KR100809607B1

KR100809607B1 - 축산분뇨의 처리 방법 및 처리시설

Info

Publication number: KR100809607B1
Application number: KR1020060088345A
Authority: KR
Inventors: 유대환; 김장규; 김현철; 음영진; 윤용준
Original assignee: 주식회사 부강테크
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2008-03-06

Abstract

축산분뇨를 효율적이고 경제적으로 처리 및 재활용하는 축산분뇨 처리방법에 관한 것으로 축산분뇨에 포함된 협잡물 및 침사물질을 제거하는 전처리 공정; 축산분뇨의 유량 및 농도를 균질화하는 조정공정; 축산분뇨를 혐기성조건에서 처리하는 혐기성처리공정; 및 상기 혐기성 처리 후 고도처리공정으로 유기물 및 영양염류를 제거하는 회분식반응공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 처리방법이 개시된다.

축산분뇨 처리시 발생되는 슬러지량을 최소화하고 건조를 통하여 안전하고 취급이 용이한 퇴비를 확보할 수 있고, 영양염류를 제거하기 위하여 소요되는 외부탄소원 등 운영에 필요한 약품소요량을 최소화할 수 있어 경제성을 확보할 수 있다. 또한 전기 및 폐열을 회수하여 축산분뇨의 자원화 가능부분을 최대로 활용하고, 추가적인 처리공정의 도입으로 안정적인 처리수질을 확보할 수 있다.

산발효, 메탄발효, 회분식 반응조, 열병합발전, 폐열, 슬러지

Description

축산분뇨의 처리 방법 및 처리시설{PROCESSING MOTHOD AND PROCESSING EQUIPMENT FOR EXCRETIONS OF ANIMALS}

도1은 종래의 축산분뇨 처리공정의 개략도,

도2는 본 발명의 축산분뇨 처리공정의 흐름도,

도3은 본 발명의 축산분뇨 처리시설의 실시예를 보여주는 도면이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

310;전처리 시설 320;조정조

330;산발효조 331:처리수 우회라인

340;메탄발효조 341;처리수 반송라인

350;열교환기 360;회분식반응조;

361;슬러지 반송라인 370;3차처리시설

380;탈수시설 381;건조시설

390;정제시설 391;발전시설

본 발명은 축산분뇨 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축산분뇨를 전처리공정, 조정공정, 혐기성공정, 온도저감공정, 고도처리공정, 3차처리공정으로 구성함으로써, 축산분뇨를 효율적으로 정화처리하고 자원을 회수하는 방법에 관한 것이다.

축산분뇨는 고형물, 유기물, 질소의 함량이 높아 처리하기 어려운 폐수로 알려져 있다. 기존의 축산분뇨 처리방법은 도1에 나타낸 바와 같이, 1차로 전처리로서 물리화학적 공정을 통하여 고형물을 제거하고, 2차로 생물학적 고도처리공정을 통하여 잔류 유기물 및 영양염류를 제거하며, 3차로 물리화학적 공정을 통해 잔류하는 오염물질을 제거한다.

축산폐수와 같이 고농도의 질소를 함유하는 폐수를 처리하여 처리수내의 질소농도를 낮게 유지하기 위해서는 호기성조건에서 질산화가 완료된 후 (후)탈질공정이 필요하게 되는데, 질산화를 위한 호기성조건에서 폐수내의 유기물이 모두 산화되어 버리기 때문에 탈질공정에서 유기물을 효율적으로 이용할 수 없게 되는 문제가 발생하였다. 즉, 후탈질소화는 전단계의 질산화 반응 후 잔존하는 질산화된 질소를 완전히 제거하는 공정으로서 탈질을 위한 유기물을 확보하기 위해 메탄올과 같은을 외부탄소원을 추가적으로 주입해야 하므로 경제적으로 불리한 문제가 있었다.

그리고 기존의 호기성공정이 기본이 되는 축산폐수 처리방법은 혐기성처리방법에 비해 슬러지 생성량이 많고, 그 처리에 에너지 소모가 높으며 유용한 자원인 유기물을 효율적으로 회수하지 못하는 단점이 있고 특히 고농도 유기물이 함유된 폐수에 적합하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 축산분뇨의 자원화 가능부분을 최대로 활용하고 안정적인 처리수질을 확보할 수 있는 축산분뇨의 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 축산분뇨 내의 유기물을 혐기성 공정을 거쳐 메탄가스를 회수하여 열병합발전을 통해 전기 및 폐열을 생산하며 폐열은 다시 축산분뇨의 처리공정에 이용함을 목적으로 한다.

또한 축산분뇨로부터 발생하는 슬러지량을 최소화하고 건조를 통하여 안전하고 취급이 용이한 퇴비를 회수함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 축산분뇨 처리방법은, 축산분뇨에 포함된 협잡물 및 침사물질을 제거하는 전처리 공정;상기 전처리 공정에 의해 처리된 상기 축산분뇨의 유량 및 농도를 균질화하는 조정공정;상기 균질화된 입자상태의 측산분뇨 유기물을 산발효조로 유입시켜 산발효를 통해 용존상태로 전환시키고 침전을 통해 고액분리를 수행하는 산발효 공정;상기 산발효공정에서 처리된 용존상태의 유기물로부터 메탄을 회수하는 메탄발효공정;상기 메탄발효공정의 처리수를 온도저감시설로 유입시켜 이어지는 호기성처리에 적정한 온도인 30℃ 이하로 처리수의 온도를 저하시키는 온도저감공정;상기 온도가 저하된 혐기성 처리공정을 통과한 처리수로부터 잔류 유기물 및 영양염류를 제거하는 고도처리공정인 회분식반응공정;및 추가적인 난분해성 유기물 및 질소를 제거하기 위한 3차처리공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서는 상기 회분식 반응공정에 필요한 유기물을 공급하여 C/N, C/P를 조정하기 위하여, 상기 산발효공정을 통과한 처리수를 상기 회분식 반응공정으로 일부 우회시키는(by-pass) 산발효공정 처리수 우회공정과, 상기 메탄발효공정의 처리수 일부를 상기 산발효공정으로 반송하여 재처리함으로써 산발효공정의 pH저하를 방지하고 알카리도를 확보하는 메탄발효조 처리수 재처리공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 메탄발효공정을 통하여 생성된 메탄가스에 포함된 이산화탄소, 황화수소, 및 습기를 제거하는 정제공정 및 열병합발전 공정을 더 포함함으로써 상기 정제된 메탄을 이용하여 전기 및 폐열을 회수하는 것을 특징으로 한다. 상기 회수된 폐열은 슬러지 건조공정, 산발효공정 및 메탄발효공정으로 순환시켜서 재사용된다.

회분식반응공정에서 폐기된 슬러지는 슬러지 생산량을 최소화하고 산발효공정의 암모니아 농도를 희석하여 혐기성 공정의 암모니아 독성을 제거하기 위하여, 상기 조정공정으로 반송하여 재처리된다.

또한 상기 산발효공정 및 메탄발효공정을 통하여 발생된 슬러지는 탈수공정;및 상기 폐열을 이용한 건조공정을 통해 퇴비를 생산하여 이용된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 축산분뇨 처리방법은 축산분뇨에 포함된 협잡물 및 침사물질을 제거하는 전처리단계(S210)와, 상기 전처리 단계를 거친 축산분뇨를 유량조정조로 유입하여 축산분뇨의 유량 및 농도를 균질화하는 조정단계(S220), 혐기성 처리 공정으로서 1차로 산발효조에서 고형물 형태로 존 재하는 축산분뇨 내의 유기물을 가수분해(hydrolysis) 및 산생성 단계를 거쳐 용존성 유기물로 전환하는 산발효 단계(S230), 2차로 상기 산발효조에서 전환된 용존성 유기물을 메탄발효조에서 메탄발효를 통하여 메탄(CH₄)으로 회수하는 메탄발효단계(S240), 상기 혐기성 반응조를 통과한 처리수를 온도저감시설(열교환기)로 유입시켜 이어지는 호기성처리에 적정한 온도(30℃ 이하)로 저하시키는 온도저감단계(S250), 상기 열교환기를 거친 처리수를 회분식 반응조에서 잔류하는 유기물 및 영양염류(질소 및 인)를 제거하는 회분식반응단계(S260), 방류슈질기준이 높을경우 상기 회분식 반응조 후단에 3차처리시설을 도입하여 잔류하는 난분해성 유기물 및 질소, 영양염류를 추가적으로 제거하는 3차처리단계(S270)를 포함한다. 축산분뇨의 처리공정을 자세히 설명하면 다음과 같다.

1. 전처리공정( S210 )

전처리로 축산분뇨에 포함된 협잡물 및 침사물질을 제거한다.

2. 조정공정( S220 )

상기 전처리 단계를 거친 축산분뇨를 유량조정조로 유입하여 유입된 축산분뇨의 유량 및 농도를 균질화한다.

3.혐기성 처리 공정

혐기성 반응처리 공정은 축산폐수내의 유기물을 미생물이 섭취 용이한 유기산으로 전환시켜 최종적으로 메탄으로 회수하기 위한 반응이다.

혐기성 공정은 다양한 혐기성균(산소를 필요로 하지 않는 미생물에 의한 발 효)에 의해 유기물을 분해하는 공정으로서, 혐기성공정의 유기물 분해단계 및 각 단계에 관계되는 미생물을 나타내면 다음과 같다.

혐기성공정의 유기물 분해단계 및 관계되는 미생물

단계	명칭	관련 미생물
1	Solubilization	Acidogenic
2	Acidogenesis	Acidogenic
3	Acetogenesis	Acetogenic
4	Methanogenesis	Methanogenic

고농도 축산폐수를 처리하는 과정에서 혐기적 처리를 하게 되면 첫단계에서 는 가수분해나 용해가 일어나서 고분자화합물이 단위체로 되고, 두번째 단계가 acidogenesis(산생성단계)인데 단순 단위체가 휘발성 지방산(fatty acid)으로 전환되는 과정이며, 세번째 단계는 초산생성단계이고 4번째는 메탄생성단계이다.

이러한 반응단계는 크게 산생성단계(Acidogenesis)와 메탄생성단계(Methanogenesis)로 나누기도 하는데, 각 단계에서의 적정 pH는 산생성단계(Acidogenesis)는 6.0~7.0이며 메탄생성단계(Methanogenesis)는 7.0~8.0으로 다르다. 이러한 이유 때문에 각 단계의 최적 효율을 얻기 위하여 본 발명의 혐기성공정은 2상(two phase)으로 구성되며, 제1반응조는 산발효조이고, 제2반응조는 메탄발효조로 운영한다.

(1) 산발효공정 ( S230 )

상기 균질화된 입자상태의 측산분뇨 유기물을 산발효조로 유입시켜 산발효를 통해 용존상태로 전환시키고 침전을 통해 고액분리를 수행하는 산발효 공정;

제1반응조인 산발효조에서는 고형물 형태로 존재하는 축산분뇨 내의 유기물을 가수분해(hydrolysis) 및 산생성 단계를 거쳐 용존상태로 전환시키고 침전을 통해 고액분리를 수행하게 된다. 혐기성공정의 경우 산생성반응조에서는 산(acid)이 주로 생성되기 때문에 산의 형성에 따른 pH저하가 발생하며 과도하게 pH가 저하될 경우 미생물활성이 저하되는 문제가 발생한다. 이를 방지하기 위하여 기존에는 알카리제를 주입하게 되는데 별도의 약품을 구입하여야 하기 때문에 경제적으로 불리한 문제점이 있었다.

따라서 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 제2반응조인 메탄발효조를 통과한 처리수 일부를 산발효조로 반송시켜 알카리도를 보충하도록 한다.

(2)메탄발효공정( S240 )

혐기성 처리공정의 제2반응조인 메탄발효조는 상기 산발효조에서 전환된 용존성 유기물을 메탄발효를 통하여 메탄(CH₄)으로 회수한다. 상기 메탄발효를 통하여 생성된 가스는 메탄이 60~70%, 이산화탄소가 30~40%, 기타 황화수소, 습기, 미량기체로 구성되는데, 하수처리수, 하천수, 지하수 등에 KOH를 용해시켜 채운 컬럼(column)을 하부에서 상부로 통과시켜 메탄과 이산화탄소의 용해도차를 이용하여 이산화탄소를 제거하고 탈황 및 습기 제거하는 정제공정을 거친 후, 정제된 메탄가스로부터 열병합발전을 통하여 전기 및 폐열을 회수한다.

또한 산발효 및 메탄발효 공정을 통하여 발생된 슬러지는 유기물이 안정화된 상태이기 때문에 탈수후 건조를 통하여 퇴비로 활용한다. 건조에 필요한 에너지는 메탄을 이용한 열병합발전에서 회수되는 폐열을 활용한다. 발전기의 냉각수를 통하여 회수되는 폐열의 경우 온도가 100℃이상 되어야 슬러지의 건조에 사용할 수 있는데 이는 슬러지내에 함유된 수분의 경우 흡착수로써 100℃이하에서는 기화되지 않기 때문이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 냉각수의 온도가 100℃이상에서 운영되는 고온냉각방식의 발전기를 적용하고 발전기의 배기가스내의 폐열을 추가적으로 활용한다.

열병합발전을 통하여 회수된 폐열은 전술한 바와 같이 슬러지 건조에 사용하며 이후 온도가 약 50~60℃로 저하된다. 이후 혐기성처리공정인 산발효조의 온도를 상승시키 위해 사용되며 온도가 30~40℃정도로 저하되고, 메탄발효조의 온도를 유지하기 위하여 사용된 후 발전기로 순환되어 효율적인 폐열회수 및 냉각수 역할을 수행한다.

즉, 우리나라의 경우 동절기에 기온의 저하에 따른 반응조 외벽을 통한 열손실이 발생하고, 반응조의 온도를 유지하기 위한 별도의 보일러설비 및 보일러 가동에 필요한 연료가 소요되어 운영이 난이하고 경제적으로 불리한 문제가 있었으나, 회수된 폐열을 산발효조, 메탄발효조를 가온하여 온도를 유지하는데 재이용할 수 있어 경제적으로 처리시설 운영비용을 절감하는 효과가 있다.

그리고 상기 메탄발효조를 통과한 처리수는 이 후 고도처리공정을 통하여 정화처리된다.

4.온도저감공정( S250 )

혐기성공정은 운전온도에 따라서 중온과 고온 소화공정으로 나누어진다. 중온공정은 약 35℃가 최적온도이며, 고온공정은 50℃가 최적온도로 알려져 있다.

회분식 반응조내의 온도가 40℃를 넘게 되면 미생물활성이 저하되어 질소제거효율이 급격히 저하되는데 본 발명에서 상기 혐기성공정은 중온(35℃ 정도) 또는 고온(55℃정도)으로 운영되므로 회분식 반응조로 유입될 경우 회분식반응조의 온도가 과도하게 상승되어 질산화가 저해될 수 있기 때문에 회분식반응조 전단에 냉각설비를 도입하여 축산폐수의 온도를 30℃이하로 저하시킨다.

즉, 혐기성 반응조를 통과한 처리수를 온도저감시설(열교환기)로 유입시켜 이어지는 호기성처리에 적정한 온도(30℃ 이하)로 저하시킨다. 냉각설비는 냉각기를 사용할 수도 있고 하수처리장이나 하천이 인근에 있을 경우 열교환기를 이용하여 온도를 저하시킨다.

5.고도처리공정: 회분식반응공정( S260 )

일반적으로 혐기성소화공정의 처리수는 유기물제거는 이루어지지만 질소,인과 같은 영양염류의 제거가 이루어지지 않아 호기성공정에 비해 처리수질이 양호하지 않기 때문에 우리나라 방류수질기준을 만족하기 위해서는 별도의 호기성처리가 필요하다.

상기 열교환기를 통해 적정한 온도(30℃ 이하)로 저하시킨 혐기성공정을 통과한 처리수는 유기물과 특히 질소의 농도가 높기 때문에 후속되는 회분식 반응조를 이용하여 처리한다. 회분식 반응조에 유입된 처리수는 잔류하는 유기물 및 영양염류(질소 및 인)가 제거된다.

그러나 혐기성공정에서 대부분의 유기물이 제거되기 때문에 C/N비가 0.5정도로 매우 낮아 탈질에 필요한 유기물이 부족하여 질소를 효과적으로 처리할 수 없다.

고농도의 질소를 함유하는 폐수를 처리하여 처리수내의 질소농도를 낮게 유지하기 위해서는 호기성조건에서 질산화가 완료된 후 탈질공정이 필요하게 되는데, 질산화를 위한 호기성조건에서 폐수내의 유기물이 모두 산화되어 버리기 때문에 탈질공정에서 유기물을 효율적으로 이용할 수 없게 되는 문제가 발생한다. 즉 혐기성소화공정은 영양염류를 제거하기 위한 C/N, C/P를 확보하기 어렵기 때문에 메탄올과 같은 별도의 외부탄소원을 공급해야하는데 약품소요에 따른 운영비용의 상승이 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 질소제거를 위하여 회분식 반응공정에 필요한 유기물은 상기 산발효공정의 처리수 일부를 회분식반응조로 우회(by-pass)시킴으로써, 회분식 반응조로 유입되는 축산폐수의 C/N비가 질소제거에 적합한 3~4정도가 되도록 한다.

회분식 반응조는 무산소 및 호기를 반복하는 교호방식으로 운영되며 호기시 질산화가 무산소시 탈질을 유도한다. 통상적으로 폐수를 정화하는 데에는 폐수 내의 NH₃-N(암모니아성 질소)를 NO₃-N(질산성질소)로 질산화 하는 질산화공정(호기성 공정)과, NO₃-N(질산성질소)를 N₂(질소가스)로 탈질시키는 탈질공정(혐기성 공정 또는 무산소 공정)이 수행된다. 무산소조건시 탈질에 필요한 유기물은 산발효조의 유출수를 우회(by-pass)시켜 유입시킴으로써 필요한 유기물을 확보할 수 있도록 한다. 유출수 유입은 무산소조건에서 주입하며 호기조건에서는 주입을 중단하여 질산화가 원활히 진해되도록 한다.

한편 회분식 반응조에서 폐기된 슬러지는 침전공정후 일정량씩 반송하여 유량조정조로 유입시킨 후 다시 혐기성반응조로 주입해서 탄소원을 회수함으로써 발생되는 슬러지의 양을 최소화하게 된다. 또한 축산분뇨내에는 다량의 암모니아성 질소가 존재하기 때문에 혐기성반응조내에서 암모니아독성을 발생시켜 미생물의 활성을 저하시킬 수 있는데, 질소가 제거된 슬러지를 반송함으로써 유입수내의 질소농도를 저하시킬 수 있어 이러한 독성문제를 해결한다.

6. 3차처리공정( S270 )

방류수질이 엄격할 경우 상기 회분식 반응조 후단에 3차처리공정을 도입하여 잔류하는 난분해성 유기물 및 질소, 영양염류를 추가적으로 제거한다. 3차처리시설은 가압온존부상, 생물막공정으로 구성되나 동일한 효율을 나타내는 그 외의 기술도 적용이 가능하다.

본 발명에 따른 공정은 축산분뇨의 처리 및 자원화에 적합하나 고농도 유기물 및 질소를 함유한 기타의 하폐수에 적용되어도 동일한 효과를 발휘한다.

이하에서는 본 발명의 축산분뇨 처리방법에 의한 자원의 회수에 대하여 설명한다.

전기 생성

메탄발효공정(S340)을 통하여 생성된 메탄가스에 포함된 이산화탄소, 황화수소, 및 습기를 제거하여 정제하고 상기 정제된 메탄가스를 열병합발전을 통하여 전기 및 폐열을 회수한다.

폐열 회수

상기 회수된 폐열은 폐열순환라인을 통해 전술한 바와 같이 혐기성처리공정에서 발생한 슬러지를 건조하는 건조공정, 산발효공정 및 메탄발효공정의 온도를 올리도록 순환시켜 재이용된다.

슬러지

상기 산발효공정 및 메탄발효공정을 통하여 발생된 슬러지는 탈수시설 및 폐열을 이용하여 건조하는 건조시설을 거쳐서 건조된 후 퇴비로 이용된다.

한편 회분식 반응조에서 폐기된 슬러지는 침전공정후 일정량씩 반송하여 유량조정조로 유입시킨 후 다시 혐기성반응조로 주입해서 탄소원을 회수함으로써 발생되는 슬러지의 양을 최소화하게 된다.

도 3은 도 2 와 같은 공정을 수행하는 축산분뇨 처리시설에 관한 도면이다.도 3 에 도시된 축산분뇨 처리시설은, 전처리 시설(310), 조정조(320), 산발효조(330) 메탄발효조(340), 열교환기(350), 회분식반응조(360), 회분식 반응조(370), 처리수 우회라인(331), 처리수 반송라인(341), 슬러지 반송라인(361), 탈수시설(380), 건조시설(381), 정제시설(390), 발전시설(391)을 포함한다.

전처리 시설(310)은 처리될 축산폐수가 유입되어 협잡물 및 침사물질을 제거되는 시설이며, 협잡물 처리기 등으로 구성된다. 전처리시설(310)을 거친 축산분뇨는 조정조(320)로 유입되고, 조정조(320)는 유량 및 농도를 조절하는 수조로서 유입된 축산분뇨의 유량 및 농도를 균질화한다. 균질화된 축산분뇨는 혐기성처리를 의해 혐기성반응조로 유입된다.

혐기성공정은 다양한 혐기성균(산소를 필요로 하지 않는 미생물에 의한 발효)에 의해 유기물을 분해하는 공정으로서, 혐기성반응조는 제1반응조인 산발효조(330)와 제2반응조인 메탄발효조(340)로 순차적으로 구성된다.

산발효조(330)는 고형물 형태로 존재하는 축산분뇨 내의 유기물을 가수분해(hydrolysis) 및 산생성 단계를 거쳐 용존성 유기물로 전환시킨다. 무교반으로 운전되는 산발효조(330)로 유입된 축산분뇨는 산발효를 거치면서 고형물이 침전되고 일정시간 누적된다.

고형물이 걸러진 산발효조(330)를 통과한 처리수는 메탄발효조(340)로 유입된다. 메탄발효조(340)는 상기 산발효조(330)에서 전환된 용존성 유기물을 메탄발효시킨다. 상기 메탄발효를 통하여 생성된 가스는 메탄이 60~70%, 이산화탄소가 30~40%, 기타 황화수소, 습기, 미량기체로 구성되는데, 하수처리수, 하천수, 지하수 등에 KOH를 용해시켜 채운 컬럼(column)을 하부에서 상부로 통과시켜 메탄과 이산화탄소의 용해도차를 이용하여 이산화탄소를 제거하고 탈황 및 습기 제거하는 정제시설(390)을 거친 후, 발전시설(391)에서 정제된 메탄가스로부터 열병합발전을 통하여 전기 및 폐열을 회수한다. 상기 열병합발전시설에서는 100℃ 이상의 폐열을 얻기 위해 고온냉각방식의 발전기를 사용한다.

또한 산발효 및 메탄발효 공정을 통하여 발생된 슬러지는 유기물이 안정화된 상태이기 때문에 탈수시설과 건조시설을 차례로 거쳐서 퇴비로 생성된다. 상기 건조시설에서 필요한 에너지는 상기 메탄을 이용한 열병합발전에서 회수되는 폐열을 활용한다.

한편, 혐기성공정의 경우 산생성반응조에서는 산(acid)이 주로 생성되기 때문에 산의 형성에 따른 pH저하가 발생하며 과도하게 pH가 저하될 경우 미생물활성이 저하되는 문제가 발생한다. 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 메탄발효조를 통과한 처리수를 산발효조로 유입시키는 처리수 반송라인(341)을 추가로 설치함으로써 알카리도를 보충한다.

상기 메탄발효조를 통과한 처리수는 온도를 저감시키기 위해 온도저감시설(열교환기)로 유입되고, 열교환기(350)는 유입된 처리수를 이어지는 호기성처리에 적정한 온도(30℃ 이하)로 저하시킨다. 상기 열교환기(350)를 통해 적정한 온도(30℃ 이하)로 냉각된 처리수는 유기물과 특히 질소의 농도가 높기 때문에 고도처리를 위해 회분식 반응조(360)로 유입된다.

회분식 반응조(360)는 고도처리시설로서 무산소 및 호기를 반복하는 교호방식으로 운영되며 호기시 질산화가 무산소시 탈질을 유도하여 잔류하는 유기물 및 영양염류(질소 및 인)를 제거한다. 고농도의 질소를 함유하는 폐수를 처리하여 처리수내의 질소농도를 낮게 유지하기 위해서는 호기성조건에서 질산화가 완료된 후 탈질공정이 필요하게 되는데, 질산화를 위한 호기성조건에서 폐수내의 유기물이 모두 산화되어 버리기 때문에 탈질공정에서 유기물을 효율적으로 이용할 수 없게 되는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 무산소조건시 탈질에 필요한 유기물은 산발효조의 처리수를 메탄발효조를 거치지 않도록 열교환기로 유입되도록 연결된 처리수 우회라인(331)을 추가로 설치함으로써 해결한다. 즉, 열교환기에서 냉각된 산발효조 처리수 일부는 열교환기를 거쳐 냉각된 후 회분식 반응조(360)로 우회되어 축산폐수의 C/N비가 질소제거에 적합한 3~4정도가 되도록 한다.

한편 회분식 반응조(360)에는 슬러지를 조정조로 일정량씩 반송시키도록 슬러지 반송라인(361)이 추가로 설치되어 있다. 슬러지는 침전공정후 일정량씩 반송라인(361)을 통해 조정조(320)로 유입되고 다시 혐기성반응조로 유입됨으로써 탄소원이 회수된다. 또한 축산분뇨내에는 다량의 암모니아성 질소가 존재하고 이는 혐기성반응조내에서 암모니아독성을 발생시켜 미생물의 활성을 저하시킬 수 있는데, 질소가 제거된 슬러지를 반송함으로써 혐기성반응조로 유입되는 유입수 내의 질소농도를 저하시킴으로써 이러한 독성문제를 해결하는 효과가 있다.

방류수질이 엄격할 경우에는 상기 회분식반응조(360) 후단에 3차처리시설(370)을 도입하여 잔류하는 난분해성 유기물 및 질소, 영양염류를 추가적으로 제거한다. 3차처리시설(370)은 가압온존부상, 생물막공정으로 구성되나 동일한 효율을 나타내는 그 외의 기술도 적용이 가능하다.

본 발명은 축산분뇨내의 유기물을 메탄으로 회수하고 생산된 메탄을 활용하여 열병합발전을 통해 전기를 생산하여 처리공정을 운영하는데 소요되는 전기를 충당하며 회수된 폐열은 슬러지 건조, 산발효조, 메탄발효조 온도유지에 이용할 수 있다.

본 발명은 축산분뇨를 효율적이고 경제적으로 처리/재활용 할 수 있으며, 발생되는 슬러지량을 최소화하고 건조를 통하여 안전하고 취급이 용이한 퇴비를 확보 할 수 있다.

또한 혐기성공정 후 영양염류를 제거하기 위하여 별도의 외부탄소원 공급이 필요없고 운영에 필요한 약품소요량을 최소화 할 수 있어 경제성을 확보할 수 있다.

본 발명은 축산분뇨의 자원화 가능부분을 최대로 활용하고 추가적인 처리공정의 도입으로 안정적인 처리수질을 확보할 수 있기 때문에 자원회수 및 환경보호를 동시에 달성할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형실시가 가능할 것이며, 이러한 변형실시는 본원발명의 보호범위에 속하는 것으로서 본원발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 바에 따라 해석되어야 할 것이다.

Claims

축산분뇨에 포함된 협잡물 및 침사물질을 제거하는 전처리 공정;

상기 전처리공정을 통과한 상기 축산분뇨를 유량조정조에서 유량 및 농도를 균질화하는 조정공정;

상기 균질화된 입자상태의 축산분뇨 유기물을 산발효조로 유입시켜 산발효를 통해 용존상태로 전환시키고 침전을 통해 고액분리를 수행하는 산발효 공정;

상기 산발효공정을 통과한 용존상태의 유기물을 메탄발효조로 유입시켜 메탄발효를 통해 메탄가스를 회수하고 슬러지를 침전시키는 메탄발효공정;

상기 메탄발효공정을 통과한 처리수를 온도저감시설로 유입시켜 이어지는 호기성처리에 적정한 온도인 30℃ 이하로 처리수의 온도를 저하시키는 온도저감공정;

상기 온도가 저하된 혐기성 처리공정을 통과한 처리수로부터 잔류 유기물 및 영양염류를 제거하고 슬러지를 침전시키는 고도처리공정인 회분식반응공정;

상기 메탄발효공정을 통하여 생성된 메탄가스에 포함된 이산화탄소, 황화수소, 및 습기를 제거하는 정제공정;

상기 정제된 메탄을 이용하여 전기 및 폐열을 회수하는 열병합발전 공정;

상기 산발효공정 및 상기 메탄발효공정을 통하여 발생된 슬러지를 탈수시설을 통하여 탈수시키는 탈수공정; 및

상기 탈수된 슬러지를 상기 폐열을 이용하여 건조하는 건조공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 처리방법.
제1항에 있어서,

상기 회분식반응공정 후 잔류하는 난분해성 유기물 및 영양염류를 추가적으로 제거하기 위한 3차 처리공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 처리방법.
제1항에 있어서,

상기 회분식 반응공정에 필요한 유기물을 공급하여 C/N, C/P를 조정하기 위하여, 상기 산발효공정을 통과한 처리수를 상기 회분식 반응공정으로 일부 우회시키는(by-pass) 산발효공정 처리수 우회공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 처리방법.
제1항에 있어서,

상기 메탄발효공정의 처리수 일부를 상기 산발효공정으로 반송하여 재처리함으로써 산발효공정의 pH저하를 방지하고 알카리도를 확보하기 위한 메탄발효조 처리수 재처리공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 처리방법.
제1항에 있어서,

슬러지 생산량을 최소화하고 산발효공정의 암모니아 농도를 희석하여 혐기성 공정의 암모니아 독성을 제거하기 위하여, 상기 회분식반응공정에서 폐기된 슬러지를 상기 조정공정으로 반송하여 재처리하는 슬러지 재처리공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 처리방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 회수된 폐열을 상기 산발효공정 및 상기 메탄발효공정으로 순환시켜서 사용하는 폐열회수공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 처리방법.
삭제
축산분뇨에 포함된 협잡물 및 침사물질을 제거하는 전처리 공정을 수행하는 전처리 시설;

상기 전처리 공정에 의해 처리된 상기 축산분뇨의 유량 및 농도를 균질화하는 조정조;

상기 입자상태의 측산분뇨 유기물을 용존상태로 전환시키는 산발효공정을 수행하는 산발효조;

상기 산발효공정에서 처리된 용존상태의 유기물로부터 메탄발효를 통해 메탄가스를 회수하고 슬러지를 침전시키는 메탄발효 공정을 수행하는 메탄발효조;

상기 메탄발효공정의 처리수를 온도저감시설로 유입시켜 이어지는 호기성처리에 적정한 온도인 30℃ 이하로 처리수의 온도를 저하시키는 온도저감시설;

상기 온도가 저하된 혐기성 처리공정의 처리수로부터 잔류 유기물 및 영양염류를 제거하는 회분식 반응공정을 수행하는 회분식반응조;

추가적인 난분해성 유기물 및 질소를 제거하기 위한 3차 처리시설;

상기 메탄발효조에서 변환된 메탄가스에 포함된 이산화탄소, 황화수소, 및 습기를 제거하는 정제시설; 및

상기 정제된 메탄가스를 이용하여 전기 및 폐열을 회수하는 열병합발전시설;을 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 처리시설.
제9항에 있어서,

상기 회분식 반응공정에 필요한 유기물을 공급하여 C/N, C/P를 조정하기 위하여, 상기 산발효조를 통과한 처리수를 상기 회분식 반응조로 일부 우회시키는(by-pass) 처리수 우회라인;

상기 산발효조의 pH저하를 방지하고 알카리도 확보를 위하여, 상기 메탄발효조를 통과한 처리수 일부를 상기 산발효조로 반송하는 처리수 반송라인;및

슬러지 생산량을 최소화하고 상기 산발효조의 암모니아 농도를 희석함으로써 독성을 제거하기 위하여, 상기 회분식반응조에서 폐기된 슬러지를 상기 산발효조로 반송하여 재처리하는 슬러지 반송라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨 처리시설.
삭제
제9항에 있어서,

상기 열병합발전시설은 100℃이상의 폐열을 얻기 위해 고온냉각방식의 발전기를 사용하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨 처리시설.
제9항에 있어서,

상기 산발효조와 상기 메탄발효조로부터 폐기된 슬러지에서 물을 제거하는 탈수시설;

상기 탈수된 슬러지를 상기 폐열을 이용하여 건조하는 건조시설을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨 처리시설.