초록 ▼

현재의 농축산물 수입개방으로 인하여 국내의 축산업계는 어려움을 격고 있는데, 축산업의 경우 대규모 축산 경영을 하는 외국에 비하여 주로 중소규모인 국내 축산업계는 여러면으로 경쟁력에서 뒤떨어지고 있다. 이러한 상황하에서 국내 축산농가의 경쟁력 도모와 환경보존을 위해 경제적인 폐수처리가 시급히 요구되고 있다.
외국의 경우를 보면 축산농가의 가축 사육두수가 방대하고 이에 따라 효율적인 페수처리가 가능하데 일반적으로 이러한 고농도의 축산폐수를 처리하기 위하여 혐기성소화공법과 활성슬러지공법이 흔히 쓰이고 있다. 그러나 국

현재의 농축산물 수입개방으로 인하여 국내의 축산업계는 어려움을 격고 있는데, 축산업의 경우 대규모 축산 경영을 하는 외국에 비하여 주로 중소규모인 국내 축산업계는 여러면으로 경쟁력에서 뒤떨어지고 있다. 이러한 상황하에서 국내 축산농가의 경쟁력 도모와 환경보존을 위해 경제적인 폐수처리가 시급히 요구되고 있다.
외국의 경우를 보면 축산농가의 가축 사육두수가 방대하고 이에 따라 효율적인 페수처리가 가능하데 일반적으로 이러한 고농도의 축산폐수를 처리하기 위하여 혐기성소화공법과 활성슬러지공법이 흔히 쓰이고 있다. 그러나 국내의 축산업계는 규모면에서 작아서 이에 따른 경제적문제로 인하여 폐수를 간이처리시설을 이용 처리하거나, 혹은 그대로 방류하고 있는 실정이다. 간이시설의 경우 대부분 축산 폐수를 부패조(Septic Tank)를 거쳐 방류하거나 혹은 희석후 방류하고 있는데, 부패조의 처리 효율이 낮은 실정이어서 적정한 처리를 하지 못하고 있는 실정이다. 따라서 간이처리된 축산폐수의 유출수는 직접적으로 하천 및 호수오염의 주요원인이 되고 있다.
본 연구의 제 1 세부과제 1차년도 연구에서는 양돈 농가로 부터 발생되는 폐수는 고형물의 함량이 높아서 후처리 단계에 어려움이 있었으므로 효과적인 전처리 공정을 개발하고져 시도하였다. 이를 위하여 전처리 단계에서 외국에서 활용되고 있는 방법들을 문헌을 통하여 비교 연구하였으며 실제 실험실 실험에서 짚 Column을 이용한 전처리 과정에 대한 연구를 수행하였다. 또한 침전에 의한 방법도 비교 검토하였다. 또한 2차년도 연구에서는 돈사폐수의 최종처리장치에서 배출되는 유출수를 토양에 적용시켜 완전한 처리를 도모하였으며 더하여 Solid Contact Process를 유출수처리에 적용시켰다.
또한 제 2 세부 과제에서는 살수여상공정을 돈사폐수처리의 후처리공정으로 채택하여 여러가지 설계인자 및 질산화에 관하여 연구하였다.
제 1 세부과제 및 제 2 세부과제의 연구결과는 다음과 같다.
1. 돈사폐수의 전처리 과정으로 짚 Column과 침전관 실험을 비교한 결과 짚 Column을 사용하는 것이 효율적인 것으로 사려 되었다. 특히 용존유기물 제거 효율에 있어서 짚 Column이 보다 우수하였다.
2. 돈사폐수의 침전실험 결과 저농도에서는 고형물 제거 효율이 감소 되었으며 고농도에서는 그 효율이 증가되었는데 이러한 결과로 미루어 보아 실제 처리시 유입수내의 농도가 변하면 그 제거효율이 크게 변하여 운전상의 어려움이 야기될 가능성이 있으므로 우리나라 실정에 맞지 않을 것으로 사려된다.
3. 짚을 여재로 사용하는 경우 약간의 용존 유기물(SCOD)이 용출(leacing)될 가능성이 있으나 실험 결과 시간이 지남에 따라 자연분해 되는 것 같으므로 큰 문제가 없는 것 같다. 다만 짚용출수의 색도가 있어 이에 대한 고려가 있어야 할 것 같다.
4. 짚 Column과 유출수 순환이 있는 2단 살수 여상으로 돈사폐수를 처리한 결과 BOD의 경우 97% 이상, COD의 경우 85% 이상의 제거효율을 나타냈으며 SS의 경우 95% 이상 제거 되었다.
5. 짚 Column과 유출수 순환이 있는 2단 살수여상으로 돈사폐수를 처리한 그 유출수를 포기시간 1.25시간 침전시간 1.15시간의 solids contact 유출수 처리장치로 처리한 결과 처리수의 수질은 F/Mv 비 1.07 ㎏ BOD?/㎏MLSS/d 이하로 운전된 경우 BOD 및 SS의 배출기준으로 보아 "청정지역"의 배출규제 기준을 만족시킬 수 있었다. 하지만 처리수의 COD(sub)(Cr)은 높은 것으로 나타나 이에 대한 고려가 필요하리라 사려된다.
6. Solids contact 공정 운전중 MLSS가 저농도 (827㎎/1)로 운전된 경우 보다 MLSS농도가 높은 (2900㎎/1)인 경우 처리수의 수질이 현저하게 향상된 것으로 나타났다.
7. Solids contact에 의해 유출수 처리법은수처리 공정으로 사려되며 이에 대한 연구가 더욱 필요한 것 같다.
8. 본 실험서 행산 토양주입장치의 유출수 무배출(Effluent Zero Discharge)시의 수리학적 부하량은 0.0073㎥/㎡/day 로 산출되었으며, 토양주입장치에서의 각 부하에 따라 유출수의 유기물 및 부유물의 제거효율은 TBOD의 경우 94.4 - 95.5%가 제거되었다. 또한 유출수의 TBOD/TCOD의 비는 0.13 - 1.3으로 나타나 BOD보다 COD의 제거효율이 높은 것으로 나타났는데, 이는 토양주입장치에서 토양미생물에 의한 생물학적 분해와 더불어 생물학적으로 분해가 느린 유기물들이 토양내에 물리학적 처리 인자인 여과 (Filtration) 및 흡착으로 제거된 것으로 사려된다.
9. 돈사폐수 처리 유출수를 토지주입한 결과 질산화가 상당 부분 진전되었다. 그 결과, 토지주입결과 배출된 침출수 내의 NO?-N의 농도가 높은 것으로 나타나 탈질의 필요성이 대두되었다.
10. 토양의 SAR의 경우 실험전 토양의 0.017에서 0.136으로 증가하여 토양내의 쏘디움이온이 축적되어 운전기간이 길어지면 농작물에 해를 미칠 것으로 사려되며 양이온 교환능력 (CEC)의 경우 실험후 토양에서 10.84 me/100 g으로 나타났다.
11. 짚 Column과 쇄석을 이용한 1 단 살수여상으로 돈사폐수를 처리한 결과 유기물 부하량 0.77 ㎏ BOD/㎥/day 및 수리학적 부하량 1.26 ㎥/㎡/day의 운전 조건하에서 BOD 78.2%, SS 79.9%의 제거효율을 얻을 수 있었다. 이때 고농도 유기물 폐수의 살수여상 적용시 우려되던 여상막힘 현상 (Clogging)은 일어나지 않았다.
12. 1단 살수여상의 운전자료에 의거하여 수학적 Model 에 적용시킨 결과 Ekenfelder 식에서는 k 및 n 이 각각 0.8896, 0.6901 로 계산되었으며 Modified Velz 식의 경우 k?? 값이 0.6824로 산출되었는데 이러한 자료는 돈사폐수를 처리하기 위한 살수여상의 설계에 적용이 가능하다.
13. 돈사폐수의 경우 BOD 실험시 질산화 (Nitrification)의 영향을 고려 하여야 한다.
14. 유출수의 BOD/COD 제거효율과의 관계가 산출되었으며 이 자료는 운전의 지표로 활용이 가능하리라 사려된다.
15. Trace study결과 본 연구실에서 수행한 실험실반응조 내에서의 흐름의 형태는 Plog Flow에 가까운 흐름의 양상을 보였다.
16. 짚 Column을 전처리 공정으로 활용하고 쇄석을 여재로 사용한 2단 살수여상으로 돈사폐수를 처리한 경로가 유출수 재순환이 없는 경우 BOD, 99 ㎎/ℓ; SS, 140 ㎎/ℓ, 유출수를 재순환하는 경우 BOD, 42 ㎎/ℓ; SS, 77 ㎎/ℓ의 최종 유출수수질을 얻을 수 있었다. 이 결과는 폐수배출시설의 배출허용기준을 참고할 때 재순환이 없는 경우는 "나" 지역, 재순환하는 경우는 "가" 지역의 배출허용기준을 충족시킨다.
17. 돈사폐수를 처리함에 있어서 유출수 재순환이 없는 경우 유기물 부하는 1단계와 2단계 살수여상이 각각 1.276, 0.322 ㎏ BOD?/㎥/day 이고 수리학적 부하는 1단계와 2단계 살수여상 모두 2.525 ㎥/㎡/day 인 조건으로 운전한 결과 살수여상에서 BOD 86.9%, SS 71.4%, 짚 Column을 포함한 공정전체에서 BOD 93.9%, SS 91.7% 의 제거효율을 얻을 수 있었다.
18. 유출수를 유입유량의 100%로 재순환시킨 경우, 유기물 부하는 1단계와 2단계 살수여상이 각각 1.377, 0.246 ㎏ BOD?/㎥/day 이고 수리학적 부하는 1단계와 2단계 살수여상이 모두 5.05 ㎥/㎡/day인 조건으로 운전한 결과 살수여상에서 BOD 89.7%, SS 73.9%, 짚 Column을 포함한 공정전체에서 BOD 97.1%, SS 94.1%의 제거효율을 얻을 수 있었다. 따라서 유출수의 수질 및 효율을 고려할때 유출수의 재순환 방법이 유기물 및 부유물질 제거에 효율적이라 사려된다.
19. 2단 살수여상의 처?산화는 완전히 일어나지 않았음을 알 수 있었다재순환이 없는 경우와 비교하여 질산화가 보다 진전된 결과를 보였으나 역시 완전한 질산화는 일어나지 않았다.
20. 전반적인 살수여상의 운전자료를 볼때 총질수(TKN)의 부하량이 감소 할수록 1단 살수여상 및 2단 살수여상을 통한 유출 NH?-N의 농도는 감소함을 알 수 있었다.
21. 질산화 방해시약을 사용한 BOD 측정 비교실험결과 BOD 측정시 질산화에 의한 영향으로 BOD값에 큰 차이를 보일 가능성이 크므로 생물학적 처리공정 설계시 이를 고려하여야 하리라 사려된다. -원문참조-

Abstract ▼

Agriculture-related environmental problems have received a considerable attention in this country possibly because this contribution has significant impacts on the quality of water resources. The piggery wastewater is characterized as high in suspended solids(SS) and BOD? concentrations. In addi

Agriculture-related environmental problems have received a considerable attention in this country possibly because this contribution has significant impacts on the quality of water resources. The piggery wastewater is characterized as high in suspended solids(SS) and BOD? concentrations. In addition, there are significant daily and seasonal variation in terms of amount and quality. Furthermore, 95% of hog farmers in Korea raise less than 100 hogs, and 41% of hog farmers raise 100 to 1000 hogs resulting the engineering solution difficult to solve because of the size-economy.
A 3-year research was conducted in order to evalute the treatment method particularly approprite to these conditions for the small tp medium-size hog farms in Korea. The first part of 2-year research was focused to evalute the effective pretreatment method and final effluent treatment method. The settling process and rice straw filtration process were compared as a pretreatment method. Final effluent treatment methods include the solids contact process as well as the land treatment were considered. The second part of 2-year research was to evalute the effectivenes of the trickling filter as a secondary treatment. The design parameters including effects of effluent recycle were further considered. Third part of the 3-year research examined the fertilizer value of removed rice-straw medium using various kinds of plants.
Due to the high SS and BODs contents, and efficient pretreatment would be essential for the successful secondary treatment for piggery wastewater. in order to minimize the clogging problem, a pre-treatment process using the rice straw filtration was applied in this study. trickling filter would be an attractive option for the small to medium scale piggery wastewater treatment because of its low operation and maintenance costs.
The followings were found during the 2-year study of the first and second part of the research :
The experimental results indicated that filteration step effectively removed SS and organics in raw wastewater.
The rice-straw filtration followed by trickling filter successfully treated the piggery wastewater sithout a clogging problem. The overall treatment efficiency of SS, BOD? and COD were up to 94%, 97% and 84%, respectively.
The trickling filter effluent recycle improved the effluent qualities probably due to the dilution effects. The kinetic constant that necessary for the trickling filter design were also evaluted. In addition, it was noticed that BOD? test values were influenced by the nitrification effects as a function of wastewater concentrations. The finding leads to a careful examination of nitrification effect on wastewater treatment plant design and operation.
The solids contact process was proved as an effective process for the effluent treatment. The experimental results of land application using treated effluent showed a potential for the zero-discharge of the pollutants.
The experiments of the third subject of overall research project was conducted to evaluate influence of the Experimental Product (EP) on growth and nutrient uptake by crops and soil chemical properties, as a trial to pursue an effective utilization of animal wastes. The EPs were manufactured from the straws in the column of the tricking filter method employed to filter pig feces in this study.
The EPs with various degrees of fermentation and filtrates were used as fertilizer sources. Crops evaluated in this experiment were lettuce, orchard grass and rye for the first, second, and third year experiments, respectively. Compost with the recommended levels was included in the treatment to compre with the effect of Experimental Products.
The applied EP improved growth of crops in such parameters as height, fresh weight, and dry weight etc. and this effect was synergistic when being applied together with filtrates of pig feces and background fertilizers of N, P, and K. These effects of EP were superior to those of compost based on the same application level.
Combined treatments of EP and filtrates increased the amounts of nutrients taken up by crops such as N,P,K,Ca, and Mg, and these increments were higher than those by EP treatment only. Especially, the increases of phosphorus uptake were observed throughout the entire three years experiments. There were significant positive correlations between increased P uptake and soil P levels as a result of EP applications. Effects of EP on nutrient uptake were dependent upon method of its pretreatment. Nitrogen uptake for example were enhanced more by treatment of fermented EP thant by that of not fermented EP. However, no singificant effect of filtrate on nutrient uptake was observed among three methods (depths)of injecting filtrates into soil. Treatment of EP and filtrate did not show a major negative effect on nutrient uptake by crops, and changes of nutrients levels in crops due to applications were interdependent upon those in soils.
Applications of EP and filtrate increased the contents of soil organic matter, exchangeable cations, and available phosphorus in soils. Also values of electrical conductivity (EC), exchangeable sodium percentage (ESP), and sodium adsorption ratio (SAR) were increased due to treatments. These increases by applying this type of organic fertilizers were concerned, but the increased values of EC, ESP, and SAR were far lower than 4 dS/m, 15%, and 15, respectively, which are criteria for soils being classified as saline or sodic. Thus, side effects such as salt accumulation, salt toxicity, or sodication hazards were considered to be insignificant due to the treatments. Rather, applications of EP and filtrates were thought to be effective for crop growth, since nutrients in those materials are readily available for crops.
From the results of this experiments, EP and filtrate, which are by-products of animal waste treatment process, were evaluated as a good fertilizer source to crops growing in soils of low fertility, because they improved or increased crop growth, nutrient uptake and soil fertility parameters. However, these effects can be immediate or residual depending upon pretreatment of these type of organic sources, since nutrients in these have to be mineralized to be taken up by crops. Therefore, more continuous researches on environmental impact, recommendation, residual effects, treatment method, and side effects etc. were considered to be necessary.

목차 Contents

• 제1 세부과제...14
• 제1장 서론...16
• 제2장 문헌연구...18
• 제3장 연구방법...64
• 제4장 결과 및 분석...83
• 제5장 결론...123
• 제2 세부과제...130
• 제1장 서론...132
• 제2장 문헌연구...136
• 제3장 실험...156
• 제4장 실험결과 및 분석...166
• 제5장 결론...224
• 제3 세부과제...230
• 제1장 서론...232
• 제2장 재료 및 방법...234
• 제3장 결과 및 고찰...242