KR200332767Y1 - 축산폐수 전처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 축사에서 발생되는 분과 뇨를 별도로 분리하지 않은 상태의 고농도의 축산폐수를 호기적 조건하에서 생물학적 반응에 의해 자체적으로 생성되는 발열반응에 의한 고온(55℃ 이상)에서의 고온호기성 산화반응에 의해 오염물질 부하량을 감소시키고 난분해성 물질을 발효시켜 생물학적 처리가 용이한 물질로 변환시켜 비료로 이용하거나, 기존의 축산폐수 처리방법과 시설의 전처리로 활용하여 전체적인 처리효율을 증가시킬 수 있는 처리장치에 관한 것이다. 본 고안에 의한 처리장치는 소모전력이 기존 방법에 비해 매우 적으며, 유지관리가 매우 용이한 구조를 갖고 있어 대용량 처리시설에 적합한 장점이 있다. 또한, 본 고안의 장치는 축산폐수와 같은 유기성폐수처리에도 적용이 가능하다.

Description

축산폐수 전처리 장치{An apparatus for livestock manure preliminary treatment}

본 고안은 축산폐수 처리장치에 관한 것으로, 유기성폐기물의 일종인 축산폐수에 호기적 조건을 부여할 경우 자연적으로 발생되는 생물학적 반응열에 의해 55℃ 이상의 고온으로 상승되어 축산폐수내의 각종 유기성 물질들이 분해되거나 발효되는 고온호기성산화기술이 적용된 축산폐수 처리장치에 관한 것이다.

고온호기성산화기술은 1969년에 Kambhu 및 Andrews에 의하여 처음으로 시도되었으며, 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 고효율 산기장치 및 인입 TSS 농도가 4~6% 범위내에서는 적용이 가능하다는 것이 이론적으로 입증되었다. 그 이후에 고온호기성산화 개념은 고순도 산소 폭기 방법과 자흡식 폭기 방법을 사용하는 full-scale plant들에 의해 실증적으로 검증되었다. 유럽에서는 대부분 Bio-solid의 감량화 및 퇴비화에 초점이 맞추어져 개발되고 있으며, 우리나라도 축산분뇨를 이용한 발효액비 생산을 위한 농가형 소규모 처리장치 및 방법에 초점을 두고 개발되고 있는 것이 사실이다.

고온호기성산화기술의 첫 번째 핵심 사항은 호기적 조건을 부여하는 방법에 있어, 처리하고자 하는 폐수 성상에 따라 일반적인 생물학적 처리에 있어서의 폭기 방법보다는 과량의 공기(즉 산소)를 공급하여야 하며, 동시에 충분한 교반 및 난류가 형성 될 수 있는 구조로 이루어져 반응조 내부의 온도가 짧은 시간 내에 고온으로 상승할 수 있는 조건을 부여하여야 한다는 것이다.

두 번째 핵심사항은 유기성 폐수가 고온에서 발효 반응이 일어남으로 해서 다량의 거품이 발생되며, 이 거품들을 효율적으로 저에너지 소비방법으로 제거하는것이 필요하다는 것이다.

세 번째로는 각종의 미생물 제재를 보조제로 투입하여 악취를 제거하거나, 반응을 촉진시켜 원하는 수질 수준으로 감소시키기 위한 반응시간을 단축하여 반응조의 크기를 줄여 소요부지 및 반응조 제작비용을 절감하는 것이다.

네 번째로 축산폐수 처리공정에 활용하기 위해서는 분뇨를 분리하지 않은 상태로 반응시킨 후, 혼합되어 있는 고형분들을 여타의 고액분리 방법에 의해 고형성분을 별도로 분리하고 액체성분만 후 공정으로 이송하는 것이 전처리장치로서 적합하다는 것이다.

본 기술과 관련된 종래의 처리장치로는 도1에서 나타난 특허공개번호 제2003-0041019호와 같은 형태와 도2에서 나타난 바와 같은 대한민국특허 제374,928호에 도시되어 있는 형태와 같은 장치들이 있다.

상기한 장치는 호기적 조건 부여 및 교반을 위한 폭기장치로서 자흡식 폭기방법을 사용하여, 유기성폐수를 펌프로 분사시키면서 에적터에 의해 공기가 빨려 들어가는 방법으로서, 소비전력은 매우 높으나 공기공급율과 교반효율이 낮아 소규모 축사용 액비생산시설 또는 처리장치로서는 무리가 없다.

그러나, 상기 장치는 대규모 처리시설의 처리장치로서는 과도한 전기 수배전시설 설치 및 운전비용에 의해 적용에 문제점이 있고, 거품을 제거하는 방법도 기계적인 커터(cutter) 방식을 사용함으로써 소비전력의 추가 상승 및 빈번한 유지관리 필요성에 의해 대용량 시설로는 부적합한 문제점이 있다. 또한, 종래 기술들은 주로 반응되어 나온 고형분이 혼합되어 있는 배출액을 돈모 정도만 제거할 수 있는 스크린 장치를 거쳐 액비로 활용하나, 수처리시설로 이용하고자 할 때에는 고형성분을 보다 효율적으로 제거하여야 후공정에서 무리없이 처리가 가능할 것이다.

본 고안은 종래 기술들의 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대용량의 처리시설에 적합하게 폭기 및 교반 방식의 개선에 의해 소모전력과 유지관리가 용이한 구조로 개선함과 동시에 소포장치도 기계식이 아닌 자연적 제거방법을 사용하여 소모전력 문제를 경감시키고, 반응촉진을 위한 미생물 제재도 악취제거 뿐만 아니라, 반응시간도 단축시킬 수 있도록 보완하여 악취제거 및 반응효율을 증진시키며, 처리된 배출액에서 보다 효율적으로 고형성분을 제거하여 후처리 공정에서 원활한 수처리가 이루지도록 하는 축산폐수 전처리 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 축산폐수 처리장치(처리탱크 외부에 설치되는 자흡식펌프와 기계식(cutter type) 거품제거장치 및 순환펌프에 의한 침전물 제거를 특징으로 하는 장치)의 일 예를 나타내는 구성도이다.

도 2는 종래 유기성폐기물 처리장치(처리탱크 외부에 설치되는 자흡식펌프와 기계식(cutter type) 거품제거장치 및 반응조열을 이용한 온수발생수단의 부착을 특징으로 하는 장치)의 일 예를 나타내는 구성도이다.

도 3은 본 고안에 따른 축산폐수 처리장치(처리탱크 외부에 설치되는나선형 폭기장치와 채널링 현상을 방지하기 위한 교반기, 무동력(screen type) 거품제거장치 및 광합성미생물과 바실러스균의 복합 미생물제재의 투입을 특징으로 하는 장치)의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

※도면부호의 설명

100. 처리반응조 110. 폭기장치 모터

120. 스크류 140. 난류 형성용 돌기판

150. 교반기 모터 160,170. 교반기 날개

180. 수위계 200. 거품제거장치

210. 스크린층 220. 수분 및 거품증발조

230. 거품순환펌프 310. 폐수 인입펌프

320. 처리수 배출펌프 400. 저장조 또는 고액분리장치

410. 가스제거장치 420. 제어장치

430. 고액분리장치 600. 미생물제재 투입조

따라서, 본 고안의 목적은,축산폐수와 축산폐수 유기물 분해 미생물제재가 수용되는 단열처리되며 폐열을 이용한 가열수단이 구비된 처리반응조(100)와, 상기 처리반응조(100) 내부의 축산폐수를 폭기 교반시키는 나선형 폭기장치 모터(110) 및 교반기 모터(150)와 교반기 날개(160,170)로 구성된 교반기와, 상기 처리반응조(100)의 전단 및 후단에 고형성분을 제거하기 위한 각종의 고액분리장치(430)가 설치되며, 상부에 거품제거장치(200)를 구비하는 축산폐수 처리장치에 있어서,

상기 나선형 폭기장치 모터(110)는, 모터축에 스크류(120)가 장착되어 처리반응조(100)내의 축산폐수를 회전 교반시키고 형성되는 제트류에 의해 공기가 흡수되는 구조를 가지며, 상기 처리반응조(100)의 외부에 설치되며;

상기 교반기는 처리반응조(100) 중앙에 수직으로 설치되며, 하나의 날개는 채널링 효과를 방지하기 위하여 처리반응액 수면하에 설치되어, 다른 하나의 날개는 거품을 1차적으로 분쇄하기 위하여 거품층에 설치되며;

상기 처리반응조(100)는 원통형 또는 사각형의 형태를 지니며 지상에 설치하느 탱크형이나 지하에 매설하는 콘크리트 구조물형으로 제작되고, 벽면에는 난류를 형성시키기 위한 돌기판들이 설치되며;

상기 처리반응조(100) 상부에는 배출되는 수분 및 가스를 포집하여 처리하는 각종의 가스제거장치(410)가 설치되며, 거품을 분쇄하기 위한 입경이 작고 탈착이 용이한 스크린층(210)이 설치되고, 수분 및 가스 증발과 포집이 가능하도록 한 수분 및 거품 증발조(220) 및 잉여 거품을 처리반응조(100)내로 순환시키기 위한 에적터 방식의 펌프가 설치되며;

악취 제거 및 반응효율 증진을 위해 광합성미생물과 중온성 바실러스균들이 복합된 미생물 제재를 투입할 수 있는 미생물제재 투입조(600) 및 펌프 및 교반기 등의 가동을 자동적으로 조절하기 위한 제어장치(420)가 구비됨을 특징으로 하는 축산폐수 처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 상기 폭기장치 모터(110)의 모터축에 스크류(120)를 부착하는 방식의 폭기 교반 방식 대신, 모터는 처리반응조(100) 외부에 설치하고, 연결 배관하여 스크류를 반응조 내부에 별도로 설치하여 제트류를 제공하는 장치를 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 구성을 상세히 설명한다.

먼저, 폭기 및 교반을 위한 방법의 개선으로서, 기존의 방법들이 일반적 자흡식 펌프를 사용하여, 처리하고저 하는 폐수를 반응조내에 직선적으로 분사시키면서 교반 작용을 도모하고 동시에 유속의 차이에 의해 공기가 빨려 들어가는 방식에 의해 공기를 공급하는 방식을 사용하고 있으나, 이것을 개선하여 나선형 폭기장치를 사용하는 것으로서, 펌프의 구동축에 스크류 날개를 부착하여 폐수를 나선형으로 교반하여 제트류를 만들어 줌으로써 교반의 효율을 증가시키고 동시에 제트류에 의한 유속의 차이로 공기의 흡입량이 많아져 적은 동력으로도 원하는 공기를 공급할 수 있으면서 교반 효율이 증대되어 전체적으로 반응의 효율을 증가시킬 수 있도록 하였다. 또한 반응조 중앙에 수직으로 날개 달린 교반기 및 반응조 벽체에 돌기판을 설치하여 대용량의 반응조 내부에 형성될 수 있는 채널링 현상을 방지하고 난류를 형성시킬 수 있도록 하였다.

다음의 표는 일반적 자흡식 펌프의 공기공급량과 Spiral type 자흡식 펌프의 공기공급량을 비교한 것이다.

구분	펌프 동력	공기공급량	교반효과
일반적 자흡식펌프	5HP(3.75kW)	1.17 m3/min	보통
Spiral Type Aerator	5HP(3.75kW)	2.39 m3/min	매우 큼

한편, 종래의 방법들이 기계적 cutter를 사용하여 에너지를 많이 사용하면서 강제적으로 거품을 분쇄하는 방법을 사용하여 거품을 제거하였으나, 본 고안에서는 입경이 작은 스크린을 설치하여 입경이 큰 거품들이 스크린층을 통과하면서 자연적으로 작은 입경의 거품으로 분쇄하도록 유도하며, 후단에 수분증발조를 설치하여 수분 및 가스성분들은 증발하도록 유도하고, 남은 거품은 반응조내로 순환되도록소형의 에적터 방식의 순환펌프를 설치하여 에너지를 거의 사용하지 않으면서 거품을 제거하는 방법을 적용하였다. 한편, 반응조내의 채널링 효과를 방지하기 위해 수직으로 설치된 교반기의 상부 날개는 형성되는 거품을 1차적으로 제거하는 역할을 부가적으로 수행한다.

한편, 기존의 방법에서는 악취제거 효능이 우수한 광합성미생물을 투입하여 반응 과정이나 처리수에서 악취가 없도록 도모하였으나, 본 방법에서는 보다 적극적인 방법으로 기존의 광합성미생물에 고온호기성반응시에 생물학적 반응에서 유기물 분해에 주요한 역할을 한다고 알려져 있는 중온성 바실러스균을 혼합하여 투입함으로써, 악취제거 및 반응효율 증진을 도모하였다. 이때 혼합되는 중온성 바실러스균은 고온 호기성 반응조에서 추출하여 종균 배양한 종균을 사용하였다.

처리 과정에서 배출되는 가스성분은 별도의 가스포집장치에 의해 포집·이송되어 일반적인 Biofilter 또는 Scrubber 등에 의해 처리된다. 한편 처리액은 바로 비료로 이용하거나, 다량의 고형성분이 포함되어 있으므로, 처리액을 각종의 고액분리장치(예: 가압부상장치, 화학응집장치, 기계적 고액분리기 등)에 의해 분리되고, 분리된 고형성분은 퇴비화되고, 처리액은 별도의 후처리공정으로 이송된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 고안에 따른 축산폐수 처리장치를 도시한 단면도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 본 고안의 축산폐수 처리장치는 단열구조를 갖는 부식에 매우 강한 물질로 제작된 폐쇄형 처리반응조(100)의 외부에 나선형 폭기장치(110,120)가 설치되며, 상기 나선형 폭기장치는 모터(110)축을 길게 하고 끝단에 스크류(120)를 장착한 것으로 모터(110)가 가동되면서 처리반응조(100) 내부의 폐수를 나선형으로 교반하면서 제트류를 형성하여 폐수를 강력하게 교반하여 주면서 동시에, 스쿠류(120)에 의한 제트류에 의해 많은 양의 공기가 빨려 들어가 미생물들의 활동에 필요한 공기를 공급하게 된다.

또한, 처리반응조(100)의 중앙에 교반기(150)를 설치하고, 축산폐수가 반응되는 부분에 회전날개(160)를 부착하여 처리반응조(100) 내부에서 액의 교반시 발생되는 채널링 현상을 방지하기 위해 2차적으로 교반하며, 거품층에 설치되는 날개(170)는 발생되는 큰 입자의 거품을 1차적으로 분쇄하는 기능을 한다. 한편, 처리반응조(100) 벽면에는 돌기판(140)들을 설치하여 난류의 형성을 도모하여 교반 효과를 극대화시킨다.

또한, 반응중에 발생되는 거품은 1차적으로 교반기(150)의 날개(170)에 의해 분쇄된 후, 압력에 의해 거품제거장치(200)내의 작은 입경의 스크린층(210)을 통과하면서 더 작은 거품으로 분쇄되며, 수분 및 가스증발조(220)에서 수분 및 가스는증발하고 남은 거품은 에적터 방식의 거품순환펌프(230)에 의해 처리반응조(100)내로 재투입된다. 한편, 스크린층(210)은 탈착이 용이한 구조로 설치되어, 주기적으로 스크린층에서 걸러지는 고형물을 제거하여 거품의 순환이 원활히 이루어지도록 한다.

또한, 수분 및 가스증발조(220)에서 증발된 가스성분은 별도의 가스처리장치(410)에 의해 용도 및 목적에 따라 처리된다. 원폐수는 저장조 또는 1차적인 고액분리장치(400)에서 인입펌프(310)를 통해 일정량씩 지속적으로 처리반응조(100)내로 투입되고, 처리수 배출펌프(320)에 의해 일정량씩 지속적으로 배출된다. 배출된 처리수는 비료로 이용되거나, 후처리 공정의 종류에 따라 고액분리장치(430)에서 고형분을 제거한 뒤, 후처리공정으로 이송된다.

상기 과정 후 저장조 및 고액분리장치(400)에 광합성미생물과 바실러스균을 혼합한 미생물제재(600)를 정량 투입하여 악취제거 및 반응효율 증진의 효과를 도모한다.

한편, 반응효율을 간접적으로 파악할 수 있는 온도측정기(500)를 처리반응조(100) 내부에 설치하여 반응온도를 제어장치(420)에서 모니터링 할 수 있도록 하며, 제어장치(420)에서 인입펌프(310), 처리수 배출펌프(320), 나선형 폭기장치모터(110), 교반기 모터(150) 및 거품순환펌프(230) 등을 제어할 수 있도록설치한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안 축산폐수 처리장치에 의하면, 기존의 방법들에 비해 소모전력이 크게 절감되며 동시에 교반 효율이 증대되고, 기계적 구동요소들이 적어짐으로써 유지관리가 매우 용이하고, 악취 제거 및 반응효율이 증가되는 복합 미생물제재를 보조재로 사용함으로써 반응효율이 증가하여 대용량의 축산폐수처리장치로서 적용이 가능한 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 축산폐수와 축산폐수 유기물 분해 미생물제재가 수용되는 단열처리되며 폐열을 이용한 가열수단이 구비된 처리반응조(100)와, 상기 처리반응조(100) 내부의 축산폐수를 폭기 교반시키는 나선형 폭기장치 모터(110) 및 교반기 모터(150)와 교반기 날개(160,170)로 구성된 교반기와, 상기 처리반응조(100)의 전단 및 후단에 고형성분을 제거하기 위한 각종의 고액분리장치(430)가 설치되며, 상부에 거품제거장치(200)를 구비하는 축산폐수 처리장치에 있어서,

   상기 나선형 폭기장치 모터(110)는, 모터축에 스크류(120)가 장착되어 처리반응조(100)내의 축산폐수를 회전 교반시키고 형성되는 제트류에 의해 공기가 흡수되는 구조를 가지며, 상기 처리반응조(100)의 외부에 설치되며;

   상기 교반기는 처리반응조(100) 중앙에 수직으로 설치되며, 하나의 날개는 채널링 효과를 방지하기 위하여 처리반응액 수면하에 설치되어, 다른 하나의 날개는 거품을 1차적으로 분쇄하기 위하여 거품층에 설치되며;

   상기 처리반응조(100)는 원통형 또는 사각형의 형태를 지니며 지상에 설치하느 탱크형이나 지하에 매설하는 콘크리트 구조물형으로 제작되고, 벽면에는 난류를 형성시키기 위한 돌기판들이 설치되며;

   상기 처리반응조(100) 상부에는 배출되는 수분 및 가스를 포집하여 처리하는 각종의 가스제거장치(410)가 설치되며, 거품을 분쇄하기 위한 입경이 작고 탈착이 용이한 스크린층(210)이 설치되고, 수분 및 가스 증발과 포집이 가능하도록 한 수분 및 거품 증발조(220) 및 잉여 거품을 처리반응조(100)내로 에젝터 방식을 이용하여 순환시키기 위한 펌프가 설치되며;

   악취 제거 및 반응효율 증진을 위해 광합성미생물과 중온성 바실러스균들이 복합된 미생물 제재를 투입할 수 있는 미생물제재 투입조(600) 및 펌프 및 교반기 등의 가동을 자동적으로 조절하기 위한 제어장치(420)가 구비됨을 특징으로 하는 축산폐수 처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 폭기장치 모터(110)의 모터축에 스크류(120)를 부착하는 방식의 폭기 교반 방식 대신, 모터는 처리반응조(100) 외부에 설치하고, 연결 배관하여 스크류를 반응조 내부에 별도로 설치하여 제트류를 제공하는 장치를 특징으로 하는 축산폐수 처리장치