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문제 정의
- 하수처리 분야 등에서는 액상물 처리시 발생하는 침전슬러지의 배출이나 침전물의 특성분석 등에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있지만 가축분뇨 액상처리 분야에서는 아직 침전물 형성과 그 특성에 관한 연구사례가 미약한 실정이다(3,4). 따라서 본 연구에서는 돼지 분뇨 슬러리의 액비화시 생성되는 침전물의 특성을 분석하였다.
제안 방법
- 돈분뇨 슬러리를 저장하는 액비저장조 내에서의 침전슬러지의 형성과 특성에 대한 분석을 실시하였다. 실험결과를 요약 주요 내용은 다음과 같다.
- 돼지분뇨 슬러리를 3 m3 크기의 저장용 탱크에 수표면 높이가 약 1.7 m 높이에 해당하는 정도로 투입하고 베치식으로 운전하며 폭기과정을 거친 후 침전되는 슬러지의 양을 조사하였다. 그 결과 반복처리구 간에 약 40~80 mm 높이의 침전 층이 형성되었는데 침전물 형성 높이는 투입되는 분뇨의 특성 및 고형물 함량과 운전 조건과 운전 기간 등 제반 여건에 큰 영향을 받는 것으로 판단된다.
- 돼지분뇨 슬러리의 액비화시 발생하는 침전물의 특성을 분석하기 위하여 내용량 3 m3 규모의 반응조에 돼지분뇨 슬러리를 투입하였다.
- 폭기가 진행 중인 액비화조에서 채취한 돈분뇨 슬러리 액비 층의 시료를 채취하여 성분을 분석하였다. 이후 돈분뇨 슬러리 액비층을 제거하고 바닥에 남은 슬러리 층을 채취하여 성분 분석을 실시하였다. 상기 두 가지 시료의 성분 분석 결과는 Table 1에 나타난 바와 같다.
- 폭기가 진행 중인 액비화조에서 채취한 돈분뇨 슬러리 액비 층의 시료를 채취하여 성분을 분석하였다. 이후 돈분뇨 슬러리 액비층을 제거하고 바닥에 남은 슬러리 층을 채취하여 성분 분석을 실시하였다.
- 폭기시 공기공급량은 가축분뇨 자원화시설 표준설계도 해설서(5)에 제시된 액비화시 공기 공급량 수준으로 조절하였다. 현장에서 실제로 운영되는 시설에서의 침전슬러지 특성을 분석하기 위하여 실처리 규모 (200 m3)의 액비조에서 침전슬러지를 채취하여 그 특성을 분석하였다. 실처리 규모 시설에서의 시료채취는 액비시용에따라 액비조가 비어있는 시기에 액비조 내에서 직접 채취하였다.
대상 데이터
- 1은 저장되어 있던 액비를 농경지에 시용한 뒤 남은 침전 층의 모습이다. 본 시험에서 조사 대상으로 선정한 상기의 액비저장조는 사용기간이 오래 경과한 저장조로서 보통의 다른 저장조에 비해서는 침전 층이 더 많이 형성된 경우이다. Table 3은 침전 슬러지 층의 하층부에서 채취한 고형물중의 휘발성분 함량과 폭기 중인 엑비조 내에서 채취한 돼지분뇨 슬러리 중의 휘발성 고형물의 함량을 비교한 결과이다.
이론/모형
- 실처리 규모 시설에서의 시료채취는 액비시용에따라 액비조가 비어있는 시기에 액비조 내에서 직접 채취하였다. 시험과정에서 채취한 분석용 시료는 냉장상태로 실험실로 이송한 후 표준분석법에 (AOAC, APHA) 준하여 성분 분석을 실시하였다(6.7).
- 규모의 반응조에 돼지분뇨 슬러리를 투입하였다. 이후 공기를 불어 넣어주는 호기적 액비화 방식을 적용하였다. 폭기시 공기공급량은 가축분뇨 자원화시설 표준설계도 해설서(5)에 제시된 액비화시 공기 공급량 수준으로 조절하였다.
- 이후 공기를 불어 넣어주는 호기적 액비화 방식을 적용하였다. 폭기시 공기공급량은 가축분뇨 자원화시설 표준설계도 해설서(5)에 제시된 액비화시 공기 공급량 수준으로 조절하였다. 현장에서 실제로 운영되는 시설에서의 침전슬러지 특성을 분석하기 위하여 실처리 규모 (200 m3)의 액비조에서 침전슬러지를 채취하여 그 특성을 분석하였다.
성능/효과
- Table 1에 나타난 바와 같이 돈분뇨 슬러리 층에 비해 침전슬러지 층에서 질소와 인 그리고 고형성 성분 등의 농도가 더 높았다. pH는 돈분뇨 슬러리 층에서 더 높은 값을 보였으며 침전 층의 pH도 7.53으로 낮지 않은 값을 보였다. 이는 침전 층의 알칼리도가 돈 분뇨 슬러리 층에 비해 약 3.
- 7 m 높이에 해당하는 정도로 투입하고 베치식으로 운전하며 폭기과정을 거친 후 침전되는 슬러지의 양을 조사하였다. 그 결과 반복처리구 간에 약 40~80 mm 높이의 침전 층이 형성되었는데 침전물 형성 높이는 투입되는 분뇨의 특성 및 고형물 함량과 운전 조건과 운전 기간 등 제반 여건에 큰 영향을 받는 것으로 판단된다.
- 돈분뇨 슬러리 충에 비해 침전슬러지 층에서 질소와 인 그리고 고형성 성분 등의 농도가 더 높았다. pH는 돈분뇨 슬러리 층에서 더 높은 값을 보였다.
- 2는 돼지분뇨 슬러리와 침전 슬러지의 입자크기별 분포 정도를 나타낸 결과이다. 돼지분뇨 슬러리는 2 mm~0.125 mm 사이 크기의 입자가 크기별로 분포해 있는데 비해 침전 슬러지의 경우 전체 입자가 모두 0.125 mm 이하의 크기로 존재하는 것으로 나타났다. 이 결과는 침전 슬러지가 액비화 과정과 침전 기간을 거치는 동안 분해되어서 미립자화 되었다는 것을 의미한다.
- 또한 COD와 SS 농도도 두 층간에 차이가 크게 차이가 난다. 두 층간의 COO 농도 값의 차이를 분석한 결과, S-COD / T-COD 값이 돼지분뇨 슬러리 층의 경우 0.477 인데 비해 침전 층은 0.29 수준으로 더 낮게 나타났다. 이 결과는 침전 층에서의 가용 유기물 함량이 돼지분뇨 슬러리 층보다 낮다는 것을 의미한다.
- 입자크기별 분포 정도를 조사한 결과 돼지분뇨 슬러리는 2 mm~0.125 mm 사이 크기의 입자가 크기별로 분포해 있는데 비해 침전 슬러지의 경우 전체 입자가 모두 0.125 mm 이하의 크기로 존재하는 것으로 나타났다.
- Table 4는 습윤 상태의 침전슬러지와 액비조내에서 자연 건조된 상태의 침전슬러지의 밀도와 고형물 함량을 나타낸 값이다. 자연건조된 슬러지의 경우 상층부보다는 하층부 슬러지의 밀도가 약간 더 무겁고 총고협물 함량의 비율도 상대적으로 높게 나타났다. 반면에 휘발성 교형물의 비율은 더 낮게 나타났는데 이는 침전시 무기성 고형성분의 무게 차이에 의한 침전특성에 기인한 것으로 판단된다.
- 56% 수준이었다. 침전 층에서의 질소와 인의 함량은 각각 9,000~11,100 mg/L와 9,100~11,100 mg/L 수준으로서 두 성분 간의 함량 차이가 거의 없는 것으로 분석되었다. 이 결과 역시 정 등의 연구 보고(8)와 유사한 결과이다.
- 침전 층의 하층부에서의 채취한 고형물에서의 총고형물 함량은 14.9~19.6% 수준으로 폭기과정에서 채취한 돼지분뇨 슬러리중의 총 고형물 2.9~5.3%에 비해 매우 높은 수준을 보였다. 반면에 총 고형물중의 휘발성 고형물 함량은 7.
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