KR200242961Y1

KR200242961Y1 - 축산 폐수처리시스템

Info

Publication number: KR200242961Y1
Application number: KR2020010011986U
Authority: KR
Inventors: 차진명; 박주영; 장정균; 정성록
Original assignee: 주식회사환경과생명
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2001-10-12

Abstract

본 고안은 축산 폐수처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전형 생물막필터를 이용한 축산 폐수처리시스템에 관한 것이다.

본 고안의 목적은 섬유형태의 필터를 적용하여 폐수에 잘 적응하는 우수균주를 분리하여 고정화시키는 회전형 생물막필터를 이용한 축산 폐수처리시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 축산농가에서 발생하는 축산폐수를 처리하는 폐수 처리시스템에 있어서, 상기 축산시설에서 배출되는 폐수를 수집한 원수조(10)와; 상기 원수조(10)의 폐수를 유지관리가 간단하고 기존의 정화조를 활용할 수 있는 전처리방법으로서 유입되는 협잡물 및 부유물질을 화학적 침전으로 협잡물 및 부유물을 제거하는 여과조(20)와; 상기 원수조(10)의 심한 유입량의 변동에 대응하기 위한 유량조절조(30)와; 상기 유량조절조(30)에서 유입되는 폐수와의 여재표면 접촉효율을 극대화하는 중공사막필터조(90) 및 회전형 생물막필터조(40)와; 상기 중공사막필터조(90) 및 회전형 생물막필터조(40)에 공기를 공급하는 콤프레셔(50)와; 상기 회전형 생물막필터조(40) 내의 폐수의 pH를 조절하는 pH조절조(80)와; 상기 회전형 생물막필터조(40)의 온도를 일정온도로 유지하는 온도조절기(70)와; 상기 회전형 생물막필터조(40)에서 처리된 폐수를 방류하는 방류조(60) 및; 상기 각 조에서 다음 조로 폐수를 공급하기 위한 펌프(90)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 상기 중공사막필터조(90) 및 회전형 생물막필터조(40)는, 내부공간이 외부와 수류 및 기포가 유동될 수 있는 다공성 혹은 망상 접촉체 케이스로 형성하여 공기의 흐름을 원활히 하여 상기 유입되는 축산폐수를 영양분으로 하는 고정화 미생물이 최적으로 형성될 수 있도록 하는 원형지지대(42,92)와; 상기 다수의 원형지지대를 회전시키는 회전체(41,91)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

축산 폐수처리시스템{Livestock sewage disposal system}

최근 경제성장으로 생활수준이 향상됨에 따라 식생활이 서구화되어 과거 곡물위주의 식생활에서 육류위주의 식생활로 점차 비중이 높아지고 있다. 이러한 수요를 충족시키기 위하여 잠재적으로 축산업이 증가됨에 따라 많은 오염물질이 배출되어 일반 하천의 오염뿐만 아니라 상수원을 오염시키는 결과를 초래하게 되었다.

축산폐수는 배출량이 다른 오염원에 비하여 적으나(0.6%), 오염농도가 아주 높아 오염기여도 측면에서는 전체 수질오염의 19.9%를 차지하고 있다. 1997년 3월에 개정된 오수·분뇨 및 축산 폐수의 처리에 관한 법률에서 간이 축산 폐수 정화조의 성치 대상 지역을 상수원 보호 구역 등 특정 지역에서 전국적으로 확대 실시토록 하였으며, 허가 대상 영업의 종류에 소규모 축산농가에서 배출되는 축산폐수의 수집·운반을 위한 축산 폐수 수집·운반업을 기준으로 정하던 것을 젖소의 사육시설에 운동장을 포함시키는 등 축산폐수의 관리를 강화하였다.

2001년 현재 축산폐수 공공처리장의 방류수 수질기준 BOD, SS가 30㎎/ℓ이하, COD는 50㎎/ℓ이하, T-P, N-P는 60㎎/ℓ, 8㎎/ℓ이하로 규제하고 있다. 현재 많이 이용되고 있는 축산폐수의 처리방법으로는 저장액비화법, 간이정화조, 퇴비화법, 톱밥발효돈사 등이 있으나 이들은 축산폐수처리시설의 방류수 수질기준을 만족하기가 어려울 뿐만 아니라, 현재 생물학적공법에 의한 연구가 진행되고 있으나 설치비와 운전비가 많이 들어 실제적으로 현장에 많은 어려움을 겪고 있다.

기존에 축산폐수를 처리하는 공정은 일반하천 및 상수원의 수질보존을 위한 방류수 수질기준을 만족하기 어려울 뿐더러, 고가의 설치비와 운전비로 인하여 소규모 축산농가의 빈약한 재정기반 및 운전관리의 전문성 결여 등으로 여러 가지 문제점이 제기되고 있다.

그러므로 전문적인 운전관리가 요하지 않는, 다른 공정에 비해 처리효율을 놓은 바이오필터를 이용한 축산폐수의 처리공정개발이 필요하다.

상기 바이오필터는 1923년 bach가 폐수 처리장에서 방출되는 악취를 효과적 제어를 위해 처음으로 고려되었다. 이러한 개념은 1950년대에 미국과 서독의 하수처리장에 방출되는 악취를 제거하기 위해 처음으로 현장에 적용되었는데, 유럽지역의 몇몇 국가에서는 그 후 계속적인 연구와 더불어 현재 네덜란드와 독일에서는 악취를 효과적으로 처리하는 기술로 완전히 정착되었다. 그러나 미국에서는 바이오필터의 우수성이 인정받지 못하고 있다가 최근 에너지 단가의 상승과 대기 오염규제의 강화로 바이오필터에 대한 연구와 그 실제 적용이 급속도로 증가하는 추세에 있다. 또한 국외에서는 바이오필터를 대기분야 뿐만 아니라 오·폐수처리에 적용하는 사례는 있으나 아직까지 우리나라에서는 바이오필터를 수 처리분야에 적용하려는 시도는 미미하다. 국내의 몇몇 회사에서 바이오필터를 도입한 경우가 있으나, 기존의 활성슬러지법을 단순히 보안하는 형태의 공정으로 응용되고 있는 실정이다.

바이오필터의 핵심 기술은 균주분리와 담체개발에 있다. 현재 국내에서는 균주가 확보되지 않을 경우 외국에서 로얄티를 지급하고 사용하고 있는 실정이며, 플라이 애쉬, 규조토, 고로슬래를 원료로 하는 담체 개발은 이루어지고 있으나, 현재 우리나라의 경우 섬유형 담체개발은 외국에 비해 그 규모가 매우 작다.

본 고안은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 고안의목적은 섬유형태의 필터를 적용하여 폐수에 잘 적응하는 우수균주를 분리하여 고정화시키는 회전형 생물막필터를 이용한 축산 폐수처리시스템을 제공하는데 있다.

도1은 본 고안에 따른 축산 폐수처리시스템의 개략적인 구성블럭도,

도2는 본 고안의 일실시 예에 따른 축산 폐수처리시스템의 구성도,

도3은 도2의 필터조 내의 회전체의 사시도,

도4a,4b는 도2의 원형지지대의 예시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 원수조 20: 여과조

30: 유량조절조 40: 회전형 생물막필터조

50: 콤프레셔 60: 방류조

70: 온도조절기 80: pH조절조

90: 중공사막필터조

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 축산 폐수처리시스템에 대해 상세히 설명한다.

도1은 본 고안에 따른 축산 폐수처리시스템의 개략적인 구성블럭도이다.

도1을 참조하면, 각종 축산시설에서 배출되는 폐수를 수집한 원수조(10)와, 상기 원수조(10)의 폐수를 유지관리가 간단하고 기존의 정화조를 활용할 수 있는 전처리방법으로서 유입되는 협잡물 및 부유물질을 화학적 침전으로 협잡물 및 부유물을 제거하는 여과조(20)와, 상기 원수조(10)의 심한 유입량의 변동에 대응하기 위한 유량조절조(30)와, 상기 유량조절조(30)에서 유입되는 폐수와의 여재표면 접촉효율을 극대화하는 중공사막 바이오필터(90) 및 회전형 생물막필터조(40)와, 상기 회전형 생물막필터조(40) 내의 폐수의 pH를 조절하는 pH조절조(80)와, 상기 회전형 생물막필터조(40)에서 처리된 폐수를 방류하는 방류조(60)로 구성된다.

상기 폐수의 양이 많을 경우 회전형 생물막필터조(40)의 미생물들이 서로 경쟁적으로 반응하여 일정농도의 미생물 유지가 어려워 제거효율이 떨어지고, 축산농가내의 청소 시 유량이 급격히 증가하기 때문에 유량 조절조(30)를 설치한다.

그리고 상기 중공사막(Ultra Filteration, U/F)필터(90)의 분획분자량(MWCO)은 10,000과 30,000으로서 날카로운 분획성능을 가지고 있고, 처리액의 미립자는 물론 0.01 미크론의 세균 및 바이러스까지 완전히 걸러낼 수 있다.

U/F Membrane은 내열성 수지인 Polysulfone으로 제조하였기 때문에 90℃열수(熱水)에서도 사용이 가능하고, pH 1-14의 전영역에서 사용이 가능하므로산, 알칼리 세정도 가능하다.

또한 미생물의 영향을 받지 않으며 2중 Skin 구조 및 Skin과 지지층을 연결하는 완충층 효과에 의해 내압성 및 내구성이 우수하다.

상기 회전형 생물막필터조(40)의 회전형 생물막필터는 현재 화학공정이나 폐수처리장 및 하수종말처리장의 악취를 제거하는데 주로 이용되고 있으며, 최근 외국에서는 수처리 분야에 응용하고 있으나, 우리나라의 경우 회전형 생물막필터 공정을 수처리에 적용시키려는 연구는 아직까지는 미미한 실정이다.

회전형 생물막필터 공정의 핵심은 균주와 담체에 있다. 처리대상 오염물질의 분해능력이 우수한 균주를 분리하고, 저렴하면서도 높은 다공성을 지닌 담체를 구비하여 축산폐수 처리공정에 적용하면 설치비가 저렴하여 경제적으로 이루어진다.

따라서, 회전형 생물막필터 공정은 미생물을 섬유형 담체에 고정화하여 담체속에서 기생하므로 적절한 온도와 pH만의 조절만으로도 운전이 가능하므로 일반 축산농가에 설치할 경우 전문적 운전이 요구되지 않는다.

도3은 도2의 필터조 내의 회전체의 사시도이고, 도4a,4b는 도2의 원형지지대의 예시도이다.

상기 중공사막필터조(90)와 회전형 생물막필터조(40)는 플라스틱 소재의 hole들을 포함하고 있는 원통형 지지대(도4a참조) 또는 원통형 석쇠 망사(도4b참조)(42,92)에 섬유형 담체를 둘러쌓은 뒤 여기에 분리한 우수균주를 접종한다.

그리고 상기 중공사막필터조(90)와 회전형 생물막필터조(40) 바닥에서 나오는 공기들은 원통형 지지대가 원통형 석쇠망사(42,92)의 가는 hole로 유입되어 균주를 활성화시킨다. 이때 고정화 미생물과 폐수와의 접촉면적을 높여주기 위하여 중공사막필조와 회전형 생물막필터의 상층부에 부착한 원통형 지지대 또는 원통형 석쇠망사의 회전이 가능하도록 회전판(41,91)을 설치하여, 회전 속도가 느릴 경우 제거효율이 낮고, 빠를 경우 고정화된 미생물의 탈리현상이 일어나므로 적절 회전속도를 도출하여 운전한다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작용ㆍ효과를 설명하면, 먼저 도2는 본 고안의 일실시 예에 따른 축산 폐수처리시스템의 구성도이다.

상기 도1과 같은 구성에서 상기 회전형 생물막필터조(40)의 미생물의 최적의 생장을 위해 온도조건을 맞추기 위한 온도조절기(70)를 포함하여 구성되며, 또한 각조에서 다음조로 폐수의 유동을 위해 펌프(11)가 구비되며, 또한 상기 중공사막필터조(90)와 회전형 생물막필터조(40)에 공기를 공급하기 위한 콤프레셔(50)가 구비된다.

상기 회전형 생물막필터조(40)의 핵심기술중의 하나는 처리폐수에 잘 적응하는 우수균주의 분리에 있다. 미생물 고정화에 접종할 미생물 균주 개발을 위해 미생물 분리원인 활성슬러지나, 분뇨처리장 슬러지, 폐탄광 및 온천 지역의 토양을 분리원으로 하여 황 및 질소 가스를 단독 및 혼합가스로 집적 배양한 후, 배양액으로부터 여러 종류의 배지를 이용하여 미생물을 분리한 후, 순수 분리된 여러 종의 균주 가운데서 활성화능이 탁월한 균주를 선정한다.

상기 담체는 지금까지 많이 사용되고 있는 플라이 애쉬, 규조토, 고로슬래등을 재료로하는 입자형 담체가 아닌, 섬유형태의 담체이다. 나일론, 폴리프로필렌,폴리에틸렌 등을 소재로 하는 섬유형 담체(42)를 적용하여 폐수처리 시 접촉면적을 넓히고, 폭기시에도 담체에 고정화한 미생물이 탈리되지 않도록 하는 것으로, 현재 일부 오폐수 처리용 미생물 접촉제로 사용되고 있는 폴리프로필렌, 나이론, 폴리에틸렌 등의 기공율이 우수하여 오ㆍ폐수용 여재로서, 필라멘트 형태의 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에틸렌을 단일 혹은 혼방하여 고정화된 미생물이 탈리되지 않도록 표면적, 기공율, 흡수율이 우수한 담체로 구성한다.

상기 회전형 생물막필터(40)에서 가장 중요한 것은 분리된 균주를 담체에 고정화하는 방법이다. 균주가 담체에 제대로 고정화가 되지 않을 경우 섬유형 담체에 고정화한 미생물이 탈리되어 회전형 생물막필터(40)의 균주의 농도가 감소되고 부유물이 형성된다.

상기 미생물을 고정화하는 방법에는 부착법, 가교법, 포획법과 포괄화법 등이 있는데, 부착법은 세포의 자연적인 부착력이나 화학적 결합에 의해 담체표면에 부착되는 형태의 고정화기술을 말하고, 가교법은 2개 이상의 관능기를 가진 화학물질과 미생물이 부착하여 뭉치게 하는 방법을 말한다. 또한 포획법은 담체의 기공속에 포획되도록 하는 방법이며, 포괄화법은 미생물을 겔(Gel)의 격자내에 넣거나 또는 폴리머(polymer)의 피막에 의해 피복시키는 기술이다. 이런 고정화 방법 중 비표면적을 높여주고, 분리한 미생물을 개발한 담체에 잘 고정화할 수 있는 방법을 선택한다. 본 고안에서는 섬유형 담체를 지지할 수 있는 지지대(42) 또는 망사형 석쇠(42)를 개발하여 섬유형 담체에 고정화한 미생물이 지지대 hole로 유입되는 공기와의 접촉율을 증가시켜 폐수처리 효율을 증가시킨다.

따라서, 미생물을 섬유형 담체와 폐수의 접촉면적을 최대화하고, 고정화된 미생물의 탈리현상을 최소화 할 수 있어 제거효율을 극대화시킨다.

즉, 기존의 사용되고 있는 원형지지대는 오수의 흐름과 공기방울의 흐름에 의한 충격 때문에 미생물의 탈리현상이 나타나고, 이러한 탈리현상이 발생되면 생물학적 산소요구량과 부유물질량이 증가하여 오폐수 정제 능력이 저하된다.

따라서 내부공간이 외부와 수류 및 기포가 유동될 수 있는 다공성 혹은 망상 접촉제 케이스로 하여 고정화 미생물이 오수의 흐름과 공기방울의 흐름에 의한 충격에서 보호될 수 있도록 하며, 회전형 생물막필터조(40) 바닥에서 나오는 공기들은 지지체나 석쇠망사(42)의 가는 hole로 유입되어 균주를 활성화시킨다. 이때 고정화 미생물과 폐수와의 접촉면적을 높여주기 위하여 회전형 생물막필터의 상층부가 부착한 원통형 지지제 또는 원통형 석쇠망사(42)의 회전이 가능하도록 회전판(41)을 설치하여 일정속도로 회전시킨다.

즉, 유량조절조(30)에 의해 일정양만큼 유입되는 축산폐수를 먼저 중공사막필조(90)를 통해 각종 세균 및 이물질을 제거하고, 유입되어 있는 각종 화학물질을 회전형 생물막필터조(40)에서 제거하게 된다.

이 때 제거의 효율을 높이기 위해 콤프레셔(50)를 통해 공기를 각각 공급하여 주고 특히 상기 회전형 생물막필터조(40)의 미생물을 적절하게 생장시키기 위해 pH조절조(80)를 통해 적당한 pH를 조절하여 최대한 효율적으로 축산폐수를 처리하여 방류하게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따르면, 회전형 생물막필터를 이용한 축산폐수 처리공정은 향후 점차적으로 강화되고 있는 환경규제와 농축산물의 수입개방의 시점에서 효과적으로 대응하기 위한 축산농가에서 널리 이용될 수 있는 보다 경제적이고 효율적으로 축산폐수를 처리할 수 있는 공정으로, 향후 하수종말처리장을 포함한 폐수처리장에 충분히 적용·가능할 것으로 예상되므로, 현재 국내에서 폐수의 악취 및 수질오염으로 인한 민원이 계속 야기되고 있는 축산농가 및 폐수처리장에 많이 활용될 수 있는 효과가 있다.

Claims

축산농가에서 발생하는 축산폐수를 처리하는 폐수 처리시스템에 있어서,

상기 축산시설에서 배출되는 폐수를 수집한 원수조(10)와;

상기 원수조(10)의 폐수를 유지관리가 간단하고 기존의 정화조를 활용할 수 있는 전처리방법으로서 유입되는 협잡물 및 부유물질을 화학적 침전으로 협잡물 및 부유물을 제거하는 여과조(20)와;

상기 원수조(10)의 심한 유입량의 변동에 대응하기 위한 유량조절조(30)와;

상기 유량조절조(30)에서 유입되는 폐수와의 여재표면 접촉효율을 극대화하는 중공사막필터조(90) 및 회전형 생물막필터조(40)와;

상기 중공사막필터조(90) 및 회전형 생물막필터조(40)에 공기를 공급하는 콤프레셔(50)와;

상기 회전형 생물막필터조(40) 내의 폐수의 pH를 조절하는 pH조절조(80)와;

상기 회전형 생물막필터조(40)의 온도를 일정온도로 유지하는 온도조절기(70)와;

상기 회전형 생물막필터조(40)에서 처리된 폐수를 방류하는 방류조(60) 및;

상기 각 조에서 다음 조로 폐수를 공급하기 위한 펌프(90)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축산 폐수처리시스템.
제1항에 있어서, 상기 중공사막필터조(90)는,

내부공간이 외부와 수류 및 기포가 유동될 수 있는 다공성 접촉체 케이스로 형성하여 공기의 흐름을 원활하도록 하는 원형지지대(92)와;

상기 다수의 원형지지대를 회전시키는 회전체(91)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축산 폐수처리시스템.
제1항에 있어서, 상기 중공사막필터조(90)는,

내부공간이 외부와 수류 및 기포가 유동될 수 있는 망상 접촉체 케이스로 형성하여 공기의 흐름을 원활하도록 하는 원형지지대(92)와;

상기 다수의 원형지지대를 회전시키는 회전체(91)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축산 폐수처리시스템.
제1항에 있어서, 상기 회전형 생물막필터조(40)는,

내부공간이 외부와 수류 및 기포가 유동될 수 있는 다공성 접촉체 케이스로 형성하여 공기의 흐름을 원활히 하여 상기 유입되는 축산폐수를 영양분으로 하는 고정화 미생물이 최적으로 형성될 수 있도록 하는 원형지지대(42)와;

상기 다수의 원형지지대를 회전시키는 회전체(41)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축산 폐수처리시스템.
제1항에 있어서, 상기 회전형 생물막필터조(40)는,

내부공간이 외부와 수류 및 기포가 유동될 수 있는 망상 접촉체 케이스로 형성하여 공기의 흐름을 원활히 하여 상기 유입되는 축산폐수를 영양분으로 하는 고정화 미생물이 최적으로 형성될 수 있도록 하는 원형지지대(42)와;

상기 다수의 원형지지대를 회전시키는 회전체(41)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축산 폐수처리시스템.