가축분요자원화

[정익상(새암)]

개요 가축분뇨는 질소(N)를 비롯한 인산(P2O5), 칼리(K2O) 등 3대 비료성분과 유기물, 기타 작물생육에 필요한 각종 미량물질이 다량 함유되어 있어 농업생산에 귀중한 생물자원으로, 생물자원순환 농업생산 시스템에 물질순환을 순조롭게 하고, 생태계 파괴작용을 억제하며, 토양생태계의 활성화와 안정화에 크게 기여하고 있다. 그러나 집약적인 축산업 생산 시스템의 진전으로 가축분뇨 등의 생물자원 활용이 후퇴하여 축산환경보전과 경영의 안정적인 발전에 중대한 영향을 가져왔다. 따라서 가축분뇨 리사이클링을 기본이념으로 하여 새로운 시각에 입각한 축산폐기물 자원화 이용기술의 적용이 필요하다. 본 공법은 이러한 가축분뇨의 분과 뇨를 원심분리기를 이용하여 분리하여 분은 퇴비화 과정을 거쳐 상품성 있는 퇴비로 판매할 수 있도록 하고 뇨는 SAB(고율미생물반응기) 공법을 이용하여 양질의 액비로 전환하여 지역적, 계절적 요건에 맞추어 액상비료로 사용할 수 있도록 하는 가축분뇨 자원화 기술이다. 또한 액비의 사용이 불가능한 시기에는 SAB(고율미생물반응기) 처리수를 생물학적 처리를 거쳐 수요자가 요구하는 수준의 방류수 기준을 만족할 수 있도록 한다.

액비 생산 공정
① 돈사에서 발생된 가축분뇨는 저장조에 저장
② 저장된 가축분뇨는 원심고액분리기를 통하여 분과 뇨로 분리
③ 분리된 분은 퇴비화조로 이송
④ 분리된 뇨는 SAB(고율미생물반응기)로 유입하여 액비 처리 후 시비

방류처리시 / 고형물이 제거된 액비 필요시
⑤ SAB(고율미생물반응기) 유출수에서 원심고액분리기를 통하여 고형물과 액으로 분리
⑥ 고형물은 퇴비화조로 이송
⑦ 액은 액비로 시비 / 후단 수처리시설로 이송

특징
- 고농도의 호기성 미생물과 유체역학적 반응을 통한 액비 생산.
- 이분해성 유기물을 완벽하게 제거하고 질소함량을 조절하여 수요자의 여건에 맞는 맞춤형 액비 생산 (질소함량 임의 조정).
- 무약주 운전으로 에멀전 상태의 비료성분의 제거가 억제되어 농축상태의 액비생산이 가능.
- 고온호기성반응 (40~60℃)으로 대장균 사멸 및 액비화 가속.
- 원심분리기를 통한 2차 고형물 제거과정을 통하여 고형물이 없어야 하는 하우스 농가 사용용 액비 생산과 고형물 제거과정이
   필요 없는 일반 경종농가용 액비 생산.
- 원심분리기를 통한 2차 고형물 제거과정을 통하여 장기 저장시 미생물로 인한 재부패가 없고 품질의 변질이 없음.
- 매우 짧은 시간의 액비화 공정(약 24시간)으로 불필요한 양분의 손실이 없음.
- 단기간의 공정과 산소전달효율이 높은 기액혼합펌프를 사용하여 재래식 컴포스트 방법에 비하여 60% 이상의 전력비 절감.
- 이젝터 및 기액혼합펌프로 산소용존효율을 높여 미생물 활성화가 증가하고 송풍기 용량을 줄여 소음 감소.
- 고농도의 호기성 미생물 보유로 유입수의 농도 및 유량변동에 매우 강함.
- 체류시간 단축에 따른 부지 및 건설비 절감.
- 10~1,500rpm까지 회전수를 조절할 수 있는 기액혼합펌프로 공기공급량, 교반속도를 자유자재로 조절.
- 자동 운전화.
- 환경부차세대과제를 통한 개발로 공학적 측면에서 설계.

원리

SAB(고율미생물반응기)는 ① 효율적인 공기의 전달, ② 유체역학적인 적정한 교반력, ③ 미생물의 활성화 및 ④ 축산폐수의 특성을 조화하여 짧은 시간내에 이분해성 유기물을 분해하여 액비를 생산하거나, 후단 처리시설의 효율을 높여주고 안정성을 확보하여 준다. SAB(고율미생물반응기)의 가장 근본적인 원리는 고농도로 집적화된 호기성 미생물에 의하여 용존성 물질을 분해 발효하고 입자성 물질과 일부 용존성 물질을 적정한 교반력과 미생물의 활성화를 통하여 거대 입자화시켜 반응조 후단에서 고액분리를 통하여 액비에 불필요한 유기물과 고형물을 제거하는 것이다.
반응조의 구성은 제1반응조, 제2반응조, 제3반응조의 3조가 서로 횡으로 연결된 ① 밀폐형의 반응기, 각 반응조에 공기공급,교반,펌핑의 3가지 역할을 동시에 하는 ② 기액혼합펌프, 내부반송수/원수 및 공기를 효율적으로 혼합하여 산소 용존효율을 극대화 시킬 수 있는 ③ 이젝터로 이루어져 있다.

운전 방법
- 유입수는 원수유입관을 통하여 제1반응조, 제2반응조, 제3반응조를 거쳐 처리되어 외부로 배출
- 처리액의 일부는 제3반응조에서 제1반응조로 내부반송(질소함량 조정)
- 기액혼합펌프를 사용하여 이젝터 및 공기유입관를 통하여 각 반응조 내부에 공기를 유입 교반시켜 유기물을 분해
- 필요한 액비 질소함량에 맞추어 외부 가스 배출량 조절

가축분뇨는 분과 뇨로 구성되어 있기 때문에 분과 뇨를 효율적으로 분리하여 분은 퇴비화를 통하여 자원화 하고 뇨는 처리시설에서 안정적으로 처리할 수 있도록 하여야 한다. 본 SAB(고율미생물반응기)공법에서는 약품주입 없이 원심분리기를 이용하여 분과 뇨를 효율적으로 분리하며 ① 약품을 주입하지 않고 ② 타 고액분리기에 비하여 상대적으로 함수율이 낮으며 ③미세하게 분리된 분이 효율적으로 공기중의 산소와 접촉하기 때문에 분리된 분의 자원화(퇴비화)가 효율적으로 이루어진다.
또한 SAB(고율미생물반응기)후단 배출수중의 거대 입자물과 처리수를 분리하여 SAB (고율미생물반응기)최종 처리수를 배출한다. 원심분리기는 처리설비의 규모의 상황에 맞추어 1기로 전처리와 SAB(고율미생물반응기) 후단 배출수의 처리를 교대로 수행하도록 계획하기도 하며, 2기로 전처리와 SAB(고율미생물반응기) 후단 배출수를 독자적으로 처리하도록 계획하기도 한다.

원심분리기는 고속 회전하는 회전통(보울,Bowl)에 유입된 처리물에 원심력을 가하여 액체와 고형물의 비중차를 이용하여 고형물을 빠르게 침강시켜 회전통과 일정한 속도 차이를 유지하면서 회전하는 스크류 컨베이어로 회전통 내면에 침강된 고형물을 고형물 배출구로 이송하여 원추형 경사부에서 탈수하여 배출하고, 상등액은 스크류 컨베이어의 나선형 수로를 통하여 분리액 배출구로 배출한다.
원심분리기는 회전통(Bowl), 스크류 컨베이어(Screw conveyor), 기어박스, 회전부를 보호하는 케이싱, 회전통을 회전시키는 구동장치, 스크류 컨베이어의 회전수를 조절하는 차동장치, 전기제어반으로 구성된다. 회전통은 고속회전하며, 회전통내의 스크류 컨베이어의 회전수는 기어박스 감속비에 의한 고정운전 또는 차동장치로 조절할 수 있다.

특징
- 원심분리(무약주)와 원심탈수(약주)를 한 기계로 수행.
- 고형물의 함수율을 임의로 조정.
- 배출액의 공기접촉이 원활하게 이루어져 액비화 공정에 매우 유리.
- 고형물의 공기의 접촉이 원활하여 호기성 퇴비화에 매우 유리함.
- 후속공정이 방류를 필요로 할 때 분리액의 고형물 농도를 임의로 조정이 가능함.
- 모든 처리과정이 밀폐되어 있어 악취 발생이 없음.
- 무인자동 운전이 가능.

성 분	가축분뇨발효비료(액) 기준 (농촌진흥고시 제2005-26호)	가동중인 SAB공정 시험성적 DATA
질  소	0.3 이상	0.5%
비  소	5㎎/㎏ 이하	N.D
카드뮴	0.5㎎/㎏ 이하	N.D
수  은	0.2㎎/㎏ 이하	N.D
납	15㎎/㎏ 이하	N.D
크  롬	30㎎/㎏ 이하	0.06㎎/㎏
구  리	50㎎/㎏ 이하	7.73㎎/㎏
아  연	130㎎/㎏ 이하	21.4㎎/㎏
니  켈	5㎎/㎏ 이하	0.37㎎/㎏
염  분	0.3% 이하	0.2% 이하
수  분	95% 이상	-
대장균	-	N.D
살모넬라균	-	N.D

- 신강하이텍(주) 생태환경연구소 (박성순 소장)
- (주)이레환경테크 (김태곤 대표이사)
- 서울시립대학교 환경공학연구실 (박철휘 교수)
- 연세대학교 환경공학연구실 (정연규 교수)
- 국립순천대학교 동물자원산업기계연구실 (홍지형 교수)

[claw(이승석)]

좋은 정보 유익한 자료 잘 보았습니다.