KR102105826B1 - 축산 분뇨 처리를 위한 폭기 장치 - Google Patents

Abstract

축산 분뇨 처리를 위한 폭기 장치가 개시된다.
본 발명은 수집된 축산 분뇨의 고농도 폐수를 정화 처리하는 과정에서 광합성 세균을 원료에 투입하고 일정 시간 동안 호기적인 조건에서 발효 분해 및 숙성 과정을 거치고, 숙성 과정에서 미생물이 비활성화된 처리수를 돈사로 순환시켜서 미생물을 활성화시키며, 이를 2차 고액분리후 정화처리 함으로써 양돈 분뇨의 속성을 액비화하면서, 폭기 분사관의 구조를 개선하여 유지 보수가 용이하며 고초균과 같은 광합성균의 배양 증식을 촉진함으로써 악취저감을 실현할 수 있는 축산 분뇨 처리를 위한 폭기 장치를 제공한다.

Description

축산 분뇨 처리를 위한 폭기 장치 {Aeration device for the treatment of livestock manure}

본 발명은 축산 분뇨 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 수집된 축산 분뇨의 고농도 폐수를 정화 처리하는 과정에서 광합성 세균을 원료에 투입하고 일정 시간 동안 호기적인 조건에서 발효 분해 및 숙성 과정을 거치고, 숙성 과정에서 미생물이 비활성화된 처리수를 돈사로 순환시켜서 미생물을 활성화시키며, 이를 2차 고액분리후 정화처리 함으로써 양돈 분뇨의 속성을 액비화하면서, 폭기 분사관의 구조를 개선하여 유지 보수가 용이하며 고초균과 같은 광합성균의 배양 증식을 촉진함으로써 악취저감을 실현할 수 있는 축산 분뇨 처리를 위한 폭기 장치에 관한 것이다.

가축의 축사에서는 가축의 밀집 사육, 분뇨, 내부 청소 미진 등과 같은 원인에 의해 악취가 발생하고 있다.

특히 축사 전체의 악취 유발인자의 대부분은 가축의 분뇨에 의한 것이다.

예를 들면, 양돈시설에서 발생된 악취로 인한 민원은 돈사 22%, 저장조 17%, 분뇨의 살포 52%, 사료관련 5% 및 기타 1%로 분뇨 살포를 제외한 양돈장의 악취는 돈사에서 가장 많이 발생하고 있다.

이러한 가축 축사의 악취는 암모니아 황화수소 등으로 가축의 호흡기 질환을 비롯하여 각종 질병을 유발하는 원인이 될 뿐만 아니라, 축산분뇨의 악취는 삶의 질 감소와 메스꺼움, 두통, 불면증, 식욕저하 또는 호흡기질 환과 같은 신체에 위해가 되는 증상을 나타낸다.

축산시설 규모화, 집약화로 사육규모가 늘어남으로써 악취와 관련된 민원은 꾸준히 증가하여 축산시설이 과반을 차지할 정도이다. 이에 악취의 강도는 더욱 강해졌고, 축산분뇨의 해양배출이 전면 금지됨으로써 육지에서 모든 분뇨를 처리하게 되어 악취 발생 가능성이 더욱 증가하고 있다.

축사 외부로 배출되는 축산 분뇨의 악취는 민원발생의 원인이 되고 있는데, 축산폐수를 처리하기 위한 처리시설의 수용면적에 한계가 있을 뿐만이 아니라, 처리시설을 선정하는 과정에서 지역적 갈등이나, 매립장 후보지 주변에 거주하는 주민들에 의하여 민원이 발생하는 문제에 봉착하게 되어 매립 부지를 선정하는 데에 상당한 고충이 뒤따르고 있다.

일반적으로 가축 축사에서 발생하는 악취의 원인은 공기의 온도, 습도 및 다양한 종류의 유해가스 등의 복잡작용에 의한 것이다.

이에 다각적인 축사의 악취 방지 대책이 마련되면서 축사의 악취를 방지하기 위한 방법으로 악취를 저감할 수 있는 미생물 또는 소독약품 등을 축사 내에 분무하여 돈사 내부 악취, 병원성 미생물, 먼지 등을 저감시키는 방법이 수행되고 있으나 근본적인 해결책이 될 수 없는 것이다. 또한 축사의 악취를 제거 및 방지하기 위한 목적으로 악취 방지용 시료를 이용하여 약액을 제조하는 공정에서는 시료와 원수를 적정 비율로 혼합할 수 있는 제어장치가 필수적이다. 또한, 제조된 약액을 효율적으로 사용하기 위해서는 약액공급장치에 정량공급되거나, 현장 여건에 적합한 농도와 양으로 공급될 수 있는 제어장치가 반드시 필요하다.

현재 축사의 악취 제거 및 방지를 위한 약액 제조 공정에 이용되는 장치는 수작업에 의하거나 기계식으로 처리하는 수준이므로 시료 투입량의 예측이 대단히 어렵고, 또한 약액의 품질에 막대한 영향을 미치는 시료 투입량 결정시 약액 반응에 고려해야 할 조건인 계절, 기후, 수온, 습도, 수질의 탁도, 축사 내부의 온도, 일산화탄소, 이산화탄소, 오존, 메탄가스, 아황산가스, 황화수소가스, 암모니아 가스 등과 같은 유해가스 발생 정도를 고려하지 않고 취수량에만 기준을 두게 됨으로 시료 투입량이 다르게 되어 약액의 품질 및 농도 제어가 어렵게 된다.

축산 분뇨 처리 및 악취 저감을 위한 방법의 일환으로 양돈장 발생 분뇨를 퇴비로 자원화 처리하는 기술을 확립하고, 속성 액비화 미생물을 활용하여 자원으로 활용할 수 있는 방안과 함께 퇴비 및 액비화 과정에서 발생되는 처리수에 대한 대책이 마련되어져야 한다.

축산 분뇨를 주원료로 이용하여 부숙시킨 퇴비는 유기물이 퇴비화 과정에서 분해되어 생성된 최종 물질을 말하며, 퇴비화(Composting) 란 가축분, 농업부산물, 산야초등 유기물이 미생물 등에 의하여 분해되어 안정화 되는 과정을 말한다.

퇴비화는 축산 분뇨, 톱밥 등이 혼합하여 유기성 물질을 탄질비 (C/N ratio) 로 조절하고, 유해성분을 분해 후 유기물은 안정화되고, 다량의 부식물질이 생성되는데, 퇴비화가 완료된 유기물은 유해가스 및 악취가 발생하지 않는다.

축산 분뇨를 이용한 퇴비는 종식물의 유체가 원료이기 때문에 농작물에 대한 비료성분의 균형이 좋고, 이미 유기성분이 안정화되었기 때문에 오랜 기간 토양에 양분을 공급할 수가 있다. 따라서 토양미생물의 먹이로써 유용한 형태이므로 축산 분뇨를 이용한 퇴비의 사용은 토양의 단립구조를 촉진시키며 통기성이나 투숙성을 개선하고 토양의 보수성이 높아지는 등 토양 비옥도 개선에 우수한 효과를 발휘한다.

그러나 축산 분뇨를 그대로 농경지에 사용하면 여러 가지 어려움이 있고 악취가 발생하기 때문에 이러한 문제를 해결하는 방법이 퇴비화 처리의 필요성이라고 할 수 있다. 또한 퇴비화 처리 과정 중에 발생되는 고온은 해충이나 병원균, 잡초의 종자 등을 제거하는 효과를 기대할 수 있다.

종래 양돈농가의 경우 분뇨처리 비용 절감을 위한 슬러리 방식을 채택하고 있다. 슬러리 방식은 양돈장의 돈사피트에 장기간 동안 슬러리를 저장하고 있다.

이는 퇴액비 처리과정 기간이 증가하여 안정된 발효액비 생산이 어렵고, 축산 분뇨 처리 지연으로 인하여 관리자 및 가축의 건강과 위생에 문제가 발생한다. 따라서 신속한 분뇨처리 방안과 안정된 발효액비를 생산할 수 있는 시스템이 필요한 실정이다.

종래에 축산 분뇨를 퇴비화 처리하는 방식은 대부분 통풍식 또는 교반식 시설을 갖추고 있으며, 대부분의 공정은 원료를 혼합하여 부숙과정, 후숙과정, 선별과정, 포장 및 출하과정으로 이루진다.

축산 분뇨의 퇴비 또는 액비는 품질이 균일하지 못하고 부숙이 덜 되었을 때 악취 문제가 발생되므로 축산시설에서 발생되는 악취저감 대책이 시급하며, 이를 위해 축사와 분뇨 처리시설에서 발생되는 다양한 악취의 저감이 가능한 시스템이 필요하다.

이러한 종래의 처리 방식은 호기성 고온 고속 발효시스템으로 분뇨를 처리하면서 악취를 저감시키고 있으나, 이는 사후적인 조치로서 근본적인 악취방지 해결책이 될 수 없고, 과도한 시설비를 필요로 하므로 농가에서 시스템 설비를 기피하는 원인이 되고 있다.

이에 축사의 환경적 영향을 고려하여 처리 만족도를 최대화하기 위한 방법과 이를 구현할 수 있는 장치가 필요하다.

또한, 환경적 요인을 고려하여 호기성 미생물의 배양 및 성장 요건을 만족시켜 줄 수 있는 처리 장치의 개발이 필요하다.

이러한 장치는 악취가 저감되는 최적 처리환경을 제공하기 위해서 호기성 미생물의 배양과 광합성 조건을 충족시켜주어야 하며, 배양된 호기성 미생물이 비활성화 되는 경우 활성화시켜서 원활한 부숙 효과를 이룰 수 있어야 한다.

한편, 축산 분뇨 액비는 가축의 사육과정에서 배출되는 분뇨 및 청소수 등의 혼합물을 비료로 활용하기 위해 저장조에 수집하여 저장하고, 일정 기간 부숙시켜 병원성 미생물, 해충알, 잡초종자 등을 사멸시키고 분해가 어려운 물질을 분해하여 환경에 노출되어도 위해성이 없고 경종적으로 안정화된 액을 말하며, 작물생육에 필요한 질소, 인, 칼리 이외에 미량원소도 포함하고 있어 비료로서의 가치가 높다. 축산 분뇨 액비가 농경지에 환원되기 위한 조건으로 액비의 균일성, 저접착력, 무악취, 작물에 대한 피해 방지 등이 선행되어야 한다.

분산 분뇨를 이용한 액비 제조시 발효가 완료된 상태에서 악취가 없어야 하므로 축산 분뇨 액비의 품질기준을 마련하여 축산분뇨 액비의 품질관리가 시행되고 있다. 하지만, 축산 분뇨의 일반적인 폭기 교반시설로는 양돈분뇨의 특성상 축산 분뇨 특유의 악취를 방지하기가 불가능하여, 경종농가에서 원하는 액비 생산에는 현실적인 어려움이 발생하였다. 그리고 축산 분뇨 액비살포 인한 악취 발생으로 액비 자원화 사업 추진시 많은 민원이 발생하며, 부지 확보 부족과 주변에 주민들과 생활공간이 밀접하여 환경 민원이 빈번하게 발생하여 냄새가 있는 액비의 유통으로 축산 분뇨 액비 자원 활성화에 많은 문제가 발생하고 있는 것이다.

현재 축산 분뇨 액비의 유통 활성화를 위해 액비 살포지침과 품질기준이 마련되어 농업인과 연계한 액비 자원화 사업에 많은 노력을 기울이고 있다. 국내 액비 자원화 시설 운영 시 축산 분뇨의 고액분리 등이 이루어지지 못하여 액비화 시설의 침전문제 방지와 이물질제거 및 액비생산 효율 상승을 위해 고액분리기 지원 사업을 추진하여 많은 액비 자원화 농가에서 고액분리 시설을 가동하고 있다. 또한 액비 저장조 지원 사업에 교반과 폭기시설을 포함하였으나, 고농도의 축산 분뇨 액비화를 위해서는 추가적인 시설보완과 축산 분뇨 자원화 표준설계도에 근거한 시설물 설치가 필요하여 농가 자체적인 고품질의 액비생산 방안에 많은 노력을 하고 있다.

축산 분뇨 액비화는 축산 분뇨를 호기성, 혐기성 미생물을 이용하여 최종적으로 유기물을 안정화시켜 농경지에 필요한 농자재로서 이용하기 위한 액상 비료다. 축산 분뇨 액비화의 대표적인 방법인 호기성 미생물 반응은 축산 분뇨의 유기물을 호기성 미생물에 의해 섭취되고 일부는 산화 분해되어 CO₂와 물이 되고, 나머지는 미생물로 증식하여 농경지에 환원된다.

축산 분뇨 액비화 방법은 액상 축산 분뇨에 호기성 미생물을 활성화시키기 위해 교반하면서 폭기 처리하는 방법이다. 호기성 미생물로 유기물을 분해시켜 액비를 제조하기 위해 호기성 미생물이 활동할 수 있는 미생물의 영양원, 산소, 온도, 수분 등을 조절하여야 하며, 축산 분뇨는 액상 중 용존산소가 거의 없기 때문에 산소 공급과 광합성이 필수적이다. 따라서, 액비 제조 과정에서 폭기에 의한 산소공급과 광합성균의 배양 증식이 원활하게 이루어진다면 액비 제조시 악취물질의 발생이 저감되고, 대장균, 기생충란, 병원성 미생물, 잡초종자가 사멸된다.

축산 분뇨의 농도와 발효정도에 따라 폭기방식은 연속폭기 방식과 간헐폭기 방식이 주로 이용된다.

혐기성 액비와 호기성 액비를 비교해 보면 혐기성 액비는 6개월이 지나도 침전에 의한 생물학적산소요구량(BOD)과 부유물질(SS)이 일부만 감소 되지만, 총질소(T-N) 의 변화는 거의 없다. 하지만 호기성 액비는 전반적으로 급격한 감소가 이루어지며, 총질소는 최종 2,000ppm(0.2%) 수준으로 감소되어 악취가 없는 발효상태가 가능하다. 혐기성 액비화 시설은 혐기성 미생물에 의해 분해가 이루어져 시설 교반과 액비 저장시에도 악취가 발생하여, 부숙 액비 생산에 어려움이 있고, 악취가 극심하여 정상적인 농경지 유통이 불가능하다.

이에 반해 호기성 액비화 시설은 공기 공급 장치 설치로 호기성 미생물 활성화를 통해 고품질 액비 생산이 가능하며, 공기 공급에 따른 축산 분뇨의 침전 방지와 액비 저장조 상하층의 농도 균일화로 안정적인 액비시설 운영이 가능한 것이 장점이다.

호기성 미생물을 이용하는 액비는 30일 내외 발효과정을 거쳐 미생물의 내부 순환으로 액비화시설 전단계부터 안정화를 유도하여 악취 발생을 저감하면서 원활하게 액비를 생산하고, 최종 생산된 액비는 농경지 살포시기에 맞춰 저장시설에 보관하거나 배출하여야 한다.

이러한 축산 폐수의 처리 장치에서 폭기는 고초균과 같은 광합성균의 배양 증식은 악취의 저감과 고품질의 액비를 생산하기 위해 중요한 부분을 차지한다. 그러나 종래의 폭기장치에서는 폭기조에 추락 유입되는 각종 조류나 나뭇잎과 같은 이물질에 의해 분사관이 막혀 처리수가 분사되지 못하게 됨으로써 폭기 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 또한 상기 분사관이 금속재로 제조됨에 따라 비교적 고압으로 분사되는 처리수에 의해 쉽게 부식 및 마모가 되어 유지 보수 비용이 지출되는 문제점이 있었다.

KR 10-0374928 B1 (2003. 02. 21.) KR 10-1553511 B1 (2015. 09.09.) KR 10-2018-0124232 A (2018. 11. 21.)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하고자 축산 분뇨의 고액을 2차 분리하여 2차 고액분리된 고형분은 분리된 고형분을 퇴비로 활용할 수 있게 되고, 여과 정화 처리를 거쳐 사용 가능한 용수로 재활용하며, 비닐 하우스의 특용작물, 수경재배, 화해단지 등에 사용되어질 수 있는 고품질의 제4종 복합액체비료를 제조함에 있어서, 폭기 분사관의 구조를 개선하여 각종 조류나 나뭇잎과 같은 이물질에 의해 분사관이 막힐 경우 저렴한 비용으로 신속하게 유리 보수를 할 수 있는 축산 분뇨 처리를 위한 폭기 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 기술적인 특징은 일정량의 분뇨를 배출할 수 있게 되며, 숙성조(70)로부터 처리수가 유입될 수 있도록 이루어지는 축사(10)와; 상기 축사(10)와 연결되어 축사(10)로부터 분뇨가 유입되어 저장되는 저장수단과; 상기 저장수단에서 공급된 원수의 고형분과 요분을 1차 분리하여 분리된 고형분과 요분을 선별하여 배출하는 1차 고액분리기(40)와; 상기 1차 고액분리기(40)에서 요분과 분리된 고형분이 배출되어 저장되는 고형분 저장조(50)와; 상기 1차 고액분리기(40)에서 고형분과 분리된 요분이 포함된 액상의 처리수가 공급되어 고온성의 호기성 미생물에 대한 1차 발효 및 숙성을 하는 폭기조(60)와; 상기 폭기조(60)와 연결되어 중온성, 또는 저온성의 호기성 미생물의 발효가 이루어지며, 상기 축사(10) 피트와 제2순환관(R2)으로 연결되어 발효 숙성된 처리수를 축사(10) 피트로 이송할 수 있게 되는 숙성조(70)와; 상기 숙성조(70)와 연결되어 숙성조(70)에서 이송된 처리수의 탈질공정을 수행하는 무산소조(80)와; 상기 무산소조(80)와 연결되어 무산소조(80)로부터 이송된 처리수에 대해 2차 고액분리를 수행하여 고형분과 요분이 포함된 처리수를 분리하여 배출하는 2차 고액분리기(90)와; 상기 2차 고액분리기(90)와 연결되어 2차고액분리기(90)에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수 저장조(100)를 포함하여 축사(10)에서 배출되는 축산 분뇨의 고액을 분리하고 숙성 및 여과하여 액비화 처리하는 축산 분뇨 처리 장치에 있어서, 상기 폭기조(60)는 복수의 분기관(600)이 분리 가능하게 고정되는 제1순환관(R1)에 의해 내부에 저장된 처리수를 순환시키며 폭기가 이루어지게 되되, 상기 제1순환관(R1)은 제1밸브(V1)를 구비하여 폭기조(60)와 숙성조(70)를 연결하는 제6배출관(L6)에 접속되어 분기되고, 폭기조(60)와 제1순환관(R1) 사이의 제6배출관(L6)에는 공급펌프(P1)가 설치되며, 상기 공급펌프(P1)와 숙성조(70) 사이에 제1밸브(V2)가 설치되어 폭기조(60)와 숙성조(70) 사이의 공급 유로를 개폐시킬 수 있게 되어 상기 제1밸브(V1)와 제1밸브(V2)를 선택 개폐함에 따라 상기 공급펌프(P1)가 처리수를 이송 및 순환시킬 수 있게 되며, 상기 분사관(610)은 일측의 고정부(612)가 상기 분기관(600)에 접속 고정되고, 다른 일측 단부의 분사구(613)는 폭기조(60)의 수면 상부를 향하도록 배치되어 순환되는 처리수를 폭기조(60)내의 처리수 상부에 살포하여 미세기포를 파포하며 호기성 미생물의 배양 증식을 위한 산소를 공급할 수 있게 되는 것을 포함한다.
본 발명의 기술적 특징에 따라, 상기 분사관(610)은 PVC로 이루어지는 것을 포함한다.

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본 발명의 기술적 특징에 따라, 상기 분사구(613)는 본체(611)로부터 도입되는 입구(614)로부터 출구(615)로 갈수록 점차 넓어지는 확장공간(616)을 형성하며, 상기 확장공간(616)의 출구(615)는 높이(H)보다 폭(W)이 넓게 형성되어 처리수를 확산 분사하게 되는 것을 포함한다.

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본 발명의 기술적 특징에 따라, 상기 제1밸브(V1)와 제2밸브(V2)는 자동개폐 전자밸브로 이루어져 자동화 시스템에 의해 제어되는 것을 포함한다.

이와 같은 본 발명은 숙성조에서 처리수를 숙성시키는 과정에서 액비를 돈사로 순환시킴으로써 불활성화되는 미생물을 활성화시킬 수 있게 되어 액비순환에 의한 원수농도 감소로 유기물 처리 시간이 감소되고 악취가 저감될 수 있는 것이다.

또한 고농도의 미생물을 이용하여 발효 및 숙성 시간을 단축시키면서 무산소조를 운영하여 질소량을 조절할 수 있게 됨으로써 안정적인 정화 처리가 가능하여 악취저감 효과 탁월하며, 고액과 분리된 처리수는 탈색 및 정화처리 후 재활용수로 활용할 수 있어서 돈사를 세척하는 용도 등으로 활용할 수 있게 된다.

또한, 폭기조에서 처리수를 분사하는 분사관이 PVC로 제조됨에 따라 종래 금속재 제조물과 비교하면 부식 및 마모에 강하며, 유지 보수 비용이 저렴하게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 목적 및 그 기술적 과제는 앞서 기재한 기술적 과제에 한정되는 것이 아니다. 따라서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 시각적 확인에 의하여 사후에 대응하는 종래의 제어방법과는 달리, 2차 고액분리 및 숙성된 처리수를 돈사로 순환시키는 처리 장치 및 공정을 통하여, 낙후된 축산분뇨 처리 체계를 선진화하여 축산농가의 생산비, 유지 관리비 절감을 통해 소득증대와 축산산업기술발전에 기여하며, 축산 분뇨에서 발생하는 악취를 저감하여 축사 주변의 환경을 개선할 수 있는 현저한 효과가 있다.

또한, 개선된 구조의 폭기 분사관은 부식 및 마모에 대한 내구성을 가지며, 각종 조류나 나뭇잎과 같은 이물질에 의해 처리수의 원활한 배출이 불가능하게 될 경우 저렴한 비용으로 신속하게 유지 보수를 할 수 있는 효과가 있다.

이로써 축산농장 자체에서 대부분의 분뇨처리를 할 수 있어서 축산 분뇨를 처리하기 위한 개별 및 공공처리시설의 처리용량 부족 현상을 방지하고, 공공처리시설 위탁 시 처리비용 상승으로 축산농장 경제성 하락을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 시스템 블록도
도 2는 본 발명에 따른 폭기조와 숙성조의 관계를 나타낸 구조도
도 3은 본 발명에 따른 분사관의 설치 상태를 나타낸 사시도
도 4는 본 발명에 따른 분사관을 나타낸 사시도
도 5는 본 발명에 따른 분사관의 정면도
도 6은 본 발명에 따른 분사관의 단면도

본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

다음에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 설명하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 다음의 실시예에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 본 발명의 응용이 제한되는 것이 아니다. 본 발명은 다른 실시예 들로 구현될 수 있고, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 장치 또는 요소의 방향 등과 같은 용어들에 관하여 실시예에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되며, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다. 예를 들면, "제1", "제2"와 같은 용어가 본 발명을 설명하는 실시예와 청구항에 사용되는데, 이러한 용어가 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자가 발명의 용어와 개념을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념에 입각하여 기재한 것으로 해석하여야 한다.

다음에서 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 시스템 블록도를 보여주고 있다,

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 축산 분뇨 처리 장치는 축사(10), 집수조(20), 원수조(30), 1차 고액분리기(40), 폭기조(50), 고형분 저장조(50), 숙성주(70) 무산소조(80), 2차 고액분리기(90), 그리고 처리수 저장조(100)로 구성된다.

상기 처리 과정별 축산폐수 및 처리수의 이송 공급은 각 배출관 또는 순환관에 도시되지 아니한 공급펌프가 설치되어 가능하게 됨은 물론이다.

축사(10)는 축산분뇨가 발생되는 곳으로, 집수조(20)와 제1배출관(L1)으로 연결되어 일정량의 분뇨를 배출할 수 있게 되며, 축산분뇨 배출시 한꺼번에 많은 양이 배출되지 않도록 배출구의 배출량을 조절할 수 있게 된다. 한편, 상기 축사(10)의 피트는 숙성조(70)로부터 처리수가 유입될 수 있게 되어 축사 피트의 분뇨와 혼합됨으로써 슬러리 농도를 낮춰 축사 외부로 배출이 용이하게 된다.

집수조(20)는 축사(10)와 제1배출관(L1)으로 연결되어 축사(10)로부터 분뇨가 유입되는 저장되는 곳으로, 슬러리 상태를 확인할 수 있게 되며, 제2배출관(L2)을 통해 원수를 원수조(30)로 공급한다.

원수조(30)는 집수조(20)와 제2배출관(L2)으로 연결되어 분뇨의 원수가 유입되며, 원수가 1차 고액분리기(40)에서 처리되기 전에 침전이 이루어지며, 응고제가 투입될 수 있다. 이러한 원주조(30)는 수위 변화에 대한 대처를 위해 높은 저장용량을 수용할 수 있도록 이루어지며, 저장된 원수는 침전에 의해 고형분과 상등액으로 분리된 후 상등액이 제3배출관(L3)을 통해 고액분리장으로 이동하여 1차 고액분리를 수행할 수 있게 한다.

고액분리장에 마련되는 1차 고액분리기(40)는 원수조(30)에서 공급된 원수의 고형분과 요분을 분리한다. 원수조(30)에서 공급되는 원수는 1차 고액분리는 고형분이 많이 함유되어 있으므로 스크린 방식이나 벨트프레스 방식의 기기로 축산분뇨의 고형분과 요분을 분리시킨다. 즉, 원수조(30)로부터 공급된 축산폐수를 고형분, 그리고 고형분과 분리된 처리수로 분리하여 고형분은 제4배출관(L4)을 통해 고형분 저장조(50)로 배출시키고, 처리수는 제5배출관(L5)을 통해 폭기조(60)로 이송시킨다.

스크린 방식의 고액분리기는 드럼, 경사, 진동 스크린이 있으며, 스크린 방식의 고액분리기는 채망의 크기에 따라 조목, 세목, 미세 스크린으로 구분되어 원수의 협잡물을 제거한다.

이러한 스크린 방식은 채눈의 막힘을 방지하기 위한 구성 형태 및 작동원리에 따라 망눈에 따라 효율이 변하지만 극미세 고형분은 거르지 못하고 가축의 털에 의해 막힘이 생기는 단점이 있으므로 후속적으로 고액분리를 재수행하는 것이 바람직하다.

벨트프레스 방식은 여과포를 이용해 압축롤에서 액과 고형분을 분리하는 방식으로 처리효율 대비 설치단가가 낮지만, 공간을 많이 차지하고 소모성 부품교체 비율이 높으며, 운전자가 항상 대기하고 있어야 한다.

이러한 1차 고액분리기(40)에서 돈분의 고형분과 요분이 1차로 분리되어 분리된 고형분은 제4배출관(L4)을 통해 고형분 저장조(50)로 배출되고, 요분이 포함된 액상의 처리수는 제5배출관(L5)을 통해 폭기조(60)로 공급되어 1차 발효가 이루어지게 된다.

1차 고액 분리기(40)가 설치되는 고액분리장은 악취 발생량이 가장 많은 곳으로 되도록 밀폐된 공간이 필요하며, 숙성 후 다시 고액분리를 실시하는 시스템을 구비하는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명의 시스템은 후술하는 제2고액분리기(90)가 구비된다.

폭기조(60)는 상기 1차고액분리기(40)와 제5배출관(L5)으로 연결되어 고액분리된 처리수에 포함되어 있는 고온성의 호기성 미생물에 대한 1차 발효가 이루어지며, 처리 과정에서 미세기포에 의한 거품 발생이 많으므로 파포를 할 수 있는 소포기나 상부에서 처리수를 살포하는 방식을 이용하는 것이 좋다. 이때 살포되는 처리수는 폭기조(60) 내의 처리수를 폭기조(60)로 반복 순환시키게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 폭기조와 숙성조의 관계를 나타낸 구조도이고, 도 3은 본 발명에 따른 분사관의 설치 상태를 나타낸 사시도를 나타내고 있다.

도 2를 참조하면, 폭기조(60)에서 처리수가 반복 순환시키는 구성은 폭기조(60)와 숙성조(70)를 연결하는 제6배출관(L6)에 공급펌프(P1)가 설치되어 폭기조(60)의 처리수가 순환되게 되는데, 상기 공급펌프(P1)는 처리수의 순환과 이송을 수행할 수 있도록 구성된다.

구체적으로, 폭기조(60)와 숙성조(70)를 연결하는 제6배출관(L6)에 공급펌프(P1)가 설치되면서, 상기 공급펌프(P1)와 숙성조(70) 사이의 제6배출관(L6)에 제1순환관(R1)이 분기되어 설치된다.

상기 제1순환관(R1)은 제1밸브(V1)가 형성되어 유로를 개폐할 수 있게 되고, 공급펌프(P1)와 숙성조(70) 사이의 제6배출관(L6)에는 제2밸브(V2)가 형성되어 유로를 개폐할 수 있게 된다.

따라서 공급펌프(P1)가 구동되고 상기 제1밸브(V1)와 제1밸브(V2)를 선택 개폐함에 따라 상기 공급펌프(P1)가 처리수를 이송 및 순환시킬 수 있게 된다.

즉, 제1밸브(V1)가 차단되고 제2밸브(V2)가 열린 상태에서 공급펌프(P1)가 구동되면 폭기조(60)내의 처리수가 숙성조(70)로 배출 이송되지 않고 폭기조(60)에 순환되게 된다. 그리고 폭기조(60)에서 처리수의 1차 숙성이 완료된 다음 제1밸브(V1)를 열고 제2밸브(V2)를 차단시킨 상태에서 공급펌프(P1)가 구동되면 폭기조(60)내의 처리수가 숙성조(70)로 배출되게 된다.

바람직하게 상기 제1밸브(V1)와 제2밸브(V2)는 자동개폐 전자밸브로 이루어져 자동화 시스템에 의해 제어된다.

상기 제1순환관(R1)의 배출단부는 폭기조(60) 상부에 도달하며, 각각의 배출단부에는 각각 분사관(610)이 분리 가능하게 나사로 고정 설치된다.

도 3에서 보듯이, 상기 분사관(610)은 원통형으로 형성되는 본체(611)의 일측 단부에 고정부(612)가 형성되어 분기관(600)에 접속되고, 다른 일측의 단부에는 분사구(613)가 형성되어 처리수가 분사될 수 있게 되어 있다.

상기 분사구(613)는 본체(611)와 일체로 형성될 수 있고, 본체(611)와 별도로 형성되어 결합될 수 있다.

바람직하게 분사관(610)은 PVC를 포함하는 합성수지에 의해 본체(6611), 고정부(612) 및 분사구(613)가 일체로 형성된다.

본체(611)와 일체로 형성되는 분사구(613)는 본체를 가열 및 가압하여 소성변형에 의해 납작하게 형성됨으로써 장방형 배출공간을 형성되게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 분사관을 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 분사관의 정면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 분사관의 단면도를 나타내고 있다.

이 도면을 참조하면, 상기 분사구(613)는 본체(611)로부터 도입되는 입구(614)로부터 출구(615)로 갈수록 점차 넓어지는 확장공간(616)이 형성되어 있고, 상기 확장공간(616)의 출구(615)는 높이(H)보다 폭(W)이 넓게 형성되어 처리수를 확산 분사할 수 있게 되어 있다.

이로써 처리수 살포시 살포되는 처리수의 공기 접촉 면적이 많아지게 되고, 또한 폭기조(60)내 처리수의 상층부에 접촉하면서 산소의 포화도를 증가시킬 수 있게 된다.

이러한 분사관(610)는 PVC로 제조되어 금속재의 제조품과 비교하면 제조비용이 저렴하며, 빠른 속도로 분사되는 처리수의 유속에 의해 부식과 마모가 현저하게 감소되는 것이다.

이러한 분사관(610)은 상기 분사구(613)가 폭기조(60)의 수면 상부를 향하도록 배치되어 순환되는 처리수가 폭기조(60)내의 처리수 상부에 살포된다. 이렇게 살포되는 처리수는 광범위하게 살포되면서 미세기포를 파포하며 호기성 미생물의 배양 증식을 위한 산소를 공급할 수 있게 된다.

이와 같은 폭기조(60)는 광합성 세균을 투입하여 축산폐수에 포함되어 있는 유기물의 분해 및 정화를 촉진시킨다. 그리고 내부에서 급속하게 호기성 발효가 진행되면서 다량의 거품이 발생되어 처리수 수면 상부에 떠오르게 된다.

처리수 수면 상부에 떠오르는 거품은 위에서 설명한 바와 같이 공급펌프(P1)의 폭기작용에 의해 분사구(610)에서 분사되는 순환수에 의해 파포된다. 이때 숙성 및 파포 과정에서 발생되는 증기를 배출시키기 위해 블로어(620)가 설치된다. 블로어(620)로 배출된 증기 및 악취는 별도의 정화처리 시설을 거쳐 대기 중에 방출된다.

한편, 상기 폭기조(60)의 내부는 축산 폐수가 급속하게 분해되면서 30~80℃의 열이 발생되어 밀폐된 공간 내에 위치하는 폭기펌프의 과열로 펌프의 수명이 저하되거나 작동 불가능한 상태에 도달하기 쉬워진다. 이에 따라 과열되는 폭기펌프를 냉각시켜주기 위해 폭기조(60)에서 미생물의 1차 배양 후 배출되어 냉각되어진 처리수를 재투입시켜줄 수 있게 된다.

이에 따라 폭기펌프의 역할을 하는 공급펌프(P1)를 냉각시켜서 수명이 향상되게 하며, 축산 폐수의 처리효율이 향상되게 된다.

폭기조(60)에서 폭기 처리된 처리수는 3~7일간 발효 후 숙성조(70)로 이송된다.

숙성조(70)는 폭기조(60)와 제6배출관(L6)으로 연결되며, 향후 유기물 분해를 위한 전처리 기능으로 상기 폭기조(60)에서 고온성의 호기성 미생물에 대한 1차 발효가 이루어진 다음, 다량의 중온성, 또는 저온성의 호기성 미생물의 발효가 이루어지게 한다.

이러한 숙성조(70) 또한 처리 과정에서 미세기포에 의한 거품이 많이 발하므로 파포할 수 있는 소포기나 상부에서 액상을 살포하는 방식을 적용하는 것이 바람직하다.

숙성조(70)에서 숙성되는 과정에서 가스가 과도하게 발생되거나 온도가 일정 이상으로 상승하게 되면 미생물 증식에 않좋은 영향을 주게 된다.

따라서 숙성조(70)의 가스배출 및 온도조절을 위해 일정량의 처리수를 배출시켜서 순환되게 함으로써 축산 폐수의 처리효율이 향상되게 된다.

특히 양돈폐수와 같이 고농도의 유기물 및 질소가 포함된 폐수의 경우 폭기조(60)에서 질산화가 진행될 경우 숙성조(70)에서 내생 탈질공정이 진행되어 불안전한 침전 효율을 나타내므로 결국 미생물이 유실되어 적정 농도의 미생물을 유지할 수 없으므로 공정 전체가 실패하는 경우가 발생하게 된다. 이에 따라 숙성조(70)에서 비활성화된 미생물을 축사(10) 피트로 순환시켜 활성화시킴으로써 처리 효울을 향상시킬 수 있게 된다.

이와 같이 숙성조(70)에서 숙성된 처리수의 일부는 제2순환관(R2)을 통해 축사(10) 피트로 이송되어 축사 피트의 분뇨와 혼합됨으로써 축사 피트 분뇨 슬러리의 농도를 낮춰 축사 외부로 배출을 용이하게 해준다. 그리고 축사(10) 피트로 이송 후 잉여 처리수는 제7배출관(L7)을 통해 무산소조(80)로 이송하여 탈질공정을 실시할 수 있게 된다.

무산소조(80)는 교반기(도시되지 아니함)가 설치되며, 숙성조(70)와 제7배출관(L7)으로 연결되어 숙성이 완료된 처리수에 포함딩 있는 암모니아성 질소를 질산화균과 탈질균에 의해 분해시켜어 질소가스로 발산시키는 탈질 공정을 수행한다. 질소와 인의 처리를 향상시키기 위한 탈질화 방법으로 표준활성슬러지 공법을 변형한 고도처리공법(Anaerobic-Anoxic-Aerobic, A2O)이 수행되며, 처리시 사용되는 조는 혐기성조, 무산소조, 호기성조로 구성되어 있고 질소를 제거하기 위한 내부반송처리와 침전지의 슬러지 반송으로 구성된다.

혐기성조에서는 혐기성 조건에서 인을 방출시켜 호기성조에서 미생물이 인을 과잉 섭취할 수 있도록 만들고, 무산소조는 호기성조의 내부반 송수의 질산화 된 질소를 탈질시켜 제거하는 처리 공법이다. A2O 공법의 원리는 현재 국내에서 사용되어지고 있는 액비순환 시스템에서 무산소조와 폭기조의 서로간의 상호작용에 의한 슬러지 처리 방식에서 효율성을 보여 주고 있다.

무산소조(80)에서 탈질된 처리수는 수분함량이 높아 고속원심분리 방식으로 2차 고액분리하는 것이 좋다. 이에 따라 무산소조(80)에서 탈질공정이 완료된 처리수는 제8배출관(L8)을 통해 2차 고액분리기(90)로 이송되어 2차로 고액분리가 될 수 있게 된다.

2차 고액분리기(90)는 고속데칸타로 구성되어 탈질공정이 완료된 처리수에서 고형분의 분리가 쉽게 이루어질 수 있도록 염철 또는 응집제를 이용한 화학적 처리가 병행되며, 고속으로 회전하여 탈수하는 방식으로 스크린 방식, 또는 벨트프레스 방식의 고액분리기의 단점을 극복할 수 있는 것이다.

2차 고액분리기(90)에서 분리된 고형분은 제9배출관(L9)을 통해 고형물 저장조(50)로 이송되고, 고형분이 분리된 후 남은 처리수는 제10배출관(L10)을 통해 처리수 저장조(100)로 공급되어 정화처리를 하거나 발효조의 증발량에 따라 제3순환관(R3)을 통해 폭기조(60)로 순환된다,

처리수 저장조(100)는 상기 2차 고액분리기(90)에서 제10배출관(L10)을 통해 공급된 처리수를 정화처리 할 수 있게 한다.

통상 2차 고액분리기(90)에서 분리되어 이송된 처리수는 유기물 함량은 적으나 갈색의 리그닌(lignin)성분의 분해로 발생되는 고분자 물질을 포함하여 미생물이 분해하기 어렵기 때문에 거름망과 활성탄을 이용하여 탈색시키고, 탈색된 처리수는 마대나 부직포 등을 이용하여 2단계 이상 정화처리를 한다. 이렇게 정화처리가 완료된 처리수는 방류수 수질에 가깝게 투명한 상태로 되며, 농장 내부 세척수 또는 소독용수로 이용이 가능하게 된다.

지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 관련된 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형된 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능한 실시예가 있을 수 있다.

10: 축사 20: 집수조
30: 원수조 40: 1차 고액분리기
50: 고형물 저장조 60: 폭기조
70: 숙성조 80: 무산소조
90: 2차 고액분리기 100: 처리수 저장조
610: 분사관 611: 본체
612: 고정부 613: 분사구
614: 입구 615: 출구
V1: 제1밸브 V2: 제2밸브
R1: 제1순환관 R2: 제2순환관
R3: 제3순환관

Claims (6)

1. 일정량의 분뇨를 배출할 수 있게 되며, 숙성조(70)로부터 처리수가 유입될 수 있도록 이루어지는 축사(10)와;
   상기 축사(10)와 연결되어 축사(10)로부터 분뇨가 유입되어 저장되는 저장수단과;
   상기 저장수단에서 공급된 원수의 고형분과 요분을 1차 분리하여 분리된 고형분과 요분을 선별하여 배출하는 1차 고액분리기(40)와;
   상기 1차 고액분리기(40)에서 요분과 분리된 고형분이 배출되어 저장되는 고형분 저장조(50)와;
   상기 1차 고액분리기(40)에서 고형분과 분리된 요분이 포함된 액상의 처리수가 공급되어 고온성의 호기성 미생물에 대한 1차 발효 및 숙성을 하는 폭기조(60)와;
   상기 폭기조(60)와 연결되어 중온성, 또는 저온성의 호기성 미생물의 발효가 이루어지며, 상기 축사(10) 피트와 제2순환관(R2)으로 연결되어 발효 숙성된 처리수를 축사(10) 피트로 이송할 수 있게 되는 숙성조(70)와;
   상기 숙성조(70)와 연결되어 숙성조(70)에서 이송된 처리수의 탈질공정을 수행하는 무산소조(80)와;
   상기 무산소조(80)와 연결되어 무산소조(80)로부터 이송된 처리수에 대해 2차 고액분리를 수행하여 고형분과 요분이 포함된 처리수를 분리하여 배출하는 2차 고액분리기(90)와;
   상기 2차 고액분리기(90)와 연결되어 2차고액분리기(90)에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수 저장조(100)를 포함하여 축사(10)에서 배출되는 축산 분뇨의 고액을 분리하고 숙성 및 여과하여 액비화 처리하는 축산 분뇨 처리 장치에 있어서,
   상기 폭기조(60)는,
   복수의 분기관(600)이 분리 가능하게 고정되는 제1순환관(R1)에 의해 내부에 저장된 처리수를 순환시키며 폭기가 이루어지게 되되,
   상기 제1순환관(R1)은,
   제1밸브(V1)를 구비하여 폭기조(60)와 숙성조(70)를 연결하는 제6배출관(L6)에 접속되어 분기되고,
   폭기조(60)와 제1순환관(R1) 사이의 제6배출관(L6)에는 공급펌프(P1)가 설치되며,
   상기 공급펌프(P1)와 숙성조(70) 사이에 제1밸브(V2)가 설치되어 폭기조(60)와 숙성조(70) 사이의 공급 유로를 개폐시킬 수 있게 되어,
   상기 제1밸브(V1)와 제1밸브(V2)를 선택 개폐함에 따라 상기 공급펌프(P1)가 처리수를 이송 및 순환시킬 수 있게 되며,
   분사관(610)은,
   일측의 고정부(612)가 상기 분기관(600)에 접속 고정되고,
   다른 일측 단부의 분사구(613)는 폭기조(60)의 수면 상부를 향하도록 배치되어 순환되는 처리수를 폭기조(60)내의 처리수 상부에 살포하여 미세기포를 파포하며 호기성 미생물의 배양 증식을 위한 산소를 공급할 수 있게 되는 것을 포함하는 축산 분뇨 처리를 위한 폭기 장치.
   
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 분사관(610)은,
   PVC로 이루어지는 것을 포함하는 축산 분뇨 처리를 위한 폭기 장치.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 분사구(613)는,
   본체(611)로부터 도입되는 입구(614)로부터 출구(615)로 갈수록 점차 넓어지는 확장공간(616)을 형성하며,
   상기 확장공간(616)의 출구(615)는,
   높이(H)보다 폭(W)이 넓게 형성되어 처리수를 확산 분사하게 되는 것을 포함하는 축산 분뇨 처리를 위한 폭기 장치.
   
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 제1밸브(V1)와 제2밸브(V2)는,
   자동개폐 전자밸브로 이루어져 자동화 시스템에 의해 제어되는 것을 포함하는 축산 분뇨 처리를 위한 폭기 장치.

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