KR100191195B1 - 고효율 분뇨 처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

분뇨를 탈질시키고, 광합성 세균과 질산화균을 이용하여 산화시켜 산화된 분뇨 중에서 일부는 상등액 및 슬러지로 분리시키고, 나머지 분리시키지 않은 질산화된 분뇨는 탈질시키기 위하여 재순환시키는 제1단계; 상기 제1단계의 상등액을 희석시키지 않은 상태로 더욱 탈질시키고, 질산화균을 사용하여 더욱 산화시켜 산화된 분뇨 중에서 일부는 상승액 및 슬러지로 분리시키고, 나머지 분리시키지 않은 산화된 분뇨는 탈질시키기 위하여 재순환시키는 제2단계로 구성된 고효율 분뇨 처리 장치 및 그 방법은 유기물, 질소, 인 및 색도를 고효율로 제거함과 동시에 희석수를 필요로 하지 않으며, 분뇨 처리시 발생하는 잉여 슬러지를 유기질 비료로 사용할 수 있어서 환경 친화적이며, 경제적이다.

Description

고효율 분뇨 처리 방법 및 그 장치

[산업상 이용 분야]

본 발명은 고효율 분뇨 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고부하 산화 공정, 고효율 탈질 공정 및 고도 처리 공정을 도입하여 유기물뿐만 아니라 질소, 인 및 색도까지 제거알 수 있는 고효율 분뇨 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

[종래기술]

분뇨는 시간 및 지역적인 환경에 따라서 다양한 특성을 가지고 있으나 일반적으로 분뇨는 다량의 유기물을 함유하며 고액 분리가 어려울 뿐만 아니라 분리하기고 극히 어려운 질소 화합물을 다량으로 함유한다. 우리 나라는 1976년이래 분뇨 처리장이 널리 보급되는 추세이나 아직 그 수가 미미하고 기술적으로도 많은 문제점을 내포하고 실정이다. 현재 우리 나라 전체 분뇨의 총 발생량에 대한 수세화율은 약 56%로 알려져 있며, 수거식이든 수세식이든 수거된 분뇨는 현재 전국 200여개의 분뇨 처리장에서 14,578㎘/일의 비율로 처리되고 있으며, 이는 1일 발생하는 분뇨량인 43,578㎘에 비교하여 약 32%만이 처리되고 있음을 나타내고 있다. 물론 지금도 각지에서 분뇨 처리장이 건립중에 있으나 현재로서는 태부족일 수 밖에 없다. 나머지 처리되지 못한 68%의 분뇨 및 기존의 분뇨 처리장에서 충분히 처리되지 못한 분뇨는 하천으로 방류되며, 이에 의한 심간한 수질 오염은 여러 가지 문제를 야기하고 있다. 더욱이 1996년부터 질소 및 인에 대한규체가 실시되고 있으나 분뇨에 포함된 이들을 제거할 마땅한 기술이 없는 상황에서 주로 희석수에 의존하여 처리 수질을 조절하는 실정이다.

현재 일반적으로 사용되는 분뇨 처리 방법을 상술하면 다음과 같다.

분뇨를 처리하는 방법에 있어서, 크게 1차 처리와 2차 처리로 구분하는데 1차 처리로서 혐기성 소화법, 호기성 소화법, 습식 산화법, 액상 부식법 및 고효율 산화 처리법 등이 사용되며, 2차 처리로서 활성 오니법, 회전 원판법, 살수 여상법 폭기라군법, 물리화학적 처리법 등이 사용되는데 이들 1차 처리법과 2차 처리법을 적절하게 조합하여 사용되고 있다. 상기 방법중 고효율 산처리법과 액상부식법을 제외한 생물학적 처리법에는 분뇨를 1차 처리한 후 2차 처리을 위해서는 1차 처리된 분뇨의 약 20배의 다량의 희석수를 필요로 한다. 그러나 대부분의 분뇨처리장에서는 희석수의 확보가 어려우며 이로 인하여 2차 처리에서 유기물 부하과다 및 변동 발생으로 안정적인 분뇨의 처리가 불가능하여 질소 및 인의 제거는 엄두도 내지 못하는 실정이다. 또한 다량의 희석수를 2차 처리를 행할 경우에는 부지 면적, 시설 설치비, 운전 관리비, 인건비 등이 엄청나게 소요되므로 분뇨 처리 비용이 증가되는 문제점이 있다.

상기의 방법중 다량의 희석수를 필요로 하지 않는 액상 부식법은 탈수 과정에서 3 내지 5배의 희석수(세척수)가 사용되며, 염화제이철과 폴리머를 약품으로 사용한 전량 약품 응집을 행하므로 약품비가 과다하게 소요되며, 질소를 제거하지 못하며, 처리수에 함유된 염화제이철 성분이 방류된 후 2차 오염을 유발하는 문제점이 있다.

또한 특허 제91039호에 개시된 바와 같은 고효율 산화 처리법은 희석수를 필요로 하지 않으나 질소를 제거하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유기물(COD), 질소, 인 및 색도를 고효율로 제거함과 동시에 희석수를 필요로 하지 않으며, 분뇨 처리시 발생하는 잉여 슬러지를 유기질 비료로 사용할 수 있는 환경 친화적이며, 경제적인 고효율 분뇨 처리 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 분뇨 처리 장치를 나타내는 개략적인 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 협잡물 처리 장치 12 : 저류조

21 : 탈질조 22 : 고부하 산화조

23 : 응집 반응조 24 : 가압부상조

25 : 조정조 31 : 제1탈질조

32 : 제2탈질조 33 : 질산화조

34 : 침전조 35 : 접촉 산화조

41 : 응집 반응조 42 : 가압부상조

43 : 오존 처리조 44 : 샌드 필터

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 분뇨를 탈질시키고, 광합성 세균과 질산화균을 사용하여 산화시켜산화된 분뇨 중에서 일부는 상등액 및 슬러지로 분리시키고, 나머지 분리시키지 않은 산화된 분뇨는 탈질시키기 위하여 재순환시키는 제1단계; 상기 제1단계의 상등액을 희석시키지 않은 상태로 더욱 탈질시키고, 질산화균을 사용하여 더욱 산화시켜 산화된 분뇨 중에서 일부는 상등액 및 슬러지로 분리시키고, 나머지 분리시키지 않은 산화된 분뇨는 탈질시키기 위하여 재순환시키는 제2단계를 포함하는 고효율분뇨 처리 방법을 제공한다. 여기에서, 상기한 제1단계의 분리시키지 않고 대순환되는 산화된 분뇨는 전처리 공정으로부터 유입되는 분뇨 100중량부에 대하여 200내지 400중량부인 것이 바람직하며, 상기한 제1단계의 산화되어분리되는 분뇨는 300내지 500㎎/ℓ의 황산알루미늄 및 60 내지 100㎎/ℓ의 고분자 응집제인 양이온계 고분자를 사용하여 응집하여 상등액 및 슬러지로 분리하는 것이 바람직하고, 상기한 제2단계의 상등액을 미생물이 부착 증식할 수 있도록 접촉 여재가 설치된 접촉 산화 장치를 통과시켜 잔류 유기물을 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 상기한 제2단계의 분리시키지 않고 재순환되는 산화된 분뇨는 1단계로부터 유입되는 분뇨 100중량부에 대하여 400내지 600중량부인 것이 바람직하고, 상기한 제2단계에서의 탈질은 분뇨에 포함된 유기물을 이용하여 1차 탈질시킨 후 메탄올을 사용하여 2차 탈질시키는 것이 바람직하고, 상기한 제2단계의 상등액을 60내지 100㎎/ℓ의 황산알루미늄 및 3내지 30㎎/ℓ의 고분자 응집제인 양이온계 고분자를 사용하여 응집하여 상등액 및 슬러지로 더욱 분리하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기한 응집하는 분리된 상등액을 오존 처리하고, 샌드 필터를 통과시켜 잔류 유기물 및 색로를 제거하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 분뇨를 탈질시키는 제1단계 탈질조; 상기 탈질된 분뇨를 광합성 세균과 질산화균을 사용하여 산화시키고, 산화된 분뇨중 일부는 분리시키기 위하여 유입시키고, 나머지 일부의 산화된 분뇨는 제1단계 탈질조로 반송하는 제1단계 산화조; 상기 분리시키기 위하여 유입된 분뇨를 상등액 및 슬러지로 분리시키는 제1단계 분리조; 상기 제1단계 분리조의 상등액을 희석시키지 않은 상태로 더욱 탈질시키는 제2단계 탈질조; 상기 제2단계 탈질조에서 탈질된 분뇨를 질산화균을 사용하여 더욱 산화시키고, 산화된 분뇨중 일부는 분리시키기 위하여 유입시키고, 나머지 일부의 산화된 분뇨는 제2단계 탈질조로 반송하는 제2단계 산화조; 상기 제2단계 산화조에서 분리시키기 위하여 유입된 분뇨를 상등액 및 슬러지로 분리하는 제2단계 분리조를 포함하는 고효율 분뇨 처리 장치를 제공한다. 여기에서, 상기한 제1단계 산화조에서 반송되는 산화된 분뇨는 제1단계 탈질조에 유입되는 분뇨 100중량부에 대하여 200 내지 400중륭부인 것이 바람직하고, 상기한 제1단계 산화조에 산화되어 분리되는 분뇨는 300내지 500㎎/ℓ의 황산알루미늄 및 60 내지 100㎎/ℓ의 고분자 응집제인 양이온계 고분자를 사용하여 응집함으로써 상등액 및 슬러지로 분리되는 것이 바람직하다. 상기한 제2단계의 산화조에서 반송되는 산화된 분뇨는 제2단계 탈질조에 유입되는 분뇨에 대하여 400다지 600중량부인 것이 바람직하고, 상기한 제2단계 탈질조는 분뇨에 포함된 유기물을 이용하여 1차 탈질시키는 제1탈질조와 메탄올을 사용하여 2차 탈질시키는 제2탈질조를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 상기한 제2단계 산화조에서 산화되어 분리된 상등액을 60내지 100㎎/ℓ황산알루미늄 및 3 내지 30㎎/ℓ의 고분자 응집제인 양이온계 고분자를 사용하여 응집하여 상등액 및 슬러지로 더욱 분리하는 것이 바람직하고, 상기한 제2단계의 상등액을 미생물이 부착 증식할 수 있도록 접촉 여재가 설치된 접촉 산화 장치를 통과시켜 잔류 유기물을 제거하는 것이 바람직하며, 상기한 응집하여 더욱 분리된 상등액을 오존 처리하고, 샌드 필터를 통과시켜 잔류 유기물 및 색도를 제거하는 것이 바람직하며, 상기한 분리조는 스컴을 발생시키지 않는 가압부상조인 것이 바람직하다.

[실시예]

[대표적인 실시예]

본 발명의 공정 구성을 간단하게 요약 설명하면, 광합성 세균과 공생균을 사용하여 분뇨 내의 유기물을 분해하고, 일부의 질소를 제거시킨 후 약품 응집에 의하여 부유 물질을 제거하는 고부하 산화 과정, 고부하 산화 공정에서 분리된 상등액을 질산화균 등을 사용하여 생물학적으로 유기물, 질소 및 인을 더욱 제거하는 고효율 탈질 공정으로 이루어진다. 여기에 분뇨의 협잡물(scrennings)을 제거하는 전처리 공정 및 상기와 같은 공정을 거쳐서 정화된 처리수를 오존 처리하고 샌드필터를 사용하여 여과함으로써 잔류 유기물, 인 및 색도를 제거하는 후처리 공정(고도 처리 공정)을 포함시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 대표적인 실시예를 제1도를 참조로 하여 각 공정별로 상세하게 하기한다.

상기한 전처리공정에서는 수거된 분뇨 내에 존재하는 부피 및 중량이 큰 협잡물은 협잡물 제거 장치(11)인 드럼 스크린(drum screen) 및 원심 분리 장치에 의하여 제거되어, 소각도를 사용하여 소각되며, 저류조(12)에서 일시 저장된 후 고부하 산화 공정에 투입된다. 전처리 공정을 거친 후 고부하 산화 공정에 투입되는 분뇨의 수질은 생분뇨가 40~50중량부, 정화조 오니가 50~60중량부이므로, BOD 12,800~14,000㎎/ℓ, 부유 고형물(suspended solids:SS) 22,600~23,000㎎/ℓ, 총질소(T-N) 2200~2590㎎/ℓ, 총인(T-P) 344-395㎎/ℓ의 범위인 것이 일반적이다.

고부하 산화 공정은 탈질조(21), 고부하 산화조(22), 응집 반응조(23) 및 가압부상조(23)로 구성되며, 선택적으로 조정조(25)를 포함할 수 있다. 탈질조로는 전처리 공정을 거친 분뇨와 고부하 산화조로부터 반송되는 내부 순환액이 탈질도로 유입되는 분뇨량에 대하여 200내지 400중량부 투입되며, 수중 교반기에 의해 혼합되어 생물학적 탈일이 이루어질 수 있는 무산소 조건이 유지된다. 이러한 조건에서 투입된 분뇨 유기물(BOD)과 내부 순환액에 함유된 질산성 질소(NO₃-N) 또는 아질산성 질소(NO₂-N)를 이용하여 생물학적 탈질에 의해 질소는 질소 가스(N₂)로 계의 외부로 제거된다. 고부하 산화조는 pH 7.2~7.6, 용존 산소 농도 2~3㎎/ℓ의 조건으로 운전되며, 탈질조로부터 유입된 고농도의 분뇨를 광합성 세균과 공생균에 의하여 정화시킨다. 분뇨에 함유된 암모니아성 질소(NO₂-N)를 이용하여 생물학적 탈질에 의해 질소는 질소 가스(N₂)로 계의 외부로 제거된다. 고부하 산화조는 pH 7.2~7.6, 용존 산소 농도 2~3㎎/ℓ의 조건으로 운전되며, 탈질도로부터 유입된 고농도의 분뇨를 광합성 세균과 공생균에 의하여 정화시킨다. 분뇨에 함유된 암모니아성 질소(NH₄-N)중의 일부는 이 과정에서 질산화균에 의하여 질산성 질소 또는 아질산성 질소로 산화되며 일부는 탈질조로 반송되어 내부 순환된다. 고부하 산화조의 혼합액 부유 고형물(mixed liquor suspended solids:MLSS)농도는 유입된 정화조 오니와 유기물을 소비하고 증식한 슬러지량에 의해 13,000㎎/ℓ이상으로 유지된다. 고부하 산화조의 용적 부하는 1.5㎏BOD/㎥.d로 일반 호기 소화조의 0.8~1.0㎏BOD/㎥.d와 비교할 때 약 50% 이상 높은데 이로 인하여 필요한 반응조의 용량이 그 만큼 감소되어 건설비를 절감할 수 있다. 분뇨에 함유된 고농도의 유기물은 광합성 세균과 그 공생균에 의해 급속히 제거되어 BOD 제거율은 90% 이상이다. 또한 탈질조와 고부하 산화조의 내부 순환에 의해 총질소의 60% 이상이 제거된다. 이와 같이 광합성 세균을 이용할 경우 광합성 세균의 고유 특성에 의한 고부하 운전으로 무희석 처리가 가능한 것은 본 발명의 가장 큰 장점중의 하나이다. 광합성 세균은 내염성이 강하여 식염 농도 10% 정도에서 생육이 잘되며, 유독한 황화수소나 아민류를 분해하기 때문에 악취 제거효과도 있다. 또한, 부하 변동이 강하며, 온도에 대한 내성이 강하다. 이들 관합성 세균의 슬러지는 유기질 비료로 활용할 수 있으므로, 환경 보존적인 측면에서 매우 유리하다. 특히 광합성 세균은 다수의 유기 영양 세균과 공생 관계에 있는데, 예를 들면 , Rhodobactor capsulatus와 Bacdillus megaterium과의 공생 관계로 분뇨중에서 잘 생육하며 양자는 플록(floc) 형성에 기여하여 광합성 세균과 공생관계에 있는 균과의 공존으로 분뇨 처리하면 정화 효율과 응집성이 월등히 향상된다. 이들 경우 사용될 수 있는 대표적인 광합성 세균은 Rhodobactor capuslatus, Rhodobactor gelationsa, Rhodobactor spaeroides, Rhodospirillum rubrm 등이 있다. 이들 광합성 세균은 외부로부터 고부하 산화조에 5~15㎎/ℓ의 농도로 주 1회 첨가되는 것이 바람직하며, 이외에도 특허 제68351호에서 기재된 바와 같이 현장에서 쉽게 배양하여 투여하는 방법 또는 특허 제68352호에서 기재된 바와 같이 시운전시 다량으로 투입할 수 있는 방법도 사용할 수 있다. 일반 호기성 소화 공정의 경우에는 침전조에 의해 처리수를 고액 분리하지만 처리수의 부유 물질 농도가 높아 고액 분리가 용이하게 이루어지지 않고 침전조의 표면에 스컴(scum)이 발생하므로 본 발명에서는 고부하 산화조를 통과한 분뇨는 침전조 없이 약품 응집후 가압부상에 의해 고액 분리된다. 즉, 고부하 산화조로부터 펌프에 의해 응집 반응조로 이송되어 응집 반응조에서 분뇨에 함유된 난분해성물질 및 슬러지를 300내지 500㎎/ℓ의 황산 알루미늄과 60내지 100㎎/ℓ의 폴리머에 의해 약품 응집하여 가압부상조에서 고액 분리한다. 분리된 슬러지는 농축조에서 농축시킨 후 탈수기로 탈수하여 케익(cake)으로 제조하여 퇴비로 하여 할 수 있다. 가압부상조를 거친 고부하 산공정의 처리수는 고효율 탈질 공정으로 투입되며 이 경우의 수질은 BOD 1,300~1,500㎎/ℓ, SS 800~1,000㎎/ℓ, T-N 700~900㎎/ℓ, T-P 50~60㎎/ℓ의 범위이다. 고효율 탈질 공정은 제1탈질조(31), 제2탈질조(32), 질산화조(33) 및 침전조(34)로 구성되며, 선택적으로 접촉 산화조(35)를 추가할 수 있다. 고효율 탈질 공정은 pH 7.2~7.6, MLSS 4,000~5,000㎎/ℓ의 범위로 운전된다. 제1탈질조는 슬러지가 퇴적되지 않을 정도로 수중 교반기를 사용한 지속적인 혼합이 이루어지며 고부하 산화 공정의 처리수, 침전조로부터의 반승 슬러지, 질산화조부터 반송되는 내부 순환액이 유입된다. 제2탈질조에서는 제2탈질조의 무산소 조건을 충족시키기 위해 유입된 액의 산소가 제거되고, 고부하 산화 공정의 처리수에 함유된 유기물(BOD)과 질산화조의 내부 순환액에 함유된 질산성 질소와 아질산성 질소를 이용하여 질소를 제거한다. 즉, 제1탈질조는 생물학적 질소 제거에 분뇨 자체에 있는 유기물(BOD)을 최대한 활용하여 제거한다. 제2탈질조는 제2탈질조에서 넘어온 분뇨의 질소는 최종적으로 제거하는 단계로 분뇨중에 존재하는 아질산성 질소와 질산성 질소를 생물학적 탈질에 의해 질소 가스로 제거시킨다. 약 60~100rpm의 속도로 운전되는 교반기에 의해 슬러지의 침강을 방지하고 무산소 조건을 유지시키며, 탈집에 필요한 BOD원으로서 메탄올(methanol)을 보충하여 첨가한다. 질산화조는 용존 산소 농도를 3~5㎎/ℓ로 유지시켜 분뇨에 함유된 암모니아성 질소를 질산화균에 의해 전량 아질산성 질소와 질산성 질소로 전환시킨다. 이렇게 질산화가 완료되면 질산화조로부터 제1탈질조로 유입수 100중량부 대비 400~600중량부를 반송하여 내부 순환시켜 탈질한다. 한편, 슬러지는 혐기에서 호기 조건으로 바뀜에 따라 인(P)도 제거된다. 질소, 인 및 유기물(BOD)이 제거된 처리수는 침전조에서 고액 분리된 후 접촉 산화조로 유입되어 잔류 유기물이 제거된 후 고도 처리 공정으로 유입된다. 접촉 산화조는 미생물이 부착 증식할 수 있도록 접촉 여재가 설치되어 있으며, 용존 산소 농도 1~3㎎/ℓ로 운전하는 것이 바람직하다. 한편, 침전조에서 침강된 슬러지의 일부(유입수 대비 100~200중량부인 것이 바람직하다)를 제1탈질조로 반송하고, 잉여 슬러지는 고부하 산화 공정의 탈질조로 투입시킬 수 있다. 고효율 탈질 공정의 처리수는 고도 처리 공정으로 투입하며 이 경우의 수질은 BOD 20~30㎎/ℓ, SS 30~40㎎/ℓ, T-N 40~60㎎/ℓ, T-P 25~35㎎/ℓ의 범이다.

고도 처리 공정은 분뇨 처리수에 잔류하는 난분해성 물질, 색도 성분 및 인을 제거하기 위한 공정으로 화학적 처리를 위한 응집 반응조(41), 가압부상조(42), 오존처리조(43) 및 샌드 필터(44)로 구성된다. 응집 반응조에서는 60~100㎎/ℓ의 황산 알루미늄과 3~10㎎/ℓ의 양이온계 폴리머에 의해 분뇨중에 존재하는 부유물질 및 인 성분을 응집시켜가압부상조 또는 침전조를 사용하여 고액 분리시킨다. 화학적으로 처리된 분뇨는 오존 처리와 모래 여과에 의해 잔류 색도 및 유기물이 게거된다. 화학적 처리 후 오존 처리를 행하면 색도 제거 효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 오존 처리 비용을 50% 이하로 절감할 수 있어 경제적이다. 이와 같이 고도 처리 공정을 거쳐서 얻어죈 최종 처리수는 BOD 10㎎/ℓ이하, COD 40㎎/ℓ이하, SS 10㎎/ℓ 이하, T-N 40㎎/ℓ 이하, T-P 5㎎/ℓ이하의 매우 맑고 깨끗한 상태로 소독 방류된다.

[바람직한 실시예]

본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 구성 및 효과를 나타내는 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

생분뇨와 정화조 오니를 혼합한 pH 8.2, BOD 13,800㎎/ℓ, SS 22,800㎎/ℓ, 총질소 2,400㎎/ℓ, 총인 360㎎/ℓ인 분뇨를 스크리닝 및 2500rpm 의 원심 분리기에 의해 협잡물 및 타토사류를 제거하는 전처리 공정을 행하였다. 전처리된 분뇨를 고부하 산화 공정에 투입하여 BOD 용적 부하 1.5㎏BOOD/㎥.d, MLSS 10,000㎎/ℓ, pH 7.2~7.6으로 조절하고, 체류 시간을 6시간으로 조절한 탈질조는 교반에 의해 무산소 조건으로, 고효율 산화조는 폭기에 의해 용존 산소 농도를 2~3㎎/ℓ로 유지하였다. 한편, 고부하 산화조에서 탈질조로 반송되는 내부 순환액의 양은 유입 분뇨 100중량부에 대하여 200중량부로 하였으며, 주 1회 옥외 배양한 광합성 세균 배양액을 5㎎/ℓ농도가 되도록 투입하였다. 고부하 산화조의 유출액은 펌프를 사용여 응집 반응조로 이송한 후 350㎎/ℓ의 황산 알루미늄과 70㎎/ℓ의 양이온계 폴리머를 투입하여 응집시켰고, 응집액은 가압부상조에서 고액 분리시켜 상등수는 고효율 탈질 공정으로 투입하고, 슬러지는 농축하였다.

이와같이 고부하 산화 공정을 거친 상등수를 고효율 탈질 공정으로 유입하였다. 고효율 탈질 공정은 MLSS 4,000~4,500㎎/ℓ, pH 7.2~7.6으로 유지하였으며, 제1탈질조에는 고부하 산화공정의 처리수, 유입수 100중량부 대비 200중량부로 조절한 침전조 반송 슬러지, 유입수 100중량부 대비 500중량부로 조절한 질산화조에서 반송된 내부 순환액을 유입시키고, 제2탈질조는 교반기에 의해 무산소 조건을 유지하면서 메탄올을 투입하였다. 질산화조는 BOD용적 부하 0.3㎏BOD/㎥.d, 용존 산소 농도 2~4㎎/ℓ로 유지하면서 질산화가 최대로 진행되도옥 유지하였으며, 질산화된 액은 제1탈질조로 내부 순환 시켰다. 접촉 산화조는 용존 산소 농도 1~3㎎/ℓ로 유지하면서 잔류 유기물이 제거되도록 운전하였다.

이와 같이 고효율 탈질 공정을 거친 상등수를 고도 처리 공정에 유입하였다. 고도 처리 공정의 응집 반응조에서 70㎎/ℓ의 황산 알루미늄과 5㎎/ℓ의 폴리머를 투입하였으며, 가압부상조에 의해 고액 분리한 뒤 상등액은 오존 처리를 행하고, 샌드 필터를 사용하여 여과함으로써 최종 처리하였다.

[비교예 1]

pH 8.3, BOD 12,000㎎/ℓ, SS 22,000㎎/ℓ, 총질소 2,250㎎/ℓ, 총인 340-㎎/ℓ인 분뇨를 체류 시간 15일, 용존 산소 농도 0.5~1㎎/ℓ로 조절한 액상 부식법으로 1차 처리하고 이를 전량 염화제이철과 폴리머를 사용하여 응집시킨 후 탈수(탈수 과정에서 세척부사 300~500중량부 혼입됨)하였다.

본 발명의 실시예 1의 분뇨 처리 공정에서 각 공정별로 수거한 분뇨의 수질을 표1에 하기하였다.

그리고, 본 발명의 비교예 1의 분뇨 처리 공정에서 각 공정별로 수거한 분뇨의 수질을 표2에 하기하였고, 광합성 세균을 사용하고, 희석수를 사용하지 않는 기술인 특허 등록 번호 제91039호(공고번호 제95-8880호)의 처리전 분뇨의 수질 및 처리추희 분뇨의 수질을 표 3에 하기하였다.

상기한 표 1~3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 고효율 분뇨 처리 방법을 사용하여 분뇨를 처리하였을 경우 유기물과 부유 고형물을 99% 이상 제거할 수 있으며, 질소와 인을 98%이상 제거할 수 있음은 물론 색도까지 효과적으로 제거할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 비교예와는 달리 물을 희석하지 않고서도 충분한 처리가 가능하므로, 물 확보의 필요 없이 안정적인 분뇨의 처리가 가능하며, 이에 따라 처리장 면적 확보 등의 요소를 제거할 수 있으므로 분뇨 처리 비용을 절감할 수 있다. 한편, 특허 등록 번호 제91039호의 기술은 희석수를 사용하지 않는 면에서는 본 발명과 동일하지만, 표 3에서 알 수 있듯이 처리된 분뇨의 수질 분석에서 인의 제거율이 81.4%에 불과하였으며, COD 및 색도의 제거 효율도 본 발명이 처리수와 비교하여 낮은 수준임을 알 수 있다.

그리고 본 발명의 공정에서 발생하는 부산물인 잉여 슬러지는 광합성 세균을 다량으로 함유하는 유용한 유기 물질로서 비료로서도 활용할 수 있어 경제적이며, 환경 친화적이다. 그리고, 본 발명의 고효율 분뇨 처리 방법은 분뇨 1996년 강화 되는 법적 규제치에 적합하게 대처할 수 있는 방법임은 물론 희석수를 사용하지 않음으로써 방출되는 처리수의 량이 적어 분뇨 처리수의 총량 규제에도 적합하게 대처할 수 있는 우수한 분뇨의 처리 방법이다.

Claims (9)

1. 분뇨를 탈질시키는 제1단계 탈질조; 상기 탈질된 분뇨를 광합성 세균과 질산화균을 사용하여 산화시키고, 산화된 분뇨중 일부는 분리시키기 위하여 유입시키고, 나머지 일부의 산화된 분뇨는 제1단계 탈질조로 반송하는 제1단계 산화조; 상기 분리시키기 위하여 유입된 분뇨를 상등액 및 슬러지로 분리시키는 제1단계 분리조; 상기 제1단계 분리조의 상등액을 희석시키지 않은 상태로 더욱 탈질시키는 제2단계 탈질조; 상기 제2단계 탈질조에서 탈질된 분뇨를 질산화균을 사용하여 더욱 산화시키고, 산화된 분뇨중 일부는 분리시키기 위하여 유입시키고, 나머지 일부의 산화된 분뇨는 제2단계 탈질조로 반송하는 제2단계 산화조; 상기 제2단계 산화조에서 분리시키기 위하여 유입된 분뇨를 상등액 및 슬러지로 분리하는 제2단계 분리조; 를 포함하는 고효율 분뇨 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기한 제1단계 산화조에서 반송되는 산화된 분뇨는 제1단계 탈질조에 유입되는 분뇨 100중량부에 대하여 200내지 400중량부인 고효율 분뇨처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기한 제1단계 산화조에 산화되어 분리되는 분뇨는 300내지 500㎎/ℓ황산알루미늄 및 60 내지 100㎎/ℓ의 양이온계 고분자를 사용하여 응집함으로써 상등액 및 슬러지로 분리되는 고효율 분뇨 처리 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기한 제2단계의 산화조에서 반송되는 산화된 분뇨는 제2단계 탈질조에 유입되는 분뇨 100중량부에 대하여 400 내지 600중량부인 고효율 분뇨 처리 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기한 제2단계 탈질조는 분뇨에 포함된 유기물을 이용하여 1차 탈질시키는 제1탈질조와 메탄올을 사용하여 2차 탈질시키는 제2탈질조를 포함하는 고효율 분뇨 처리 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기한 제2단계 산화조에서 산화되어 분리된 상등액을 60내지 100㎎/ℓ의 황산알루미늄 및 3 내지 30㎎/ℓ의 양이온계 고분자를 사용하여 응집하여 상등액 및 슬러지로 더욱 분리하는 고효율 분뇨 처리 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기한 제2단계의 상등액을 미생물이 부착 증식할 수 있도록 접촉 여재가 설치된 접촉 산화 장치를 통과시켜 잔류 유기물을 제거하는 고효율 분뇨 처리 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기한 응집하여 더욱 분리된 상등액을 오존 처리하고, 샌드 필터를 통과시켜 잔류 유기물 및 색도를 제거하는 고효율 분뇨 처리 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기한 분리조는 스컴을 발생시키지 않는 가압부상조인 고효율 분뇨 처리 장치.