[스크랩] 가축분뇨 처리의 기본원리와 방법들

목차

1.축산폐수의 특성

1.1 축산분뇨의 발생량 및 성질

2.축산폐수의 처리 공법

2.1 생물학적 1차처리 시설

2.1.1 호기성 소화법

2.1.2 혐기성 소화법

2.2 생물학적 2차처리 시설

2.2.1 활성 슬럿지법

2.2.2 산화구법

2.2.3 살수 여상법

2.3 HAF

2.4 Bio-Reactor System(초활성 슬럿지 공법)

2.5 액상 부식법

2.6 전기 분해법

2.7 BIMA 공법

2.8 MBR 공법

3.단위공정별 운영관리 및 점검사항

3.1 전처리 공정

3.2 1차 처리 공정

3.2.1 혐기성 소화조

3.2.2 호기성 소화조

3.3 2차 처리 공정

3.3.1 활성슬럿지법

3.3.2 산화구법

3.4 3차 처리 공정

4.축분 처리 방법 소개

4.1 호기성 퇴비화 공법

4.2 소석회 혼합법

1. 축산폐수의 특성

  국가 경제의 발전에 따른 국민의 소득 수준의 향상과 더불어 육류 소비량이 급속히 증가되었다. 이러한 축산 제품의 수요를 충족시키기 위하여 정부는 축산 장려 정책을 추진하여 가축의 사육두수가 급증하게 되었다. 그러나 이에 따른 축산 분뇨의 발생량 역시 급증하게 되어 환경의 질을 저하시키는 문제점을 야기 시키고 있다.  

  축산 분뇨는 그 특성상 일반 오.폐수와 달리 고농도의 유기성 오염물과 영양염류를 함유하고 있어 국내에서 발생되는 총 오.폐수의 발생량중에서 물량은 0.5 % 내외에 불과하지만 수계에 미치는 오염 부하율은 18 %에 달하는 것으로 알려져 있다. 그러므로 이러한 고농도의 축산 분뇨는 하천 및 호소에 수질악화 및 부영양화를 초래하여 수계의 이용도를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 식수원을 위협하고 있으며 토양 및 지하수의 오염을 가속시키고 있는 실정이다. 또한 축산 분뇨에서 발생되는 악취 및 위생 해충의 번식은 인근 주민의 생활 환경을 악화시켜 주민의 민원 대상이 되어 사육 농가의 사기를 저하시키고 있는 실정이다.

  그러므로 정부에서는 이러한 축산 분뇨의 적정 처리를 위하여 일정 규모 이상의 축산 농가에는 축산폐수 처리 시설을 의무 설치케 하고 영세한 농가에는 정화조의 보급을 통해 처리를 하거나 축산 폐수 공동 처리 시설을 설치하여 공동 처리를 하고 있으나 해당 시설의 노후화 및 부적절한 공법의 선정으로 인하여 처리 효율이 저조하거나 방류수의 법적 기준을 유지하지 못한 상태로 하천에 방류되고 있는 실정이다. .

  이러한 축산 폐수를 적정 처리하기 위해서는 축산 폐수의 특성을 파악하는 것이 가장 중요하지만 축산 폐수의 성상에 영향을 미치는 요인은 매우 다양하여 쉽게 그 특성을 파악하기 어렵다.

  축산 폐수의 특성은 사육 농가에서 축사에서 발생되는 분뇨의 취급 방법에 따라 크게 달라지며 이에 따라 발생 농도와 양에 직접적인 영향을 미치게 된다. 특히 축사의 종류, 구조, 분과 뇨의 분리 유무, 축사 청소 방법, 세척 수량, 소독 등에 따라 발생 특성이 크게 변함에 따라 이에 대한 처리 공법의 선정에도 큰 어려움이 따르게 된다. 축사중 돈사의 경우 스크레퍼 돈사와 슬러리 돈사가 있으며 국내에 설치된 돈사의 대다수는 슬러리 돈사의 구조를 가지고 있다. 스크레퍼 돈사의 경우는 분뇨가 발생되면 스크레퍼에 의해 분과 뇨가 분리되어 배출되기 때문에 일반적으로 고액 분리가 된 상태이므로 분의 경우는 대부분 퇴비화를 하며 뇨 및 돈사의 미제거된 일부의 분과 청소수가 축산 폐수의 주성분을 이루기 때문에 일반적으로 오염도가 낮은 편이고 BOD/TKN의 비가 낮은 것이 일반적이다. 그러나 슬러리 돈사의 경우 돈사에서 돼지를 출하하거나 이동시킬 경우에만 돈사 하부에 설치된 피트에서 분뇨를 제거하여 처리하기 때문에 오염물질의 농도가 매우 높으며 또한 상당 기간 저류되어 있었기 때문에 분뇨의 혐기성 발효가 진행됨에 따라 입자성 물질이 분해되어 분뇨의 고액분리가 상당히 어려우며 처리에도 상당한 문제를 안고 있으며 BOD/TKN의 비는 스크레퍼 돈사보다 높은 것이 일반적이다. 축산폐수의 성질에 영향을 미치는 사항으로 돈사내의 청소 횟수를 들수 있는데 돈사의 청소 회수는 사육규모나 분과 뇨의 분리 작업의 유무, 바닥 청소 방법에 따라 달라지는데 일반적으로 작업은 아침 또는 초저녁에 이루어 지며 1-2시간 동안 실시되며 이에 따라 축산 폐수의 발생도 이 시간대에 집중적으로 발생하게 된다. 청소방법의 경우 일반적으로 고정식 노즐에 의한 방법과 이동식 호스를 이용하는데 세척 수량은 환경부의 고시에서 세정수의 원단위는 12L로 되어 있다. 이러한 축사내의 분뇨 취급 방법에 따라 돈사에서 발생하는 폐수의 질과 양은 그 변화가 심하여 처리시설의 설계치를 결정하는데 많은 애로를 야기 시키고 있다.

1.1 축산 분뇨의 발생량 및 성질

  축산 분뇨의 발생량은 축종의 체중, 급식 사료의 종류와 양, 급수량에 따라 변하며 사육 규모 및 관리 방법에 따라서도 변화하여 이에 따른 발생량의 예측이 어려우나 일반적으로 축산 분뇨중 가장 문제가 많은 축종인 돼지를 기준으로 하면 다음의 표 1-1.과 같다.

표 1-1. 중량에 따른 돈 분뇨의 평균 발생량

명칭	중량 (Kg)	평균 발생량 ( Kg/Day-두)
		분	뇨	계
자돈	30	1.3	2.0	3.3
육성돈	60	2.3	3.5	5.8
성돈	90	2.7	5.0	7.7
종돈	250	3.3	5.5	8.8

  일반적으로 사육되는 돼지의 평균 중량을 60 Kg으로 추산할 때 두당 일일 발생량을 6Kg으로 계산하면 평균 체중당 분뇨 발생량의 산정에 문제가 없으리라 사료되며 이에 따른 축산 폐수의 발생량은 분과 뇨를 분리하고 세척수의 사용을 감안할 때 6 - 8 L/Day-두 로 추정할수 있다. 그러나 축산 폐수의 성상은 여러 가지 영향 인자에 따라 변화하여 대표적인 시료를 결정하기가 어려우나 일반적인 이 화학적 성상은 표 1-2. 와 같다.

표 1-2. 축산 분뇨의 이․화학적 성상

항목 (mg/L)	돈 분	돈 뇨
BOD	59,875	4,009
CODCr	261,926	9,065
SS	183,000	425
VSS	161,286	340
TKN	9,790	4,500
T-P	4,205	315
Cl-	1,321	1,531
함수율(%)	73.5	-

  상기 표 1-2의 경우 분과뇨의 성상을 조사한 자료이며 이 자료를 통해 알수 있는 것은 분과 뇨의 BOD의 비가 15 : 1에 달함에 따라 축산 분뇨의 처리를 위해서는 분과뇨의 분리가 반드시 선행되어야 처리시설의 부하를 줄일수 있다. 그러나 국내의 대다수 돈사의 구조가 슬러리 돈사로 이루어져 고액 분리에 상당한 애로가 있는 것이 사실이다.  

  축산 폐수의 경우에는 상기의 오염물 농도 보다는 낮은 것이 일반적이나 앞에서 언급한 바와 같이 여러 가지 환경 조건에 따라 오염물의 농도가 상당한 차이를 나타낸다. 또한 처리시설에 유입되는 축산 폐수가 수거식 또는 관거식이냐에 따라 농도가 상이한데 특히 관거를 통해 유입되는 축산 폐수의 경우 관거의 상태에 따라 지하수나 우수의 유입으로 인하여 농도가 감소되며 수거식의 경우 사육농가의 저류조에서 상등수만을 수거할 경우와 하부에 침전된 슬러리까지 수거할 경우와는 큰 농도차를 나타낸다. 다음의 표 1-3은 축산폐수의 일반적인 농도를 나타낸 것이지만 관거식일 경우이며 실질적으로 수거식의 경우 이 농도 보다 높게 발생되는 경우가 대부분이며 농도의 분포 역시 차이가 심하여 대표성을 지닌 농도를 말하기 어렵다.

표 1-3. 축산 폐수의 성상

항목 (mg/L)	농도 범위	평균값
BOD	1,290 - 5,000	2,510
CODMn	760 - 3,000	1,680
SS	440 - 4,000	1,660

수거식 축산 폐수의 경우 TCODCr의 경우 8,000-30,000 mg/L 정도이며 SS는 5,000-15,000 mg/L, TKN의 경우 2,500-6,000 mg/L, T-P 100-300 mg/L정도로 알려져 있다. 이러한 농도의 범위는 전적으로 수거자의 수거 형태에 따라 결정되어 지며  슬러리 돈사의 축산 폐수 저류조의 하부에서 취수 할 경우 그 농도는 100,000mg/L 대까지 상승할수 있다.

2. 축산 폐수의 처리 공법

  축산 분뇨의 처리방법은 처리대상에 따라 분처리법, 뇨 처리법, 분뇨동시 처리법으로 분류할수 있다. 여기에서는 고액 분리가 어느 정도 이루어진 축산 폐수의 처리를 기준으로 언급하고자 한다. 축산 폐수의 처리는 크게 물리적 화학적 및 생물학적 처리법이 있으며 이러한 처리법을 조합한형태로 운영된다. 기존에 설치 운영되고 있는 축산 폐수 처리 시설의 경우 전처리 시설과 1차 생물학적 처리시설과 2차 생물학적 처리시설 및 슬럿지 처리시설로 구성되어 있는 것이 일반적이다.

  전처리 시설을 제외한 1차 처리 시설로 설치된 공법들은 혐기성 소화조나 호기성 소화조가 가장 보편화된 시설이며 2차 처리 시설로서는 활성 슬럿지 공법, 산화구법, 살수 여상법 등을 들 수 있다. 기타 소규모 시설에서 사용하고 있는 방법으로는 3조식 정화조, 저장 액비화법, 토양침투법, 퇴비화법 등 역시 생물학적 처리법으로 볼 수 있으나 처리효율이 낮고 안정적 처리에 문제점을 안고 있어 일정 규모 이하에서 주로 사용하고 있다.

  국내의 대규모 축산시설 및 축산폐수 처리시설에서 사용하고 있는 2차 처리시설은 주로 활성 슬럿지법이 사용되고 있으며 높은 처리 효율을 가지고 있지만 대부분 희석수를 사용함에 따라 처리량이 늘어나는 문제점을 안고 있으며 또한 최근 규제 대상 물질인 질소 인의 경우 활성 슬럿지 공법으로는 그 처리효율의 한계점을 안고 있다. 이는 1차 처리 시설인 혐기성 및 호기성 소화 과정에서 유기물 제거가 주로 이루어 지기 때문에 2차 처리시 Carbon/Nitrogen의 비가 감소되어 질산화는 충분히 이루어 지더라도 탈질 반응에 필요한 유기물의 부족으로 탈질이 이루어 지지않거나 효율이 떨어져 질소의 방류수 기준을 유지하기 어려움에 따라 외부 탄소원을 추가 주입해야하는 문제점을 안고 있다. 그러므로 영양염류의 처리를 위해서는 기존의 처리 공법 이외에 질소와 인을 처리하기 위한 3차 처리 시설이 요구되나 기존에 개발된 생물학적 질소, 인 제거 공법은 주로 하수를 대상으로 개발되어 축산 폐수와 같이 고농도의 질소와 인을 함유한 경우에도 적용이 가능한지는 미지수이며 현재 이에 대한 연구가 지속적으로 진행중이다.

  다음에 언급한 공법들은 현재 축산 폐수 처리시설에 적용되고 있거나 적용 예정중인 공법들로서 나름대로의 장점을 가지고 있으나 주 처리 대상물질을 고농도의 유기물과 입자성 물질을 대상으로 개발된 공법으로서 현재 문제가 되고 있는 영양염류의 처리에는 한계성을 지니고 있어 다른 공법과의 조합으로 처리시설을 구성하고 있는 공법들을 소개한 것이다.

  다음 그림 2-1은 일반적인 축산폐수 처리 시설에서 사용하고 있는 처리 시설의 공정도를 나타낸 것 이지만 수거식과 관거식 및 하수 처리와의 연계 처리 여부에 따라 달라 지게 된다.

투입구

조목스크조

침사조

세목스크린

저류조

혐기,호기성소화조

1차침전조

활성슬럿지, 산화구법, 살수 여상법

2차 침전지

3차 처리 시설(여과, 흡착, 약품 처리, 오존처리, 질소,인 제거공정)

살균

방류

그림 2-1. 축산 폐수 처리 시설의 계통도

2.1  생물학적 1차 처리 시설

   기존의 처리 시설에서 주로 사용하고 있는 대표적인 1차 처리시설은 호기성 소화법과 혐기성 소화법이 있으며 이러한 시설의 주요 목적은 유입 원수중에 함유된 고농도의 유기성 물질과 입자성 물질을 일정 농도 이하로 감소시켜 다음 단계의 처리 시설인 생물학적 2차 처리 시설의 부하를 줄여주는 역할을 담당한다.

2.1.1 호기성 소화법

  호기성 소화는 유입수중의 유기물이나 입자성 물질을 호기성 미생물에 의해 세포화 하며 또한 세포화된 물질을 이산화탄소, 물 등으로 분해하여 최종적으로 안정화 시키는 공정으로 일반적으로  10 - 20 일 정도의 체류시간 동안 처리후 침전지에서 고액 분리를 하는 방식 이다.  호기성 소화 효율에 미치는 영향 인자로는 유기물 부하율, SRT, 온도, 폭기율, 혼합정도, 슬럿지 반송율등을 들수 있으며 이중에서도 부하가 적정치 못할 경우 소화조에 대량의 스컴이 발생할수 있으며 특히 계절이 바뀌면서 온도의 변화가 심해질 경우 이러한 현상이 발생한다.  그러나 운전상 큰 문제없이 일정 수준의 효율을 얻을수 있는 공정으로서 가장 보편적으로 사용되고 있는 1차 처리시설이다.

2.1.2 혐기성 소화법

  혐기성 소화법은 고농도의 유기성 폐수를 희석없이 처리할수 있으며 처리 부산물로 소화 가스를 얻을수 있어 이를 이용하여 소화조의 가온을 할수 있는 장점이 있다.  혐기성 공법은 산 생성 단계와 메탄 생성 단계로 나눌수 있으나 각 단계가 확실히 구분되는 것은 아니며 단일 반응조에서는 동시에 진행되는 반응이다. 일반적인 혐기성 공정은 재래식 소화조인 저율 소화조와 고율 소화조로 나눌수 있으며 여재를 이용하는 혐기성 여상과 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)등이 있으며 최근에는 주로 고율 소화조나 혐기성 여상법이 많이 사용되고 있다. 특히 혐기성 여상 이나 UASB의 경우 처리 효율이 우수하고 짧은 체류시간으로  우수한 공정으로 인정받고 있으나 축산 폐수와 같은 입자성 물질이 많은 경우에는 문제점이 있는 것으로 알려져 있다. 또한 혐기성 공정의 운전을 위해서는 상당한 기술력이 요하며 반응조의 상태를 계속적으로 점검해야 하는등 유지 관리에 어려움이 있으며 가온이 안되거나 교반이 안될 경우 처리 효율이 급격히 감소하며 유입 부하가 변할 경우 유출수 수질이 악화되는 등의 문제점을 안고 있다.

  특히 유입부하가 급증할 경우 반응조내의 휘발성 산이 급증하게 되며 이에 따라 pH가 감소되어 메탄균에 저해를 일으켜 반응이 중지되게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 반응조내의 알카리도를 일정하게 유지시켜야 하며 유지가 안될 경우에는 알칼리를 투입하거나 유입부하를 감소시켜야만 한다.  

2.2  생물학적 2차 처리 시설

2.2.1 활성 슬럿지법

  생물학적 2차 처리시설로는 활성 슬럿지법, 산화구법, 살수 여상법등이 있으며 가장 일반적인 공법이 활성 슬럿지 공법으로서 적정 운전시 처리효율이 높은 장점이 있으나 유지 관리에 세심한 주의가 필요하고 잉여 슬럿지 발생량이 많으며 유입수의 농도가 높을 경우 희석수가 필요하며 그결과 처리물량이 증가되는 문제점을 안고 있다. 축산폐수를 활성 슬럿지로 처리할 경우 일반적으로 희석수의 비율을 5 - 10배 정도로 하며 BOD용적 부하를 1 Kg-BOD/m³-day로 운전하며 폭기조의 MLSS를 4,000 - 6,000 mg/L 정도로 운전한다. 만일 유입수의 농도가 높을 경우 폭기조의 용존 산소의 농도를 유지하기 어려워 호기성 상태가 이루어지지 않기 때문에 충분한 폭기가 이루어 져야 한다. 활성 슬럿지의 운전 인자로는 HRT, SRT, 반송율등을 들수 있는데 이중에서 HRT의 경우 이미 결정된 상태이므로 반응조의 적정 운전을 위한 조작은 주로 SRT와 반송율을 조절하여 운전한다. 특히 수온이 떨어 지거나 질산화를 원할 경우에는 SRT를 정상보다 길게 운전하는 것이 바람직하다.

2.2.2 산화구법

  이 공법은 깊이 1m 정도의 타원형 도랑을 설치하여 폐수를 주입하여 폭기 시설인 Rotor를 이용하여 순환시켜 처리하는 공법으로 반응조내의 MLSS 농도를 4,000 - 6,000mg/L정도로 유지하며 일반적인 체류시간은 12 - 36 시간 정도로서 운영을 한다.  Rotor의 회전수는 80 -100 RPM이며 BOD용적 부하는 0.6 - 1 Kg/m³-day로 설계하는 것이 일반적이다.   산화구법의 장점은 운영의 방법에 따라 반응조내에서 유기물의 제거뿐만 아니라 질소의 제거도 동시에 할수 있다는 장점을 가지고 있다. 이는 폭기가 되는 Rotor부분에서는 질산화 반응이 일어나며 Rotor의 반대편에서는 용존산소가 감소됨에 따라 탈질산화 반응이 일어나 질소의 제거에도 상당한 효과를 얻을수 있는 공법으로 알려져 있다. 그러나 처리 물량에 비해 넓은 부지가 소요되는 문제점과 탈질화 과정에 유기물이 필요로 하기 때문에 유기물 부족시 탈질이 완료되지 못하는 문제점과 반응조내에 MLSS농도가 높게 운전되는 관계로 침전조에서 침전성이 악화되는 문제점이 있다.

2.2.3 살수 여상법

  살수 여상법은 실질적으로 높은 유기성 폐수의 처리에는 적절치 못하며 실질적으로 오수나 하수와 같은 저농도의 폐수의 처리에 적합한 공법이다. 비교적 구조가 단순하며 유지 관리가 용이한 장점이 있어 소규모 시설에는 적합하다고 할수 있다. 그러나 활성 슬럿지나 산화구법처럼 인위적으로 미생물의 농도를 유지할수 없어 부하의 변동시 대처 방안이 마땅치 않으며 단순히 처리수를 이용하여 재순환율을 변화시키는 방법 이외에는 임의 운전이 어려운 단점을 지니고 있으며 여상의 폐쇄와 여상 파리의 발생 문제등과 온도 변화에 약한 문제점이 있다. 축산 폐수에는 주로 고속 살수여상법이 사용되는데 표면적 부하는 10 - 20 m³/m²-day이고 BOD 용적 부하는 1.2 Kg/m³-day, 깊이 1 - 1.2m 로 설계한다.   이때의 처리 효율은 85 - 95 % 정도이다.  

2.3 HAF ( Hyundai Anaerobic Filter )

  HAF 공법은 생물학적 1차 처리 시설중의 하나인 혐기성 소화조의 변법으로 개발된 혐기성 여상의 일종으로서 고농도의 유기성 폐수의 처리를 대상으로 한다. 혐기성 소화법은 크게 부유성장법과 부착성장법으로 대별할수 있는데 HAF는 부착성장법으로서 반응조내에 여재를 충진하여 혐기성 미생물을 부착 성장시켜 유기물을 처리하는 공법으로서 유입수중에 함유된 고농도의 유기물을 가수분해한후 고분자의 유기산과 당, 아미노산등으로 발효되며 산생성 박테리아에 의해 저분자의 휘발성 산인 Acetic Acid, Propionic Acid, Butyric Acid 등으로 전환된후 최종적으로 메탄 생성 박테리아에 의해 메탄과 이산화탄소로 분해 안정화되는 공법이다. 혐기성 소화 공법은 낮은 미생물 성장 속도로 인하여 미생물 발생량이 적고 공기 주입시설이 필요치 않으며 부산물로 메탄을 이용할수 있는등 많은 장점을 가지고 있으나 미생물 특성상 pH, 온도, 독성물질등에 쉽게 영향을 받으며 정상 가동시 까지 상당한 기간이 소요되는등 운전상의 애로가 있으며 유기물의 농도가 낮은 경우에는 사용이 제한을 받는 문제점을 가지고 있다. 또한 축산 폐수와 같은 고농도의 유기성 폐수를 일정 농도까지 감소시키는데에는 적정한 공법이 될 수 있으나 질소 와 인과 같은 영양염류의 처리에는 효과가 없으므로 이의 처리를 위한 또다른 처리 공법이 요구되며  전처리 공정에서 원수중에 함유된 고농도의 입자상 물질의 제거가 안될 경우 반응조내에 입자상 물질의 누적으로 막힘 현상이 발생할수 있으며 그 결과 유출수중에 SS농도가 높아져 2차 처리시설에 부하를 가중시킬수 있다. HAF의 경우 일반적인 Anaerobic Filter와는 달리 막힘현상의 방지와 다량의 미생물 확보를 위해 반응조 하부에 30 - 40 %의 여유 공간을 두어 이 하부에는 혐기성 미생물의 Granule층이 형성되어 있으며 상부의 여재 충진층에 형성된 두터운 미생물층으로 인하여 독성물질의 유입, pH의 저하, 온도 저하 등의 충격부하에 강한 것으로 알려져 있다. 그러나 HAF 역시 유입수의 SS가 높을 경우 막힘 문제는 발생할수 있으며 유입수의 유기물 농도가 낮을 경우 효율이 저하되며 영양염류의 처리 역시 안되는 것으로 알려져 있다. 다음의 표 2-1은 HAF의 운전 조건 및 충진재의 특성을 나타낸 것이다.

표 2-1. HAF의 운전조건 및 충진재의 특성

운전 조건		충진재 특성
유입수 BOD	2,000 - 30,000 mg/L	Media 비표면적	140 m2/m3
유입수 SS	4,000 mg/L	Media 간격	4.5 cm
체류시간	0.75 - 6 Day	Porosity	95 %
BOD제거 효율	85 - 95 %	Intersection	19,780 Point/m3

2.4  Bio-Reactor System (초활성 슬럿지 공법)

  초 활성 슬럿지 공법은 토양성 미생물을 이용하여 폐수중의 유기물 및 질소 인 등의 영양염류를 처리하는 공법으로서 기본적인 원리는 토양성 미생물의 대사과정중에 발생하는 페놀 및 페놀 노출기라는 물질에 의해 오염물질을 축중합 고분자화 함으로서 유기물 및 영양염류와 악취를 제거할수 있다고 알려져 있다.  

  이 공법이 다른 생물학적 처리시설과 다른 점은 침전조 하부에서 인발된 슬럿지를 폭기조에 반송하기 전에 배양조라는 또다른 반응조로 이송하여 일정 시간 배양후 폭기조로 반송할 뿐만 아니라 침전조에서 인발한 슬럿지의 일부를 침사지로 이송 시키는 특징을 가지고 있다. 이때 배양조의 운전 상태는 소량의 공기를 주입하여 낮은 용존산소 농도를 유지시켜 일종의 임의성 상태를 유지하고 있으며 배양조의 내부는 부식토라고 말하는 이탄(Peat)의 Pellet과 제올라이트가 충진되어 이 충진물이 침전지에서 반송된 슬럿지와 접촉하여 토양성균을 활성화시켜 폭기조로 반송하는 공정으로 구성되어 있다. 이러한 배양조의 형태로는 폭기조내에 설치하는 수중형과 폭기조옆에 설치하는 지상형이 있다. 이러한 초활성 슬럿지 공법의 특징으로 다음과 같은 사항을 언급하고 있다. 유기물의 제거 효율 우수,  안정적 처리, 잉여 슬럿지의 부패방지, 침강 및 탈수성 증가, 악취제거, 무희석 고농도 폐수의 처리 가능, 질소 인의 제거 효율 증대(제거율 70%), 병원균 사멸등 상당한 장점을 가지고 있는 것으로 발표되고 있다. 그러나 이 공법은 오수를 대상으로 개발된 공법이므로 고농도의 유기물과 영양염류를 함유한 축산 폐수에 적용할수 있을지의 여부와 본공법의 폭기조에 가해지는 유기물의 설계 부하치가 일반적인 활성 슬럿지와 별 차가 없으므로 축산 폐수에 적용시 희석수를 사용하거나 체류시간을 길게하여 반응조의 규모가 거대해 지는 문제점이 있으리라 사료되며 배양조의 역할은 일종의 임의성 선택조로서 폭기조내의 미생물 종을 폐수의 성상에 맞게 변화 시키는 역할을 담당하는 것으로 사료된다.

2.5 액상 부식법

  액상 부식법은 기존의 분뇨 및 축산 폐수처리 시설에 사용하고 있는 1차 처리 시설인 호기성 소화 공법의 변법으로서 기본적인 원리는 동일한 공법이다. 원수에 함유된 고농도의 유기물을 호기성 미생물을 이용하여 산화 분해시키며 그과정에서 발생된 슬럿지를 화학적 응집을 하여 탈수 처리하는 공법으로서 기존의 처리시설과 달리 2차 생물학적 처리를 하지않고 탈수액을 중화, 여과후 방류하는 공정으로 구성되어 있으며 그 계통도는 그림 2-1.과 같다. 

투입분뇨

전처리

저류조

액상부식조

혼합조

응집반응조

탈수기

중화조

여과장치

방류

그림 2-1. 액상 부식조의 처리 계통도

  액상 부식법의 장점이라고 언급되어지는 사항으로 고농도 유기성 폐수에 적용가능, 완숙퇴비의 생산, 무희석, 잉여 슬럿지의 탈수성 양호, 부하변동에 강함, 운전 관리 및 유지 관리비 저렴등을 말하고 있으나 상기와 같은 장점과 달리 문제가 발생할 소지가 있다. 액상 부식법의 특성상 2차 생물학적 처리시설이 없기 때문에 액상 부식조가 정상 가동이 안될 경우 용존성 유기물의 처리가 안되면 안정적인 유출수 수질을 얻기 어려우며 액상 부식조의 운전 조건에서 MLSS농도가 20,000 mg/L로서 유지된다고 하지만 공정상 슬럿지의 반송이 없으므로 MLSS의 유지에 문제가 있으리라 사료된다. 실질적으로 축산 폐수의 처리시 전처리로서 Drum Screen등으로 협잡물을 제거하고는 있지만 이러한 시설로는 유입수중의 SS 제거에 한계점을 나타내므로 액상 부식조내에 존재하는 MLSS는 실질적인 미생물이 아니라 원수중에 함유된 입자성 물질이 차지하는 부분이 많으리라 사료된다. 또한 응집 과정에서 사용하는 FeCl₃같은 무기 응집제 의 적정 응집을 위해 pH를 4 - 4.5로 유지하기 위하여 약품이 소요되며 다시 중화를 위한 약품이 소요되는 문제가 있으며 흡착 공정 역시 액상 부식조의 효율이 저하될 경우 용존성 유기물의 농도가 높아 흡착 탑의 수명이 급속히 떨어져 활성탄과 같은 고가의 흡착제를 지속적으로 교환해야 하는 문제점이 발생하리라 사료된다.    

2.6 전기 분해법

  전기 분해법은 폐수에 전기 에너지를 가하여 전기 분해반응을 일으켜 전해산화, 환원, 중화, 분해, 석출로 폐수중에 함유된 유기물, 무기물, 중금속의 산화, 환원을 일으켜 처리하는 공정으로서 이때 양극에서는 전해 산화작용이 발생하며 음극에서는 전해 환원작용이 발생하는데 이러한 반응을 직접 전기화학 반응이라고 하고 폐수중에 함유된 이온들이 전극면과 접촉시 형성된 산화제, 환원제, 금속 수산화물과 반응하여 제거되는 과정을 간접 전기화학 반응이라고 한다. 이러한 반응을 다음과 같이 반응식으로 나타내었다.

양극 :  2H₂O -- O₂ + 4e^- + 4H⁺

        4OH^- -- 2H₂O + 4e^- + O₂

음극 : 2H⁺ + 2e^- -- H₂

       2H₂O + 2e^- -- H₂ + 2OH^-

Fe -- Fe⁺³ + 3e^-

Fe⁺³ + 3OH^- -- Fe(OH)₃

Al -- Al⁺³ + 3e^-

Al⁺³ + 3OH^- -- Al(OH)₃

   전기 분해법에 의한 폐수처리법의 특징은 다음과 같다. 약품비의 소비가 작고 온도변화에 영향이 없으며 폐수처리시 운전이 용이하며 처리시간이 10 - 20분 정도로 짧다.  또한 양극에서 발생하는 산소에 의한 강한 살균력을 가지며 음극에서 발생하는 수소중 반응후 잉여 수소는 부유물질을 부상 분리시키는 역할을 한다. 이때 소모되는 것은 단지 전극중에서 가용성 전극으로 사용되는 Al 또는 Fe가 소모되지만 BOD 기준 2,000 mg/L일 때 1 m³당 25g 정도가 소모되는 것으로 알려져 있으며 폐수의 농도에 따라 증감되기도 하지만 슬럿지의 발생량 역시 기존의 생물학적 처리시설의 발생량의 1/3 이하라고 하며 처리 시설의 설치면적도 크게 줄일수 있으며 색도의 제거에도 큰 효과가 있는 것으로 알려져 있다.   폐수를 전기 분해로 처리하기 위해서는 발생량, 농도, 성질을 고려후 공정을 선정하지만 일반적인 처리 공정은 다음의 그림 2-2.와 같이 구성되어 있다.

등전점 처리		고속산화처리		1차 전해 처리		2차 전해 처리		전해 처리수		방류
								슬럿지 탈수

그림 2-2. 전기 분해법의 처리시설 계통도

2.7 BIMA 공법

  BIMA공법은 유기성 폐수나 유기성 슬럿지를 처리하기 위하여 개발된 혐기성 소화조의 일종으로서 기존의 재래식 소화조의 교반 방식인 기계식이나 가스 순환식이 아닌 가스압에 의한 자동 순환 교반이 가능하도록 구성되어 있다. 기본적인 반응 기작은 혐기성 소화의 원리와 동일하며 본 공법의 특징은 다음과 같다. 소화 과정중에 생성된 가스압을 이용하여 수두차로서 소화조 교반을 함으로서 동력이 필요없으며 단일 반응조에서 산의 생성, 메탄 생성, 고액 분리가 가능하여 유지관리가 용이하며 소화조 내부에 기계등의 구동 부분이 없어 유지관리가 용이하고 소화조내의 고액 분리 기능이 높고 배관 시설이 없어 막힘이없다. 또한 고농도의 SS상태(12%)에서도 처리가 가능하여 체류시간이 짧으며 안정적 처리가 가능하다. 소화조의 구성은 크게 산 생성부인 Center Tube와 메탄 생성부인 Main Chamber, 유입수의 도입부분인 Upper Chamber로 나누어져 있으며 BIMA공법의 운전원리는 다음과 같다.

1) 1단계 : 처리 개시 단계

 - Main Chamber(#1)와 Upper Chamber(#3)의 수위는 같다.

 - 혼합벨브(#11)를 닫는다.

 - Upper Chamber의 가스압은 가스관(#7)으로 연결된 Gas-Holder의 가스압과 같다.

 - 이때 폐수의 유입(#5)과 유출(#6)은 없다.

 - Upper Chamber 에서 생성된 가스는 관을 통해 Gas-Holder로 이송되고 Main Chamber에서 생성된 가스는 상부로 이동한다. 

2) 2단계 : 수위차 상승 단계

 - 혼합 벨브는 닫고 Main Chamber에서 생성된 가스가 Main Chamber상부에 모이게 되어 Main Chamber내의 혼합액에 압력을 가하기 시작한다.

 - 가압된 혼합액은 Central Tube(#2)와 여러개의 mixing Shaft(#9)를 통해 Upper Chamber로 보내진다.

 - Main Chamber에 모인 가스압은 이론적으로 Main Chamber와 Upper Chamber내의 슬럿지의 수위차이에 상응한다.

3) 3단계 : 최고 수위차 단계

 - Upper Chamber는 내부의 Basin과 외부의 Ring으로 구성되어 있는데 이둘 사이에는 벽체로 분리되어 있고 소화조의 유출수는 Ring을 통해 유출된다.

 - 내부의 Basin과 외부의 Ring은 각각 Central Tube를 통한 Main Chamber로부터의 가스압과 Mixing Shaft를 통한 압력을 받는다.

4) 4단계 : 유입과 유출

 - 원하는 수위에 도달하면 원수의 유입이 시작된다.

 - 유입수의 양과 공급시간은 원수의 특성과 설계기준에 따라 결정된다.

 - 원수 유입관(#5)을 통해 원수가 Central Tube에 공급되어 Upper Chamber의 수위가 상승한다.

 - 소화된 처리수가 Ring을 통해 유출관(#6)으로 유출된다.

 - 새로 공급된 원수는 중앙의 관에 머물며 가수분해가 일어난다.

5) 5단계 : 혼합

 - 유입과 유출이 끝나면 혼합벨브(#11)가 열리고 Main Chamber내에 압축된 가스는 가스관을 통해 유출된다.

 - 내부Basin의 혼합액은 Central Tube를 통해 하강하고 이때 가수분해된 원수는 고정 혼합날개(#4)를 통해 Main Chamber로 유입된다.

 - 이때 Main Chamber에 침전된 슬럿지는 상승되며 혼합된다.

 - Ring주위에 있던 혼합액은 Mixing Shaft를 통해 Main Chamber로 유입된다.

 - 이렇게 혼합된후 혼합밸브는 다시 닫히고 전체 공정은 다시 1단계 부터 시작된다.

상기와 같은 BIMA공정의 운영 단계를 다음의 그림 2-4.에  A 부터 F에 차례로 나타내었다.

그림 2-4. BIMA 공정의 운전 단계

2.8 MBR (Membrane Biological Reactor) 공법

   축산 폐수와 같이 고농도의 유기 물질뿐만 아니라 질소가 포함되어 있는 폐수를 처리하기 위하여 폭기조와 침전조로 구성된 호기성 공정이 많이 설치되어 운전되고 있으며 다양한 연구 및 공정 개발이 폭기조를 중심으로 이루어지고 있다.   하지만 호기성 처리 공정에서의 보다 근본적인 문제는 폭기조보다는 침전조라고 볼 수 있다.   즉 오염 물질을 미생물 플럭으로 변형시켜 중력 침전시킴으로 방류 수질에 적합한 처리수를 얻는 호기성 처리 공정에서 운전 조건에 따라 미생물 플럭의 침강성 변동이 매우 커 침강성이 악화될 경우 미생물 플럭이 처리수 중에 유출됨으로 방류 수질을 악화시킬 뿐만 아니라 폭기조의 미생물 농도가 저하되어 전체 처리 공정의 실패를 초래한다.

   그러므로 침전조에서의 침강성 악화에 대한 근원적인 문제인 침전조를 분리막으로 대체하여 고액 분리하는 MBR 공법은 처리 수질을 안정적으로 유지할 수 있다.   이와 같이 분리막을 이용하여 고액 분리하는 MBR 공법은 활성 슬러지의 침강성과 관계없이 안정적인 처리수를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 폭기조 내의 미생물을 고농도로 유지할 수 있으며 고형 물질 체류 시간(Solids Retention Time, SRT)을 길게 운전할 수 있다.   따라서 공정 상에서 발생되는 잉여 슬러지 양이 적고 폭기조의 용량을 최소화시킬 수 있으므로 소요 부지가 적으며 증식 속도가 늦은 질산화 균과 같은 미생물의 증식 및 고농도 유지가 용이함으로 질소 제거가 보다 효과적이다.   그리고 대부분의 부유 물질과 유기 물질, 대장균 군이 분리막에 의해 제거될 수 있어 소독 공정이 필요 없으며 별도의 희석수 첨가 없이 무희석 처리가 가능하여 소요 부지를 최소화 할 수 있다.

그림 2-5. MBR 공법의 공정 개략도

2.8.1 MBR 공법의 특징

   MBR 공법은 고농도의 유기 물질 뿐만 아니라 고농도의 질소가 포함된 축산 폐수 및 분뇨를 유기 물질 및 질소·인·색도 제거를 무희석으로 처리하는 공법으로서 그림 2-5에서 나타낸 바와 같이 생물학적 처리 공정(제 1, 2차 탈질/질화조), 물리적 처리 공정(한외 여과막)으로 분리 할 수 있으며 각각의 공정 특성은 다음과 같다.

1) 생물학적 처리 공정(제 1, 2차 탈질/질화조)

- 고형 물질 체류 시간(SRT)을 충분히 길게 유지할 수가 있으며 특히 질산화 미생물과 같이 증식 속도가 늦은 미생물의 증식 및 고농도의 유지가 용이함으로 질소 제거 효율이 높다.

- 생물학적 반응조 내의 미생물 농도(MLSS)를 10,000mg/L 이상으로 유지가 가능함으로 수리학적 체류 시간(HRT)을 짧게 유지할 수 있음으로 전체 토목 구조물 비용을 최소화 시킬 수 있다.

- 고농도의 미생물 농도를 유지할 수 있으므로 유기 물질뿐만 아니라 질소 제거 효율이 높다.

- SRT를 길게 유지할 수 있으므로 잉여 슬럿지 발생량을 최소화시킬 수 있다.

2) 물리적 처리 공정(한외 여과막)

- 한외 여과막에 의해 부유 물질의 100% 제거가 가능하다.

- 슬럿지의 침강성에 영향이 없으므로 항시 안정된 처리 수질을 확보할 수 있다.

- 생물학적 처리에 의해 분해되지 않은 상태의 고분자 물질 또는 난분해성 물질의 방류를 막아줌므로 처리 수질이 매우 양호하다.

- 별도의 소독 시설 없이 대장균 제거가 가능하다.

- 막으로 제거시킨 고분자 물질은 생물 분해성이 있으면 분해되기 때문에 그 처리 공정내 에서의 축적이 무한정으로 진행되지 않는다.

- 생물학적 처리 공정(제 1, 2차 탈질/질화조)과 물리적 처리 공정(한외 여과막)을 거친 후 BOD 및 총질소 처리율은 99%이상이다.

  현재 이 공법은 몇몇 오수 및 폐수 처리에 적용하여 높은 처리 효율을 나타내고 있으며 축산 폐수에도 전처리 및 영양염류 처리 시설을 조합하여 적용할 경우 적정 처리가 가능하리라 사료된다.

3. 단위 공정별 운영관리 및 점검 사항

3.1 전처리 공정

  기존에 설치 운영되고 있는 축산폐수 처리시설의 전처리 시설은 장비나 다른 처리 공정에 손상이나 문제를 야기시킬수 있는 무기물질과 협잡물의 제거를 목적으로 한다. 전처리 시설로 사용하고 있는 장치는 Rotary Drum Screen과 Screw Press, 기계식 Bar Screen등이 일반적으로 사용되고 있다. 전처리 시설은 폐수중의 조대형 협잡물을 제거하는데 사용하기 때문에 쉽게 막히는 경향이 있다. 따라서 시설의 주기적 점검이 필요하다. 다음의 표 3-1.은 전처리 시설에서 발생할수 있는 문제점과 점검 사항에 대해 요약한 것이다.

표 3-1.  전처리 시설의 문제점 및 점검 사항

발생 문제점	원  인	점검 사항
악취 발생 및 위생해충	협잡물의 누적	협잡물제거 횟수의 증가
스크린의 막힘	협잡물의 증가, 스크린 크기의 부적합	스크린의 교체,
기계식 갈쿠리의 고장	체인의 절단, 모터의 고장, 원격 조정 회로의 고장	이물질 제거, 모터 및 회로의 점검, 체인의 교체
드럼스크린 모터의 고장	모터의과부하, 회로 차단기의 문제	회로 차단기의 개폐확인
드럼스크린 가동후 곧 중지	Roller와 Wheel에 이상, Ring Screen의 이상, Ring과 Pinion Gear에 이상	기계장치에 이물질의 유무 확인
드럼스크린은 가동치 않고 모터만 가동	이물질의 유입, 체인 절단, 감속기내부 고장	이물질의 제거, 체인 교체, 감속기의 수리
드럼 스크린에서 소음 발생	이물질의 유입, 체인의 인장력 문제, 체인 드라이브의 탈락	이물질 제거, 체인 인장력 조절, 체인의 재배열
드럼스크린에 유입수의 중지	유입관의 막힘, 링 스크린의 막힘	유입관의 청소, 링 스크린의 청소

3.2  1차 처리 공정

3.2.1 혐기성 소화조

  혐기성 소화조는 처리 조건에 따라 효율이 달라지지만 기본적인 반응은 동일하다. 가온을 하지않는 재래식 소화조의 경우 소화조 체류시간은 90-120 일 정도로 상당히 길기 때문에 현재는 대부분 가온과 교반을 하는 고율소화조가 운영되기 때문에 이를 대상으로 설명한다. 

  혐기성 소화조 공정의 구성은 일반적으로 2개의 소화조와 혼합시설, 가스저장시설, 잉여가스 소각기 또는 보일러 시설등으로 구성되어 있다.

  정상적인 소화를 위해서는 유기물의 부하의 조절, 적정 체류시간 및 온도의 유지, 원활한 교반, pH의 적정 유지등이 중요하며 특히 유입수의 주입은 연속적으로 공급하는 것이 중요하며 일시에 과량을 주입하는 것은 소화조에 부담을 주어 처리 효율이 감소되며 유입수의 농도가 낮을 경우에도 효율에 문제가 발생한다. 온도와 체류시간은 보통 32-35℃로 운영하며 일반적인 체류시간은 15-20일 정도이다. 적정 pH의 범위는 6.5-7.5 정도로서 최적 범위는 6.8-7.2 이며 반응조내의 알카리도는 1,000-2,000mg/L정도가 적정하다. 다음의 표 3-2.는 혐기성 소화조의 점검 사항을 나타낸 것이다.

표 3-2.  혐기성 소화조의 점검 사항

발생 문제점	원 인	점검 사항
알카리도에 대한 휘발성 산의 농도 증가	수리학적 과부하, 유기물의 과부하, 독성물질의 유입	반응조내의 pH, VA, 알카리도의 점검, 슬럿지 반송율의 증가, 유입부하의 감소,
pH의 저하, 소화 가스중 CO2의 증가	수리학적 과부하, 유기물의 과부하	부하의 감소, 알카리의 첨가
상등수의 수질 악화	혼합이 과다, 상등수 유출부 위치의 부적합, 소화 슬럿지의 반송이 부적절, 유입구와의 거리가 가까움	상등수의 유출전 침전 시간을 증대, 유출구 및 유입구의 재 조정
상등수에 거품 발생	스컴층의 분해, 유기물 과부하	유입 부하의 감소,
소화조의 슬럿지의 온도 저하	열교환기의 고장, 재순환 배관의 막힘, 혼합 불량, 수리학적 과부하, 가열 코일의 스케일발생	열교환기의 수리, 혼합 증가, 가온 코일에 누적된 스케일 제거, 재순환 배관의 청소
스컴층이 두텁다	유입수중 지방분이 많다	혼합의 증대,

3.2.2  호기성 소화조

  호기성 소화조는 반응조와 수중 폭기기로 구성되어 있으며 주요 운전인자는 유기물 부하, 고형물 체류시간, 온도, 폭기율, 혼합, 슬럿지 반송율등이 있다. 이중에서 반응조의 용존 산소의 농도는 1-2 mg/L로 유지해야 하며 반응조 체류시간은 일반적으로 10-20 일 정도이다.

  혼합은 유기물과 미생물의 원활한 접촉을 위하여 필수적이며 온도의 유지 역시 처리효율을 좌우하므로 중요한 운전 인자가 된다. 그러나 겨울에는 온도가 떨어져 반응속도 역시 감소됨에 따라 체류시간 및 고형물 체류시간 역시 증가되어야 한다. 다음의 표 3-3은 소화조 운전시 발생 문제점과 점검 사항을 나타낸 것이다.

표 3-3. 호기성 소화조의 발생 문제점과 점검 사항

발생 문제점	원 인	점검 사항
거품 발생	유기물 과부하, 과다 폭기	폭기율 감소, 반송율의 증가
용존 산소의 감소	산기관의 막힘, 유기물 과부하, Blower의 고장	산기관의 수리 ,Blower의 수리, 반송율 증가
슬럿지의 악취 발생	폭기의 부족	폭기량 증가
소화조 pH의 저하	질산화로 알카리도의 부족, 소화조내 탄산 가스의 누적	알카리도의 조절, 환기

3.3  2차 처리 공정

3.3.1 활성슬럿지법

  활성 슬럿지 공법은 적정 운영시 유출수의 수질이 양호하며 안정적 처리가 가능한 공법으로 가장 일반적으로 적용되고 있는 공법이다. 1차 처리가 끝난 축산폐수의 농도가 높을 경우에는 희석을 하여 처리하는데 보통 10-20배로 하나 이는 유입 농도에 따라 달라지며 보통 5배 정도로 희석을 한다. 폭기조의 용존 산소의 농도는 2mg/L정도로 운영되며 반송 슬럿지의 양은 0.2-0.5Q 로 되어 있으나 이는 폭기조 상태에 따라 변동이 될 수 있다. 다음의 표 3-4.는 활성 슬럿지 운영시 문제점과 점검 사항을 나타낸 것이다.

표 3-4. 활성 슬럿지 운영시 발생되는 문제점 및 점검 사항

발생 문제점	원 인	점검 사항
2차 침전지의 슬럿지 부상	사상균의 과도 증식, 낮은 유기물 부하, 침전지 체류시간이 길어 탈질화 반응	반송 슬럿지의 살균, 유입 부하의 점검, 반송율의 증가, 영양물질의 첨가
폭기조에 황갈색 거품의 발생	SRT가 지나치게 길다	SRT감소
폭기조에 흰색의 포말 발생	MLSS감소, SRT가 짦음	SRT증가, MLSS증가
폭기조 홍합액의 색이 짙어짐	폭기량의 부족	폭기량 증가
폭기조 pH의 감소	질산화 진행, 알카리도의 부족	질산화가 필요 없을 경우에는 SRT를 감소시킴, 알칼리 투입
반송 슬럿지 농도가 낮음	반송율이 지나치게 크다, 사상균의 증식	반송율을 줄임, 용존산소 농도를 낮춤
폭기조의 부분폭기	산기관의 막힘	산기관의 청소
폭기조 수면에 희고 굵은 물결모양의 거품 형성	초기 운전시 발생, MLSS농도가 낮아 과부하시 발생	SRT증가, 슬럿지 인발을 줄임, 폭기의 증가,
폭기조 수면에 윤이나고 흑색 또는 황갈색의 거품 발생	폭기조의 저부하, MLSS농도가 높다	슬럿지 인발량을 증대
폭기조에서 악취 발생	폭기량 부족	폭기량 증가

3.3.2 산화구법

  산화구법은 반응조의 형태가 타원형으로 되어 있으며 기본 원리는 활성 슬럿지와 동일하다. 그러나 폭기 방법은 Rotor를 이용하며 일부 산화구에서는 Rotor만으로는 용존 산소의 농도를 유지 하지 못하거나 혼합액의 침전을 방지 하려는 목적으로 산기관을 설치하기도 한다. 산화구법의 특징은 유기물의 제거뿐만 아니라 운전 방법에 따라서는 질산화와 탈질산화도 동시에 수행할수 있다는 장점을 가지고 있다. 즉 Rotor의 인근에서는 유기물의 산화와 질산화가 수행되며 Rotor가 설치된 반대쪽에서는 용존 산소가 고갈되어 무산소 상태를 유지하기 때문에 일정 농도의 유기물이 존재할 경우에는 탈질 반응이 진행된다. 산화구법의 운전 인자는 활성 슬럿지와 마찬가지로 유기물의 부하, SRT, 반송율, 폭기조의 용존 산소 농도, 희석수의 비율등이 있다. 희석수의 비율은 유입수의 부하에 따라 달라지지만 보통 5-15배 정도를 사용하며, 반송율은 30-50 % 정도지만 이 역시 운전 상태에 따라 달라진다. 반응조내의 MLSS 농도는 표준식 산화구에서는 1,500-3,000mg/L이며 장기 폭기식 산화구의 농도는 3,000-6,000mg/L내외를 유지한다. 다음의 표 3-5.는 산화구에서 발생되는 문제점과 점검 사항을 나타낸 것이다.

표 3-5. 산화구의 운영시 발생되는 문제점 및 점검 사항

발생 문제점	원 인	점검 사항
침전지의 슬럿지 부상	사상균의 증식, 탈질산화 반응	유기물 저부하, 영양물질의 부족, 반송량의 증가
침전지 유출수가 탁함	과잉 폭기, 슬럿지의 과 산화,	폭기 교반의 중지, SRT감소
폭기조에 검은 황갈색 거품 발생	SRT가 길다	SRT감소, 슬럿지 인발량 증가
폭기조에 하얀 포말 형성	MLSS가 낮음	슬럿지 인발의 감소, MLSS증대
폭기조 혼합액의 색이 흑색	폭기량 부족, 과부하	폭기량 증대, 부하량의 감소
pH의 저하	질산화 반응의 진행	알칼리의 첨가, 질산화가 불필요시 SRT감소함
반송 슬럿지의 농도가 낮음	반송량이 많음, 사상균의 증식	반송율의 감소, 반송슬럿지의 살균,

3.4  3차 처리 공정

  3차 처리 시설 이라 함은 1, 2차 처리후에도 제거되지 않고 남아 있는 유기물질이나 입자성물질 및 질소와 인과 같은 영양염류의 처리를 위한 시설로서 유기물과 입자성 물질의 경우는 미세여과(Micro-Strainer)나 모래여과, 흡착, 오존 산화등의 시설을 이용하여 유출수를 Polishing하는 개념으로 설치하고 있다. 그러나 상기와 같은 시설은 1, 2차 처리시설이 정상 가동될 경우에는 큰 문제가 없으나 1, 2차 처리시설이 비정상 가동시에는 상기 시설에 많은 부하를 가하기 때문에 처리효율 면이나 유지관리의 측면에서 문제점이 있으며 전체 처리 공정이 복잡해지는 단점을 안고 있다. 질소, 인과 같은 영양염류의 처리를 위해서는 물리화학적처리법과 생물학적처리법이 있으며 물리화학적처리법은 비용이나 운영면에서 비 경제적이므로 생물학적방법이 적정하다. 그러나 현재 개발된 질소, 인의 제거 공정은 주로 하수를 처리 대상으로 개발되었기 때문에 축산폐수와 같은 고농도의 질소, 인을 함유한 경우 직접 적용이 될지는 의문시 된다.    또한 축산 폐수의 원수 특성이 Carbon/Nitrogen의 비가 낮아 질산화는 이루어 지더라도 탈질에 실패할 경우가 많으며 이에 따라 추가로 외부 탄소원이 투입되어야 하는 문제점이 있으며 인의 제거에는 더욱 많은 유기물이 요구됨에 따라 1, 2차 처리후 3차 처리에서 질소와 인을 제거하는 것은 비경제적이며 1, 2차 처리 과정에서 유기물 뿐만 아니라 질소, 인을 처리할수 있는 설계 방안이 타당하리라 사료된다. 단지 기존의 처리 시설에서는 기존 시설에 개․ 보수를 통해 질산화/탈질반응조를 설치하거나 운전 방법을 개선하여 처리하거나 인의 경우는 화학적 응집으로 처리하는 방안을 모색하는 것이 바람직 할 것으로 사료된다.   

4. 축분 처리방법 소개

  과거 축분은 인분과 함께 토양을 비옥케 하는 비료로서 그 가치를 인정 받았으나 화학 비료의 개발과 더불어 사용이 제한되었다. 그러나 화학 비료의 문제점의 인식과 축산 분뇨의 급증으로 인하여 환경을 오염시키는 물질로 취급되면서 축산 분뇨의 재이용 측면이 대두되어 유기질 비료로서 이용이 되고 있다. 하지만 안정화 과정을 거치지 않은 축산 분뇨는 식물에 악영향을 미치며 빠른 시간에 토양에 흡수되어 토양 및 지하수 오염이라는 부작용을 낳게된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 축산 분뇨를 퇴비화와 부숙을 통해 안정화 시키는 공정이 필요로 하게 되었다.    과거 조상들은 짚이나 잡초에 인분이나 축산 분뇨를 뿌려 퇴비화 시켜 사용을 했으나 이러한 방법은 퇴비화와 부숙에 소요되는 시간이 길어 문제점이 있으며 현재 발생되는 분뇨의 양이 많고 위생상의 문제점등으로 인하여 짧은 시간내에 퇴비화를 시키는 공법의 개발이 요하게 되었다.   현재 사용되고 있는 축분의 퇴비화 공법에는 크게 호기성 퇴비화법, 혐기성 퇴비화법, 소석회를 이용한 안정화법등이 있는데 이중에서 혐기성 퇴비화법의 경우 소요 시간이 오래 걸리며 발열 온도가 낮아 기생충등의 병원성균의 사멸이 완전히 이루어지지 않으며 악취의 발생등 문제점이 많아 일반적으로 사용되는 공법은 아니다. 호기성 퇴비화법은 현재까지 가장 널리 사용되고 있는 공법으로서 여러 가지 공법이 개발되어 있다.   또한 소석회법의 경우 소석회와 축분을 혼합할 때 발생하는 발열 반응을 이용하여 축분중의 기생충과 병원성균울 사멸시킨후 건조시켜 퇴비화시키는 공정이다.

4.1 호기성 퇴비화 공법

   호기성 퇴비화법은 크게 퇴비단 공법, 기계식 교반법, 반응기를 이용한 퇴비화 공법이 있는데 기본적인 반응은 모두 동일하며 단순히 퇴비화에 소요되는 시간을 단축하는데 그 목적을 둔 것이다. 퇴비화를 위해 가장 중요한 것은 축산 분뇨의 함수율이며 이는 얼마나 고액분리가 잘되느냐에 달려 있다. 만일 함수율이 높은 경우 축분사이에 공기의 유통이 어렵기 때문에 호기성 상태를 유지하기 어려우며 호기성 반응중에 발생된 산화열이 수분에 의해 손실되기 때문에 온도를 높게 유지하지 못할 경우 병원성 균의 사멸이 이루어지지 않으므로 수분을 조절하는 것이 중요하다. 그러므로 축분의 함수율이 높을 경우 톱밥 또는 Wood Chip등의 수분 조절제의 사용이 필요하나 수요에 비해 공급량이 부족한 상태이다.    그러나 톱밥이나 Wood Chip의 경우 주성분이 Cellulose와 Lignin으로 구성되어 있어 축분과 달리 분해가 잘되지 않으며 이는 퇴비화 기간을 증가시키는 문제점을 야기시킨다. 결국 이러한 제반 문제점을 해결하기 위해서는 우수한 고액 분리 장치의 개발이 시급한 것이다. 지나치게 낮은 수분 역시 미생물의 대사를 방해하므로 일반적으로 함수율이 60 - 70 % 정도가 적정한 것으로 알려져 있다. 퇴비화를 위한 조건으로는 수분이외에 공기의 공급 방법, C/N비, 혼합 정도, pH등이 있는데 위에서 분류한 퇴비화 공법은 결국 공기의 공급 방법, 혼합 방법의 차이로서 분류되는 것이다.  

  퇴비화의 단계는 퇴비화 과정과 부숙으로 나눌수 있는데 퇴비화의 과정은 초기에 중온에서 발효가 일어나며 단백질, 지방, 탄수화물이 분해되면서 pH가 낮아지며 유기물의 산화가 일어나면서 발열 반응으로 퇴비의 온도가 45-60℃로 상승하여 고온성 세균이 증식되고 셀루로오스, 헤미셀룰로오스가 분해되면서 대기중으로 이산화 탄소를 배출시키며 pH는 증가하기 시작한다. 탄소성 물질이 감소되면서 C/N비가 떨어지고 온도는 다시 40-45℃ 정도로 감소되며 pH의 증가로 인하여 암모니아의 휘발도 발생한다. 최종적으로 온도는 상온 정도로 감소되고 C/N비가 낮은 안정적인 부식질의 물질이 되며  pH는 알카리성이 되면 퇴비화 과정은 끝이나며 부숙하는 과정에서는 퇴비화 과정중 미처리된 부분이 계속적으로 분해 안정화된다. 

1) 퇴비단 공법

   퇴비단 공법은 축분을 수분 조절제인 톱밥등과 혼합하여 자연 상태에서 발효시키는 공법으로서 주기적으로 뒤집거나 인위적으로 공기를 주입하여 호기성 상태를 유지시키는 공법으로서 퇴비화가 완료되기 까지 상당한 시간이 필요하여 주로 소규모 시설에서 사용한다. 이 공법은 공사비와 유지 관리비가 저렴하나 부지 면적이 많이 필요하며 악취 발생의 우려가 있다.

2) 기계식 퇴비화법

   이 방법은 축분과 톱밥을 혼합하여 기계 장치로 교반과 분쇄를 하여 짧은 시간에 퇴비화 시키는 시설로서 송풍기를 이용하여 강제적으로 하부에 공기를 주입하여 호기성 상태를 유지한다.  그 결과 짧은 시간내에 퇴비화를 시키지만 시설비와 공기 주입과 교반등을 위한 유지 관리비가 필요하여 일반적으로 대규모 시설에 적합하다.

3) 반응기형 퇴비화법

   이 공법은 밀폐된 원통형 반응조에 축분을 투입한후 원통을 회전시키며 강제로 공기를 주입하여 3일 정도의 짧은 시간내에 퇴비화를 완료시키는 공법으로서 악취의 발생이 적고, 부지 소요가 작은 장점이 있으나 시설비 및 유지관리 비용이 고가인 단점이 있으며 부숙에 필요한 시간은 다른 방법과 마찬가지로 오래 걸린다. 대표적인 공법으로 Dano Stabilizer가 있다.

   

4.2  소석회 혼합법           

  이 공법은 축산 분뇨를 고액 분리후 10일 정도 자연 상태에서 건조 시킨후 안정화 반응조에서 소석회와 축분을 1 : 20 비율로 혼합시켜 이때 발생되는 발열 반응으로 기생충 및 병원성 균을 사멸시킨후 자연 건조기에서 건조후 다시 열을 이용한 기계식 건조기에서 건조 시킨후 퇴비를 생산하는 공법이다. 이때 초기의 축분양의 30% 내외가 퇴비로 생산된다.

출처 : 가축분뇨를 고민하는 사람들

글쓴이 : 지기 원글보기

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