초록 ▼

슬러리 상태의 양돈폐수 고액분리용 2단 압착식 슈퍼데칸트를 설계 및 제작하기 위하여 양돈단지 농가를 선정하였고 고액분리 실험을 통하여 분리특성과 장치에 적용되어야 할 노하우를 습득하였다.
2단 압착식 슈퍼데칸트의 바울과 스크류 컨베이어를 대상으로 전산유체 해석을 통하여 Fluid Channel의 형성 및 구조, 분공의 위치와 형상 등 최적의 기하학적 구조를 결정하였고 슈퍼데칸트 내부에서 일어나는 고액 분리 현상을 해석하였다. 또한 수치해석기법 중 Patanker의 검사체적에 기초한 유한차분법을 이용하여 스크류 컨베이어 분공에서

슬러리 상태의 양돈폐수 고액분리용 2단 압착식 슈퍼데칸트를 설계 및 제작하기 위하여 양돈단지 농가를 선정하였고 고액분리 실험을 통하여 분리특성과 장치에 적용되어야 할 노하우를 습득하였다.
2단 압착식 슈퍼데칸트의 바울과 스크류 컨베이어를 대상으로 전산유체 해석을 통하여 Fluid Channel의 형성 및 구조, 분공의 위치와 형상 등 최적의 기하학적 구조를 결정하였고 슈퍼데칸트 내부에서 일어나는 고액 분리 현상을 해석하였다. 또한 수치해석기법 중 Patanker의 검사체적에 기초한 유한차분법을 이용하여 스크류 컨베이어 분공에서부터 압력유체로 분출되어져 원심력장에서 고형물 입자와 여액(supernatant)의 분리시 나타나는 운동특성과 슬러지의 바울내벽 적층상태 기작을 해석하였다. 이 결과로 운전 중 가장 심하게 마모되어지는 분공 주변 스크류 컨베이어 날(Blade) 손상에 대비하도록 최적의 내마모 처리에 활용할 수 있는 아이디어를 도출하였다.
최종년도에는 처리능력 20 $m^{3}$/hr 인 2단 압착식 슈퍼데칸트를 양돈단지 농가에 고액분리공정 투입 및 실험이 가능한 시스템으로 구성하도록 슬러리 공급장치, 유량계, Main Control Board, V 벨트 컨베이어, 응집제 교반장치 등을 설치하였다.
최대로 제거된 고형물은 퇴비화하여 재활용하고 탈수여액은 생물학적 고도처리공정으로 처리하여 방류수 수질기준을 만족할 수 있는지 평가하였다. 이를 위하여 고도처리 적정성 평가를 수행하였으며 탈수케이크의 퇴비화실험과 축산폐수 종합처리 시스템의 최적화 모델을 제시하였다.
본 연구에서 개발하고자 하는 2단 압착식 슈퍼데칸트는 스크류데칸트에서 발전된 기계형식으로 TS 제거율 45 %, 슬러지 함수율 73 % 수준인 현재까지의 기술 수준보다 훨씬 진보된 TS 제거율 49 % 이상, 슬러지 함수율 69 % 이하를 구현할 수 있다. 또한 처리능력이 기존의 3 배에 달하는 20 $m^{3}$/hr 인 2단 압착식 슈퍼데칸트과 아울러 슈퍼데칸트 운용시 최적의 응집제 선정 및 사용기술, 퇴비화기술을 개발하고 여액(Supernatant) 처리를 위한 폐수처리 시스템을 제시하여 향후 급속히 증설 예상되는 국내 양돈폐수 공공처리장에 적용함과 동시에 세계시장에 진출하고자 한다.

Abstract ▼

Swine wastewater is generally characterized by high concentration of dissolved organic carbon and of nitrogen and phosphorus. It has been known that the major cause of eutrophication of lakes and rivers in Korea is due to the inadequate treatment of swine wastewater, threatening the water quality of

Swine wastewater is generally characterized by high concentration of dissolved organic carbon and of nitrogen and phosphorus. It has been known that the major cause of eutrophication of lakes and rivers in Korea is due to the inadequate treatment of swine wastewater, threatening the water quality of the drinking water reservoir.
A new effluent regulation for the treatment of swine wastewater has became effective in 1999 in Korea. The discharge guideline should meet BOD concentration less than 20 mg/L, COD concentration less than 40 mg/L, total nitrogen less than 60 mg/L and total phosphorus less than 8 mg/L. This regulation is much more strict than that of European Communities which allow the direct discharge of effluent from the anaerobically pretreated swine wastewater to the crop land.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...7
• 요약문 ...9
• SUMMARY ...17
• CONTENTS ...23
• 목차 ...27
• 그림목차 ...33
• 표목차 ...49
• 제1장 서 론 ...55
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...61
• 제3장 2단 압착식 슈퍼데칸트의 이론적 설계 ...69
• 제1절 2단 압착단 및 Bowl, Screw Conveyer End의 설계 ...71
• 1. 내부용적 계산 ...71
• 2. 각 압착단 구조계산 ...76
• 3. 압착단 설계 ...83
• 4. Hub 및 배출구 설계 ...96
• 제2절 감속기, 동력장치 및 윤활장치의 설계 ...99
• 1. 충진슬러지 작용력 ...99
• 2. 압착단의 작용력 ...103
• 3. 슬러지 이송속도 및 체류시간 ...106
• 4. Screw Conveyer Blade의 체적 계산식 정립 ...106
• 제3절 여과비저항 측정 ...107
• 1. 여과비저항 측정장치구성 ...107
• 2. 여과비저항 측정방법 ...108
• 3. SRF 산출관계식 ...108
• 4. 여과비저항 측정 ...109
• 5. 압착단 압력적용 ...113
• 제4절 벨트와 벨트풀리의 설계 ...117
• 제5절 압착단 stripe의 설계 ...121
• 1. 작용력 ...121
• 2. 작용 메카니즘 ...122
• 3. 비교분석 ...125
• 제6절 2단 압착식 슈퍼데칸트의 구조해석 ...125
• 1. 유한요소해석 모델링 ...129
• 2. 강도조건을 고려한 유한요소 설계 이론식 ...131
• 3. 구조해석 및 결과 ...135
• 제7절 결과 및 고찰 ...145
• 제4장 고 원심력장 내의 고액분리양태 및 슬러리 유동해석을 위한 수학적 모델 및 수치해석 ...148
• 제1절 수학적 모델 및 수치해석 방법 ...150
• 1. 유체상 운동 방정식 ...151
• 2. 난류 모델 ...152
• 3. 벽함수 (wall function) ...153
• 4. 고상입자의 궤적 해석 ...155
• 5. 스크류 데칸트의 입자 해석 ...160
• 제2절 스크류 데칸트의 분리 1단 해석 ...162
• 1. 경계 조건 ...163
• 2. 해석 주요변수 지정 ...165
• 3. 유동해석 및 결과 ...166
• 4. 수치해석 결과 분석 ...176
• 제3절 스크류 데칸트의 분리단계 해석 ...179
• 1. 슬러리 유동해석 범위 ...179
• 2. 경계 조건 및 해석장 형성 ...181
• 3. 해석 주요변수 지정 ...183
• 4. 유동해석 및 결과 ...184
• 5. 수치해석 결과 분석 ...192
• 제4절 결과 및 고찰 ...192
• 제5장 축산폐수의 응집탈수 특성평가 ...194
• 제1절 실험실 규모의 Basket Centrifuge 제작 ...196
• 제2절 발생원별 축산폐수의 물리.화학적 특성 ...199
• 1. 시료 채취 및 분석 ...200
• 2. 국내 축산폐수의 물리.화학적 특성 ...201
• 3. 축산폐수의 입도 분석 ...209
• 4. 외국 축산폐수와의 성상 비교 ...212
• 제3절 개량제에 따른 축산폐수의 응집 및 탈수특성 평가 ...216
• 1. 최적 응집조건 도출 ...217
• 2. Basket Centrifuge를 이용한 축산폐수 고액분리 특성평가 ...235
• 제4절 결과 및 고찰 ...249
• 제6장 2단 압착식 슈퍼데칸트를 이용한 고액분리 실험 ...252
• 제1절 실험장치 구성 ...254
• 1. 2단 압착식 슈퍼데칸트의 현장구성 ...254
• 2. 슬러리 공급장치 구성 ...262
• 3. 응집제투입장치 구성 ...269
• 4. 제어반(Main Control Board) 구성 ...271
• 제2절 무응집실험 ...277
• 1. 실험조건 설정 ...277
• 2. 실험결과 및 고찰 ...281
• 제3절 응집실험 ...290
• 1. 응집제운용 ...290
• 2. 실험결과 및 고찰 ...296
• 제4절 고액분리실험 결과 ...305
• 제7장 2단 압착식 슈퍼데칸트 탈수여액의 고도처리 적정성 평가 ...308
• 제1절 축산폐수 현황 ...310
• 1. 축산폐수 방류수의 수질기준 ...310
• 2. 국내 기술 현황 ...312
• 3. 국외 기술 현황 ...323
• 4. 고액분리 공정의 필요성 ...325
• 제2절 생물학적 영양염류 제거 기작 ...326
• 1. 생물학적 질소 제거 ...326
• 2. 생물학적 인제거 ...330
• 제3절 축산폐수 탈수여액의 고도처리 적정성 평가 ...337
• 1. 축산폐수 탈수여액의 고도처리 가능성 검토 ...337
• 2. 회분식 반응조 운전 ...338
• 3. Sequencing Batch Reactor(SBR) 운전 ...344
• 4. 2단 압착식 슈퍼데칸트를 이용한 축산폐수의 전처리 효율평가 ...373
• 5. 축산폐수 종합처리시스템의 최적화 ...375
• 제4절 결과 및 고찰 ...379
• 제8장 2단 압착식 슈퍼데칸트 탈수케이크의 퇴비화 ...382
• 제1절 퇴비화 운영실태 조사 및 공정분석 평가 ...384
• 1. 퇴비화 시설 실태조사 ...384
• 2. 국내운영 퇴비화시설의 공정효율 분석 ...390
• 3. 외국의 퇴비화 시설 ...396
• 제2절 양돈슬러지 탈수케이크의 퇴비화실험 ...397
• 1. 퇴비화 이론 ...397
• 2. 실험재료 및 방법 ...412
• 3. Lab-scale 퇴비화 기초실험(10L) ...417
• 4. Lab-scale 퇴비화실험(50L) ...424
• 5. Field 퇴비화 실험(500L) ...437
• 제3절 Full Scale 퇴비화를 위한 최적공정 검토 ...448
• 1. 양돈슬러지 퇴비화 공정의 흐름도 ...448
• 2. 분해원리에 따른 퇴비화 최적조건 ...449
• 3. 퇴비화 단위공정의 구성 ...451
• 4. Full Scale 축분퇴비화를 위한 최적공정 예시 ...454
• 제4절 결과 및 고찰 ...455
• 제9장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 ...458
• 1. 연구개발 목표 달성도 ...460
• 2. 대여기여도 ...462
• 제10장 연구개발 결과의 활용계획 ...464
• 참고문헌 ...468
• 부록 ...474