KR20020064610A

KR20020064610A - 축산폐수의 처리방법 및 장치

Info

Publication number: KR20020064610A
Application number: KR1020010005200A
Authority: KR
Inventors: 엄태경
Original assignee: 주식회사 범한엔지니어링
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-08-09
Also published as: KR100397168B1

Abstract

본발명은 처리하고자 하는 축산폐수를 협잡물을 제거한후 조정조에 유입시키되 조정조를 고농도 축산폐수 조정조와 저농도 축산폐수 조정조로 구분하고 각각 폐수의 수질을 균등화 시키는 단계; 상기 수질이 조정된 폐수를 고농도폐수를 고액분리하여 저농도 축산폐수 조정조에 주입혼합하고 혼합된 저농도축산폐수를 다시 고액분리하여 유기물 부하를 경감시키는 단계; 상기 유기물 부하가 경감된 축산폐수를 C/N비조정조에 주입하고 탈질에 적합한 C/N비가 되도록 조절하는 단계; 상기 C/N비조정조의 축산폐수를 제1미생물 반응조에 주입하고 1일중의 운전을 혐기,호기운전으로 구분하고 처리과정에서 변화하는 PH를 적정한 범위내로 유지하면서 유기물 분해와 질산화,탈질화 반응을 거쳐 축산폐수중의 유기물 및 질소를 제거하는 단계; 상기 제1미생물 반응조에서 처리된 축산폐수를 고액분리 및 색도,인제거에 적합하게 중화 및 응집을 하는 단계;상기축산폐수를 고액분리하여 축산폐수를 정화 및 색도,인을 제거하고 슬러지의 일부는 상기 제1생물 반응조로 반송하고 분리된 처리수는 처리수저장조 로 이송하는 단계를 포함하는 축산폐수처리방법과 장치를 제공한다.

Description

축산폐수의 처리방법 및 장치{ Apparatus and Method For Animal Waste water Treatment }

본 발명은 축산폐수를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것으로서 축산폐수는 유기물 및 질소등의 오염물질의 농도가 매우 높고 축산폐수의 수질이 매일매일 변동이 심하고 계절적으로도 수질변동이 심하여 처리하기가 매우 어려웠다.

특히 축산폐수중에 다량 포함된 질소성분은 그 존재 형태가 계절이나 기온,그리고 축산폐수가 체류된 시간 등에 따라서 암모니아성질소 로 존재하거나 유기질소형태로 존재하게 되는데 각각 단일형태로 존재하는 경우는 거의 없고 항상 암모니아 와 유기질소가 공존하는 형태로 존재하게 되는데그 존재 비율이 수시로 변하여 안정적으로 처리하기가 매우 어려웠다.

축산폐수내의 질소는 유기질소와 무기질소의 형태로 존재하고 이들을 합하여 총질소(T-N)이라 하며 무기질소는 다시 암모니아성 질소와 질산성질소 로 구분되고 유기질소와 암모니아성 질소를 합하여 TKN이라 한다.

그런데 수거되는 축산폐수중에는 질산성질소는 거의 없고 유기질소와 암모니아성 질소가 전부를 차지하고 있어 수거상태 및 생물학적처리이전의 축산폐수의 T-N의 값과 TKN의 값은 같다고 할수 있다. 따라서 이하 생물학적 처리이전 공정에서의 TKN의 값은 그냥 T-N의 값을 사용하고 표시도 T-N으로 하기로 한다.

종래에는 축산폐수를 축산폐수중의 협잡물등만 제거하고 원폐수 상태로 미생물처리조에 이송하여 생물학적으로 처리하거나 축산폐수중의 협잡물을 제거한후 다시 원심분리기에서 원심분리하여 유기물 및 질소성분을 상당량 제거하여 오염부하를 경감 시킨다음에 미생물 처리조에서 처리하였다.

미생물 처리조에서는 미생물의 대사 활동을 이용하여 축산폐수중의 유기물과 질소등을 제거하게 되는데 일반적으로 미생물 처리조를 일정시간 동안씩 호기성과 혐기성운전기간으로 구분하여 운전하여 호기성운전기간에는 유기물의 분해와 질산화가 진행되고 혐기성운전기간중에는 탈질소 및 유기물 분해가 진행되어 축산폐수중의 질소성분은 N₂가스가 되에 대기중으로 환원되어 제거되고 이에 따른 유기물의 일부가 분해된다.

그런데 원폐수상태로 미생물 처리조에 이송하여 처리하는경우에는 축산폐수수질이 슬러리 돈사의 경우 BOD 30,000∼35,000mg/ℓ이고 총질소(T-N)는 5,000∼6,000mg/ℓ,알카리도는 평균 10,000mg/ℓ정도, C/N비는 6정도로 질산화 및 탈질에 필요한 C/N비 보다 높아서 질산화 및 탈질은 가능하나 유기물 부하 및 질소 부하가 높아서 처리에 적정한 농도의 유지를 위해서는 미생물 처리조의 규모가 커지게 되어 많은 시설비가 소요되고 부지면적도 넓어야 한다.

또한 질소농도가 높은데 비하여 알카리도는 상대적으로 낮아서 질산화시에 다량의 알카리도가 소비되면 (암모니아 농도의 7.14배) 미생물 처리조의 pH가 낮아지게 되고 이를 중화하기 위하여 다량의 알카리제가 필요하였다.

탈질이 완전하게 일어날경우는 소비된 pH의 1/2이 회복되지만 이경우에도 소비되는 알카리도는 약 17,800∼21,420mg/ℓ으로 축산폐수가 가지고 있는 알카리도는 10,000mg/ℓ 정도이므로 알카리도가 많이 부족함을 알 수 있고 이에 상당한 다량의 가성소다등 알카리제를 사용하여 pH를 질산화에 적합한 수준인 7.0이상으로 유지하여야 한다.

또한 축산폐수를 생물학적으로 처리하는 경우 운전결과에 의하면 SRT(슬러지 체류시간)는 40∼60일이 필요하고 미생물처리조의 완전혼합이나 포기등을 고려할 때 MLSS농도는 30,000mg/ℓ이상으로 유지하기 가 어려우므로 미생물 처리조의 수리학적 체류시간은 40∼60일이 필요하여 원심분리기로 전처리한 공정에서의 미생물 처리조의 수리학적 체류시간 인 10∼15일에 비하여 매우 큰 것을 알수 있고 그만큼 시설소요면적이 증가하게 된다.

또한 농후 혼합액의 포기 및 완전혼합에도 MLSS가 10,000∼15,000mg/ℓ인 전처리한 미생물 처리공정에 비하여 처리조 단위 용적당 약 2배정도의 공기와 교반력이 필요하기 때문에 동력도 많이 소비된다.

따라서 원폐수를 협잡물만을 제거한후 직접 미생물 처리조에 이송하여 처리하는 경우는 미생물조의 크기가 커서 넓은 부지면적 및 건설비가 필요하고 미생물 처리조를 호기성으로 유지하기 위한 포기에 많은 동력이 필요하며 알카리제가 다량 필요하여 건설비가 비싸고 운영비용도 높게 되었다.

축산폐수중의 협잡물을 제거한후 원심분리기에서 유기물 및 질소성분을 제거하고 이 축산폐수를 미생물 처리조에 이송하여 처리하는 경우는 상당량의 유기물 및 질소성분의 제거로 인하여 미생물 처리조의 크기가 작아져서 부지 및 건설비는 적게 필요하나 원심분리후의 축산폐수의 수질이 C/N비가 낮아져서 처리가 잘 않되었다.

왜냐하면 유기질소와 BOD는 응집제로 응집한후 원심분리기등 기계적인 방법으로 약 70%정도까지 제거가 가능하지만 암모니아성 질소는 일반적인 응집방법으로는 제거가 않되기 때문에 원심분리기를 사용하여 오염부하를 일차적으로 줄이는 처리공정에서는 전처리한 축산폐수중의 질소농도가 일정하지 않고 수시로변하며 특히 하절기에는 암모니아성 질소가 전체 질소성분의 약 70%정도를 차지하여 응집제를 사용하여도 질소제거율이 매우 낮게 되고 결과로 전처리한후의 축산폐수중의 질소농도가 매우 높고 상대적으로 BOD는 낮아서 C/N비가 매우 낮아져서 질산화 후의 탈질이 잘 않일어나게되어 질소제거효과 가 나쁘고 질산화시에 다량의 알카리제가 소비되어 pH가 낮아지므로 역시 이를 중화하기위하여 어느정도의 알카리제 의 주입이 필요하였다.

운전결과의 예를 들면 하절기 암모니아성질소 농도가 높을 때 유입 BOD 20,000mg/ℓ,T-N 4,000mg/ℓ인 축산폐수를 원심분리기에서 응집후 분리처리한 폐수의 수질은 BOD 5,500 mg/ℓ,T-N 3,160 mg/ℓ,알카리도 8,000 mg/ℓ정도로서 C/N비는 1.74로 매우 낮아 그대로는 탈질이 잘않되어 탄소원을 외부에서 공급하여야 함을 알 수 있다.

또 질산화시 소비되는 알카리도는 질산화시 T-N의 90%가 암모니아로 전환된다고 가정하면 7.14×3,160×0.9=20,306 mg/ℓ이고 탈질이 미미하므로 알카리도는 약 10,000mg/ℓ이상 부족하며 외부 탄소원 공급으로 탈질이 완전하다고 하여도 10,153mg/ℓ의 알카리도가 필요하여 약 2,000mg/ℓ의 알카리도가 부족함을 알수 있고 이에 상당하는 알카리제의 주입이 필요하다.

또한 미생물 처리조에 서의 질산화 및 탈질과정에서의 pH의 변화를 관찰하면 탈질의 시작(혐기성운전 및 폐수공급) 과 함께 pH가 서서히 상승하여 탈질종료시에는 약 9.0정도까지 이르고 탈질이 종료되고 질산화가 시작(포기시작,호기성운전)되면서 pH는 서서히 감소하다가 어느시점에서 급격히 감소하고 다시 서서히 감소하여 6.0이하 까지 저하 한다.

그런데 질산화 속도는 pH가 7.0이하에서는 매우 느리게 되므로 적정한 질산화 속도를 유지하기 위하여는 이때 미생물 처리조에 알카리제를 주입하여 pH를 7.0이상으로 유지하여야 함을 알 수 있다.

그런데 종래의 축산폐수처리시설에는 알카리제 주입장치가 없거나 있는 경우에도 미생물 처리조의 전단계인 원심분리기 의 응집공정이나 가압부상조의 응집공정에 주입하도록 되어있어 미생물처리조에 폐수를 공급하는시간이 탈질공정의 초기이기 때문에 여기에 알카리제를 주입하여 pH가 높아진 폐수를 공급하면 탈질과정에서 pH가 너무 높게 되어 미생물 처리에 장애가 되기도 하였다.

또한 외부탄소원으로서 메타놀을 미생물 처리조에 직접 주입하지 않고 전단계인 전처리폐수 저류조에 넣는 경우가 많은데 이경우도 전처리 저류조를 호기성으로 유지 하므로서 이때 미생물 증식에 의한 유기물의 분해와 함께 주입한 메타놀도 분해되어 메타놀이 낭비되었다.

또한 미생물 처리조에서 생물학적인 처리가 완료된 상등수를 고액분리 할 때 중력식 침전지 사용시는 상등수의 농도가 높아서 효과적인 고액분리가 어려웠고 분리후 처리수의 수질도 나쁘게 되었다.

고액분리에 가압부상조를 사용한 경우는 장치설계 및 제작의 미숙으로 인하여 효과적으로 사용하지 못하는 경우가 있었고 제대로 사용하는 경우에도 공기용해를 위한 가압설비와 높은 압력(50×75m 수두)의 순환펌프의 사용 및 다량의 순환수를 필요로 하고 처리량의 약 2시간 용량의 부상조가 필요하여 장치도 커지고 소요동력이 커서 동력비가 많이 들고 또한 가압부상장치를 운전하기 위한 부속설비가 복잡하여 운전이 비교적 어려운 편이었다.

미생물 처리조에서 처리완료된 상등수는 유기물 및 질소성분은 대부분 제거되었지만 매우 높은 색도를 가지고 있어 이 처리수를 하수에 연계처리하는 경우 하수에 대한 축산폐수의 비율이 1%이상일 때는 하수의 방류수에 상당량의 색도가 포함되어 시각적으로 불쾌하고 하류주민들의 민원이 발생하기도 하였다.

본발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고농도의 유기물과 질소성분을 포함한 축산폐수를 조정조에서 수질을 균등화한후 고액분리장치를 거쳐 축산폐수의 오염부하를 줄여 작은 면적의 처리시설에서 효과적으로 처리하고 외부탄소원을 사용하지 않고도 고액분리된 축산폐수의 C/N비를 탈질에 필요한 수준이상으로 유지할수 있도록 처리공정을 구성하고 미생물 처리조에는 혐기운전 및 호기운전을 할 수 있는 장치와 처리과정중에 발생하는 pH의 저하를 방지하여 처리과정중에 적정한 pH를 유지할수 있게 하여 질산화 및 탈질을 효과적으로 할수있게 하고 고액분리장치에서 상등수 중의 고액분리 및 색도제거와 인제거를 효과적으로 할 수 있는 처리방법 및 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본발명의 폐수처리방법의 구성도.

도 2는 본발명의 일실시예에 의한 질소제거효과를 표시한 그래프.

도 3은 본발명의 일실시예에 의한 인제거효과를 표시한 그래프.

도 4는 본발명의 일실시예에 의한 BOD제거효과를 표시한그래프.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1. 투입구

2. 협잡물제거장치

3. 고농도축산폐수 조정조

4. 저농도축산폐수 조정조

5. 고액분리장치 1

6. 고액분리장치 2

7. 미세고형물 제거장치

8. C/N비조정조

9. 제1미생물 반응조

10. 중화 및 응집장치

11. 고액분리 및 색도,인제거 장치

12. 반송슬러지

13. 처리수 저장조

14. pH조정장치

15. 탈수장치

16. 연계처리장치

17. 혐기성 생물 여과장치

18. 호기성 생물 여과장치

19. 내부순환수

20. 메타놀 주입장치

21. 분리슬러지

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

처리하고자 하는 축산폐수를 고농도축산폐수와 저농도축산폐수로 구분하여 각각의 조정조에 유입하여 수질을 균등화하고 각각 고액분리하여 미생물 처리에 적합한 농도로 조정하는 단계;

상기 농도가 조정된 축산폐수가 생물학적 탈질에 필요한 C/N비가 되도록 조정하는 단계;

제1미생물 반응조를 적정한 F/M비가 되도록 혼합액 농도를 조절하고 혐기성과정에서 상기 C/N비가 조정된 축산폐수를 공급하여 탈질을 하여 질소 및 일부 유기물을 제거하고 호기성과정에서 질산화 및 유기물 제거를 행하고 처리과정에서 항상 적절한 pH가 유지되도록 조정하는 단계;

상기 제1미생물 반응조에서 처리된 축산폐수를 중화 응집하고 고액분리하여 축산폐수중의 고형물과 색도 및 인을 제거하고 제거된 슬러지의 일부는 제1미생물 반응조에 반송시키고 처리수는 하수처리장과 같은 연계처리시설이나 별도의 제2단계미생물 반응조로 이송하는 단계를 포함하는 축산폐수의 처리방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 고농도 및 저농도 축산폐수조정조는 약 7∼10일정도의 용량을 가지게 하여 일별로 심하게 변동하는 축산폐수의 유기물 및 질소농도의 변화를 작게 하는 것이 바람직하고 고액분리단계에서는 축산폐수중의 알카리도의 손실이 작도록하고 분리슬러지를 퇴비원료로 사용할수 있게 하기위하여는 유기고분자응집제를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 C/N비 조정조 에서는 BOD/T-N비가 약 3이상이 되도록 유지하고 BOD 7,500∼10,000mg/ℓ,T-N 2,500mg/ℓ정도로 조정하는 것이 바람직하다.

상기 제1미생물 반응조의 혼합액 농도는 10,000∼20,000mg/ℓ,F/M비는 0.03∼0.04 사이로 유지하는 것이 바람직하고 pH는 7.0∼9.0 범위 로 조정유지하는 것이 바람직하다.

상기 pH조정제로는 탄산수소나트륨과 탄산나트륨 및 가성소다를 포함하며 pH가 7.0이하(질산화 중후반기)로 떨어지는 기간에만 투입하는 것이 바람직하다.

상기 응집,고액분리,색도제거,인제거 단계에서는 응집제로 염화제2철(FeCl₃,38% 용액)과 양이온성 유기고분자를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

처리하고자 하는 축산폐수를 고농도 축산폐수와 저농도축산폐수로 분리 수거하여 각각 저장하며 수질을 균등히 하는 고농도축산폐수 조정조 와 저농도축산폐수조정조;

상기 각각의 조정조내의 유기물 및 질소제거를 위하여 축산폐수에 응집제를 공급하는 장치를 포함하는 고액분리장치;

상기 고액분리장치에서 배출된 처리수를 저장하고 고농도축산폐수의 일부를 주입하여 생물학적 탈질에 적합한 C/N비가 되도록 조정하는 C/N비조정조 및 장치;

상기 C/N비조정조에서 배출된 축산폐수를 생물학적으로 처리하고 혐기성운전과 호기성운전으로 질산화 및 탈질을 하여 유기물 및 질소를 제거하는 부유식 성장식 제1미생물 반응조;

상기 제1미생물 반응조의 pH를 미생물의 성장에 적합한 범위로 pH를 유지하기 위하여 pH 측정하고 pH조정제를 공급하는장치;

상기 제1미생물 반응조의 혐기 및 호기운전을 위한 포기장치 및 교반장치 와 혐기 호기 운전상태를 감시할수 있는 DO(용존산소)농도 측정장치;

상기 제1미생물 반응조의처리수를 고액분리,색도제거,인제거에 적합한 상태로 응집하기 위한 염화제2철과 고분자 응집제를 공급하는 응집제 공급장치와 제1미생물 반응조의처리수를 슬러지와 처리수로 분리하기위한 고액분리장치 및 제1미생물 반응조의 혼합액의 농도를 적합하게 조절하기 위한 반송슬러지를 이송하는 장치; 및

상기처리수를 연계처리시설이나 제2단계 생물학적 처리시설로 배출시키는 중화장치를 구비한 처리수저장조를 포함하는 축산폐수 처리장치를 제공한다.

이하 본발명에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 일실시예에 의한 축산폐수처리방법을 설명하기 위한 처리공정도이고 이하 실시예를 상세히 설명하고자하나 하기 실시예는 수많은 변형이 가능하고 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.

축산농가에서 수거되는 축산폐수는 일반적으로 BOD 20,000mg/ℓ이하의 저농도 폐수와 BOD 20,000mg/ℓ을 초과하는 고농도 폐수로 분류할수 있는데 현재에는 저농도 축산폐수를 처리하고 있는 곳이 대부분이고 고농도축산폐수는 해양투기에 의한 처리를 하고 있는 곳이 많다.

그리고 수거되는 축산폐수는 수거하는 날 및 계절에 따라 수질이 30∼40%씩 크게 차이가 나서 수질의 변동이 매우 심하여 그대로는 생물학적으로 처리하기 가 매우 곤란하다.

본 발명자가 운전중인 H군 축산폐수처리시설의 경우 축산농가에서 해양투기하는 고농도 축산폐수의 농도는 평균적으로 BOD 55,000∼65,000mg/ℓ, SS 50,000∼60,000mg/ℓ, T-N 6,000∼7,000mg/ℓ,T-P1,000∼2,000 mg/ℓ정도이고 처리장에 유입되는 저농도 축산폐수의 수질은 평균적으로 BOD 15,000∼22,500mg/ℓ, SS15,000∼20,000mg/ℓ, T-N 2,800∼4,200mg/ℓ,T-P400∼700 mg/ℓ정도이다.

수거된 축산폐수(1)중에는 동물의 털 등 이물질이 다량 포함되어 있어 그대로는 처리가 곤란하기 때문에 협잡물 제거장치(2)에서 우선 고형성분인 협잡물을 제거하고 고농도폐수는 고농도 축산폐수 조정조(3)에 유입시키고 저농도폐수는 저농도 축산폐수 조정조(4)에 유입시켜 약 7∼10일 저류시키면 일별로 약 30∼40%정도씩 편차가 크게나는 축산폐수 수질이 균질화 되어 처리하기가 용이해진다.

고농도축산폐수 조정조(3)의 고농도축산폐수는 축산폐수에 적합한 양이온성 유기고분자를 약 400∼800mg/ℓ 의 비율로 주입하여 응집한후 고액분리장치(5)에서 분리시키면 축산폐수중의 유기물 은 약 70∼80%, 질소성분은 상태에따라 30∼70% 정도가 제거된 상태에서 저농도 축산폐수 조정조(4)로 이송되어 저농도축산폐수와 혼합되고 저농도축산폐수 조정조(4)의 혼합폐수는 고액분리장치(6)에서 위와 같은 방법 및 농도로 응집후 고액분리하면 분리후의 처리수 수질은 BOD4,500∼7,000mg/ℓ,T-N 2,000∼3,200mg/ℓ,T-P 100∼200mg/ℓ,SS2,500∼3,800mg/ℓ정도를 유지한다.

고액분리후의 T-N값이 비교적 높고 변동폭이 큰 것은 축산폐수중의 암모니아성 질소가 고액분리과정에서 제거되지않기 때문이다.

고액분리장치(5),(6)은 분리과정에서 희석수나 기타 용수로 인하여 폐수의 양이 증가하지 않는기종을 사용하는 것이 바람직한데 이목적에는 원심분리기 나 공기부상분리조 가 적합하며 벨트농축기의 경우는 고압공기세척방법을 사용한 것이 사용될수 있는데 어느경우에나 처리수질은 거의 비슷하다.

상기 처리수는 C/N비 조정조(8)로 유입되는데 처리수 자체로는 C/N비가 낮아 후속처리공정인 제1미생물 반응조(9)에서 탈질이 잘 않일어나서 질소제거가 불충분하게 된다. 왜냐하면 생물학적 탈질의 경우 질산화된 질산성질소량의 약 3배의 유기탄소를 필요로 하고 질산화된 질산성질소의 양은 질산화가 완전하다고 하면 수거된 축산폐수의 TKN(=T-N) 값과 같기 때문이다.

그런데 상술한바와 같이 고농도 축산폐수조정조(3)에 저장된 축산폐수의 농도는 평균적으로 BOD 55,000∼65,000mg/ℓ, SS 50,000∼60,000mg/ℓ, T-N 6,000∼7,000mg/ℓ,T-P1,000∼2,000 mg/ℓ정도이므로 BOD/T-N비가 약 8이상으로 높아서 이폐수의 일부를 직접 C/N비 조정조(8)에 유입시켜서 고액분리된 처리수와 혼합하면 높은 C/N비를 가진 폐수를 용이하게 만들 수 있다.

지금 C/N비=BOD/T-N비 라고 가정하고 고농도축산폐수량을 X,고액분리된 축산폐수량을 Y라 하고 고농도축산폐수의 농도를 BOD 55,000mg/ℓ,T-N 6,500mg/ℓ,SS50,000mg/ℓ이고 응집후 고액분리된 축산폐수의 농도를 BOD 5,750mg/ℓ,T-N 2,600mg/ℓ,SS3,000mg/ℓ이라고 가정하고 필요한 최저BOD/T-N비를 3 , 하루 폐수처리량을 100㎥/일 이라고 가정하면 다음의 관계가 성립한다.

X + Y = 100 ㎥

(55,000X + 5,750Y)/(6,500X + 2,600Y) = 3

그런데 Y = 100 - X 이므로 위식을 정리하여 계산하면 다음과 같은 결과를 얻을수 있다.

X = 5.5, Y= 100 - 5.5 = 94.5 ㎥

조정된 후의 수질은 다음과 같다.

BOD 8,458mg/ℓ, SS 5,585mg/ℓ, T-N 2,814mg/ℓ, C/N비 3.0

위와같이 BOD/T-N비(=C/N비)를 3으로 조정한 폐수를 상기의 처리장치에서 처리한후의 처리수 수질은 하기에 설명하는 도2∼도4와 같이 매우 양호하였으며 질소제거 효과도 매우 좋았다.

위와 같은 방법으로 저농도축산폐수와 고농도 축산폐수만 있으면 탈질에 필요한 C/N비(3∼5)를 간단히 조절할수 있으므로 외부에서 메타놀같은 값이 비싼 유기탄소원을 공급하지 않고도 생물학적 탈질을 효과적이고 경제적으로 할 수 있다.

고농도축산폐수 조정조(3)의 고농도축산폐수에는 아직도 동물의 털등이 상당량 포함되어있어 이것을 그대로 C/N비조정조에 유입시키면 기계장치등의 막힘이나 고장의 원인이 될수 있으므로 포함된 털등을 미리 미세고형물 제거장치(7)에서 제거하는 것이 바람직하고 미세고형물 제거장치(7)는 연속 회전식 미세망 스크린에 고압공기로 망에 걸린 이물질을 불어서 제거하는 공기세척식 회전망스크린을 사용하면 폐수의 양을 증가시키지 않기 때문에 가장 바람직하다.

C/N비조정조에서는 유입된 축산폐수중의 유기물이 분해되면 C/N비가 낮아지므로 혐기성으로 유지하는 것이 필요하며 이를 위하여 적합한 기계식 교반기가 구비되는 것이 바람직하고 산기식 포기장치가 있을때는 유기물분해가 일어나지않도록 간헐포기를 하는 것이 바람직하다..

C/N비조정조에서 C/N비가 적절한 값으로 조정된 축산폐수는 제1미생물 반응조(9)에 유입시켜서 미생물을 증식기키면서 축산폐수 수질에 적합한 MLSS농도 가되도록 조절하고 이를 위하여 고액분리 및 색도,인제거장치(11)에서 발생한 슬러지의 일부를 반송슬러지(12)로서 제1미생물 반응조(9)로 반송한다.

실제 시설에서의 운전결과의 예에 따르면 ;

제1미생물 반응조(9)는 10∼15일의 수리학적 체류시간을 가지고 있고 축산폐수의 특성상 혐기운전과 호기운전으로 구분하여 1일에 1회씩 반복하는 배치식으로 운전하였고 MLSS농도는 12,000∼16,000 mg/ℓ,F/M비는 0.03∼0.04정도로 운전하였을 때 유기물 및 질소제거가 양호하였다.

혐기성 운전시에는 제1미생물 반응조(9)내의 포기장치의 운전을 중단하고 기계식 교반기를 운전하여 혼합을 일으키고 제1미생물 반응조(9)내를 혐기상태(=무산소상태)로 유지하면서 C/N비조정조(8)에 저장된 축산폐수를 단시간내에 공급하고 약 4∼6시간 운전하면 축산폐수내의 질산성 질소는 탈질 미생물의 작용에 의하여 질소(N₂)가스로 전환되어 대기중으로 방출되어 축산폐수로부터 질소가 제거되며 이때 일부 유기물 도 분해되어 동시에 제거된다.

탈질이 진행되면서 제1미생물반응조(9)내의 pH는 서서히 상승하는데 정상적인 운전일 경우 탈질시작전보다 약 1.5∼2.0의 pH상승이 일어나는데 탈질시작전 즉 질산화 과정에서 pH를 7.0 정도로 유지하고 있으므로 탈질직후의 최대 pH는 8.5∼9.0정도가 되었으며 이 정도의 pH는 현실적으로 탈질에 심각한 영향을 주지는 않는 것으로 나타났다.

만일 pH가 9.0을 초과하면 염산등을 주입하여 pH를 9.0이하로 유지하는 것이필요하다.

탈질과정이 완료되면 제1미생물 반응조(9)내의 포기장치에 공기를 공급하여 DO 2.0 mg/ℓ이상인 호기성상태로 운전하며 운전시간은 약 18시간이다.

호기성 상태에서는 유기물 분해가 일어나고 동시에 폐수중에 원래 존재하던 암모니아성 질소 와 유기물 분해과정에서 발생한 암모니아성 질소가 질산화 된다.

암모니아성 질소가 질산화 되면 암모니아성 질소량의 약 7.14배의 알카리도가 소비되므로 제1미생물 반응조(9)내의 pH는 시간의 경과와 함께 감소하는데 pH가 7.0이하에서는 질산화 속도가 현저히 느려지기 때문에 적절한 질산화속도의 유지를 위해서는 제1생물반응조(9)내에 설치한 pH측정기로부터 계속해서 pH변화를 감시하다가 pH가 7.0이하로 떨어질때부터 pH조정장치(14)로부터 탄산수소나트륨(Na₂HCO₃)이나 가성소다(NaOH)또는 탄산나트륨(Na₂CO₃)등의 알카리제를 적량 주입하여 pH를 7.0정도로 유지하여야 하며 pH완충성능을 고려하면 탄산수소나트륨(Na₂HCO₃)을 사용하는 것이 더 바람직하다.

제1생물반응조(9)에 사용하는 포기장치는 미세산기관을 사용한 전면포기식 포기장치를 사용하고 있는데 이 경우 산기관의 고장이나 파손시 즉시 그 유니트를 조밖으로 끌어내어 용이하게 보수할수 있는 산기장치[본발명자의 고안, 포기조의 산기장치[출원번호1-1-01-5015532-84),산기배관의역류방지장치(출원번호1-1-01-5015533-29)]를 사용하는 것이 바람직하다.

제1미생물 반응조(9)에서 처리가 완료된 즉 탈질 및 질산화가 완료된 축산폐수는 다음의 처리공정인 중화 및 응집장치(10)으로 보내지는데 여기에는 일시저류를 위한 저류조가 포함된다..

응집조에 응집제로서 먼저 염화제2철을 주입하여 축산폐수와 혼합하고 다음에 양이온성 유기고분자응집제(포리머)를 주입한후 약 30∼60초정도 완속으로 교반하면 폐수중의 고형물과 색도성분 그리고 인성분이 응집된다.

반응식 1

FeCl₃.6H₂O + H₂PO₄+ 2HCO₃→ FePO₄(침전물)+ 3Cl^-+ 2CO₂+ 8H₂O

실제로 필요한 염화제2철의 양은 위 반응식에 필요한 염화제2철보다 훨씬많은데 그이유는 염화제2철이 알카리도와 반응하여 Fe(OH)₂를 형성하는데 소비되기때문이며 인제거는 pH 5.0∼7.0 부근에서 양호하게 일어났으며 색도제거 및 고형물 분리도 이 부근에서 양호하게 이루어졌다.

이 응집된 축산폐수를 고액분리 및 색도,인제거장치(11)로 보내서 슬러지와 처리수 로 분리한다.

이 처리수중에는 고형물과 색도 그리고 인성분이 거의 전부 제거되어 매우 깨끗하게 정화된 처리수를 얻을수 있었다.

도2는 실제처리장에서 상기의 저농도폐수를 사용하여 상기의 제1미생물 반응조의 조건에서 정상적으로 운전되고있는 최근의 일정 기간 동안의 유입폐수와 처리폐수의 질소성분변화예를 표시한 것이고 도3은 인성분의 변화예, 도4는 BOD변화예를 표시한 것이다.

도2에서 나타난바와 같이 질소제거효율은 C/N비가 3.0에 가까운 시점에서 부터는 질소제거효율이 95%이상으로 안정되게 유지되고 있음을 알수 있다.

인은 응집반응에 의한 제거이기 때문에 생물학적 처리결과에 거의 영향이 없이 처리수내의 인성분은 항상 2.0mg/ℓ이하로 유지되어 99.7∼99.8%의 높은 제거율을 보이고 있다.

BOD제거율은 안정적으로 98%이상을 나타내고 있다.

색도는 현장에서 매일측정이 불가능하여 시료를 공인 시험기관에 의뢰하여 검사한 결과 제1미생물 반응조에서 처리된 상등수의 색도는 17,800 이었고 응집후 고액분리된 처리수의 색도는 301로 98.3%의 제거율을 나타내고 있었다.

고액분리 및 색도,인제거장치(11)로는 경제적인 면과 운전의 용이성에서 벨트농축기 가 가장적합한데 분리된 처리수를 하수에 연계처리하는경우는 일반적으로 사용하는 압력수세척식의 벨트농축기(실시예)로 충분한 효과를 얻을수 있고 처리수를 2차적인 생물학적 처리시설에서 다시처리하는경우는 처리수의 양을 늘리지않는 것이 중요하므로 고압공기세척식 벨트농축기나 공기부상농축장치 또는 원심분리기를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서 농축된 슬러지의 일부는 제1생물반응조(9)의 MLSS조절 및 유지를 위하여 반송슬러지(12)로서 제1생물반응조(9)로 보내지고 나머지는 탈수장치(15)에서 탈수처리하거나 연계시설의 탈수장치에서 탈수처리한다.

처리수는 처리수 저장조(13)에 일시 저장되며 후속처리공정의 필요에 따라 적절한 pH로 조절될수 있으며 다음의 처리시설로 이송된다.

처리수의 최종처리는 일반적으로 하수처리장에 연계처리하는 경우가 대부분인데 이경우는 하수처리장에 이송하여 하수와 혼합하여 최종처리하여 방류한다.

처리수를 하수와 연계처리하지 않고 2차적으로 재처리하여 방류하는경우가 있는데 이경우는 처리수를 2단계처리시설로 이송한다.

그런데 처리수수질은 상기에 표시된 바와 같이 BOD에 비하여 질소성분이 상대적으로 높기 때문에 탈질에 적합한C/N비를 조절하기위하여 외부에서 메타놀등의 유기탄소원을 공급 한다.

처리수의 2단계처리는 처리수가 협잡물이 없는 고도로 정화된 물이므로 일반의 부유식 생물처리시설보다는 운전이 용이하고 미생물 농도가 높은 생물여과방식이 더욱 적합한데 생물여과장치는 미생물 농도가 높고 미생물 체류시간이 길어서 질산화 및 탈질에 매우 효과적이다.

생물 접촉여과재로서는 3∼5mm의 직경을 가진 모래나 안스라사이트 또는 합성수지제 볼 등이 사용될수 있으며 경제적이고 구득이 용이한 모래여재를 사용하는 것이 바림직하다.

그 구성예는 도1의 혐기성 생물여과 장치(17)과 호기성생물 여과장치(18)을 직렬로 배치하고 호기성 생물여과장치(18)의 처리수의 일부를 혐기성생물여과장치(17)로 내부순환(19)시키고 혐기성생물여과장치(17)에는 메타놀주입장치(20)에서 질산화된 질산성 질소량의 약2.5∼ 3배의 메타놀을 주입 하고 연속운전방식으로 운전한다.

또한 생물여과층의 막힘을 방지하기위하여 폐수는 생물여과장치의 하부로부터 상향류로 유입시키는 것이 바람직하고 적정한 생물량 유지와 막힘방지를 위하여 여과층을 주기적으로 공기세척 및 물세척을 실시한다.

처리과정에서 호기성생물여과장치(18)에는 별도의 pH조절장치는 필요 없는데 그 이유는 폐수중의 질소량이 적어서 pH저하가 미미하기 때문에 그 정도의 pH저하는 전단계의 처리수 저장조(13)의 pH 조절로 대응할수 할수 있기 때문이다.

본발명에서 C/N비 조정조의 C/N비를 조정하는 또 다른 실시예는 다음과 같다.

저농도축산폐수 조정조(4)의 폐수를 고액분리장치(6)에서 응집제을 사용하여 응집한후 분리한 수질은 위에서 설명한 바와같이 평균수질로서 BOD 5,750mg/ℓ,T-N 2,600mg/ℓ,SS3,000mg/ℓ정도를 유지한다면 C/N비는 2.2로서 최소로 필요로 하는 C/N비인 3에 미달된다.

그런데 저농도축산폐수조정조(4)의 축산폐수는 C/N비가 5∼6정도이므로 이 축산폐수의 일부를 상기 C/N비 조정방법에 준하여 C/N비 조정조에 유입시키고 고액분리장치(6)에서 분리한 폐수와 혼합하면 C/N비가 3이상 인 폐수를 조성할수 있다.

저농도축산폐수조정조(4)의 축산폐수를 C/N비 조정조(8)에 넣는 방법은 펌프등을 이용하여 직접이송하여 넣는 방법이있고 또다른 방법으로는 고액분리장치에 원심분리기를 사용하는 경우는 원심분리기에 응집제를 넣지않고 무약품상태에서 운전하면 분리액의 수질이 분리전의 수질과 유사하고 일부 협잡물만 제거되는 성질을 이용하여 응집제를 넣고 운전하는 시간과 응집제를 넣지않고 운전하는 시간의 비율을 적절히 조정하여 넣으므로서 C/N비조정조(8)내의 폐수의 C/N비를 3이상으로 조절할수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 응집에의한 고액분리,C/N비조정,제1미생물 반응조, 고액분리 및 색도,인제거 장치까지의 1단계처리만으로도 유입질소성분의 95%, 인성분의 99%이상,색도성분의 98%이상,BOD의 98%이상을 안정적으로 제거하고 있음을 알수있다.

본발명의 축산폐수처리방법에 의하면 축산폐수 중에 포함된 고농도의 유기물과 질소성분,인 및 처리과정에서 발생하는 색도를 효과적으로 또한 안정적으로 제거할수 있으며 처리방법은 널리사용되고있는 부유성장식 생물처리법을 기본으로 하고 있어 운전 및 유지관리가 용이하고 처리부지가 작아도 되며 탈질과정에 외부 탄소원을 사용하지 않아서 건설비 및 운전비용이 경제적이다.

Claims

축산폐수를 처리하는 방법에 있어서 처리하고자 하는 축산폐수를 고농도축산폐수와 저농도축산폐수로 구분하여 각각의 조정조에 유입하여 수질을 균등화하고 각각 고액분리하여 미생물 처리에 적합한 농도로 조정하는 단계;

상기 농도가 조정된 축산폐수가 생물학적 탈질에 필요한 C/N비가 되도록 조정 하는 단계;

제1미생물 반응조를 적정한 F/M비가 되도록 혼합액 농도를 조절하고 혐기성 과정에서 상기 C/N비가 조정된 축산폐수를 공급하여 탈질을 하여 질소 및 일부 유기물을 제거하고 호기성과정에서 질산화 및 유기물 제거를 행하고 처리과정에서 항상 적절한 pH가 유지되도록 조정하는 단계; 및

상기 제1미생물 반응조에서 처리된 축산폐수를 중화 응집하고 고액분리하여 축산폐수중의 고형물과 색도 및 인을 제거하고 제거된 슬러지의 일부는 제1미생물 반응조에 반송시키고 처리수는 하수처리장과 같은 연계처리시설이나 별도의 제2단계미생물 반응조로 이송하는 단계를 포함하는 축산폐수의 처리방법.
제1항에 있어서 제1미생물반응조의 pH조정제는 탄산수소나트륨과 염산을 포함하고 처리과정에 맞추어 제1미생물 반응조에 pH조정제를 직접 주입하는 것을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
제1항에 있어서 응집제를 사용하여 고액분리장치에서 분리한 폐수와 고농도폐수조정조의 고농도폐수의 일부를 적절한 비율로 C/N비 조정조에 넣고 혼합하여 C/N비를 3이상으로 조정하는 방법을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
제1항에 있어서 응집제를 사용하여 고액분리장치에서 분리한 폐수와 저농도폐수조정조의 저농도폐수의 일부를 적절한 비율로 C/N비 조정조에 넣고 혼합하여 C/N비를 3이상으로 조정하는 방법을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
제1항에 있어서 저농도축산폐수조정조의 폐수를 원심분리기에서 고액분리 처리하되 응집제를 넣고 운전하는 시간과 응집제를 넣지않고 운전하는 시간의 비율을 조정하여 C/N비 조정조에 넣고 혼합하여 C/N비를 3이상으로 조정하는 방법을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
제1항에 있어서 C/N비 조정조는 혐기성으로 유지하고 기계교반을 하거나 또는 산기식의 경우 유기물 분해가 일어나지 않도록 간헐포기하는 것을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
제1항에 있어서 제1미생물 반응조 의 pH는 7.0∼9.0으로유지하되 탈질 및 질산화 과정에 적합하게 유지하고 MLSS는 10,000∼20,000 mg/ℓ로 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서 고액분리 및 색도,인제거를 위하여 응집제로 염화제2철과 양이온성 유기고분자응집제를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서 고액분리 및 색도,인이 제거된 처리수를 혐기성생물 여과단계와 호기성 생물 여과단계를 거쳐서 다시 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
처리하고자 하는 축산폐수를 고농도 축산폐수와 저농도축산폐수로 분리 수거하여 각각 저장하며 수질을 균등히 하는 고농도축산폐수 조정조 와 저농도축 산폐수 조정조;

상기 각각의 조정조내의 유기물 및 질소제거를 위하여 축산폐수에 응집제를 공급하는 장치를 포함하는 고액분리장치;

상기 고액분리장치에서 배출된 처리수를 저장하고 고농도축산폐수의 일부를 주입하여 생물학적 탈질에 적합한 C/N비가 되도록 조정하는 C/N비조정조 및 장치;

상기 C/N비조정조에서 배출된 축산폐수를 생물학적으로 처리하고 혐기성운전과 호기성운전으로 질산화 및 탈질을 하여 유기물 및 질소를 제거하는 부유식 제1미생물 반응조;

상기 제1미생물 반응조의 pH를 미생물의 성장에 적합한 범위로 pH를 유지하기 위하여 pH 측정하고 pH조정제를 공급하는장치;

상기 제1미생물 반응조의 혐기 및 호기운전을 위한 포기장치 및 교반장치 와혐기 호기 운전상태를 감시할수 있는 DO(용존산소)농도 측정장치;

상기 제1미생물 반응조의처리수를 고액분리,색도제거,인제거에 적합한 상태로 응집하기 위한 염화제2철과 고분자 응집제를 공급하는 응집제 공급장치와 제1미생물 반응조의처리수를 슬러지와 처리수로 분리하기위한 고액분리장치 및 제1미생물 반응조의 혼합액의 농도를 적합하게 조절하기 위한 반송슬러지를 이송하는 장치; 및

상기처리수를 연계처리시설이나 제2단계 생물학적 처리시설로 배출시키는 중화장치를 구비한 처리수저장조를 포함하는 축산폐수 처리장치.
제10항에 있어서 고액분리장치는 고압공기식 세척장치를 가지고 고압수세척장치를 보조적인 세척수단으로 하여 분리액의 양이 증가하지 않거나 또는 조금만 증가하게 하는 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리장치.
제10항에 있어서 제1생물반응조의 포기장치는 산기관이 고장시에 그 산기배관 유니트를 조밖으로 끌어내어 보수할수있게 한 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리장치.
제10항에 있어서 1차처리한 폐수를 혐기성 생물여과장치 및 호기성 생물여과장치를 직렬로 배치하고 혐기성 생물 여과장치에는 메타놀공급장치로 부터 메타놀을 주입할수 있게한 처리장치에서 다시 처리하는 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리장치.