KR20160023263A - 가축분뇨 저장조의 폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가축분뇨 저장조의 폐수 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가축분뇨가 향후 액체 비료로 이용되어질 수 있도록 공기 공급량을 측정수치를 이용하여 자동 조절하고, 총질소, 암모니아성 질소, 인, 난분해성 유기물과 같은 고농도 유기물은 농축하고, 처리수는 농장에서 재이용할 수 있도록 발명된 것이다.
본 발명의 구성은, 여과조(10)의 양단에 엔드플레이트(11)(12)가 필요에 의해 개폐 가능하게 취부되고,
이 엔드플레이트(11)(12)에 회전 가능하게 설치되는 중공축(70)의 유입공(71) 위치에 여과수의 유로를 형성하는 나노막(62)과, 이 나노막(62)의 외부를 감싸는 필터(63)로 이루어지는 디스크필터(60)들이 일정간격 스페이서(80)들에 의해 간격을 유지한 상태로 설치되는 고액분리기에 있어서,
상기 디스크필터(60)와 스페이서(80)의 사이에는 지지살(91)들 사이로 통과홀(92)들이 뚫어져 역세과정에서 나노막(62)과 필터(63)의 회손을 방지하는 지지판(90)들이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은, 액비저장조의 산소환원전위 측정장치와 연동되어 ORP 기준으로 0.01~50mV를 유지하도록 고액분리기를 on/off 시키는 것을 특징으로 한다.

Description

가축분뇨 저장조의 폐수 처리장치 및 방법{livestock manure storage tank wastewater treatment apparatus and method}

본 발명은 가축분뇨 저장조의 폐수 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가축분뇨가 향후 액체 비료로 이용되어질 수 있도록 공기 공급량을 측정수치를 이용하여 자동 조절하고, 총질소, 암모니아성 질소, 인, 난분해성 유기물과 같은 고농도 유기물은 농축하고, 처리수는 농장에서 재이용할 수 있도록 발명된 것이다.

일반적으로, 축산폐수 처리방법에는 액비화 및 퇴비화 등 자원화 처리법과 정화하여 방류하는 방법이 있다.

통상 한우, 젖소, 양계 등의 폐수처리는 분뇨분리의 용이로 인하여 일반적 폐수처리방법의 적용이 용이하지만, 양돈 폐수의 경우 분뇨 분리의 난해함으로 인하여 폐수처리가 어려우며 이로 인하여 양돈 비용중 폐수처리비용이 과다하여 양돈농가의 큰 부담으로 작용하고 있다.

양돈분뇨의 처리방법중 액화비법은 분뇨 슬러리 상태에서는 95~98% 이상의 높은 함수율을 보이고 있어 액비화 과정중 부피의 감소가 있다고 하여도 액비과정이 끝난 후에도 높은 함수율을 유지하고 있다.

따라서 저장에 필요한공간과 시설비 및 운송비의 증가로 인하여 근거리에 수요처가 없을 경우에는 적용하기가 곤란하다.

퇴비화법의 경우 함수율이 낮은 분(糞)만 퇴비화하지 않고 분뇨슬러리를 퇴 비화할 경우 슬러리의 높은 함수율로 인하여 톱밥등의 수분조절재가 과다하게 필요하게 되며, 분의 적절한 탈수없이 과다한 수분조절재만 사용하는 것은 퇴비의 질을 저하시키고 퇴비화시설의 부하를 높여 퇴비화법의 경제성을 악화시키게 된다.

정화처리법은 뇨, 세정수 등을 활성슬러지법을 근간으로 하는 생물학적 처리법이 흔히 사용되는 데, 분뇨의 분리가 철저히 되지 않으면, 고농도의 폐수가 처리시설에 유입되어 미생물의 활동에 치명적인 장애를 주어 적정한 처리효율을 내지 못하여 방류수 수질기준에 달성하기가 쉽지 않다. 한번 비정상적 운전이 이루어지면 정상적인 운전에 도달하는 시간이 수일에서 수개월이 소요되기도 하여 축산폐수와 같은 고농도 폐수의 활성슬러지법을 유지하기 위해서는 숙련된 관리인이 필요하다.

국내 실용신안 등록 제20-317334호 및 특허 제10-0854092호에서는 액비의 부피를 줄여 저장 및 운송비용을 절감할 수 있도록 한 디스크필터를 채용한 고액분리기 및 축산분뇨 정화장치가 알려진 바 있다.

이 축산분뇨 정화장치의 구성은 양단의 엔드플레이트와 함께 폐쇄공간을 형성하는 여과조와,

엔드플레이트에 회전가능하게 지지되며 일정간격으로 복수의 유입공이 형성된 적어도 하나의 중공축과,

각 중공축의 각 유입공 위치에 결합되어 중공축과 함께 회전되는 복수의 디스크필터와,

중공축을 회전 구동시키는 회전구동수단과,

여과조에 폐수를 공급하기 위한 폐수저장조 및 공급펌프와,

여과조에 압축공기를 공급하는 압축기와,

각 중공축의 단부와 연결되어 여과수를 배출시키는 배출파이프를 구비하여 이루어져 있다.

또, 고액 분리기는 여과조(10)내에서 중공축(70)의 유입공(71) 위치에 결합되어 중공축과 함께 회전되는 판형상의 디스크(61)와,

이 디스크(61)의 외부를 감싸지게 하여 내부로 여과수의 유로를 형성하는 분리막(62)으로 구성된다.

그리고, 분리막의 외측에는 필터가 마련되며 폐수로부터 이물질을 여과시키게 되고, 중공축에는 디스크필터 사이의 간격을 유지시키는 스페이서(80)가 구비되어 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-0854092호(2008년 8월 19일 등록) 대한민국 실용신안 등록 제20-317334호(2003년 6월 10일 등록) 대한민국 특허 제10-791110호(2007년 12월 26일 등록)

축산분뇨는 자원이라는 측면과, 주요한 수질 오염원이라는 서로 상반되는 측면을 가지고 있는데, 가장 주요한 인자 중의 하나로 인지되는 부분이 총질소(T-N)이다. 질소는 공기중의 가스상 질소를 비롯해 질산 암모니아와 같은 화합물로부터 단백질 핵산에 이르기까지, 구조가 간단한 것에서부터 복잡한 것까지 다수 존재하고 생체와 깊은 관계를 가지고 순환하고 있다.

총 질소는 유기성 질소와 무기성 질소의 합이다.

유기성 질소에는 알부미노이드(Albuminoid)성 질소, 요산(C₅H₄N₄O₃)이 있고, 무기성 질소는 아질산성 질소, 질산성 질소, 암모니아성 질소가 있으며, 총 킬달 질소는 유기성 질소와 암모니아성 질소의 합을 말한다. 오염에 주요 원인이 되는 지표는 무기성 질소라 할 수 있다.

질산성 질소는 지표수에는 미량으로 존재하지만 어떤 지하수에서는 높게 나타나기도 한다.

다량의 질산성 질소는 유아에게 청색증을 유발하므로 먹는 물에서는 10mg NO₃-N/L로 제한하고 있다.

아질산성 질소는 수중에서 점차 분해되어 무기성 질소로 되는 산화과정에서 생성하는 것 중에 하나라서 일반적으로 암모니아성 질소의 산화에 의해 생기는 것이다.

물속의 아질산성 질소는 세균류에 의한 생물화학적 또는 화학적올 산화 또는 환원된다.

주로 대-소변, 하수 등의 혼입에 의한 암모니성 질소의 산화에 의해 생기므로 물의 오염을 추정할 수 있는 유력한 지표가 된다.

암모니아성 질소는 지표수와 폐수에 자연적으로 존재한다.

일반적으로 암모니아는 지하수에서는 낮은 농도를 나타내는데 그 이유는 토양입자와 점토에 흡착되면 쉽게 용출되지 않기 때문이다.

이러한 다양한 형태의 질소를 함유하게 되는 가축분뇨의 정화방류 공정들은 주로 초반에 응집제 등을 이용한 약품을 이용하는 고액분리기에 의해 분과 뇨를 분리하여, BOD기준 5,000ppm정도로 뇨만을 고액분리한 후, 이를 다양한 호기성 생물반응조 및 각종 처리시설을 이용하여 처리하고 있다.

종래에도 가축분뇨는 비료로 이용되어 왔다.

축산업의 집약화 대형화에 맞추어, 유출된 가축분뇨는 강과 바다를 오염시키는 환경파괴의 원인으로 지목받고 있는 실정이다.

이러한 축산폐수의 처리방법에는 물리화학적 처리 방법과 생물학적 처리 방법등이 있다.

물리화학적 처리방법은 응집, 고액분리기 등의 공정을 이용하고 많은 공정을 거쳐 처리하게 되는데, 비용이 많이 소모되고, 처리 후 생성되는 처리물을 처리해야 하는 단점을 가진다.

이에 반하여 생물학적 처리방법은 상당량의 유기물 성분을 이산화탄소 및 메탄 가스의 형태로 폐수내 유기물을 제거함으로써, 처리 후 생성물의 처리 방법을 감소시킨다. 생물학적 처리방법은 주로 미생물을 이용하여 폐수내의 오염 물질을 분해 및 분리시키는 것이다.

종래의 폐수 처리시설은 대부분 활성슬러지(AO)공정에 기반을 두고 운영되고 있다.

이러한 방법은 대부분의 현탁 고형물질과 유기물을 제거하는 질소나 인과 같은 영양염류는 처리효율이 미미하여, 하천 등의 부영양화 원인 물질로 지목되고 있다.

이러한 영양염류를 제거하기 위한 공정으로는 진동스크린, 원심분리기, 드럼 스크린 등의 처리시설과 응집제를 사용하여 벨트 플레스, 데칸터 등을 이용하는 화학적 처리 공정을 적용하고, 혐기성 또는 호기성 미생물을 이용하여 영양염류를 제거하는 생물학적 반응을 적용시킨다.

생물학적 반응을 거친 후의 처리수는 그대로 액비 또는 비료로 재활용하거나 분리막을 이용하여 정화된 상태로 방류하는 공정을 거친다.

이러한 처리공정은 전처리공정에 응집제 등 화학약품을 투여하여 처리비용이 상승하고, 또 다른 환경오염물질이 발생하며, 응집제를 투여하지 않고 분리막을 사용하는 경우에는 분리막 표면에 분뇨 슬러지가 고착화되어 분리막 세척이 요구되는 문제점이 있다.

더군다나 이러한 처리공정이 가축분뇨 처리 농장에 적용되어질 경우에는 사용상의 어려움 및 유지관리가 안되고, 결국에는 처리시설의 운전이 불가능한 경우가 많이 발생한다.

한편, 일반적으로 사용되고 있는 고액분리기는, 농축되지 않는 저농도 폐수에서 운전하기 때문에, 회전에 따른 원심력만으로도 오염물질의 분리 및 제거가 가능하다.

그러나, 농가형 축산폐수 처리 및 저장조 관리 및 물량 축소를 위한 적용에서는 이러한 회전 방식만으로는 오염물질의 분리 제거가 불충분하여 역세방법을 통해 제거해야 한다.

즉, 여과과정에서는 디스크필터의 외부에 채워진 축산분료가 필터와 분리막을 통해 내부로 유입된 여과수는 중공축의 내부를 따라 끝단부에서 배출되도록 한다.

그리고, 오염물질 제거가 필요하는 경우 이와 반대의 경로를 통해 여과수가 역세를 하여 디스크필터의 외부에 부착된 이물질을 제거하게 되는 것이다.

이때, 분리막과 필터의 강도가 약하게 되므로 파손되는 경우가 흔히 발생되어 자주 보수와 부품 교체를 수행해야 하는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명의 목적은, 분뇨 저장조에 담겨있는 가축분뇨를 회전형 고액분리장치에 직접 인입하고, 분뇨 저장조는 공기공급을 적절히 운용하여 최상의 액비를 제조할 수 있도록 된 가축분뇨 저장조의 폐수 처리장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고액분리기의 역세 과정에서도 분리막 및 필터의 파손을 방지할 수 있어 제품의 신뢰성과 상품성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 가축분뇨 저장조의 폐수 처리장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 장치는 여과조(10)의 양단에 엔드플레이트(11)(12)가 필요에 의해 개폐 가능하게 취부되고,

이 엔드플레이트(11)(12)에 회전 가능하게 설치되는 중공축(70)의 유입공(71) 위치에 여과수의 유로를 형성하는 나노막(62)과, 이 나노막(62)의 외부를 감싸는 필터(63)로 이루어지는 디스크필터(60)들이 일정간격 스페이서(80)들에 의해 간격을 유지한 상태로 설치되는 고액분리기에 있어서,

상기 디스크필터(60)와 스페이서(80)의 사이에는 지지살(91)들 사이로 통과홀(92)들이 뚫어져 역세과정에서 나노막(62)과 필터(63)의 회손을 방지하는 지지판(90)들이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법은 액비저장조의 산소환원전위 측정장치와 연동되어 ORP 기준으로 0.01~50mV를 유지하도록 고액분리기를 on/off 시키는 것을 특징으로 한다.

여기서 액비저장조 내의 가축분뇨는 COD 2,500ppm, T-N 1,200ppm, T-P 150ppm를 유지하도록 공기 공급량을 제어하는 것이 바람직 하다.

여기서 ORP 수치는 수중에서 주반응이 산화가 되고 있는지 환원이 진행되고 있는지를 나타내는 수치이다.

본 발명에 따르면 기존의 다양한 액비저장조에 부착하여 액비를 생산하고, 액비 자체내의 질소나 인, 가리 등과 같은 비료 성분은 그대로 유지시키면서도, 액비 내에서 처리수를 배출함으로써 액비저장조의 사용기간을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 종래 고액 분리기의 전체 장치를 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 디스크필터에 의해 여과시키는 단계를 보인 일부절결 단면도.
도 3은 본 발명의 디스크필터를 역세 과정에 의해 이물질이 분리되는 과정을 보인 일부절결 단면도.
도 4는 지지판의 구성을 보인 정면도.
도 5는 본 발명의 처리 과정을 보인 블록도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고액 분리기는 디스크 필터(60)를 회전시킴으로써 디스크 필터(60) 표면의 유속을 증가시켜 디스크 필터(60) 표면의 오염을 줄이고, 디스크 필터(60) 표면 전체적으로 여과수의 통로를 구성함으로써 고농도의 축산폐수의 여과가 이루어지게 한다.

도 1에서와 같이 폐쇄공간을 형성하는 여과조(10)의 양단에는 엔드플레이트(11)(12)가 필요에 의해 개폐 가능하게 볼트 등으로 취부되어 있다.

엔드플레이트(11)(12)에는 중공축(70)이 회전 가능하게 지지되며, 중공축(70)에는 일정간격으로 복수의 유입공(71)들이 뚫어져 있다.

각 중공축(70)의 유입공(71) 위치에는 중공축(70)과 함께 회전되는 복수의 디스크필터(60)들이 스페이서(80)들에 의해 간격을 유지한 상태로 일정간격 설치되어 있다.

이 중공축(70)과 디스크필터(60)는 통상의 구동수단에 의해 비교적 빠른 회전수로 회전 구동된다.

이 여과조(10)에는 축산폐수 저장조로부터 공급펌프에 의해 유입관(19)을 통해 폐수를 공급되고, 각 중공축(70)의 단부에는 배출파이프가 접속되어 여과수를 배출시키게 된다.

디스크필터(60)는, 도 1 및 도 3에서와 같이 판형의 지지대(61)와, 상기 지지대(61)의 양면에 마련되며 상기 여과수의 유로를 형성하는 나노막(62)과, 상기 나노막(62)의 외측에 마련되며 폐수로부터 이물질을 여과시키는 필터(63)로 이루어진다.

나노막(62)은 망사와 같은 재질로서 필터(63)를 통과한 여과수가 틈새를 통하여 유로를 형성한다.

상기 중공축(70)에는 디스크필터(60) 사이의 간격을 유지시키는 스페이서(80)들이 결합되어 있고, 각 중공축(70)에 뚫어진 유입공(71)들이 중앙의 유로홈(72)을 통해 수집된 후 배수파이프를 통해 여과수가 배출되는 것이다.

중공축(70)의 회전구동수단은 엔드플레이트(12)의 외측에서 구동모터(40)의 구동으로 기어들에 의해 동력이 전달되어 각 종공축(70)들이 함께 회전되며, 동시에 디스크필터(60)를 회전시킨다.

이때, 상호 인접된 디스크필터(60)들은 동일한 방향으로 회전됨으로써, 상호 가장자리에서 중첩되는 부분에서 폐수의 회전방향은 상호 반대방향으로 되어 난류를 형성한다.

따라서 필터(63)의 외표면에 잔류하는 여과물의 표면이탈을 원할히 하여 필터(63)의 여과효율을 향상시킨다.

여과조(10)내에 축산폐수 저장조로부터 폐수가 공급되면 중공축(70)과 디스크필터(60)가 회전되고, 동시 압축공기도 공급되어 폐수는 디스크필터(60)의 회전에 의해서 교반되어 지며, 공급펌프에 의한 폐수의 공급압력과 공급된 고압의 압축공기에 의해서 디스크필터(60)면에 접촉되어진다.

이때 폐수중에 함유된 이물질은 필터(63)에 의해서 필터(63)의 외주면에 잔류하고 필터(63)를 통과한 여과수는 나노막(62)의 유로를 통하여 중공축(70)의 유입공(71)으로 유입된다.

한편, 필터(63)의 외주면에 축적되는 폐수중의 이물질은 역세과정을 통해 여과수가 중공축(70)의 내부에서부터 유입공(71)을 통해 배출시키면, 나노막(62)의 외부를 감싸고 있는 필터(63)의 외부에 부착된 오염물질을 분리시키게 되는 것이다.

이때, 상기 디스크필터(60)와 스페이서(80)의 사이에는 지지살(91)들 사이로 통과홀(92)들이 뚫어지는 지지판(90)들이 설치되어 역세과정에서 나노막(62)과 필터(63)의 회손을 방지하게 된다.

지지판(90)은 도 4에서와 같이 강도가 우수한 합성수지 또는 금속재로 원판형으로 일전 간격을 유지하는 지지살(91)들 사이로 통과홀(92)들이 뚫어져 배수는 원활하게 이루어지는 반면, 디스크필터(60)의 내부에서부터 역세과정에 의한 압력이 작용될 때 나노막(62)과 필터(63)가 외부로 벌어지면서 파손되는 것을 미연에 방지하게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 방법은 액비저장조의 산소환원전위 측정장치와 연동되어 ORP 기준으로 0.01~50mV를 유지하도록 고액분리기를 on/off 시키는 운전을 하게 된다.

그리고, 액비저장조 내의 가축분뇨는 COD 2,500ppm, T-N 1,200ppm, T-P 150ppm를 유지하도록 도시하지 않은 이젝터를 통해 공기 공급량을 제어하게 된다.

여기서 ORP 수치는 수중에서 주반응이 산화가 되고 있는지 환원이 진행되고 있는지를 나타내는 수치이다.

액비 저장조와 연계된 생물반응조(폭기 시설을 갖춘 액비화 시설)에서 ORP 측정을 통해, 디스크 모듈에 간헐적으로 원수를 공급하는 펌프 시설과, 자체 역세 및 세정 시설을 갖추고 운전되는 분리막이 결합된 디스크 모듈과, 분리막을 결합한 디스크 모듈을 통과한 처리수를 모으는 처리수 탱크로 구분된다.

액비 저장조는 ORP 제어를 통해 ORP 기준 50mV 이상인 경우에는 고액 분리기가 자동 가동된다.

또, 0.001mV 이하는 가동이 중지되는 자동 제어 운전에 의해 관리되므로, 악취 발생을 최소화 할 수 있다.

일반적인 경우에서는, 농축되지 않는 저농도 폐수에서 운전하기 때문에, 회전에 따른 원심력만으로도 오염물질의 분리 및 제거가 가능하지다.

그러나, 농가형 축산폐수 처리 및 저장조 관리 및 물량 축소를 위한 적용에서는 이러한 방식만으로는 불충분하므로, 본 발명에서와 같이 역세 과정을 통해 디스크필터(60)에 부착된 이물질을 제거해야만 한다.

본 발명은 가축분뇨 저장조의 폐수 처리 기술에 적용된다. 특히, 가축분뇨가 향후 액체 비료로 이용되어질 수 있도록 하고, 처리수는 농장에서 재 이용할 수 있는 분야에 적용된다.

10 - 여과조 60 - 디스크필터
61 - 지지대 62 - 나노막
63 - 필터 70 - 중공축
71 - 유입공 80 - 스페이서
90 - 지지판 91 - 지지살
92 - 통과홀

Claims (3)

1. 여과조(10)의 양단에 엔드플레이트(11)(12)가 필요에 의해 개폐 가능하게 취부되고,
   이 엔드플레이트(11)(12)에 회전 가능하게 설치되는 중공축(70)의 유입공(71) 위치에 여과수의 유로를 형성하는 나노막(62)과, 이 나노막(62)의 외부를 감싸는 필터(63)로 이루어지는 디스크필터(60)들이 일정간격 스페이서(80)들에 의해 간격을 유지한 상태로 설치되는 고액분리기에 있어서,
   상기 디스크필터(60)와 스페이서(80)의 사이에는 지지살(91)들 사이로 통과홀(92)들이 뚫어져 역세과정에서 나노막(62)과 필터(63)의 회손을 방지하는 지지판(90)들이 설치되는 것을 특징으로 하는 가축분뇨 저장조의 폐수 처리장치,
   
2. 액비저장조의 산소환원전위 측정장치와 연동되어 ORP 기준으로 0.01~50mV를 유지하도록 고액분리기를 on/off 시키는 것을 특징으로 하는 가축분뇨 저장조의 폐수 처리 방법.
   
3. 청구항 2에 있어서, 액비저장조 내의 가축분뇨는 COD 2,500ppm, T-N 1,200ppm, T-P 150ppm를 유지하도록 공기 공급량을 제어하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨 저장조의 폐수 처리 방법.

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