KR20010039135A

KR20010039135A - 폐수의 오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치

Info

Publication number: KR20010039135A
Application number: KR1019990047397A
Authority: KR
Inventors: 김태일; 한정대; 양창범; 김재환; 전병수; 곽정훈; 박치호; 고은미; 김백기
Original assignee: 김강권; 대한민국(관리부서:농촌진흥청); 김백기
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-15
Also published as: KR100365481B1

Abstract

본 발명은 각 하부가 원뿔 또는 다각뿔 형태인 폭기조(30)와 침전조(40)가 연결도관들에 의해 연결구성되는 폐수의 미세고형물 분리장치에 있어서, 상기 폭기조(30)의 일측 상단에 설치되어 분뇨슬러지 공급조절부(31)의 조절에 따라 슬러지를 공급하는 분뇨슬러지 공급도관(32)과; 상기 폭기조(30)의 수저부에 위치한 공기공급로(33)와 연결 설치되는 공기공급조절부(34)와; 상기 폭기조(30)의 하부에서 폐수면위로 설치되며 고형물 배출구(36)를 구비한 스크류형 오가(35)와; 상기 스크류형 오가(35)의 말단에 설치되어 슬러지 역류를 차단하는 초저속 감속장치(37)와; 상기 폭기조(30)에서 폭기과정을 거친 부유 액상이 침전조(40)로 유입되도록 폭기조(30) 상부에서 침전조(40) 하부에 걸쳐 설치되는 유입도관(41)과; 상기 침전조(40)의 상부에 띄워 설치되는 역삼투막 형성부(42)와; 상기 침전조(40) 하부에 동력반송부(44)와 연결설치되어 침전조(40)의 침전물을 폭기조(30)로 환원시키는 반송도관(43)과; 상기 침전조(40)의 일측 상단에 설치되어 역삼투막 형성부(42)를 통과한 부유액상을 이송동력부(46)에 의해 수처리시스템(50)으로 유도하는 수처리시스템 연계도관(45)으로 구성되는, 폐수오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치에 관한 것으로서, 미세고형물까지 분리해 낼 수 있기 때문에 수질오염을 줄이는데 크게 기여할 수 있으며, 수분조절재 투여 없이 배출된 고형물을 퇴비화할 수 있다.

Description

폐수의 오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치{Isolation devices of micro-particle in liquid phase for reducing pollutants}

본 발명은 폐수의 오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기물질로 구성되어 있는 각종 축분 슬러지 및 고농도 유기물 폐기액을 고상부분과 액상부분으로 분리하는데 있어서, 폭기조에서 제거되지 못한 미세 고형물까지도 침전조에서 역삼투압으로 가라앉힌 후 폭기조로 환원시켜 재응집시킴으로써 효율적으로 처리할 수 있는 폐수의 오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치에 관한 것이다.

가축을 집단 사육하는 경우 발생하는 축산폐수는 가축이 배설하는 분뇨, 사료찌꺼기 등 유기물의 집합체이므로 그대로 배출되는 경우 부영양화에 따른 심각한 수질 및 토양 오염을 발생시킨다.

따라서, 상기 축산폐수를 신속히 분해하기 위하여 소각처리법이 많이 시행되었으나, 이 경우 2차 대기오염이 발생되므로 이를 방지하기 위해 축산폐수를 퇴비화 시키는 방법들이 다양하게 연구되고 있다.

예를 들면, 축산폐수의 고형물 처리 방법의 하나인 유럽 특허 EP0097217A는 퇴비를 컨베이어 벨트로 이송시키면서 혼합하여 호기성하에서 퇴비화를 촉진시키는 방법이며, 영국특허 GB300607A는 챔버내에서 유기성 폐기물을 공기순환이 잘 되도록 반전시켜 주어 퇴비화하는 방법이다. 상기 방법들은 고형물이 그 특성상 많은 수분을 함유하므로 고형물내에 공극을 부여하고 수분조절을 하기 위해 톱밥 등과 같은 수분조절재를 이용하고 있다.

또한, 축산폐수의 하수 처리 방법의 하나인 활성오니법은, 하부폭기조에서 공기를 공급하고 서서히 교반시키는 것으로서 처리 후 수거된 고형물은 모아서 건조처리한다.

상기와 같은 축산폐수 처리시스템 외에도 다양한 방법이 제공되고 있으나, 그 기본원리는 폐유기물에 적당한 습도와 온도 및 공기를 공급시킴으로써 미생물을 생육시켜 이들에 의해 분해처리된 최종적 산물인 퇴비를 얻는 것으로서, 축산폐수를 퇴비화시킬 때에 반드시 수분조절재를 첨가하여야 하는 번거로움이 있었으며, 수분조절재 없이 그대로 퇴비화하는 방법으로서 소각처리법이 있으나 소각시 발생되는 2차 대기오염 때문에 바람직한 방법이 될 수 없었다.

또한, 축산폐수의 수처리시에 이용되고 있는 활성오니법은 고농도의 유기성 폐기물이 혼입되어 있을 때에는 효율이 떨어질 뿐만 아니라 수처리 기능이 상실되는 경우가 많았다.

본 발명은 상기와 같은 종래 축산폐수 처리법의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 각종 동물분뇨, 동·식물유체 등의 유기물질로 구성되는 폐수를 수분조절재를 이용하지 않고 퇴비화할 수 있는 방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

본 발명의 다른 목적은 미세 고형물까지도 효율적으로 분리할 수 있는 폐수의 오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고농도 유기물을 정화하는데 있어서 값비싼 기기의 부착이 없이 기설치된 시설을 활용할 수 있는 폐수의 오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기와 같은 목적들은 각각 독립된 반응조인 폭기조와 침전조를 연속으로 연결시켜 폭기조에서는 초저속 감속장치로 침전된 고형물을 방출시켜 수분조절재의 사용없이 퇴비화시키고, 침전조에서는 체류중인 액상을 역삼투막 형성부를 통과시켜 고농도의 유기물이 저농도의 유기물로 전환되도록 한 다음 수처리 시스템에 연계시키는 미세 고형물 분리장치를 제공함으로써 달성된다.

도 1은 본 발명의 개략도,

도 2는 본 발명의 요부 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 폭기조

31 : 분뇨슬러지 공급조절부 32 : 분뇨슬러지 공급도관

33 : 공기공급로 34 : 공기공급조절부

35 : 스크류형 오가 36 : 고형물 배출구

37 : 초저속 감속장치

40 : 침전조

41 : 유입도관 42 : 역삼투막 형성부

421 : 기공발효매질 422 : 망

43 : 반송도관 44 : 동력반송부

45 : 수처리시스템 연계도관 46 : 이송동력부

50 : 수처리시스템

본 발명은 각 하부가 원뿔 또는 다각뿔 형태인 폭기조(30)와 침전조(40)가 연결도관들에 의해 연결구성되는 폐수의 미세고형물 분리장치에 있어서, 상기 폭기조(30)의 일측 상단에 설치되어 분뇨슬러지 공급조절부(31)의 조절에 따라 슬러지를 공급하는 분뇨슬러지 공급도관(32)과; 상기 폭기조(30)의 수저부에 위치한 공기공급로(33)와 연결 설치되는 공기공급조절부(34)와; 상기 폭기조(30)의 하부에서 폐수면위로 설치되며 고형물 배출구(36)를 구비한 스크류형 오가(35)와; 상기 스크류형 오가(35)의 말단에 설치되어 분뇨슬러지 역류를 차단하는 초저속 감속장치(37)와; 상기 폭기조(30)에서 폭기과정을 거친 부유 액상이 침전조(40)로 유입되도록 폭기조(30) 상부에서 침전조(40) 하부에 걸쳐 설치되는 유입도관(41)과; 상기 침전조(40)의 상부에 띄워 설치되는 역삼투막 형성부(42)와; 상기 침전조(40) 하부에 동력반송부(44)와 연결설치되어 침전조(40)의 침전물을 폭기조(30)로 환원시키는 반송도관(43)과; 상기 침전조(40)의 일측 상단에 설치되어 역삼투막 형성부(42)를 통과한 부유액상을 이송동력부(46)에 의해 수처리시스템(50)으로 유도하는 수처리시스템 연계도관(45)으로 구성되는, 폐수오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치에 관한 것으로서, 폭기조(30)에서 1차 침전시킨 슬러지를 스크류형 오가(35)를 이용하여 고형물배출구(36)로 배출시키고 침전되지 않은 부유액상은 인접한 침전조(40)로 유입시켜 미세고형물까지 침전시키고 난 후 상층액을 수처리시스템 연계 도관(45)을 통해 방류시키는 것이다.

본 발명에서 폭기조(30)는 유기성 폐기물을 공기와 반응시켜 활성슬러지를 전자공여체로 한 응집을 유도하고, 축분자체만으로 발효될 수 있는 정도의 수분을 함유하도록 고형물을 제거시키는 반응조이다.

상기 폭기조(30)는 상부가 개방되고 하부가 50∼60°의 내각을 갖는 원뿔 또는 다각뿔 형태이며, 분뇨슬러지 공급도관(32)과, 공기공급조절부(34)에 의해 수저부에 공기를 공급하는 공기공급로(33)와, 초저속감속장치(37)가 설치되어 있는 스크류형 오가(35)로 구성된다.

상기 분뇨슬러지 공급도관(32)은 폭기조(30)의 상부 일측에 설치되며 적량의 분뇨슬러지가 공급 및 순환되도록 조절하는 분뇨슬러지 공급조절부(31)와 연계되어 있는데, 축사(10)에서 배출된 분뇨를 포함한 각종 폐기성 유기물이 분뇨저장소(20)에서 저장 발효된 후 폐기성 유기물 슬러지가 폭기조(30)내에서 항상 일정량을 유지하도록 분뇨슬러지 공급조절부(31)에 의해 폭기조(30)로 유입된다.

상기 공기공급조절부(34)는 폭기조(30)의 수저부에 위치한 공기공급로(33)와 연결되어 구동모터의 구동에 따라 수저부에 공기를 공급하는데, 이같은 공기 공급은 폭기조(30)로 유입되는 고농도 유기물의 매질간 마찰을 유도하여 유기물을 고형물화시킴으로써 침전시키는 작용을 하는데, 본 발명에서 공기공급수단은 공기 압축기 형태의 것은 어떠한 것이라도 가능하다.

상기 스크류형 오가(35)는 폭기조(30)에서 1차 침전시킨 슬러지를 고형물배출구(36)로 배출시키는 것으로서, 스크류 콘베어 또는 오거 스프링에 고무 또는 비닐호스를 끼워 구성되며, 설치각도를 30°이내로 하고 폐수면보다 2∼4m 이상 높이 설치함으로써 중력에 의한 수분제거로 유도 배출되는 축분고형물의 수분함량을 자체발효수준까지 낮출 수 있도록 한다.

상기 스크류형 오가(35)의 말단에는 초저속 감속장치(37)가 연계되어 있는데, 분당 0.4∼0.8회 정도의 극 저속으로 작동되므로 소규모 모터로도 감속시 충분히 작동할 수 있어 종래 대량의 처리시스템과는 비교할 수 없을 정도로 에너지 소모가 적다.

이와 같이 구성되는 폭기조(30)에서 폭기과정을 거친 부유 액상들은 폭기조(30) 중간부에 형성되는 액상 저류부에 모여 유입도관(41)을 통해 침전조(40)로 유입된다.

한편, 침전조(40)는 하부가 50∼60°의 내각을 갖는 원뿔 또는 다각뿔 형태이며, 폭기조(30)에서 폭기과정을 거친 부유 액상을 유입시키는 유입도관(41)과, 혐기상태에서 침전된 미세 고형물을 동력반송부(44)에 의해 폭기조(30)로 반송시키는 반송도관(43)과, 고농도의 유기물을 저농도의 유기물로 전환시키는 역삼투막 형성부(42)와, 이송동력부(46)에 의해 정화된 상층액을 수처리시스템(50)으로 배출시키는 수처리시스템 연계도관(45)으로 구성된다.

상기 침전조(40)는 폭기조(30)에서 분리되지 않은 미세 고형물을 역삼투압으로 가라앉혀 폭기조(30)로 환원시키는 반응조로서, 유입도관(41)을 통해 침전조(40)로 유입된 미세고형물은 서로 응집되어 침전되거나 자체 미생물에 의해서 분해되며, 이에 따라 침전된 고형물이 동력반송부(44)에 의해서 반송도관(43)을 거쳐 폭기조(30)로 반송되며, 저농도의 유기물로 전환되어 역삼투막 형성부(42)를 통과한 일부는 상층으로 분리되어 수처리시스템(50)으로 배출된다.

상기 역삼투막 형성부(42)는 액상물 중 부유물질이 떠오르는 것을 방지하고 저농도의 유기물을 분리하기 위해서 물보다 비중이 가벼운 발포스티로폴과 같은 기공발효매질(421)과 상기 기공발효매질의 균형을 잡아주는 부식되지 않는 망(422)으로 구성된다.

상기 기공발효매질(421)은 발포스티로폴 외에도 물보다 비중이 낮고 내부에 다수의 기공을 갖는 형태이면 합성수지 발포재, 무기질 발포재 또는 기타 천연 경량재가 모두 사용가능하며, 직경은 5∼25㎜정도의 것으로서 부유물질의 부유현상을 막아주면서 자체분해가 이루어지도록 하여 층을 유도해야 하므로 하층부로 내려갈수록 구멍을 작게 하는 것이 바람직하다.

또한, 기공발효매질(421)의 상면부에 위치하는 망(422)은 물보다 비중이 낮아 침전조(40)의 수면위를 부유하게 되는 기공발효매질(421)의 균형을 잡아주는 역할을 하는 것이므로 상기 망(422)의 형태는 기공발효매질(421)의 지지대 역할이 가능한 것이면 되며 1㎠의 크기의 구멍이 있는 스텐망이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 폐수의 미세고형물 분리 과정은 다음과 같다.

분뇨슬러지 공급조절부(31)에 의해 설정된 목표량의 액상 폐기물이 분뇨슬러지 공급도관(32)을 통해 폭기조(30)내로 공급되면, 폭기조(30) 중·하부의 미세폭기 작용에 의해 슬러지가 침전되어 농축된 침전물이 스크류형 오가(35)에 의해 고형물배출구(36)로 배출되고, 상부에서 미세폭기가 끝난 상층액은 중력에 의한 수위조절로 유입도관(41)을 통해 침전조(40)로 흐르게 되며, 침전조(40)로 유입되어 미세폭기된 일부는 역삼투막 형성부(42)를 통과하여 상층으로 분리되어 수처리시스템(50)으로 배출되며, 미세폭기가 덜되어진 일부와 부유물질은 하층으로 침강되어 동력반송부(44)에 의해 반송도관(43)을 거쳐 폭기조(30)로 재순환된다.

이 때, 침전조(40)의 고형물상이 반송도관(43)을 통해 반송되고 정화된 상층액이 수처리시스템(50)으로 배출되면 그 낮아진 수위 만큼 유입도관(41)을 통해 폭기조(30)의 잔여고형물이 유입되므로 미세고형물의 분리가 연속적으로 순환수행되는데, 역삼투막을 통과한 상층액은 이송 동력부(46)에 의하여 수처리시스템(50)으로 연계되어 방류수 수준까지 정화되어 방류되고, 폭기조(30)내의 폭기 라인에 의해 포기된 고형물과 침전조에서 반출되어 재응집된 미세고형물은 스크류형 오가(35)에 의해서 폭기조(30) 하부에서 밖으로 배출된다.

상기와 같은 폐수처리가 반복됨에 따라 입자가 작은 고농도 유기물은 점차 분해되고 입자가 큰 고농도 유기물은 밖으로 농축 배출되므로 수분조절재를 사용하지 않고도 고농도 유기물을 저농도로 전환시킬 수 있어 수처리 시스템(50)의 수처리 능력을 배가시켜 주는데, 이 때 배출되는 고형물의 수분 함량은 58∼63%이다.

하기 표 1은 본 발명에 의한 미세고형물 분리장치로 폐수를 처리하였을 때의 수처리 전과 수처리 후의 수질을 비교한 것으로서, 본 발명의 수처리 효과가 우수함을 알 수 있다.

수처리 전과 수처리 후의 수질 비교

조사항목	수처리 전(㎎/ℓ)	수처리 후(㎎/ℓ)
BODCODT-NT-PSS	18,00020,7675,7404,60043,000	6,0009,3201,2007007,680

본 발명인 폐수의 오염물질 저감용 미세고형물 분리장치는 고농도 유기성 폐기액에서 고농도 유기물 뿐 아니라 미세고형물까지 분리해 낼 수 있기 때문에 수처리시스템으로 연계시 수처리의 효율을 높일 수 있어 수질오염을 줄이는데 크게 기여할 수 있으며, 배출된 침전물의 수분함량이 60% 이하 수준이어서 수분조절재 투여 없이 퇴비화하여 양질의 유기질 비료로 이용할 수 있다.

그리고, 값비싼 삼투막을 이용하지 않고 산업폐기물인 발포스티로폴을 역삼투막 형성층으로 재이용하므로 경비를 절감하고 환경오염을 방지하는 효과가 있으며, 삼투막의 막힘 현상이 없으므로 한 번 설치로 반영구적인 이용이 가능하다.

또한, 축산농가마다 설치되어 있는 3단 간이 저장조에 본 발명에 의한 분리장치를 쉽게 적용하여 재활용할 수 있는데, 부수적인 비용만으로도 설치가 가능하며, 5000ppm 이하로 설계된 종합처리장의 전처리 과정에도 본 발명에 의한 분리장치를 설치할 수 있으므로 과부하로 인하여 가동이 불가능하게 된 처리장 시설을 활성화할 수 있다.

Claims

각 하부가 원뿔 또는 다각뿔 형태인 폭기조(30)와 침전조(40)가 연결도관들에 의해 연결구성되는 폐수의 미세고형물 분리장치에 있어서,

상기 폭기조(30)의 일측 상단에 설치되어 분뇨슬러지 공급조절부(31)의 조절에 따라 슬러지를 공급하는 분뇨슬러지 공급도관(32)과;

상기 폭기조(30)의 수저부에 위치한 공기공급로(33)와 연결 설치되는 공기공급조절부(34)와;

상기 폭기조(30)의 하부에서 폐수면위로 설치되며 고형물 배출구(36)를 구비한 스크류형 오가(35)와;

상기 스크류형 오가(35)의 말단에 설치되어 슬러지 역류를 차단하는 초저속 감속장치(37)와;

상기 폭기조(30)에서 폭기과정을 거친 부유 액상이 침전조(40)로 유입되도록 폭기조(30) 상부에서 침전조(40) 하부에 걸쳐 설치되는 유입도관(41)과;

상기 침전조(40)의 상부에 띄워 설치되는 역삼투막 형성부(42)와;

상기 침전조(40) 하부에 동력반송부(44)와 연결설치되어 침전조(40)의 침전물을 폭기조(30)로 환원시키는 반송도관(43)과;

상기 침전조(40)의 일측 상단에 설치되어 역삼투막 형성부(42)를 통과한 부유액상을 이송동력부(46)에 의해 수처리시스템(50)으로 유도하는 수처리시스템 연계도관(45)으로 구성되는, 폐수오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 스크류형 오가(35)는 스크류 콘베어 또는 오거 스프링에 고무 또는 비닐호스를 끼워 구성되는 것을 특징으로 하는, 폐수오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스크류형 오가(35)의 설치각도는 30° 이내이고 분당 오가 회전은 0.4∼0.8회전 이내인 것을 특징으로 하는, 폐수오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치.
제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 스크류형 오가(35)는 폐수면보다 2∼4m 높게 설치함으로써 중력에 의한 수분제거로 유도 배출되는 축분고형물의 수분함량을 자체발효수준까지 낮출 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 폐수오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치.
제1항에 있어서, 상기 역삼투막 형성부(42)는 물보다 비중이 가벼운 기공발효매질(421)과 부식되지 않는 망(422)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 폐수오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치.
제5항에 있어서, 상기 기공발효매질(421)은 구멍의 직경이 5∼25㎜이며 하층부로 내려갈수록 구멍이 작아지는 것을 특징으로 하는, 폐수오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 기공발효매질(421)은 발포스티로폴, 합성수지 발포재, 무기질 발포재 및 천연 경량재로 구성된 그룹 중 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는, 폐수오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치.
제6항에 있어서, 상기 망(422)은 1㎠의 크기의 구멍이 있는 스텐망인 것을 특징으로 하는, 폐수오염물질 저감용 미세 고형물 분리장치.