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원길 도
6 years ago
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1 요약문 I. 제목 산화부상기를이용하는축산분뇨처리공법의질소제거기술개선 II. 연구의목적및필요성 본연구의목적은축산분뇨의최종처리수가최소한액비의기준을안정적으로만족시킬 수있도록하는것이고, 향후축산폐수공공처리시설의배출허용기준의달성가능성도고려 하여공정개발의방향을설정하여축산폐수공공처리서설의질소 인배출허용기준을만족시 킬수있는축산분뇨처리공정을개발하는것이다. 축산분뇨를처리하여이용하는액비의기준에는 BOD와인이포함되어있지않고질소 도 3,000mg/L 이상으로되어있어, 이러한오염물질농도기준에따라액비의사용이활성 화되지못하고있는것이아니라액비로부터악취가발생하고있기때문이다. 따라서축산 분뇨에서악취원인물질로작용하고있는 BOD, 질소및인화합물을적정한수준까지처리 하여액비로부터악취발생을없애야한다. 그러나현재대규모축사에개별적으로적용되고 있는축산분뇨처리공법들은액비의악취기준을안정적으로만족시키지못하고있는실정이 다. 한편, 2003년부터축산폐수공공처리시설의질소 인배출허용기준으로 60mg/L와 8mg/L 가각각적용되고있으나, 이들각각의배출허용기준을안정적으로만족시킬수있 는기술이없어, 거의대부분의경우에하수와합병처리하는방식을채택하게되었고, 이에 따른축산폐수의오염물질과부하는하수처리장운전에심각한문제를야기시키고있다. 축산분뇨의고액분리후에상등수를정화하는축산폐수공공처리시설에여러가지공법 들이적용되어왔으나, 축산폐수에는미세입자를포함한무기부유물이많고유기물등의오 염물질이고농도이기때문에처리에어려움이많은실정이다. 특히, 이러한특이성을가진 축산폐수를하수처리에일반적으로적용되고있는생물학적처리공법들에만의존하다보 니, 처리효율이낮아, 기존에설치된축산폐수공공처리장들의가동률이극히저조하고, 시 설물설치에막대한예산을투입하고도그실효성을거두지못하고있는형편이다. 또한축 산분뇨의최종처리수인발효액비는현재까지발효액비시용에의한작물생장반응및토양이화학성변화에대한과학적인정보가부족하여발효액비의사용이널리보급되지못하고있는실정이다. 따라서축산분뇨를효과적으로처리하기위한기술뿐만아니라최종처리

2 수인발효액비의시비효과와사용가능성을분석할필요성이있다. III. 연구내용및범위 1. 연구내용 본연구의선행연구에서는참여기업에서개발하여특허등록( 특허제 호) 한 축 산분뇨의처리방법및장치 에핵심공정인산화부상기에대한특성과성능을실험을통해 분석하고오염물질의제거기작을정립하였다. 이러한선행연구와연계하여본연구에서는 축산분뇨의악취원인물질로작용하고있는오염물질, 특히질소화합물의제거효율을향상 시키기위한공정개선연구를수행하고, 최종처리수인발효액비의시비에따른작물생장반 응및토양변화를실험을통해분석하는것이다. 2. 연구범위 컴퓨터시뮬레이터를이용한참여업체의축산분뇨처리시스템개선 소규모처리시스템의가동실험및결과분석 컴퓨터시뮬레이터를이용하여실험결과에기초한최적의운전조건확립 축산분뇨최종처리수인발효액비의사용에따른작물생장반응및토양변화분석 IV. 연구결과 1. 참여업체의축산분뇨처리시스템의개선방향설정 본연구의선행연구(2004 년) 에서참여업체의축산분뇨처리시스템으로부터확보한수질 측정데이터를근거로본연구에서는컴퓨터시뮬레이터를이용하여공정개선방향설정에 관한연구를실시하였다. 본연구에서사용한컴퓨터시뮬레이터는폐수의물리적, 화학적 및생물학적처리를모사할수있는 EnviroSim사의 BioWin 이라는컴퓨터프로그램이다. 참 여기업의축산분뇨처리공정은고액분리기 산화부상기 전분제거기 최종침전지 액비 저장조의순서로구성되어있다. 컴퓨터시뮬레이터를이용한공정개선방향설정의연구결과를살펴보면, 유입수중에 다량의 SS성분이포함된관계로이를일차적으로제거시켜줄수있는 1차침전지를시스템

3 의산화부상기전단에위치시켜야하는것으로나타났다. 또한축산분뇨처리용량에따라 산화부상기의설치대수와전분제거기의크기도달라져야하는것으로나타났다. 선행연구에 서실시한실험장치에서는산화부상기 2 대, 4단으로구성된전분제거기가있었으나, 컴퓨터 시뮬레이션의결과는산화부상기를 1대추가하고전분제거기도 6단으로늘리는것이적당 한것으로나타났다. 2. 현장실험장치 컴퓨터시뮬레이터를이용한공정개선방향설정의연구결과에따른현장실험장치는전 라북도김제시공덕면회룡리에위치한돈사( 약 3,000 두) 에 10-15m 3 / 일규모로설치한축 산분뇨처리장이였다. 그러나본연구의기간동안에이실험장치는약 3개월간이용하였고 그이후에는제주시북제주군한림읍금악리에위치한시설용량 80m 3 / 일규모의축산분뇨 처리장을본연구의실험장치로변경하여약 1 개월간사용하였다. 김제현장실험장치에유입되는축산분뇨가약 6 년간저류되었던것이라, 저류기간이거 의없는정상적인유입수를실험에사용하기위하여실험장치를제주현장의것으로변경하 였다. 하지만김제의경우와달리제주의축산분뇨처리장에는전분제거기가설치되어있지 않으나, 이러한시설을설치하지않고도액비기준을만족할수있는지여부를조사하는데도 역시도움이될수있다. 우리나라의많은축산농가에서는축산분뇨를적정하게처리할수 없어, 환경기준이나감시가강화된이후로본연구의실험대상지였던김제의경우와같이 축사주위에축산분뇨저장조를만들어수년동안처리하지못하고모아둔사례가많은것으 로알려져있다. 3. 오염물질처리의실험결과 현장실험장치에의한오염물질제거율( 농도기준) 을살펴보면, 김제현장의경우에유기 물을대표하는총 BOD가 84.7%, 총 COD는 59.6%, SS는 60%, T-N은 24.4%, T-P는 57.5% 가제거되었다. 한편제주현장의경우에총 BOD는 96.3%, 총 COD는 83.7%, SS는 90.7%, T-N은 44%, T-P는 88.6% 가제거되었다. 제주현장보다김제현장실험장치의제거 효율이더낮게나타난이유는김제현장의축산분뇨가약 6년간저류되는동안에 BOD 분 해가일어나, 김제현장의유입 BOD 농도가상대적으로낮았기때문으로판단된다. 김제현 장에서 T-N 및 T-P의제거효율이제주현장보다낮았던또다른이유는김제축산농가에서 는최종처리수인액비의 SS 농도가낮은관계로이를축사세척수로사용하고있어, 지하

4 수등을세척수로사용하는제주현장축산농가에비해유입수 T-N 및 T-P의농도가상대 적으로높았기때문이다. 본연구의현장실험결과를종합적으로살펴보면, 산화부상기를이 용하는축산분뇨처리공법은현재적용되고다른공법들에비해오염물질의처리효율이우수함 을알수있다. 4. 오염물질별처리특성및공정개선결과 생물반응조의역할을하는산화부상기와전분제거기는외부에너지를이용한가온 ( 加溫 ) 없이도 60 이상의고온을유지할수있어, 중ㆍ저온에서운전되는다른공법들에비해미 생물의활성도가증가하여 BOD를포함한오염물질들의처리효율을높이고처리시간을단 축할수있다. 특히, 이러한생물반응조들의호기성반응에서요구하는많은양의산소는 참여기업에서개발하여특허등록한고효율폭기장치를이용하여공급하는데, 이것은생물 반응조의교반및수온상승장치의역할도동시에수행하고있다. 또한, 축산분뇨의고액분리후유입원수가산화부상기와전분제거기를거치는동안에 NH 3 -N와 NO 3 -N 의농도가함께감소하는것으로나타나고있다. 이는산화부상기와전분 제거기내의상태가혐기와호기로혼재되어있어, 반응기에서질소제거과정인질산화와 탈질이동시에일어나고있음을의미한다. 축산폐수는고농도의유기물을포함하고있어일 반적으로혐기상태로존재하기때문에탈질의전단계인호기상태에서일어나는질산화율이 낮아축산폐수의질소제거에어려움을겪고있다. 그러나본연구의참여기업에서사용하고 있는고효율폭기장치는반응기내로많은양의산소를공급할수있어, 반응기내의상태 를호기와혐기로혼재되게할수있다. 축산분뇨의고액분리후유입원수에포함된인(P) 은생물반응에의한미생물세포구성성 분으로도제거되지만, 산화부상기내에서부착고형물덩어리인 Struvite나 Hydroxyapatite의 생성물질로서제거가일어나거나, 산화부상기또는전분제거기밖으로배출되는미세고형물 에포함된양이온과결합되어제거가일어나기때문에인의제거효율이다른공법들에비해높게나타나고있다. 산화부상기내에부착고형물덩어리의주요구성비 P 23.9%, Mg 11.2%, Ca 1.1% 이고, 산화부상기또는전분제거기의밖으로배출되는미세고형물의주요 구성비는 P 9.7%, Mg 6.8%, Ca 3.8%, K 1.5% 이다. 본연구에서는제주축산분뇨처리장의실측치를입력자료로이용해서최적공정에대한 컴퓨터시뮬레이션을수행하였는데, 앞에서설명한참여업체의축산분뇨처리시스템의개선 방향설정연구에서와같이 3대의산화부상기와 6단의전분제거기를설치하는것이최적공 정이라파악되었다. 이에대한운전모드로서산화부상기 1대의수리학적체류시간은 24시 간이고전분제거기 1단의체류시간은 45 분으로하였다. 특히산화부상기후단에전분제거

5 기를추가로설치하는경우에는 T-N 이상당히높게제거되는것으로나타났다. 그러나이 러한시뮬레이션결과는 3대의산화부상기가운전되고있는제주축산분뇨처리장에서 4번 에걸쳐채취된수질측정자료를근거로시뮬레이션을실시한결과이다. 따라서이결과의 정확성을확인하기위해서는보다더많은운전자료를이용한시뮬레이터계수보정작업이향후에수행되어야하고, 이를이용한시뮬레이션결과가제시될필요성이있다. 한편축산분뇨처리수를발효액비로사용할경우에는축산분뇨처리과정이최종침전조 / 액비저장조까지만진행되나, 수계방류를목적으로할경우에는최종침전조의상등수를축산 폐수시설의방류수수질기준에맞게처리하여야한다. 앞에서설명한바와같이산화부상기 와전분제거기를거친처리수는외부의가온( 加溫 ) 없이도 60 이상의고온이기때문에이 를증발에필요한 100 이상으로증가시키기는다른공법들에비해유리한상황이다. 따 라서본연구에서는향후축산폐수시설의배출허용기준을만족시킬수있는축산분뇨처리 공정으로서, 현재참여기업에서적용하고있는축산분뇨처리공정의마지막단계인최종침 전지후단에증발 냉각기를설치하여처리수를수분형태로증발시킨후냉각하는방법의채 택이타당할것으로판단된다. 5. 발효액비의실험결과 본연구의김제현장실험장치의최종처리수인발효액비를이용한작물생장반응실험은 전남대학교부속농장소재유리온실내에서 2005년 6월 4 일 ~ 8월 10일동안포트시험 을실시하였다. 작물생장반응실험결과를살펴보면, 축산분뇨의처리전분뇨액비는오염원으로작용할 수있지만, 적절한처리를거친발효액비는고품질의유기성비료자원으로활용할수있는 것으로나타났다. 하지만, 본연구에서는배추와국화의두종류의작물에대해단일작기 동안시행된연구결과이므로, 향후다양한작물에대한액비시용효과를장기적으로연구 할필요성이제기되었다. 특히처리전분뇨액비에비해처리후발효액비는악취발생이거의없었기때문에액비 살포에의한악취민원우려가적을것으로예상되었다. 한편, 김제시와전북농협의주최로 본연구의결과에의해생산된액비를농경지에살포하는시연회가 2005년 11월에김제시 공덕면황산리에위치한친환경쌀생산단지내에서약 150 명이참석한가운데개최되었는데, 액비의살포에따른악취가거의발생하지않는것을공개적으로보여준바있다. 또한발효액비가토양이화학성변화에미치는영향을조사한결과, 발효액비는토양의 질(quality) 향상에도움이될수있을뿐만아니라액비는고온발효조건에서생산되기때 문에현재문제가되고있는기생충알과기타병원성미생물의사멸에의한안전농산물생

6 산에도기여할수있다. 그러나액비이용확대를통한양돈농가의숙원사업인분뇨의원 활한처리를위해서는다양한토양조건에대한액비시용량설정및시용방법에대한연구 가선행되어야할것으로판단된다. V. 연구결과의활용계획 참여업체가축산폐수처리시설을설계할때나향후신기술신청시에기초자료로활용 기존에설치되어운전되지못하는축산분뇨처리시스템을대체하고, 는액비생산으로화학비료의사용을억제유도하는데활용 법적기준을만족하 연구대상축산분뇨시스템에서발생되는열을이용한가온( 加溫 ) 시스템구축연구에활용 연구대상축산분뇨시스템을축산분뇨공공처리시설의공법으로적용할때전처리공정으 로활용 발효액비의이화학성최적화에활용될수있으며, 량및시용방법결정에필요한기초자료로활용 향후발효액비의대규모사용시시용

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<32C2F E313129C0E7B9DFBCDB2E687770> [ 덧붙임] 정보제공제출양식 제목호기성고농도수처리방법과장치 정보생산자 최홍복 정보출처 차세대환경부과제수행중에실험및조사된자료 (23.~26..3) 생산일자 23 년 -26 년수집일자 26. 제출일 26. 제출매수표지포함 매 내용요약. 2. 3. 서론 이론적고찰 적용방안 참고문헌차기제출예정정보요약 ( 주 ) 에코데이, 환경부과제 (23~26) : 유체유동을이용하여오폐수분해