KR940007018B1 - 퇴비화 변소 유출수의 응집 및 활성탄 흡착 처리 방법 및 장치 - Google Patents

퇴비화 변소 유출수의 응집 및 활성탄 흡착 처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

퇴비화 변소 유출수의 응집 및 활성탄 흡착 처리 방법 및 장치
제1도는 본 발명에 따른 퇴비화 변소(compost toilet) 유출수의 연속시 처리 시스템을 도시한 공정 순서도.
제2도는 본 발명에 따른 퇴비화 변소 유출수의 회분식 처리 시스템을 도시한 공정 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 퇴비화 변소 유출수 저장 탱크 2 : 산화칼슘(CaO) 저장 탱크
3 : 응집조 4 : 침전조
5 : 암모니아(NH3) 제거조 6 : 공기 발생기
7 : 중화조 8 : 2차 침전조
9 : 모래 여과기 10 : 활성탄 흡착 여과기
11 : 슬러지 저장 탱크 12 : 황산(H2SO4) 탱크
15 : 교반기 17 : pH 측정기
21 : 여과기 유입조 22 : 응집및 침전조
23 : 암모니아 제거 및 중화조
본 발명은 퇴비화 변소에서 발생되는 유출수로 인한 환경 오염을 방지하기 위한 유출수의 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
퇴비화 변소는 공원 등과 같이 수세식 변소의 설치가 곤란한 장소에 설치하는 현장 처리 시스템으로서, 호기성 미생물에 의하여 분뇨 배설물을 분해한다. 이 시스템에 의하여 분뇨 배설물을 처리하는 경우, 약95%가 수분과 이산화탄소로 분해되어 팬(fan)에 의하여 대기 중으로 방출되고, 5% 정도가 무해한 토양구성 물질로 전환되어 퇴비로 이용된다.
외국의 경우, 퇴비화 변소는 국립 공원과 같은 광활한 지역에 주로 설치되므로 그만큼 사용 인원이 적고, 그에 따라 퇴비화하는 기간이 매우 길게 되어 환경 오염의 문제를 야기시킴이 없이 그 본래의 기능을 훌륭히 발휘하고 있다. 실제로, 미국 및 스웨덴에서는 이와 같은 처리 시스템의 설치로 인하여 용수와 동력의 절약, 환경 오염 저감에 크게 기여하고 있으며, 과다한 사용으로 인한 유출수의 문제는 거의 없는 것으로 보고되어 있다[문헌 : Carole L. Engelder, James E. Alleman, Richard J. Scholze, JR. ＆Edwin D.Smith, "Innovative Airflow Design for Compost Toilets", Biocycle, October, 1986: Dag Guttormsen, "Evaluation of Compost Toilets-A Field and Laboratory Update", Individual Onsite Wastewater Systems, pp147-154, 1979 ; 및 C. H. Stoner, "Goodbye to the Flush toilets", pp97-139,1977].
그러나, 이와 같이 외국에서 크게 성공을 거두고 있는 분뇨 처리 시스템을 국내의 퇴비화 변소에 적용하는 경우에는 과도한 이용량으로 인하여 그 기능을 제대로 발휘할 수 없게 된다. 국내에 설치되어 운용되고있는 퇴비화 변소의 실태를 알아 보면, 과도한 이용량으로 인하여 분뇨 유출수가 대기 중으로 100% 방출되지 못하고 그대로 유출되어 주변 환경을 오염시키고 있다. 실상이 이러함에도 불구하고 아직까지 이렇다할 분뇨 유출수 처리 장치가 개발되고 있지 못하고 있으므로, 이에 대한 대책이 절실히 요망되고 있다.
본 발명자들은 이와 같은 요망에 부응하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 거의 무방비 상태로 배출되는 퇴비화 변소 유출수를 효율적으로 처리할 수 있는 방법 및 장치를 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다. 따라서, 본 발명의 목적은 국내 실정에 적합한 퇴비화 변소 유출수의 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수세식 변소의 설치가 용이하지 아니한 지역, 특히 농어촌 지역에서 현재 직면하고 있는 환경 개선 및 환경 오염 문제를 해결할 수 있는 재래식 변소 유출수의 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 퇴비화 변소 유출수 처리 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
위와 같은 본 발명의 목적은, (a) 퇴비화 변소에서 배출된 유출수에 응집제를 첨가하여 침전된 응집괴(floc)를 슬러지로 분리 제거하는 단계, (b) 응집 처리된 피처리물에 공기를 주입하여 함유된 암모니아 성분을 대기 중으로 배출시키는 단계, (c) 암모니아가 제거된 피처리물을 중화시켜 침전된 염을 분리 제거하는 단계, (d) 중화 처리된 피처리물을 모래 및 활성탄에 의하여 차례로 여과하여 부유 물질 및 잔류 유기물을 제거하고 처리수를 방류하는 단계, 그리고 (e) 상기 단계(a)와 (c)에서 분리된 슬러지 및 침전 분리된 염을 퇴비화 변소로 재순환시켜 퇴비화를 수행하는 단계로 이루어진 본 발명의 방법에 의하여 달성된다.
본 발명의 방법은 연속식 또는 회분식으로 수행할 수 있다. 퇴비화 변소 유출수의 연속식 처리 시스템 및 회분식 처리 시스템은 제1도 및 제2도에 각각 도시되어 있다.
이하, 본 발명에 따른 퇴비화 변소 유출수의 처리 방법을 제1도를 참조하여 상세히 설명한다.
제1도에서, 퇴비화 변소에서 배출되는 유출수는 저장 탱크(1)에 저장된다. 이 저장 탱크(1)은 수위 조절기(16)에 의하여 일정 수위를 유지한다. 저장 탱크(1)에 저장된 피처리물은 이송 펌프(13)에 의하여 일정량씩 응집조(3)에 유입되는 한편, 산화칼슘 저장 탱크(2)로부터 응집제인 산화칼슘이 투입된다. 생성 혼합물은 pH 조절기(17)에 의해서 적정 pH 12로 조절되면서 교반기(15)에 의하여 교반되어 응집 반응을 일으키게 된다. 응집조(3)에서 응집이 발생한 결과, 피처리물의 유기 물질은 응집괴(floc)를 형성한다.
응집조(3)의 피처리물은 침전조(4)로 이송시킨 다음, 방치하여 응집괴가 침전하도록 한다. 침전조(4)에서 침전된 슬러지는 슬러지 제거용 밸브(20)에 의하여 슬러지 저장 탱크(11)로 이송시킨다. 슬러지 저장 탱크(11)에 저장된 슬러지는 후술할 2차 침전조(8)에서 형성된 슬러지와 합해져서 저장된 후, 일정량씩 퇴비화 변소로 반송되어 퇴비화에 재이용되게 된다.
한편, 침전조(4)를 경유한 피처리물(상등액)은 암모니아 제거조(5)에 유입시킨다. 암모니아 제거조(5)에 유입된 피처리물은 pH 12에서 암모니아 이온(NH4 +)이 암모니아(NH3)로 변하여 공기 발생기(6)에 의하여 도입되는 공기에 의하여 대기 중으로 날아가게 된다. 암모니아의 반응식은 다음과 같다.
NH4 ++OH-................................................................... NH3+ H2O
암모니아 제거조(5)를 거친 피처리물은 중화조(7)로 유입시킨다. 이때, 피처리물은 응집조(3)의 응집제인 산화칼슘에 의해서 pH 12 정도를 나타내게 된다. 이와 같은 피처리물은 중화조(7)에 부착되어 있는 pH 조절기(17)의 제어하에 황산 탱크(12)로부터 중화제인 황산이 유입되어 pH 5.8 내지 8.5로 중화된다. 이때, 중화에 의하여 염이 형성된다.
중화조(7)을 경유한 피처리물은 2차 침전조(8)로 이송시킨다. 2차 침전조(8)에서는 중화조(7)에서 형성된 염류가 침전을 하여 슬러지를 형성하게 된다. 2차 침전조(8)에서 생성된 슬러지는 슬러지 제거용 밸브(20)에 의해서 슬러지 저장 탱크(11)로 보내어 상기 침전조(4)로부터 분리되어 슬러지 저장 탱크(11)에 저장된 슬러지와 합하고, 간헐적으로 일정량씩 퇴비화 변소에 반송시켜 퇴비화에 재 이용한다.
2차 침전조(8)을 거친 피처리물(상등액)은 모래 여과기(9)로 하향 유입시켜 피처리물에 포함된 미침전 부유 물질을 제거한다. 모래 여과기(9)를 경유한 피처리물은 활성탄 흡착 여과 장치(10)에 상향 유입시켜 미제거된 잔류 유기물을 활성탄의 흡착 작용에 의하여 제거한 후, 정화된 피처리물을 최종 방류시킨다.
제2도는 본 발명의 처리 방법의 다른 태양인 회분식 처리 방법을 도시한 공정 순서도이다. 이 방법은 경제적인 측면을 고려하여, 응집은 회분식이며 활성탄 흡착은 연속식으로 수행할 수 있도록 설계된 수동 처리공정이다. 이 방법은 수세식 변소를 설치하기게 곤란한 농어촌 지역에서 특히 그 유용성을 찾을 수 있을 것으로 생각된다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2도에서, 퇴비화 변소에서 발생된 유출수를 유출수 저장 탱크(1)에 저장하고, 저장된 피처리물을 회분식으로 일정량 응집 및 침전조(22)에 유입시킨다.
이 응집 및 침전조(22)에 유입된 피처리물은 pH 조절기(17)로 그 pH를 측정하여 응집 반응의 최적 pH인 pH 12로 만들 수 있는 산화칼슘의 양을 결정하여 투입하고, 교반기(15)로 교반하여 혼합한다. 응집괴가 형성되면 혼합을 중단하고 응집괴를 침전시킨다. 생성된 슬러지는 슬러지 제거용 밸브(20)에 의하여 슬러지 저장 탱크(11)에 저장한다. 슬러지 저장 탱크(11)에서 저장된 슬러지는 후술할 암모니아 제거 및 중화조(23)에서 형성된 슬러지와 합해져서 저장된 후, 일정량씩 퇴비화 변소로 반송되어 퇴비화 과정을 수행하게 된다.
한편, 상등액은 자연 유하로 암모니아 제거 및 중화조(23)으로 이송시킨다. 유입된 피처리물을 에어 스트리핑(air stripping)에 의하여 암모니아는 대기로 방출시키고, 황산을 주입하여 방류 적정 pH로 중화하여 여과기 유입조(21)로 이송시킨다. 암모니아 제거 및 중화조(23)까지의 공정은 회분식으로 운전되며 이후 연속식으로 운전되는 모래 여과기(9)와 활성탄 흡착 여과기(10)에 피처리물을 유입시키기 위해서는 저장조가 필요한데, 여과기 유입조(21)이 이 역할을 수행한다.
여과기 유입조(21)을 경유한 피처리물은 이송 펌프에 의하여 일정량씩 모래 여과기(9)와 활성탄 흡착 여과 장치(10)을 거치게 하여 잔류 유기물을 제거시킨 후 최종 방류시킨다.
이와 같은 본 발명에 따른 퇴비화 변소 유출수의 처리 방법을 이용하면 첫째로 응집 및 중화를 거쳐 생성된 슬러지를 퇴비화 변소로 제순환시켜 퇴비화할 수 있으며, 둘째로 암모니아 제거 수단을 두어 질소의 양을 효과적으로 제거할 수 있고, 세째로 응집 후 BOD 제거 효율이 76%, 활성탄 흡착 후 BOD 제거 효율이 90%로서 분뇨 처리 시설의 환경 기준치인 BOD 40mg/ι보다 낮은 농도의 정제된 유출수를 최정 방류할수 있다.
상기와 같은 본 발명의 퇴비화 변소 유출수의 처리 방법은 유출수 저장 탱크(1), 산화칼슘 저장 탱크(2), 교반기(15)와 pH 측정기(17)이 장착된 응집조(3), 침전조(4), 공기 발생기(6)이 연결된 암모니아 제거조(5), 교반기(15)와 pH 측정기(17)이 장착된 중화조(7), 황산 탱크(12), 2차 침전조(8), 모래 여과기(9), 활성탄 흡착 여과 장치(10) 및 슬러지 저장 탱크(11)의 결합으로 이루어진 것이 특징인 제1도에 도시된 퇴비화 변소 유출수의 연속식 처리 장치에 있어서, 모래 여과기(9)의 흐름은 하향류, 활성탄 흡착 여과 장치(10)의 흐름은 상향류로 되도록 하면서 이들을 서로 직렬로 연결하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 퇴비화 변소 유출수의 처리 방법은 유출수 저장 탱크(1), 교반기(15)와 pH 측정기(17)이 장착된 응집 및 침전조(22), 교반기(15)와 pH 측정기(17)이 장착되고 공기 발생기(6)이 연결된 암모니아 제거 및 중화조(23), 여과기 유입조(21), 슬러지 저장 탱크(11), 모래 여과기(9) 및 활성탄 흡착 여과기(l0)의 결합으로 이루어진 것이 특징인 제2도에 도시된 퇴비화 변소 유출수의 회분식 처리 장치에 의하여 수행될 수도 있다.
이하에서 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만 본 발명의 범위가 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
제1도에 도시된 본 발명의 방법에 따라서 하기 표 1에 나타낸 사양으로 제작된 장치를 사용하여 퇴비화변소 유출수를 처리하였다.
퇴비화 변소 유출수를 응집조에 유입시키고 산화 칼슘을 투입하여 pH 12로 조절한 다음, 교반하면서 응집 반응을 일으켜서 피처리물 중의 유기 물질을 응집괴로 전환시켰다. 이어서, 피처리물을 침전조로 이송시킨 후, 응집괴가 침전하여 슬러지를 이루게 하고, 침전된 슬러지를 분리하여 슬러지 저장 탱크에 저장시켰다.
응집 처리된 피처리물의 상등액은 암모니아 제거조에 유입시켜 pH12에서 암모니아 이온을 암모니아로 전환시키고, 공기를 주입시켜 암모니아를 대기 중에 방출시켰다. 암모니아가 제거된 피처리물을 중화조로 이송시킨 다음, 황산으로 중화시켜 염을 형성시켰다. 중화 처리된 피처리물을 2차 침전조에 유입시켜 상기 형성된 염류가 최종 침전을 하여 슬러지를 형성하게 하였다. 생성된 슬러지를 분리하여 슬러지 저장 탱크로 이송하였다.
이어서, 피처리물을 모래 여과기로 하향 유입시켜 피처리물에 포함된 침전되지 않은 부유 물질을 제거하고, 활성탄 흡착 여과 장치로 상향 유입시켜 pH 6.96으로 조절하고 미제거된 잔류 유기물을 활성탄 흡착에 의하여 제거한 후, 남은 피처리물을 최종 방류시켰다.
[표1]
본 실시예에 따라 처리된 퇴비화 변소 유출수의 BOD, COD, TOC 제거 결과를 다음 표2에 나타낸다.
[표2]
상기 결과로부터 본 발명의 퇴비화 변소 유출수의 처리 방법은 평균 98% 이상의 높은 BOD 제거 효율로 유출수를 처리할 수 있다는 것이 명백해지며, 이는 유출수 1ι당 10mg 미만의 BOD 함유율에 해당하므로, 본 발명의 방법은 환경 오염의 방지에 매우 효과적이라는 사실을 알 수 있다.
[실시예 2]
제2도에 도시된 본 발명의 방법에 따라서 하기 표 3에 나타낸 사양으로 제작된 장치를 사용하여 퇴비화변소 유출수를 처리하였다.
퇴비화 변소 유출수를 회분식으로 일정량 응집 및 침전조에 유입시키고, 산화 칼슘을 투입하여 pH12로 조절하였다. 교반기를 작동시켜 응집 반응을 일으키고 응집괴가 형성되면 혼합을 중단하고, 응집괴를 침전시킨 다음 상등액은 자연 유하로 암모니아 제거 및 중화조로 유입시켰다. 한편, 응집괴가 침전함으로써 생성되는 슬러지는 슬러지 저장 탱크로 이송시켰다.
암모니아 제거 및 중화조로 유입된 피처리물을 에러 스트리핑에 의하여 암모니아는 대기로 방출시키고 황산을 주입하여 중화시켰다.
이어서, 피처리물을 모래 여과기로 하향 유입시켜 피처리물에 포함된 침전되지 않은 부유 물질을 제거하고, 활성탄 흡착 여과 장치로 상향 유입시켜 pH 6.96으로 조절하고 미제거된 잔류 유기물을 활성탄 흡착에 의하여 제거한 후, 남은 피처리물을 최종 방류시켰다.
[표3]
본 실시예에 따라 처리된 퇴비화 변소 유출수의 BOD, COD, TOC의 제거 효율을 평가해 본 결과, 표 2에 나타난 것과 대등한 결과를 얻었다.

Claims (4)

  1. (a) 퇴비화 변소에서 배출된 유출수에 응집제를 첨가하여 침전된 응집괴를 슬러지로 분리 제거하는단계, (b) 응집 처리된 피처리물에 공기를 주입하여 함유된 암모니아 성분을 대기중으로 배출시키는 단계, (c) 암모니아가 제거된 피처리물을 중화시켜 침전된 염을 분리 제거하는 단계, (d) 중화 처리된 피처리물을 모래 및 활성탄에 의하여 차례로 여과하여 부유물질 및 잔류 유기물을 제거하고 처리수를 방류하는 단계및 (e) 상기 단계(a)와 (c)에서 분리된 슬러지 및 침전 분리된 염을 퇴비화 변소로 재순환시켜 퇴비화를 수행하는 단계로 이루어진 것이 특징인 퇴비화 변소 유출수의 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 응집제는 산화칼슘이고, 중화제는 황산이며, 응집시의 pH는 12이고, 중화시의 pH는 5.8 내지 8.5인 것이 특징인 퇴비화 변소 유출수의 처리 방법.
  3. 퇴비화 변소 유출수 저장 탱크(1), 산화 칼슘 저장 탱크(2), 교반기(15)와 pH 측정기(17)이 장착된 응집조(3), 침전조(4). 공기 발생기(6)이 연결된 암모니아 제거조(5), 교반기(15)와 pH 측정기(17)이 장착된 중화조(7), 황산 탱크(12), 2차 침전조(8), 모래 여과기(9), 활성탄 흡착 여과 장치(10) 및 슬러지 저장 탱크(11)의 결합으로 이루어진 것이 특징인 퇴비화 변소 유출수의 연속식 처리 장치.
  4. 퇴비화 변소 유출수 저장 탱크(1), 교반기(15)와 pH 측정기(17)이 장착된 응집 및 침전조(22), 교반기(15)와 pH 측정기(17)이 장착되고 공기 발생기(6)이 연결된 암모니아 제거 및 중화조(23), 여과기 유입조(21), 슬러지 저장 탱크(11), 모래 여과기(9) 및 활성탄 흡착 여과기(10)의 결합으로 이루어진 것이 특징인 퇴비화 변소 유출수의 회분식 처리 장치.
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EP1316534A1 (fr) * 2001-11-30 2003-06-04 Traitement Valorisation Decontamination Procédé de compostage d'une boue liquide comportant une filtration séquentielle sur substrat carbonné et installation de mise en oeuvre de ce procédé

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FR2833001A1 (fr) * 2001-11-30 2003-06-06 Traitement Valorisation Decont Procede de compostage d'une boue liquide comportant une filtration sequentielle sur substrat carbone et installation de mise en oeuvre du procede

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