KR102440990B1

KR102440990B1 - 축산폐수 처리장치 및 처리방법

Info

Publication number: KR102440990B1
Application number: KR1020220029780A
Authority: KR
Inventors: 조종순; 백유신
Original assignee: 영원환경기술(주)
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2022-09-06

Abstract

본 발명은 축산폐수 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축산 폐수를 일시적으로 저장하기 위한 원수조(100); 하나 이상의 무산소조(200); 하나 이상의 폭기조(300); 하나 이상의 침전조(400); 하나 이상의 처리수조(500); 하나 이상의 반응조(600); 및 하나 이상의 교반조(700);를 포함하는 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

Description

축산폐수 처리장치 및 처리방법{Treatment Apparatus And Method For Livestock Wastewater}

본 발명은 축산폐수 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축산 폐수 발생량에 가변적으로 대응하고 나아가 유기물, 영양염류 및 색도 유발 물질을 효과적으로 제거 내지 저감이 가능한 축산폐수 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

소, 돼지 등과 같은 가축은 축사에서 기르는 것이 일반적인데, 축산폐수는 이와 같은 가축분뇨 그리고 축사를 청소한 물이 가축분뇨에 섞인 것으로 정의할 수 있다.

가축분뇨 발생량은 산업폐수나 생활하수 보다는 적지만, 유기물과 영양염류를 다량 포함하고 있어 이로 인한 생태계에 대한 오염부하량은 비교적 높은 편이다.

이중, 돼지는 가축분뇨 처리에서 가장 어려움을 겪고 있는 처리대상으로, 체중이 60kg인 돼지의 분뇨배출량은 5.4kg/일이고, 배출 BOD는 130g/일인데, 이는 사람 성인 체중 60kg을 기준으로 할 때의 분뇨배출량 1.5kg/일 및 배출 BOD 13g/일인 것을 감안하면 오염부하량이 상당히 높다는 것을 알 수 있다.

한편 축산폐수는 미생물을 활용한 생물학적 처리를 중심으로 개발 및 적용되고 있으나, 최종 방류수는 강한 색도를 띠며, 이는 생물학적으로 분해하기 어려운 유기성 복합체와 생화학적 반응에 의한 중간생성물로 색도를 띠는 천연유기물질(NOM)을 포함하기 때문이다.

이와 같이 생물학적 처리수의 색도는 심미적인 불안감, 방류수역의 수질오염 및 공중보건상의 잠재적 위해성을 갖고, 또한, 수자원 이용측면에서 정수처리공정에서의 약품투입량 증가와 소독부산물 생성이라는 잠재적 문제점이 뒤따를 수 있다.

또 가축분뇨는 발생원, 수거방법, 급여사료 등에 따른 발생폐수 성상의 변동 폭이 매우 크고, 앞서 기술한 바와 같이 고농도의 유기물, 영양염류 그리고 색도 유발 물질 등이 다량 포함되어 있기 때문에, 이에 대응할 수 있는 축산폐수 처리장치 및 처리방법이 요구되고 있는 상황이다.

한국공개특허공보 제2021-0129285호 한국공개특허공보 제2017-0031503호 한국공개특허공보 제2005-0028949호 한국등록특허공보 제1989883호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발생하는 폐수량 변동에 능동적으로 대응하면서 유기물과 영양염류를 효과적으로 제거할 수 있는 축산폐수 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서는 축산폐수에 고농도로 함유되어 있는 색도 유발 물질을 효과적으로 저감시킬 수 있는 축산폐수 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 축산폐수 처리장치는, 축산 폐수를 일시적으로 저장하기 위한 원수조(100); 하나 이상의 무산소조(200); 하나 이상의 폭기조(300); 하나 이상의 침전조(400); 하나 이상의 처리수조(500); 하나 이상의 반응조(600); 및 하나 이상의 교반조(700);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 축산폐수 처리장치에서, 교반기(800), 및 부상분리조(900)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 축산폐수 처리장치에서, 상기 무산소조(200)는 제1 무산소조(210) 및 제2 무산소조(220)를 포함하고, 상기 폭기조(300)는 제1 폭기조(310), 제2 폭기조(320), 제3 폭기조(330), 제4 폭기조(340), 제5 폭기조(350), 및 제6 폭기조(360)를 포함하고, 상기 침전조(400)는 제1 침전조(410) 및 제2 침전조(420)를 포함하고, 상기 처리수조(500)는 제1 처리수조(510) 및 제2 처리수조(520)를 포함하고, 상기 반응조(600)는 제1 반응조(610) 및 제2 반응조(620)를 포함하고, 상기 교반조(700)는 제1 교반조(710) 및 제2 교반조(720)를 포함하되, 원수조(100), 제1 무산소조(210), 제1 폭기조(310), 제2 폭기조(320), 제3 폭기조(330), 제4 폭기조(340), 제5 폭기조(350), 제2 무산소조(220), 제6 폭기조(360), 제1 침전조(410), 제1 처리수조(510), 제1 반응조(610), 제2 반응조(620), 제1 교반조(710), 제2 교반조(720), 2차 침전조(420), 제2 처리수조(520), 교반기(800), 및 부상분리조(900)가 순차적으로 배치되고, 상기 교반기(800)는 지면에 대해 수평하게 배치된 원통 형상을 갖는 교반기 몸체(810), 및 교반부재(820)로 구성되며, 상기 교반기 몸체(810)는, 처리 대상수의 유입을 위하여 교반기 몸체(810) 일측 상부에 마련된 유입구(811), 처리수의 유출을 위하여 교반기 몸체(810) 타측 상부에 마련된 제1 유출구(812), 교반기 몸체(810) 내측면에 마련된 복수개의 격벽(814), 상기 유입구(811) 인근에 마련된 분말 활성탄 투입을 위한 제1 처리제 주입구(815), 상기 제1 처리제 주입구(815) 후방에 마련되어 응집제 투입을 위한 제2 처리제 주입구(816), 상기 제1 처리제 주입구(815) 인근에 마련된 제1 관측창(817), 및 상기 제1 유출구(812) 인근에 마련된 제2 관측창(818)을 포함하고, 상기 교반부재(820)는, 상기 교반기 몸체(810) 내부에 길이방향으로 배치된 회전축(821), 상기 회전축(821)을 회전시키기 위한 구동모터(822), 및 상기 회전축(821)에 장착된 제1 임펠러(823(a))와 제2 임펠러(823(b))로 구성된 복수개의 임펠러(823)를 포함하되, 상기 제1 임펠러(823(a))는 상기 제2 임펠러(823(b)) 보다 상대적으로 크고, 상기 제1 임펠러(823(a))는 상기 유입구(811)와 인근하여 위치하고, 상기 제2 임펠러(823(b))는 제1 임펠러(823(a)) 후방에 위치하고, 상기 부상분리조(900)는 수평 단면이 원형인 분리조 몸체(910), 상기 분리조 몸체(910) 내부에 위치하는 피처리수 공급관(920), 상기 피처리수 공급관(920)으로 공기를 공급하기 위한 복수개의 공기 공급관(930), 및 상기 분리조 몸체(910) 상부에 위치하는 스크래퍼(950)를 포함하되, 상기 피처리수 공급관(920)은 나선형상으로 이루어지며 출구는 상부를 향해 소정 길이 연장되고, 내측면에는 다수개의 통공(921′)이 형성된 제1 충돌판(921)이 복수개 형성되고, 상기 제1 충돌판(921) 인근에는 일측이 상기 공기 공급관(930)과 연결된 노즐(922)이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 축산폐수 처리장치에서, 상기 제1 침전조(410) 및 제2 침전조(410) 인근에는 침강 슬러지를 수집하기 위한 슬러지 피트가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 축산폐수 처리장치에서, 슬러지 농축조를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 축산폐수 처리장치에서, 농축된 슬러지를 탈수하기 위한 탈수기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 축산폐수 처리방법은, 축산폐수를 미생물로 처리하는 제1 단계; 1차 고액분리하여 제1 처리수를 얻는 제2 단계; 상기 제1 처리수에 제1 응집제를 투입 및 교반하는 제3 단계; 2차 고액분리하여 제2 처리수를 얻는 제4 단계; 분말활성탄과 제2 응집제를 투입 및 교반하는 제5 단계; 및 3차 고액분리하여 제3 처리수를 얻는 제6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 축산폐수 처리방법에서, 상기 제1 단계는, 제1 무산소조건, 제1 호기조건, 제2 호기조건, 제3 호기조건, 제4 호기조건, 제5 호기조건, 제2 무산소조건, 제6 호기조건으로 운전되고, 상기 제3 단계의 제1 응집제는 염화철과 고분자 응집제이며, 염화철을 투입한 후 고분자 응집제를 투입하고, 상기 제5 단계에서는 분말활성탄을 투입한 후 고분자 응집제인 제2 응집제를 투입 및 교반하고, 상기 제6 단계에서는 부상분리방식으로 고액분리를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 축산폐수 처리장치 및 처리방법에 의하면, 복수개의 무산소조, 폭기조 및 침전조를 구비하고 있어 폐수량이 변동하더라도 쉽게 대응이 가능하다는 이점이 있다.

또한 본 발명의 축산폐수 처리장치 및 처리방법에 의하면, 분말활성탄과 고분자응집제를 급속 및 완속교반함으로써 색도 유발 물질를 효과적으로 제거 내지 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명의 축산폐수 처리장치 및 처리방법에 의하면, 분말활성탄과 고분자응집제를 주입한 후 혼합하는 교반기의 경우 하나의 회전축에 크기가 상이한 2종의 임펠러가 장착되어 있어, 설치비용이나 유지 보수 비용을 절약할 수 있다는 장점도 있다.

게다가 본 발명의 축산폐수 처리장치 및 처리방법에 의하면, 분말활성탄과 고분자응집제에 의해 형성된 미세 플록을 제거함에 있어, 피처리수 공급관에 복수개의 다공성 충돌판이 구비되고 또 공기 주입을 위한 복수개의 노즐이 소정 간격 이격된 상태로 위치하기 때문에, 주입한 공기 입자가 과다하게 커지는 것을 방지할 수 있어 부상효율을 높일 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축산폐수 처리장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시한 축산폐수 처리장치에서 교반기의 확대 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 축산폐수 처리장치에서 부상분리조의 확대 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 축산폐수 처리장치에서 피처리수 공급관의 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축산폐수 처리방법의 흐름도이다.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 축산폐수 처리장치 및 처리방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축산폐수 처리장치의 개념도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 축산폐수 처리장치는, 축산 폐수를 일시적으로 저장하기 위한 원수조(100), 무산소조(200), 폭기조(300), 침전조(400), 처리수조(500), 반응조(600), 교반조(700), 교반기(800) 및 부상분리조(900)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 원수조(100)는, 돼지나 소의 분뇨 및 축사 세척 시 발생하는 폐수(이하 축산폐수라 함)를 일시적으로 저장하는 곳으로, 유입되는 폐수량에 따라 크기는 다양하다.

무산소조(200)와 폭기조(300)는 유용한 미생물이 서식하며, 주로 축산폐수에 고농도로 함유되어 있는 유기물과 질소를 제거하기 위한 것이다.

구체적으로, 무산소조(200)는 제1 무산소조(210)와 제2 무산소조(220)로 구성되며, 폭기조(300)는 제1 폭기조(310), 제2 폭기조(320), 제3 폭기조(330), 제4 폭기조(340), 제5 폭기조(350) 및 제6 폭기조(360)로 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 원수조(100) 후방에 제1 무산소조(210)가 배치되고, 제1 무산소조(210)에서부터 순차적으로 제1 폭기조(310), 제2 폭기조(320), 제3 폭기조(330), 제4 폭기조(340), 제5 폭기조(350), 제2 무산소조(220) 및 제6 폭기조(360)가 배치된다.

질소 성분을 제거하는 방법은 다양하며 본 발명에서는 생물학적 처리를 통해 축산폐수에 포함되어 있는 질소를 제거한다. 생물학적 질소 제거 원리를 간단히 설명하면, 질산화(Nitrification)와 탈질산화(Denitrification)를 통해 제거한다.

먼저 질산화 반응은 호기 상태하에서 독립영양 미생물인 Nitrosomonas와 Nitrobactor에 의해서 NH₄ ⁺가 2단계를 거쳐 NO₃ ^-로 변한다.

여기서, 질산화 미생물은 독립영양미생물로 질소화합물을 산화하여 얻은 에너지를 이용하여 성장하는 균으로서, 증식속도는 일반적으로 활성슬러지 공정의 종속영양미생물보다 더디기 때문에 질산화 미생물을 위해서는 비교적 긴 체류시간이 요구되는 것이 일반적이다.

탈질산화반응은 용존산소가 존재하지 않는 조건, 즉 무산소상태(Anoxic condition)에서 통성혐기성 미생물 (Pseudomonas, Micrococcus, Acromobacter)에 의하여 질산화된 질소(NO₂ ^-, NO₃ ^-)를 N₂ 질소가스로 방출 제거한다.

여기서, 통성혐기성 미생물은 종속영양미생물이므로 반드시 탈질미생물이 이용할 수 있는 유기물(탄소공급원)이 있어야 하는데, 분해되기 쉬운 유기물일수록 탈질효율이 높아지기 때문에 메탄올(CH₃OH) 등이 이용되기도 한다.

본 발명에서는 상기와 같은 원리로 질소성분이 제거될 수 있도록, 원수조(100), 제1 무산소조(210), 제1 폭기조(310), 제2 폭기조(320), 제3 폭기조(330), 제4 폭기조(340), 제5 폭기조(350), 제2 무산소조(220) 및 제6 폭기조(360) 순으로 배치되며, 제6 폭기조(360)의 질산화액 일부 그리고 후술할 제1 침전조로부터 배출되는 일부 슬러지를 제1 무산소조(210), 또는 제2 무산소조(220)로 반송할 수 있도록 반송 배관이 더 구비될 수 있다.

결과적으로 호기 상태로 운전되는 폭기조에서는 유기성 질소 및 암모니아성 질소(NH₄-N)가 아질산성 질소(NO₂-N)와 질산성 질소(NO₃-N)로 질산화되며, 질산화가 된 질소들은 제1 무산소조(210)로 내부 반송되어 유입수 중의 유기물 또는 외부 탄소원과 반응하여 질소가스로 제거된다.

한편, 제1 무산소조(210), 제1 폭기조(310), 제2 폭기조(320), 제3 폭기조(330), 제4 폭기조(340), 제5 폭기조(350), 제2 무산소조(220) 및 제6 폭기조(360)와 같이, 무산소조와 폭기조를 복수개 배치하고 또 제5 폭기조(350)와 제6 폭기조(360) 사이에 제2 무산소조(220)를 배치한 것은 질소의 제거효율을 극대화하고 나아가 일부 폭기조의 가동 여부를 조절함으로써 유입되는 폐수유량 변동에도 적극적으로 대응할 수 있도록 하기 위함이다.

즉, 용량이 큰 하나의 폭기조 대신에 상대적이 용량이 작은 복수개의 폭기조를 연속적으로 배치하면, 각 폭기조 내의 용존 산소 농도를 조절하는 것이 용이하고 이를 통해 질산화 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

특히 통성혐기성 미생물이 서식하는 무산소조가 제1 무산소조(210)와 제2 무산소조(220)로 분리되어 있어, 운전 중에 발생할 수 있는 충격부하나 용존 산소 과다 주입 등이 발생하여 어느 하나의 무산소조가 비정상상태라 하더라도 나머지 하나의 무산소조를 통해 탈질 반응을 유도할 수 있어 한층 안정된 운전을 가능하게 한다.

다음은 침전조(400), 처리수조(500), 반응조(600) 및 교반조(700)에 관해 설명하기로 한다. 침전조(400)는 제1 침전조(410)와 제2 침전조(420), 처리수조(500)는 제1 처리수조(510)와 제2 처리수조(520), 반응조(600)는 제1 반응조(610)와 제2 반응조(620), 그리고 교반조(700)는 제1 교반조(710)와 제2 교반조(720)로 구성된다.

구체적으로, 제1 침전조(410)는 전술한 제6 폭기조(360) 후방에 배치되며, 제1 침전조(410) 후방에는 제1 처리수조(510), 제1 반응조(610), 제2 반응조(620), 제1 교반조(710), 제2 교반조(720), 제2 침전조(420) 및 제2 처리수조(520)가 순차적으로 배치된다.

제1 침전조(410)는 제6 폭기조(360)에서 공급된 처리수를 슬러지와 제1 처리수에 해당되는 제1 상등수로 고액분리하며, 침강된 슬러지는 제1 슬러지 피트(P1)로 배출하는 동시에 제1 상등수는 제1 처리수조(510)로 이송시킨다. 여기서 제6 폭기조(360)의 처리수는 유기물과 질소가 상당히 저감된 상태로서 축사 세척용으로도 사용이 가능하다.

비록 도면에서는 제1 침전조(410) 인근에 제1 슬러지 피트(P1)가 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 또 제1 슬러지 피트(P1)에 수집된 침강 슬러지의 일부는 제1 무산소조(210)로 반송하고 일부는 농축조(미도시)로 이송할 수 있도록 배관이 추가로 구비되는 것이 바람직하다.

한편 제1 처리수조(510)에 모인 제1 상등수에는 질소 성분은 제거된 상태이지만 인 성분과 색도 유발 물질은 다량 포함되어 있다.

제1 반응조(610), 제2 반응조(620), 제1 교반조(710) 및 제2 교반조(720)는 이러한 성분들을 제거하기 위한 것이다. 구체적으로, 제1 반응조(610)와 제2 반응조(620)에는 무기응집제, 예를 들어 염화철이 각각 주입되며, 제1 교반조(710)에는 고분자 응집제가 투입된다.

여기서, 제1 반응조(610)와 제2 반응조(620)에는 교반강도가 낮은 공기를 이용한 산기방식을 통해 염화철과 제1 상등수와의 반응을 유도하는 것이 바람직한데, 이는 염화철과 제1 상등수와의 충분한 접촉을 유도하여 색도 유발 물질의 흡착을 도모하기 위한 것이다.

그리고 제2 반응조(620) 후방에 위치하는 제1 교반조(710)에서는 고분자 응집제를 투입한 후 급속교반, 제2 교반조(720)에서는 완속교반이 수행됨으로써, 제1 상등수의 색도 유발 물질을 다량 제거하고 또 침강이 유리한 상태인 거대한 플록이 형성되도록 유도한다.

제2 교반조(720) 후방에 위치하는 제2 침전조(420)는 완속교반이 완료된 처리수를 슬러지와 제2 처리수에 해당되는 제2 상등수로 고액분리하며, 침강된 슬러지는 제2 슬러지 피트(P2)로 배출한다. 비록 도면에서는 제2 침전조(420) 인근에 제2 슬러지 피트(P2)가 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

한편 제2 처리수조(520)에 모인 제2 상등수에는 질소 성분을 포함하여 인 성분과 색도 유발 물질이 다량 제거된 상태이다. 하지만 축산폐수 특성상 색도 유발 물질은 매우 고농도로 함유되어 있기 때문에 여전히 방류수준을 초과하는 경우가 발생할 수 있고, 따라서 남아있는 색도 유발 물질 제거를 위한 제거 공정이 추가로 구비되는 것이 바람직하다.

교반기(800)와 부상분리조(900)는 전술한 바와 같은 제2 상등수에 남아 있는 색도 유발 물질을 제거하기 위한 것이다.

도 2는 도 1에 도시한 축산폐수 처리장치에서 교반기의 확대 단면도, 도 3은 도 1에 도시한 축산폐수 처리장치에서 부상분리조의 확대 단면도 그리고 도 4는 도 1에 도시한 축산폐수 처리장치에서 피처리수 공급관의 확대 사시도이다.

먼저 도 2를 참조하면, 교반기(800)는 지면에 대해 수평하게 배치된 원통 형상을 갖는 교반기 몸체(810)와 교반부재(820)로 구성된다.

구체적으로, 교반기 몸체(810)는, 유입구(811), 제1 유출구(812), 제2 유출구(813), 복수개의 격벽(814), 제1 처리제 주입구(815), 제2 처리제 주입구(816), 제1 관측창(817), 및 제2 관측층(818)을 포함하여 구성된다.

보다 상세하게, 유입구(811)는 제2 처리수조(520)의 제2 상등수가 유입되는 곳으로, 교반기 몸체(810)의 일측 가장자리 상부에 마련되어 있으며, 제1 유출구(812)는 반응 후의 처리수 유출을 위하여 교반기 몸체(810)의 타측 가장자리 상부에 구비된다.

복수개의 격벽(814)은 소정 간격 이격된 채, 일측은 교반기 몸체(810) 내측면에 고정되는 한편 타측은 교반기 몸체(810)의 중심을 향해 소정 길이 연장된 상태이고, 따라서 교반기 몸체(810)에 유입된 제2 상등수는 이동 중에 자연스럽게 격벽(814) 부딪히게 된다.

제1 처리제 주입구(815)는 분말 활성탄의 투입을 위한 곳으로 유입구(811) 인근에 구비되어 있고, 고분자 응집제를 주입하기 위한 제2 처리제 주입구(816)는 제1 처리제 주입구(815) 후방, 보다 상세하게는 제1 처리제 주입구(815)와 제1 유출구(812) 사이에 위치한다.

교반기 몸체(810) 내부 상황을 육안으로 확인하기 위한 제1 관측창(817)과 제2 관측층(818)은 투명한 소재로 이루어지며, 제1 처리제 주입구(815) 인근 및 제1 유출구(812) 인근에 각각 마련된다.

한편, 제2 유출구(813)는 교반기 몸체(810)의 타측 가장자리 하부에 구비되며, 침강한 슬러지를 배출하기 위한 것이다.

계속해서, 교반부재(820)는 제2 상등수와 분말활성탄 및 응집제를 혼합하기 위한 것으로, 회전축(821), 구동모터(822), 및 복수개의 임펠러(823)를 포함한다.

상세하게, 회전축(821)은 교반기 몸체(810) 내부 중심을 따라 길이방향으로 배치되며, 일측에는 회전축(821)을 회전시키기 위한 구동모터(822)가 장착된다.

여기서, 복수개의 임펠러(823)는 소정 간격 이격된 상태로 회전축(821)에 장착되는데, 크기가 상이한 제1 임펠러(823(a))와 제2 임펠러(823(b))로 이루어지는 것이 바람직하고, 제2 임펠러(823(b)) 보다 상대적으로 큰 제1 임펠러(823(a))는 유입구(811)와 인근하여 위치하고, 상대적으로 크기가 작은 제2 임펠러(823(b))는 제1 임펠러(823(a)) 후방에 위치하는 것이 더욱 바람직하다.

이는 분말활성탄과 제2 상등수와의 교반 효과를 높여 색도 유발 물질의 제거를 유리하게 하는 한편, 응집 플록을 크게 형성시킴으로써 색도 유발 물질이 흡착된 분말활성탄이 잘 침강하도록 하기 위함이다.

게다가 회전축(821)과 구동모터(822)가 각각 한 개씩 구비되기 때문에 설치비용이나 유지 보수 비용을 절약할 수 있다는 장점도 있다.

도 3 및 4를 참조하면서 교반기(800) 유출수에 포함된 일부 입자를 제거하기 위한 부상분리조(900)에 관해 설명하기로 한다.

부상분리조(900)는 제3 처리수를 생산하기 위한 것으로, 분리조 몸체(910), 피처리수 공급관(920), 복수개의 공기 공급관(930), 가이드부(940), 및 스크래퍼(950)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 분리조 몸체(910)는 수평 단면이 원형이며, 바닥면은 상광하협구조이다. 교반기(800) 유출수인 피처리수 공급관(920)은 분리조 몸체(910) 내부에 위치하며, 위에서 볼 때 대략 나선형상으로 이루어져 있고, 출구는 상부를 향해 소정 길이 연장된 상태이다. 물론 피처리수 공급관(920)의 입구는 분리조 몸체(910) 외부에 위치한다.

여기서, 피처리수 공급관(920) 내측면에는 피처리수가 유입되는 방향에 대해 복수개의 제1 충돌판(921)이 지그재그 모양으로 배치되어 있고, 이들 제1 충돌판(921)에는 다수개의 통공(921′)이 형성되어 있다. 또 분사된 공기가 제1 충돌판(921)에 부딪히도록, 복수개의 노즐(922)이 피처리수 공급관(920)을 경사지게 관통하는 형상으로 구비된다.

복수개의 공기 공급관(930)은 전술한 노즐(922)에 공기를 공급하기 위한 것이고, 스크래퍼(950)는 분리조 몸체(910) 상부에 위치하여 부상한 슬러지를 수거하기 위한 구성이다.

한편, 공기 공급관(930) 출구 상부에는 가이드부(940)가 위치하는데, 이러한 가이드부(940)는 미세 공기가 혼합된 상태인 피처리수의 흐름을 바꾸어 고액분리 효과를 높이기 위한 것이다.

구체적으로, 가이드부(940)는 하부가 개방된 채 측부와 상부가 막혀 있고 측부 하측은 아래로 갈수록 점차 넓어지는 형상의 가이드 몸체(941)와, 측부 하측 내부에 위치하며 역시 하부만 개방되어 있는 제2 충돌판(942)으로 이루어져 있다.

따라서 공기 공급관(930) 출구를 통해 배출된 피처리수는 제2 충돌판(942)과 가이드 몸체(941)에 의해 분리조 몸체(910) 저부를 향해 이동하고, 이 과정에서 부상이 어려운 큰 입자들은 침강하게 되므로, 고액분리효과가 향상될 수 있다.

이상과 같은 구성을 갖는 부상분리조(900)를 채용하면, 교반기(800)에서 제거되지 못한 분말활성탄을 포함한 일부 입자상 물질들이 미세 공기에 의해 부상되기 때문에 쉽게 분리할 수 있고, 특히 통공(921′)이 형성되며 소정 간격 이격된 상태의 제1 충돌판(921) 각각에 공기를 공급하기 때문에 주입한 공기 입자가 과다하게 커지는 것을 방지할 수 있어 부상효율을 높일 수 있다는 이점이 있다. 물론 부상이 어려운 큰 입자들은 전술한 바와 같이 분리조 몸체(910) 바닥으로 침강한다.

비록 도면에는 도시하지 않았지만, 슬러지 피트로부터 발생한 슬러지를 농축하기 위한 슬러지 농축조, 또 농축된 슬러지를 탈수하기 위한 탈수기가 더 구비될 수 있다.

다음은 전술한 장치를 이용한 축산폐수의 처리방법에 관해 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축산폐수 처리방법의 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 축산폐수 처리방법은, 축산폐수를 미생물로 처리하는 제1 단계; 1차 고액분리하여 제1 처리수를 얻는 제2 단계; 상기 제1 처리수에 제1 응집제를 투입 및 교반하는 제3 단계; 2차 고액분리하여 제2 처리수를 얻는 제4 단계; 분말활성탄과 제2 응집제를 투입 및 교반하는 제5 단계; 및 3차 고액분리하여 제3 처리수를 얻는 제6 단계를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 제1 단계에서는 유입된 축산폐수는 제1 무산소조건, 제1 호기조건, 제2 호기조건, 제3 호기조건, 제4 호기조건, 제5 호기조건, 제2 무산소조건, 및 제6 호기조건으로 운전되어 유기물질과 질소가 제거된다.

제2 단계에서는 제1 단계에서 얻어진 처리수를 침강분리를 통해 고형성분과 액상성분으로 분리하여 제1 처리수를 수득하며, 이때 고형성분의 일부는 1차 무산소조건으로 운전되는 제1 무산소로 공급되고, 나머지는 농축 및 탈수 과정을 거치게 된다.

제3 단계에서는 제2 단계에서 얻어진 제1 처리수에 제1 응집제, 보다 상세하게는 염화철과 고분자 응집제를 순차적으로 투입 및 교반하여 인 성분과 색도 유발 물질의 플록 형성을 유도한다.

제4 단계에서는 플록이 형성된 제3 단계 처리수를 대상으로 고형성분과 액상성분으로 분리하여 제2 처리수를 수득하며, 이때 고형성분은 농축 및 탈수 과정을 거치게 된다.

제5 단계에서는 제4 단계에서 얻어진 제2 처리수에 분말활성탄과 고분자 응집제인 제2 응집제를 투입 및 교반하여 색도 유발 물질을 저감시킨다.

마지막 제6 단계에서는 고액 분리, 보다 상세하게는 미세 공기를 주입하여 입자상 물질을 부상시키는 부상분리 방식을 통해, 색도 유발 물질 등이 흡착된 상태의 분말활성탄을 부상시킴으로써, 유기물, 질소 및 색소 유발 물질이 다량 저감된 제3 처리수를 얻는다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

100 : 원수조
200 : 무산소조
210 : 제1 무산소조
220 : 제2 무산소조
300 : 폭기조
310 : 제1 폭기조 320 : 제2 폭기조
330 : 제3 폭기조 340 : 제4 폭기조
350 : 제5 폭기조 360 : 제6 폭기조
400 : 침전조
410 : 제1 침전조 420 : 제2 침전조
500 : 처리수조
510 : 제1 처리수조 520 : 제2 처리수조
600 : 반응조
610 : 제1 반응조 620 : 제2 반응조
700 : 교반조
710 : 제1 교반조 720 : 제2 교반조
800 : 교반기
810 : 교반기 몸체
811 : 유입구 812 : 제1 유출구
813 : 제2 유출구 814 : 격벽
815 : 제1 처리제 주입구 816 : 제2 처리제 주입구
817 : 제1 관층창 818 : 제2 관층창
820 : 교반부재
821 : 회전축 822 : 구동모터
823 : 임펠러
823(a) : 제1 임펠러 823(b) : 제2 임펠러
900 : 부상분리조
910 : 분리조 몸체
920 : 피처리수 공급관
921 : 제1 충돌판 921′ : 통공
922 : 노즐
930 : 공기 공급관
940 : 가이드부
941 : 가이드 몸체 942 : 제2 충돌판
950 : 스크래퍼
P1 : 제1 슬러지 피트
P2 : 제2 슬러지 피트

Claims

축산 폐수를 일시적으로 저장하기 위한 원수조(100);
제1 무산소조(210)와 제2 무산소조(220)를 포함하는 무산소조(200);
제1 폭기조(310), 제2 폭기조(320), 제3 폭기조(330), 제4 폭기조(340), 제5 폭기조(350) 및 제6 폭기조(360)를 포함하는 폭기조(300);
제1 침전조(410) 및 제2 침전조(420)를 포함하는 침전조(400);
제1 처리수조(510) 및 제2 처리수조(520)를 포함하는 처리수조(500);
제1 반응조(610) 및 제2 반응조(620)를 포함하는 반응조(600);
제1 교반조(710) 및 제2 교반조(720)를 포함하는 교반조(700);
교반기(800); 및
부상분리조(900)를 포함하되,
축산 폐수에 포함된 유기물과 질소를 제거할 수 있도록, 원수조(100), 제1 무산소조(210), 제1 폭기조(310), 제2 폭기조(320), 제3 폭기조(330), 제4 폭기조(340), 제5 폭기조(350), 제2 무산소조(220), 제6 폭기조(360), 제1 침전조(410) 및 제1 처리수조(510)가 순차적으로 배치되고,
응집제 투입을 통해 인과 색도를 제거할 수 있도록 상기 제1 처리수조(510) 후방에 위치하면서, 무기응집제가 주입되고 산기방식으로 반응을 유도하는 제1 반응조(610)와 제2 반응조(620), 고분자 응집제가 투입된 후 급속 교반되는 제1 교반조(710), 완속 교반되는 제2 교반조(720), 제2 침전조(420) 및 제2 처리수조(520)가 순차적으로 배치되고,
분말활성탄 주입을 통해 색도를 제거할 수 있도록 상기 제2 처리수조(520) 후방에 교반기(800) 및 부상분리조(900)가 순차적으로 배치되고,
상기 교반기(800)는 지면에 대해 수평하게 배치된 원통 형상을 갖는 교반기 몸체(810) 및 교반부재(820)로 구성되며, 상기 교반기 몸체(810)는, 처리 대상수의 유입을 위하여 교반기 몸체(810) 일측 상부에 마련된 유입구(811), 처리수의 유출을 위하여 교반기 몸체(810) 타측 상부에 마련된 제1 유출구(812), 교반기 몸체(810) 내측면에 마련된 복수개의 격벽(814), 상기 유입구(811) 인근에 마련된 분말 활성탄 투입을 위한 제1 처리제 주입구(815), 상기 제1 처리제 주입구(815) 후방에 마련되어 응집제 투입을 위한 제2 처리제 주입구(816), 상기 제1 처리제 주입구(815) 인근에 마련된 제1 관측창(817), 및 상기 제1 유출구(812) 인근에 마련된 제2 관측창(818)을 포함하고, 상기 교반부재(820)는, 상기 교반기 몸체(810) 내부에 길이방향으로 배치된 회전축(821), 상기 회전축(821)을 회전시키기 위한 구동모터(822), 및 상기 회전축(821)에 장착된 제1 임펠러(823(a))와 제2 임펠러(823(b))로 구성된 복수개의 임펠러(823)를 포함하되, 상기 제1 임펠러(823(a))는 상기 제2 임펠러(823(b)) 보다 상대적으로 크고, 상기 제1 임펠러(823(a))는 상기 유입구(811)와 인근하여 위치하고, 상기 제2 임펠러(823(b))는 제1 임펠러(823(a)) 후방에 위치하고,
상기 부상분리조(900)는 수평 단면이 원형인 분리조 몸체(910), 상기 분리조 몸체(910) 내부에 위치하는 피처리수 공급관(920), 상기 피처리수 공급관(920)으로 공기를 공급하기 위한 복수개의 공기 공급관(930), 및 상기 분리조 몸체(910) 상부에 위치하는 스크래퍼(950)를 포함하되, 상기 피처리수 공급관(920)은 나선형상으로 이루어지며 출구는 상부를 향해 소정 길이 연장되고, 내측면에는 다수개의 통공(921′)이 형성된 제1 충돌판(921)이 복수개 형성되고, 상기 제1 충돌판(921) 인근에는 일측이 상기 공기 공급관(930)과 연결된 노즐(922)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리장치.
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제1항에 있어서,
상기 제1 침전조(410) 및 제2 침전조(410) 인근에는 침강 슬러지를 수집하기 위한 슬러지 피트가 더 구비된 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리장치.
제1항에 있어서,
슬러지 농축조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리장치.
제1항에 있어서,
농축된 슬러지를 탈수하기 위한 탈수기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리장치.
제1항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 축산폐수 처리장치를 이용한 축산폐수 처리방법에 있어서,
축산폐수를 미생물로 처리하는 제1 단계;
1차 고액분리하여 제1 처리수를 얻는 제2 단계;
상기 제1 처리수에 제1 응집제를 투입 및 교반하는 제3 단계;
2차 고액분리하여 제2 처리수를 얻는 제4 단계;
분말활성탄과 제2 응집제를 투입 및 교반하는 제5 단계; 및
3차 고액분리하여 제3 처리수를 얻는 제6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리방법.
제7항에 있어서,
상기 제1 단계는, 제1 무산소조건, 제1 호기조건, 제2 호기조건, 제3 호기조건, 제4 호기조건, 제5 호기조건, 제2 무산소조건, 제6 호기조건으로 운전되고,
상기 제3 단계의 제1 응집제는 염화철과 고분자 응집제이며, 염화철을 투입한 후 고분자 응집제를 투입하고,
상기 제5 단계에서는 분말활성탄을 투입한 후 고분자 응집제인 제2 응집제를 투입 및 교반하고,
상기 제6 단계에서는 부상분리방식으로 고액분리를 수행하는 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리방법.