KR20090119804A - 가축분뇨의 자원회수 및 정화처리가 결합된 처리장치 및 처리방법 - Google Patents
가축분뇨의 자원회수 및 정화처리가 결합된 처리장치 및 처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고농도 유기성 질소폐기물인 가축분뇨를 연속식 및 배치식으로 처리하여 자원을 회수하고 자원회수 후 발생하는 폐액을 정화처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자원회수 및 가축분뇨와 자원화 폐액의 처리방법 및 장치는 가축분뇨가 최초로 수거 및 유입되어 협잡물처리 및 원심분리하는 전처리시설; 협잡물을 처리한 가축분뇨를 저장하고 자원화를 위한 혐기성 반응조에 가축분뇨를 기질로 공급하는 침사조; 상기 침사조로부터 인출한 가축분뇨를 자원화하기 위한 혐기성 반응조; 원심분리한 가축분뇨를 보관하는 저류조; 자원화하지 않거나 자원화한 폐액을 처리하기 위해 생물학적으로 처리하기 위한 무산소혼합조 및 공기주입조로 구성된 생물반응조; 생물반응조액 및 혐기성 반응조 폐액을 혼합하여 적정 성분의 액비를 만드는 액비조성조; 공기주입조의 반응조 pH를 조절하기 위하여 황산(H2SO4)을 주입하는 pH 조정장치; 가축분뇨의 생물학적 처리액을 응집제로 응집시켜 고액분리시키는 탈수기; 상기 탈수기로부터 나온 탈수여액 및 여과포 세척액을 분리하여 여과시키는 여과막, 오존처리시설 및 후단 여과시설로 구성된 정밀여과시설; 생물반응조 미생물 활성이 저하되었을 때 활성회복을 위한 활성유지조; 및 고온의 압축공기를 냉각시켜 생물반응조의 공기주입조에 공급하여 조내의 온도를 낮추는 공기냉각시설을 포함하고, 상기 저류조는 일반시기에 가축분뇨가 유입되는 제 1저류조; 집중소독기간 등 특별시기에 가축분뇨를 유입시키는 제 2저류조; 자원회 수를 위한 혐기성 반응조의 C/N비가 낮은 유출폐액을 보관하는 제 3저류조; 및 제 1저류조와 제 2저류조 및 제 3저류조의 가축분뇨를 혼합하여 균등하게 하는 제 4저류조로 이루어진 4단계 저류조; 및 상기 처리장치를 이용하여 가축분뇨가 처리되어진다.
본 발명에 따른 가축분뇨의 자원화 및 처리를 위한 장치 및 방법은 생물학적 가축분뇨처리에 있어서 가축분뇨로 부터 자원을 회수할 뿐만아니라, 메탄 또는 수소 등 바이오가스를 회수 후 발생하는 C/N비가 낮은 유출폐액 및 유기성분이 풍부한 전처리한 가축분뇨를 적정하게 혼합하여 정화처리할 수 있으며, 소독 등에 의한 저해물질 유입에 대처할 수 있고, 각종 저해에 따른 생물반응조의 미생물 활성을 유지하며 탈수액의 감소 및 여과기 역세척수의 감소를 가능하게 한다.
또한 본 발명은 생물학적으로 처리된 가축분뇨처리액을 탈수시설; 및 여과막(U/F), 오존처리시설과 후단여과시설로 구성된 정밀여과공정으로 처리함으로써 미량의 오염물질과 색도를 완벽하게 제거하여 처리수의 재이용을 가능하게 한다.
가축분뇨, 자원회수, 정화처리
Description
본 발명은 특허출원 제10-2006-0071701호의 축산분뇨의 처리장치 및 처리방법에 자원회수 방법 및 처리수의 재이용공정을 부가하여 개량한 가축분뇨의 처리장치 및 처리방법이다.
본 발명은 생물반응조를 이용한 축산분뇨의 처리장치 및 처리방법을 개량한 것으로서, 고농도 유기성 질소폐기물인 가축분뇨로 부터 바이오가스 등의 자원을 회수하고, 자원회수 후 발생하는 폐액을 효율적이고도 경제적으로 적정하게 처리할 뿐아니라 처리수의 재이용을 가능하게 하기 위한 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
종래의 특허출원 제10-2006-0071701호의 축산분뇨의 처리장치 및 처리방법은 가축분뇨의 성상에 있어서의 불균일성과 고농도 유기물에 의한 하절기 온도상승, 사료에 포함된 미생물저해 금속성분(구리, 아연) 및 소독 등으로 인하여 발생하는 가축 분뇨의 생물학적 처리에 있어서의 문제점을 획기적으로 감소시키기 위한 방법으로서, 저류조를 3단계 시스템으로 분리하고 생물반응조 운영에 있어서 미생물 활성 저하시에 미생물을 미생물활성유지조에서 공급하고, 공기냉각장치의 부속시설로서 온수 및 냉수주조를 분리설치하여 상기와 같은 문제점을 해결하는 것이다.
종래의 대부분 특허기술은 가축분뇨의 처리 또는 자원화 중 하나에만 중점을 둔 것으로서, 고농도 유기성분에 의한 자원화공정이 배제되거나 자원화공정 후 발생하는 폐액에 대한 고비용의 처리장치 및 외부탄소원이 요구되어 비경제적이었다. 또한 원심분리공정까지 거친 가축분뇨를 기질로 하여 바이오가스를 생산할 경우, 협잡물처리만을 거친 침사조액보다 유기물함량이 낮아서 효율이 저하되므로 자원화와 가축분뇨의 처리가 결합된 경제적이고도 적정한 처리장치 및 방법이 절실히 요구된다. 또한 자원으로서 사용가능한 액비가 요구되는 일정한 기간(보통 10~3월) 동안만 액비를 생산하고 다른 기간에는 정화처리를 해야 하므로 액비생산시설과 정화시설의 2중적인 처리시설이 필요하여 설치비 및 운영비가 과다하게 소요되었다.
종래의 특허출원 제10-2006-0071701호의 축산분뇨의 처리장치 및 처리방법은 생물반응조의 공기포기조에 자체순환라인을 설치하여 하부의 반응조액을 상부에서 확산시킴으로써 산소공급효과 및 하부의 혐기화 방지와 함께 하절기 반응조의 온도를 3℃이상 저하시키고 거품을 제거하는 효과를 가지는 것이다. 또한 공기냉각시설의 부속시설로서 온수 및 냉수 수조를 분리설치하여 하절기 공기냉각 효율을 증대시키 는 것이다. 그러나 가축분뇨의 특성상 생물반응조에 공기를 주입시 유기물이 분해하면서 발생하는 발열로 인하여 하절기에는 온도상승에 의한 반응조 운영에 어려움이 발생하였다(Choi, E., Kim, D., Eum, Y., Yun, Z. and Min, K.S., Full-Scale Experience for Nitrogen Removal from Piggery Waste, Wat . Environ . Res., 77(4), pp. 381-389(2005); 황인수와 민경석, 수정된 MLE 공정을 이용한 Full-Scale에서의 돈사분뇨처리, 한국물환경학회지( in press ), 22(5)(2006) 참조). 따라서 생물반응조 전단계에서 유기물 함량을 낮게 유지하는 근본적인 대책이 필요하였다.
종래의 특허출원 제10-2006-0071701호는 종래의 타 기술과 비교하여 협잡물처리 및 원심분리단계에서 응집제를 사용하지 않았기 때문에 전처리슬러지의 자원화에 유리한 반면, 전량 탈수와 고농도 유기물을 함유한 기질이 생물반응조에 유입됨에 따라 탈수슬러지의 과다 발생과 생물반응조 유입액의 하절기 온도상승을 획기적으로 해결하기 위한 전단계에서의 유기물의 감소가 요구되었다.
따라서 본 발명은 가축분뇨의 처리에 있어서, 자원회수가 가능하고 전처리한 가축분뇨 및 자원을 회수한 C/N비가 낮은 혐기성 반응조의 폐액을 획기적으로 처리할 수 있는 가축분뇨의 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 협잡물을 제거한 침사조액을 자원회수공정과 연계하고, 생물반응조 처리액을 액비로 공급함으로써 전량 탈수에 의한 탈수슬러지의 과다발생 및 탈수량과 비용부담을 감소시키며 후단 여과시설 운영비용을 절감시키는 것이다. 또한 전단계인 자원회수공정에서 발생하는 C/N비가 낮은 유출폐액과 원심분리를 거친 가축분뇨를 혼합처리함으로써 정화처리에 있어서 외부탄소원의 과도한 요구를 없애고, 혼합을 통하여 생물반응조에 유입되는 가축분뇨의 유기물을 감소시킴으로써 하절기 생물반응조의 과도한 온도상승을 방지하는 효율적이고도 경제적인 가축분뇨처리를 가능하게 하는 것이다. 또한 가축분뇨의 생물학적 처리액을 미량 오염물질은 물론 색도까지 완벽하게 제거하고 처리수의 재이용을 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 의한 가축분뇨의 자원회수 및 처리를 위한 장치 및 운영방법은 고농도의 고형물, 유기물 및 질소를 함유한 가축분뇨로부터 자원을 회수하고 경제적이고도 효율적으로 처리할 수 있는 방법이다.
저류조의 분리 및 혼합시스템을 통하여 가축분뇨의 조성을 일정하게 유지하고, 소독 등 생물학적 처리에 문제를 야기하는 독성을 완화하여 가축분뇨의 처리효율을 상승시킨다.
협잡물을 제거한 가축분뇨를 이용하여 자원회수공정에서 바이오가스를 생산할 수 있으며, 처리폐액은 액비로 사용하거나 후단의 가축분뇨와 혼합하여 정화처리할 수 있다. 이러한 공정을 통하여 슬러지 및 유기물을 감소시키므로써 후단 생물반응조에 하절기 발생하기 쉬운 반응조의 온도상승을 최소화하여 적정 처리를 도모할 수 있다.
또한 생물반응조에서 인출한 처리액을 이용하여 요구에 적합한 액비를 조성함으로써 액비생산 및 후단 고액분리와 여과공정을 감소시키거나 생략할 수 있는 경제적인 이점이 있다.
무산소혼합조 및 공기주입조로 구성된 생물반응조에서는 상부 지붕설치에 의한 직사광선 방지, 내부 자체순환수 살포 및 황산주입장치인 pH 조정장치를 설치하여 하절기 조내 온도상승과 소독약품유입에 따른 생물학적 처리상의 활성저해 현상을 최 소화하고 단기간에 회복할 수 있도록 한다.
공기냉각시설 및 탈수기 여과포세척액과 역세척수를 농축 및 침전시켜 탈수량의 감소와 응집제 사용을 감소시키는 경제적이고도 합리적인 처리를 가능하게 한다.
탈수여액을 1차 여과시킨 후 오존을 처리함으로써 오존처리의 효율성을 높이고, 오존처리시설 후단에 다시 여과시설을 추가하여 오존에 의해 생성되는 2차 물질을 완벽하게 제거하여 방류수의 재이용을 가능하게 한다.
발명의 구성 및 작용
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 가축분뇨의 자원회수 및 처리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 가축분뇨의 자원회수 및 처리방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 가축분뇨의 자원회수 및 처리장치의 운영 방법을 처리순서에 따라 설명한다. 본 발명에 따른 가축분뇨의 처리장치는 크게 협잡물제거 및 원심분리단계로 구성된 전처리단계(100); 자원회수를 위한 혐기성 반응기(300); 4단계 저류조(200); 무산소혼합조 및 공기주입조로 구성된 생물반응조(300); 액비조성조(305); 탈수액 저류시설(400); 고액분리장치(500); 여과막(600)과 여과장치(800) 및 오존처리장치(900)와 공기냉각장치(700)로 이루어진다.
1) 가축분뇨의 전처리
본 발명에서는 전처리에 약품은 전혀 사용하지 않으며, 협잡물처리와 원심분리로 구성된다. 협잡물처리를 거친 가축분뇨는 TS 50,000~80,000 mg/L 및 CODcr 45,000~80,000 mg/L이며, 원심분리까지 거친 가축분뇨는 TS 25,000~40,000 mg/L 및 CODcr 35,000~60,000 mg/L 정도로 유지되고 자원회수공정에는 유기물함량이 높은 협잡물처리만을 거친 침사조액을 사용한다.
상기 저류조는 가축분뇨를 보관하는 장치로서 원심분리한 가축분뇨를 보관하는 제 1저류조 및 제 2저류조와 자원회수공정인 혐기성 반응조에서 발생하는 폐액을 보관하는 제 3저류조로 구성되며, 제 4저류조는 각 저류조의 가축분뇨를 혼합하여 균등화하기 위하여 사용된다. 저류조 1, 3과 4는 혼합이 용이한 형태로, 저류조 2는 선입선출이 가능한 구조로 구성된다. 상기 혼합이 가능한 형태라는 것은 가축분뇨가 유입되는 시기와 관계없이 이미 저류되어 있는 가축분뇨와 함께 혼합되도록 시설을 구비하는 것이고, 선입선출이 가능한 구조라는 것은 저류조에 먼저 유입된 가축분뇨가 먼저 유출되도록 하여 유입시기에 따라 순차적으로 유출되어 동일하고도 충분한 체류시간을 가지는 것을 의미한다. 이를 위해서 저류조에 흐름막을 설치하고 밸브가 장착된 공급라인과 배출라인을 저류조의 유입부분과 유출부분에 각자 위치하도록 구비한다.
4단계 저류조의 운영방식은 다음과 같다: 즉, 가축분뇨는 일반시기에는 제 1저류조, 제 2저류조 및 제 4저류조를 모두 사용하여 저류한다. 구제역이나 소독시기가 오면 가축분뇨에 소독제와 항생제가 잔류되어 있어서 후단의 생물반응조에서의 처리에 문제를 야기하므로 이때는 저류조 2로 유입시킨다.
저류조 2에서는 선입선출방식에 따라 충분하고도 균등한 체류시간을 가지며, 브로와(205)의 포기로 인한 호기성 분해로 일반 혼합보다 빠른 시간에 소독제와 항생제의 분해가 일어난다. 또한 공기냉각시설(700)을 거치지 않은 고온의 가압공기가 주입되어 소독제와 항생제의 분해속도를 높인다. 저류조 4에서는 저류조 1에 보관되어있는 비소독기간의 가축분뇨와 저류조 2의 가축분뇨를 혼합하여 잔류 소독제와 항생제의 혼합과 희석을 통하여 균등하고도 저독성의 가축분뇨를 조성한다. 또한 저류조 1, 2 및 4의 3단 구조는 저류조의 혼합기 또는 포기장치 및 산기관의 고장이나 침전물의 준설 등 비상시에 각 저류조의 예비개념으로 상호 사용할 수 있다. 저류조 3은 협잡물을 제거한 가축분뇨를 바이오가스를 생산하기 위하여 자원회수공 정을 거친 후 발생하는 C/N비가 낮은 폐액을 보관하는 곳으로서, 저류 후 액비로 공급하거나 수요가 없을 경우 저류조 4로 일정량씩 이송하여 혼합처리하는 4단계 시스템이다.
2) 자원회수공정(바이오가스 생산공정)
그림 1은 혐기성 반응조(104)에서 혐기성 소화 공정을 이용한 메탄 및 수소의 생성과정을 단순화시킨 것이다. 가축분뇨에서 협잡물만 제거한 침사조액은 원심분리를 거친 전처리액보다 고농도 유기물을 함유하고 있으므로 바이오가스를 생산함에 있어서 더 높은 효율을 나타내며, C/N비가 낮은 폐액은 액비로 사용하거나 수요가 없는 계절에는 전처리 가축분뇨와 혼합하여 처리한다.
[표 1] 전처리 단계에 따른 가축분뇨의 성상 비교
(단위 : mg/L)
| 비 고 | 유입 가축분뇨 | 침사조액(협잡물 제거 후) | 저류조액(원심분리 후) |
| BOD CODcr CODMn SS T-N T-P | 24,600~34,800 (28,600) 58,000~80,000 (65,800) 14,800~18,400 (15,400) 31,600~42,350 (34,600) 5,600~7,620 (6,860) 980~2,280 (1,210) | 24,100~28,400 (26,200) 56,500~74,000 (61,900) 12,400~17,500 (14,800) 27,600~42,000 (30,400) 5,400~7,350 (6,450) 830~2,060 (910) | 21,600~27,400 (24,200) 56,000~65,000 (58,300) 11,200~13,200 (12,600) 23,000~33,700 (28,200) 5,840~6,370 (6,230) 780~1,560 (860) |
바이오가스를 생산하는 공정을 요약하면, 몇 그룹의 혐기성 미생물을 이용하여 폐 수의 유기물질을 단계적으로 분해하여 최종생성물로서 메탄과 CO2 가스 또는 수소를 발생하는 생물학적 처리방법이다.
그림 1. 복합물의 다양한 경로를 통한 바이오가스 생성
슬러지는 소화과정을 통하여 유기물의 50~60%는 미생물의 신진대사에 사용되고 10% 미만은 미생물체로 변하게 되며 안정화된다. Glucose(C6H12O6)의 혐기성 반응에 의한 메탄발생의 물질수지는 반응식 1과 같다.
반응식 1
메탄생성
C6H12O6 → 3 CO2 + 3 CH4
반응식 2는 유기성 기질로부터 발효에 의한 수소생산을 간단하게 나타낸 반응식이다. 혐기성 세균은 빛에너지를 필요로 하지 않기 때문에 기질의 분해가 불완전하고 유기산이 남는다. 비록 주요 대사산물이 acetate와 butyrate이지만, 더 낮은 Gibbs 자유에너지와 효소활성이 관여하기 때문에 butyrate가 더 우점하게 된다.
반응식 2
수소생성
Glucose → Butyrate + 2 CO2 + 2 H2 ΔG = -257.1 kJ
3) 생물반응조에서의 처리
상기 저류조 4의 농도가 균등하고 저독성인 가축분뇨는 생물반응조에 유입하여 처리된다. 생물반응조(300)는 무산소혼합조(301)와 공기주입조(302)로 구성되며, 공기주입조(302)에는 하절기 온도상승이나 소독약품 유입에 따라 질산화가 저해되었을 때 발생하는 조내 pH의 과도한 상승을 방지하기 위하여 황산을 주입하는 pH 조정장치(307)를 설치한다.
가축분뇨는 공기주입조에서 산소공급(709)에 의해 질산화과정을 거치고 격벽에 의한 자연유하 및 반송라인에 의해 무산소혼합조로 이송하여 탈질이 일어난다.
이때, 가축분뇨는 유기물분해과정에서 고발열이 일어날 뿐만 아니라 포기조에서 미세공기를 발생시키기 위하여 주입하는 압축공기로 인한 발열이 일어나므로 하절기에는 포기조의 경우 60℃이상으로 반응조 내부 온도가 상승하여 생물학적 처리가 불가능하게 된다. 전단계에서 자원회수공정을 거친 폐액이 전처리된 가축분뇨와 혼합될 경우 이러한 문제는 많이 완화된다. 하절기 공기주입조의 온도상승을 방지하여 질산화미생물의 생육에 적당한 40℃이하로 낮추기 위해서 추가적으로 공기냉각시설(700)을 설치하여 압축공기의 온도를 낮추어 공급하며, 생물반응조 상부에 지붕을 설치하여 직사광선에 의한 반응조 온도상승을 방지한다. 또한 공기주입조에 내부순환라인(303)을 설치하여 하부의 생물학적 처리액을 상부로 끌어올려 분산살포함으로써 가축분뇨처리에 문제가 되는 거품의 제거, 상부와 하부의 혼합효과 및 공기접촉으로 인한 포기와 온도저하(3℃이상)의 효과 및 온도저하에 따른 용존산소농도를 높이는 효과를 가져온다. 또한 효과적인 순환수의 분산판(303)을 상부에 설치할 경우 이 효과는 배가된다.
또한 무산소혼합조액이 공기주입조에 반송되면 격막높이 이상되는 반송된 액은 자연유하로 무산소혼합조로 이송되며, 일부는 반송라인을 통하여 무산소혼합조의 상부에서 분산판을 이용하여 분산시킴으로서 혼합효율을 높이고 무산소혼합조의 거품제거 및 온도상승방지의 효과를 가진다. 동시에 무산소혼합조에서 내부순환살포도 병행한다. 거품이 적고 온도가 낮은 겨울철에는 반송라인은 사용하지 않고 격벽에 의한 이송만을 사용하여 온도저하를 방지한다.
한편 공기주입조의 상부에는 황산(H2SO4)을 주입하는 pH 조정장치(307)를 설치한다. 하절기에는 조내의 온도상승과 가축분뇨에 함유된 소독성분의 유입으로 질산화가 저해를 받게 되며, pH의 급격한 상승과 함께 암모니아성 질소농도가 증가하여 질소제거효율이 저하한다. 이때 pH 조정장치(307)를 통하여 황산(H2SO4)을 주입함으로써 인위적으로 신속한 중성상태를 유지함으로써 질산화 활성을 회복시킨다.
a. 생물반응조(300)의 공기주입조에서의 질산화 단계
공기주입조(302)에서는 가축분뇨의 암모니아성 질소를 공기와 결합시켜 아질산성 질소 및 질산성 질소로 전환시키며, 유기물의 분해가 일어난다. 반응식 1은 암모니아성 질소가 질산화되는 반응식이다.
반응식 3
암모니아 산화
NH4 + + 1.44 O2 + 0.0496 CO2
→ 0.01 C5H7O2N + 0.99 NO2 - + 0.97 H2O + 1.99 H+
반응식 4
아질산성 질소산화
NO2 - + 0.00619 NH4 + + 0.031 CO2 + 0.0124 H2O + 0.5 O2
→ 0.00619 C5H7O2N + 1.00 NO3 - + 0.00619 H+
반응식 5
전체반응
1.00 NH4 + + 1.89 O2 + 0.0805 CO2
→ 0.0161 C5H7O2N + 0.952 H2O + 0.984 NO3 - + 1.98 H+
반응식 6은 유기물이 분해되는 반응식으로서 유기물 분해과정에서 발열이 일어난다. 이 발열은 압축공기 포기로 인한 발열과 함께 포기조의 온도를 상승시키는 원인이 되며, 하절기에 60℃이상의 발열로 포기조에서의 질산화가 불가능하게 된다. 질산화미생물은 온도변화에 극히 민감하며, 암모니아 산화균의 경우 35℃, 아질산 성 질소산화균의 경우 35~42℃가 최적 온도범위이다.
반응식 6
산화과정 : CxHyOz + O2 → CO2 + H2O - ΔH (35~40%)
동화과정 : CxHyOz + NH3 + O2 → Cell + CO2 + H2O - ΔH (60~65%)
b. 생물반응조(300)의 무산소조에서의 탈질단계
탈질단계에서는 포기조에서 유입된 질산화된 질소와 무산소 상태에서 유입된 축산분뇨의 유기물을 이용하여 생물학적으로 질소가스로 전환시키는 과정이다. 탈질반응식은 아질산성 질소로부터 탈질하는 아탈질과 질산성 질소로부터 탈질하는 완전탈질로 구분하며, methanol을 탄소원으로 사용하였을 때 미생물의 합성을 고려한 아탈질과 완전탈질의 반응은 반응식 7 및 8과 같다.
반응식 7
질산성질소제거 : NO3 - + 1.08 CH3OH + 0.24 H2CO3
→ 0.056 C5H7O2N + 0.47 N2 + 1.68 H2O + HCO3 -
반응식 8
아질산성 질소제거 : NO2 - + 0.67 CH3OH + 0.53 H2CO3
→0.04 C5H7O2N + 0.48 N2 + 1.23 H2O + HCO3 -
4) 액비조성단계
본 발명에서 혐기성 반응조 폐액 및 공기공급조와 무산소혼합조의 생물학적 처리액은 액비조성조(305)에서 적정한 비율로 혼합함으로써 요구기준에 적합한 액비를 조성한다. 반응조 폐액 및 무산소혼합조와 공기공급조의 생물학적 처리액의 비료성분은 표 2와 같다.
[표 2] 비료공정법상 액비기준 및 생물학적 처리액의 성분
| 성 분 | 액비기준 | 혐기성 반응조 폐액 | 공기공급조액 | 무산소혼합조액 |
| 질소전량* 염분 수분 | 0.3% 이상(0.1% 이상) 0.3% 이하 95% 이상 | 0.5~0.7% 0.1~0.2% 95.3~97% | 0.17~0.23% 0.05~0.2% 97.2~97.9% | 0.21~0.32% 0.05~0.2% 97.0~97.7% |
| 비소 카드뮴 수은 납 크롬 구리 아연 니켈 | 5 ㎎/㎏ 이하 0.5 ㎎/㎏ 이하 0.2 ㎎/㎏ 이하 15 ㎎/㎏ 이하 30 ㎎/㎏ 이하 50 ㎎/㎏ 이하 130 ㎎/㎏ 이하 5 ㎎/㎏ 이하 | 0.000~0.001 ㎎/㎏ 0.05~0.1 ㎎/㎏ 0.000~0.001 ㎎/㎏ 0.000~0.001 ㎎/㎏ 0.2~0.4 ㎎/㎏ 22.2~29.3 ㎎/㎏ 63.0~73.0 ㎎/㎏ 0.3~0.5 ㎎/㎏ | ||
비고) *, 가축분뇨의 자원화 및 이용촉진에 관한 규칙상 질소전량은 0.1% 이상임
5) 공기냉각시설
공기냉각시설(700)은 브로와(205)에서 공급되는 고온의 압축공기를 냉각시켜 생물반응조(300)의 공기공급조, 미생물활성유지조(401) 및 탈수액 저류조(402)에 공급하여 온도상승에 따른 저해를 방지함과 동시에 혼합과 산소를 공급한다. 공기냉각시설을 통과하여 유출되는 순환수(온수)는 순환수라인(701)을 통하여 순환수저류조(703)에 저장한다. 일반적인 열교환기의 순환수 저류조가 단일저장조인데 반하여 본 발명에서는 냉각수가 보관되는 냉각수저류조(702)와 공기냉각시설을 통하여 유출되는 순환수를 저장하는 순환수(온수)저류조(703)를 분리하여 설치한다. 순환수저류조(703)는 냉각수저류조(702)와 인접하여 설치하며, 자연유하에 의하여 냉각수저류조(702)로 유출된다. 이 분리장치를 통하여 냉각수 저류조(702)에 온수인 공기냉각시설의 유입에 따른 온도상승을 방지하여 공기냉각효율을 증대시키고, 온수인 순환수를 분리하여 탈수공정에 사용하는 응집제용해조(705)의 용수로 사용함으로써 용해도를 높여 효율성 증대 및 응집제 사용량이 절감된다.
6) 고액분리단계
본 발명에서 생물학적으로 처리된 가축분뇨는 처리과정에서 일부는 에너지로 소비되고 일부는 미생물 균체로 합성된다. 생물반응조(300)에서 처리한 가축분뇨는 공 기주입조에서 인출 후, 탈수를 위하여 탈수액 저류조(402)에 보관한다. 탈수액 저류조액은 BOD 800~1,500 mg/L, COD, 10,000~20,000 mg/L, SS 12,000~20,000 mg/L, T-N 800~1,500 mg/L 및 T-P 500~1,200 mg/L 정도이다.
탈수액 저류조(12)는 단순한 저류역할만 할 뿐아니라 생물학적으로 미처리된 가축분뇨가 직접 유입되지 않으므로 소독 등으로 인한 시기에는 생물반응조(300)의 포기조보다 미생물활성이 매우 높다. 그러나 탈수 후 약품이 혼합된 응집반응조의 잔류 폐수가 다시 유입되므로 미생물 활성에 영향을 미친다.
본 발명에서는 탈수액 저류조(402) 전단에 미생물활성유지조(401)을 설치하여 탈수액의 저류는 물론 탈수 후 약품이 혼합된 폐수가 유입되지 못하게 함으로써 항상 미생물활성을 최대로 유지하도록 하였으며, 비상시에 생물반응조(300)의 공기주입조에 재투입하여 미생물 활성 회복은 물론 회복속도를 배가시킨다.
탈수액 저류조에 보관된 생물학적 처리액은 응집제를 사용하여 응집반응을 거친 후 탈수기를 이용하여 고액분리단계인 탈수(500)를 거친다. 응집제는 다양한 선택이 가능하며, 생물학적 처리수의 응집반응을 통하여 선택할 수 있다. 탈수여액은 단독처리 또는 목적에 따라 정밀여과시설로 처리하고, 하수연계처리일 경우에는 여과막(600)과 후단여과시설(900) 및 오존처리(800)를 생략할 수 있다.
7) 탈수기 탈수여액, 여과포세척액 및 여과기 역세척수의 처리
상기한 본 발명의 목적들은 크게 3단계 저류조의 구성, 생물반응조 포기조의 내부순환시설, 미생물활성유지조의 설치, 공기냉각시설의 냉각수와 순환수 저류조의 분리 및 폐역세척수 및 탈수기여과포세척수의 분리처리를 위한 농축침전조의 설치로 달성된다.
탈수공정에서는 탈수액 저류조(402)의 폐수를 응집제를 주입하여 응집시켜 보통 벨트프레스 탈수기로 탈수한다. 벨트프레스에서는 여과포를 세척하는 세척수와 탈수과정에서 나오는 탈수여액이 혼합되어 탈수여액저류조(501)로 이송된다. 이과정에서 여과포 세척수는 여과포의 부탁된 입자를 제거하기 때문에 탈수여액보다 입자의 농도가 매우 높다(표 2참조). 또한 여과(600)공정에서는 역세척수가 발생하는데, 역세척수 모두를 탈수액 저류조로 이송하여 탈수함으로써 탈수량의 증대와 응집제사용량의 증가를 야기하였다. 본 발명에서는 폐역세척수 이송라인(601)과 여과포세척수 이송라인(502)을 통하여 폐역세척수와 여과포세척수를 폐역세척수 농축침전조(602)로 이송하여 농축 및 침전을 거친 후, 침전슬러지는 농축침전슬러지 이송라인(502)을 통하여 탈수액 저류조(402)로 이송한 후 탈수하고, 상등액은 농축침전상등액 이송라인(604)을 통하여 여과수조로 이송하여 여과막(600)과 오존처리(800) 및 후단여과시설(900) 등으로 구성된 정밀여과공정을 거친다.
[표 3] 탈수기의 탈수여액과 여과포세척액의 농도
(단위 : mg/L)
| 구 분 | 탈수여액 | 여과포세척액 | 혼합여액 | 비 고 |
| BOD CODcr SS T-N T-P | 7 156 123 30 4 | 13 308 289 40 6 | 10 232 206 35 5 | 탈수액과 여과포세척액 비율 = 1:1 기준 |
8) 정밀여과 및 오존처리단계
고액분리를 거친 처리수는 직접 하수에 연계처리하거나 목적하는 수질에 따라 1차 여과막(U/F) 및 오존처리와 2차 여과공정을 거쳐 최종 방류한다. 2차 여과공정은 여과막; 또는 담체여과, 모래여과 및 활성탄여과를 조합할 수 있으며, 여과막은 재이용 등 목적에 따라 MF, UF 등을 다양하게 선택하여 정밀여과할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명을 표현한 가축분뇨의 자원회수 및 처리장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 가축분뇨의 처리방법을 나타낸 공정도이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
100 전처리시설 101 협잡물처리
102 침사조 103 원심분리
104 혐기성 반응조
200 저류조 201 제 1저류조
202 제 2저류조 203 제 3저류조
204 제 4저류조 205 브로와
206 공기공급라인
300 생물반응조 301 무산소혼합조
302 공기주입조 303 자체순환수 라인 및 분산판
304 반송라인 305 액비조성조
306 생물반응조액 인출라인 307 pH 조정장치
400 탈수액 저류시설 401 미생물 활성유지조
402 탈수액 저류조
500 탈수기 501 탈수여액 저류조
502 여과포세척수 이송라인
600 여과시설 1(U/F) 601 폐역세척수 이송라인
602 폐역세척수 농축침전조 603 농축침전상등액 이송라인
604 농축침전슬러지 이송라인
700 공기냉각시설 701 순환수라인
702 냉각수저류조 703 순환수(온수)저류조
704 공기냉각시설 순환수(온수)라인 705 응집제 용해조
706 응집제주입라인 707 냉각수라인
708 역세척수라인 709 냉각공기 공급라인
800 오존처리시설
900 여과시설 2
도면
도면1
도면2
Claims (9)
- 수거된 가축분뇨에 포함되어 있는 사료찌꺼기, 뼈조각 등 큰 입자성분을 제거하는 협잡물 제거단계;협잡물을 제거한 가축분뇨를 일차보관하고 자원화를 위한 혐기성 반응조에 협잡물이 제거된 가축분뇨를 자원회수를 위한 혐기성 반응조에 공급하는 침사장치;상기 침사장치에서 인출하여 더 작은 입자성분을 제거하기 위한 원심분리장치;전처리된 가축분뇨 및 자원회수공정을 거친 가축분뇨를 4단계로 분리하여 운영하는 저류조;상기 저류조에서 인출하여 가축분뇨를 생물학적으로 처리하기 위해 무산소혼합조 및 공기주입조로 구성된 생물반응조;자원을 회수한 후 발생하는 혐기성 반응조 폐액 및 무산소혼합조와 공기주입조에서 인출한 생물반응액을 혼합하여 요구되는 적정성분의 액비를 조성시키는 액비조성조;생물반응조에서 처리된 가축분뇨 처리액을 응집제를 이용하여 응집 후 고액분리시켜 정화하는 고액분리단계; 및 고액분리한 탈리액을 여과막, 오존처리시설 및 후단여과시설을 이용하여 미량 오염물질을 분리하여 최종 정화시키는 정밀여과단계;상기 가축분뇨가 유입되는 저류조는 일반시기, 소독시기, 비상시 및 자원회수공정을 거친 C/N비가 낮은 가축분뇨를 분리하여 저류하고 이들 가축분뇨를 혼합하는 저류조로 이루어진 4단계 저류장치 시스템인 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 처리장치.
- 제 1항에 있어서 가축분뇨가 유입되는 저류조는 일반시기에 가축분뇨가 유입되는 제 1저류조, 소독시기 및 비상시에 유입되는 제 2저류조, 자원회수공정 후 C/N비가 낮은 유출폐액을 저류하는 제 3저류조 및 제 1저류조와 제 2저류조 또는 제 1저류조, 제 2저류조와 제 3저류조의 가축분뇨를 혼합하는 제 4저류조로 이루어진 4단계 저류장치 시스템인 것을 특징으로 하며, 제 1저류조와 제 4저류조는 타 저류조의 수선 등에 있어서 예비시설로 상호사용가능하고 제 2저류조는 선입선출이 가능한 구조인 가축분뇨의 처리장치.
- 제 1항에 있어서 원심분리단계까지 거친 저류조액보다 유기물 함량이 높은 협잡물 만 제거한 침사조액을 유입기질로 사용하여 바이오가스를 생산하는 가축분뇨의 처리장치.
- 제 1항에 있어서 협잡물제거 및 원심분리된 가축분뇨; 또는 협잡물제거 후 원심분리된 가축분뇨; 및 자원회수 후 발생한 C/N비가 낮은 폐액을 제 4저류조에서 혼합 후 무산소혼합조에 주입하고 무산소혼합조액을 유입가축분뇨대비 6~8Q로 공기주입조에 순환시켜 유기물 및 질소성분을 제거하는 MLSS 10,000~20,000 mg/L로 유지되는 고농도 미생물 운영 생물반응조를 이용한 가축분뇨의 처리장치.
- 제 1항에 있어서 하절기 생물반응조액의 직사광선에 의한 온도상승을 방지하기 위한 생물반응조 상부지붕설치; 및 생물반응조액의 혼합효율증대, 거품제거 및 하절기 반응조내의 과도한 온도상승을 방지하기 위하여 생물반응조 하부액을 펌핑한 후 무산소혼합조 및 공기주입조의 상부에서 살포하는 내부순환살포장치를 이용하여 생물반응조를 운영하는 가축분뇨의 처리장치.
- 제 1항에 있어서 생물반응조 공기주입조액의 무산소혼합조로의 내부 반송에 있어서 공기주입조와 무산소혼합조사이 격막을 통한 자연유하식 이송 및 분산라인과 내부 순환라인 및 분산판을 이용한 이송액의 질산화증가, 무산소혼합조의 거품제거 등의 기능을 하게 하는 가축분뇨의 처리장치.
- 제 1항에 있어서 생물반응조 공기주입조의 효율적 운영을 위하여 하절기 조내 온도상승이나 소독약품 등의 유입으로 질산화 저해가 일어나서 pH가 급격하게 상승되었을 때, pH를 중성으로 유지하여 질산화 활성을 빠르게 회복시킬 수 있도록 황산(H2SO4)을 주입하는 pH 조정장치를 설치하여 운영하는 가축분뇨의 처리장치.
- 제 1항에 있어서 액비공급시기에 생물반응조인 무산소혼합조와 공기주입조의 생물학적 처리액 및 자원회수한 후 발생하는 혐기성 반응조 폐액을 적정 비율로 혼합하여 요구기준에 적합한 액비를 조성하는 액비조성조가 설치된 가축분뇨의 처리장치.
- 제 1항에 있어서 탈수액 저류조에 있어서, 생물반응조 처리액을 고액분리시켜 분리한 탈리액을 pH 5.8~8.5로 중화시킨 후 하수와 연계처리하거나, 여과막 및 오존처리시설과 후단 여과시설을 이용하여 미량 오염물질 및 색도를 완벽하게 제거하여 단독 방류 및 재이용을 가능하게 하는 가축분뇨의 처리장치.
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| KR100986036B1 (ko) * | 2010-08-17 | 2010-10-07 | (주)도드람환경연구소 | 가축분뇨 처리방법 |
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2008
- 2008-05-17 KR KR1020080045828A patent/KR20090119804A/ko not_active Application Discontinuation
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