KR102137399B1 - 고온발효 악취 저감형 분뇨 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온발효 악취 저감형 분뇨 처리 장치에 관한 것이다. 상세하게는 적어도 2개 이상의 발효조로 이루어진 분뇨처리시설을 연속식 운전하여 악취가 없는 액비로 처리하기 위한 장치와 축사로 구성되되, 바람직하게는 3개의 발효조로 구성된 것으로서, 첫 번째 처리조에서 발생하는 악취를 세 번째 처리조의 미생물을 이용하여 제거하는 방법이다. 또한 첫 번째 처리조에서 공기 순환시 순산소발생기 또는 기체용해장치를 이용하여 산소를 주입하여 효율을 높일 뿐만 아니라 상기 주입된 산소는 미생물에 의해 이용되어 완전히 물로 환원이 되므로 악취가 외부로 유출되지 않도록 한다. 세 번째 처리조는 액비의 pH를 6-7로 맞추어 암모니아 가스가 휘산되지 않도록 또는 외부의 악취성분 중 포함된 암모니아 가스를 일부 용존케 하여 포집할 수 있다. 아울러 세 번째 처리조의 액비는 다시 축사 내 분뇨저류조로 순환되어 축사 내 악취 발생 저감 및 일부 유기물을 제거한다.

Description

고온발효 악취 저감형 분뇨 처리 장치{ATAD type Swine Wastewater Treatment System for minimizing odor}

본 발명은 고온발효 악취 저감형 분뇨 처리 장치에 관한 것이다.

돈사는 돼지를 사육하는 시설물로서 대부분 내부에 부분적으로 길이방향으로 형성되는 다수의 틈을 구비하는 틈바닥이 설치되고, 상기 틈바닥을 통하여 돼지가 배설한 분뇨가 하부로 떨어져 일정 기간 저장되는 분뇨저류조(이른바 '슬러지 피트')가 설치된다.

상기 분뇨저류조와 돈방 틈바닥 통해 분뇨 및 발효 악취(암모니아, 아황산가스 등)가 위로 올라와 돼지의 생육 환경에 영향을 주고 황화수소와 암모니아 같은 악취의 성분들은 유해성이 높기 때문에 돈사 내부에서는 돼지의 폐사율과 직결된다.

돈사에서 발생하는 악취는 230여 종에 달하는 복합물질(암모니아, 휘발성지방산, 페놀류, 인돌류, 황화합물, 휘발성아민류 등)로 돈사 외부로 노출되어 악취 저감 및 조절에 한계가 있고 지역 주민들의 민원의 대상이 되고 있다.

한편, 자가발열고온호기성소화(autothermal thermophilic aerobic digestion, ATAD)는 고온 호기성미생물에 의한 유기물의 분해를 통해 발생된 발효열을 이용하여 고온(약 40~60°C)에서 발효과정을 유지하고 고농도의 유기성 폐수를 빠른 속도로 안정화하는 공법이다.

유기물을 처리하는 속도가 빠르고 변동되는 부하에 큰 영향 없이 안정적인 운전이 가능하며 병원균 및 잡초종자의 사멸을 기대할 수 있기 때문에 이를 통해 발생한 최종처리수는 액비로서 이용이 가능하다.

ATAD 발효조는 내부온도의 보존을 위해 보온을 실시하여 겨울철 외부 온도에 영향을 일부 받게 되나 온도의 감소는 크지 않아 1년 내내 안정적 운전이 가능하다.

다만, ATAD 공정을 위해 적절한 양의 산소를 공급하여야 하는데, 외부의 공기를 과량으로 공급하면 에너지 손실량이 커지기 때문에 온도가 고온으로 유지되기 어려우며, 산소공급이 적은 경우 용액 내 낮은 용존산소량(DO)으로 인해 반응을 유도하는 데 어려움이 있다.

다른 한편, 양돈 농가 내에 위치한 분뇨처리시설은 대부분 분뇨를 저장하는 목적으로 활용되며 분뇨가 차면 위탁 처리하는 형태로 운영이 되고 있다. 분뇨처리시설은 대부분 3개 정도의 저장조로 구성이 되어 있으며 단지 저장의 기능만을 하며, 폭기 시설이 있어 폭기를 하는 경우도 있으나 폭기시 악취가 올라오는 단점이 있다.

그런데 돼지 사육 농가에서 발생하는 악취는 분뇨저장조 및 발효조에서 폭기할 때, 돈사 내 환풍기를 통해, 분뇨를 고액분리할 때, 퇴비장에서 교반기를 작동할 때, 청소를 위하여 돈사를 개방할 때, 돼지를 출하할 때 또는 분뇨수거시 등 여러 가지 경우에 악취가 발생한다.

따라서 고액분리 공정을 없게 하거나 농가에 퇴비장이 없게 하거나, 발효조 폭기시 악취 저감과 돈사 내 악취만 저감할 수 있다면 상당 부분 악취를 저감할 수 있게 된다.

더욱이 발효조에서 폭기할 때, 악취 저감을 위하여 순산소를 활용하고 상기 발효조 내부 공기를 순환케 하고, 돈사 내 악취를 저감하기 위하여 악취가 없는 발효산물(액비)를 슬러리 피트 수면 위로 분무 또는 살수 하고, 돈사 내 악취를 발효조의 이젝터로 하여금 끌어들여 악취를 제거할 수 있게 된다.

이와 관련하여 선행특허문헌1, KR 10-2017-0105950 A, 내부순환 및 간헐폭기를 통한 고온소화 액비 제조 장치 및 그 제조방법, 2017. 09. 20.의 경우에는 밀폐형으로 반응조를 구성하고 이젝터를 이용하여 내부공기를 순환하여 최대한 외부로 악취가 발생하지 않도록 한 것이다.

그런데, 밀폐형 반응조에서 공기가 계속적으로 내부 순환하게 되면 미생물의 산소소모율보다 공급량이 적어질 수 있으며, 이 때 내부 공기는 혐기성 조건이 되어 산소를 공급할 수 없게 될 수 있다. 따라서 부족한 산소를 공급하기 위하여 발효조 밖에서 공기를 공급해 줄 수 밖에 없는데, 이 과정에서 외부로부터 들어온 반응하지 않는 79%의 질소가 외부로 악취와 함께 나가야 한다. 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 순산소를 이젝터에 주입하여 반응조 내 산소농도를 높여 내부 순환이 되게끔 하거나, 순산소발생기와 기체용해장치를 이용하여 순산소를 액체에 용해시켜 순환하는 형태로 산소를 공급한다.

한편, 선행특허문헌2, KR 10-2012-0067514 A, 액비를 이용한 악취 저감 돈사 세정 순환 시스템, 2012. 06. 26.에 따르면, 액비를 이용한 악취 저감 돈사 세정 순환 시스템에 관한 것으로 격벽을 설치하여 여러 개의 유니트형 피트를 만들어야 하며 한 개의 유니트형 피트 내 분뇨 수위 하단에 지속적으로 액비를 공급하여 마지막 유니트형 피트까지 지그재그로 흘러 세정하도록 구성되어 있다.

그러나 액비 순환시 얼마나 많은 양의 액비를 순환시켜야 하는지 나와있지 아니하고, 또한 집수조에서 액비화조로 이송시킬 때에 고액분리가 필요하다.

그런데 이와 달리 본 발명에서는 기존의 돈사에도 적용이 가능한 것으로서, 최종 발효조(액비저장기능을 겸비할 수 있음)에서 펌프를 이용하여 여러 곳에서 돈사 피트 분뇨 수위 윗단에 분무 및 살수하여 악취를 제거하도록 한다.

또한, 선행특허문헌3, KR 10-2009-0044150 A, 축산시설 악취처리 시스템, 2009. 05. 07.에 따르면, 축산시설 악취처리 시스템에 관한 것으로, 축사(돈사)에서 발생하는 가축분뇨를 액비로 생산하는 액비화시설에서 호기성 미생물에 의해 분해 활성화된 미생물활성액을 축사(돈사)의 악취를 제거하기 위한 악취방지시설(바이오필터)의 순환수와 축사(돈사)의 청소수로 순환 재활용함으로써 악취제거효율을 증대시키는 것은 물론 친환경 축산환경을 이룰 수 있는 축산시설 악취처리 시스템이 개시되어 있다.

그런데 이와 달리 본 발명에서는 최종 발효를 바이오필터로 활용하고자 하는 것이 다르며 상기 최종 발효조에 구비된 이젝터의 음압을 이용하여 돈사의 공기를 빨아들이고, 발효산물인 액비를 분사하며, 내부 공기 순환을 통하여 돈사 공기 내의 악취가 저감 처리될 수 있도록 한다.

KR 10-2017-0105950 A, 내부순환 및 간헐폭기를 통한 고온소화 액비 제조 장치 및 그 제조방법, 2017. 09. 20. KR 10-2012-0067514 A, 액비를 이용한 악취 저감 돈사 세정 순환 시스템, 2012. 06. 26. KR 10-2009-0044150 A, 축산시설 악취처리 시스템, 2009. 05. 07.

상기 서술한 바와 같이 분뇨저류조와 돈방 틈바닥 통해 분뇨 및 발효 악취(암모니아, 아황산가스 등)가 위로 올라와 돼지의 생육 환경에 영향을 주고 황화수소와 암모니아 같은 악취의 성분들은 유해성이 높기 때문에 돈사 내부에서는 돼지의 폐사율과 직결되며, 이러한 악취는 230여 종에 달하는 복합물질(암모니아, 휘발성지방산, 페놀류, 인돌류, 황화합물, 휘발성아민류 등)로 돈사 외부로 노출되어 악취 저감 및 조절에 한계가 있고 지역 주민들의 민원의 대상이 되고 있다.

따라서 본 발명의 주된 목적은 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 돈사 내 분뇨 및 발효악취를 제거하고 이를 액비로 활용할 수 있게끔 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 액비를 다시금 돈사의 분뇨를 세척하는 데 사용하여 다시금 본 발명에 따른 시스템에 순환시켜줌으로써 부하 및 유입 농도를 줄일 수 있고, 처리시설에 도움을 줄 수 있는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 돈사 내 악취를 포집하여 미생물의 발효 과정에서 악취 제거 반응이 부대할 수 있도록 하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공하는 데 주된 목적이 있다.

상기 서술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 분뇨저류조를 구비한 축사; 및 미생물 반응을 일으키는 적어도 2개 이상의 순차적으로 연결된 발효조;를 함하는 악취 저감형 처리 시스템에 있어서; 상기 각 발효조는 분뇨유입구, 분뇨배출구, 거품이동관, 외부공기유입구, 내부공기배출구, 내부공기순환구, pH 센서, 온도 센서, 미생물 및 이젝터를 구비한 수중펌프를 포함하되; 상기 적어도 2개 이상의 순차적으로 연결된 발효조 중 어느 하나는 상기 분뇨저류조와 연결되어 상기 분뇨유입구로부터 분뇨가 유입되고; 상기 유입된 분뇨는 상기 미생물에 의해 고온 발효 과정을 거치면서 악취를 저감된 발효산물이 만들어지며; 상기 분뇨배출구를 통해 순차적으로 연결된 다음 발효조의 분뇨유입구로 발효산물이 이동하며; 상기 발효과정에서 발생하는 거품은 상기 거품이동관을 통해 다음 발효조로 이동하며; 상기 순차적으로 연결된 발효조 중 최종 발효조의 분뇨배출구는 외부에 설치된 액비저장조와 연결되며, 상기 분뇨저류조와 연결된 발효조에는 순산소발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공한다.

바람직하게는 상기 최종 발효조의 발효산물이 상기 축사의 피트 내 분뇨 수위 상부에 분무 또는 살수되게끔 하는 순환펌프를 더 포함하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공한다.

또한 바람직하게는 상기 축사에 구비되어 악취를 포집하는 악취포집구; 상기 악취포집구로부터 이젝터의 흡입력을 이용하여 포집된 악취를 상기 최종 발효조로 이동 및 분사하는 이동분사관; 및 상기 최종 발효조에서 상기 이동분사관을 통해 이동 및 분사된 악취를 저감케 하도록 미생물 반응이 일어나도록 하는 것을 더 포함하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공한다.

또한 바람직하게는, 상기 최초 발효조는 순산소를 효율적으로 공급하기 위하여 외부에 설치된 기체용해장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공한다.

본 발명에 따라 돈분을 이용하여 제조된 발효산물인 액비는 호기적으로 발효가 되며, 일정 시간 이상 발효시 냄새가 거의 없게 되어 돈분의 악취를 제거하는 유용미생물을 다량 함유하게 된다. 따라서 기존 액비 제조 과정에서 발생한 악취 등의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 축산 농가에서 곧바로 고품질의 액비를 제조할 수 있도록 한다.

아울러 처리된 액비를 축사로 순환시켜 살수 또는 분무되게끔 하여, 악취가 축사 내에 퍼지는 것을 최대한 방지하여 악취를 상당히 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 부하 및 유입농도를 줄일 수 있어 보다 높은 효율을 낼 수 있도록 한다.

더욱이 축사 내 악취를 발효조 내의 이젝터의 흡입으로 최종 발효조로 이동, 분사케 하여 미생물 반응을 통해 저감케 할 수 있도록 한다.

한편, 액비 사용으로 화학 비료 등 농산물 생산에 필요한 비용을 저감할 수 있어 생산비를 저감할 수 있고, 악취를 저감할 수 있는 방법으로 축산분뇨를 호기 발효시키므로 축산농가 주변 악취가 저감되고 액비를 살포할 경우에도 지역주민의 민원발생을 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 전체적인 모식도를 도시한 것이다.
도 2은 본 발명에 따른 실시예의 모식도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예의 온도 측정 결과를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 총질소(TN)의 측정 결과를 도시한 것이다.
도 5은 본 발명에 따른 실시예의 pH 측정 결과를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예의 암모니아 측정 결과를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시예의 화학적 요구 산소량(COD)를 도시한 것이다.
도 8는 본 발명에 따른 실시예의 생물학적 요구 산소량(BOD)를 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 제조 프로세스와 더불어 상세히 설명한다. 다만, 실시예로서 제시된 구체적인 수치는 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 기술사상이 이에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변형이 가능함을 미리 밝혀둔다.

또한, 본 발명의 명세서에 있어서, 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하기로 하며, 이 기술분야에서 공지된 것으로서 통상의 기술을 가진 자에 의해 용이하게 창작될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.　

본 발명에 따른 일 실시예는 분뇨저류조를 구비한 축사; 및 미생물 반응을 일으키는 적어도 2개 이상의 순차적으로 연결된 발효조;를 포함하는 악취 저감형 처리 시스템에 있어서; 상기 각 발효조는 분뇨유입구, 분뇨배출구, 거품이동관, 외부공기유입구, 내부공기배출구, 내부공기순환구, pH 센서, 온도 센서, 미생물, 이젝터를 구비한 수중펌프를 포함하되; 상기 적어도 2개 이상의 순차적으로 연결된 발효조 중 어느 하나는 상기 분뇨저류조와 연결되어 상기 분뇨유입구로부터 분뇨가 유입되고; 상기 유입된 분뇨는 상기 미생물에 의해 고온 발효 과정을 거치면서 악취를 저감된 발효산물로 만들어지며; 상기 분뇨배출구를 통해 순차적으로 연결된 다음 발효조의 분뇨유입구로 상기 발효산물이 이동하며; 상기 발효과정에서 발생하는 거품은 상기 거품이동관을 통해 다음 발효조로 이동하며; 상기 순차적으로 연결된 발효조 중 최종 발효조의 분뇨배출구는 외부에 설치된 액비저장조와 연결되며, 상기 분뇨저류조와 연결된 발효조에는 순산소발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 전체적인 모식도를 도시한 것이다.

상기 발효조는 적어도 2개 이상이 순차적으로 연결된 것으로서, 바람직하게는 3개의 발효조가 순차적으로 연결된 것이 바람직하다.

각 발효조는 분뇨유입구, 분뇨배출구, 거품이동관, 외부공기유입구, 내부공기배출구, 내부공기순환구, pH 센서, 온도 센서, 미생물, 이젝터를 구비한 수중펌프를 포함한다.

각 발효조 내 상기 수중펌프에 구비된 이젝터는 분뇨 밖의 공기를 빨아들여 수중에 내뿜으면서 폭기가 일어나도록 한다.

상기 각 발효조의 미생물 반응은 자가발열고온호기성소화(ATAD, autothermal thermophilic aerobic digestion)에 의한 것으로서, 호기성 미생물에 의해 일어나며 이 때 발생된 발효열을 이용하여 고온(약 40~60°C)에서 발효과정을 유지하고 고농도의 유기성 폐수를 빠른 속도로 안정화할 수 있다.

상기 자가발열고온호기성소화과정을 통해 분뇨는 발효되고, 최종 발효산물은 악취가 저감된 액비가 된다.

상기 분뇨유입구와 분뇨배출구는 어느 하나의 발효조의 분뇨배출구가 다음의 발효조의 분뇨유입구와 이동관(pipe line)으로 연결되어 분뇨가 이동할 수 있도록 한다.

상기 거품이동관은 미생물의 발효 과정에서 발생하는 거품이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 일정 수준 이상으로 거품이 찰 경우에는 거품이송관을 통해 다음 발효조로 이동하게끔 한다.

특히 유기물의 부하가 커지면 폭기시 거품이 발생되는데 최초 발효조에서 거품이 발생시 그 다음 발효조로 넘어갈 수 있도록 하여 외부로 유출되지 않도록 한다.

나아가 각 발효조는 천정으로부터 수면까지 적정한 여유 공간을 두어 내부공기를 순환시킬 수 있도록 하고, 이러한 여유 공간에 거품을 가둘 수 있도록 한다. 바람직하게는 상기 여유 공간은 천정으로부터 수면까지 약 1m이다.

아울러 최종 발효조의 액비를 순환시켜 최종 발효조를 제외한 앞의 발효조의 천정에서 상기 액비를 살수하여 폭기 및 미생물 반응에 따른 거품을 제거할 수 있다.

상기 외부공기유입구는 상기 미생물 반응에 필요한 공기를 공급하며, 상기 내부공기배출구는 외부공기가 유입되어 반응하지 않은 산소, 질소, 상기 미생물 반응에 의해 발생된 이산화탄소 등을 배출하여 미생물 반응이 원활하게 일어날 수 있도록 한다.

특히 외부공기유입구는 외부의 공기를 이젝터로 빨아들여 발효조 내 바닥에서 폭기하여 저류된 분뇨를 순환케 함과 아울러 미생물로 하여금 산소를 잘 접할 수 있도록 한다.

그런데 순차적으로 연결된 각 발효조 중 상기 분뇨저류조와 연결된 최초 발효조는 고농도의 분뇨가 유입됨에 따라 부하가 크게 걸릴 수 있다.

그리고 외부공기유입구를 통하여 외부 공기를 유입케 하는 경우라고 하더라도 79%를 질소가 차지하고 있고, 반응에 필요한 산소는 21%에 지나지 아니하여 별도의 조치 없이는 산소의 농도가 낮아서 미생물 반응이 원활하게 일어날 수 없게 된다.

따라서 공기 대신 순산소를 주입하여 미생물 활성을 높이고 외부로 악취가 나지 않도록 하기 위해 분뇨저류조와 연결된 발효조에는 순산소발생기를 더 포함할 수 있되, 상기 순산소발생기는 상기 이젝터와 연결되어 주입될 수 있으며, 내부 공기 순환을 통해 산소를 공급할 수도 있다.

즉, 최초 발효조의 경우 아무런 과정을 거치지 않은 것으로서 악취가 심하고 유기물 농도가 높은 분뇨가 곧바로 유입되므로 통상의 발효조와는 달리 미생물 반응에 있어 더 많은 산소를 필요로 하므로 순산소를 주입하여 효율적으로 처리가 가능하도록 한다.

한편, 외부공기를 이젝터로 계속 흡입하여 폭기를 진행하면, 반응되지 않은 질소 및 산소가 악취와 함께 외부로 유출될 가능성이 있으므로, 내부공기순환구를 통하여 상기 반응되지 않은 질소, 산소 및 악취를 다시금 이젝터로 순환케 하여 유출될 가능성을 낮출 수 있도록 한다.

이 때, 외부공기유입을 밸브를 통해 인위적으로 조절하여 내부순환공기유량을 조절할 수 있으며 순산소제조장치를 통해 순산소의 유입을 조절할 수 있다.

이와 같이 순산소와 내부공기순환, 외부공기유입을 적절히 조절하여 혐기조건이 되지 않도록 내부 산소 농도를 적절한 수준으로 증가시키는 데, 이를 위하여 용존산소량을 측정하거나 내부공기 중 산소농도를 모니터링하여 결정한다.

또한, 상기 pH 센서 또는 온도 센서는 상기 발효조 내 pH 및 온도를 측정하여 상기 외부공기유입구 및 내부공기배출구, 내부공기 순환 운전을 조절하거나 분뇨의 pH를 조절한다.

특히 순차적으로 연결된 발효조 중 최종 발효조(바람직하게 3개의 발효조가 순차적으로 연결된 경우라면 3번째 발효조를 말함)는 황산을 이용하여 pH 6-7로 조절하여 악취 내 암모니아 가스가 잘 용해되도록 하는데, pH 6-7은 미생물 활성에 영향을 미치지 않는다. 아울러 최초 발효조의 pH는 9 정도가 되는데 암모니아 이온이 암모니아 가스 형태로 쉽게 전환되므로 역시 pH를 7 정도로 맞추어 줌이 바람직하다. 그리고 이와 같은 pH 조절은 최초 또는 최종 발효조에 국한되지 아니하며 나머지 발효조에서도 이뤄지며 악취가스를 용해되게끔 유도한다.

그리고 상기 순차적으로 연결된 각 발효조는 열교환기를 더 포함할 수 있는데, 중온에서 유기물이 더 빨리 제거가 되기 때문이며 상기 열교환기는 중온에서 운전이 되면 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 열교환기는 최초 발효조를 제외한 발효조에 포함됨이 바람직하다.

한편, 최초 발효조에는 고온으로 운전함으로써 병원균 또는 잡초 종자 등을 사멸시킬 수 있다. 또한 분뇨에 포함되어 있는 돼지가 소화하지 못한 고형물(사료)들은 주로 고액분리를 하여 퇴비화 하나 본 발명에서는 고액분리 없이 30일정도의 체류시간을 통해 완전히 제거시킬 수 있다.

순차적으로 연결된 각 발효조 중 최종 발효조의 분뇨배출구는 외부에 설치된 액비저장조와 연결되어 최종 발효산물이 저장되며, 이러한 최종 발효산물은 양질의 액비로서 활용이 가능하여 농가의 비용을 줄여준다.

한편, 최종 발효조는 외부에 설치된 액비저장조와 연결되어 최종 발효산물인 액비를 별도의 장치에 보관, 저장할 수도 있지만, 최종 발효조 그 자체로도 액비 저장기능을 겸비할 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 최종 발효조의 발효산물인 액비를 상기 축사 내 분뇨를 세척하거나 분무 또는 살수하는 데 사용하게끔 순환펌프를 더 포함하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공한다.

특히 상기 분무 또는 살수는 상기 축사의 피트 내 분뇨 수위 상부에 분무 또는 살수되게끔 한다.

이 경우 액비는 각종 미생물을 포함하고 있으므로 축사 내 악취를 제거할뿐더러 축사 또는 분뇨저류조 내에서 반응이 진행되도록 한다.

이와 같이 최종 발효산물인 액비를 재사용함으로써 분뇨의 유기물 농도를 낮추게 하고 악취를 일부 제거할 수 있도록 하여 본 발명에 따른 시스템의 부하를 저감하고 보다 높은 효과를 가져올 수 있다.

상기 분무 및 살수로 사용되는 액비는 돈사의 돼지로부터 발생되는 양(Q)의 1/4Q 내지 1Q로 함이 바람직하다. 과량의 액비를 순화시키면 희석이 되어 유기물 농도가 낮아지는 효과가 있기는 하나 체류시간이 짧아져 고품질의 액비로 처리를 못할 수 있다.

또한 상기 각각의 발효조에서는 10일 이상 정도 저류될 수 있도록 함이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 축사에 구비되어 악취를 포집하는 악취포집구; 상기 악취포집구로부터 이젝터의 흡입력을 이용하여 포집된 악취를 상기 최종 발효조로 이동 및 분사하는 이동분사관; 및 상기 최종 발효조에서 상기 이동분사관을 통해 이동 및 분사된 악취를 저감케 하도록 미생물 반응이 일어나도록 하는 것을 더 포함하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공한다.

이를 위해 최종 발효조에는 악취 제거 미생물이 과량 존재한다.

그리고 상기 악취포집구는 상기 축사에 구비되는 것뿐만 아니라 최초 발효조를 비롯하여 최종 발효조에 앞서 순차적으로 연결된 발효조에 저류 또는 발생되는 악취를 포집할 수 있도록 구비될 수 있으며, 상기 최종 발효조가 아닌 다른 발효조에서 포집된 악취도 최종 발효조로 모아져 상기 악취 제거 미생물에 의해 악취가 제거될 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 최초 발효조의 기체용해장치를 이용하여 산소를 공급하는 것을 특징으로 하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템을 제공한다.

상기 기체용해장치는 상기 최초 발효조의 일측에 구비되어 액체 유동관에 설치된 복수 개의 구획판들에 의해 기체와 액체의 충돌 및 혼합이 이루어지도록 함으로써 액체에 대한 기체 용해도를 증가시킬 수 있는 것이다.

즉, 발효조 내 액체를 외부에 설치된 유동관에 흘러가게끔 하여, 외부의 공기(특히 산소)가 상기 유동관에 흘러가는 상기 액체에 용해되게끔 하여, 공기가 용해된 상기 액체를 다시금 발효조로 투입하도록 하는 것이다. 이렇게 할 경우 순산소발생기와 같이 외부 공기, 특히 산소의 용존산소량을 높일 수 있다. 이와 같은 기체용해장치로서 대한민국 등록특허 10-1135079, 기체 용해 장치를 이용할 수 있다.

한편 본 발명에 따른 시스템은 밀폐형에 가깝게 운전이 되므로 악취를 모으기 쉽고 밖으로 유출되는 악취는 토양처리 또는 바이오필터, 활성탄처리 등을 이용하여 추가로 처리할 수 있고, 이는 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

본 발명자들은 강원대 춘천시 팔미리에 위치한 차돌농장에서 고액분리된 축산분뇨를 채취하여 본 발명에 따른 실험을 실시하였으며, 도 2는 본 실험예의 모식도를 도시한 것이다.

상기 채취된 축산분뇨는 발효조에 유입되기 전 내부성상이 균일하도록 교반기를 이용하여 계속 섞어주었다.

상기 발효조는 내부의 반응열이 보존될 수 있도록 스티로폼으로 감싸진 제품을 이용하였으며, 발효조 내부 부피는 30L로 하였으며, 외부공기유입구를 수중펌프(유량은 5L/min이다)에 구비된 이젝터에 연결하여 폭기가 될 수 있도록 구성하였다.

상기 폭기 등으로 인해 발생된 거품이 넘치는 것을 방지하고자 축산 분뇨의 양을 18L로 결정하였고, 발효조는 총 3개로 하여 계단식 구성을 한 뒤, 각 발효조에서 반응이 끝난 경우 다음 발효조로 이동할 때 자연 유하로 이동하도록 하였다.

상기 유입되는 분뇨는 정량펌프를 이용하여 각 발효조의 수리학적 체류 시간(Hydraulic retention time, HRT)가 5일(총 HRT 15일)이 되도록 하였다.

3개의 발효조에서는 폭기를 계속 진행하고, 운전 70일부터는 두 번째 발효조에 냉각기를 설치하여 30 내지 40도가 되도록 유지하였다. 그리고 주 2회, 각 발효조에서 시료를 채취하여 성분 분석을 진행하였다.

도 3 내지 도 8은 위 시료 채취하여 성분 분석의 결과로서 온도, 총질소(TN), pH, 암모니아, 화학적 요구 산소량(COD), 생물학적 요구 산소량(BOD)를 도시한 것이다.

상기 유입수의 온도는 겨울철 3도에서 여름철 33도까지 상승하였으며, 70일부터 냉각기를 연결하여 30 내지 40도 범위로 온도를 유지하는 한편, 최초 발효조의 경우 온도가 40 내지 60도의 범위로 유지하였다.

유입수의 pH는 7 내지 8 정도로, 폭기가 진행됨에 따라 pH가 9 내지 10으로 상승하였다. 이는 축산분뇨가 폭기되면서 수중의 이산화탄소가 밖으로 빠져나오면서 pH가 상승한 것으로 보였다. 그리고 이에 따라 암모니아 이온이 가스형태로 바뀌어 암모니아가 탈기되는 것으로 보였다.

화학적 요구 산소량(COD)의 제거효율은 70~80%이며 30일간의 처리에도 3000~4000mg/L 이하로는 화학적 요구산소량이 더 이상 제거되지 않았다. 이는 처리수에 부식질과 같은 다량의 생분해가 어려운 COD(NBDCOD, Nonbiodegradable) 물질이 함유되어 있기 때문이다. 그리고 높은 온도에서 호기소화가 일어나다 보니 여름철의 경우 증발되는 부분이 많았으며 대략 한달 동안 유입수의 30% 정도의 물이 증발되었으나 겨울철의 경우 증발량은 5% 이내였다.

한편, 생물학적 요구 산소량(BOD)의 경우는 대부분 98%이상 처리가 됨을 알 수 있었으며, 30일 간의 처리 후 악취가 없고 흙 냄새가 나며 약간 붉은 갈색의 액비가 되었는데, 이를 분석한 결과 액비 기준에 만족하였다.

순산소를 첫 번째 발효조에 주입하였을 때 처리면에서는 일반 공기를 순환하여 공급한 경우와 큰 차이를 보이지 않았으나, 산소가 부족하여 외부의 공기를 넣어주어야 하므로 순산소를 넣게 되면 적은 부피로 산소를 공급할 수 있어 악취의 외부로의 유출을 방지 할 수 있었다.

세 번째 발효조의 액비를 이용하여 첫 번째 발효조의 악취를 끌어들이고 내부순환을 시킨 결과 악취의 발생이 확연하게 줄어듦을 확인하였고, 이는 곧 첫 번째 발효조에서 외부로 나가야 할 악취가 세 번째 발효조의 액비에 주입되고 순환을 통해 제거가 되는 것이었다.

상기 악취의 주성분은 암모니아와 대부분이 휘발성 지방산(volatile fatty acid, VFA)들이었으며 암모니아의 경우는 일부 액비에 녹는 것으로 판단되며 이러한 휘발성 지방산은 액비 내의 미생물에 의하여 제거가 되는 것으로 판단되었다.

Claims (5)

1. 분뇨저류조를 구비한 축사; 및 미생물 반응을 일으키는 적어도 2개 이상의 순차적으로 연결된 발효조;를 포함하는 악취 저감형 처리 시스템에 있어서;
   상기 축사는 악취를 포집하는 악취포집구를 구비하고 상기 악취포집구와 최종 발효조의 이젝터를 연결하는 이동분사관이 구비되어 상기 악취포집구로부터 포집된 악취를 상기 최종 발효조로 이동 및 분사하며;
   상기 최종 발효조는 상기 이동분사관을 통해 이동 및 분사된 악취를 저감케 하도록 하는 미생물 반응이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하며,
   상기 각 발효조는 분뇨유입구, 분뇨배출구, 거품이동관, 외부공기유입구, 내부공기배출구, 내부공기순환구, pH 센서, 온도 센서, 미생물 및 이젝터를 구비한 수중펌프를 포함하되;
   상기 적어도 2개 이상의 순차적으로 연결된 발효조 중 어느 하나는 상기 분뇨저류조와 연결되어 상기 분뇨유입구로부터 분뇨가 유입되고;
   상기 유입된 분뇨는 상기 미생물에 의해 고온 발효 과정을 거치면서 악취가 저감된 발효산물로 만들어지며;
   상기 각 발효조의 분뇨배출구를 통해 순차적으로 연결된 다음 발효조의 분뇨유입구로 상기 발효산물이 이동하며;
   상기 발효과정에서 발생하는 거품은 상기 거품이동관을 통해 다음 발효조로 이동하며;
   상기 순차적으로 연결된 발효조 중 최종 발효조의 분뇨배출구는 외부에 설치된 액비저장조와 연결되며,
   상기 분뇨저류조와 연결된 발효조에는 순산소발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 최종 발효조의 발효산물이 상기 축사의 피트 내 분뇨 수위 상부에 분무 또는 살수되게끔 하는 순환펌프를 더 포함하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   발효조 내 적절한 산소공급을 위하여 이젝터와 연결된 외부공기유입구의 유량을 조절하여 내부공기 순환 유량을 조절하는 것을 더 포함하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템.
5. 분뇨저류조를 구비한 축사; 및
   미생물 반응을 일으키는 적어도 2개 이상의 순차적으로 연결된 발효조;를 포함하는 악취 저감형 처리 시스템에 있어서;
   상기 축사는 악취포집구 및 이동분사관을 포함하되, 상기 이동분사관은 상기 악취포집구와 최종 발효조의 이젝터를 연결하여 상기 악취 포집구로부터 포집된 악취를 상기 최종 발효조로 이동 및 분사시켜 상기 최종 발효조에서 미생물 반응에 의하여 저감되도록 하는 것을 특징으로 하며,
   상기 각 발효조는 분뇨유입구, 분뇨배출구, 거품이동관, 외부공기유입구, 내부공기배출구, 내부공기순환구, pH 센서, 온도 센서, 미생물, 및 이젝터를 구비한 수중펌프를 포함하되;
   상기 적어도 2개 이상의 순차적으로 연결된 발효조 중 어느 하나는 상기 분뇨저류조와 연결되어 상기 분뇨유입구로부터 분뇨가 유입되고;
   상기 유입된 분뇨는 상기 미생물에 의해 고온 발효 과정을 거치면서 악취를 저감된 액비가 만들어지며;
   상기 분뇨배출구를 통해 순차적으로 연결된 다음 발효조의 분뇨유입구로 발효산물이 이동하며;
   상기 발효과정에서 발생하는 거품은 상기 거품이동관을 통해 다음 발효조로 이동하며;
   상기 순차적으로 연결된 발효조 중 최종 발효조의 분뇨배출구는 외부에 설치된 액비저장조와 연결되며,
   상기 분뇨저류조와 연결된 발효조는 기체용해장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 발효 악취 저감형 처리 시스템.

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