KR20010094836A - 연속회분식 혐기성공정과 고도처리공정을 결합한 고효율축산폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축산폐수 처리방법에 관한 것으로, 그 구성이 원수인 축산폐수를 반응조에 채운 후, 교반을 시키면서 생물학적 반응이 이루어진 후 교반을 멈추고, 침전시킨 다음 상징수를 배출시키는 과정으로 이루어진 연속회분식 혐기성반응조; 유입된 이 연속회분식 혐기성공정을 거친 처리수에 응집제를 주입하여 침전시키는 응집침전조; 유입된 상기 응집침전조의 상등수중의 유기물과 질산성 질소를 이용하여 질산균이 증식하며, 이 과정에서 질산성 질소는 기체상의 질소로 탈질되어 제거되는 제1무산소조; 유입된 상기 제1무산소조를 거친 처리수에 공기를 공급하여 이 처리수중의 유기물을 호기성 미생물에 의해 산화 제거시키고, 일부 처리수를 상기 제1무산소조로 반송시키는 호기조; 유입된 상기 호기조를 거친 처리수에 포함된 질산성 질소를 질산균을 이용하여 제거하는 제2무산소조; 제2무산소조를 거친 처리수의 고형물을 침전 분리시키고 일부 침전물은 상기 제1무산소조 반송시키는 침전조로 이루어진 일련의 공정으로 이루어져 축산폐수를 높은 효율로 처리할 수 있게 된 것이다.

Description

연속회분식 혐기성공정과 고도처리공정을 결합한 고효율 축산폐수 처리 방법{High-Rate Live Stock Wastewater Treatment Method using Advanced Treatment Process Hybrid SBAR}

본 발명은 축산폐수 처리방법에 관한 것으로, 특히 연속회분식 혐기성공정과 고도처리공정을 결합하여 아주 높은 효율로 축산폐수를 처리할 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 축산폐수는 유량 및 특성이 다양하고, 고형물의 농도와 유기물 농도가 높지만 상대적으로 다른 폐수에 비해 탄소/질소비가 낮기 때문에 그 처리에많은 어려움을 겪고 있다.

현재 축산폐수 처리기술은 고형분 농도가 낮은 축산폐수의 경우로 국한되며, 고형분 농도가 높은 축산폐수의 처리기술은 그다지 개발되어 있지 못한 실정이다. 또한 국내에서 현재 연구개발되어 설치 운영중인 축산폐수 처리시설의 가장 큰 문제점은 유입수 농도변화에 능동적인 대처가 미흡하다는 것이다.

현재 일부 축사에서 분과 뇨가 분리, 배출되지 않아 그 성상의 차이와 변화가 크기 때문에 이러한 현상이 곧바로 처리시설의 안정성에 영향을 주어 적절한 처리가 이루어지지 않거나 처리실패로 이어지고 있다.

아울러 현재 처리시설로 많이 이용되고 있는 혐기-호기법의 경우 재래식 혐기처리법을 사용하므로서 운전 초기 혐기성 미생물의 확보 등의 문제점으로 초기운전에 상당한 어려움을 겪고 있다.

또한 소화슬러지가 후속 호기처리공정에 유입되어 지나친 유기물 및 고형물 부하를 가하고 있어 장시간의 체류시간이 필요하고, 용량이 커지게 되며 처리비용 상승으로 이어지는 경우가 상당히 많다. 이러한 경우 처리비용은 비육돈 생산비의 5~10%를 차지하기도 한다. 한편, 기타 축산페수 처리기술의 경우 처리시설에서 발생하는 악취문제와 아울러 기본적으로 저효율로 운전되어 국가 전체적으로 많은 비효율성이 초래되고 있는 실정이다. 개발되어 있는 많은 축산폐수 처리공정이 유입수의 농도가 낮거나 체류시간이 긴 단점을 가지고 있으며 올해 상반기중에 강화된 축산폐수의 방류수 수질기순을 만족시키지 못하고 있다.

본 발명은 상술한 제문제점을 해소하기 위한 것으로, 축산폐수의 특성을 감안하여 대상유입수의 농도에 관계없이 기존의 혐기성 공정에 비하여 월등히 간단한 시설로도 고효율로 축산폐수를 처리할 수 있는 축산폐수 처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 축산폐수 처리공정의 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 연속회분식 혐기성반응조 20 : 응집침전조

30 : 제1무산소조 40 : 제2무산소조

50 : 호기조 60 : 침전조

70 : 재폭기조

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원수인 축산폐수를 반응조에 채운 후, 교반을 시키면서 생물학적 반응이 이루어진 후 교반을 멈추고, 침전시킨 다음 상징수를 배출시키는 과정으로 이루어진 연속회분식 혐기성반응조; 유입된 이 연속회분식 혐기성공정을 거친 처리수에 응집제를 주입하여 침전시키는 응집침전조; 유입된 상기 응집침전조의 상등수중의 유기물과 질산성 질소를 이용하여 질산균이 증식하며, 이 과정에서 질산성 질소는 기체상의 질소로 탈질되어 제거되는 제1무산소조; 유입된 상기 제1무산소조를 거친 처리수에 공기를 공급하여 이 처리수중의 유기물을 호기성 미생물에 의해 산화 제거시키고, 일부 처리수를 상기 제1무산소조로 반송시키는 호기조; 유입된 상기 호기조를 거친 처리수에 포함된 질산성 질소를 질산균을 이용하여 제거하는 제2무산소조; 상기 제2무산소조를 거친 처리수의 고형물을 침전 분리시키고 일부 침전물은 상기 제1무산소조 반송시키는 침전조로 이루어진 일련의 공정을 거쳐 축산폐수를 처리하는 축산폐수 처리방법을 제공한다.

상기 축산폐수 처리방법에서, 상기 연속회분식 혐기성반응조를 다수개 설치하여 축산폐수의 유입과 처리수의 유출이 병렬로 이루어질 수 있는 것이 연속적인 처리에 바람직하고, 상기 제1무산소 또는 제2무산소에 탄소공급원으로 메탄올 등을주입시키는 것이 축산폐수의 특성에 맞아 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 실시예의 구성도이다.

본 발명에 따른 축산폐수 처리방법은 다양한 축산폐수의 성상에 탄력적으로 대처 가능하며 안정된 처리효율을 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 기존 축산폐수 처리시설의 설계농도가 실제 유입농도에 비하여 낮아 안정된 처리효율을 확보하지 못한 반면, 본 발명의 방법을 이용하여 고농도 축산폐수를 대상으로 자체처리한 결과에서는 고효율의 유기물, 질소 및 인의 제거율 값을 얻을 수 있었다.

유기물과 질소, 인 등이 포함된 축산폐수는 먼저 상기 연속 회분식 혐기성 (Sequencing Batch Anaerobic Reactor, 이하 'SBAR'이라 함)반응조(10)으로 이송된다. SBAR공정은 원수의 유입 및 반응이 끝난 처리수의 배출이 이루어지는 연속회분식 혐기성반응조(10)에서 이루어지는데, 원수를 혐기성반응조(10)에 채운후 교반을 시키면서 생물학적 반응이 이루어진 후 교반을 멈추고 침전시킨 다음 상징수를 배출시키는 과정으로 이루어져 있다.

기존의 축산폐수처리시설이 고농도 고형물과 유기물의 유입으로 호기조에서 적정 용존산소농도를 유지하지 못하여 공정의 정상적인 운영이 불가능하였으나, 본 발명은 SBAR공정에 축산폐수(원수)를 이송시켜 유기물과 고형물을 제거함으로써 후단의 고도처리공정의 공기공급량을 절감하고, 안정된 처리효율을 확보할 수 있도록 하였다. 기존의 혐기성 공정에 비하여 고농도 미생물이 유지되며 고액분리가 월등한 SBAR공정에 의해 유기물은 슬러지와 메탄 등의 가스로 전환되고 고액분리를 통해 원수내의 유기물과 고형물이 제거된다. SBAR공정의 체류시간은 10일로 유지한다.

혐기성 상태에서 원수내에 포함되어 있는 인과 고형물에 존재하는 인은 액상으로 배출된다.

이 SBAR공정은 단일 반응조에서 유입, 반응, 침전, 배출 등이 주기적으로 반복 진행되는 생물학적 처리방법이다. 과거에는 제어의 어려움으로 하수처리에 적용이 곤란했으나 최근에는 자동제어설비의 발달로 운전에 큰 어려움이 없어지면서 호기성 폐수처리의 효과적인 대안으로 자리를 잡아가고 있다.

이 공정의 장점으로는 다음과 같은 점을 들 수 있다.

첫째, 운전상의 융통성을 들 수 있다. 하나의 반응조에서 각 단계 반응이 진행되기 때문에 별도의 시설이나 운전상의 문제점 없이 고농도의 미생물을 유지할 수 있고, 각 단계의 시간적 배열을 다르게 함으로써 다양한 처리 목적에 부합되는 처리가 가능해진다.

둘째, 유체의 흐름을 균등화시킬 수 있다. 연속 반응식 반응조에서는 계절적, 단기적인 유체의 변동에 의해 영향을 크게 받지만 SBAR에서는 병렬로 여러개의 반응조를 연결하면 주기적인 흐름의 변동을 제어하기 편하다. 실제 하수 처리장에서도 혐기성 반응조로 유입되는 농축 슬러지가 항상 일정하지 못하여 필요 이상의 용량이 낭비되거나 유기물질을 제대로 처리하지 못하기도 한다.

세째, 침전시에는 유체의 흐름이 전혀 없는 상태이기 때문에 거의 완벽한 침전을 기대할 수 있어 미생물의 농축을 극대화시킬 수 있다. 배출시에도 상징수의고형물 농도를 최소화시킬 수 있고 반응조 하부에서 인출하는 농축 소화슬러지는 더욱 농축되어, 농축 및 탈수를 위해 드는 노력을 경감시킬 수 있다.

네째, 미생물이 접하는 환경이 주기적으로 변하기 때문에 반응을 바라는 방향으로 유도할 수 있으며 선택적으로 미생물군을 유지 할 수 있다. 즉, SBAR의 경우 시간이 흐를수록 점차 침전성이 좋은 종류만이 반응조에 남게되어 침전효율을 증가시킬 수 있다.

다섯째, 운전조작이 간편하고 반응계통이 간략하여 전문인력이 아니더라도 별 무리없이 처리공정을 조작할 수 있다.

이 연속회분식 혐기성반응조(10)를 거친 후, 응집침전조(20)로 처리수를 이송시켜 여전히 유기물 함량이 높고 특히 인성분이 많이 포함된 처리수를 화학적 응집 및 침전 제거 방법으로 잔류 고형물과 인을 제거한다.

상기 응집침전조(20)를 거친 처리수는 이후 제1무산소조(30)로 이송된다. 본 발명에서의 무산소조는 두개로 이루어지는데 제1무산소조(30)과 제2무산소조(40)으로 이루어지고 이 사이에 호기조(50)이 위치한다. 이 무산소조에서는 상기 SBAR 유출수에 포함되어 있는 유기물과 외부탄소원, 호기조에서 발생한 질산성 질소를 이용한 탈질반응이 일어나는 곳이다.

자세히 설명하면, 이로 유입된 유기물과 고형물이 일부 제거된 SBAR 유출수 및 침전조에서 분리된 슬러지 일부, 그리고 호기조에서 산화 반응을 통하여 생성된 질산성 질소가 포함된 처리수가 모이고, 이와 같이 모인 처리수중의 유기물과 질산성 질소를 이용하여 질산균이 증식하며, 이 과정에서 질산성 질소는 기체상의 질소로 탈질되어 제거된다. 축산폐수의 경우 탄소/질소비가 낮으므로 부족한 유기탄소원을 공급하기 위해 별도로 공급하는 것이 바람직하다. 메탄올은 제1무산소조(30)와 제2무산소조(40)에 동시에 주입할 수 있으나 대부분의 탈질은 제2무산조(40)에서 일어난다. 그리고 고농도 암모니아성 질소 제거에 있어서 각 반응조의 pH조정은 가장 중요한 운전인자이므로 알칼리제를 주입하여 무산소조의 pH를 8.5정도로 유지시킴으로써 아질산과 암모니아에 의한 독성이 유발되지 않도록 한다. 제1무산소조(30)와 제2무산소조(40)의 체류시간은 각각 3일, 1일로 유지하는 것이 바람직하다.

앞서 설명한대로 제1무산소조(30)와 제2무산소조(40) 사이에 호기조(50)가 위치하는데, 호기조(50)는 공기를 주입하여 호기반응이 일어나는 곳으로, 제1무산소조(30)에서 유입되는 유기물이 호기성 미생물에 의하여 산화되어 제거된다. 또한 유입수에 포함된 질소는 질산화 박테리아에 의해 아질산성 질소와 질산성 질소로 전환된다. 호기조(50)의 후단에서 질산성 질소의 탈질을 위해 원수 유량의 1배 내지 4배(Q-4Q)정도를 제1무산소조(30)로 리사이클시킨다. 아질산과 암모니아에 의한 독성이 유발되지 않게 하기 위하여 수산화나트륨 등을 이용하여 호기조를 pH 6.5정도로 유지시키는 것이 바람직하다. 호기조의 체류시간은 약 4일정도로 유지한다. SBAR에서 방출된 인은 미생물에 의해 과잉 섭취되어 제거된다.

상기 호기조(50)를 거친 처리수는 다시 상기 제2무산소조(40)로 이송되어 처리되고 침전조(60)로 이송되어 여기서 상징수와 침전슬러지로 고액분리된다. 침전슬러지의 일부(0.5Q-Q)는 제1무산소조(30)로 반송되어 탈질과 유기물 제거에 이용되며, 잉여슬러지를 배출시킨다. 이 잉여슬러지는 슬러지 처리 공정을 통해 처리된 후 처분되거나 유효자원으로 재활용된다.

제2무산소조(40)의 처리수중 탈질된 질소가스가 미생물 플럭 표면에 부착될 경우 슬러지 침전성이 악화되므로 처리수를 유입시켜 폭기시키는 재폭기조(70)를 두어 여기서 폭기를 통해 질소가스를 제거하여 잔류 유기물을 완전산화시킨다. 이와 같은 공정을 거치면 이후 침전조의 침강성이 좋아져 제거효율이 높아지게 된다. 이 재폭기조(70)에서의 체류시간은 0.5일 정도가 바람직하다.

상술한 구성을 갖는 본 발명의 축산폐수 처리방법에 따르면 다음과 같은 특징과 장점을 갖는다.

기존의 축산폐수 처리공정과는 달리 고농도 고형물 및 유기물을 포함한 축산폐수에 적합하며 안정된 처리효율 얻을 수 있고, 유입수의 변동에 탄력적으로 대처 가능하며, 특별한 전처리시설이 불필요하다.

그리고 방류수의 BOD와 총질소의 양을 낮게 안정적으로 유지가능하고, SBAR공정에서 바이오가스로서 메탄가스가 발생하기 때문에 이를 수집하여 연료로 재이용이 가능하게 된다.

또한 기존 재래식 축산폐수처리공정을 본 공정으로 쉽게 변경할 수 있어 기존 처리시설의 활용을 최대한 할 수 있으며, 패키지화 가능하다.

Claims (3)

1. 축산폐수의 처리를 위한 방법에 있어서,

   원수인 축산폐수를 반응조에 채운후, 교반을 시키면서 생물학적 반응이 이루어진 후 교반을 멈추고, 침전시킨 다음 상징수를 배출시키는 과정으로 이루어진 연속회분식 혐기성반응조;

   유입된 이 연속회분식 혐기성공정을 거친 처리수에 응집제를 주입하여 침전시키는 응집침전조;

   유입된 상기 응집침전조의 상등수중의 유기물과 질산성 질소를 이용하여 질산균이 증식하며, 이 과정에서 질산성 질소는 기체상의 질소로 탈질되어 제거되는 제1무산소조;

   유입된 상기 제1무산소조를 거친 처리수에 공기를 공급하여 이 처리수중의 유기물을 호기성 미생물에 의해 산화 제거시키고, 일부 처리수를 상기 제1무산소조로 반송시키는 호기조;

   유입된 상기 호기조를 거친 처리수에 포함된 질산성 질소를 질산균을 이용하여 제거하는 제2무산소조;

   제2무산소조를 거친 처리수의 고형물을 침전 분리시키고 일부 침전물은 상기 제1무산소조 반송시키는 침전조로 이루어진 일련의 공정을 거쳐 축산폐수를 처리하는 축산폐수 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 연속회분식 혐기성반응조를 다수개 설치하여 축산폐수의 유입과 처리수의 유출이 병렬로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2무산소 이후 처리수에 공기를 주입하여 슬러지 플록의 질소를 제거시키는 재폭기조가 부가된 것을 특징으로 하는 축산폐수 처리방법.