초록 ▼

우리나라에서 발생하는 축산분뇨는 축산업의 전문화/대규모화 되어 감에 따라 발생량 또한 증가하고 있으며 이전에는 해양배출을 통한 처리가 가능하였으나 현재는 해양배출이 전면 금지되어 있기 때문에 육상에서 처리가 되어야 한다. 정화처리, 퇴액비 제조를 통한 자원순환 방법으로 축산분뇨를 처리하고 있으며 이 중 퇴액비화는 2010년 기준 총 86.6%의 비율을 차지한다. 하지만 충분히 숙성이 되지 않기 때문에 악취로 인한 문제가 발생하고 작물생산성에도 영향을 미치고 있으며 따라서 대부분의 농가에서는 축산분뇨 퇴액비의 사용을 기피하고 있다.

우리나라에서 발생하는 축산분뇨는 축산업의 전문화/대규모화 되어 감에 따라 발생량 또한 증가하고 있으며 이전에는 해양배출을 통한 처리가 가능하였으나 현재는 해양배출이 전면 금지되어 있기 때문에 육상에서 처리가 되어야 한다. 정화처리, 퇴액비 제조를 통한 자원순환 방법으로 축산분뇨를 처리하고 있으며 이 중 퇴액비화는 2010년 기준 총 86.6%의 비율을 차지한다. 하지만 충분히 숙성이 되지 않기 때문에 악취로 인한 문제가 발생하고 작물생산성에도 영향을 미치고 있으며 따라서 대부분의 농가에서는 축산분뇨 퇴액비의 사용을 기피하고 있다. 본 연구의 최종목표는 자가발열호기소화(ATAD)공법에 미생물전기화학기술을 접목시켜 악취발생을 최소화 하며 고효율로 축산분뇨을 부숙시키고 양질의 액비를 생산하는 기술을 개발하고자 하는데 있다.

1차년도(6개월)에는 20 L 반응조를 2개 설치하고 회분식으로 ATAD 운전을 할 수 있도록 시스템을 구성하였다. PLC(Programmable Logic Controller)와 HMI(Human Machine Interface)를 이용해 측정된 ATAD 결과값을 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 하였다. 전기친화미생물을 배양하여 실험에 사용할 수 있도록 준비하였다. 2차년도(12개월)에는 실제 분뇨를 투입하여 ATAD 반응조를 운전하였고 온도가 50℃이상으로 장기간 운전이 가능한 것을 확인한 후 공기량을 달리하여 주입하였다(ATAD1: 100-150 mL/min, ATAD2: 5 L/min). 분석항목을 설정하고 2~3일 간격으로 분석하여 공기량에 따른 ATAD 처리효율을 파악하였다. 공기량에 따른 ATAD 효율을 살펴본 결과 공급되는 공기량이 충분한 경우(5 L/min 이상) 온도가 최고 68℃까지 상승하였고, 이로 인해 암모니아성질소, COD 등의 감소가 빨리 진행이 되었다. 하수처리장 1차침전지액을 이용하여 chloride의 분해와 생성물에 의한 암모니아성질소 제거에 대한 연구를 진행하였다. 전기화학처리기술의 적용가능성을 평가하고자 하수종말처리장 유출수를 이용하여 실험을 실시하였다. 전압은 0V, 0.6V, 1.2V, 3V, 5V로 설정되었고 3V이하에서는 pH가 일부 상승한 것을 제외하고 어떠한 값의 변화가 관찰되지 않았으나 3V 이상의 전압이 가해졌을 때 질소형태(NH₄⁺-N, NO₂^--N, NO₃^--N)의 약 50%의 감소가 관찰되었고 EC 또한 감소되었다, 탁도는 초기 28NTU가 측정되었고 육안으로 확인하였을 때 상당히 불투명하였으나 3V 이상의 전압의 실험을 통해 NTU가 많이 낮아졌고 육안으로도 많이 투명해 진 것을 확인하였다. 3차년도(12개월)에는 pH, 온도, 전극유무의 영향을 연구하였다. 특이한 점은 고온(50~65℃)에서의 COD의 제거보다는 쿨러를 이용하여 38±1℃로 유지한 경우에 COD제거 효율이 더 높게 측정되었다. 소량의 전압(0.8V)을 인가한 경우에는 컨트롤과 비교시 큰 차이를 보이지 않았다. 고온 미생물의 산소소모율은 0.76∼0.85mg O2/sec·g MLVSS로 계산되었다. 전기분해시 chloride가 분해되면서 monochloramine, dichloramine, free chlorine을 생성하며 free chlorine은 암모니아성질소와 결합하여 질소가스 형태로 바꾸어 폐수 내 암모니아성질소를 제거한다. 전압이 높을수록 chloride의 분해가 활발히 이루어졌기 때문에 암모니아성질소의 제거율도 높았다. 전기분해를 정지하고 PAC(Particular Activated Carbon)을 투입하였을 때 암모니아성질소는 제거되지 않았지만 전기분해로 발생한 monochloramine, dichloramine, free chlorine의 농도는 확연히 감소하였다. KLa는 온도가 증가하고 폭기 및 반응액의 교반이 빠를수록 높아지는 경향을 보였다.

ATAD반응과 전기화학처리 등을 통해 생산된 액비는 생산과정에서의 악취발생이 최소화 되고 발효 후에는 흙 냄새가 나며 고온으로 발효하므로 병원균이 사멸되며 부숙효율이 높다. 그러나 최종적으로 정화처리되기 위해서는 축산분뇨 내의 생분해 어려운 물질들을 제거하는 공정이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구의 성과로 SCI급 논문 3편이 작성되었고, 국제학술대회 1건/국내학술대회 7건의 참가를 통해 연구결과를 발표하였다. 그리고 본 연구결과를 토대로 특허를 2건 출원하였고 석사 3명, 박사 1명을 배출하였다.

( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 3p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 11