KR100494290B1 - 오염된 기체를 정화시키는 기체 정화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염된 기체를 정화시키는 기체 정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오염된 기체가 유입되는 유입구를 갖는 반응기 탱크 하우징, 상기 하우징의 내부에 형성되며 처리된 기체가 유입되는 다수의 구멍을 가지는 회전 가능한 파이프, 상기 파이프의 외부에 상기 파이프를 감싸면서 부착되며, 미생물 담체가 충진된 카트리지 형태의 미생물 담체층, 상기 담체층 내에 미생물이 과다하게 증식된 경우에 미생물을 담체층에서 탈리시키도록 기체의 흐름 방향을 변경시키는 기체흐름방향조절장치, 상기 미생물에게 영양분을 공급하도록 미생물 영양분 및 물을 포함하는 영양액층, 및 반응기 탱크내에서 발생된 슬러지를 배출시키도록 슬러지 배출관을 포함하는 기체 정화 시스템에 관한 것이다.

Description

오염된 기체를 정화시키는 기체 정화 시스템{A system for purifying the contaminated gas}

본 발명은 오염된 기체를 정화시키는 기체 정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오염된 기체가 유입되는 유입구를 갖는 반응기 탱크 하우징, 상기 하우징의 내부에 형성되며 처리된 기체가 유입되는 다수의 구멍을 가지는 회전 가능한 파이프, 상기 파이프의 외부에 상기 파이프를 감싸면서 부착되며, 미생물 담체가 충진된 카트리지 형태의 미생물 담체층, 상기 담체층 내에 미생물이 과다하게 증식된 경우에 미생물을 담체층에서 탈리시키도록 기체의 흐름 방향을 변경시키는 기체흐름방향조절장치, 상기 미생물에게 영양분을 공급하도록 미생물 영양분 및 물을 포함하는 영양액층, 및 반응기 탱크내에서 발생된 슬러지를 배출시키도록 슬러지 배출관을 포함하는 기체 정화 시스템에 관한 것이다.

현재, 각종 산업시설로부터 약취와 VOC(volatile organic compounds)로 오염된 폐가스가 대량 대기중으로 배출되어 대기오염을 유발하고 있는 실정이다. 이러한 폐가스의 성상은 산업시설의 폐가스 배출원의 특성에 따라 매우 다양하다.

지금까지, 공기 속에 함유되어 있는 VOC 및 악취를 제거하기 위한 노력으로 다양한 종류의 물리적·화학적·생물학적 방법들이 사용되어 왔는 바, 냉각 응축법, 촉매식 연소법, 물리적 흡착법 및 세정법 등이 그것이다. 그러나, 이러한 방법들 중에서 물리·화학적 방법은 오염가스의 제거효율은 높지만 시설비, 재료비 등과 같은 조업비가 많이 소요되고, 저농도의 폐가스를 배출 허용기준까지 저감시키는 데 비경제적이고, 2차 오염물질(SOx, CO, NOx)이 발생된다는 단점이 있었다. 이에 따라, 보다 환경친화적이면서도 고효율 저비용의 청정기술을 개발하려는 노력이 계속되었으며, 그 결과로 미생물을 이용해 VOC와 악취물질을 이산화탄소, 무취 또는 취기가 적은 물질로 전환시키는 방법인 Biofiltration 방법이 대두되었다.

다른 악취 및 VOC 저감 방법들과 비교하여 생물여과법은 낮은 투자비와 조업비, 낮은 에너지 소비율, 낮은 화학물질과 연료 사용량, 저렴한 유지 관리비와 함께 2차 오염 물질의 발생이 거의 없는 청정기술이다. 그러나, 종래 바이오 필터를 이용한 악취 및 VOC 제거장치는 (i)미생물의 증식에 따른 담체와 담체 사이의 빈 공간이 미생물 막으로 막히는 현상이 발생하며, (ii)미생물의 과대 증식에 의한 담체 기공의 막힘 현상이 발생함에 따라 공기의 편류 현상이 일어나 바이오필터의 성능이 급격히 저하되고 높은 압력손실에 의한 많은 동력 소비가 증가하고, (iii)오염가스 처리를 위해 30초 내지 3분의 긴 체류시간을 요구하기 때문에 장치규모가 크고 넓은 부지를 필요로 하는 등의 많은 문제가 발생하였다.

또한, 생물여과법의 최대 문제인 미생물의 과대 증식에 의한 담체 기공의 막힘 현상을 방지하기 위해 미생물을 탈리시키기 위한 주기적인 담체의 교반/세정 및 교환 작업이 이루어져 왔다.

이러한 종래의 생물여과법의 단점의 해결, 즉 미생물의 과대 증식에 따른 담체 기공의 막힘 현상 방지, 오염기체의 처리시간 단축, 장치의 최소화 등을 해결하여야 하는 필요성이 대두되었다.

한편, 현재 생물학적 하·폐수 정화장치로서, RBC 회전원판을 사용한 정화장치가 널리 사용되고 있다. 이는 부채꼴형의 회전원판체를 일정 크기의 회전원판으로 조합하여 다단 중첩시키고, 양쪽 회전원판체 표면적 1/2을 차지하게 교착시키는 방법으로 반복 결합하여 표면적을 증대시키고, 유입된 공기의 체류 시간을 최대한 길게 연장함으로써, 처리수와 공기의 접촉 면적과 접촉 시간을 증가시켜 미생물을 활성화하도록 하여 처리수의 효율성을 기하도록 한 것으로, 타공법에 비해 저렴한 운용비로 모든 오·폐수처리장 및 하수처리장에 적용할 수 있다는 장점이 있었다. 그러나, 공기의 정화력을 보다 높이기 위해 정화처리될 공기와 회전원판체와의 접촉면적을 보다 넓이고, 전체 공기와 회전원판체와의 직접적인 접촉이 반드시 이루어지도록 구성할 필요성이 있다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명자는 RBC( 회전원판법)을 이용하여, 미생물 담체층과 오염된 기체의 직접적인 접촉이 이루어지도록, 오염된 기체를 반응기 탱크 하우징의 유입구로 유입시켜 카트리지 형태의 원통형 미생물 담체층을 거치게 한 후 미생물 담체층 내부에 형성된 다수개의 구멍을 가지는 파이프관을 통해서 외부로 배출시키도록 고안된 기체 정화 시스템을 발명하였다.

본 발명의 목적은 원통형 미생물 담체층과 처리될 기체와의 직접적인 접촉이 이루어지도록 하여, 기체의 정화력을 높일 뿐만 아니라, 오염된 기체의 처리시간을 단축시키고, 이에 따라 처리장치의 크기를 최소화시킬 수 있는 기체 정화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 카트리지 형태의 미생물 담체층을 이용함으로써, 오염물질의 흡착력을 높이고, 수명을 다한 미생물 담체층을 보다 쉽게 교체할 수 있어 작업의 효율성을 높일 수 있는 기체 정화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 과다하게 증식성장한 미생물을 미생물 담체층에서 쉽게 탈리시킬 수 있는 기체 정화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 영양액의 온도를 일정하게 유지함과 동시에 반응기 탱크내의 온도를 일정하게 유지하고, 유입되는 오염기체의 온도 또한 일정하게 유지하여 미생물의 활성에 필요한 적절한 조건을 제공할 수 있는 기체 정화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 영양분과 물을 포함하는 영양액층의 수위가 일정 수위로 유지될 수 있는 기체 정화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 정화처리된 후 유출되는 기체내의 수분을 제거할 수 있는 기체 정화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 유입 또는 유출되는 기체의 유동이 균일화되어 반응기 탱크내의 반응이 보다 잘 일어나는 기체 정화 시스템을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 오염된 기체를 정화시키는 기체정화시스템은 오염된 기체가 유입되는 유입구를 갖는 반응기 탱크 하우징, 상기 하우징의 내부에 형성되며 처리된 기체가 유입되는 다수의 구멍을 가지는 회전 가능한 파이프, 상기 파이프의 외부에 상기 파이프를 감싸며 부착되며 미생물 담체가 충진된 카트리지 미생물 담체판이 상기 파이프에 고정된 고정원판의 고정구에 삽입됨으로써 형성되는 카트리지 타입의 원통형 미생물 담체층, 상기 미생물 담체층 내에 미생물이 과다하게 증식된 경우에 미생물을 상기 미생물 담체층에서 탈리시키도록 기체의 흐름 방향을 변경시키는 기체 흐름 방향 조절 장치, 상기 미생물에게 영양분을 공급하도록 미생물 영양분 및 물을 포함하는 영양액층, 및 반응기 탱크내에서 발생된 슬러지를 배출시키도록 슬러지 배출관을 포함한다. 여기서, 상기 영약액층은 미생물 담체층의 일부분이 잠기도록 충진된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 카트리지 담체판은 고정판, 상기 고정판의 내부에 안치되는 스폰지타입의 담체, 및 상기 담체를 고정시키고 기체의 유통이 원활히 하도록 다공성을 가지는 매쉬형 망을 포함한다.

본 발명의 바람직한 또다른 실시예에 따르면, 본 발명의 기체정화 시스템은 오염된 기체가 유입되는 유입구를 갖는 반응기 탱크 하우징, 상기 하우징의 내부에 형성되며 처리된 기체가 유입되는 다수의 구멍을 가지는 회전 가능한 파이프, 상기 파이프의 외부에 상기 파이프를 감싸며 부착되며 작은 단편의 담체를 포함하는 미생물 담체층-여기서, 상기 파이프가 회전함에 따라 상기 작은 단편의 담체는 서로 혼합됨-, 상기 담체층 내에 미생물이 과다하게 증식된 경우에 미생물을 상기 미생물 담체층에서 탈리시키도록 기체의 흐름 방향을 변경시키는 기체 흐름 방향 조절 장치, 상기 미생물에게 영양분을 공급하도록 미생물 영양분 및 물을 포함하는 영양액층, 및 반응기 탱크내에서 발생된 슬러지를 배출시키도록 슬러지 배출관을 포함한다. 여기서, 상기 영약액층은 미생물 담체층의 일부분이 잠기도록 충진된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하우징내 영양액 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 온도 센서의 값에 따라서 상기 하우징 내의 영양액의 온도가 일정하게 유지되도록 온오프되는 히터를 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 일정온도 이하에서의 미생물의 활성저해현상을 방지하도록 상기 하우징 내로 유입되는 오염 기체의 온도를 일정하게 유지하기 위한 스모스텟(thermostat)이 장착된 덕트 히터(duct heater)를 하우징의 유입부에 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 시스템은 자동수위조절장치를 추가로 포함하는 데, 상기 자동수위조절장치는 상기 하우징 내 영양액의 수위를 감지하는 자동수위감지센서, 및 상기 자동수위감지 센서의 신호에 의해서 온오프되는 영양액 공급펌프를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하우징 내의 영양액이 일정 수위를 넘지 않도록 영양액을 배출시키는 오버플로우관을 추가로 포함하는 데, 상기 오버플로우관은 외부의 공기나 이물질이 하우징 내로 들어오는 것을 방지하도록 체크 밸브를 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 정화처리된 후 유출되는 기체 내에 함유된 수분을 제거하도록 수분제거수단을 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 미생물 담체층에 과도증식된 미생물을 탈리시키도록 미생물담체층에 압축공기를 분사하는 압축공기 분사장치를 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 미생물 담체층에 과도증식된 미생물을 탈리시키도록 미생물담체층에 고압의 물을 분사하는 고압의 물 분사 장치를 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 회전하는 파이프와 고정된 유출부의 덕트가 결합되도록 회전 파이프와 고정 덕트 사이에 로타리형 밸브를 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기체의 유동을 균일화 하여 반응기 탱크내의 반응이 잘 일어나도록 상기 하우징의 유입구 및 상기 파이프의 출구부가 테이퍼진(tapered) 형태로 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 오염된 기체가 유입되는 유입구를 갖는 반응기 탱크 하우징, 상기 하우징의 내부에 형성되며, 처리된 기체가 유입되는 다수의 구멍을 가지는 회전 가능한 파이프, 상기 파이프의 외부에 상기 파이프를 감싸며 부착되며, 미생물 담체가 충진된 미생물 담체층, 상기 미생물에게 영양분을 공급하도록 미생물 영양분 및 물을 포함하는 영양액층, 및 반응기 탱크 내에서 발생된 슬러지를 배출시키도록 슬러지 배출관을 포함한다. 여기서, 상기 영약액층은 미생물 담체층의 일부분이 잠기도록 충진된다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 오염된 기체를 정화시키는 기체 정화 시스템의 개략도이다. 반응기 탱크(10)는 반응기 탱크 하우징(11), 다수의 구멍을 가지는 회전가능한 파이프(16), 원통형 미생물 담체층(18), 기체 흐름 방향 조절 장치, 영양액층(20), 슬러지 배출관(22) 등을 포함하여 구성되어 있다. 또한, 영양액의 pH를 적정하게 유지시키기 위한 pH 측정기(36)가 설치되며, 파이프(16)를 일정한 속도로 회전시키기 위한 모터(48) 또한 설치된다.

(오염된 기체의 유입)

본 발명의 기체 정화시스템에서 오염된 기체는 반응기 탱크(10) 하우징(11)의 유입구(12)를 통해서 유입된다. 유입되는 기체는 각종 산업시설 및 하·폐수처리장에서 배출되는 폐가스이다. 이 폐가스가 유입되는 반응기 탱크(10) 유입부에는 반응기 탱크내로 공기를 불어넣는 송풍기(24)와 공기를 가열하는 스모스탯(자동온도조절장치, thermostat)이 장착된 덕트 히터(26)가 설치되어 있다. 송풍기(24)는 기체의 유입속도를 일정하게 유지하기 위한 것이고, 스모스탯이 장착된 덕트 히트(26)는 유입되는 기체의 온도를 일정하게 유지하기 위한 것이다. 겨울철과 같이 공기의 온도가 20℃이하로 떨어질 경우에 미생물의 활성저해현상이 나타나는 데, 이를 방지하기 위해서 유입되는 기체의 온도를 일정하게 유지시킬 필요가 있다. 따라서, 스모스텟이 장착된 덕트 히트(26)를 설치하여, 반응기 탱크내로 유입되는 폐가스가 25∼30℃정도의 온도로 항상 유지될 수 있도록 하여 미생물의 활성상태를 최적조건으로 만들어 주게 된다.

(미생물 담체층)

본 발명의 기체정화 시스템에서 반응기 탱크 유입구(12)로 유입된 폐가스는 미생물 담체층(18)내에 번식하는 미생물에 의해서 정화된 후, 도시된 바와 같이 기체의 흐름방향을 나타내는 화살표 방향으로 파이프의 내부를 통해서 반응기 탱크 외부로 배출된다. 즉, 모터(48)의 구동에 의해서 회전하는 파이프(16)의 외부에는 이를 감싸면서 부착된 원통형의 미생물 담체층(18)이 형성되어 있는 데, 오염된 기체는 이 미생물 담체층(18)을 통과하면서 미생물과의 반응으로 정화처리된 후, 파이프(16)에 형성된 다수의 구멍을 통해서 파이프(16)에 유입된 후 파이프 내부를 통과하여 반응기 탱크(10) 외부로 배출되도록 구성된다.

미생물 담체층(18)은 파이프(16)에 고정설치되기 때문에, 파이프의 회전에 의해서 자동적으로 회전하며, 전체적으로 원통형의 형상을 가진다. 미생물 담체층(18)은 바람직하게는 카트리지 형태의 미생물 담체층이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카트리지 타입의 미생물 담체층의 일예를 도시한다. 미생물 담체층(18)은 다수개의 카트리지 미생물 담체판(50)을 파이프(16)에 부착된 고정원판(62a, 62b)의 고정구(58)에 삽입함으로서 형성된다. 미생물 담체층(18)의 제조는 먼저 도 2(a)에 도시된 바와 같이 미생물 담체판(50)을 형성한다. 일정한 형태를 가진 고정판(52) 사이에 스폰지 타입의 담체(56)를 안치한다. 그런 후, 기체의 유통을 원활히 하도록 다공성을 가진 매쉬형 망으로 담체(56)의 상부 및 하부를 고정시킴으로써 미생물 담체판(50)을 형성한다. 이렇게 제조된 다수개의 담체판(50)을 도 2(b)에 도시된 바와 같이 고정원판(62a, 62b)의 고정구(58)에 고정되도록 삽입함으로써 미생물 담체층(18)을 제조하게 된다. 이 때, 미생물 담체층(18)이 전체적으로 원통형의 형상을 가지도록 다수개의 미생물 담체판(50)을 삽입한다.

한편, 고정원판(62a, 62b)의 고정구(58)는 카트리지 미생물 담체판(50)이 고정될 수 있도록 치구의 형상으로 형성되며, 미생물 담체판(50)의 고정판(52)은 사각 모서리부분에 홈(53)이 형성된다. 고정원판(62a, 62b)의 고정구(58)를 홈(53)에 삽입시킴으로써, 담체판(50)을 고정시킨다. 고정판(52)의 사각 모서리 부분에 홈(53)을 형성하는 이유는 담체판과 담체판 사이의 간격을 최소화하여, 오염된 기체가 담체판과 담체관 사이의 틈을 통해서 정화처리되지 않고 바로 파이프의 구멍을 통해서 배출되는 것을 방지하기 위해서이다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 미생물 담체층(18)을 형성하도록 다수개의 미생물 담체판(50)을 고정원판(62a, 62b)에 고정시키는 방법을 나타내는 개념도이다. 도 3(a)와 같이 파이프(16)를 기준으로 다수개의 미생물 담체판(50)을 일렬로 방사성 형태로 삽입할 수 있을 뿐만아니라, 미생물 담체층(50)과 오염된 기체와의 접촉면을 넓히도록 미생물 담체판(50)을 일렬로 정렬하지 않고 도 3(b)와 같이 서로 엇갈리게 설치할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카트리지 타입의 미생물 담체층의 다른 일예를 도시한다. 도 4(a)는 미생물 담체층(63)을 나타내고, 도 4(b)는 하나의 미생물 담체층(63) 카트리지가 안치된 형상을 도시한다.

카트리지 미생물 담체판(63)은 단면이 부채꼴 형태의 고정판(64)의 내부에 담체(68)를 안치하고 상부 및 하부에 매쉬형의 망(66)으로 고정시킴으로써 제조된다. 이렇게 제조된 카트리지 미생물 담체판(63)의 홈(65)을 고정구(70)를 이용하여 파이프의 원판(72)에 고정시킨다. 담체판(63)과 담체판(63) 사이에 틈이 발생하여 오염된 기체가 정화처리되지 않고 바로 배출되지 않도록, 담체판과 담체판은 서로 밀착되어 결합되어야 한다. 이를 위해서 도시된 바와 같은 형상의 홈 및 고정구 이외에도, 여러 다양한 형상/방식으로 미생물 담체판의 홈(65) 및 이에 고정되는 고정구(70)가 변경될 수 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 파이프의 회전시에 미생물 담체판이 빠지지 않도록 담체판고정수단을 추가로 포함한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 작은 단편의 담체가 충진된 미생물 담체층의 일예를 도시한다. 도 5(a)는 작은 단편의 미생물이 충진된 미생물 담체층의 단면을 도시하고, 도 5(b)는 작은 단편의 미생물이 충진된 미생물 담체판의 사시도를 도시한다. 파이프(16)를 감싸고 있는 매쉬형 망(78)의 내부에는 다수의 작은 단편의 담체(74)로 충진되어 작은 단편의 담체층(76)을 형성한다. 파이프(16)가 회전함에 따라 상기 작은 단편의 담체가 서로 섞일 수 있도록, 작은 단편의 담체가 매쉬형 망 내부에 완전히 채워지지 않고 약 80∼95%정도 충진된다.

(미생물의 증식)

본 발명의 기체 정화 시스템에서 반응기 탱크의 하부에는 상기 미생물 담체층의 일부분이 잠기도록 미생물 영양분 및 물을 포함하는 영양액층(20)이 형성된다. 미생물 담체층(18)은 파이프(16)에 부착고정되기 때문에 파이프(16)가 회전함에 따라 미생물 담체층(18)도 동일한 회전속도로 회전하게 된다. 파이프(16)가 일정한 속도로 회전을 계속하기 때문에 미생물 담체층(18)의 서로 다른 일부분이 지속적으로 미생물 영양액층(20)에 잠긴다. 따라서, 미생물 담체층(18)의 특정부분에서만 미생물이 증식하는 것이 아니라 전체적으로 골고루 미생물이 담체층(18)에서 성장·증식하게 된다. 미생물 담체층의 서로 다른 일부분이 영양액층(20)에 지속적으로 잠기게 하는 이유는 미생물에 지속적으로 영양분을 공급함과 아울러 과도하게 증식된 미생물을 물로 탈리시킬 수 있도록 하기 위해서이다.

본 발명의 기체 정화 시스템에서는 미생물의 증식에 필요한 적정 조건을 만들어 주기 위해서 영양액층의 온도를 측정하는 온도 센서(도시되지 않음) 및 온도 센서의 신호에 따라 온오프되는 히터(28)를 추가로 포함한다. 즉, 본 발명의 시스템에서는 온도센서를 통해서 영양액의 온도를 측정하고, 이 측정된 값을 근거로 하여 영양액의 온도를 일정하게 유지시키도록 히터(28)가 온오프된다. 이로서, 반응기 탱크내의 온도를 미생물의 증식에 필요한 적정한 온도로 유지시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 기체 정화 시스템에서는 영양액층이 일정한 수위를 유지하도록 자동수위조절장치를 추가로 포함할 수 있는 데, 자동수위조절장치는 반응기 탱크내 영양액의 수위를 감지하는 자동수위감지센서(도시되지 않음), 및 자동수위감지 센서의 신호에 의해서 온오프되는 영양액 공급펌프(30)를 포함한다. 영양액이 일정 수위 이하로 감소할 경우에는 자동수위감지센서가 이를 감지하여, 신호를 영양액 공급펌프(30)에 전달한다. 이 신호를 받은 영양액 공급 펌프(30)는 이로서 작동하게 되어 탱크내로 영약액을 공급한다. 반응기 탱크내의 영양액의 수위가 적정 수위 이상이 될 경우에는 자동수위감지센서의 신호에 의해서 영양액 공급펌프의 작동이 멈추어지게 된다.

(미생물의 탈리)

본 발명의 기체정화 시스템에서는 미생물이 담체층의 외주면에 주로 분포하게 된다. 이는 미생물이 공기와의 접촉이 많은 부분에서 주로 증식하기 때문이다. 미생물이 담체층의 외주면에서 주로 증식한다는 것은 미생물이 과도증식되어 이를 탈리시킬 경우에, 즉 역세시킬 경우에 보다 손쉽게 미생물을 탈리시킬 수 있다는 점에서 유리하다. 미생물의 탈리를 위해서, 본 발명에서는 여러 가지 탈리 방법을 사용할 수 있다.

본 발명의 기체 정화 시스템은 미생물 담체층 내에 미생물이 과다하게 증식된 경우에 미생물을 담체층에서 탈리시키도록 기체의 흐름 방향을 변경시키는 기체 흐름 방향 조절 장치를 포함한다. 즉, 기체 흐름 방향조절 장치를 설치하여 오염된 기체의 흐름 방향을 바꾸어 줌으로써, 파이프의 외부에 부착된 원통형 미생물 담체층에서 과도하게 증식된 미생물을 탈리시킬 수 있다. 상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 기체 정화 시스템에서는 미생물 담체의 외주면에 주로 미생물이 증식하게 된다. 따라서, 기체의 정상흐름 상태의 역방향 즉, 파이프의 외부에서 공기가 유입되어 파이프의 구멍을 통해 방사선으로 미생물 담체층에 공기가 분사되게 되면, 원통형 미생물 담체층의 외주면에 주로 증식된 미생물이 손쉽게 탈리될 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기체 흐름 상태를 나타내는 위한 기체 흐름도이다. 기체의 정상흐름 상태, 즉 반응기 탱크의 유입구에서 파이프의 유출구로 기체가 흐르는 경우에는 검정 화살표로 표시하였고, 기체의 역방향 흐름 상태, 즉 파이프의 유출구에서 반응기의 탱크의 유입구로 기체가 흐르는 경우에는 흰색 화살표로 표시하였다. 바람직하게 이러한 기체흐름방향의 변화는 도시된 바와 같이 다수개의 기체흐름전환밸브(80a, 80b, 80c, 80d)에 작동에 의해서 이루어진다. 하기의 표 1은 기체의 정상흐름 상태 및 역방향 흐름 상태에서의 각 기체흐름전환밸브의 ON/OFF 상태를 나타낸다.

표 1은 기체흐름전환밸브의 ON/OFF 상태에 따른 기체의 흐름 방향

기체의 흐름 방향	기체흐름전환밸브
	80a	80b	80c	80d
정방향	ON	OFF	ON	OFF
역방향	OFF	ON	OFF	ON

정상적인 운전상태에서 기체는 정방향의 흐름 상태를 유지하게 된다. 즉, 정방향흐름상태에서는 오염된 기체가 미생물 담체층의 외부에서 유입되어 미생물 담체층을 통과하면서 처리된 후 내부의 파이프 유출구를 통해서 외부로 배출되게 된다.

한편, 장기 운전 및 이상 조건으로 인한 원통형 미생물 담체층에 미생물이 과도하게 증식된 경우에는 미생물을 탈리시킬 필요가 발생하게 된다. 이 경우에, 기체의 흐름방향을 역방향으로 변경시키게 된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 기체 유입구의 압력(P1) 및 기체 유출구의 압력(P2)의 측정하고, 그 차압이 일정 압력을 넘게 될 경우에는 기체흐름전환밸브의 ON/OFF 상태를 정상흐름상태의 경우와 반대로 변경시킨다. 이에 따라 기체는 도 6에 도시된 바와 같이 역방향의 기체 흐름 상태(흰색 화살표로 표시됨)를 가지게 된다. 바람직하게는 기체흐름전환밸브는 자동적으로 ON/OFF된다. 또한, 바람직하게는 하기에 기술되는 압축공기분사장치와 연결되어, 역방향의 기체 흐름 상태의 경우에 압축공기분사장치가 작동함으로써, 원통형 미생물 담체층의 외주면에 과도하게 증식된 미생물을 보다 효과적으로 탈리시킬 수 있도록 구성된다.

본 발명의 기체 정화 시스템은 미생물 탈리를 효과적으로 하기 위해서 압축공기분사장치를 추가로 포함한다. 압축공기 분사장치는 공기를 압축시키는 압축기(compressor, 38), 압축된 공기가 저장되는 저장조(40), 공기의 압력을 조절하는 압력 조정기(press regulator, 42), 및 솔레노이드 스위치 밸브(44)를 포함하여 이루어진다. 압축공기의 분사는 2가지 방향으로 이루어질 수 있다. 즉, 미생물 담체층 상부의 파이프관의 노즐을 통해서 압축공기를 분사되는 방식(즉, 미생물담체층의 외부에서 분사하는 방식)과, 회전하는 파이프(16)의 다수의 구멍(60, 도 2(b)에 도시됨)을 통해서 압축공기를 분사되는 방식(즉, 미생물담체층의 내부에서 분사하는 방식)이 있다. 이 두가지 방식은 압축공기방향전환밸브(46a, 46b)의 온오프에 의해서 조절된다. 전자의 방식에서는 한쪽의 압축공기방향전환밸브(46a)가 온(on)되고 다른 한쪽(64b)은 오프(off)되어야 하며, 후자의 방식에서는 한쪽의 압축공기방향전환밸브(64a)가 오프되고 다른 한쪽(64b)은 온되어야 한다. 후자의 방식으로 압축공기를 분사하고자 할때 압축공기가 파이프(16)의 유출구쪽으로 배출되지 않도록 파이프의 유출부쪽에 압축공기차단수단이 별도로 구비되어야 한다. 이 압축공기차단수단은 밸브 등으로 형성될 수 있다. 한편, 두 개의 압축공기방향전환밸브(46a, 46b) 모두를 온시킬 경우에는 양방향으로 압축공기를 분사할 수 있다. 바람직하게는 동일한 방식으로 압축공기 이외에, 또는 압축공기와 동시에 고압의 물을 분사할 수도 있다.

압축공기분사장치는 자동시스템에 의해서 이루어지는 것이 바람직하다. 기체 유입구 및 기체 유출구쪽에 압력측정기를 설치하여, 기체유입구의 압력(P1) 및 기체 유출구의 압력(P2)을 측정하고 이 측정된 차압이 미리설정된 일정값 이상이 되면 압축공기 라인의 솔레노이드 스위치 밸브(44)가 작동되어, 압축공기가 미생물담체층 외부 또는/및 미생물담체층 내부로 분사되어 미생물 담체층의 외주면에 과도하게 증식된 미생물을 탈리시키게 된다. 이때 타이머로 압축공기 분사시간을 조절가능하도록 설정하여 압축공기 분사시간을 조절하게 된다. 이는 고압의 물 분사장치에서도 동일하다.

본 발명의 기체 정화 시스템은 과도 증식된 미생물의 탈리를 위해서 파이프를 고속으로 회전시킬 수 있다. 파이프에 부착된 원통형의 미생물 담체층의 고속 회전에 의한 원심력에 의해서 담체층의 외주면에 주로 부착된 미생물이 쉽게 탈리될 수 있다.

(기체의 배출)

본 발명의 기체정화시스템은 정화처리된 후 유출되는 기체 내에 함유된 수분을 제거하도록 수분제거수단(32)을 포함한다. 미생물 담체층을 통과하면서 정화처리된 기체는 일정량의 수분을 포함할 수 있다. 이 수분을 제거하기 위해서 수분제거수단(32)이 필요하다. 수분 제거수단은 디미스터(demister), 덕트 히터(duct heater) 또는 이 두 개 모두를 포함하여 설치될 수 있다.

한편, 회전하는 파이프와 고정된 유출부 덕트 사이의 결합을 위해서 로타리형 밸브를 파이프와 유출부의 덕트 사이에 설치한다. 이 로타리형 밸브는 기체 누설을 방지할 수 있도록 기밀을 유지하여야 한다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프와 유출부 덕트 사이의 로타리형 밸브의 단면도 및 파이프와 유출부 사이의 기체 흐름을 나타내는 기체흐름도를 개략적으로 도시한다. 오염된 기체는 원통형의 미생물 담체층을 통과하면서 정화처리된 후, 회전하는 파이프의 내부를 통해서 외부의 공기 유출부 덕트로 배출되는 데, 이때 회전하는 파이프와 고정된 유출부 덕트 사이에 로타리형 밸브를 설치한다. 한쪽에서는 회전하는 파이프와 다른 한 쪽에는 고정된 원통형 유출부 덕트가 로터리형 밸브를 매개체로 하여 서로 연결되어 있으므로 그 연결이 원만하게 이루어질 수 있으며, 이 때 공기의 누설을 방지하도록 로타리형 밸브는 기밀을 유지하게 된다.

한편, 본 발명의 기체 정화 시스템은 유입·유출되는 기체의 유동을 균일화하여 반응기 탱크내에서 반응이 잘 일어나도록 상기 하우징의 유입구 및 상기 파이프의 유출구가 테이퍼진(tapered))형태로 형성된다. 도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, CFD 해석을 통해서 기체 흐름 상태를 확인한 결과를 나타낸다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 하우징의 유입구 및 상기 파이프의 유출구가 테이퍼진 형태로 형성된 경우에 유출입되는 기체의 유동성은 균일하게 됨을 알 수 있다.

(슬러지의 배출)

본 발명의 기체 정화 시스템은 반응기 탱크 내에서 발생되는 슬러지를 외부로 배출할 수 있도록 슬러지 배출관(22)을 별도로 부착한다. 본 발명의 기체 정화 시스템에서 반응기 탱크의 하부는 바람직하게 경사각을 가지는 데, 보다 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이 반응기 탱크의 하부는 V자형 단면을 가진다. 이는 각종 부산물 및 슬러지를 반응기 탱크 하부의 한 부분에 모이도록 하여, 보다 쉽게 외부로 배출시킬 수 있도록 하기 위해서이다.

한편, 본 발명의 기체 정화 시스템은 반응기 탱크 하우징 내의 영양액층의 수위가 일정 수위를 넘지 않도록 영양액을 배출시키는 오버플로우관을 추가로 포함한다. 또한, 오버플로우관에는 외부의 공기나 이물질이 하우징 내로 들어오는 것을 방지하도록 체크 밸브가 창작된다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 기체 정화 시스템은 미생물 담체층과 처리될 기체와의 직접적인 접촉이 이루어짐으로 기체의 정화력을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 오염된 기체의 처리시간을 단축시키고, 장치를 최소화시킬 수 있다.

또한, 스폰지 형태의 담체를 이용하여 담체판을 제작한 후, 이 담체판을 고정원판의 고정구에 삽입하여 카트리지 형태의 미생물 담체층을 형성하기 때문에, 그 제작이 용이하고, 장기간 사용으로 인한 미생물 담체층의 교체시 카트리지 담체판만을 교체시킬 수 있으므로 작업이 편리하다는 장점이 있다.

본 발명의 기체 정화 시스템은 기체 흐름 방향 조절 장치 및/또는 압축공기 분사장치(또는/및 고압의 물 분사장치)를 포함하거나/하고, 파이프를 고속으로 회전시킬 수 있도록 구성되어 있으므로, 과다하게 증식성장한 미생물을 미생물 담체층에서 쉽게 탈리시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 반응기 탱크의 유입구에 덕트 히트 및 영약액층내에 히터를 설치함으로써, 영양액의 온도를 일정하게 유지함과 동시에 반응기 탱크내의 온도를 일정하게 유지하고, 유입되는 오염기체의 온도 또한 일정하게 유지하여 미생물의 활성에 필요한 적절한 조건을 제공할 수 있다.

아울러, 자동수위조절장치를 설치함으로써 영양분과 물을 포함하는 영양액층의 수위를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 파이프의 유출부에 수분제거수단을 설치함으로써 정화처리된 후 유출되는 기체내에 함유된 수분을 제거할 수 있다.

이외에도, 탱크 하우징의 유입구 및 파이프의 유출부를 테이퍼진 형태로 형성시킴으로써, 유입 또는 유출되는 기체의 유동이 균일화되어 반응기 탱크내의 반응이 보다 잘 일어나고, 파이프의 유출부에 로타리 밸브를 설치함으로써, 회전하는 파이프와 고정된 유출부의 덕트와의 원활한 결합을 이룰 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 오염된 기체를 정화시키는 기체 정화 시스템의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 카트리지 타입의 미생물 담체층의 일예를 도시한다.

도 3은 미생물 담체층을 형성하도록 다수개의 미생물 담체판을 고정원판에 고정시키는 방법을 나타내는 개념도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 카트리지 타입의 미생물 담체층의 다른 일예를 도시한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 작은 단편의 담체가 충진된 미생물 담체층의 일예를 도시한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기체 흐름 상태를 나타내는 위한 기체 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프와 유출부 덕트 사이의 로타리형 밸브의 단면도 및 파이프와 유출부 사이의 기체 흐름을 나타내는 기체흐름도를 개략적으로 도시한다.

도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, CFD 해석을 통해서 기체 흐름 상태를 확인한 결과를 나타낸다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10: 반응기 탱크 11: 반응기 탱크 하우징

12: 유입구 14: 유출구

16: 파이프 18: 미생물 담체층

20: 영양액층 22: 슬러지 배출관

24: 송풍기 26: 덕트 히터

28: 히터 30: 영양액 공급펌프

32: 수분제거수단 34: 오버플로우관

36: pH 측정기 38: 압축기

40: 저장조 42: 압력조정기

44: 솔레노이드 스위치 밸브 46a, 46b: 압축공기방향전환밸브

48: 모터 50, 63: 카트리지 미생물 담체판

62a, 62b, 72: 고정원판 52, 64: 고정판

51, 65: 홈 54, 66, 78: 매쉬형 망

56, 68: 담체 58, 70:고정구

60: 파이프의 구멍 74: 작은 단편의 담체

76: 단편의 담체층 80: 기체흐름전환밸브

Claims (13)

1. 오염된 기체를 정화시키는 기체 정화 시스템에 있어서,

   오염된 기체가 유입되는 유입구를 갖는 반응기 탱크 하우징,

   상기 하우징의 내부에 형성되며, 처리된 기체가 유입되는 다수의 구멍을 가지는 회전 가능한 파이프,

   상기 파이프의 외부에 상기 파이프를 감싸며 부착되며, 미생물 담체가 충진된 카트리지 미생물 담체판이 상기 파이프에 고정된 고정원판의 고정구에 삽입됨으로써 형성되는 카트리지 타입의 미생물 담체층,

   상기 담체층 내에 미생물이 과다하게 증식된 경우에 미생물을 담체층에서 탈리시키도록 기체의 흐름 방향을 변경시키는 기체 흐름 방향 조절 장치,

   상기 미생물에게 영양분을 공급하도록 미생물 영양분 및 물을 포함하는 영양액층, 및

   반응기 탱크내에서 발생된 슬러지를 배출시키도록 슬러지 배출관을 포함하는 데, 여기서, 상기 영약액층은 미생물 담체층의 일부분이 잠기도록 충진되는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 카트리지 담체판은 고정판, 상기 고정판의 내부에 안치되는 스폰지타입의 담체, 및 상기 담체를 고정시키고 기체의 유통을 원활히 하도록 다공성을 가지는 매쉬형 망을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
3. 오염된 기체를 정화시키는 기체 정화 시스템에 있어서,

   오염된 기체가 유입되는 유입구를 갖는 반응기 탱크 하우징,

   상기 하우징의 내부에 형성되며, 처리된 기체가 유입되는 다수의 구멍을 가지는 회전 가능한 파이프,

   상기 파이프의 외부에 상기 파이프를 감싸며 부착되며, 작은 단편의 담체를 포함하는 미생물 담체층-여기서, 상기 파이프가 회전함에 따라 상기 작은 단편의 담체는 서로 혼합됨-,

   상기 담체층 내에 미생물이 과다하게 증식된 경우에 미생물을 상기 미생물 담체층에서 탈리시키도록 기체의 흐름 방향을 변경시키는 기체 흐름 방향 조절 장치,

   상기 미생물에게 영양분을 공급하도록 미생물 영양분 및 물을 포함하는 영양액층, 및

   반응기 탱크내에서 발생된 슬러지를 배출시키도록 슬러지 배출관을 포함하는 데, 여기서, 상기 영약액층은 미생물 담체층의 일부분이 잠기도록 충진되는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 반응기 탱크 내 영양액층의 온도를 측정하는 온도 센서와,

   상기 온도 센서의 값에 따라서 상기 하우징 내의 영양액의 온도가 일정하게 유지되도록 온오프되는 히터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   일정온도 이하에서의 미생물의 활성저해현상을 방지하도록 상기 하우징 내로 유입되는 오염 기체의 온도를 일정하게 유지하기 위한 스모스텟(thermostat)이 장착된 덕트 히터(duct heater)를 하우징의 유입부에 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 시스템은 자동수위조절장치를 추가로 포함하는 데,

   상기 자동수위조절장치는

   상기 하우징 내 영양액의 수위를 감지하는 자동수위감지센서, 및

   상기 자동수위감지 센서의 신호에 의해서 온오프되는 영양액 공급펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
7. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 하우징 내의 영양액이 일정 수위를 넘지 않도록 영양액을 배출시키는 오버플로우관을 추가로 포함하는 데,

   상기 오버플로우관은 외부의 공기나 이물질이 하우징 내로 들어오는 것을 방지하도록 체크 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
8. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   정화처리된 후 유출되는 기체내에 함유된 수분을 제거하도록 수분제거수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
9. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 미생물 담체층에 과도증식된 미생물을 탈리시키도록 미생물담체층에 압축공기를 분사하는 압축공기 분사장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
10. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

    상기 미생물 담체층에 과도증식된 미생물을 탈리시키도록 미생물담체층에 고압의 물을 분사하는 고압의 물 분사 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
11. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

    상기 회전하는 파이프와 고정된 유출부의 덕트가 결합되도록 회전 파이프와 고정 덕트 사이에 로타리형 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
12. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

    기체의 유동을 균일화하여 반응기 탱크내의 반응이 잘 일어나도록 상기 하우징의 유입구 및 상기 파이프의 출구부가 테이퍼진(tapered) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.
13. 오염된 기체를 정화시키는 기체 정화 시스템에 있어서,

    오염된 기체가 유입되는 유입구를 갖는 반응기 탱크 하우징,

    상기 하우징의 내부에 형성되며, 처리된 기체가 유입되는 다수의 구멍을 가지는 회전 가능한 파이프,

    상기 파이프의 외부에 상기 파이프를 감싸며 부착되며, 미생물 담체가 충진된 미생물 담체층,

    상기 미생물에게 영양분을 공급하도록 미생물 영양분 및 물을 포함하는 영양액층, 및

    상기 반응기 탱크내에서 발생된 슬러지를 배출시키도록 슬러지 배출관을 포함하는 데, 여기서, 상기 영약액층은 미생물 담체층의 일부분이 잠기도록 충진되는 것을 특징으로 하는 기체 정화 시스템.