본 연구는 양돈분뇨를 이용하여 생물, 화학, 물리적 공정을 연계하여 각 공정별로 자원화 할 수 있도록 다중 분획 자원화 공정(MPAD) 기술을 개발하고 이를 현장 적용하였으며 공정별로 생산된 생산물의 비료이용 가능성에 대해 검토하였다. 특히 석회고형화 장치에서 생산된 석회처리고형물의 생산공정을 통해 자원순환형 토양개량재로서의 가능성을 살펴볼 수 있었다. 우리나라의 토양은 강원도의 영월, 정선, 충청북도의 단양, 경상북도의 문경 지역 등 일부 석회암지대를 제외하면 거의 모든 토양이 산성토양이다. 또한, 광산활동을 하고 있는 지역에서는 그 특성상 광미나 산성광산 폐수 등으로 인해 토양산성화 등의 오염이 여타지역과 비교해 매우 심각하게 발생하고 있는 실정이다. 산성폐수나 침출수를 처리할 때에는 일반적으로 중화법이 널리 사용되고 있다. 이를 위해 석회질의 alkalinity가 높은 화합물이 사용되고 있는 것으로 알려져 있으며, 산림복원이나 토양개량의 경우에도 복토재나 비료에 석회처리를 하여 오염토양을 복원하는 방법을 사용하고 있다. 석회처리고형물은 기존의 일반 퇴비에 비해 유기물과 다량의 석회질이 포함되어 있고, 다양한 크기의 펠렛으로 생산 할 수 있다. 따라서 훨씬 고품질의 퇴비를 경지에 환원할 수 있을 뿐만 아니라, 산성오염 토양 및 광해지역에서의 토양개량재로서도 그 가능성이 기대된다.
본 연구는 양돈분뇨를 이용하여 생물, 화학, 물리적 공정을 연계하여 각 공정별로 자원화 할 수 있도록 다중 분획 자원화 공정(MPAD) 기술을 개발하고 이를 현장 적용하였으며 공정별로 생산된 생산물의 비료이용 가능성에 대해 검토하였다. 특히 석회고형화 장치에서 생산된 석회처리고형물의 생산공정을 통해 자원순환형 토양개량재로서의 가능성을 살펴볼 수 있었다. 우리나라의 토양은 강원도의 영월, 정선, 충청북도의 단양, 경상북도의 문경 지역 등 일부 석회암지대를 제외하면 거의 모든 토양이 산성토양이다. 또한, 광산활동을 하고 있는 지역에서는 그 특성상 광미나 산성광산 폐수 등으로 인해 토양산성화 등의 오염이 여타지역과 비교해 매우 심각하게 발생하고 있는 실정이다. 산성폐수나 침출수를 처리할 때에는 일반적으로 중화법이 널리 사용되고 있다. 이를 위해 석회질의 alkalinity가 높은 화합물이 사용되고 있는 것으로 알려져 있으며, 산림복원이나 토양개량의 경우에도 복토재나 비료에 석회처리를 하여 오염토양을 복원하는 방법을 사용하고 있다. 석회처리고형물은 기존의 일반 퇴비에 비해 유기물과 다량의 석회질이 포함되어 있고, 다양한 크기의 펠렛으로 생산 할 수 있다. 따라서 훨씬 고품질의 퇴비를 경지에 환원할 수 있을 뿐만 아니라, 산성오염 토양 및 광해지역에서의 토양개량재로서도 그 가능성이 기대된다.
This study was carried out to investigate the feasibility of Multi Process of Aerobic Digestion (MPAD) for recycling of swine manure slurry as fertilizer. MPAD consisted of three kinds of difference process which are thermophilic aerobic oxidation (TAO) system, lime solidification system, and revers...
This study was carried out to investigate the feasibility of Multi Process of Aerobic Digestion (MPAD) for recycling of swine manure slurry as fertilizer. MPAD consisted of three kinds of difference process which are thermophilic aerobic oxidation (TAO) system, lime solidification system, and reverse osmosis (R/O) membrane system. TAO system was studied well previously for decade. The chemical composition of the lime-treated solid fertilizer was as like that organic matter 17.4%, moisture 34.1%, N 0.9%, P 1.7%, K 0.3%, Ca 12.7%, and which was expected to be useful as acid soil amendment material. The concentrated liquid material produced by R/O membrane system was also expected as a good fertilizer for crops production and soil fertility improvement.
This study was carried out to investigate the feasibility of Multi Process of Aerobic Digestion (MPAD) for recycling of swine manure slurry as fertilizer. MPAD consisted of three kinds of difference process which are thermophilic aerobic oxidation (TAO) system, lime solidification system, and reverse osmosis (R/O) membrane system. TAO system was studied well previously for decade. The chemical composition of the lime-treated solid fertilizer was as like that organic matter 17.4%, moisture 34.1%, N 0.9%, P 1.7%, K 0.3%, Ca 12.7%, and which was expected to be useful as acid soil amendment material. The concentrated liquid material produced by R/O membrane system was also expected as a good fertilizer for crops production and soil fertility improvement.
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문제 정의
본 연구는 양돈분뇨를 이용하여 생물, 화학, 물리적 공정을 연계하여 각 공정별로 자원화 할 수 있도록 다중 분획 자원화 공정 (MPAD) 기술을 개발하고 이를 현장 적용하였으며 공정별로 생산된 생산물의 비료 이용 가능성에 대해 검토하였다. 특히 석회고형화장치에서 생산된 석회처리고형물의 생산공정을 통해 자원순환형 토양개량재로서의 가능성을 살펴볼 수 있었다.
이에 본 연구는 양돈분뇨의 효율적인 자원화를 위해 3가지의 생물, 화학, 물리적 공정을 단락적으로 연계하여 각 공정별로 자원화할 수 있도록 한 다중 분획 자원화 공정 기술을 개발하고 이를 현장 적용하였으며 공정별로 생산된 생산물의 비료이용 가능성에 대해 검토하였다.
제안 방법
1) 로 시료를 채취하여 분석하였다. 대부분의 수질 항목 분석은 일반적으로 널리 이용되고 있는 수질 공정 시험법이나 Standard Methods 의 규정에 따라 분석하였으며, 고형물은 비료 공정 규격에 명시된 N, P, K, Ca, S, Pb, Cd, Cu, Cr, As, Hg, Ni, Zn 등을 분석하였다.
도모하였다. 분뇨 저장조에 저장되어 있는 가축분뇨를 전처리 없이 이송펌프를 통해 생물학적 처리공정인 고온호기 발효 장치에 투입하였으며, 강력한 혼합과 폭기를 동시에 수행하여 고온미생물에 의한 자가 발열 반응이 일어나도록 유도하였다.6, 7, 8)
생물학적 처리공정인 고온호기액상발효 장치와 화학적 응집공정인 석회처리 장치와 물리적 정제공정인 역삼투막분리 장치가 연계된 다중분획자원화 (MPAD: Multi Process Aerobic Digestion) 공정으로 양돈분뇨 처리하여 각 공정별로 발효액비, 유기석회비료, R/O 농축액비를 생산하였다. 그 결과는 다음과 같다.
0으로 상승시켰다. 여기에 철염과 고분자 응집제를 투입하여 플럭의 거대화를 유도한 후 필터프레스를 이용하여 응집된 폐수의 고 . 액을 분리 하였다.
유입수 및 유출수를 포함하여 슬러지를 분석할 경우 실험항목은 주로 pH, 유기물 (CODm„, BODs), 질소 (T-N), 인 (T-P), 고형물 (SS, TS), 대장균 등으로, 각 공정 별 (Fig. 1) 로 시료를 채취하여 분석하였다. 대부분의 수질 항목 분석은 일반적으로 널리 이용되고 있는 수질 공정 시험법이나 Standard Methods 의 규정에 따라 분석하였으며, 고형물은 비료 공정 규격에 명시된 N, P, K, Ca, S, Pb, Cd, Cu, Cr, As, Hg, Ni, Zn 등을 분석하였다.
응집시료 조정조에서는 고온호기 발효액의 알칼리 처리를 위해 소석회를 투입하여 pH 를 9.0~ 12.0으로 상승시켰다. 여기에 철염과 고분자 응집제를 투입하여 플럭의 거대화를 유도한 후 필터프레스를 이용하여 응집된 폐수의 고 .
이론/모형
처리수가 발생한다. 이때 발생하는 처리 수를 공공처리장의 폐수방류기준에 준하여 분석하였다. 방류수 수질기준에는 BOD;, CODMn, SS, T-N, T-P, 대장균을 측정하도록 되어 있으며, 생성된 방류수의 평균 농도는 각각 BOD5 15mg/L, CODMn 25 mg/L, SS 3 mg/L, T-N 43 mg/L, T-P 0 mg/L, 대장균 불검출로 수질기준인 BOD5 30 mg/L, COD/ 50 mg/L, SS 30 mg/L, T-N 60 mg/L, T-P 8 mg/L 이하로 수질기준에 적합하여 하수연계를 하거나 혹은 중수도로 재이용도 가능할 것으로 사료된다.
성능/효과
1. 고온호기액상발효 장치에서 생산된 발효액 비 의 농도는 BOD5 8, 286 mg/L, CODMn 10, 036 mg/L, SS 38, 117 mg/L, T-N 3, 846 mg/L, T-P 964 mg/L, 대장균 불검출로 나타났다.
2. 석회처리장치에서 생산된 석회 처리 고형물의 성상은 유기물 17.4%, 수분 34.1%, Ca 12.7% Pb 21.6㎎/㎏, Cd 0.9 ㎎/㎏, Cu 227.6 ㎎/㎏, Cr 17 ㎎/㎏, As 불검출, Hg 불검출, Ni 12.1 ㎎/㎏, Zn 541.5 ㎎/㎏으로 Cu와 Zn이 비교적 높게 나왔지만 비료공정 규격의 300n@kg과 900 ㎎/㎏ 의 기준치 이하이고 그 외의 중금속 농도 역시 기준치 이하였으며 유기물과 N, P, K의 비료 성분을 충분히 포함하고 있어 비료에 적합한 고형물이 생산되었다. 또한 수분 341%로 이 양은 자연 건조가 가능하여 따로 수분 조절제 가필요 않을 것으로 사료된다.
또한 수분 341%로 이 양은 자연 건조가 가능하여 따로 수분 조절제 가필요 않을 것으로 사료된다.3)
. R/O 농축액비는 지역적 환경과 작물 생육에 조건에 따라 맞춤형 액비로서의 가능성이 기대된다.
4. 역삼투막분리 장치를 거쳐 생성된 방류수의 평균 농도는 각각 BOD5 15 m以L, COIXto 25 mg/L, SS 3 mg/L, T-N 43 mg/L, T-P 0 mg/L, 대장균 불검출로 수질 기준인 BODs 30 mg/L, CODMn 50 mg/L, SS 30 mg/L, T-N 60 mg/L, T-P 8 mg/L 이 하로 수질기준에 적 합하게 만족하고 있어 하수연계를 하거나 혹은 중수도로 재이용 가능하다는 것을 볼 수 있다.
9%의 처리효율을 나타냈다. CODm의 유입 수질 농도는 25, 877 mg/L 이며 처리수의 C0Dm„ 농도는 25 mg/L로 99.9%의 처리 효율을 나타내어 대부분의 유기물이 제거되었음을 확인할 수 있었다 SS의 유입수질 농도는 40, 927mg/L이며 처리수의 SS 농도는 3 mg/L로 99.9%의 처리효율을 나타냈다. T-N 의 유입수질 농도는 #이며 처리 수의 T-N 농도는 43 mg/L로 99.
1 %의 처 리 효율을 나타내어 대부분의 질소가 제거 되었다. T-P의 유입수질 농도는 1, 082 mg/L이며 처 리수 농도는 0 mg/L과 99.9%의 처리효율을 나타내어 대부분의 인이 제거됨을 볼 수 있었다. 각 공정별 농도변화 및 처리효율은 (Table 2)에 나타내었다.
고형물의 성상 분석이다. 결과에서 알 수 있듯이 각 중금속의 농도가 Pb 21.6 mgkg, Cd 0.9 ㎎/㎏, Cu 227.6 ㎎/㎏, Cr 17 ㎎/㎏, As 불검출, Hg 불검출, Ni 12.1㎎/㎏, Zn 541.5㎎/㎏로 Cu와 Zn이 다소 높게 나타났으며, 유기물 17.4%과 N 0.8%, P 1.7%, K 0.3%로 비료 성분을 포함하고 있어 비료에 적합한 고형물이 성형된 것을 볼 수 있다. 또한 수분 34.
이때 발생하는 처리 수를 공공처리장의 폐수방류기준에 준하여 분석하였다. 방류수 수질기준에는 BOD;, CODMn, SS, T-N, T-P, 대장균을 측정하도록 되어 있으며, 생성된 방류수의 평균 농도는 각각 BOD5 15mg/L, CODMn 25 mg/L, SS 3 mg/L, T-N 43 mg/L, T-P 0 mg/L, 대장균 불검출로 수질기준인 BOD5 30 mg/L, COD/ 50 mg/L, SS 30 mg/L, T-N 60 mg/L, T-P 8 mg/L 이하로 수질기준에 적합하여 하수연계를 하거나 혹은 중수도로 재이용도 가능할 것으로 사료된다.
본 연구에 사용되어진 가축분뇨는 강원도 W시에 위치한 양돈농장에서 수거 하였으며 원수의 평균 성상은 pH 7.1, 총고형물 함량 (Total solid, TS) 5.1%, 평균 BODS 34, 540 mg/L과 CODmii 25, 877 mg/L, SS 40, 927 mg/L, T-N 4, 864 mg/L, T-P 1, 082 mg/L, 대장균 47, 837개수/#으로 공공처리장에 유입되는 농도보다 비교적 높게 나타났다 (Table 1).
대해 검토하였다. 특히 석회고형화장치에서 생산된 석회처리고형물의 생산공정을 통해 자원순환형 토양개량재로서의 가능성을 살펴볼 수 있었다.
협잡물 제거기에서 축산폐수 내 조입자, Grift 제거를 실시하고, 유입유량의 변동, 기기 보수 등을 위하여 저류조를 설치하여 유입하는 죽산폐수의 유량과 수질을 균등화함으로서 처리효율을 높이고 처리수질의 향상을 도모하였다. 분뇨 저장조에 저장되어 있는 가축분뇨를 전처리 없이 이송펌프를 통해 생물학적 처리공정인 고온호기 발효 장치에 투입하였으며, 강력한 혼합과 폭기를 동시에 수행하여 고온미생물에 의한 자가 발열 반응이 일어나도록 유도하였다.
후속연구
있다. 5)따라서 훨씬 고품질의 퇴비를 경지에 환원할 수 있을 뿐만 아니라, 산성오염 토양 및 광해지역에서의 토양개량재로서도 그 가능성이 기대된다.
참고문헌 (14)
이수경. 2003. 가축 분뇨의 친환경자원화 연구. 상지대학교 석사학위 논문.
이준희. 2006. 가축분뇨 발효액을 이용한 유기석회비료 생산 통합 공정기술 적용 연구. 상지대학교 석사학위논문.
중소기업청. 2006. 가축분뇨 발효액을 이용한 고품질 유기 비료 생산 기술개발, 중소기업기술혁신개발사업 보고서.
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