KR20060091084A - 고농도 유기물 함유 축산폐수의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고농도의 유기물을 함유하고 있는 축산폐수의 처리방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 축산폐수의 처리방법은 축산폐수 중에 용존하는 BOD(생물학적 산소요구량)발생물질, COD(화학적산소요구량) 발생물질, SS(부유물질) 등을 포함하고 있는 유기오염물질을 1 단계로 고밀도의 진동 스크린을 통과시켜 일정 크기이상의 부유물질을 제거함으로써 오염물질 부하량을 크게 줄인 다음 1차용출ㆍ산화 . 2차응집 처리하여 오염물질을 가압부상 분리하거나 미세스크린 여과한 후, 2 단계로 산화된 분리수를 세라믹여재로 충전된 기계탑을 통과시키고 중화제로 pH 7~8의 수질로 변화시킨 후 고분자응집제를 주입하여 잔류 유기물을 제거하고, 다시 3 단계로 미생물 처리한 후 침전시켜 최종 방류하는 단계로 구성된다.

상기의 단계로 구성된 본 발명의 축산폐수의 처리방법은 1 단계의 전처리 과정에서 일반적인 폐수처리공정 보다 처리효율이 높아 많은 물량을 처리하는데 유용하고 부하발생시 신속하게 방지처리 할 수 있으며, 1 단계의 전처리 과정에서의 높은 처리효율로 3 단계의 미생물 처리시 부하를 현저히 줄일 수 있어 경제적인 면에서 매우 유리한 효과가 있다.

축산폐수, 진동 스크린, 산화제, 가압부상, 미세스크린, 세라믹여재탑

Description

고농도 유기물 함유 축산폐수의 처리방법{Treatment method for livestock waste water including highly concentrated organic materials}

도 1은 본 발명의 축산폐수의 처리방법의 간략한 흐름도(Flow-Sheet)이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축산폐수의 처리방법의 구성도이다.

본 발명은 고농도의 유기물을 함유하고 있는 축산폐수의 처리방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 축산폐수의 처리방법은 축산폐수 중에 용존하는 BOD(생물학적 산소요구량)발생물질, COD(화학적산소요구량) 발생물질, SS(부유물질) 등을 포함하고 있는 유기오염물질을 1 단계로 고밀도의 진동 스크린을 통과시켜 일정 크기 이상의 부유물질을 제거함으로써 오염물질 부하량을 크게 줄인 다음 1차용출ㆍ산화 . 2차응집처리하여 오염물질을 가압부상 분리하거나 미세스크린 여과한 후, 2 단계로 산화된 분리수를 세라믹여재로 충전된 기계탑을 통과시키며 여기에서 배출된 수질을 중화(pH7-8)시켜 고분자응집제를 주입, 잔류 유기물을 제거하고, 다시 3 단계로 미생물 처리한 후 침전시켜 최종 방류하는 단계로 구성된다.

축산폐수는 원 폐수의 BOD농도가 12,000~50,000㎎/L, SS농도가 20,000~30,000㎎/L로서 고농도의 유기물을 함유하고 있다.

일반적으로 상기의 축산폐수의 유기물 처리방법으로는 장시간 미생물조에 저류 폭기시키는 장기 폭기법과 1차 가압부상 처리 후 2차 호기성 미생물로 처리하는 표준활성 슬러지법이 있다. 그러나, 상기 장기 폭기법은 많은 부지소요와 미생물조의 부하 발생시 조기 진단하고 방지하기가 어려우며 거대폭기조 및 집수조 시설의 비용이 많이 드는 경제적인 부담감이 있다. 또한, 상기 표준활성 슬러지법은 1차 부상처리시 오염물질의 제거율이 한계가 있으며 제거율의 변동이 커서 미제거된 고농도의 유기물이 후처리 폭기조에 투입될 때 미생물들이 부하를 받아 안정된 처리수를 얻을 수 없는 단점이 있다.

또한, 축산폐수를 처리하는데 어려움이 많아 대부분의 농가는 폐수를 퇴비화하거나 처리가 어려운 폐수는 폐수 위탁 처리업체에 위탁하여 처리함으로써 고 비용을 부담하고 있는 실정이다. 특히, 위탁한 폐수는 많은 양이 해양투기 되고 있는 현실이기에 자연환경을 보호하고 농가의 경제적인 운영과 폐수처리의 부담을 덜 수 있는 축산폐수의 처리방법이 요구되고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위해 연구한 결과, 고 농도의 축산폐수를 진동스크린을 통과시켜 입자성 부유물질을 제거한 후, 여액을 1차용출ㆍ산화 . 2차응집처리하여 오염물질을 가압부상으로 분리하거나 미세스크린으로 여과시킨 다음 세라믹여재탑을 통과시키고 약알칼리 수질로 변화시킨 후 고분자응집제를 주입하여 용존성 잔류 유기물질을 제거하고 이를 다시 미생물로 처리할 경우, 전처리 과정에서 오염물질의 제거효율이 높아 많은 물량을 처리할 수 있으며 미생물 처리시설 비용을 현저히 줄일 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 전처리 과정에서의 높은 처리효율로 미생물조(폭기조)의 설비비용을 절감할 수 있는 축산폐수의 처리방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 축산폐수의 처리방법은 (1) 축산폐수원액을 고밀도의 진동스크린에 통과시킨 후 1차용출ㆍ산화 . 2차응집처리로 분리하는 단계; (2) 산화된 분리수를 세라믹여재탑을 통과시키고 약 알칼리성 수질로 변화시킨 후 고분자응집제를 주입하여 잔류 유기물을 제거하는 단계; 및 (3) 미생물 처리한 후 침전시켜 최종방류하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 축산폐수의 처리공정은 축산폐수원액(집수조) - 스크린(진동스크린) - 1차 반응조 - 가압부상조(또는 미세스크린) - 2차 반응조 - 세라믹여재탑 - 3차 반응조 - 1차 침전조 - 폭기조(미생물조) - 2차 침전조 - 방류로 이루어지며, 간략한 흐름도(Flow-Sheet)는 하기 도 1에 나타내고, 본 발명의 일실시예에 따른 축산폐수 처리공정의 구성도는 도 2에 나타낸다.

(1) 축산폐수원액을 고밀도의 진동스크린을 통과시킨 후 1차용출ㆍ산화 . 2차응집 처리하여 분리하는 단계.

집수조에 수집된 축산폐수 원액을 고밀도의 진동스크린, 바람직하게는 120메시(mesh)의 진동스크린을 통과시켜 입자성의 부유물질을 제거한다. 이때, 부유물질의 제거율은 각 농장과 폐수의 수질에 따라 상이하나, 120메시(mesh)의 진동스크린을 통과시켰을 경우 약 15~25% 정도이다. 다음, 그 여액에 황산제1철(FeSO₄) 또는 염화제2철(FeCl₃) 등의 응집제를 199.2~1000ppm 투여하여 1차 용출이 일어나도록 한 후, 처리된 여액에 황산(H₂SO₄)을 가하여 폐수의 pH를 1~2로 유지시킨 다음 여기에 유기물 산화제, 바람직하게는 과망간산칼륨(KMnO₄)을 30 ~ 1000ppm으로 투여하여 수중의 유기물을 산화 제거시킨다. 황산을 가한 이유는 축산폐수가 알칼리상태이므로 산화반응속도가 늦기 때문에 이를 산성의 수질상태로 만들어 산화반응이 빠르게 수행되도록 하기 위함이다. 산화제(KMnO₄)의 투입농도는 원폐수의 농도에 따라 다르나 산화제 1ppm당 BOD발생물질 0.5ppm을 제거할 수 있다. 이때, 폐수고유의 냄새 및 색도가 일부 제거될 수 있다.

다음, 여기에 가성소다(NaOH) 또는 수산화칼슘(Ca(OH₂)) 등의 알칼리제(중화제)를 투입하여 pH 7~8로 중화 또는 약알칼리화시킨 후 고분자응집제로 2차응집시켜 가압부상조(또는 미세스크린)에서 고액분리가 이루어지게 한다. 여기서, 미세스 크린은 체눈의 크기가 약 250메시인 것이 바람직하다.

상기 과정에서 전처리 전체 공정의 제거율이 87% 정도가 되고 축산폐수원액의 고액분리가 이루어진다.

상기 가압부상 공정은 1차 반응조의 응결된 반응폐수를 침전조에 유입하여 오염물질을 분리하는 공정으로서, 그 원리는 다음과 같다. 즉, 도 2에서 보는 바와 같이 1차 반응조에서 가압부상조로 유입되는 관로의 한부분에 가압용해된 물 즉, 물속에 미세한 기포가 가압용해 되어있는 물을 투입함으로서 가압된 물이 대기 중으로 순간 발산함과 동시에 대기압의 차로 인하여 미세기포가 발생하여 크게 응결된 산화응집된 물질(Floc)에 1개 또는 수개의 기포가 부착하여 침전 분리된다. 이때, 상부는 부착된 오염물질이 회전스크레파(Skimer)에 의해 제거되고, 하부는 미부착된 오염물질이 침전되어 분리되는 것이다. 중간층의 물은 분리가 완전히 이루어진 물로서, 2차 반응조로 유입되어 기계탑에 이송되고 3차반응조에 유입되어 반응을 거쳐 1차침전조에 유입하며 최종미생물처리(폭기조)후 2차침전조를 거쳐 하수에 방류되게 되는 것이다.

산화제로는 과망간산칼륨(KMnO4)이 바람직하며, 산화제의 사용으로 용존의 유기물질이 산화되는 동시에 응결(floc)된 물질이 형성되어 물과 부유물과의 분리가 뚜렷하게 된다. 이때, 산화제의 투입농도는 일반적으로 반응조의 투입약품량을 결정하는데 도입되는 Jar Test로 결정하여 사용함으로써, 슬러지 과다발생 방지 및 처리수질의 양호한 보전을 유지할 수 있으며, 약품의 소비량을 감소시킬 수 있다.

상기의 처리단계에서 사용되는 고분자응집제로는 음이온성의 고분자응집제가 바람직하며, 그 양은 일반적으로 반응조의 투입약품량을 결정하는데 도입되는 Jar Test을 통해 결정하여 투입한다.

한편, 폐수의 pH를 1~2로 유지하기 위해 황산을 사용하는데, 황산의 주입시 강산화가 이루어져 순간적으로 산소가 발생하므로 거품(bubble)발생 살포 장치로 살포하도록 한다.

(2) 산화된 분리수를 세라믹여재탑을 통과시키고 약알칼리성 수질로 변화시킨 후 고분자응집제를 주입, 잔류 유기물을 제거하는 단계.

상기 과정을 통해 오염물질이 분리된 분리수는 2차 반응조에 유입된다. 이때, 분리수를 황산으로 처리하여 pH 1~2로 유지시킨다. 이를 세라믹여재로 충전된 기계탑을 통과시키고 알칼리제로 수질의 상태를 pH 7~8로 중화 또는 약알칼리화로 변화시킨 후, 3차 반응조에서 미제거된 용존성 유기물을 제거하기 위해 고분자응집제를 투입한다. 고분자응집제로 응결(floc)된 물질은 1차 침전조로 유입되어 강제침전 분리된다.

상기 (2) 단계에서 사용되는 중화제 및 고분자응집제는 상기 (1)단계에서의 구체적인 예와 동일하다.

(3) 미생물 처리한 후 침전시켜 최종방류하는 단계.

상기 (1) 및 (2)단계의 전처리공정을 거친 후, 전처리된 상등수를 예비 집수조(유량조정조)에 수집하여 미생물조(폭기조)에 유입한 다음, 호기성 미생물로 유 기물을 제거하고 미생물 군집(floc)으로 최종 침전(2차 침전조)시켜 하천에 방류함과 동시에 축사내의 청소수로 재활용한다.

한편, 상기의 가압부상조 (또는 미세스크린), 제 1 및 제 2 침전조의 하부에 모아진 오염물질의 침전슬러지는 하부로 배출되어 농축조로 유입하여 탈수 케이크(cake) 처리하며, 여액은 다시 집수조로 반송된다.

상기 (1)~(3)의 단계로 이루어진 본 발명의 축산폐수의 처리방법은 (1) 단계의 처리효율이 매우 높아 많은 물량을 처리할 수 있으며, 후 처리과정의 미생물처리시 부하를 현저히 줄일 수 있어 폭기조의 시설 대형화 및 시설소요부지를 절감할 수 있으므로 경제적인 면에서 매우 유리하다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.

하기 실시예에서 매 실험시 사용원수(축산폐수)의 양은 500㎖/min x 10hr (300L/일)이며, 실험 가동시간은 10시간으로 제거대상 오염물질은 생물학적 산소요구량(BOD) 및 부유물질(SS)이다.

우선, 하기 실시예에서 가압부상 분리와 미세스크린 여과를 별개의 실시예가 아닌 한 실시예에서 함께 기재하고 있는 이유는, 이를 제외한 다른 모든 실시 조건이 동일할 경우 가압부상 분리나 미세스크린(250Mesh) 여과나 오염물질을 제거하는 정도에 있어서 차이가 없기 때문임을 밝혀둔다.

[실시예]

유기오염물질인 생물학적 산소요구량의 농도가 약 20,500ppm과 부유물질의 농도가 약 18,000ppm인 원액(축산폐수)을 진동스크린(SUS304 120Mesh)을 통과시켜 입자성 부유물질을 제거한 후 그 여액에 1차 응집제로 염화제이철(FeCl3)을 농도 1,000ppm으로 제조하여 반응조에 주입하여 용존 부유물질 용출이 일어나도록 하였다. 다음, 그 여액에 황산 746.2~1,000ppm을 가하여 pH 1~2로 유지하도록 한 후 유기물 산화제인 과망간산칼륨(KMnO₄) 30ppm을 투입하여 유기물을 산화반응시켰다. 다음, 이를 가성소다로 pH 7~8이 되도록 중화시킨 후 고분자응집제(Anion Type)로 A.Floc(A-101, 세인상사제)를 150ppm 투입하여 응집(Floc) 및 가압부상 분리{또는 미세스크린(SUS304 250Mesh) 여과}하여 1차 유기물을 분리하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 1차 산화 처리된 처리수의 농도는 원 폐수의 농도에 비해 87%가 감소되었다.

이와 같은 고효율의 오염물질 제거가 가능한 이유는 적정량의 약품 주입과 더불어, 산화효율을 높이기 위해 황산을 투입하여 pH 1~2를 유지하면서 강산화제인 과망간산칼륨(KMnO4)을 주입함으로써 고농도의 유기물산화가 이루어졌기 때문이라 생각된다.

한편, 가압부상 분리된 상부 및 하부 슬러지 (또는 미세스크린 여과된 슬러지)는 농축조로 이송하여 탈수시키고 탈수여액은 다시 집수조 및 제 2 반응조로 유입하였다. 탈수가 완료된 케이크는 사업장내의 퇴비화시설로 운반하여 퇴비화 처리한다.

상기의 1차 처리된 가압부상조(또는 미세스크린)에서 유입된 분리수에 다시 황산(H₂SO₄)을 220~602ppm 가하여 수소이온농도(pH)를 1~2로 유지하고 이를 세라믹여재탑을 통과시켰다. 세라믹여재(지름 3mm, 단위중량 1.3)는 일정체류시간(3Min)의 접촉으로 수질을 약알칼리수의 수질로 성질변화시키는 것으로 알려져 있으며 수질의 혼탁도를 개선시켜 주는 효과가 있다. 수량400mL당 1000mL(1,300g)의 여재가 필요하며 세라믹여재충전용기 산정시 분당유입량이 용기에 충분히 잠기도록 해야 한다.

세라믹여재탑에서 나온 수질변환수에 중화제인 가성소다를 가하여 중화시킨 후, 고분자응집제(Anion Type) A.Floc(A-101, 세인상사제)를 150ppm 투입하여 2차침전조에서 오염물질을 강제 침전, 분리시킨 다음 그 여액을 후처리인 미생물조(폭기조)로 보내어 호기성 미생물 처리 및 3차 침전분리 후 최종 방류하였다. 그 결과를 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.

상기 표 2의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 1차 처리된 분리수를 중화 처리한 수질의 수소이온농도를 1~2로 유지하여 세라믹여재충전탑을 통과시키고 알칼리제(중화제)로 수질을 중성 또는 약알칼리성으로 수질변화시킨 후 잔류 유기물을 응집시킴으로써 잔류유기물의 제거율을 높일 수 있었다. 특히, 응집은 음이온성 고분자응집제를 사용하여 응집 효과를 증대시켰을 뿐 아니라 수중의 용해성 유기물의 반응을 높일 수 있었다.

상기 표3에서 살펴볼 수 있듯이, 미생물조(제1, 2폭기조)에 유입되는 유입수는 전처리 단계에서 이미 고농도의 오염물질이 대부분 제거되었기 때문에 오염물질의 농도가 낮았다. 따라서, 오염물질 부하가 적어 미생물의 활성화 조건에 적합하였으며, 또한 대형의 미생물조가 필요하지 않아 경제적으로 처리할 수 있었다. 또한, 상기의 미생물 처리후의 최종 방류수는 수질환경 보전법상의 허용 기준치 이하로서 축산폐수의 오염물질을 안정적으로 처리할 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 축산폐수의 처리방법은 처리시설의 1단계인 전처리과정이 일반적인 폐수처리공정 보다 처리효율이 훨씬 높고 분리와 침전이 양호하여 일일 많은 물량을 처리하는데 유용하며, 부하발생시 빠른 시간에 방지할 수 있고 1차 전처리에서의 높은 처리효율로 후처리과정인 미생물 처리시 부하를 현저하게 줄여 폭기조의 시설 대형화 및 시설 소요부지를 줄일 수 있다.

Claims (9)

1. (1) 축산폐수원액을 진동스크린에 통과시켜 입자성 부유물질을 제거한 후, 그 여액에 응집제를 투여하여 유기성 오염물질을 용출시킨 후 황산(H₂SO₄)을 가하여 폐수의 pH를 1~2로 산성화시킨 다음, 산화제의 투입으로 유기물을 산화처리한 다음 알칼리성 중화제로 중화시킨 후 산화 분리된 입자성물질을 고분자응집제로 응집시켜 분리하는 단계;

   (2) 상기 (1)단계에서 분리된 분리수에 황산을 가하여 pH를 1~2로 산성화시킨 후 이를 세라믹여재가 충전된 기계탑을 통과시키고 알칼리성 중화제로 pH 7~8로 변화시킨 다음 고분자응집제를 주입하여 침전분리하는 단계; 및

   (3) 상기 (2)단계에서 분리된 상등수를 미생물 처리한 후 미생물군집(floc)으로 침전시켜 최종방류하는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 진동스크린의 체눈의 크기는 약 120메시인 것을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 응집제는 황산제1철(FeSO₄) 또는 염화제2철(FeCl₃)인 것을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 산화제는 과망간산칼륨(KMnO4)인 것을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹여재가 충전된 기계탑은 지름 3mm 크기의 세라믹여재가 처리수량 400mL당 1000mL(1,300g) 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 (1)단계에서의 분리단계는 상기 산화 분리된 입자성 물질을 고분자응집제로 응집시켜 가압부상으로 분리하는 단계인 것을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 (1)단계에서의 분리단계는 상기 산화 분리된 입자성 물질을 고분자응집제로 응집시켜 미세스크린으로 여과하여 분리하는 단계인 것을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
8. 제 1항, 제 6항 및 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고분자응집제는 음이온성 고분자응집제인 것을 특징으로 하는 축산폐수의 처리방법.
9. 제 7항에 있어서, 상기 미세스크린의 체눈의 크기는 약 250메시인 것을 특징 으로 하는 축산폐수의 처리방법.

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