축산폐수는 고농도의 유기탄소 화합물뿐만 아니라 질소와 인을 다량 함유하고 있기 때문에 적절히 처리하지 않고 수계에 방류할 경우 하천과 호수의 부영양화를 유발하여 전국의 식수원을 위협하게 된다.

슬러리 상태의 고농도 양돈폐수는 기계적 전처리 공정에서 총 고형물이 효과적으로 고액분리가 이루어져 제거되어 질 때 후처리 부하를 줄일 수 있어 시설의 규모 감소뿐만 아니라 퇴비화과정에서 발생되는 이익으로 시설비와 운영비를 대폭 절감할 수 있다.

본 연구는 현장실험 결과와 설계를 비교 분석하였고 성능을 판단하여 5,000두 이상의 대규모 양돈농가나 공공처리시설에서 효과적인 고액분리가 가능한 2단 압착식 슈퍼데칸트의 독자모델 개발과 적용에 주안점을 두었으며, 탈수케이크는 퇴비화하고 탈수여액은 생물학적 고도처리하여 방류수 수질기준을 만족하는지 평가하였다.

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 고액분리 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.

2단 압착식 슈퍼데칸트를 대상으로 유한요소 해석을 하여 강도가 약한 부위를 도출하고 그 성능을 평가하였다. 최대응력은 2.51kgf/mm2으로 주모터가 설치된 쪽의 지지대에서 발생되며 이 재질의 항복응력(25.0kgf/mm2)의 10.0%에 해당하므로 강도조건에 만족하도록 설계되었다고 할 수 있다.

최종년도에는 처리능력 20m3/hr인 2단 압착식 슈퍼데칸트를 양돈단지 농가에 고액분리공정 투입 및 실험이 가능한 시스템으로 구성하도록 슬러리 공급장치, 유량계, Main Control Board, V벨트 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 3배에 달하는 20m3/hr인 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.