돈분뇨 중의 악취 성분을 제거하는 동시에 퇴비의 C/N 비를 적정 수준으로 유지하기 위한 방안으로서 축산농가에 보급을 목적으로 pilot 장치를 제작하여 돈분뇨를 호기성 액비화 처리하기 이전에 암모니아 탈기공정 실험을 수행하였다. 암모니아 탈기를 위한 pH 조정을 $Ca(OH)_2$를 이용하였으며, NaOH에 비해 훨씬 현장 적용성이 용이한 것으로 파악되었다. 암모니아 탈기공정의 적정 pH를 도출하기 위해 각각 pH를 9.3, 10.9, 12.3 으로 조절하여 탈기실험을 수행한 결과 pH가 가장 높은 12.3에서 가장 우수한 것으로 나타났고, 이때 반응온도는 $35^{\circ}C$이었다. 암모니아 탈기공정이 진행되는 동안 유리암모니아 질소의 가스상 암모니아로의 전환을 통해 발생되는 방출속도는 탈기공정 초기에는 $0.5355mole\;s^{-1}$ 이었고 탈기공정 후기에는 $0.0253mole\;s^{-1}$ 로 나타나, 주로 탈기공정 초기에 많은 양의 암모니아 가스가 방출되는 것을 알 수 있었다. 탈기공정중 C/N비 변화는 초기 돈분뇨 원수가 4.5이었고 탈기공정 초기에 6.3으로 증가한 이후에 점진적으로 증가하였다. 적정한 탈기를 위한 최적의 탈기시간은 TN과 TC의 회귀 곡선을 통해 C/N비가 6.5 부근인 약 48시간이 적합한 것으로 결론지었다. 탈기를 통해 돈분뇨 중의 암모니아성 질소성분은 79.6% 저감되었으며, 흡수액을 통해 배출된 암모니아가스의 81.3%를 제거하였다.
돈분뇨 중의 악취 성분을 제거하는 동시에 퇴비의 C/N 비를 적정 수준으로 유지하기 위한 방안으로서 축산농가에 보급을 목적으로 pilot 장치를 제작하여 돈분뇨를 호기성 액비화 처리하기 이전에 암모니아 탈기공정 실험을 수행하였다. 암모니아 탈기를 위한 pH 조정을 $Ca(OH)_2$를 이용하였으며, NaOH에 비해 훨씬 현장 적용성이 용이한 것으로 파악되었다. 암모니아 탈기공정의 적정 pH를 도출하기 위해 각각 pH를 9.3, 10.9, 12.3 으로 조절하여 탈기실험을 수행한 결과 pH가 가장 높은 12.3에서 가장 우수한 것으로 나타났고, 이때 반응온도는 $35^{\circ}C$이었다. 암모니아 탈기공정이 진행되는 동안 유리암모니아 질소의 가스상 암모니아로의 전환을 통해 발생되는 방출속도는 탈기공정 초기에는 $0.5355mole\;s^{-1}$ 이었고 탈기공정 후기에는 $0.0253mole\;s^{-1}$ 로 나타나, 주로 탈기공정 초기에 많은 양의 암모니아 가스가 방출되는 것을 알 수 있었다. 탈기공정중 C/N비 변화는 초기 돈분뇨 원수가 4.5이었고 탈기공정 초기에 6.3으로 증가한 이후에 점진적으로 증가하였다. 적정한 탈기를 위한 최적의 탈기시간은 TN과 TC의 회귀 곡선을 통해 C/N비가 6.5 부근인 약 48시간이 적합한 것으로 결론지었다. 탈기를 통해 돈분뇨 중의 암모니아성 질소성분은 79.6% 저감되었으며, 흡수액을 통해 배출된 암모니아가스의 81.3%를 제거하였다.
Aeration is the most important and indispensable operation unit for the treatment of swine manure using aerobic liquid-composting process. The composting of swine manure depends on biological treatment process, but the highly concentrated ammonia nitrogen is required a pretreatment to expect the app...
Aeration is the most important and indispensable operation unit for the treatment of swine manure using aerobic liquid-composting process. The composting of swine manure depends on biological treatment process, but the highly concentrated ammonia nitrogen is required a pretreatment to expect the appropriate efficiency of the biological treatment process. In this study, pilot experiments have been carried out to estimate of the fit condition about ammonia stripping process as a pretreatment to aerobic liquid- composting. pH adjustment with $Ca(OH)_2$ was economically superior to use of NaOH and optimum pH of ammonia stripping was 12.3, ammonia nitorgen was rapidly removed as pH were increased at $$35^{\circ}C$$. When air stripping is performed before aerobic liquid-stripping, a high initial pH is required for complete ammonia removal and is additional effects such as organic substances, phosphorus, turbidity, and color removal. Stripping process was very efficient in the pretreatment of highly concentrated ammonia nitrogen for composting of swine manure. Emission rate of gaseous ammonia was $0.5355mole\;s^{-1}$ at initial time and $0.0253mole\;s^{-1}$ at finitial time. The fit condition of ammonia stripping in this study were at the temperature of $$35^{\circ}C$$, and the pH of 12.3 during 48 hours.
Aeration is the most important and indispensable operation unit for the treatment of swine manure using aerobic liquid-composting process. The composting of swine manure depends on biological treatment process, but the highly concentrated ammonia nitrogen is required a pretreatment to expect the appropriate efficiency of the biological treatment process. In this study, pilot experiments have been carried out to estimate of the fit condition about ammonia stripping process as a pretreatment to aerobic liquid- composting. pH adjustment with $Ca(OH)_2$ was economically superior to use of NaOH and optimum pH of ammonia stripping was 12.3, ammonia nitorgen was rapidly removed as pH were increased at $$35^{\circ}C$$. When air stripping is performed before aerobic liquid-stripping, a high initial pH is required for complete ammonia removal and is additional effects such as organic substances, phosphorus, turbidity, and color removal. Stripping process was very efficient in the pretreatment of highly concentrated ammonia nitrogen for composting of swine manure. Emission rate of gaseous ammonia was $0.5355mole\;s^{-1}$ at initial time and $0.0253mole\;s^{-1}$ at finitial time. The fit condition of ammonia stripping in this study were at the temperature of $$35^{\circ}C$$, and the pH of 12.3 during 48 hours.
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제안 방법
그러므로 우리는 돈분뇨의 적합한 호기성 액비화 탈기조건을 설정하기 위해서 2.0 m3 용량의 돈분뇨를 처리할 수 있는 batch 방식의 pilot 장치를 제작하여, 1) 탈기를 통한 암모니아 가스의 방출속도를 산정하고, 2) C/N비 거동을 파악하여 적정 탈기시간을 산정 하였다. 질소 성분의 탈기 시에는 다량의 암모니아 가스가 방출되므로, 이 문제를 해결하기 위해서 악취를 제거하기 위해 사용되고 있는 spray tower, packing tower, diffused air 공법 중에서(Lee and Cho, 2002), packing tower 공법을 적용하여 탈기 시의 배출가스 를 처리하였다.
meter 에 대하여 실험 전과 후에 실시하였다. pH meter (Daeyang SP-500D, Korea)의 정확한 지시 값을 얻기 위하여, 각각의 pH 4와 7인 표준 buffer Solution을 이용하여 온도를 보정하여 교정하였다. 온도는 25"C에서 각각 pH 4.
2와 같이 Ca(OH)2는 약 56 g L-1 가, NaOH는 36 g L-1 가 필요하다. 그러나 NaOH의 경우 Ca(OH)2 보다 적은 양이 소요되지만, NaOH는 재응 집과 점도가 높아지는 현상이 있으며, 액비중의 Na+ 함량에 영향을 미치므로, 효율은 NaOH에 비해 떨어지지만 Ca(OH)2 를 사용하여 pH 를 조정하였다. Ca(OH)2는 NaOH보다 pH 조정에는 낮은 효율을 보이지만, NaOH에 비해 훨씬 가격이 저렴하여 경제적이며, NaOH 보다 독성 및 취급 수준이 용이하므로 축산농가에서 사용하기에는 훨씬 편의성이 높은 장점이 있다.
시료 분석 pilot 장치에서 채취한 시료는 pH, SS, T-C, T-N, NH4-N 성분을 분석하였다. 이 실험에 사용된 자동 측정 장치의 교정은 pH, temp.
시료를 반응조 2 m3 에 받고, 초기 pH 7.1에서 Ca(OH)2를 이용하여 pH를 12로 조절한 후에 공기를 2 m3 min-1 로 24시간 이상 폭기를 통해 암모니아성 질소와 질산성 질소의 변동을 관찰하였다. 폐수로부터 탈기 및 회수 가능한 암모니아의 양은 암모니아 가스/액 평형과 액상의 암모니아 해리 평형에 의존 한다.
그러나 탈기공정의 효율은 pH가 높 고, 반응온도가 높을수록 높아지지만 실험장치를 현장에 적용할 경우에 운전비용은 상당히 증가할 것으로 예상되므로 암모니아 탈기공정의 적정 반응 조건은 이러한 선행 문제를 해결하기 위한 비용편익의 관 점에서 결정되어야 할 것으로 판단된다. 이 연구에서 온도조건은 임의적으로 추후 액비화 처리에 있어서 호기성 세균이 번식하기 좋은 조건인 약 35C 부근으 로 설정하였다. Fig.
대상 데이터
암모니아 탈기본 연구에 이용된 양돈폐수는 전라남도 순천시에 위치한 사육두수 5000두 규모의 A 농장에서 채취하였으며, 시료는 최초 조대 스크린으로 조대 협잡 고형물을 제거시킨 후 미세 스크린이 부착된 진동 분리기를 통해 조대 입자를 걸러 사용하였다. 암모니아의 탈기 및 질량전달에 따른 휘발 정도 가 고형분 1% 미만에서는 큰 영향이 없으나 (Arogo et al.
이론/모형
0 m3 용량의 돈분뇨를 처리할 수 있는 batch 방식의 pilot 장치를 제작하여, 1) 탈기를 통한 암모니아 가스의 방출속도를 산정하고, 2) C/N비 거동을 파악하여 적정 탈기시간을 산정 하였다. 질소 성분의 탈기 시에는 다량의 암모니아 가스가 방출되므로, 이 문제를 해결하기 위해서 악취를 제거하기 위해 사용되고 있는 spray tower, packing tower, diffused air 공법 중에서(Lee and Cho, 2002), packing tower 공법을 적용하여 탈기 시의 배출가스 를 처리하였다.
3으로 변화시켜 암모니아 탈기실험을 수행한 결과를 나타내고 있다. pH 9.3 조건에서는 탈기가 끝난 이후 초기 농도의 42.7%가 감소하였고, pH 10.9 조건에 서는 82.3%, pH 12.3 조건에서는 94.3%가 감소한 것으로 나타나 pH 12.3에서 가장 우수한 암모니아 탈기 효율을 나타냈다. 각각의 조건에 대한 측정자료를 비선형회귀 식을 이용하여 Fig.
시료의 성상 초기 돈분뇨의 성상을 Table 1에 나타내었다. pH는 7.1로 중성을 나타내고 있으며, 총 질 소는 6, 922 mg L-1 , 총 고형물은 4.7%로 나타났다. 2002년 농수축산신문에서 발표한 바에 따르면 우리나라에서 생산되는 돼지뇨의 T-N 농도는 4, 543 mg L-1 이었고, 2001년 제주지역 양돈장 Pit의 액비 중의 T-N 농도가 3, 278 mg L-1 이었으며, Kim et al.
039로 초기에 비해 매우 낮아졌음을 확인할 수 있었다. 즉 폭기 개시후 약 5시간을 전후로 하여 전체 암모니아 탈기량의 50% 이상의 유리 암모니아 질소 성분이 방 출되고 있었다. 측정값과 예측곡선상의 값은 Pearson- R2이 0.
, (1999)은 돈사에서 배출되는 악취물질을 평가하기위해 영국 National breeding company의 돈사에서 폐수 중의 T-N성분을 분석하였고, 농도는 3, 600 mg L-1 이었다. 초기 돈분 뇨의 성상조사를 통해 우리가 실험한 돈분뇨 중의 TN 농도가 비교적 다른 연구와 조사를 통해 나타난 수치에 비해 높은 것으로 파악되었다.
7에 나타내었다. 초기의 암모니아성 질소의 농도는 5, 378 mg L-1(pH 7.6)이었고, 10.2 g L-1의 Ca(OH)2를 주입 하여 pH를 조절한 결과 돈분뇨의 pH는 10.9, 암모니 아성 질소성분의 잔류 농도는 4, 673 mg L-1 인 것으로 조사되었다. 탈기를 통해 79.
후속연구
5로 하여 암모니아 탈기실험을 수행하였으며 돈분뇨 슬러기 중의 암모니아성분을 완전히 제거할 수 있다는 결과를 보고하였다. 그러나 탈기공정의 효율은 pH가 높 고, 반응온도가 높을수록 높아지지만 실험장치를 현장에 적용할 경우에 운전비용은 상당히 증가할 것으로 예상되므로 암모니아 탈기공정의 적정 반응 조건은 이러한 선행 문제를 해결하기 위한 비용편익의 관 점에서 결정되어야 할 것으로 판단된다. 이 연구에서 온도조건은 임의적으로 추후 액비화 처리에 있어서 호기성 세균이 번식하기 좋은 조건인 약 35C 부근으 로 설정하였다.
5124로 검정되어 자기상관정도는매우 낮아 예즉값은 통계적으로 유의한 수준으로 파악되었다. 탈기에 사용한 원수중 총고형물의 함량이 고액분리를 했음에도 불구하고 약 4.7%로서, Arogo et al., (1999)이 제시한 고형물 1% 이상의 수준에서 는 고형물에 의한 영향을 받아 암모니아의 질량전달 이 감소하므로, 탈기 효과를 더욱 높이기 위해서는 이와 같은 원수 중의 고형물의 농도를 최소화하는 방안을 강구하여야 할 것으로 판단된다.
참고문헌 (16)
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