축산폐수 처리공정의 pH 제어를 위한 연구

신관석, 정태훈, 김태진

수원대학교 화학공학과

pH Control System for Livestock Wastewater Treatment

Kwan-Seok Shin, Tae-Hoon, Jurng, Tai-Jin Kim

Dept. of Chemical Engineering, University of Suwon

서론

축산농가에서 발생되는 축산 폐기물은, 대부분 야적장 또는 간이 저장시설에 보관 되거나 처리장이 있더라도 상당량이 그대로 방출되는 실정이다. 축산폐수는 오염물질의 농도가 높기 때문에 인근 하천 및 수자원을 크게 오염시킨다[1]. 이러한 폐수처리에서 중화는 필수적으로 거쳐야 하는 과정 중의 하나이며, 또한 pH는 폐수처리 공정 중 응집침전, 생물학적 처리 등의 효율에 큰 영향을 미친다[2]. 따라서 효과적인 폐수처리를 위해서는 기존의 처리기술의 개선과 함께, pH 제어기술에 대한 연구도 필요하다. 특히, 축산폐수의 경우 기존의 제어방법으로는 만족할 만한 효과를 얻기가 어려웠으며, 큰 저장조에서 회분식으로 처리하는 비경제적인 방법이 사용되어 왔다[3]. 본 연구에서는 축산폐수 처리시의 경제성과 수질 문제를 해결하는 방안으로서, pH를 초기적으로 제어할 수 있는 시스템의 개발을 목적으로 하였다.

본론

pH 공정은 2가지의 관점에서 제어 전문가들의 관심을 끌고 있다. 그 첫째는 그들이 개발한 일반적인 비선형 제어방법의 평가를 위한 대상으로 아주 적합한 공정이기 때문이며, 둘째는 pH 제어에 관한한 아직까지 확실한 해답이 찾아지지 않았기 때문이다. 이와 같은 이유로 pH 제어에 관한 연구논문이 많이 발표되어 있으며 현재에도 이에 대한 연구가 계속 진행되고 있다[4].

축산폐수의 경우 대부분 pH가 제한된 범위내에서 약간의 변화 만을 보이므로, 보다 단순한 방법으로 제어 가능하다. 본 연구에서는 축산폐수 처리조를 모델로 하여, pH data의 on-line 기록과 디스플레이가 가능한 제어 시스템의 하드웨어를 설계하였다. 일반 농가에서의 간편한 사용을 위해 각 구성 요소들을 개인용 컴퓨터를 이용하도록 하였다.

실험

pH meter는 축산폐수의 pH control을 실험실적으로 small scale에서 관련인자를 연구하기 위하여 한국정밀기기에서 제작한 NOVA pH meter 및 한국발효기에서 제작한 2.5□ 발효조를 활용하였다. NOVA pH meter와 발효기를 이용하고 또한 NOVA pH meter의 출력전류를 □SOLUS□라는 상업용 환경제어 시스템을 자체 보완한 감시 시스템으로 컴퓨터에 연결하여 연속적인 control이 가능한 모델을 Fig. 1에 나타내었다.

Fig. 1. Schematic diagram of pH control for livestock wastewater

treatment.

국내에서 판매되고 있는 휴대용, 실험용, 현장용 등의 pH meter를 비교 실험하였다. 현장용 국산 NOVA pH meter의 출력전류를 이용하여 컴퓨터로 제어할 목적으로 측정 pH와 출력전류의 상관관계를 검정하였다. 본 실험에서는 미국 ORION의 920A, 한국정밀기기의 NOVA, 싱가폴 Eutech Cybernetics의 pHScan wp2를 사용하였다.

결과 및 토론

Fig. 2는 0.01M KOH 용액에 0.1M의 HCl 용액을 일정량씩 가하면서 pH 변화를 기록한 그림이다. pH와 출력 전류를 각각 표시 하였으며, 시스템은 일정 온도와 rpm을 유지하였다. 이때 NOVA pH meter의 출력전류값과 용액의 pH값은 높은 선형성(R=99.995%)을 보였다. 한편, NOVA pH meter의 출력전류값을 상업용 SOLUS 시스템에 연결하여 data를 on-line으로 기록하였고, 컴퓨터를 이용하여 연속적으로 디스플레이 할 수 있었다. 이러한 시스템을 이용하면 연속적으로 축산폐수의 pH를 감시하고 제어가 예상되었다. 개발한 시스템을 현장에 적용함으로써 축산폐수 처리공정의 효율적 pH 제어에 적용 가능성을 제시하였다.

Fig. 2. pH change of 0.01M KOH

meter at various pH level.

of 0.1M HCl.

Fig. 3. Current output of NOVA pH

meter at various pH level.

결론

본 연구를 통하여 축산폐수 처리 현장에서 관리하기 간단한 pH control system을 개발하여 이를 실험실적 규모에서 평가한 결과 시스템의 현장 적용 가능성을 확인하였다.

감사의 글

본 연구는 농림부의 1996년도 농림수산특정연구과제(290632-5)의 일부분으로 수행되었으며 이의 재정적 지원에 감사 드립니다.

참고 문헌

1. 축산신문 : □ 가축분뇨 처리 가이드□ (1995).

2. 박완철 : □ 소규모 축산폐수 처리장치의 개발□, 한국과학기술연구원 (1993).

3. 김강식 : □ 수출돈 생산단지의 분뇨처리시설 표준화에 관한 조사연구□,

농림수산부 (1995).

4. Whan, W. S. : "pH control using an identification reactor and on-line           process identification for autotuning", Pohang Univ. of Science and

Technology, 55 (1994).