KR950008048B1

KR950008048B1 - 고효율의 개량형 호기성 축산 정화조

Info

Publication number: KR950008048B1
Application number: KR1019930015395A
Authority: KR
Inventors: 박완철; 김태형
Original assignee: 한국과학기술연구원; 김은영
Priority date: 1993-08-09
Filing date: 1993-08-09
Publication date: 1995-07-24
Also published as: KR950005759A; CN1100069A; TW257687B; JPH0760267A; CN1074752C; JP2574649B2

Abstract

내용 없음.

Description

고효율의 개량형 호기성 축산 정화조

제1도는 본 발명에 따른 개량형 축산 정화조의 평면도.

제2도는 본 발명에 따른 개량형 축산 정화조의 정면도.

제3도는 본 발명에 따른 개량형 축산 정화조의 여과 분해실에 설치된 여재유동 방지벽의 사시도.

제4도는 침사실과 침전 분리실을 분리하는 침전 분리실 분리벽의 스크린형 분리의 사시도.

제5도는 최종 침전실의 하부에 침전된 오니를 침사실로 이송하는 공기를 이용한 오니 반송 장치의 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 침사·침전 분리조 2 : 정화조

3 : 침사실 4 : 침전 분리실

5 : 유입관 6 : 배기관

7 : 이송관 8 : 침전 분리실 분리벽

9 : 침사·침전 분리조 뚜껑 10 : 폭기실

11 : 최종 침전실 12 : 여과 분해실

13 : 공기이송관 14 : 산기관

15 : 여과 분해실 월류 웨어 16 : 여재 유동 방지판

17 : 공기 주입관 18 : 오니 반송관

19 : 토출관 20 : 배기관

21 : 송풍기 22 : 정화조 뚜껑

23 : 간이용 뚜껑 24 : 폭기실 유입관

25 : 최종 침전실 분리벽 100 : 개량형 축간 정화조

본 발명은 축산 시설에서 배출되는 고농도의 유기 물질을 호기성 방법으로 처리하는 개량된 축산 정화조에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 말하자면, 본 발명은 축산 시설에서 배출되는 축산 폐수 중의 유기 물질을 호기성 미생물의 분해 및 증식 작용에 의하여 제거하고, 미처리된 유기 물질은 여과 분해조에서 제거하며, 영양소는 폭기조에서의 질산화 작용과 최종 침전실로부터 반송된 오니가 침전 분리실에서 탈질화되어 제거되도록 설계된 개량형 축산 정화조에 관한 것이다.

현채 축산 폐수는 현행 환경 보전법과 폐기를 관리법상 일정 수준 이상의 축산 시설에 대하여 수질 기준과 처리 방법을 규제하고 있으나, 축산 농가의 영세화로 인하여 현행 관리법령에 규제받는 가축 비율은 돼지 31%, 소는 7%에 불과해 대부분의 축산 시설이 규제 대상에서 제외되고 있는 실정이다. 또한, 생활 오수 및 축산 폐수를 공동으로 처리할 수 있는 부락 단위 소규모 오수 처리 시설 및 축산 폐수 처리 시설의 설치를 "간이 오수 및 축산 폐수 처리 사업"으로 추진한 바 있다. 그러나, 공동 축산 폐수 처리 시설은 처리 효율이 매우 낮아서 처리 시설이라고 볼 수 없는 저장액비법이 절반 가량이며, 그밖에 임호프탱크법, 산화지법 및 단순 장기 폭기 방법이 이용되고 있다. 이들 처리 시설은 처리수의 수질을 대략 BOD 1,500mg/ℓ로 처리하여 시·도 하수 처리장으로 이송하여 완전 처리한다는 계획이나, 두 번에 걸쳐 처리하는 비경제성 및 오수 관거의 미보금으로 인한 제반 문제점 등으로 인하여 기존의 폐수 처리 방법으로는 축산 폐수의 처리에 큰 도움을 주지 못하고 있는 실정이며, 고농도의 축산 폐수를 희석하여 처리하기 때문에 수질 오염 방지에 큰 도움을 주지 못하고 있는 것으로 판단된다.

한편, 외국에서의 축산 폐수 처리 현황을 보면 축산 폐수를 희석하여 하수처리장에 투입하여 처리하는 경우가 대부분이며, 축산 폐수를 정화조 형태로 처리한 예는 전무한 상태이다.

미국의 경우 우사에서 나오는 BOD 1,000mg/ℓ인 우유 폐수를 연속식(continous-flow)과 희분식(batch)식으로 처리한 결과, BOD가 90~97% 저하되었다고 한다. 그러나, 운전시 거품(foam) 및 미세거품(frothing) 문제가 자주 발생하고 오너의 침전성이 불량한 것으로 알려져 있다. ① Nelson L. Nemerow, "Industrial Water Pollution Origins. Characteristics and Treatment", Syracuse University, 1978, pp, 378-382. : ② Olesszkiewicz, J. A. and S. Koziarski, "Optimization of Wastes Treatment with Reference to Biogass and Protein Recovery", USEPA, 600/2-82-023, 1983 : ③ Cumty. J., "Reviw of Slurry Aeration : "2. Mixing and Foam Control, J, Agri. Eng, Res., Vol. 36, pp. 157-174, 1987 참조].

국내에서의 소규모 축산 폐수의 경우 시범적으로 부락 단위 소규모 오수 처리 시설한 처리한 경우는 있으나, 처리수 수질이 불량하여 큰 효과를 기대할 수 없다. 살수영상을 이용한 최근의 논문 중에서 여재로서 싼 가격으로 구입할 수 있는 볏짚을 이용한 돈사 폐수의 살수여상에 의한 전처리 실험 결과에 의하면, 고형물의 제거 효율에 있어서는 짚 컬럼과 단순 침전에 의한 처리 효율이 거의 동일하였으나 그 유출수에 대하여 2차 처리 공정으로서 생물학적 처리 공정을 적용하는 경우에는 짚 컬럼을 사용한 것이 효율적인 처리기법으로 판단되며 여재인 짚에서 유출되는 유기물은 큰 문제를 야기하지 않는 것으로 나타났으며, 여재를 추후 퇴비화에 이용할 때 충전제(bulking agent)로서 활용할 수 있다고 보고되었다(한국과학재단, "중소규모 축산 폐수의 효율적 처리 방안에 관한 연구"1992).

그러나, 소규모 축사에서 나오는 세정수와 뇨 및 분 찌거기 등 축산 폐수의 호기성 처리법을 이용한 처리는 지금까지 거의 없었으며, 근래 호기성 축산 정화조가 발명되어 유기 물질의 제거에 많은 공헌을 하고 있으나 최종 침전지의 오니를 적당량 버릴 수 있는 장치가 있어서 처리 효율에 저해 요소가 되고 있으며, 탈질화 작용이 이루어지지 않는다는 단점을 노출하고 있다.

따라서, 본 발명자들은 이와 같은 종래의 축산 정화조의 문제점을 개선하고자 연구를 거듭한 결과, 유기물질의 제거뿐만 아니라 영양소의 제거도 동시에 할수 있는 개량된 축산 정화조를 개발하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 폭기조의 미생물 농도를 적정 수준으로 유지하여 고농도의 축산 폐수를 효율적으로 처리하고 더불어 영양소도 제거할 수 있는 개량형 축산 정화조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적 및 잇점은 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 1차로 피처리물에 함유된 모래와 그 밖의 협잡물을 침전 및 분리시키기 위한 침사·침전 분지로, 이 침사·침전 분리조를 경유한 피처리물에 계속적으로 산소를 공급하여 호기성 활성 미생물의 물질 대사에 의해서 유기 물질의 분해반응을 가속화시켜주는 폭기실, 이 폭기실을 경유한 피처리물을 미생물과 처리수로 분리하는 최종 침전실, 이 최종 침전실의 하부에 침전된 오니를 탈질화 작용 및 탈인 작용이 일어날 수 있는 혐기성 조건의 침사실로 폭기용 공기의 일부를 이용하여 반송하는 오니 반송 장치, 상기 최종 침전실을 경유한 피처리물중의 미처리 유기 물질을 여재에 부착·형성된 미생물막에 의해 여과 분해하는 여과 분해실로 구성되며, 유기물 및 영양소 제거가 고효율로 이루어지는 개량형 축산 정화조가 제공된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 개량형 축산 정화조의 평면도이고, 제2도는 본 발명에 따른 개량형 축산 정화조의 정면도를 나타낸 것이다. 이하에서는 개량형 축산 정화조를 "축산 정화조"라고 부르기도 한다.

제1도와 제2도에서 보는 바와 같이, 본 발명의 축산 정화조(100)은 침사·침전 분리조(1)과 정화조(2)양대 부분으로 구성된다. 상기 침사·침전 분리조(1)은 축산 폐수인 피처리물에 섞여 있는 모래 및 협잡물과 그 곳으로 반송된 오니를 침전 제거하는 침사실(3)과 이 침사실을 경유한 피처리물 중에 남은 침전 가능한 물질을 침전 제거하는 침전 분리실(4)로 이루어진다. 침사·침전 분리조(1)에는 유입관(5)와 배기관(6)이 침사실(3)의 입구 쪽에 배치되고, 이송관(7)이 침사실(3)의 출구 쪽에 배치된다. 침사실(3)과 침전 분리실(4)는 일체로 된 뚜껑(9)에 의하여 상부를 덮을 수 있다. 침사실(3)과 침전 분리실(4)는 침전 분리실 분리벽(8)에 의하여 서로 분리된다. 이 분리벽(8)은 탈착식으로 하여 침사실(3)과 침전 분리실(4)의 청소시공간이 확보될 수 있도록 하였다. 분리벽(8)의 재료료서는 수압에 의한 변형을 방지할 수 있고 탈착 작업이 용이한 스테인레스강 또는 강화플라스틱 등이 이용된다. 침사·침전 분리조(1)의 형태는 폭과 깊이가 1 : 1이고, 침사실(3)과 침전 분리실(4)이 용량비는 2 : 1이 되게 하였다.

정화조(2)의 형상은 토압(土壓)을 효과적으로 분산시켜 이 정화조 형상의 변형을 최대로 막으면서 용량을 가장 효과적으로 사용할 수 있는 원통형으로 하였다. 점유 면적을 최소화하기 위하여 전술한 침사·침전 분리조(1)은 정화조(2)에 부착하였다. 이 정화조(2)는 폭기실(10), 최종 침전실(11) 및 여과 분해실(12)로 구성된다. 폭시실(10)은 정화조(2)의 폭기실 유입관(24)에 의하여 침사·침전 분리조(1)과 연결된다. 정화조(2)의 입구 쪽에는 폭기실 유입관 및 송풍기(21)이 배치되고 출구 쪽에는 배기관(20) 및 토출관(19)가 배치된다. 송풍기는 공기 이송관(13)과 연결되고, 이 공기 이송관(13)은 폭기실 바닥에서 산기관(14)와 직각으로 연결된다. 이 때 산기관 3개가 평형하게 배치된다. 폭기실(10)과 최종 침전실(11)은 최종 침전실 분리벽(25)에 의해서 나누어진다. 이 최종 침전실 분리벽(25)의 하부에는 개구가 있어서 폭기실(10)과 최종 침실(11)이 서로 통하게 되어 있다. 최종 침전실(11)에는 공기를 이용하 오니 반송 장치(17,18)가 배치되어 있다. 이 오니 반송 장치는 공기 주입관(18) 및 오니 반송관(18)로 구성된다.

공기 주입관(17)은 오니 반송관(18)의 1~1/10배의 직경을 갖는다. 오니 반송관(18)의 기부는 최종 침전실 부리벽(25)의 기부와 일치하고, 그 분리벽(25)와 평행하게 상부로 연장된 후, 정화조의 상부를 지나 침사실(3)까지 연결되어 있다. 공기 주입관(17)와 오니 반송관(18)은 유효 수심의 3/4위치에서 연통된다(제2도 및 제5도 참조). 최종 침전실과 여과 분해실(12)는 월류 웨어(15)에 의해서 구분되어 있다. 월류 웨어의 형태는 제3도에 도시한 바와 같은 삼각형 형태로서 여과 분해실의 접촉 여재가 최종 침전실(10)으로 월류하지 않고, 최종 침전실(10)의 고형물의 최소로 유입되는 형태이다. 여과 분해실(12)는 폭기실에 잠긴 상태이며, 피처리물은 자연 유하에 의하여 월류 웨어(15) 부분으로 월류하여 순환된다. 여과 분해실(12)에는 접촉 여재의 유동을 방지하기 위하여 여과 분해실(12) 중간에 수 개의 여재 유동 방지판(16)을 설치하였다.

정화조(2)는 정화조 뚜껑(22)에 의해 상부를 덮을 수 있고, 그 뚜껑의 일부에 다시 간이용 뚜껑(23)을 두어 언제든지 정화조의 상태를 점검할 수 있게 하였다.

본 발명에 따른 침사·침전 분리조(1)과 정화조(2)로 이루어진 개량형 축산 정화조(100)의 저체 용량은 통상 소 10마리, 돼지 30마리를 기준으로 할 때, 2.6㎥ 정도인데, 그 중 정화조(2)만의 용량은 2.0㎥이고, 침사·침전 분리조(1)의 용량은 0.6㎥이다. 즉, 침사·침전 분리조의 용량은 정화조 용량의 약 1/3이다.

침사·침전 분리조(1)에 유입되는 피처리물은 유입관(5)에 의하여 침사실(3)에 유입되는데, 이 때 유이되는 피처리물의 유동으로 인하여 침사실(3)에 이미 침전된 모래나 협잡물이 재부상하는 것을 방지하기 위하여 수면에 대하여 직각 방향으로 수심의 1/2높이까지 유입관을 설치하다. 상기 침사실(3)에서 피처리물에 함유된 모래나 협잡물이 침전되며, 침전되고 남은 피처리물은 이송관(7)에 의하여 침전 분리실로 유입된다. 바람직한 이송관의 구조는 침사실(3) 상부에 형성되는 스컴(scum)의 유입과 침전된 침전물의 유입을 막을 수 있도록 수면으로부터 수심의 1/4에 위치하는 반원형 관 구조가 좋다. 침전 분리실(4)로의 또 다른 유입 방법은 침전 분리실 분리벽(8) 전체를 제4도에 도시한 바와 같이 스크린으로하여 피처리물에 함유된 협잡물에 대한 여과 기능을 추가하는 방법이다.

상기 침사실(3)을 경유한 피처리물은 침전 분리실(4)에 유입되어 다시 한번 침전처리된다. 침전 처리된 피처리물은 폭기실 유입관(24)에 의하여 폭기실(10)으로 유입된다. 폭기실 유입관(24)의 형상은 유입관(5)와 동일하며 유입되는 침전 분리실(4)의 수면은 폭기실(10)의 수면보다 높아야 한다. 그 이유는 폭기실(10)에서는 폭기 장치에 의해 수면의 동요와 상승이 일어나기 때문에 폭기실(10)의 미생물이 침전 분리실(4)로 역류하는 것을 막고자 함이다. 상기 침전 분리실(4)로부터 폭기실 유입관(24)에 의하여 폭기실(20)으로 이송된 피처리물은, 정화조(2)에 연결되어 있는 송풍기(21)에 의해 발생된 공기가 공기 이송관(13)을 거쳐, 평행으로 배치된 산기관(14)를 통하여 공급되므로 폭기실(10) 내에서 계속적으로 산소를 공급받는다. 공급된 공기 기포에 의한 산소 전달, 상승 작용 및 미생물의 침전 작용이 반복되어 폭기실은 완전 혼합 상태를 유지하게 된다. 이러한 계속적인 산소 전달은 폭기실(10)에서 호기성 미생물의 활성을 높게 하여 유기 물질이 분해되고 질산화 미생물에 의한 질산화 작용과 인의 과잉 섭취가 이루어져 영양소가 제거된다. 또한, 폭기실의 체류 시간을 3 내지 6일의 장기간으로 하여 오니 발생량을 최소화하고, 고농도의 폐수를 효율적으로 처리할 수 있게 하였다. 상기관(14)의 형상은 원활한 산소 전달과 폭기실(10) 내에서의 완전 혼합을 달성할 수 있으며 기포 발생 구멍의 막힘을 최소로 할 수 있는 구조라면 어떤 구조라도 좋다.

상기 폭기실(10)을 경유한 피처리물은 최종 침전실 분리벽(25) 하부의 개구부에 의하여 최종 침전실(11)로 이송된다. 상기 최종 침전실(1)의 바닥은 고형물질의 침전 및 미생물의 침전과 이 침전된 미생물의 폭기실(10)으로의 반송이 원활하도록 60°의 경사를 주었다. 최종 침전실(11)로 이송된 미생물은 짧은 시간내에 플록(floc)을 형성하고 중력에 의하여 침전된다. 이와 같이 피처리물이 최종 침전실(11)에 이송됨과 동시에 플록 형성 및 침전이 일어나므로 최종 침전실(11)에서는 피처리물의 흐름에 의한 침전 불량이 없다. 최종 침전실(11)의 하부에 침전된 오니는 공기를 이용한 오니 반송 장치(17,18)에 의하여 침사실(3)으로 반송된다. 이 원리는 공기 주입관(17)을 통해 공급되는 공기의 상승 작용에 의하여 유체가 수직 이동함으로써 오니가 이동되는 원리이다. 침사실(3)으로 반송된 오니 중의 미생물 중에서 탈질 미생물에 의하여 무산소 상태에서 탈질화 작용이 이루어진다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 개량된 축산 정화조는 최종 침전실(11)의 미생물이 최종 침전실 분리벽의 하부 개구를 통하여 폭기실로 반송되고 증식된 미생물의 일부가 침사실로 반송되므로 폭기실의 미생물 농도를 일정하게 유지할 수 있어서 처리 효율이 향상되고, 오니가 자동적으로 침사·침전 분리조(1)로 폐기되므로 폭기실 및 최종 침전실의 청소가 필요치 않고, 침사·침전 분리조(1)만 청소하면 되므로 정화조의 유지 관리에 유리하다.

최종 침전실(11)을 경유한 피처리물은 여과 분해실 월류 웨어(15)를 통해서 여과 분해실(12)에 유입된다.

여과 분해실 월류 웨어(15)을 통과한 피처리물은 접촉 여재로 충만된 여과 분해실(12)를 거치면서 침전 및 여과되는데, 이 때 미처리된 유기 물질은 접촉 여재의 표면에 부착된 미생물막에 의하여 유기 물질이 분해 제거된다. 상기 여과 분해실(12)를 경유하는 피처리물의 흐름으로 인하여 접촉 여재의 유동이 있으며, 이와같은 여재의 유동을 방지하기 위한 여재 유동 방지판(16)의 형상은 제3도와 같이 삼각형이 바람직하다. 본 발명에 사용된 접촉 여재는 어떠한 형태이든 가능하지만, 특히 다공성이 크고 비표면적이 크며, 제품의 생산 및 경제성이 우수한 염화비닐 수지 성형 제품이나 폴리에틸렌 수지 제품등이 좋은 효과를 발휘하는 것으로 나타났다.

침사·침전 분리조(1), 폭기실(10) 및 최종 침전실(12)에서 발생되는 악취는 배기관(6,20)에 의하여 외부로 배출된다. 정화 처리된 물은 토출관(19)을 통하여 배출된다.

이상과 같은 본 발명에 따른 축산 정화조는, 첫째 침사·침전 분리조를 정화조에 부착하여 점유 면적을 줄일수 있어서 경제적이며, 둘째 최종 침전실에 오니 반송 장치를 설치하여 증식된 미생물을 침사실로 반송하므로 폭기실의 미생물 농도를 일정하게 유지하여 유기 물질의 처리 효율이 향상되며, 셋째 호기성 상태와 무산소 상태가 반복되어 영양소 제거가 양호하게 이루어지며, 넷째 여과 분해실의 접촉 여재에 형성된 미생물막에 의한 유기물의 분해가 이루어져 양호한 처리 수질을 얻을 수 있는 처리 장치이며, 다섯째 오니가 최종 침전지로부터 침사·침전 분리조로 반송되므로 침사 및 침전 분리조만 청소해도 되는 잇점을 갖는 매우 간편한 처리 장치로서, 유기 물질과 영양소의 처리 효율이 높은 호기성 축산 정화조이다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.

[실시예]

앞에서 설명한 구성의 본 발명에 따른 개량형 호기성 축산 정화조와 종래의 정화조를 실험실에서 제작 설치하여 1992년 11월부터 1993년 4월까지 운전한 결과는 아래의 표 1과 같다. 표 1에서의 값들은 전체 실험기간 동안의 평균값이며, 유입수는 축산 농가에서 직접 채취하여 적정 농도로 주입하였다. 유출수는 1주일에 2회 채취 분석하였다.

[표 1]

참조) TKN(Total Kjeldahl Nitrogen) : 유기성 질소와 무기성 질소를 합한 총질소량.

T-P(Total Phosphorous) : 총인

이상의 결과로부터, 종래의 축산 정화조는 유기 무질 제거를 목적으로한 정화조로서 영양소(TKN 및 T-P)의 제거 효율이 저조한 데 반하여, 본 발명에 다른 개량형 호기성 축산 정화조의 평균 BOD 제거 효율은 95% 이상, TKN과 T-P의 평균 제거 효율은 75% 이상이고, 유출수의 BOD가 100mg/ℓ를 초과하지 않는, 매우 만족한 결과를 얻었다.

Claims

피처리물 중에 섞여 있는 모래 및 협잡물과 반송된 오니를 침전 제거하는 침사실(3)과 이 침사실(3)를 경유한 피처리물 중의 침전 가능한 물질을 침전 제거하는 침전 분리실(4)로 이루어진 침사·침전 분리조(1)과, 상기 침전 분리실(4)를 경유한 피처리물에 계속적으로 공기를 공급하여 호기성 미생물의 활성을 높여 유기 물질 분해를 촉진하는 폭기실(10)과, 이 폭기실(10)을 경유한 피처리물이 미생물과 함께 침전 분리된후 일부는 공기를 이용한 오니 반송 장치(17,18)에 의해 상기 침사실로 반송되고, 다른 일부는 폭기실로 내부 반송되도록 하여 유기 물질과 영양소를 동시에 제거하도록 한 최종 침전실(11)과, 그리고 이 최종 침전실(11)을 경유한 피처리물 중의 미처리된 유기 물질을 접촉 여재에 형성된 미생물막에 의해 여과 및 분해 처리하는 여과 분해실(12)로 이루어진 것이 특징인 고효율의 개량형 호기성 축산 정화조(100).
제1항에 있어서, 침사·침전 분리조(1)은 정화조(2)의 유효 체적의 1/3인 유효 체적으로 정화조(2)에 부착되며, 침사실(3)과 침전 분리실(4)의 체적비는 2 : 1이고, 폭기실(10)에서 피처리물의 체류 시간이 3 내지 6일간 것인 개량형 호기성 축산 정화조.
제1항에 있어서, 침전 분리실 분리벽(8)은 가공도 재료로 제조된 탈착식 또는 전체 스크린형 탈착식인 것인 개량형 호기성 축산 정화조.
제3항에 있어서, 고강도 재료가 스테인레스강 또는 강화 플라스틱인 것인 개량형 호기성 축산 정화조.
제1항에 있어서, 폭기실(10)은 그 내부에 3개의 산기관(14)가 평행으로 설치된 것인 개량형 호기성 축산 정화조.
제1항에 있어서, 여과 분해실(12)에 충만된 여재의 유동을 방지하는 삼각형 형태의 여재 유동 방지판(16)을 갖는 개량형 호기성 축산 정화조.
제1항에 있어서, 상기 정화조(2)는 원통형이고, 침사·침전 분리조(1)은 반원통형 또는 구형인 것인 개량형 호기성 축산 정화조.
제1항에 있어서, 오니 반송 장치(17,18)은 공기 주입관(17) 및 오니 반송관(18)로 이루어지며, 공기 주입관(17)의 직경은 오니 반송관(18) 직경의 1~1/10배이고, 오니 반송관(18)의 기부가 최종 침전실 분리벽(25)의 기부와 일치하며, 상기 공기 주입관(17)과 오니 반송관(18)은 유효 수심의 3/4위치에서 연통되는 것인 개량형 호기성 촉산 정화조.