KR20240071701A - 가축분뇨 방류수의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가축분뇨 방류수의 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가축분뇨 방류수에 오존을 주입하고 염화제1철을 혼합하여 방류수 내 우로빌린을 분해하는 우로빌린분해단계, 상기 우로빌린분해단계를 통해 우로빌린이 분해된 가축분뇨 방류수에 굴패각 분말을 투입하여 방류수 내 유기물질을 제거하는 유기물질제거단계, 상기 유기물질제거단계를 통해 유기물질이 제거된 가축분뇨 방류수를 침전조로 이송한 후에 가축분뇨 방류수 내 부유물질을 침전시키는 침전물제거단계 및 상기 침전물제거단계를 통해 침전물이 제거된 가축분뇨 방류수를 여과조로 이송하여 여과하는 여과단계로 이루어진다.
상기의 과정으로 이루어지는 가축분뇨 방류수의 처리방법은 가축분뇨 방류수의 색도를 낮추고 유기물질을 제거하여 하천이나 주변환경의 오염을 방지하는 효과를 나타낸다.

Description

가축분뇨 방류수의 처리방법 {TREATMENT METHOD OF LIVESTOCK EXCRETIONS WASTE WATER}

본 발명은 가축분뇨 방류수의 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가축분뇨 방류수의 색도를 낮추고 유기물질을 제거하여 하천이나 주변환경의 오염을 방지하는 가축분뇨 방류수의 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 가축을 기르는 축사에서 배출되는 가축의 분뇨는 고형물인 분과 액상인 뇨로 분류되는데, 고형물인 가축 분은 유기질비료 등으로 사용될 수 있으므로 그 처리가 용이하지만, 액체인 가축 뇨는 악취와 수질오염성분이 있기 때문에 그 처리에 많은 어려움이 뒤따르게 된다.

이러한 이유로 인해 종래의 통상적인 가축분뇨 처리방법은 가축이 배설한 고형물인 분과 액체인 뇨를 분리 처리한 다음, 고형물인 분은 퇴비화하는 한편, 액체인 뇨는 약품처리 및 미생물처리 등으로 고도처리하여 수질을 오염시키는 않게 하여 하천 등으로 방류하는 방법으로 처리할 것을 권장하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 가축분뇨 처리방법은 가축이 배설한 분과 뇨를 분리처리하는 처리장치를 설치하거나 또는 가축분뇨 정화시설을 구비해야 하는데, 가축을 사육하는 축산 사육농가는 대부분 영세하기 때문에 가축분뇨를 처리하기 위한 고가의 처리장치를 설치하는 데에는 경제적으로 어려움이 뒤따르게 되며, 또한 고가의 정화시설을 설치 및 관리하더라도 정화시설에서 방류되는 방류수의 색이 탁하며 유기성분이나 중금속과 같은 오염물질이 완전히 제거되지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 일반적으로 가축분뇨 방류수의 색도에 대하여 난분해성이라는 수식어를 포함하는 이유는 일반적인 색도 유발 유기물과 다르게 가축분뇨에서 발생된 색도는 체내 대사과정에서 헤모글로빈의 대사산물인 '우로빌린(Urobilin)'이라는 물질로 정화처리 생물반응조내 미생물박테리아에 의해서 처리가 불가능하고 활성탄 등의 흡착제로도 처리가 미흡한 현상을 보이고 있기 때문이다.

이러한 우로빌린이 고농도로 포함된 가축분뇨는 우로빌린의 제거가 제대로 이루어지지 않은 상태에서 방류되고 있으며, 우로빌린이 함유된 방류수는 육안상 뇨성분을 연상시켜 불쾌감을 유발하는 문제점이 있었다.

한국특허등록 제10-0493197호(2005.05.25.) 한국특허등록 제10-1932599호(2018.12.18.)

본 발명의 목적은 가축분뇨 방류수의 색도를 낮추고 유기물질을 제거하여 하천이나 주변환경의 오염을 방지하는 효과를 나타내는 가축분뇨 방류수의 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 가축분뇨 방류수에 오존을 주입하고 염화제1철을 혼합하여 우로빌린을 분해하는 우로빌린분해단계, 상기 우로빌린분해단계를 통해 우로빌린이 분해된 가축분뇨 방류수에 굴패각 분말을 투입하여 방류수 내 유기물질을 제거하는 유기물질제거단계, 상기 유기물질제거단계를 통해 유기물질이 제거된 가축분뇨 방류수를 침전조로 이송한 후에 방류수 내 부유물질을 침전시키는 침전물제거단계 및 상기 침전물제거단계를 통해 침전물이 제거된 가축분뇨 방류수를 여과조로 이송하여 여과하는 여과단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가축분뇨 방류수의 처리방법을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 우로빌린분해단계는 가축분뇨 방류수 100 중량부에 시간당 0.0003 내지 0.0007 중량부의 오존을 주입하면서, 상기 가축분뇨 방류수 100 중량부 대비 염화제1철 0.0005 내지 0.001 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 유기물질제거단계는 상기 우로빌린분해단계를 통해 우로빌린이 분해된 가축분뇨 방류수 100 중량부에 굴패각 분말 0.002 내지 0.004 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 굴패각 분말은 500 내지 1500℃의 온도로 5 내지 10시간 동안 소성된 굴패각을 50 내지 200 메시의 입자크기로 분쇄하여 제조되는 것으로 한다.

본 발명에 따른 가축분뇨 방류수의 처리방법은 가축분뇨 방류수의 색도를 낮추고 유기물질을 제거하여 하천이나 주변환경의 오염을 방지하는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 가축분뇨 방류수의 처리방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1을 통해 처리된 가축분류 방류수의 와관을 촬영하여 나타낸 사진이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 가축분뇨 방류수의 처리방법은 가축분뇨 방류수에 오존을 주입하고 염화제1철을 혼합하여 방류수 내 우로빌린을 분해하는 우로빌린분해단계(S101), 상기 우로빌린분해단계(S101)를 통해 우로빌린이 분해된 가축분뇨 방류수에 굴패각 분말을 투입하여 방류수 내 유기물질을 제거하는 유기물질제거단계(S103), 상기 유기물질제거단계(S103)를 통해 유기물질이 제거된 가축분뇨 방류수를 침전조로 이송한 후에 방류수 내 부유물질을 침전시키는 침전물제거단계(S105) 및 상기 침전물제거단계(S105)를 통해 침전물이 제거된 방류수를 여과조로 이송하여 여과하는 여과단계(S107)로 이루어진다.

상기 우로빌린분해단계(S101)는 가축분뇨 처리장치에 구비된 저장조에 모아진 방류수에 오존을 주입하고 염화제1철을 혼합하여 방류수 내 우로빌린을 분해하는 단계로, 상기 우로빌린분해단계는 가축분뇨 방류수 100 중량부에 시간당 0.0003 내지 0.0007 중량부의 오존을 주입하면서, 상기 가축분뇨 방류수 100 중량부 대비 염화제1철 0.0005 내지 0.001 중량부를 혼합하는 과정으로 이루어진다.

난분해성 물질인 우로빌린을 분해하기 위해서는, 오존 분자에 전자를 공급하여 오존 분자를 환원 및 오조나이드 라디칼(Ozonide radical)을 형성시킨 후에 강력한 산화제인 하이드록실 라디칼 생성을 촉진시키는 전자 공여체 역할을 하는 물질인 염화제1철을 오존 분자가 주입된 가축분뇨 방류수 내에 함께 투입하여 가축분뇨내 난분해성 색도물질인 우로빌린을 분해하게 된다.

상기와 같은 과정으로 이루어지는 우로빌린의 분해과정을 아래 반응식 1,2에 나타내었다.

<반응식 1> 하이드록실 라디칼의 생성

Fe²⁺ → Fe³⁺ + e^-

e^- + O₃ →·O₃ ^-

O₃ ^- + H⁺ ↔·HO₃

HO₃ →·OH + O₂

상기 반응식 1에 나타낸 것처럼 하이드록실 라디칼은 우로빌린을 분해하는 과정에서 무작위적인 반응특성으로 인해 가축분뇨 방류수 내 난분해성 유기물질인 잔류 의약품이나 고분자응집제 등의 성분도 함께 분해하여 방류수 내에 총유기탄소를 50 내지 95% 까지 추가로 제거해주는 효과를 나타내며, 해당 반응속도는 가축분뇨 방류수 색도제거 테스트결과, 오존 단독공정을 사용했을 때보다 약 67배 더 빠른 것으로 나타났다.

<반응식 2> 하이드록실 라디칼에 의해 우로빌린의 산화반응

C₃₃H₄₂N₄O₆ + 150·OH → 33CO₂ + 90H₂O + 4NH₃

상기 반응식 2에 나타낸 것처럼, 가축분뇨 정화처리 방류수의 잔류 난분해성 색도 및 유기물질의 신속한 제거가 일어나게 되는데, 잔류 난분해성 색도물질을 대표하는 성분인 우로빌린은 하이드록실라디칼에 의한 산화되어 방류수의 색이 투명하게 전환될 수 있다.

이때, 상기 오존의 주입량은 가축분뇨 방류수에 함유된 우로빌린의 농도에 따라 가변적이다. 또한, 상기 염화제1철의 함량이 가축분뇨 정화처리 방류수 100 중량부 대비 0.0005 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 염화제1철의 함량이 0.001 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 처리비용을 지나치게 증가시키기 때문에 바람직하지 못하다.

상기 유기물질제거단계(S103)는 상기 우로빌린분해단계(S101)를 통해 우로빌린이 분해된 가축분뇨 방류수에 굴패각 분말을 투입하여 방류수 내 유기물질을 제거하는 단계로, 상기 우로빌린분해단계(S101)를 통해 우로빌린이 분해된 가축분뇨 방류수 100 중량부에 굴패각 분말 0.002 내지 0.004 중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기와 같이 굴패각 분말이 함유되면 상기 우로빌린분해단계(S101)를 통해 우리빌린 분해되어 색도가 개선된 방류수 내에 함유된 중금속이나 3가철 성분 등을 굴패각 분말로 흡착 및 응집시켜 방류수 내에 중금속을 제거할 뿐만 아니라 3가철로 인해 발생하는 색도가 낮아져 방류수의 색도를 더욱 투명하게 개선할 수 있다.

상기 유기물질제거단계(S103)에서 방류수 내에 중금속이나 3가철 등을 흡착하는 과정을 아래 반응식 3에 나타내었다.

<반응식 3>

3CaCO₃ + 2Fe³⁺ + 6Cl^- → Fe₂(CO₃)³ + 3CaCl₂

상기 반응식 3에 나타낸 것처럼, 3가철 성분 등을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 굴패각 분말의 다공성 구조로 인해 방류수 내에 함유된 유기물질을 추가로 흡착하여 제거할 수 있기 때문에 방류수의 여과효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 굴패각 분말은 0.002 내지 0.004 중량부가 함유되며, 500 내지 1500℃의 온도로 5 내지 10시간 동안 소성된 굴패각을 50 내지 200 메시의 입자크기로 분쇄하여 제조되는 것이 바람직한데, 상기의 과정을 통해 제조되는 굴패각 분말은 다공성으로 비표면적이 상당히 크고, 화학적 조성은 CaO 50 내지 51%. MgO 0.5 내지 0.6%, K₂O 0.04 내지 0.06%, SiO₂ 0.3 내지 0.5% 및 기타 성분 1.5 내지 1.7%이며, 감열감량이 46 내지 48%다.

상기와 같은 감열감량을 나타내는 이유는 이는 패각의 주성분인 탄산칼슘(CaCO₃)이 소성과정을 통해 생석회(CaO)로 변화할 때, 이산화탄소(CO₂)가 증발하면서 보다 다공성으로 개질되고, 많은 수의 전하가 분포하게 된는데, 따라서 이러한 다공조직과 분자표면의 전하분포에 의해 흡착성능이 개선되는 것이다.

또한, 상기의 생석회 성분은 물과 수화반응을 하므로 소성된 굴패각 분말은 무기고화제로서의 기능을 나타낼 수도 있다.

상기 굴패각 분말의 함량이 0.002 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 굴패각 분말의 함량이 0.004 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 처리비용을 지나치게 증가시키기 때문에 바람직하지 못하다.

상기 침전물제거단계(S105)는 상기 유기물질제거단계(S103)를 통해 유기물질이 제거된 가축분뇨 방류수를 침전조로 이송한 후에 방류수 내에 부유물질을 침전시키는 단계로, 이때, 상기 침전조나 침전조건은 통상적인 가축분뇨 방류수 처리 과정에서 진행되는 장치 및 조건으로 이루어질 수 있다.

상기 여과단계(S107)는 상기 침전물제거단계(S105)를 통해 침전물이 제거된 방류수를 여과조로 이송하여 여과하는 단계로, 상기 침전물제거단계(S105)를 통해 침전물이 제거된 방류수 여재가 충전된 상태에서 송풍과 간헐적인 회전을 시키면서 여과시키는 과정으로 이루어진다.

이때, 여과조의 구조나 여과조건은 통상적인 가축분뇨 방류수 처리 과정에서 진행되는 장치 및 조건으로 이루어질 수 있는데, 상기 여과조의 지지대 및 방류수 순환조와 방류수 폭기조가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 여과조에는 상기 방류수 순환조에 유입된 방류수를 여과조로 재순환 하거나 방류수 폭기조로 이송하기 위한 펌프가 설치된 이송관이 마련되고, 상기 방류수 폭기조에는 처리된 방류수를 외부로 배출할 수 있도록 펌프가 설치된 배출관이 마련되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 여과조에는 여과조 내벽을 따라 일정간격으로 브레이드와 숭풍배관이 설치되고 상기 여과조로 공급되는 여재는 불연소성 및 난분해성이고 파쇄나 용탈되지 않는 물질이며 표면이 거칠고 경량인 무독성 물질인 것이 바람직하다.

또한, 상기 여과조는 밀폐구조이고 형태는 레미콘, 타원형, 직육면체형 중 어느 하나이고, 상기 여과조는 일측단부에 개폐 가능한 뚜껑이 설치되고 타측에는 스크린체와 개폐 가능한 밀폐뚜껑이 순차적으로 설치되는 것이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명에 따른 가축분뇨 방류수의 처리방법 및 그 처리방법으로 처리된 가축분뇨 방류수의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<제조예 1> 굴패각 분말의 제조

굴패각을 500 내지 1500℃의 온도로 5 내지 10시간 동안 소성한 후에 120 메시의 입자크기로 분쇄하여 굴패각 분말을 제조하였다.

<실시예 1>

가축분뇨 처리장치에 구비된 저장조에 모아진 가축분뇨 방류수 100 중량부에 시간당 0.0003 내지 0.0007 중량부의 오존을 주입하고, 상기 가축분뇨 방류수 100 중량부 대비 염화제1철 0.0008 중량부를 혼하하여 방류수 내 우로빌린을 분해아여 제거하고, 우리빌린이 제거된 가축분뇨 방류수 100 중량부에 상기 제조예 1을 통해 제조된 굴패각 0.003 중량부를 혼합하고 150rpm의 속도로 30분 동안 교반하여 가축분뇨 방류수 내 유기물질을 흡착하여 제거하고, 유기물질이 제거된 가축분뇨 방류수를 침전조로 이송한 후에 12시간 동안 방류수 내 부유물질을 침지시킨 후에, 부유물질이 침전된 가축분뇨 방류수를 여과조에서 여과하는 과정으로 가축분뇨 방류수를 처리하였다.

<비교예 1>

가축분뇨 처리장치에 구비된 저장조에 모아진 가축분뇨 방류수를 침전조로 이송한 후에 12시간 동안 방류수 내 부유물질을 침지시킨 후에, 부유물질이 침전된 가축분뇨 방류수를 여과조에서 여과하는 과정으로 가축분뇨 방류수를 처리하였다.

상기 실시예 1 및 비교예 1을 통해 처리된 가축분뇨 방류수의 외관을 촬영하여 아래 도 2에 나타내었다.

아래 도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 처리된 가축분뇨 방류수는 비교예 1을 통해 처리된 가축분뇨 방류수에 비해 색감(투명도)이 우수하며 부유물질이 눈에 띄가 감소한 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 가축분뇨 방류수의 처리방법은 가축분뇨 방류수의 색도를 낮추고 유기물질을 제거하여 하천이나 주변환경의 오염을 방지한다.

S101 ; 우로빌린분해단계
S103 ; 유기물질제거단계
S105 ; 침전물제거단계
S107 ; 여과단계

Claims (4)

1. 가축분뇨 방류수에 오존을 주입하고 염화제1철을 혼합하는 방류수 내 우로빌린을 분해하는 우로빌린분해단계;
   상기 우로빌린분해단계를 통해 우로빌린이 분해된 가축분뇨 방류수에 굴패각 분말을 투입하여 방류수 내 유기물질을 제거하는 유기물질제거단계;
   상기 유기물질제거단계를 통해 유기물질이 제거된 가축분뇨 방류수를 침전조로 이송한 후에 방류수 내 부유물질을 침전시키는 침전물제거단계; 및
   상기 침전물제거단계를 통해 침전물이 제거된 방류수를 여과조로 이송하여 여과하는 여과단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가축분뇨 방류수의 처리방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 우로빌린분해단계는 가축분뇨 방류수 100 중량부에 시간당 0.0003 내지 0.0007 중량부의 오존을 주입하면서,
   상기 가축분뇨 방류수 100 중량부 대비 염화제1철 0.0005 내지 0.001 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가축분뇨 방류수의 처리방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 유기물질제거단계는 상기 우로빌린분해단계를 통해 우로빌린이 분해된 가축분뇨 방류수 100 중량부에 굴패각 분말 0.002 내지 0.004 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가축분뇨 방류수의 처리방법.
   
4. 청구항 1 또는 3에 있어서,
   상기 굴패각 분말은 500 내지 1500℃의 온도로 5 내지 10시간 동안 소성된 굴패각을 50 내지 200 메시의 입자크기로 분쇄하여 제조되는 것을 특징으로 하는 가축분뇨 방류수의 처리방법.