수중 막 여과와 저온 플라즈마를 결합한 고농도 가축분뇨 처리 시스템의 거동평가

산업이 발달하고 인구가 증가함에 따라 육류를 주로 소비하는 식습관의 변화는 가축 사육 두수를 증가시켰으며 이는 가축분뇨 발생량의 증가로 이어져 부영양화와 같은 환경문제의 근원이 되고 있다. 고농도의 가축 분뇨를 처리하기 위하여 다양한 화학적 및 생물학적 처리 기술들이 연구되고 있으나, 상대적으로 긴 처리시간 확보, 넓은 부지면적의 소요, 추가 화학약품 투입의 필요성 등과 같은 다양한 한계가 존재하여 지속적인 도전이 필요한 실정이다. 본 연구는 수중 막 여과와 저온 플라즈마를 결합한 고농도 가축분뇨 처리 시스템을 제안하고 그 성능을 평가한다. 막 여과는 고액분리를 통해 탁도 및 부유 물질의 제거에 탁월하다고 알려져 있으며 저온플라즈마는 공기 중 전기적 방전을 통해 강 반응성 산화종인 OH 라디칼 및 오존 등을 생성시켜 난분해성 유기물질 등의 처리에 효과적이다. 이에 본 연구는 저온 플라즈마만 적용한 시스템(case.1), 막 여과만 적용한 시스템(case.2), 저온 플라즈마와 막 여과를 결합한 시스템(case.3)에 대하여 수리학적 체류시간을 3일에서 1일로 감소시키며 이에 따른 영양염류 및 오염물질의 처리 성능과 막 오염의 정도를 고찰하였다. 그 결과 수리학적 체류시간 3일에서 저온 플라즈마와 막 여과를 결합한 시스템은 영양염류(TN 72.4 %, TP 57.8 %, NH3-N 73.3 %), 탁도(99.1 %) 및 유기물(DOC 71.3 %, SS 98.7 %)의 제거효율이 가장 높게 나타났으며, transfer membrane pressure(TMP) 증가율 및 유출수의 플럭스 감소율이 가장 적은 것으로 밝혀졌다. 또한, 수리학적 체류시간 1일에서 막 저항은 case.3(0.4 × 1014 m-1)이 case.1(1.5 × 1014 m-1)에 비해 낮게 관찰되어 이 결과는 막 여과와 저온 플라즈마의 결합이 영양염류 및 오염물질 처리능력과 막 오염 저감에 탁월함을 입증한다. 종합하면, 본 연구에서 제안한 고농도 가축분뇨 처리 시스템은 막 오염 감소를 통해 비용효과적 처리를 가능하게 하며 영양염류 및 오염물질의 제거를 동시에 달성 가능한 것으로 판단되어 가축분뇨의 안정화효율 제고에 기여할 수 있다고 사료된다.