KR100320742B1 - 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 제거를 위한 바이오필터 - Google Patents

악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 제거를 위한 바이오필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 악취 및 휘발성 유기물질(Volatile Organic Components ; VOCs) 제거를 위한 바이오필터에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 각종 산업현장에서 발생하는 넓은 범위의 운전조건(저농도 고유량, 고농도 저유량)에서 안정적인 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs)을 효율적으로 처리할 수 있는 바이오필터를 제공하여 사업장에서 발생되는 대기오염을 저감시키고자 한 악취 및 휘발성 유기물질 제거를 위한 바이오필터를 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 성분을 포함한 배가스를 처리하는 바이오필터에 충진하는 담체(Media; 1), 미생물(2), 운전조건(3)으로 구성되어 있다. 담체는 스코리아(Scoria)를 포함한 다공성 화산석, 목탄, 폴리우레탄 재잴의 담체로 입경 12∼17mm의 것을 이용하고, 식종 미생물로는 Thiobacillus Thiooxoans, Thiobacillus Ferroxidans을 포함한 Thiobacillus sp.와 Bacillus Azopoformans을 포함한 Bacillus sp.를 이용하며, 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs)성분을 포함한 배가스 처리를 위한 바이오필터 내부에서 배가스의 흐름은 상향류 또는 하향류의 운전방식을 취하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 각종 악취성분 및 휘발성 유기물질(VOCs)을 함유한 배가스를 경제적이면서도 효과적이고, 안정적인 처리가 가능하며, 높은 농도부하 및 유량부하 변동에서 99.9% 이상의 안정적인 처리효율을 가짐으로써 토양탈취의 1/200, 기존 바이오필터의 1/2 이하의 적은 시설용량을 적용할 수 있는 것이다.
그리고 악취 물질 및 휘발성 유기물질(VOCs) 처리성능이 우수한 미생물을 부착 성장시킴으로써, 현장에서 발생되는 여러 악취성분 및 휘발성 유기물질(VOCs)에 대하여 빠른 순응기간이 소요됨으로써 초기 운전기간이 짧고, 안정적인 법규 준수가 가능한 등 다수의 효과를 제공하는 것이다.

Description

악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 제거를 위한 바이오필터{Biological filter for deodorizing and removing volatile organic components}
본 발명은 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 제거를 위한 바이오필터에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 각종 산업현장에서 발생하는 넓은 범위의 운전조건(저농도 고유량, 고농도 저유량)에서 안정적인 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs)을 효율적으로 처리할 수 있는 바이오필터를 제공하여 사업장에서 발생되는 대기오염을 저감시키고자 한 악취 및 휘발성 유기물질 제거를 위한 바이오필터를 제공코자 하는 것이다.
종래 악취 및 휘발성 유기물질 제거를 위해서는 물리화학적인 방법으로는 직접·촉매연소, 습식세정 및 활성탄흡착 등이 있고, 생물학적 처리방법으로는 토양, 콤포스트, 피트, 목탄 및 다양한 유기/무기 재료를 담체로 하여 충진 담체에 서식하는 미생물에 의해 악취 및 유기물질을 제거하는 바이오필터 기술이 개발되고 있다.
상기 전자인 물리화학적인 처리법은 연속적인 운전비용이 소요되고 2차 오염물질이 생성되는 단점이 있다.
그리고 후자인 생물학적 처리법은 충진탑내의 압력강하 문제가 발생되어 큰 처리용량이 필요하며, 운전시 역세작업이 필요한 문제점이 있다.
또한 생물학적 처리법은 충진 담체의 물리적인 특성, 접종하는 종균, 폐가스와의 접촉방식 등이 처리효율에 큰 영향을 미친다.
즉, 상기한 바와 같은 종래 기술이 갖는 단점을 요약하면;
① 설치면적의 과다 소요: 토양을 비롯한 콤포스트, 피트, 목탄 등의 유기재료를 사용할 경우 낮은 공기 투과율로 인하여 저농도 고유량 배가스를 처리 할 경우 바이오필터의 큰 체적이 필요하다.
② 압력손실의 증가와 역세척 필요: 기존 담체의 경우 운전연수 경과에 따른 노화현상 및 충진시 낮은 공극율로 인해 운전에 따른 바이오필터내 압력손실의 증가로 주기적인 역세척이 필요하여 추가적인 장치(역세장비)의 설치와 과도한 폐수의 발생을 야기한다.
③ 초기 적응시간 과다 소요: 일반적으로 활성슬러지를 탈취 미생물의 균주로 사용할 경우 초기 운전에 필요한 적응기간이 1∼3개월이 소요됨으로써 현장 운전이 지연된다.
④ 저농도·고유량에서의 처리효율 불안정: 현장에서 발생되는 악취의 특성인 저농도·고유량의 조건에서 장기간 운전시 담체의 노화현상과 충진 미생물의 일정한 유지 곤란 및 악취 성분의 확산과 분해속도가 낮음으로써 처리효율이 불안정한 단점을 가지고 있었던 것이다.
이에 본 발명에서는 종래의 생물학적 처리법에 비하여 넓은 범위의 오염부하 및 유량부하에 대하여 높은 처리효율을 가지며, 유입 폐가스의 농도변화와 가스 유량 변화에 안정적인 특징을 가지는 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 제거를 위한 바이오필터를 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.
도 1은 본 발명의 담체사진(일반사진, 전자현미경담체)
도 2는 본 발명의 미생물사진
도 3A는 본 발명의 적용 운전 모식도로서 하향류 흐름인 경우이며
도 3B는 본 발명의 적용 운전 모식도로서 상향류 흐름인 경우
도 4는 본 발명의 바이오필터에서 악취 및 휘발성 유기물질의 제거기작
도 5는 공간속도에 따른 각 바이오필터 종류별 제거효율 및 본 발명의 제거
효율을 나타낸 도표
■ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■
1:전처리기 2:증습기
3:바이오필터
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs)을 제거하기 위한 바이오필터로 충진하는 담체와 미생물로 구성되어 있다.
상기 담체는 제주도에 산재해 있는 화산석으로 입자크기 12∼17mm, 겉보기 비중 2.17 g/cm3, 함수율 46.52 %(w/w)의 것과 목탄, 폴리우레탄 재질의 것을 이용한다. 제품의 특성을 나타내기 위해 도 1에 일반사진과 전자현미경 사진을 첨부하였다.
그리고 악취 및 휘발성 유기물질을 효과적으로 제거하기 위한 미생물은 Thiobacillus sp.와 Bacillus sp.를 적용한다. 이들 미생물의 현미경 사진을 도 2에 첨부하였다.
제주도 화산석 및 목탄, 폴리우레탄 재질의 것을 충진 담체로 하여 Thiobacillus sp.와 Bacillus sp.를 식종한 바이오필터의 운전모식도를 도 3에 나타내었다.
바이오필터를 적용하기 위해서는 전처리기(1), 증습기(2) 등의 부대설비가 필요하다. 상기 전처리기(1)는 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 성분을 포함한 배가스의 온도조절 및 배가스내 존재하는 입자상 오염물질을 제거한다.
그리고 증습기(2)는 유입가스의 상대습도를 과포화 시킨 후 반응기로 유입하여 미생물에게 적절한 수분을 공급해 주는 장치로 접촉면적이 넓은 플라스틱 담체를 충진비율(부피비) 80%로 하여 처리 가스량의 1~2.5%의 비율로 연속 살수하여 하부로 유입된 가스를 증습 시킨 후 상부로 배출하여 반응기로 유입시킨다. 증습기는 바이오필터의 1/3∼1/5 크기로 설계한다.
상기 바이오필터는 배가스 중의 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs)은 담체 표면에 부착 성장하는 미생물에 흡수, 흡착되어 생물학적 산화반응에 의해 제거하는 장치이다.
그리고 바이오필터에 충진하는 담체(media)는 비표면적이 넓고, 경도가 높으며, 충진후 일정한 공극율을 가져야 한다.
상기 담체는 반응조 용량에 대하여 50%로 충진하여, 충진탑의 공극율을 50%로 하여, 바이오필터의 공간속도를 60~720/hr의 범위에서도 운전이 가능하게 하여 고유량의 배가스 조건에서 낮은 압력손실을 유지할 수 있다.
토양탈취의 경우 공간속도 50/hr에서 낮은 공기투과율로 인해 탈취가 불가능하며, 피트의 경우 200/hr에서 50%정도의 제거효율로 급격히 떨어진다.
국내외에서 개발된 세라믹 담체의 경우 저농도 조건에서 대체로 높은 제거효율을 보이지만 화산석을 이용할 경우 농도변화(30∼300ppmv)와 공간속도(60∼360/hr)에 무관하게 99.9%이상의 제거효율을 갖는다.
본 발명의 바이오필터에 사용되는 미생물은 황성분 및 휘발성 유기물질 (VOCs)에 대한 산화력이 높은 Thiobacillus sp.와 Bacillus sp.를 식종한 뒤, 15일 정도의 초기운전기간 경과 후 안정적인 처리효율을 유지할 수 있다.
이들 미생물에 의해 유황화합물은 황산염, 질소화합물은 질산염, 탄소화합물은 탄산가스로 물에 분해되어 무취화 되고, 이산화탄소로 제거된다.
미생물은 산소를 이용한 산화반응을 통하여 벤젠, 톨로엔, 자일렌 등의 휘발성 유기물질(VOCs)을 완전 분해하여 에너지원과 개체증식 이산화탄소로 전환한다.
이와 같이 산화반응의 최종생성물질은 H2O와 CO2이므로 타 공정의 문제점이던 2차 오염물질 배출도 효과적으로 해결된다.
충진 담체 표면에 생물막(Biofilter)을 형성하며 서식하는 이들 미생물이 악취물질 및 휘발성 유기물질(VOCs)을 제거하는 기작은 도 4와 같다. 또한 주요 악취물질 및 휘발성 유기물질(VOCs)의 이러한 산화분해반응식은 아래와 같다.
- 악취물질
- 휘발성 유기물질(Volatile Organic Component : VOCs)
바이오필터 운전 중 발생되는 압력손실은 외산의 경우 공간속도 200/hr에서 20∼45mmH2O가 발생하지만, 본 발명의 바이오필터에서는 공간속도 240/hr에서 5mmH2O로 극히 낮아 별도의 역세척 장치나 추가적인 동력비가 요구되지 않는다.
이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 다수의 효과를 제공하게 된다.
① 악취성분 및 휘발성 유기물질(VOCs)을 함유한 배가스를 배출하는 사업장에서 기존의 외국기술 도입에 따른 경제적 부담을 해소하고 설치비와 운전비의 감소(외국기술 도입에 비해 약 1/3∼1/5 정도)로 경제적이면서도 효과적이며, 안정적인 처리가 가능하다.
② 높은 농도부하 및 유량부하 변동에서 99.9% 이상의 안정적인 처리효율을 가짐으로써 토양탈취의 1/200, 기존 바이오필터의 1/2 이하의 적은 시설용량을 적용할 수 있다.
③ 악취 물질 및 휘발성 유기물질(VOCs) 처리성능이 우수한 미생물을 부착 성장시킴으로써, 현장에서 발생되는 여러 악취성분 및 휘발성 유기물질(VOCs)에 대하여 빠른 순응기간이 소요됨으로써 초기 운전기간이 짧다.
④ 안정적인 법규 준수가 가능하다.
⑤ 본 발명의 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs)제거 사례는 다음의 표 1,2와 같으며, 목탄, 폴리우레탄 등의 담체 종류별 특성 및 VOCs 제거특성은 표 3과 같고, 담체종류별 압력강하는 표 4와 같다.
참고로 본 발명으로 처리할 수 있는 오염물질 및 배출시설, 배출허용기준 및 본 발명의 배출농도를 하기의 표 5에서 나타내었다.

Claims (2)

  1. 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 성분을 포함한 배가스의 처리를 위한 바이오필터에 충진되는 담체로는 스코리아(Scoria)를 포함한 다공성 화산석, 목탄, 폴리우레탄 재질의 담체를 선택적으로 이용하는 주지의 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 제거를 위한 바이오필터에 있어서;
    상기 악취 및 휘발성 유기물질을 포함한 배가스 처리를 위한 바이오필터 내부의 가스흐름은 상향류 또는 하향류로 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 제거를 위한 바이오필터.
  2. 제 1 항에 있어서;
    상기 바이오필터에 충진되는 담체(media)는 반응조 용량에 대하여 약 40~80％로 충진하고,
    충진탑의 공극율을 약 40~80%로 하여, 바이오필터의 공간속도를 50~1000/hr의 범위에서도 운전이 가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 악취 및 휘발성 유기물질(VOCs) 제거를 위한 바이오필터.
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