KR100371501B1

KR100371501B1 - 폐가스 정화용 바이오필터

Info

Publication number: KR100371501B1
Application number: KR10-2000-0027382A
Authority: KR
Inventors: 이혜경; 김미선
Original assignee: 케이씨테라싸이클 (주)
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2003-02-06
Also published as: KR20010106574A

Abstract

본 발명은 폐가스 정화용 바이오필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 산업시설에서 대기중으로 배출되는 악취와 휘발성 유기물질을 제거할 수 있는 바이오필터에 관한 것이다.

본 발명의 바이오필터는 한쪽 측면의 하부에 폐가스 유입구가 형성되어 있고, 다른 측면의 하부에는 침출수 방류구가 형성되어 있으며, 상부면에 복수개의 정화가스 배출구가 형성되어 있는 필터박스와; 상기 박스의 내부에 2단으로 설치된 다공판과 각각의 다공판위에 적재된 분해용 미생물이 접종된 충진물로 이루어진 2층의 상·하단 필터층과; 상기 박스의 상부에 위치하는 뚜껑과; 상기 상부 뚜껑과 상단 필터층의 다공판의 밑에 위치하는 복수개의 노즐;을 구비하며, 상기 상·하단 필터층중 적어도 하나의 필터층에 담체로서 패각을 함유하거나 접종미생물에 백색부후 곰팡이가 포함되는 것을 특징으로 한다. 상기의 본 발명의 바이오필터를 사용함으로써 보다 효율적으로 폐가스를 정화할 수 있으며, 운반이 용이하고, 필터박스의 설치, 필터물질의 충진과 필터교체를 용이하게 할 수 있다.

Description

폐가스 정화용 바이오필터{BIOFILTER FOR PURIFICATION OF WASTE GAS}

본 발명은 폐가스 정화용 바이오필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 산업시설에서 대기중으로 배출되는 악취와 휘발성 유기물질(Volatile OrganicChemicals: VOC)을 제거할 수 있는 바이오필터에 관한 것이다.

급격히 발전, 팽창하는 산업화로 인하여 다양한 환경문제가 발생하고 있고, 유해성 오염원으로 인한 공기오염은 물론 악취현상으로 일반 주민 및 산업체에서 일하는 작업자 들의 건강에도 많은 영향을 끼치게 되었으며, 최근에는 휘발성 유기물질에 의한 공기오염 문제가 심각한 환경문제로 인식되고 있다. 환경부는 '99년초 '휘발성 유기화합물질 배출시설의 종류, 시설의 규모, 배출억제, 방제 시설의 설치 등에 관한 규정'을 발표하여, 규제를 강화해가고 있다. 따라서 이러한 오염원을 따로 포집, 정화하여 배출하는 것이 중요한 기술적 사안으로 대두되고 있다.

상기와 같은 악취 및 VOC를 제거하기 위해 다양한 종류의 물리적, 화학적, 생물학적 방법 등이 사용되어 왔으며, 냉각응축법, 촉매색 연소법, 물리적 흡착법 및 세정법 등이 그것이다. 그러나 이러한 방법들 중에서 물리적, 화학적 방법은 오염가스의 제거 효율은 높지만, 시설비, 재료비 및 약품비 등과 같은 조업비가 많이 소요되고, 저온도의 폐가스를 배출 허용기준까지 저감시키는데 비경제적이고, 2차 오염물질(SO_X, CO, NO_X)이 발생되는 단점이 있었다. 이에 따라 보다 환경친화적이고, 고효율, 저비용의 방법을 개발하려는 노력이 계속되었으며, 그 결과로 미생물의 작용에 의해 악취물질과 VOC를 제거하는 방법이 대두되었다.

미생물을 이용한 생물여과법은 시설비와 운전비용이 저렴할 뿐만 아니라, 낮은 에너지 소비량과 2차 공해처리를 해야하는 잔류물 발생이 없는 이유로 그 이용폭을 넓혀가고 있다.

그러나, 미생물을 이용한 종래의 바이오필터(biofilter)는 바이오필터의 조업 초기에는 제거 성능이 우수하나 i) 미생물의 과대증식에 의한 담체와 담체 사이의 빈공간이 막히는 현상이 발생하며, 이로 인해 바이오필터의 성능 저하 및 높은 압력 손실에 의한 많은 동력 소비가 증가하고, ii) 형성된 생물막을 탈리시키기 위해 주기적인 필터물질의 교환작업 등이 필요하며, 필터물질의 충진 및 사용후의 필터의 재충진이 매우 어려우며, iii) 오염가스 처리를 위해 수 분의 긴 체류시간을 요구하기 때문에 장치 규모가 크고, 넓은 설치 부지를 필요로 하고, iv) 휘발성유기물질중 박테리아에 의한 분해가 한계를 보이는 단순 방향족 탄화수소류(simple aromatic hydrocarbons)나 비방향족 용매의 분해에 한계가 있는 등 많은 문제점이 있어 효율적이고 안정적으로 악취 및 VOC 물질을 처리하지 못하고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결한 것으로, 특수 처리된 패각 및 백색부후 곰팡이를 사용함으로써 보다 효율적으로 폐가스를 정화할 수 있으며, 운반이 용이하고, 필터박스의 설치, 필터물질의 충진과 필터교체가 용이한 바이오필터를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일예에 따른 바이오필터의 정면도이고,

도 2는 본 발명의 일예에 따른 바이오필터의 단면도이며,

도 3은 본 발명의 일예에 따른 바이오필터의 측단면도이고,

도 4는 본 발명의 바이오필터에 사용가능한 다공판의 개략도이다.

* 주요 도면부호의 설명

1: 필터 박스 2, 2': 다공판

3, 3': 미생물필터층 4: 폐가스 유입구

5: 정화가스 배출구 6: 습도계

7: 압력계 8: 침출수 방류구

9, 9': 노즐 10: 필터박스 뚜껑

11, 11': 팩킹부재

본 발명의 바이오필터는 한쪽 측면의 하부에 폐가스 유입구가 형성되어 있고, 다른 측면의 하부에는 침출수 방류구가 형성되어 있으며, 상부면에 복수개의 정화가스 배출구가 형성되어 있는 박스와; 상기 박스의 내부에 2단으로 설치된 다공판과 각각의 다공판위에 적재된 분해용 미생물이 접종된 충진물로 이루어진 2층의 상·하단 필터층과; 상기 박스의 상부에 위치하는 뚜껑과; 상기 상부 뚜껑과 상단 필터층의 다공판의 밑면에 위치하는 살수용의 복수개의 노즐;을 구비하며, 상기 상·하단 필터층중 적어도 하나의 필터층에 담체로서 패각을 함유하거나 접종미생물에 백색부후 곰팡이가 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오필터용 박스로는 압롤박스를 개량하여 사용하는 것이 바람직하며, 이와 같이 압롤박스를 활용할 경우 필터박스의 설치, 필터물질의 충진과 필터교체가 용이하게 된다. 또한, 필터박스 내부에 설치되는 미생물필터층을 이단으로 구성하여 필터층을 통과하는 폐가스의 체류면적을 증대시켜 처리효율을 향상시킬 수 있으며, 각 단의 필터층의 충진물을 필요에 따라서 달리 조성하므로써 적용성을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 상단 필터층에는 통상의 유기성 담체물질과 통상의 분해미생물을 충진하고, 하단 필터층에는 다공성 패각분을 충진하고, 접종미생물에 백색부후 곰팡이가 포함되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 바이오필터에서는 폐가스가 필터층을 거치지 않고 박스의 내면과 필터층 사이에 존재할 수 있는 약간의 공간을 따라 폐가스가 바로 통과하게 되는 것을 방지하기 위하여, 각 필터층의 상부에 필터층의 테두리를 따라 패킹부재를 설치하여 박스 내면과 필터층 사이를 밀폐할 수도 있다.

본 발명의 바이오필터는 새로운 미생물 담체로서 다공성처리를 한 패각을 적용할 수 있는데, 이러한 다공성 패각을 적용하므로써 메탄이나 황, 염소 또는 질소함유 물질이 분해되어 산성을 띠게될 경우 이를 중화할 수 있음은 물론, 미세공극에 높은 밀도로 미생물이 서식할 수 있어 훌륭한 담체로 이용될 수 있다.

또한 본 발명은 휘발성유기물질의 경우 박테리아에 의한 분해가 한계를 보이는 단순방향족 탄화수소류(simple aromatic hydrocarbons)나 비방향족용매의 분해에 효과를 보이는 백색부후곰팡이를 적용시키므로써 일반 악취제거는 물론 산업체 폐가스에 적용할 수 있고, 패각을 이용한 담체화로 일반 가정용 바이오필터로의 적용도 가능하다.

이와 같이 미생물을 패각과 같은 다공성 물질에 고정시켜 이용함으로써, 인공흡착 물질 대신 자연 흡착제를 사용하기 때문에 저비용이고, 열화학적 반응이 아닌 미생물 공정을 이용하기 때문에 2차 오염의 우려를 최소화할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 일예에 따라 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

바이오필터

본 발명의 바이오필터는 바람직하게는, 도1에 도시된 바와 같이, 청소차량에 부착되어 폐기물의 운반에 이용되는 압롤박스를 개량하여 한쪽 측면의 하부에는 폐가스 유입구(4)를, 다른 측면의 하부에는 상기 폐가스 유입구(4)보다 낮은 위치에 침출수 방류구(8)를 형성하여 사용하므로써 박스의 운반 및 필터물질의 충진이 용이하게 되고, 사용후에 필터를 재충진할 때에 용이하게 비우고 충진할 수 있다. 이 필터박스(1)에는 필요에 따라 습도계(6)와 압력계(7)를 설치할 수 있다. 그리고, 필터박스의 재질은 강, 스테인레스강, 알루미늄 등과 이들의 합금을 사용할 수 있다.

바이오필터 박스의 크기는 오염된 공기의 양과 정화하여야 하는 물질의 종류에 따라 자유롭게 조절가능하다.

본 발명의 바이오필터 박스는 이동성을 우수하게 하기 위해 롤러식 컨테이너 또는 분리할 수 있는 컨테이너에 설치하는 것이 바람직하다. 상기 컨테이너의 경우는 지지대 위에 커버 시트 및 갈고리 시스템을 구비할 수 있고, 또한 외부 단열재를 사용할 수도 있다.

구체적으로는, 본 발명의 바이오필터는 도 2에 도시된 바와 같이, 필터박스(1)의 내부가 2단으로 구성되는데, 각 단에 예를 들어 스테인레스로 만들어진 다공판(2, 2')을 얹고 그위에 미생물충진물을 적재하여 필터층(3, 3')을 형성한다. 또한 바람직하게는, 각각의 필터층(3, 3')의 상부에 필터층의 테두리를 따라 팩킹부재(11, 11')를 설치할 수도 있다. 그리고 필터박스(1)의 바닥면과 하단 필터층(3) 사이에는 유입된 폐가스의 통로용 공간이 확보되고, 또한 하단 필터층(3)과 상단의 필터층(3')사이에도 일정한 공간이 확보된다.

폐가스는 필터박스(1)의 한쪽 측면의 하부에 위치한 폐가스 유입구(4)에서 유입되며, 유입된 폐가스는 하단 다공판(2)을 통과하여 하단 미생물필터층(3)을 거치면서 1차 정화된 후, 상단 다공판(2')을 통과하여 상단 미생물필터층(3')을 거치면서 최종적으로 정화되며, 정화된 가스는 필터박스(1)의 상부에 있는 정화가스 배출구(5)인 복수개의 구멍을 통하여 외부로 배출된다. 폐가스가 정화처리되는 동안에 필터층에서 생성되는 침출수는 다공판(2, 2')을 통하여 아래로 빠져나와 필터박스(1) 하부의 폐가스통로용 공간부분에 모여져서 침출수 방류구(8)를 통해 외부로 배출된다.

필터박스(1)의 상부는, 도3에 도시된 바와 같이, 반원형태의 강철빔을 고정시켜 약간 반원의 형태를 만들고 이를 비닐코팅한 부직포로 씌워서 밀폐하거나, 박스와 같은 재질로 뚜껑(10)을 만들어 양쪽으로 제끼게 고안할 수도 있다.

상부뚜껑(10)과 상단 다공판(2')의 밑에는 배관(도시하지 않음)에 연결된 복수개의 살수용 노즐(9, 9')을 설치하여, 필터박스(1)에 부착된 습도계(6)의 시그널에 따라 필요한 만큼의 물을 각각의 필터층에 뿌려준다.

미생물필터층

(1) 패각의 이용

패각은 꼬막, 모시조개, 홍합, 굴, 맛조개 등의 패각을 원료로하여 유기용매 또는 산, 염기 처리를 통하여 패각분으로 제조된다. 패각은 98% 이상의 CaCO₃, 일부의 키틴(Chitin)으로 되어 있는 밀도에 비하여 견고성이 뛰어난 물질로 이미 수(水)처리에서 인의 제거용이나 NOx, SOx 등의 산성가스를 포집하는데에 탁월한 효과를 보인다. 패각자체는 폐기물로서 매립하는 것이 일반적이었으므로 패각을 이용한 담체화는 자원재활용의 측면에서 중요하다. 패각은 그 자체를 갈아 사용하면 효과가 거의 없기 때문에 표면을 다공성 처리해야만 효율적으로 활용할 수 있다.

본 발명에서는 바이오필터에 하기와 같은 방법으로 다공성 처리된 패각을 사용하는 것이 바람직하다.

패각은 물로 깨끗이 씻은 후에 건조시키고, 분쇄한다. 분쇄된 패각을 다시 표준망체 40, 50, 60, 70, 100, 150 메쉬(mesh)로 거른 후, 각분을 1∼15% HCl, 바람직하게는 5% HCl에서 산처리한 다음, 1∼15% NaOH, 바람직하게는 5% NaOH에서 염기처리를 한 후에 물로 3회 세척한 후 건조시킨다.

가공된 다공성 패각을 퇴비물질과 섞어 사용하는데, 퇴비물질의 양은 부피비율로 패각의 0∼50% 정도가 되게 한다. 이 비율은 접종하는 미생물의 종류와 폐가스의 성분에 따라서 변화할 수 있다. H₂S 등의 황물질이 과다할 경우에는 티오바실러스종(Thiobacillus species)을 접종한다. 패각과 퇴비 및 접종하는 미생물을 고루 섞은 후에 본 발명의 바이오필터의 하단 필터층(3) 및/또는 상단 필터층(3')의 충진물로 이용한다.

또한 본 발명에서는 필터층의 충진물로서 토양, 피트(pith), 목피, 폴리우레탄 발포체 또는 그 혼합물 등의 물질을 사용할 수 있다.

(2) 백색부후 곰팡이(white-rot fungi)의 이용

본 발명에서는 필터층에 통상의 접종미생물외에, VOC의 분해를 위하여 백색부후곰팡이를 접종시킨 필터충진물을 조성하여 상단 필터층 및/또는 하단 필터층, 바람직하게는 하단 필터층(3)에 충진한다.본 발명에서 상단 및/또는 하단 필터층에 접종하는 백색부후 곰팡이로는 플류로터스 오스트레아투스(Pleurotus ostreatus), 파네로카에테 키리소스포리움(Phanerochaete chrysosporium), 비에르칸데라 아두스타(Bjerkandera adusta), 트라메테스 베르시칼러(Trametes versicolor) 등을 사용할 수 있다.

상기 백색부후 곰팡이는 25∼27℃, 5∼7일, 호기조건에서 배양하며, 특히, P. chrysosporium 경우는 약 10⁶포자/㎖ 배양액을 종균배양하여 5일 최적조건에서 배양 후 바이오필터 베드에 접종하며, 공기가 충분히 순환되는 어두운 곳에서 최적의 효과를 나타내며, P. ostreatus의 경우는 균사체를 1㎝ 사방으로 오려서 여러개를 바이오필터에 접종하고, 어두운 곳에서 배양하면, 약 7일 후 분해력을 갖는다.

본 발명의 상·하단 필터층에는 필터 베드 물질로서 볏짚, 우드 칩, 톱밥, 왕겨 및 이들 혼합물로 이루어진 군에서 2종 이상을 사용할 수 있으며, 석회와 같은 완충제를 넣어 사용할 수도 있다.

일반 바이오필터로의 이용

상기에서 예시적으로 언급한 미생물필터층에 관한 부분은 폐가스에 과다한 생물학적 독성물질인 황화합물, 질소성 환원물질 그리고 염소화합물이나 난분해성 탄화수소류가 들어 있을 경우 그 물질이 미생물에 영향을 미쳐 밀도를 감소시키거나 분해된 대사물이 산성물질로 필터를 산성화시켜 균의 밀도가 낮아지는 것을 예방하기 위한 구성이다.

즉, 2단으로 구성된 필터층에서, 특히 하단 필터층에 상기한 다공성 패각분과 같은 특수한 담체물질이나 특수한 분해미생물을 충진하여, 폐가스중의 상기 독성물질들을 1차 정화처리하고, 그외에 폐가스에 함유된 물질들은 일반유기성 담체물질이 충진된 상단 필터층을 통과시켜서 제거하므로써, 2차에 걸친 필터층 통과에 의해 보다 효율적으로 폐가스를 처리할 수 있다.

일반 악취 및 VOC의 경우도 2차에 걸친 필터층의 통과에 의해 처리효율이 증대된다. 따라서 본 발명의 바이오필터는 산업체 폐가스에의 적용은 물론 일반 바이오필터, 특히 일반 가정용 바이오필터로의 적용도 가능하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 예시적인 목적일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

본 실시예에서는 L ×B ×H(단위 m)가 5.00 ×2.30 ×2.65인 압롤박스를 개량하여, 상기한 바의 본 발명의 바이오필터를 제조하였다. 박스의 상부면에는 정화가스 배출구로서 직경 20mm의 구멍 22개를 뚫고, 그 내부에는 스테인레스재 다공판(구멍의 크기: 직경 10mm, 구멍사이의 거리: 20mm) 2개를 설치하고, 각각의 다공판위에 크기 40mm의 우드칩을 20cm 높이로 채우고, 그 위에 퇴비(C/N비 20:1∼30:1)를 55cm 높이로 충진하고 최종적으로 바크를 20cm 높이로 덮어 2단으로 구성된 상·하단 필터층을 형성하였다. 하단필터층에는 다공성 패각분을 포함시키고, 백색부후곰팡이를 접종시켰다. 충진 후에 약 2주 정도 외부 공기를 유입시켜서 균이 충분히 번식하도록 한 후에 폐가스를 박스내로 유입시켰다.

매립지에서 분출하는 폐가스는 필터 1대당 30m³

구 분	매립지의 가스조성	안정화 기간중폐가스의 농도	바이오필터를 거친 후의 농도
CH₄(vol%)	40∼60	0.1∼3.0	0
CO₂(vol%)	10.5∼17.5	0.02∼0.5	0.3
O₂(vol%)	0.5∼1.1	20.9	20.3
CO(ppm)	13	0	0
H₂S(ppm)	17.2	0.5∼4.0	0
1,1,1-트리클로르에틸렌(ppm)	0	0	0
테트라클로르에틸렌(ppm)	0	0	0
에틸메르캅탄(ppm)	0	0	0

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 바이오필터는 유입농도 0.1∼3.0%에 이르는 메탄을 거의 측정이 불가능한 낮은 농도로까지 분해하였다. 메탄의 유입농도는 주로 0.1∼0.5% 사이였으며, 부분적으로는 3.0% 농도의 메탄이 유입공기와 섞여 들어오는 경우도 있었으나, 본 발명의 바이오필터를 거쳤을 경우에는 역시 측정가능농도 이하로 정화되었다.

상기에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바이오필터를 사용함으로써 보다 효율적으로 폐가스를 정화할 수 있으며, 필터박스의 설치, 필터물질의 충진과 필터교체를 용이하게 할 수 있고, 운반이 용이하다.

Claims

한쪽 측면의 하부에 폐가스 유입구가 형성되어 있고, 다른 측면의 하부에는 침출수 방류구가 형성되어 있으며, 상부면에 복수개의 정화가스 배출구가 형성되어 있는 필터박스;

상기 박스의 내부에 2단으로 설치된 다공판과 각각의 다공판위에 적재된 분해미생물이 접종된 충진물로 이루어진 2층의 상·하단 필터층;

상기 박스의 상부에 위치하는 뚜껑; 및

상기 상부 뚜껑과 상단 필터층의 다공판의 밑에 위치하는 복수개의 노즐;을 구비하며,

상기 상·하단 필터층중 어느 하나의 필터층 또는 상·하단 필터층 모두에 미생물담체로서 다공성 패각분이 함유되고, 접종미생물에 백색부후 곰팡이가 포함되는 것을 특징으로 하는 폐가스 정화용 바이오필터.
제1항에 있어서, 상기 상·하단의 필터층 각각의 상부에 그 테두리를 따라 팩킹부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 폐가스 정화용 바이오필터.
제1항에 있어서, 다공성 패각분은 패각을 분쇄하고, 분쇄된 패각을 알콜류, 케톤류 또는 에테르와 같은 유기용매로 환류냉각시키고 건조한 후, 1∼15% HCl에서 산처리한 다음 1∼15% NaOH에서 염기처리하여 제조된 것임을 특징으로 하는 폐가스정화용 바이오필터.
제1항에 있어서, 필터층의 충진물로서 패각분과 함께 퇴비, 토양, 피트(pith), 목피, 폴리우레탄 발포체 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 폐가스 정화용 바이오필터.
제1항에 있어서, 상·하단의 필터층의 충진물은 그 조성이 서로 다른 것을 특징으로 하는 폐가스 정화용 바이오필터.
제5항에 있어서, 상단의 필터층에는 통상의 유기성 담체물질과 통상의 분해미생물을 충진하고, 하단의 필터층에는 다공성 패각분을 충진하고, 접종미생물에 백색부후 곰팡이가 포함되는 것을 특징으로 하는 폐가스 정화용 바이오필터.
제1항에 있어서, 상기 상·하단 필터층에는 필터 베드 물질로서 볏짚, 우드 칩, 톱밥, 왕겨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 폐가스 정화용 바이오필터.