KR20170010679A - 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템 및 그 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기분해에 의해서 발생된 수소 및 전해질을 혐기조와 무산소조로 공급하며, 전기분해에 의해서 발생된 산소 및 전해질을 호기조로 공급하여 가축분뇨에서 유기물 및 질소를 제거할 수 있는 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템은 고액분리된 가축분뇨를 유입하여 인이 방출되는 혐기조, 상기 혐기조의 후단에 설치되어 상기 혐기조에서 배출되는 폐수로부터 질소가 제거되는 무산소조 및 상기 무산소조의 후단에 설치되어 상기 무산소조에서 배출되는 폐수로부터 유기물질, 암모니아 및 인을 제거하는 호기조를 포함하는 생물반응조; 상기 생물반응조의 호기조에서 배출되는 폐수에 직류전압을 인가하여 오염물질을 전기분해시키는 전기분해조; 상기 전기분해조에서 전기분해에 따라 양극에서 발생된 수소 및 음극에서 발생된 산소를 각각 포집하는 기체포집조; 상기 기체포집조에서 포집된 산소를 상기 호기조로 공급하는 산소공급기; 및 상기 기체포집조에서 포집된 수소를 상기 혐기조 및 상기 무산소조로 공급하는 수소공급기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템 및 그 처리방법{TREATNENT SYSTEM FOR ORGANIC LIVESTOCK WASTEWATER BY ELECTROLYTIC OXIDATION AND TREATMENT METHOD THEREOF}
본 발명은 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기분해에 의해서 발생된 수소 및 전해질을 혐기조와 무산소조로 공급하며, 전기분해에 의해서 발생된 산소 및 전해질을 호기조로 공급하여 가축분뇨에서 유기물 및 질소를 제거할 수 있는 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
가축분뇨는 고농도의 유기성 폐수로서 질소와 인 등의 영양염류를 다량 함유하기 때문에 미처리 상태로 수계에 방류되면 하천, 호수 등의 부영양화를 가속화시켜 상수원수로서 가치를 떨어뜨릴 뿐 아니라, 결국 수중생태계를 파괴하게 된다. 또한, 고농도의 난분해성 물질, 악취물질 등을 함유하고 있기 때문에 일반적인 생물학적 처리방식에 의하여 방류수 수질기준에 적합한 처리수를 얻기 힘들다.
위와 같은 어려움 때문에 가축분뇨의 처리에는 다양한 방식이 적용되고 있다. 가축분뇨의 처리 방식으로는 크게 생물학적 처리방식과 물리화학적 처리방식으로 구분할 수 있다.
상기 생물학적 처리방식은 공기의 주입유무에 따라 호기성 소화법, 혐기성 소화법으로 구분되는데, 단시간에 대용량의 원수처리를 원하면 호기성으로 처리하고, 장시간에 걸쳐 원수의 희석 없이 전처리를 하면서 부수적으로 유용한 가스를 얻고자 한다면 혐기성 처리를 한다.
상기 물리화학적 처리방법에는 스크린, 탈수기, 원심분리기, 응집부상장치 등이 사용될 수 있는데, 원수의 성상, 제거율에 따라 단독 처리하거나 2~3개를 조합해서 사용하기도 한다.
한편, 가축분뇨가 정화 처리된 처리수는 정도의 차이는 있지만 다갈색을 띠고 있는 경우가 많다. 이에 따라, 상기의 생물학적 처리방식 및 물리화학적 처리방식과 병행하여 질소화합물(NH3-N, organic-N), 난분해성 유기물질(persistent organic substances) 그리고 색도(color)를 처리하는 전기화학적 처리방식을 복합적으로 구성하여 가축분뇨를 정화하는 기술이 개시되었다.
상기 전기분해를 이용한 가축분뇨 처리 기술 중의 하나로, 등록특허공보 제10-0593497호에 반류수 전기분해를 이용한 고도 하폐수처리시스템이 개시되었다.
상기 기술에 따른 하폐수처리시스템은 유입하수 내의 고형물질을 침전/분리시키는 부유물질 제거조와; 상기 부유물질 제거조의 유출수와 전기분해 처리된 반류수와 고액분리된 반송슬러지로부터 유기물질 및 영양소를 제거하는 생물반응조와; 상기 생물반응조 내의 혼합 부유물질로부터 미생물을 고액분리하여 최종 처리수를 얻어내는 막 혹은 침전지 등의 고액분리조와; 상기 부유물질 제거조에서 발생하는 슬러지와 생물반응조 혹은 고액분리조에서 발생하는 슬러지를 처리하여 슬러지케익과 반류수를 배출하는 슬러지처리조와; 상기 슬러지 처리조에서 발생하는 반류수를 전기분해 처리하여 상기 생물 반응조로 보내는 전기분해조로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기의 기술은 유기물의 분해 및 질산화를 위해서는 생물반응조에 산소와 수소가 적절히 공급되어야 하며, 고농도 유기물에서 활동할 수 있는 미생물의 생육 조건을 만족해야 하고, 질산화에 따른 처리시간이 증가되는 단점이 있다.
KR 10-0593497 B1 (2006. 10. 13. 등록)
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 생물학적 유기물 처리 공정에 전해산화 방식을 적용하여 유기물 슬러지에서 총질소(T-N), 탁도 및 색도의 제거효율을 증가시킬 수 있는 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템 및 그 처리방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 전기분해에서 발생되는 산소 및 전해질을 생물 반응조의 호기조에 공급하고, 수소 및 전해질은 혐기조와 무산소조로 공급하여 탈질반응을 촉진하여 유기물 및 총질소 제거에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템 및 그 처리방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템은 고액분리된 가축분뇨를 유입하여 인이 방출되는 혐기조, 상기 혐기조의 후단에 설치되어 상기 혐기조에서 배출되는 폐수로부터 질소가 제거되는 무산소조 및 상기 무산소조의 후단에 설치되어 상기 무산소조에서 배출되는 폐수로부터 유기물질, 암모니아 및 인을 제거하는 호기조를 포함하는 생물반응조; 상기 생물반응조의 호기조에서 배출되는 폐수에 직류전압을 인가하여 오염물질을 전기분해시키는 전기분해조; 상기 전기분해조에서 전기분해에 따라 양극에서 발생된 수소 및 음극에서 발생된 산소를 각각 포집하는 기체포집조; 상기 기체포집조에서 포집된 산소를 상기 호기조로 공급하는 산소공급기; 및 상기 기체포집조에서 포집된 수소를 상기 혐기조 및 상기 무산소조로 공급하는 수소공급기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 구성에서, 상기 전기분해조에서 전기분해에 의해 발생된 전해질을 상기 혐기조, 무산소조 및 호기조로 공급하는 전해질공급기가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 혐기조에는 상기 혐기조의 용존 산소량을 검출하는 제1 DO메타가 설치되며, 상기 무산소조에는 상기 무산소조의 용존 산소량을 검출하는 제2 DO메타가 설치되고, 상기 제1 DO메타 및 제2 DO메타로부터 전달받은 용존 산소 검출정보에 근거하여 상기 수소공급기의 동작 및 상기 혐기조로 유입되는 가축분뇨의 량을 제어하는 제어부를 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전해산화에 의한 가축분뇨 처리방법은 고액분리된 가축분뇨를 혐기조로 유입시켜 혐기 상태에서 혐기성 미생물에 의해 활성슬러지 중에 포함된 인을 방출시키는 탈인 단계; 상기 혐기조에서 배출되는 폐수를 무산소조로 유입시켜, 무산소 상태에서 통성혐기성 미생물인 탈질 미생물의 호흡에 의해 질산성질소를 질소가스로 방출하는 탈질 단계; 상기 무산소조에서 배출되는 폐수를 호기조로 유입시켜 호기 상태에서 독립영양 미생물인 아질산 생성 미생물 및 질산성생성 미생물의 활동에 의해 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 질산성질소(NO3 --N)로 산화시켜 암모니아를 제거하는 유기물질 및 암모니아 제거 단계; 상기 생물반응조의 호기조에서 배출되는 폐수를 전기분해조로 유입시켜 직류전압을 인가하여 오염물질을 전기분해시키는 전기분해 단계; 상기 전기분해에 따라 생성되는 산소 및 수소를 각각 포집하여 포집된 산소는 상기 호기조에 공급하며, 상기 포집된 수소는 상기 혐기조 및 무산소조에 공급하는 공여체 공급 단계; 및 상기 전기분해조에서 폐수의 전기분해에 따라 발생된 전해질을 상기 혐기조, 무산소조 및 호기조에 공급하는 전해질 공급 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전기분해를 통해 발생된 산소 및 전해질을 호기조에 공급함에 따라 호기성 미생물의 생육 환경을 조성하여 호기성 미생물에 의한 교반 효율을 향상시킬 수 있으며, 전기분해를 통해 발생된 수소 및 전해질을 혐기조 및 무산소조에 공급하여 탈질반응을 촉진시킬 수 있어 유기물의 총질소 제거에 대한 반응시간을 단축할 수 있으므로 가축분뇨의 처리량을 증진시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 전기분해에 따라 발생된 산소 및 수소를 각각 공급함에 따라 가축분뇨를 처리하는 데 소요되는 부가 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에서 전기분해조에 인가되어야 하는 최소 전위를 나타낸 도면
도 3은 생물학적 반응에 따라 요구되는 산화환원전위 표.
도 4는 본 발명에 따른 전해산화에 의한 가축분뇨 처리방법을 나타낸 흐름도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 전기분해에 의해서 발생된 수소 및 전해질을 혐기조와 무산소조로 공급하며 전기분해에 의해서 발생된 산소 및 전해질을 호기조로 공급하여 가축분뇨에서 유기물 및 질소를 제거할 수 있는 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템 및 그 처리방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템은 생물반응조(10), 전기분해조(20), 기체포집조(30), 산소공급기(40), 수소공급기(50), 전해질공급기(60) 및 제어부(70)를 포함하여 구성된다.
상기 생물반응조(10)는 혐기성 미생물 및 호기성 미생물을 이용하여 탈인, 탈질 및 유기물 산화를 통해 폐수를 처리하는 것으로서, 혐기조(11), 무산소조(13) 및 호기조(15)를 포함하여 구성된다.
즉, 생물반응조(10)에서 질소의 경우 용존 상태에 있는 암모니아성 질소와 유기 질소를 호기성 조건에서 질산화균(예를 들면, Nitrosomonas & Nitrobacter)에 의해 질산화(암모니아를 질산염형태로 변형)시키고, 질산염을 탈질산화균(ie., Pseudomonas, Paracoccus denitrifiers)에 의해 무산소 조건에서 산소 대신 전자수용체로서 이용하게 하여 질소 기체로 변환하여 대기중으로 방출(탈질산화)시켜 제거하게 된다. 또한, 인의 경우 폐수를 교대로 혐기성 조건과 호기성 조건하에 유지시켜 혐기성 조건에서는 인 제거 미생물(예를 들면, Acinetobacter)로부터 인을 방출시키고, 후속되는 호기성 조건에서는 미생물이 인을 과다 섭취하도록 한 다음, 미생물을 일정량씩 제거시키는 방식으로 폐수에서 인이 제거되게 된다.
부연하면, 상기 혐기조(11)는 용존 산소(DO)와 질산성질소(NO3 --N)가 존재하지 않은 혐기상태가 유지되며, 혐기성 미생물에 의해서 폐수 중의 인의 방출이 이루어진다.
상기 무산소조(13)는 용존 산소(DO)는 존재하지 않으며, 질화액 순환에 동반하는 질산성질소(NO3 --N)가 존재한다. 이에 무산소를 유지하는 것으로서 탈질을 촉진시킨다.
상기 혐기조(11)에서 질산화 반응에 의해 생성된 질산성질소(NO3 --N)를 포함한 질산화액(NO3 --N, NO2 --N))은 상기 무산소조(13)에서 용존 산소가 존재하지 않은 상태로 통성혐기성 미생물인 탈질 미생물(예를 들면, Pseudomonas, Micrococcus, Achromobactor, Bacillus 등)에 의해 질산화호흡 또는 아질산호흡이 이루어지며, 이러한 호흡에 의해 질산성질소의 환원이 이루어져 상기 질산화액(NO3 --N, NO2 --N))은 질소가스로 방출된다. 여기서 상기 질산화액의 환원식은 다음의 화학식 1 및 2로 나타난다.
화학식 1)
2NO3 - + 2(H2) → 2NO2 - + 2H2O
화학식 2)
2NO2 - + 3(H2) → N2 + 2OH- + 2H2O
상기의 화학식 1 및 2를 합쳐서 이를 화학식으로 표현하면 다음의 화학식 3으로 나타난다.
화학식 3)
2NO3 - + 5H2 → 2OH- + 4H2O
이때, 상기 화학식 3에서 공여체로서 수소(H2)가 요구된다.
상기 호기조(15)는 용존 산소(DO)의 존재하에서 암모니아성 질소(NH4 +-N)의 질산화 및 인의 제거가 이루어진다.
즉, 상기 호기조(15)는 호기상태에서 독립영양 미생물인 아질산 미생물(예를 들면, Nitrosomonas 등)의 활동에 의해 암모니아성 질소(NH4 +-N)가 질산성질소(NO3 --N)로 산화된다. 이를 화학식 4 및 5로 나타내면 다음과 같다.
화학식 4)
2NH4 + + 3O2 → 2NO2 - + 2H2O2 - + 2H2O2 + 4H + Nitrosomonas
화학식 5)
2NO2 - + O2 → 2NO3 - + Nitrobactor
상기 화학식 4 및 5에 따른 질산화 미생물에 의한 화학반응을 결합하여 나타내면 다음의 화학식 6으로 표현된다.
화학식 6)
NH4 + + 2O2 → NO3 - + H2O + 2H+
이때, 상기 화학식 6에서 공여체로서 산소(O2)가 요구된다.
상기 생물반응조(10)에서 이루어지는 생물학적 질소 및 인의 제거 공정은 혐기조 - 무산소조 - 호기조를 적절히 분리 배치하여 각 반응조의 특성에 따라 호기조에서는 유기물 산화 및 질산화 반응과 미생물이 인을 섭취하도록 유도하고 혐기조 및 무산소조에서는 질산성 질소를 질소가스로 변형시켜 대기중으로 방출시키는 탈질반응과 인의 방출을 유도하도록 구성된다.
본 발명에서 상기 생물반응조(10)는 혐기조(11), 무산소조(13) 및 호기조(15)를 순차적으로 거치면서 탈인 및 탈질을 유도하도록 구성되게 기재하였으나 유입되는 폐수의 농도 및 가축분뇨의 종류에 따라 각 반응조 사이에는 폭기조가 구성될 수 있으며, 상기 호기조(15)의 후단에는 침전조가 추가 구성될 수 있다.
이때, 상기 생물반응조(10)에 유입되는 폐수는 전처리 공정을 거쳐서 유입되게 구성될 수 있다. 상기 전처리 공정은 스크린, 유량조정조, 진동체, 침전조 및 원심고액분리기(Decanter) 등으로 구성될 수 있다.
상기 스크린 및 유량조정조는 가축분뇨 유입 시 함유된 협잡물 및 거대입자 등을 제거하고 후단 생물학적 처리공정의 유입량을 균등하게 하기 위한 것이며, 원심고액분리기는 침전조에서 발생된 슬러지의 고액분리를 위하여 구성될 수 있다.
상기 전기분해조(20)는 상기 생물반응조(10)의 호기조(15)에서 배출되는 폐수에 직류전압을 인가하여 오염물질을 전기분해시키는 기능을 수행한다.
상기 호기조(15)에서 배출되는 폐수는 빛깔이 짙고, 화학적산소요구량(COD) 및 총질소(T-N)의 농도가 높은 경향이 있다. 이에 상기 전기분해조(20)는 화학적산소요구량(COD), 총질소(T-N) 및 색도를 낮춰서 방류수 수질기준에 부합하도록 고도처리하는 기능을 수행한다.
이에 따라, 상기 전기분해조(20)는 폐수에 전기에너지를 인가하는 것에 의해서 물리·화학적인 산화·환원 분해, 석출, 중화, 응집 및 살균 등의 반응이 일어나고, 이러한 반응들의 반응속도를 증가시켜 각종 오염물질이 제거되게 된다.
도 2는 본 발명에서 전기분해조에 인가되어야 하는 최소 전위를 나타낸 도면이며, 도 3은 생물학적 반응에 따라 요구되는 산화환원전위 표이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 유리산소의 환원정도 호기성 미생물의 발육에는 산화환원전위가 +200mV 이상이 인가되어야 하며, 혐기성 미생물의 발육에는 산화환원전위가 -200mV 이하가 인가되어야 한다.
이와 같은 상기 전기분해조(20)에서 이루어지는 전기분해는 유입된 폐수에 직류전압(6 ∼ 30V)을 인가하면 전류가 상승하여 양극과 음극에서 동시에 산소, 수소가스가 발생된다. 이때, 인가되는 전압은 물 분해에 따른 전압이며, 인가되는 전압이 물 분해 전압에 도달되면, 다음의 화학식 7 및 8과 같은 전기 화학 반응에 의해서 음극에서는 전해환원 작용에 의한 수소와 산화환원전위가 -400mV 이하인 환원수가 생성되며, 양극에서는 전해산화 작용이 일어나 산소와 산화환원전위가 400mV 이상인 산화수가 생성된다.
화학식 7) 양극에서 이루어지는 반응
H2O + 2e- → ½ O2 + 2H+
2NH4 + 2e- → N2↑ + 4H2↑
화학식 8) 음극에서 이루어지는 반응
2H+ + 2e- → H2
즉, 양극에서는 전리 이온이 산화, 환원 및 흡착반응에 의해 유기물을 제거하게 되며, 콜로이드 또는 플록의 제타전위를 저하/응집하여 유해 중금속이 제거되고, 난분해성 화학적산소요구량(COD)/유분(n-HEXANE 추출물)이 처리되며, 투명한 색도로 변화된다.
이와 같은 구성에서, 상기 혐기조(11) 및 무산소조(13)에서는 공여체로 수소가 요구되며, 상기 호기조(15)에서는 공여체로 산소가 요구되는데, 상기 전기분해조(20)에서는 공여체로 제공될 수 있는 산소 및 수소가 생성된다.
이에, 본 발명에서는 상기 전기분해조(20)에서 각각 생성된 산소 및 수소를 포집하여 상기 혐기조(11) 및 무산소조(13)로 수소를 공급하는 장치 및 상기 호기조(15)로 산소를 공급하는 장치가 구성된다.
상기 기체포집조(30)는 상기 전기분해조(20)에서 전기분해에 따라 양극에서 발생된 수소 및 음극에서 발생된 산소를 각각 포집하는 기능을 수행하며, 상기 산소공급기(40)는 상기 기체포집조(30)에서 포집된 산소를 상기 호기조(15)로 공급하고, 상기 수소공급기(50)는 상기 기체포집조(30)에서 포집된 수소를 상기 혐기조(11) 및 상기 무산소조(13)로 공급하게 된다.
즉, 상기 혐기조(11) 및 무산소조(13)에 공여체로 사용되는 수소는 전기분해에 따라 발생된 수소가 이용되며, 상기 호기조(15)에서 공여체로 사용되는 산소는 전기분해에 따라 발생된 산소가 이용된다. 이에 각각의 혐기조(11), 무산소조(13) 및 호기조(15)에 투입되어야 하는 공여체를 폐수의 전기분해에 의해서 생성된 수소 및 산소를 이용함에 따라, 폐수 처리에 소요되는 비용이 절감될 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 혐기조(11)에는 혐기성 미생물에 의한 탈인 과정이 이루어짐에 따라 상기 혐기조(11)의 용존 산소량은 1 ~ 3ppm의 범위에서 유지되되 바람직하게는 2ppm에서 유지되며, 상기 무산소조(13)의 용존 산소량은 0.0 ~ 0.1 ppm의 범위에서 유지되되 바람직하게는 0.0 ppm에서 유지되도록 제어된다.
이에, 각각 반응조(혐기조, 무산소조 및 호기조)에서 요구되는 용존 산소량을 유지하기 위해서 상기 전기분해조(20)에서 전기분해에 의해 발생된 전해질을 상기 혐기조(11), 무산소조(13) 및 호기조(15)로 공급하는 전해질공급기(60)가 구성될 수 있다.
또한, 상기 혐기조(11)에는 용존 산소량을 검출하기 위한 제1 DO메타(12)가 설치되며, 상기 무산소조(13)에는 용존 산소량을 검출하기 위한 제2 DO메타(14)가 설치된다.
상기 제어부(70)는 상기 제1 DO메타(12) 및 제2 DO메타(14)로부터 전달받은 용존 산소 검출정보에 근거하여 상기 수소공급기(50)의 동작 및 상기 혐기조(11)로 유입되는 가축분뇨의 양을 제어하여, 상기 혐기조(11)의 용존 산소량이 1 ~ 3ppm의 범위에서 유지되도록 하며, 상기 무산소조(13)의 용존 산소량은 0.0 ~ 0.1 ppm의 범위에서 유지되도록 제어한다. 또한, 제어부(70)는 상기 전해질공급기(60)의 구동을 제어하여 상기 전기분해조(20)에서 전기분해에 의해 발생된 전해질을 상기 혐기조(11), 무산소조(13) 및 호기조(15)로 공급되는 량을 제어한다.
이에 따라, 생물반응조(10)를 구성하는 혐기조(11), 무산소조(13) 및 호기조(15)는 미생물이 활동할 수 있는 최적의 환경을 제공할 수 있으며, 이러한 환경에 따라 탈인 및 탈질이 이루어지는 장점이 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 전해산화에 의한 가축분뇨 처리방법에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 전해산화에 의한 가축분뇨 처리방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전해산화에 의한 가축분뇨 처리과정은 탈인 단계(S10), 탈질 단계(S20), 유기물질 및 암모니아 제거 단계(S30), 전기분해 단계(S40), 공여체 공급 단계(S50) 및 전해질 공급 단계(S60)를 포함하여 이루어진다.
1. 탈인 단계(S10)
탈인 단계(S10)는 고액분리된 가축분뇨를 혐기조(11)로 유입시켜 혐기 상태에서 혐기성 미생물에 의해 활성슬러지 중에 포함된 인을 방출시키는 단계이다.
2. 탈질 단계(S20)
탈질 단계(S20)는 상기 혐기조(11)에서 배출되는 폐수를 무산소조(13)로 유입시켜, 무산소 상태에서 통성혐기성 미생물인 탈질 미생물의 호흡에 의해 질산성질소를 질소가스로 방출하는 단계이다.
3. 유기물질 및 암모니아 제거 단계(S30)
유기물질 및 암모니아 제거 단계(S30)는 상기 무산소조(13)에서 배출되는 폐수를 호기조(15)로 유입시켜 호기상태에서 독립영양 미생물인 아질산 생성 미생물 및 질산성생성 미생물의 활동에 의해 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 질산성질소(NO3 --N)로 산화시켜 암모니아를 제거하는 단계이다.
4. 전기분해 단계(S40)
전기분해 단계(S40)는 상기 생물반응조(10)의 호기조(15)에서 배출되는 폐수를 전기분해조(20)로 유입시켜 직류전압을 인가하여 오염물질을 전기분해시키는 단계이다.
이러한 전기분해 과정에서 전극(양극 및 음극)에서 발생되는 직접 산화방식 또는 레디칼에 의한 간접 산화방식에 의해 폐수에 포함된 유기물질 및 영양소가 분해된다.
5. 공여체 공급 단계(S50)
공여체 공급 단계(S50)는 상기 전기분해에 따라 생성되는 산소 및 수소를 각각 포집하여 포집된 산소는 상기 호기조(15)에 공급하며, 상기 포집된 수소는 상기 혐기조(11) 및 무산소조(13)에 공급하는 단계이다.
6. 전해질 공급 단계(S60)
전해질 공급 단계(S60)는 전기분해조(20)에서 폐수의 전기분해에 따라 발생된 전해질을 상기 혐기조(11), 무산소조(13) 및 호기조(15)에 공급하는 단계이다.
이때, 상기 공여체 공급 단계(S50)와 전해질 공급 단계(S60)는 순차적으로 이루어지는 것이 아니라, 상기 공여체 공급 단계(S50)는 전기분해에 의해 산소 및 수소가 포집되면 공급될 수 있도록 구성되며, 상기 전해질 공급 단계(S60)도 마찬가지로 전기분해에 따라 전해질이 발생되면 공급되도록 구성될 수 있다.
상기 전기분해 단계(S40)를 통해 발생된 슬러지 및 색도가 낮아진 폐수는 방류되도록 구성된다.
여기서, 전기분해에 따라 생성되는 산소와 수소의 양이 공여체로 제공되는 경우, 상기 생성되는 산소와 수소의 양으로 가축분뇨를 어느 정도 처리할 수 있는지에 대하여 설명한다.
총질소(T-N) 제거와 색도 제거를 위해 구성되는 전기분해 공정에서의 전류는 총질소(T-N) 1kg 제거에 약 1,000A가 요구된다. 이를 패러데이 법칙에 의해 산술적으로 산출하면 전류 1,000A당 양극에서는 산소가 209ℓ가 생성되고, 음극에서는 수소가 418ℓ가 생성된다. 생성된 산소 209ℓ(167 gr)는 호기조(15)에서 산소의 포화농도를 약 10ppm이라고 가정하였을 경우, 약 17톤의 폐수를 10ppm으로 유지할 수 있는 양이다. 또한, 생성된 수소 18ℓ(37 gr)는 혐기조(11) 및 무산소조(13)에서 수소의 포화농도를 약 1ppm이라고 가정하였을 경우, 약 37톤의 폐수를 1ppm으로 유지할 수 있는 양이다.
따라서 총질소(T-N) 제거를 전기분해 방식으로 1.0kg 이상 제거하는 경우, 생물반응조(10)의 활성을 유지할 수 있고, 이에 20톤/일 폐수를 처리할 수 있다.
물론, 더 많은 전류를 공급하여 생성되는 산소 및 수소의 양이 많을 경우에는 일일 폐수처리량을 증가시킬 수 있음은 당연하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10: 생물반응조 11: 혐기조
12: 제1 DO메타 13: 무산소조
14: 제2 DO메타 15: 호기조
20: 전기분해조 30: 기체포집조
40: 산소공급기 50: 수소공급기
60: 전해질공급기 70: 제어부

Claims (4)

  1. 가축분뇨를 처리하는 시스템에 있어서,
    고액분리된 가축분뇨를 유입하여 인이 방출되는 혐기조(11), 상기 혐기조(11)의 후단에 설치되어 상기 혐기조(11)에서 배출되는 폐수로부터 질소가 제거되는 무산소조(13) 및 상기 무산소조(13)의 후단에 설치되어 상기 무산소조(13)에서 배출되는 폐수로부터 유기물질, 암모니아 및 인을 제거하는 호기조(15)를 포함하는 생물반응조(10);
    상기 생물반응조(10)의 호기조(15)에서 배출되는 폐수에 직류전압을 인가하여 오염물질을 전기분해시키는 전기분해조(20);
    상기 전기분해조(20)에서 전기분해에 따라 양극에서 발생된 수소 및 음극에서 발생된 산소를 각각 포집하는 기체포집조(30);
    상기 기체포집조(30)에서 포집된 산소를 상기 호기조(15)로 공급하는 산소공급기(40); 및
    상기 기체포집조(30)에서 포집된 수소를 상기 혐기조(11) 및 상기 무산소조(13)로 공급하는 수소공급기(50);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기분해조(20)에서 전기분해에 의해 발생된 전해질을 상기 혐기조(11), 무산소조(13) 및 호기조(15)로 공급하는 전해질공급기(60);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 혐기조(11)에는 상기 혐기조(11)의 용존 산소량을 검출하는 제1 DO메타(12)가 설치되며,
    상기 무산소조(13)에는 상기 무산소조(13)의 용존 산소량을 검출하는 제2 DO메타(14)가 설치되고,
    상기 제1 DO메타(12) 및 제2 DO메타(14)로부터 전달받은 용존 산소 검출정보에 근거하여 상기 수소공급기(50)의 동작 및 상기 혐기조(11)로 유입되는 가축분뇨의 량을 제어하는 제어부(70);
    를 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전해산화에 의한 가축분뇨 처리시스템.
  4. 전해산화에 의한 가축분뇨 처리방법에 있어서,
    고액분리된 가축분뇨를 혐기조(11)로 유입시켜 혐기 상태에서 혐기성 미생물에 의해 활성슬러지 중에 포함된 인을 방출시키는 탈인 단계(S10);
    상기 혐기조(11)에서 배출되는 폐수를 무산소조(13)로 유입시켜, 무산소 상태에서 통성혐기성 미생물인 탈질 미생물의 호흡에 의해 질산성질소를 질소가스로 방출하는 탈질 단계(S20);
    상기 무산소조(13)에서 배출되는 폐수를 호기조(15)로 유입시켜 호기상태에서 독립영양 미생물인 아질산 생성 미생물 및 질산성생성 미생물의 활동에 의해 암모니아성 질소(NH4 +-N)를 질산성질소(NO3 --N)로 산화시켜 암모니아를 제거하는 유기물질 및 암모니아 제거 단계(S30);
    상기 생물반응조(10)의 호기조(15)에서 배출되는 폐수를 전기분해조(20)로 유입시켜 직류전압을 인가하여 오염물질을 전기분해시키는 전기분해 단계(S40);
    상기 전기분해에 따라 생성되는 산소 및 수소를 각각 포집하여 포집된 산소는 상기 호기조(15)에 공급하며, 상기 포집된 수소는 상기 혐기조(11) 및 무산소조(13)에 공급하는 공여체 공급 단계(S50); 및
    상기 전기분해조(20)에서 폐수의 전기분해에 따라 발생된 전해질을 상기 혐기조(11), 무산소조(13) 및 호기조(15)에 공급하는 전해질 공급 단계(S60);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해산화에 의한 가축분뇨 처리방법.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108314263A (zh) * 2018-02-28 2018-07-24 江苏大学 一种adc发泡剂缩合母液处理工艺
CN108374181A (zh) * 2018-04-10 2018-08-07 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统及方法
KR102137057B1 (ko) * 2020-02-03 2020-07-23 진덕수 미생물공급모듈이 구비된 폐수 처리장치를 이용한 폐수 처리방법
CN111634994A (zh) * 2020-06-11 2020-09-08 武汉轻工大学 提高难降解有机废水可生化性的反应器、系统以及方法
KR102310721B1 (ko) * 2020-11-10 2021-10-08 주식회사 연 전기분해를 이용한 오수처리장치
CN115448461A (zh) * 2022-10-26 2022-12-09 长江勘测规划设计研究有限责任公司 一种活性污泥耦合光伏制氢的污水处理系统及其方法
WO2024042741A1 (ja) * 2022-08-25 2024-02-29 株式会社日立製作所 水処理システム及び水処理方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100593497B1 (ko) 2004-04-09 2006-06-30 부경대학교 산학협력단 반류수 전기분해를 이용한 고도 하폐수처리시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100593497B1 (ko) 2004-04-09 2006-06-30 부경대학교 산학협력단 반류수 전기분해를 이용한 고도 하폐수처리시스템

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108314263A (zh) * 2018-02-28 2018-07-24 江苏大学 一种adc发泡剂缩合母液处理工艺
CN108374181A (zh) * 2018-04-10 2018-08-07 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统及方法
CN108374181B (zh) * 2018-04-10 2024-01-12 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统及方法
KR102137057B1 (ko) * 2020-02-03 2020-07-23 진덕수 미생물공급모듈이 구비된 폐수 처리장치를 이용한 폐수 처리방법
CN111634994A (zh) * 2020-06-11 2020-09-08 武汉轻工大学 提高难降解有机废水可生化性的反应器、系统以及方法
KR102310721B1 (ko) * 2020-11-10 2021-10-08 주식회사 연 전기분해를 이용한 오수처리장치
WO2024042741A1 (ja) * 2022-08-25 2024-02-29 株式会社日立製作所 水処理システム及び水処理方法
CN115448461A (zh) * 2022-10-26 2022-12-09 长江勘测规划设计研究有限责任公司 一种活性污泥耦合光伏制氢的污水处理系统及其方法

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