양돈농장 액비순환시스템 운영 개선을 위한 부유물 제거 공정 개발

초록

본 연구는 양돈농장에서 악취 및 환경부하를 좌우하는 핵심 공정 중 하나인 돈사 하부 분뇨 관리의 신뢰성을 높이기 위해 운영하는 액비순환시스템의 장기 및 연속 운전을 방해하는 슬러리 상층 부유물 축적 문제 해결을 위한 물 분사 기반 제거 기술개발을 목적으로 수행되었다. 액비순환시스템 운전 중 해결해야 할 상층 부유물 제거 조건을 노즐 수, 노즐 직경 및 펌프 유량으로 구분하여 성능을 비교하였다. 노즐 수를 4개에서 7개로 증가시키면 전반적인 제거 성능이 크게 향상되었으며, 7개 구성에서 제거량과 제거속도가 가장 높게 관찰되었다. 이는 동일한 펌프 유량 조건에서 분사 지점이 늘어나면 면적이 확대되고 분사 사각지대가 감소하며 부유물 표면에 작용하는 전단력과 충돌 빈도가 증가하여 박리 및 분산이 촉진되는 전형적인 다중 분사력 효과로 해석할 수 있다. 노즐 직경은 빠른 세정과 물 효율의 균형을 좌우하는 핵심 설계 변수로 나타났다. 2mm 노즐이 제거시간과 물 소비 간 균형이 가장 우수하였고 직경이 커질수록 압력이 분산되며 제거 효율이 저하되는 경향을 보였다. 노즐 직경 결정은 유량을 많이 보내는 개념이 아니라 표면에서의 충돌 에너지, 분사 범위 및 사각지대 최소화를 함께 고려해야 할 것이다. 펌프 유량 비교에서는 140L/min 조건이 제거시간을 소폭 증가시키는 대신 물 소비를 감소시켜 장기 운전 관점에서 가장 효율적이었다. 액비순환시스템은 단발성 작업이 아니라 반복 운전되는 시스템으로 단위 작업의 최단시간 보다 누적 물 사용량과 운전비의 최소화가 실제 운영에서 더 중요한 의사결정 기준이 된다. 펌프 유량 140L/min 조건은 목표 제거 수준을 달성하기까지 필요한 분사량을 줄였다는 점에서 시스템의 경제성과 자원 효율을 동시에 개선할 가능성이 크다. 또한 물 분사는 분사 거리, 분사 범위, 사각지대 존재 등 배치 및 기하학적 제약을 받으므로 펌프 유량 증대 효과는 노즐 배열과 설치 각도, 작업 거리의 최적화와 결합하여 해석 및 설계하는 것이 바람직할 것이다. 이상의 결과를 종합하면, 슬러리 상층 부유물 제거 효율을 극대화하는 최적 운전 조합은 노즐 7개, 노즐 직경 2mm, 펌프 유량 140L/min으로 판단할 수 있다. 제거 성능과 물 사용 효율을 동시에 고려한 실증 기반의 설계 조건으로서 액비순환시스템에서 빈번히 지적되는 부유물 축적, 월류 실패, 배관 막힘 및 잔류 슬러지로 인한 악취 발생 피해를 줄이는 유지관리 대안이 될 수 있을 것이다.

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