리막을 이용하여 여과/분리/농축 처리 과정을 수행하며, 이러한 다공성 세라믹 분리막은 공경(Pore size)이 20nm 내지 800nm 이다. 공경(Pore size)이 20nm 내지 800nm 인 다공성 세라믹 분리막을 이용하여 액비(S6)를 처리한 결과는 다음과 같다.
본 발명에 의한 처리결과 검사데이터
검사항목 검사기준 결과 비고
질소전량 (%) 질소전량, 인산전량, 가리전량 각각의 성분 합계량 : 0.3 이상 0.17 분석방법
비료품질검사법

규격
농촌진흥청 고시
제2016-26호
인산전량 (%) 0.39
가리전량 (%) 0.51
수분 (%) 95 이상 95.43
염분 (%) 0.3 이하 0.27
납 (㎎/㎏) 15 이하 0.065
크롬 (㎎/㎏) 30 이하 0.40
아연 (㎎/㎏) 130 이하 128.89
수은 (㎎/㎏) 0.2 이하 0.018
비소 (㎎/㎏) 5 이하 0.14
카드뮴 (㎎/㎏) 0.5 이하 불검출
니켈 (㎎/㎏) 5 이하 0.63
구리 (㎎/㎏) 50 이하 41.99
대장균O157:H7 불검출 불검출
살모넬라 불검출 불검출
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
101 : 제1 거름조 103 : 원액비 저장조
105 : 여과액 저장조 107 : 세정액 저장조
109 : 배관 201 : 제1 모터
203 : 제2 모터 205 : 제2 거름조
207 : 액비정제장치 209 : 제어반
301 : 제1 여과액 배관 302 : 제2 여과액 배관
303 : 여과조 연결관 304 : 연결관 캡
305 : 액량조절밸브 306 : 플랜지
307 : 펌프 308, 309 : 3-웨이 밸브
310 : 수집조 311, 312, 313 : 밸브
314 : 여과액 배출관 315 : 미여과액 유출관
320 : 여과조

Claims (9)

  1. 가축 분뇨, 축산 폐수 또는 이들의 혼합물을 생물학적 처리하여 얻은 액비를 정제하며,
    상기 액비에 포함된 슬러지를 사전에 걸러내는 거름조와,
    상기 거름조로부터 걸러진 상기 액비를 유입하고 수집하는 수집조와,
    상기 수집조와 플랜지 결합되는 여과조를 포함하고,
    상기 여과조는 다수개의 다공성 세라믹 분리막이 배치되며,
    상기 다공성 세라믹 분리막에는 다수개의 관통홀이 형성되고, 상기 다공성 세라믹 분리막의 상하단은 상기 여과조의 플랜지에 맞닿아 결합되고,
    상기 수집조는 수평하게 한 쌍이 배치되고,
    상기 여과조는 상기 수집조 각각에 대하여 2 이상이 나란히 플랜지 체결된 구조를 갖으며, 상기 나란히 배치된 여과조끼리는 여과조 연결관에 의해 서로 연결되고, 상기 여과조 측면에는 여과액 액비를 토출하는 여과액 배관이 연결되는, 다공성 세라믹 분리막을 이용한 액비정제장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수집조는 수평 배치되고,
    상기 여과조는 상기 수집조와 수직으로 플랜지 결합되는, 다공성 세라믹 분리막을 이용한 액비정제장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 여과조는 상부 플랜지와 하부 플랜지를 가지며,
    상기 상부 플랜지는 상기 수집조와 체결되고, 상기 하부 플랜지는 상기 축산폐수를 순환시키는 배관에 연결된 플랜지와 체결되는, 다공성 세라믹 분리막을 이용한 액비정제장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 여과조의 측면으로는 상기 다공성 세라믹 분리막을 통해 정제된 처리수를 배출하기 위한 하나 이상의 여과액 배관이 형성되는, 다공성 세라믹 분리막을 이용한 액비정제장치.
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