KR100318528B1 - 미생물을 순환공급하는 ＶＯＣｓ 및 악취 제거용 트리클에어바이오필터 - Google Patents

미생물을 순환공급하는 ＶＯＣｓ 및 악취 제거용 트리클에어바이오필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 악취 및 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, 이하 VOCs)이 포함된 오염된 공기를 생물학적으로 제거하는 담체충진형 생물여과장치(Biofilter)로써 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Ethyl benzene), 자이렌(Xylene), 헥산(Hexane)등과 같은 VOCs를 동시에 효과적으로 제거하는 장치에 관한 것이다. 상기 담체충진형 생물여과장치는 VOCs 분해미생물이 부착된 미생물담체가 충전된 타워형인 트리클에어바이오필터(Trickle Air Biofilter)와 미생물 배양조가 조합으로 구성되어 있으며 바이오필터인 미생물담체에 영양분을 공급하고, 살수 그리고 역세척에 의해서 발생된 미생물을 배양조에서 배양하여 배양된 미생물을 미생물담체로 순환하여 처리효율을 높이고 트리클에어바이오필터에서 문제점으로 대두되고 있는 폐수발생량을 최소화하는 장치이다.

Description

미생물을 순환공급하는 ＶＯＣｓ 및 악취 제거용 트리클에어바이오필터{Trickle Air Biofilter for circulating a microorganism}
본 발명은 담체충진형 생물여과장치(Biofilter)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무기성악취 물질 및 벤젠, 톨루엔, 자이렌, 디클로로벤젠, 디클로로메탄 등 휘발성유기화합물(이하 VOCs)이 포함된 오염된 공기를 생물학적으로 제거할 수 있도록 미생물을 재순환하는 트리클에어바이오필터장치에 관한 것이다.
일반적으로 VOCs 및 무기악취물질은 석유화학제품생산공장, 식품가공공장, 도료제조공장, 도장공장, 오폐수처리장, 퇴비공장 등 대부분의 산업현장에서 다양한 농도와 다양한 성분들이 발생하며, 심한 냄새를 유발하거나 대기중의 오존층을 파괴하는 물질로써 인체에 유해한 물질이다. 특히 VOCs의 대기 중 방출은 각국 선진국에서 1960년대부터 미국을 시작으로 하여 국가적인 차원에서 배출을 강력히 규제하고 있다. 상기 VOCs 및 악취를 제거하기 위한 방법으로 활성탄흡착, 응축, 소각, 촉매산화, 약액세정법 등 물리화학적 방법이 주로 이용되고 있으나 이들 물리화학적 방법이 시설비 및 운전비가 과다하게 소요됨으로 선진국에서는 최근에 미생물을 이용한 바이오필터(Biofilter)를 이용하여 생물학적으로 제거하는 Biofiltration 기술의 이용이 증가되고 있다.
상기 바이오필터(Biofilter)는 담체의 표면에 미생물이 부착되어 생물막이 형성되고, 악취 및 VOCs물질 포함된 오염된 공기가 담체층을 통과하면서 오염물질이 생물막에 확산되면 미생물이 오염물질을 분해 제거하는 방법이다.
악취 및 VOCs물질 포함된 오염된 공기를 생물학적으로 필터링하는 방법에는 바이오필터(Biofilter), 바이오와셔(Biowasher), 트리클에어바이오필터(Trickle Air Biofilter), 에어리프트(Air lift)등이 있다.
무기성 악취의 경우에는 전형적인 바이오필터를 사용하지만 VOCs를 분해하는 미생물의 종류가 종속영양 세균(Heterotrophic bacteria)로써 이 VOCs를 분해하는 미생물은 VOCs중에 포함된 유기탄소를 미생물의 에너지와 세포증식에 이용하여 VOCs를 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 최종 산화 분해시킨다. 이때 이 미생물은 증식이 매우 빠르고 점질물을 형성하므로 미생물 충전제로 사용되는 세라믹, 프라스틱 구조물에 과잉으로 미생물이 부착되어 반응기의 압력손실을 크게 하여 처리풍량과 처리효율이 저해되는 원인이 된다.
이와 같이 미생물이 과도하게 증식되어 바이오필터가 제기능을 하지 못하게 되면 미생물을 주기적으로 제거해주어야 한다.
도 1은 일반적으로 미생물담체에 과잉 미생물이 자랐을 경우 역세척에 의해서 과잉미생물을 탈리시키는 장치를 개략적으로 나타낸 도면으로, 도 1에 나타낸 바와같이, 반응기(10)를 역세척을 하면 미생물담체(12)로부터 과잉의 미생물이 제거되면서 고농도의 유기물이 함유된 폐수가 발생하게 되며 미생물담체(12)의 상층부에서 펌프(14)를 이용하여 영양분탱크(16)의 물이나 영양물질을 공급해 줄때에도 미생물담체(12)에 부착된 미생물이 탈리되어 배출된다. 그러므로 이들 폐수를 줄이거나 재이용하는 방안이 필요하다. 이와같이 탈리된 미생물을 그대로 배출하는 것은 배출수질에 악영향을 미치므로 악취 및 VOCs에 적응된 미생물을 효율적으로 이용하여 제거효율을 높이는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 무기성악취 물질 및 벤젠, 톨루엔, 자이렌, 디클로로벤젠, 디클로로메탄 등 휘발성유기화합물(이하 VOCs)이 포함된 오염된 공기를 생물학적으로 제거하는 미생물을 재순환하여 사용할 수 있는 트리클에어바이오필터장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적으로 미생물담체에 과잉 미생물이 자랐을 경우 역세척에 의해서 과잉미생물을 탈리시키는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 트리클에어바이오필터에 미생물 발효조를 조합하여 폐수발생량을 현저하게 줄일 수 있는 바이오필터 장치의 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20 : 트리클에어바이오필터 22 : 미생물담체
24 : 하우징 26 : 제2살수스프레이
28 : 역세척수 배출밸브 30 : 세척수저장탱크
32 : 제1산기관 34 : 제2산기관
40 : 컴프레셔 50 : 배양조
52 : 레벨스위치 54, 56, 58, 64, 72 : 펌프
60 : 온도감지센서 62 : 히터
70 : 스크라버 80, 82 : 솔레노이드밸브
90 : 제어부 92 : 송풍기
94 : 교반모터 96 : 교반기
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 오염된 공기를 1차적으로 세척하는 스크라버; 상기 스크라버에 파이프를 통해 접속되며, 미생물을 이용하여 오염된 공기에 포함되어 있는 악취 및 VOCs 를 제거하는 트리클에어바이오필터; 상기 트리클에어바이오필터에 파이프를 통해 접속되며, 트리클에어바이오필터로부터 유입된 폐수에 존재하는 미생물을 배양하여 트리클에어바이오필터에 재공급하는 배양조; 그리고 상기 스크라버, 트리클에어바이오필터 및 배양조의 동작을 제어하여 세척수 및 미생물이 재순환되도록 하는 제어부로 이루어지는 미생물을 재순환하는 트리클에어바이오필터를 제공한다.
또한, 상기 트리클에어바이오필터는 원기둥 혹은 4각기둥의 형상으로 내부에 미생물을 포함하는 미생물담체가 충진되어 있는 하우징; 상기 하우징의 상측 내부에 착설되는 제2살수스프레이; 상기 하우징의 바닥에 설치되며 컴프레셔로부터 공기가 하우징의 내부로 공급되도록 하는 제 1 산기관; 상기 하우징의 하부에 설치되어 미생물담체를 세척할 경우 세척수를 하우징에 공급하거나 배출시키는 세척수저장탱크; 상기 하우징의 하단에 설치되어 하우징의 세척수를 배양조에 공급하는 제1펌프; 상기 하우징의 상단면에 파이프를 통해 접속되어 미생물담체에 의해 정화된 공기를 데미스터를 통해 외부로 배출시키는 송풍기; 상기 하우징의 일측면에 부착되며, 하우징에 내재되는 미생물담체의 상측 공간과 하측 공간의 압력을 표시하는 마노미터; 그리고 하우징의 내부에 물을 공급할 수 있는 제3펌프를 포함한다.
또한, 상기 배양조는 교반모터에 의해 회전하여 수를 교반하는 교반기; 상기 배양조의 내부 바닥에 설치되어 컴프레셔로부터 공급되는 공기를 배양조의 내부로 공급하는 제2산기관; 상기 배양조의 수의 pH를 검출하는 제1pH미터기; 상기 배양조의 온도를 조절하는 히터; 상기 배양조의 수량을 조절하는 레벨스위치; 그리고 상기 배양조의 미생물이 포함된 수를 트리클에어바이오필터에 재공급하는 제2펌프를 포함한다.
또한, 상기 스크라버는 세척수의 pH를 감지하는 제2pH미터기; 스크라버의 세척수가 설정된 pH값을 갖지 않으면 세척수를 외부로 배출시키는 제1솔레노이드밸브; 스크라버의 세척수가 설정된 pH값을 갖지 않으면 세척수를 스크라버의 내부로 공급하는 제2솔레노이드밸브; 상기 스크라버의 세척수를 순환시키는 제5순환펌프; 그리고 상기 스크라버의 내부 상단에 설치되어 세척수를 살수하는 제1살수스프레이를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 스크라버의 제2pH미터기로부터 인가되는 세척수의 pH농도가 설정값에 해당하지 않으면 제1솔레노이드밸브와 제2솔레노이드밸브를 제어하여 스크라버의 내부에 존재하는 세척수를 외부로 배출시킴과 동시에 깨끗한 세척수를 내부로 공급하여 스크라버의 세척수가 갖는 pH농도를 자동으로 조절한다.
또한, 상기 제어부는 트리클에어바이오필터의 제3펌프를 제어하여 하우징의 내부에 깨끗한 시수를 공급하도록 한다.
또한, 상기 제어부는 배양조의 제1pH미터기로부터 인가되는 세척수의 pH농도가 설정값에 해당하지 않으면 제4펌프를 제어하여 세척수를 외부로 배출시킴으로써 세척수를 교환하고, 온도감지센서로부터 인가되는 세척수의 온도가 설정값보다 낮으면 히터를 제어하여 배양조를 가온시키며, 제2산기관을 제어하여 세척수에 공기를 공급하며, 교반모터를 제어하여 세척수를 교반시키며, 레벨스위치로부터 인가되는 신호로부터 세척수의 수량을 감지하여 설정값보다 세척수가 많으면 제4펌프를 제어하여 세척수를 외부로 배출시키며, 제2펌프를 제어하여 배양조의 세척수를 트리클에어바이오필터에 공급되도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 트리클에어바이오필터에 미생물 발효조를 조합하여 폐수발생량을 현저하게 줄일 수 있는 바이오필터 장치의 개략도이다.
도 2를 참조하여 미생물을 순환공급하는 VOCs 및 악취 제거용 트리클에어바이오필터(20)를 설명하면, 무기성 악취와 VOCs가 혼합된 폐가스를 필터링하는 트리클에어바이오필터(20)에 과잉으로 미생물이 자랐을 경우에는 미생물담체(22)로부터 세척수와 공기로 역세척하여 미생물을 탈리시키고, 미생물을 탈리시키는데 사용된 세척수는 배양조(50)를 통해 재순환시켜 사용한다.
즉, 폐가스는 스크라버(70)에 유입되고, 상기 스크라버(70)의 제5펌프(72)에 의해 세척수가 제1살수스프레이(74)로 살수된다. 상기 스크라버(70)의 제1살수스프레이(74)에 의해 살수되는 세척수에 의해 세척된 폐가스는 파이프(76)를 통해 트리클에어바이오필터(20)의 하단에 유입된다. 이때 상기 스크라버(70)의 제2pH미터기(78)는 세척수의 pH농도를 감지하여 제어부(90)에 인가하고, 상기 제어부(90)는 스크라버(70)의 세척수가 설정된 pH농도를 갖지 않으면 제1솔레노이드밸브(80)를 오픈시켜 세척수를 외부로 배출시킴과 동시에 제2솔레노이드밸브(82)를 오픈시켜 깨끗한 세척수를 스크라버(70)에 공급함으로써 스크라버(70)의 세척수가 설정된 pH농도를 유지하도록 한다.
상기 스크라버(70)로부터 트리클에어바이오필터(20)의 하우징(24)하단에 유입된 폐가스는 미생물담체(22)를 통과하여 깨끗한 공기로 정화된 후 상단부의 파이프에 구비된 송풍기(92)에 의해 외부로 배출된다. 이때 상기 송풍기(92)에 인가되는 공기는 더미스터(98)에 의해 수분이 제거된 후 송풍기(92)를 통과하게 되므로 송풍기(92)를 수분으로부터 보호하게 된다. 상기 트리클에어바이오필터(20)의 하우징(24)에 유입된 폐가스는 하우징(24)의 내부에 내재된 미생물담체(22)를 통과하면서 미생물담체(22)에 충진되어 있는 미생물에 의해 분해되어 깨끗한 공기로 정화된다. 상기 하우징(24)의 상단에 설치된 제2살수스프레이(26)에서는 미생물영양액 혹은 미생물이 포함된 용액을 살수하여 미생물이 미생물담체(22)에서 증식되어 일정량의 미생물이 미생물담체(22)에 잔존하도록 한다. 이때 상기 미생물담체(22)에 충전되어 있는 미생물이 과다하게 증식되면 미생물담체(22)에 존재하는 공극이 미생물에 의해 막혀 폐가스가 미생물담체를 통과하지 못한다. 상기 미생물담체(22)의 미생물이 과다증식에 의해 공극을 막게 되면 폐가스가 미생물담체(22)를 원활하게 통과하지 못하므로 하우징(24)의 상단과 하단의 압력 차이가 크게 된다. 상기 하우징(24)의 일측에 설치된 마노미터(26)에는 하우징(24)의 상단과 하단의 압력차를 표시하게 되며, 작업자는 마노미터(26)의 압력차가 설정된 값을 초과하게 되면 세척수저장탱크(30)의 세척수를 하우징(24)의 내부로 유입되도록 하면서 제1산기관(32)으로부터 공기를 토출시키게 된다.
상기 제1산기관(32)으로부터 토출되는 공기는 미생물담체(22)로부터 미생물을 분리하여 떼어낸다. 상기 미생물이 미생물담체(22)로부터 분리되면 세척수에 의해 상단으로 밀려 올라가 역세척수 배출밸브(28)를 통해 미생물이 세척수와 함께 배양조(50)로 흐르게 된다. 상기 배출밸브(28)를 통해 미생물이 배양조(50)로 유입되고 하우징(24)에 남아있는 세척수는 다시 세척수저장탱크(30)로 배출시킨다.
상기 트리클에어바이오필터(20)로부터 배출밸브(28)를 통해 세척수가 배양조(50)에 유입되며, 배양조(50)의 내부에 설치되어 있는 레벨스위치(52)가 세척수의 유입량을 감지하게 된다. 상기 레벨스위치(52)는 트리클에어바이오필터(20)로부터 유입된 세척수가 설정된 량을 초과하게 되면 제4펌프(54)를 통해 세척수를 외부로 배출시킨다. 상기 배양조(50)에는 온도감지센서(60)가 설치되어 세척수의 온도를 감지하여 제어부(90)에 인가하고, 상기 제어부(90)는 세척수의 온도가 설정된 값보다 낮으면 히터(62)를 제어하여 세척수의 온도가 설정된 값을 유지하도록 하여 미생물의 활성을 최대로 유지함으로써 미생물을 배양한다. 또한, 제어부(90)에 의해 교반모터(94)가 회전동작을 하여 배양조(50)의 내부에 설치된 교반기(96)가 세척수의 미생물이 원활하게 증식될 수 있도록 세척수를 교반시켜주며, 제어부(90)는 제2산기관(34)을 통해 컴프레셔(40)로부터 공급되는 공기를 배양조(50)에 공급하여 배양조의 내부가 호기성을 유지하도록 한다. 상기 배양조(50)의 세척수에 미생물이 배양된 후 제2펌프(56)를 이용하여 미생물이 배양된 배양조(50)의 세척수를 제2살수스프레이(26)에 공급하여 트리클에어 바이오필터(20)에 미생물 배양액이 살수되도록 한다. 상기 제2살수스프레이(24)를 통해 살수된 세척수는 다시 제1펌프(64)에 의해 배양조(50)로 공급된다.
상기 트리클에어바이오필터(20)의 역세척으로 인해 미생물이 과도하게 탈리 될 경우 미생물 배양조(50)에서는 미생물성장을 촉진시키는 N(질소), P(인) 등의 영양소를 공급하여 미생물을 배양 후 제2살수스프레이(26)를 통하여 트리클에어바이오필터(20)에 재 살수하여 미생물담체(22)의 내부에 부착시켜 미생물에 의한 정화효율을 상승시킨다.
또한 트리클에어바이오필터(20)의 내부에 유황계 악취가 공급될 경우 pH 저하 등에 의해 미생물담체(22)의 정화효율이 낮아질 경우 제3펌프(58)를 통해 상수를 트리클에어바이오필터(20)에 공급하여 트리클에어바이오필터(20)의 내부를 세척하여 트리클에어바이오필터(20)의 내부를 중성으로 유지해 준다.
상기의 설명에서와 같이 담체 충진형 생물여과장치는 VOCs 분해미생물이 부착된 미생물 담체가 충전된 트리클에어바이오필터(Trickle Air Biofilter)와 미생물 배양조가 조합으로 구성되어 있어 바이오필터인 미생물담체에 영양분을 공급하고, 살수 및 역세척에 의해서 발생된 미생물을 배양조에서 배양하여 배양된 미생물을 트리클에어바이오필터(20)의 내부로 순환하여 처리효율을 높이는 효과가 있으며, 트리클에어바이오필터에서 문제점으로 대두되고 있는 폐수 발생량을 최소화하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 오염된 공기를 1차적으로 세척하는 스크라버; 상기 스크라버에 파이프를 통해 접속되며, 미생물을 이용하여 오염된 공기에 포함되어 있는 악취 및 VOCs 를 제거하는 트리클에어바이오필터; 상기 트리클에어바이오필터에 파이프를 통해 접속되며, 트리클에어바이오필터로부터 유입된 폐수에 존재하는 미생물을 배양하여 트리클에어바이오필터에 재공급하는 배양조; 그리고 상기 스크라버, 트리클에어바이오필터 및 배양조의 동작을 제어하여 세척수 및 미생물이 재순환되도록 하는 제어부로 이루어지는 미생물을 재순환하는 트리클에어바이오필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 트리클에어바이오필터는 원기둥 혹은 4각기둥의 형상으로 내부에 미생물을 포함하는 미생물담체가 충진되어 있는 하우징; 상기 하우징의 상측 내부에 착설되는 제2살수스프레이; 상기 하우징의 바닥에 설치되며 컴프레셔로부터 공기가 하우징의 내부로 공급되도록 하는 제 1 산기관; 상기 하우징의 하부에 설치되어 미생물담체를 세척할 경우 세척수를 하우징에 공급하거나 배출시키는 세척수저장탱크; 상기 하우징의 하단에 설치되어 하우징의 세척수를 배양조에 공급하는 제1펌프; 상기 하우징의 상단면에 파이프를 통해 접속되어 미생물담체에 의해 정화된 공기를 데미스터를 통해 외부로 배출시키는 송풍기; 상기 하우징의 일측면에 부착되며, 하우징에 내재되는 미생물담체의 상측 공간과 하측 공간의 압력을 표시하는 마노미터; 그리고 하우징의 내부를 세척하기 위한 세척수를 내부로 공급하는 제3펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물을 순환공급하는 VOCs 및 악취 제거용 트리클에어바이오필터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배양조는 교반모터에 의해 회전하여 수를 교반하는 교반기; 상기 배양조의 내부 바닥에 설치되어 컴프레셔로부터 공급되는 공기를 배양조의 내부로 공급하는 제2산기관; 상기 배양조의 수의 pH를 검출하는 제1pH미터기; 상기 배양조의 온도를 조절하는 히터; 상기 배양조의 수량을 조절하는 레벨스위치; 그리고 상기 배양조의 미생물이 포함된 수를 트리클에어바이오필터에 재공급하는 제2펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물을 순환공급하는 VOCs 및 악취 제거용 트리클에어바이오필터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스크라버는 세척수의 pH를 감지하는 제2pH미터기; 스크라버의 세척수가 설정된 pH값을 갖지 않으면 세척수를 외부로 배출시키는 제1솔레노이드밸브; 스크라버의 세척수가 설정된 pH값을 갖지 않으면 세척수를 스크라버의 내부로 공급하는 제2솔레노이드밸브; 상기 스크라버의 세척수를 순환시키는 제5순환펌프; 그리고 상기 스크라버의 내부 상단에 설치되어 세척수를 살수하는 제1살수스프레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물을 순환공급하는 VOCs 및 악취 제거용 트리클에어바이오필터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 스크라버의 제2pH미터기로부터 인가되는세척수의 pH농도가 설정값에 해당하지 않으면 제1솔레노이드밸브와 제2솔레노이드밸브를 제어하여 스크라버의 내부에 존재하는 세척수를 외부로 배출시킴과 동시에 깨끗한 세척수를 내부로 공급하여 스크라버의 세척수가 갖는 pH농도를 자동으로 조절하는 것을 특징으로 하는 미생물을 순환공급하는 VOCs 및 악취 제거용 트리클에어바이오필터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 트리클에어바이오필터의 제3펌프를 제어하여 하우징의 내부에 깨끗한 시수를 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 미생물을 순환공급하는 VOCs 및 악취 제거용 트리클에어바이오필터.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 배양조의 제1pH미터기로부터 인가되는 세척수의 pH농도가 설정값에 해당하지 않으면 제4펌프를 제어하여 세척수를 외부로 배출시킴으로써 세척수를 교환하고, 온도감지센서로부터 인가되는 세척수의 온도가 설정값보다 낮으면 히터를 제어하여 배양조를 가온시키며, 제2산기관을 제어하여 세척수에 공기를 공급하며, 교반모터를 제어하여 세척수를 교반시키며, 레벨스위치로부터 인가되는 신호로부터 세척수의 수량을 감지하여 설정값보다 세척수가 많으면 제4펌프를 제어하여 세척수를 외부로 배출시키며, 제2펌프를 제어하여 배양조의 세척수를 트리클에어바이오필터에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 미생물을 순환공급하는 VOCs 및 악취 제거용 트리클에어바이오필터.
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