KR102326597B1 - 가축분뇨 및 오폐수 처리 방법 및 장치 - Google Patents
가축분뇨 및 오폐수 처리 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 플라즈마와 나노버블을 이용한 폐수 처리에 의해 공정을 대폭 단순화함으로써 수처리 설비를 축소하고 점유 공간을 감소시킬 수 있음은 물론, 처리시간을 대폭 단축시켜 비용대비 효용성이 매우 뛰어나고, 화학 약품을 전혀 사용하지 않고 수질을 개선할 수 있으며, 악취 제거 및 난분해성 폐수 정화에 효율적이고 2차 수질 오염을 발생하지 않으며, 악취를 유발하는 수질오염의 주범인 질소, 인뿐만 아니라 대장균, 각종 유해 세균과 중금속, 병원성 미생물 등의 살균 및 멸균에 효율성이 뛰어난 가축분뇨 및 오폐수 처리방법을 제공한다. 가축분뇨 및 오폐수 처리방법은, 폐수를 스크린조에 투입하여 협잡물을 제거한 후 플라즈마 리액터가 구비된 주처리조로 보내는 1단계와, 주처리조로 보내진 폐수를 플라즈마 리액터에 통과시켜 플라즈마 반응에 의해 오염물질을 산화, 침전 및 살균처리하는 2단계와, 주처리조에서 처리된 폐수를 마이크로 필터에 통과시켜 플라즈마 반응에 의해 산화된 부유물을 제거한 후 나노버블 발생기가 구비된 고도처리조에 보내는 3단계와, 고도처리조에서 나노버블 발생기로 나노버블을 발생하여 폐수 내의 용존 산소량을 증가시키고 유기물을 산화 및 분해처리하는 4단계와, 고도처리조에서 나노버블 처리된 정화수를 정수탱크에 보관하여 생활용수로 재활용하거나 방류하는 5단계로 이루어진다.
Description
본 발명의 실시예는 가축분뇨 및 오폐수 처리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 처리 공정을 단순화하여 처리시간을 단축하고 시설비용을 낮출 수 있으며 2차 수질 오염을 발생하지 않고 악취 제거는 물론 각종 유해 세균이나 중금속, 병원성 미생물의 살균 및 멸균 효율이 우수한 가축분뇨 및 오폐수 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가축분뇨 및 오폐수에는 부영양화의 원인 물질인 질소, 인 등이 다량으로 포함되어 심한 악취가 발생되는데, 이러한 폐수에 포함된 질소, 인은 미생물의 활동 및 증식을 위한 단백질과 핵산 합성의 필수 영양소로 작용하게 되며 잉여분은 제거되거나 방류된다.
특히, 하천이나 호수로 방류될 경우 부영양화의 현상이 발생함에 따라 수질 오염의 주된 원인이 되고 있다.
통상적인 오폐수처리 방식에 있어서 생물학적 처리공정 또는 화학적 처리공정이 적용되고 있으나 화학적 처리공정의 적용은 처리 비용이나 전문 관리인의 상주 등의 복잡성은 물론 환경의 악영향 등으로 인하여 적용에 어려움이 있다.
또한 음식물쓰레기나 가축폐수의 처리에 있어서는 일반 생활오수와는 달리 처리에 장애 요인이 많아 별도의 처리공정이나 장치를 설치해야 하므로 사용상 불편함이나 처리의 안정성 확보가 어려워 개선책이 요구되고 있는 실정이다.
가축분뇨 및 오폐수 처리방법에서 처리의 장애 요인이 되고 있는 음식물찌꺼기, 오수슬러지, 가축폐수 슬러지 등의 유기성 고형물을 처리하기 위하여 통상적으로 고액분리장치를 이용하고 있지만 그 성능상의 한계 등으로 인하여 안정적인 처리가 이루어지지 않아 고액분리 후 그 배출수에 많은 부유 유기물질이 남게 된다.
이러한 원인으로 다음의 처리과정에서 과다한 유기물 농도의 처리 부담으로 안정적인 처리가 이루어 지지 않는 문제점이 나타난다. 이러한 문제를 해결하기 위해 현재 개발된 기술로서는 특허 제10-452479호의 오폐수처리방법이 알려져 있다.
도 1은 종래의 가축분뇨 및 오폐수(이하, '폐수'라 약칭함) 처리방법을 나타낸 블럭도로서, 먼저 처리할 폐수를 조목 스크루조에 투입하여 비교적 큰 협잡물을 1차적으로 제거한 후 침사조로 보내는 1단계(S1)와, 폐수에 포함된 흙이나 모래를 침사조에서 가라앉혀 제거한 후 새목 스크린조로 보내는 2단계(S2)와, 조목 스크류조에서 제거되지 않은 비교적 작은 협잡물을 새목 스크린조에서 2차적으로 제거한 후 저류조로 보내는 3단계(S3)와, 저류조에 저장된 폐수를 혐기/호기성 소화조로 보내는 4단계(S4)와, 혐기/호기성 소화조에서 생물학적 처리 후 제1차 침전조로 보내는 5단계(S5)와, 제1차 침전조에서 활성슬러지, 산화구법, 살수여상법을 통해 수처리 공정을 수행한 후 제2차 침전지로 보내는 6,7단계(S6, S7)와, 제2차 침전지에서 여과, 흡착, 약품처리, 오존처리 등에 의해 질소와 인을 제거하는 수처리 공정을 수행하는 8,9단계(S8, S9a)와, 제2차 침전지에서 배출되는 폐수를 살균 처리하여 방류하는 10단계(S9b)로 이루어진다.
그러나 이러한 종래의 가축분뇨 및 오폐수 처리방법은, 상기와 같이 1~10단계(S1~S8, S9a 및 S9b)의 복잡한 처리 공정으로 인해 수처리 설비가 커지고 점유 공간을 많이 차지하며 처리시간이 길어 고비용 저효율이라는 단점이 있다.
또한, 종래의 가축분뇨 및 오폐수 처리방법은, 활성슬러지 공법 사용으로 인해 처리 효율이 높은 장점은 있지만 희석수를 사용함으로써 처리량을 증가시키는 단점과, 유기물 부족으로 탈질이 제대로 안되어 외부 탄소원을 추가 주입해야 하는 단점과, 악취의 주범인 영양, 염류, 질, 인 처리에 한계가 있어 이의 개선이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 플라즈마와 나노버블을 이용한 폐수 처리에 의해 공정을 대폭 단순화함으로써 수처리 설비를 축소하고 점유 공간을 감소시킬 수 있음은 물론, 처리시간을 대폭 단축시켜 비용대비 효용성이 매우 뛰어난 가축분뇨 및 오폐수 처리 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 화학 약품을 전혀 사용하지 않고 수질을 개선할 수 있으며, 악취 제거 및 난분해성 폐수 정화에 효율적이고 2차 수질 오염을 발생하지 않으며, 악취를 유발하는 수질오염의 주범인 질소, 인뿐만 아니라 대장균, 각종 유해 세균과 중금속, 병원성 미생물 등의 살균 및 멸균에 효율성이 뛰어난 가축분뇨 및 오폐수 처리 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 폐수를 스크린조에 투입하여 협잡물을 제거한 후 플라즈마 리액터가 구비된 주처리조로 보내는 1단계; 상기 주처리조로 보내진 폐수를 플라즈마 리액터에 순환시켜 플라즈마 반응에 의해 오염물질을 산화, 침전 및 살균처리한 후 마이크로필터가 구비된 침전조로 보내는 2단계; 상기 침전조로 보내진 폐수를 마이크로필터에 통과시켜 플라즈마 반응에 의해 산화된 부유물을 제거한 후 나노버블 발생기가 구비된 고도처리조에 보내는 3단계; 상기 고도처리조에서 나노버블 발생기로 나노버블을 발생하여 고도처리조 내의 용존 산소량을 증가시키고 유기물을 산화 및 분해처리하는 4단계; 및 상기 고도처리조에서 나노버블 처리된 정화수를 여과기를 경유시켜 정수탱크에 보관하고 생활용수로 재활용하거나 방류하는 5단계를 포함하는 가축분뇨 및 오폐수 처리방법에 특징이 있다.
또한 상기 본 발명에 있어서, 스크린조는 혐기조에 스크린 필터와 샌드 필터를 설치하여 이루어진 가축분뇨 및 오폐수 처리방법에 특징이 있다.
또한 상기 본 발명에 있어서, 플라즈마 리액터는 고전압 플라즈마 에너지 펄스를 폐수에 직접 가하여 발생하는 전기 화학 산화(Electro Oxidation Technology) 발생 장치로서, 폐수의 산화와 살균을 위해 필요한 산화제(OH, H, O, O3, H2O2 등)와 UV를 생성하는 가축분뇨 및 오폐수 처리방법에 특징이 있다.
또한 상기 본 발명에 있어서, 고도처리조의 나노버블 발생기는 500㎚ 이하의 나노버블을 발생하도록 된 가축분뇨 및 오폐수 처리방법에 특징이 있다.
또한, 상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에서는, 스크린 필터; 스크린 필터를 통과한 폐수를 처리하는 저온 방전 플라즈마 리액터; 중금속, 화공약품 등을 산화 침전시켜 제거하거나, H2S, T-P, T-N을 산화시키고 악취를 제거하거나, 박테리아를 살균하거나, 부패 단백질 유기물을 산화 분해하는 제3 처리부(A3); 제3 처리부에 인접하게 배치되고 무취, 중금속산화 침전 및 살균을 위한 처리수를 공급하는 제4 처리부(A4); 침전조 처리수탱크 또는 세디먼트 탱크를 구비하며 중금속 비소, 칼슘 등을 침전시키는 제5 처리부(A5); 상기 스크린 필터를 통과한 폐수를 처리하는 고온 플라즈마 아크 플로우 리액터(high temp plasma arc flow reactor); 고온 플라즈마 아크 플로우 리액터를 통과한 스팀(5,500℃)으로 온수를 생산하거나, 유기물과 물을 혼합하여 이온화한 바이오개스를 생산하거나, 무기 유기물 중금속 산화탄화 침전 카본을 정화하여 자원화하는 또 다른 제3 처리부(B3); 열회수, 개스(gas), 카본블랙, 살균 처리부를 생성하는 또 다른 제4 처리부(B4); 개스를 저장하거나, 카본블랙을 수집하거나, 냉난방, 발전, 차량연료, 수소생산, 자원화 등을 위한 세디먼트 탱크를 운영하는 또 다른 제5 처리부(B5); 상기 제5 처리부(A5, B5)에서 나오는 유체를 필터링하는 제1차 필터; 상기 필터를 통과한 유체를 순차적으로 혹은 동시에 처리하는 제7 처리부 및 제8 처리부-여기서, 제7 처리부는 나노버블 발생 장치를 구비하고, 제8 처리부는 수소발생장치 및 산소발생장치 중 적어도 어느 하나를 포함함-; 제7 및 제8 처리부들을 통과한 유체를 필터링하는 제2차 필터; 및 상기 필터를 통과한 유체를 저장하는 탱크를 포함한다. 탱크에 저장되는 유체는 원수 탱크로 리턴되거나, 액비, 기능수 등으로 사용하거나 방류될 수 있다.
또한, 상기 본 발명에 있어서, 제5 처리부(A5)와 제1차 필터에서 생성되는 슬러지와 침전물을 열박테리아로 건조하여 퇴비 또는 펠렛을 생산하는 생산부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명에 있어서, 상기 생산부는 상기 스크린 필터와 또 다른 제5 처리부(B5)에서 생성되는 침전물이나 슬러지를 열박테리아로 건조하여 퇴비 또는 펠렛을 생산할 수 있다.
상기의 특징적 구성을 가지는 본 발명의 가축분뇨 및 오폐수 처리 방법 및 장치는, 플라즈마 리액터를 구비한 주처리조에서 오염된 폐수를 플라즈마 반응에 의해 처리함에 따라, PLC(Power Line Communication)로 제어된 고전압 에너지 펄스가 오염된 물에 직접 전달되고, 에너지 펄스는 여러 산화제(OH, H, O, O3 및 H2O2)를 생산하여 거의 모든 중금속 비소, 칼슘 마그네슘, 오염된 유기물을 분해, 산화 및 침전시키며, 60~300㎚ 고강도 자외선을 생성하여 살균 작용을 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 나노버블 발생기가 구비된 고도처리조에서 500㎚ 이하의 나노버블을 발생시키는 것에 의해 플라즈마 처리된 폐수에 대해 산화 환원 작용 촉진, 오염유기물 사멸 및 응집, 잔류 질소, 인 제거 미생물 활성화, 서식 동식물 성장 촉진, 물 클러스터 세분화 잔류된 응축 오물 제거, 하이드록실 이온 발생, 살균 효과. 계면 활성 효과 표면 장력 저하, 세정 환원 유화작용 등의 효과를 발휘한다.
또한 본 발명은 플라즈마 반응 및 나노버블 처리에 의해 수 처리공정을 단순화하여 설비 및 점유 공간을 감소시킴과 동시에 처리시간을 단축시켜 비용대비 효용성을 극대화할 수 있으며, 수질이 개선된 정화수는 방류시의 환경기준에 적합하여 하천의 수질 개선에 영향을 줄 수 있고, 축사로 리턴하여 재활용할 경우는 가축의 음수, 청소, 목욕수 등으로 사용할 수 있으며, 온실, 밭, 논, 수경재배, 양어장 등의 용수로도 재활용할 수 있는 산업상 매우 유용한 발명이다.
도 1은 종래의 가축분뇨 및 오폐수 처리방법을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가축분뇨 및 오폐수 처리 방법을 개략적으로 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가축분뇨 및 오폐수 처리 방법을 개략적으로 나타낸 공정도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가축분뇨 및 오폐수 처리 방법을 개략적으로 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가축분뇨 및 오폐수 처리 방법을 개략적으로 나타낸 공정도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 가축분뇨 및 오폐수 처리방법을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 공정도로서, 도시된 바와 같이, 스크린조 또는 스크린(10)에서 폐수로부터 협잡물을 제거하는 1단계와, 플라즈마 리액터(plasma reactor)를 구비한 주처리조(20)에서 플라즈마 반응 처리를 수행하는 2단계와, 침전조에서 마이크로 필터(30)를 통과시켜 플라즈마 반응 처리로 생성된 산화 부유물을 폐수로부터 제거하는 3단계와, 나노버블 발생기(nano bubble generator)를 구비한 고도처리조(40)에서 나노버블을 이용하여 고도처리하는 4단계와, 정수 탱크(50)에 저장된 최종 처리수를 방류 또는 재활용수로 리턴하는 5단계로 이루어진다.
즉, 본 발명의 가축분뇨 및 오폐수 처리방법을 구현하는 가축분뇨 및 오폐수 처리 장치는, 투입구(10a), 스크린(10), 주처리조(20), 마이크로필터(30), 고도처리조(40) 및 정수 탱크(50)를 구비할 수 있다. 정수 탱크(50)는 최종 처리수를 저장하는 보관 탱크로 지칭될 수 있다. 주처리조(20)와 고도처리조(40)는 어떤 폐수든지 처리가능한 솔루션(any water solution, AWS)의 핵심 부분들로서 기능할 수 있다.
처리 대상 폐수로는, 하수, 오수, 침출수, 분뇨 등의 생활폐수 및 오일 폐수, 화학 폐기물, 도금폐수 등의 산업폐수 등을 대상으로 할 수 있고, 종전의 미생물 투입에 의한 혐기/호기성 생물학적 처리나 화학약품에 의한 화학적 처리 없이 공정을 단순화하고 처리 시간을 단축시킬 수 있는 가축분뇨 및 오폐수 처리방법이다.
본 발명의 가축분뇨 및 오폐수 처리방법에 대하여 구체적으로 설명하면, 먼저, 1단계는 처리할 폐수를 스크린조(10)에 투입하여 협잡물을 제거한 후 플라즈마 리액터가 구비된 주처리조(20)로 보내는 단계이다. 이때 스크린조(10)는 스크린필터와 샌드필터를 기존의 혐기조에 설치함으로써 다양한 협잡물을 폐수로부터 제거할 수 있다.
2단계는, 협잡물이 제거되어 주처리조(20)로 유입된 폐수를 플라즈마 리액터(21)로 반복적으로 순환시켜 플라즈마 반응을 수행함으로써 폐수에 포함된 오염물질을 산화, 침전 및 살균처리하는 단계이다. 주처리조(20)의 플라즈마 리액터(21)는 고전압 플라즈마 에너지 펄스를 폐수에 직접 가하여 발생하는 전기 화학 산화(Electro Oxidation Technology) 발생 장치로서 오수 폐수의 산화와 살균을 위해 필요한 OH, H, O, O3, H2O2 등 멀티 산화제(Mult Oxidiants)와 자외선(UV)을 대량 생성한다.
따라서 폐수를 고온(5,500℃)의 플라즈마를 발생하는 플라즈마 리액터(Plasma Arc Flow (PAF) Reactor)를 통과시킴으로써 오염된 유기물, 무기물을 원자로 분해 이온화 재결합하여 청정 바이오 가스를 생산할 수 있고, 이로써 폐수에 포함된 비소, 칼슘, 마그네슘, 납, 아연 등의 거의 모든 중금속과, 비소, 화학 약품, 독극물, 오일 및 오염된 유기물을 산화, 분해 및 침전시키고, 질소와 인, 황산 수소를 분해하여 악취를 제거하며, 60㎚와 300㎚ 고강도 자외선으로 세균, 바이러스, 박테리아를 살균할 수 있다.
플라즈마 아크(Plasma Arc Flow (PAF)) 리액터 기술은 제철 공장에서 사용하는 아크 전기로(5,500℃ 아크방전 전기로)를 액체 쓰레기(오폐수, 오일폐수 등)를 고철 대신에 액체를 고온 고압 처리할 수 있도록 설계된 장비로서 플라즈마 아크 리엑터를 통과한 오폐수 분뇨는 원자로 이온화되어 재결합함으로써 신 가스(천연가스와 유사함)를 생산하고 오염된 유기물은 탄화되어 카본블랙을 생산하고 오폐수 분뇨는 고온 고압 살균된다.
또한, 분뇨, 하수 등의 경우 냄새원인은 H2S 및 암모니아 등인데 이는 플라즈마가 발생하는 OH, H, O, O3 and H2O2 등의 멀티옥시던트(multi oxidant)나 자외선(UV)이 중금속 및 박테리아를 함께 산화 침전 분해한다.
예를 들면, H2S는 산소 중에서 푸른 불꽃을 내며 타서 이산화황을 생성하며, 산소가 부족할 경우 황을 생성한다(화학식1 참조).
[화학식1] 2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2, 2H2S + O2 → 2H2O + 2S
이어서, 3단계는, 상기 2단계에서 플라즈마 반응에 의해 처리된 폐수를 침전조의 마이크로 필터(30)에 통과시켜 플라즈마 처리에 의해 산화된 부유물과 침전물을 제거한 후 나노버블 발생기가 구비된 고도처리조(40)에 보내는 단계이다.
마이크로 필터(30)에 의해 부유물과 침전물이 제거된 폐수는 나노버블 발생기가 구비된 고도처리조(40)로 보내지고, 침전물은 침전조(30)과 연결된 슬러지 설비로 보내져 별도 처리된다.
4단계는, 상기 고도처리조(40)에서 나노버블 발생기로 나노버블을 발생하여 폐수 내의 용존 산소량을 증가시키고 유기물을 산화 분해시켜 정화하는 단계로서, 나노버블 발생기는 500㎚ 이하의 나노버블을 발생하는 것이 바람직하다.
나노버블 발생기에서 발생한 나노버블은 플라즈마 처리된 폐수에 나노버블수를 생성할 수 있고, 목적에 따라 PEM 수소(산소)발생 장치를 복합한 나노버블 발생기를 이용하여 산소 또는 수소를 함유한 나노버블 수소수(산소수)를 생산할 수 있다.
나노버블을 이용한 수처리 기술은, 나노 수준의 초미세기포가 수중에 오랫동안 잔류(6개월 이상)하고 용존 산소량을 증가시켜 수질을 정화하는 수처리 기술로서, 수중에서 체류하며 기포내부의 표면장력이 내부를 압축하며 고온, 고압을 발생한다. 이러한 자기가압 효과는 100만분의 1초의 짧은 반감기를 가지며, 4,000 ~ 6,000℃ 순간 고열로 압축, 파열의 연쇄반응을 일으켜 수중의 유기물을 산화, 분해시킬 수 있다.
또한 나노버블 수처리 기술은 물밑에서 3-6개월 머물면서 슬러지 알지, 오염물질과 결합 분해하여 정화하고, 분뇨 오폐수, 하수 처리장에서 방류된 나노 버블수는 개천 강, 댐 호수 개천 등 나노버블수가 유입되는 곳은 모두 점차적으로 수질을 개선할 수 있다.
나노버블에 의해서는 폐수의 오염물질, 유기화합물 및 무기물질 등을 살균, 분해할 수 있고, 조류성장 억제 및 제거, 유해 박테리아 및 바이러스 균의 증식 억제하며, 미생물 활성도를 향상시켜 생화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 부유물질(suspended solid, SS)를 현저하게 감소시키고 암모니아, 황화수소 등을 분해 및 악취 제거하는 정화기능을 수행하며, 2차 오염 및 부산물 발생이 없다.
또한 나노버블 수처리 기술은, 오직 물, 공기만으로 500㎚ 이하의 나노버블을 생성, 지속적으로 물속에 주입하여 나노버블에서 발생된 수산화(OH) 음이온으로 잔류 응축 및 부유물질 분해하고, 악취와 냄새 유발 주범인 잔류 질소, 인 및 황화수소 제거하며, 대장균, 각종 유해 세균과 병원성 미생물 제 2차 살균 작용을 하여 평균 2급수 이상, 1급수까지 수질을 개선할 수 있다.
5단계는, 나노버블 처리된 정화수는 복수개의 여과기를 경유한 후, 정수탱크(50)에 보관하여 생활용수로 재활용하거나 방류하는 단계이다.
나노버블 처리된 정화수를 방류하는 경우, 개천 강, 댐 호수 개천 등 나노버블수가 유입되는 곳은 모두 점차적으로 수질을 정화하고 개선하여 친환경 수중 생태 환경을 조성할 수 있다.
또한 정화수를 재활용할 경우, 플라즈마로 처리한 무색 무취, 박테리아 제로 처리수를 나노버블 처리하여 돈사로 돌려보내 돈사를 청소하거나, 돼지를 목욕 모근에 침투된 오염물까지 제거해주어 고기의 맛이 좋아지게 할 수 있으며, 나노버블수를 사료와 함께 먹일 경우 돼지의 질병 면역과 성장샘의 자극으로 몸무게를 10-20% 증가시킬 수 있고, 양계장 오리 소 말 양 염소 등의 사료와 청소하는데 사용할 수 있고 농작물에는 최고의 액비로 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가축분뇨 및 오폐수 처리 방법을 개략적으로 나타낸 공정도로서, 도시된 바와 같이, 투입구(10a)를 통해 유입된 폐수를 수용공간(110)에 수용하고, 스크린조 내 스크린 필터(120)에 의해 폐수 내 협잡물을 제거하고, 저온 방전 플라즈마 리액터를 이용하는 제1 처리 경로와 고온 플라즈마 리액터를 이용하는 제2 처리 경로를 내장하고, 제1 처리 경로와 제2 처리 경로를 통해 처리된 유체를 필터로 필터링한 후, 저장 탱크에 저장하도록 이루어질 수 있다.
본 실시예의 가축분뇨 및 오폐수 처리방법을 구현하는 가축분뇨 및 오폐수 처리 장치는, 적어도 하나의 블록 형태를 가지고 복수의 탱크를 구비하는 챔버 설비(102) 내에 배치되는 구성요소들로서, 스크린 필터(120), 제1 처리 경로를 포함하는 제1 처리조(A3 ~ A8), 제2 처리 경로를 포함하는 제2 처리조(B3 ~ B8), 필터(190), 및 저장 탱크(195)를 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 처리조의 일부(A2 ~ A5)는 제1차 처리 탱크로 지칭될 수 있고, 제1 처리보의 다른 일부(A7 및 A8)는 제2차 처리 탱크로 지칭될 수 있으며, 이와 유사하게 제2 처리조도 다른 제1차 처리 탱크(B2 ~ B5)와 다른 제2차 처리 탱크(B7 및 B8)를 구비할 수 있다.
스크린 필터(120)에서 걸러지는 협잡물은 생산부(197)로 전달되어 바이오 열 소화될 수 있다. 제1 처리조의 필터(A6) 및 제2 처리조의 필터(B6)는 샌드 필터, 마이크로 필터 또는 이들의 조합을 구비할 수 있다. 각 필터(A6; B6)에서 수집되는 슬러지와 침전물을 생산부(197)로 이송되어 열 박테리아로 건조되고 퇴비나 펠렛으로 재생될 수 있다.
또한, 상기 장치는 열박테리아로 슬러지나 침전물을 건조하여 퇴비나 펠렛을 생산하는 생산부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 장치는 플라즈마 리액터와 나노버블 발생장치 및 수소(또는 산소) 발생 장치를 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다. 제어장치는 상기 가축분뇨 및 오폐수 처리 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 일례로, 밸브, 도어 개폐, 모터 구동 등을 통해 폐수 또는 유체 흐름을 제어할 수 있다.
제1차 처리 탱크에 유입되는 폐수, 오수의 중금속, 비소, 화학 약품, 독극물, 오일 등은 플라스마 리액터(AWP)를 통과하며 산화, 분해, 침전되고 박테리아를 살균하고, 이때 H2S 암모니아 등이 산화하여 악취가 제거되고, 부유물과 침전물을 필터링한 후 남은 유체가 제2차 처리 탱크로 유동할 수 있다.
저온 방전 플라즈마 리액터는 고전압 플라스마 에너지 펄스를 폐수에 직접 가하여 발생하는 전기 화학 산화(Electro Oxidation Technology) 발생 장치로 오수 폐수의 산화와 살균을 위해 필요한 OH, H, O, O3, H2O2 등 멀티 산화제와 UV를 대량 생성할 수 있다.
또한, 다른 제1차 처리 탱크로 유입되는 산업 폐수, 오일 폐수, 식품 폐수, 카본 폐수 등은 고온(5,500℃)의 플라스마를 발생하는 플라즈마 아크 플로우(Plasma Arc Flow, PAF) 리액터를 통과하여 오염된 유기물, 무기물을 원자로 분해하고 이온화 재결합하여 청정 바이오 신가스를 생산한다.
일부 유기물 무기물은 물속에서 연소(burning) 하여 카본 블랙으로 침전되고 살균된 오폐수, 하수, 분뇨는 필터링을 통하여 제2차 처리 탱크로 보내진다.
플라즈마 아크 플로우(PAF) 기술은 제철 공장에서 사용하는 아크 전기로(아크방전 전기로)를 사용하여 액체 쓰레기(오폐수, 오일폐수 등)를 고철 대신에 고온 고압 처리할 수 있도록 디자인한 장비일 수 있다. 플라스마 아크 리액터를 통과한 오폐수나 분뇨는 리액터 내에서 원자로 이온화되어 재결합 신가스(natural gas와 유사)를 생산하고 오염된 유기물은 탄화되고 카본 블랙을 생산하며, 오폐수 분뇨는 고온 고압 살균된다. 이는 오폐수, 카본, 오일, 믹스트 쓰레기의 플라즈마 아크 자원화 솔루션에 해당할 수 있다.
다음, 제2차 처리 탱크로 필터링하여 유입된 플라즈마 처리수는 공기를 주입한 나노버블 발생 장치를 통과하며 나노버블수를 생산하게 되고, 목적에 따라 PEM 수소(산소)발생 장치를 복합적으로 결합한 나노버블 발생 장치를 통과하여 산소 또는 수소를 함유한 나노버블 수소수(산소수)를 생산하게 된다.
나노버블 수소수 또는 산소수를 이용하면, 돼지 분뇨 등의 분뇨를 플라즈마로 처리한 무색, 무취, 박테리아 제로의 처리수를 나노버블 처리하여 돈사로 되돌려보내 돈사를 청소하고, 돼지를 목욕시켜 모근에 침투된 오염물까지 제거해주고, 그에 의해 돼지고기의 맛을 더욱 좋게 할 수 있고 나노버블수를 사료와 함께 먹임으로써 돼지의 질병 면역과 성장샘의 자극으로 몸무게를 약 10-20% 증가시킬 수 있다. 나노버블수는 양계장의 닭, 오리, 소, 말 양, 염소 등의 사료와 사육장을 청소하는데 사용할 수 있고 농작물에 액비로 사용할 수 있다.
또한, 방류한 플라스마 나노버블은 물밑에서 3-6개월 머물면서 슬러지 알지, 오염물질과 결합하여 분해하여 정화하는데 이용될 수 있다. 분뇨, 오폐수, 하수 등의 처리장으로 방류되는 나노버블수는 개천, 강, 댐, 호수 등에 유입되어 점진적으로 해당 장소나 환경을 정화하는데 이용될 수 있다.
또한, BTD(Bio-Thermic Digester) 등의 열분해장치는, 오폐수, 하수, 폐수 슬러지, 산업 폐수 등을 처리하고 남을 수 있는 슬러지, 닭, 소, 양 등 가금류 분뇨 또는 호텔, 병원, 공장 등에서의 음식물, 유기물 등 생활 쓰레기를 발생 현장에서 처리하는 호기성 박테리아 소화조(Thermophilic Bacteria Digester)로 처리대상물의 함수율을 80% 이하로 낮추고, 슬러지, 분뇨 등을 80℃ ~ 100℃에서 호기성 박테리아로 처리하여 48 ~ 72 시간 내에 함수율 10% ~ 20%의 퇴비 및 에너지 펠렛을 생산할 수 있다.
플라즈마, 나노버블, 호기성 열 박테리아 소화조의 복합 융합 공정은 모든 오폐수, 하수분뇨, 오염된 강이나 호수나 저수지 등의 모든 악취를 제거하고, 중금속, 유해 화학물질을 산화, 살균, 침전 제거하고, 오일 폐수, 식품 폐수, 산업 폐수 등을 플라즈마 고온 고압 이온화 재결합을 통하여 신가스(natural gas)를 생산하며, 살균된 오폐수를 나노버블로 처리하고 모든 잔존 고체 쓰레기는 호기성 열분해를 통하여 퇴비 및 펠렛으로 리사이클링을 할 수 있고, 그에 의해 무취, 무균의 제로 쓰레기 공정을 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 플라즈마, 나노버블 및 열분해 건조의 융합 솔루션으로서, 모든 물(any water), 오일 혼합 물 또는 탄소 화학물질 예컨대, 하수, 폐수, 오수, 침출수, 음폐수, 분뇨, 오일 폐수, 화학 폐기물, 도금 전자폐수, 산업 폐수, 강/호수/저수지 오염수 등을 플라즈마 산화/살균/정화와 플라즈마 아크 자원화 처리하고, 목적별 나노 버블수 생산과 잔존 슬러지 바이오매스 등을 이용한 현장 열박테리아 건조를 통해 에너지 펠렛 및 퇴비를 생산하고 그에 의해 쓰레기 제로 솔루션을 제공할 수 있다.
지금까지 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 스크린조 20 : 주처리조
21 : 플라즈마 리액터 30 : 마이크로 필터
40 : 고도처리조 50 : 정수탱크
21 : 플라즈마 리액터 30 : 마이크로 필터
40 : 고도처리조 50 : 정수탱크
Claims (1)
- 폐수를 스크린조에 투입하여 협잡물을 제거한 후 플라즈마 리액터가 구비된 주처리조로 보내는 1단계;
상기 주처리조로 보내진 폐수를 플라즈마 리액터에 순환시켜 플라즈마 반응에 의해 오염물질을 산화, 침전 및 살균처리한 후 마이크로필터가 구비된 침전조로 보내는 2단계;
상기 침전조로 보내진 폐수를 마이크로필터에 통과시켜 플라즈마 반응에 의해 산화된 부유물을 제거한 후 나노버블 발생기가 구비된 고도처리조에 보내는 3단계;
상기 고도처리조에서 나노버블 발생기로 나노버블을 발생하여 고도처리조 내의 용존 산소량을 증가시키고 유기물을 산화 및 분해처리하는 4단계; 및
상기 고도처리조에서 나노버블 처리된 정화수를 여과기를 경유시켜 정수탱크에 보관하고 생활용수로 재활용하거나 방류하는 5단계를 포함하며,
상기 스크린조의 혐기조에는 스크린 필터와 샌드 필터를 설치하고,
상기 플라즈마 리액터는 플라즈마 에너지 펄스를 폐수에 직접 가하여 폐수의 산화와 살균을 위해 필요한 산화제와 자외선(UV)을 생성하며,
상기 나노버블 발생기는 500㎚ 이하의 나노버블을 발생하도록 이루어지고,
상기 2단계는,
상기 폐수를 저온 방전 플라즈마 리액터를 이용하는 제1 처리 경로와, 고온 플라즈마 리액터를 이용하는 제2 처리 경로에 순환시키고,
상기 4단계는,
PEM 수소 발생 장치 및 PED 산소 발생 장치를 복합한 나노버블 발생기로 수소를 함유한 나노버블 수소수 및 산소를 함유한 나노버블 산소수를 발생시키는 것을 특징으로 하는 가축분뇨 및 오폐수 처리방법.
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