KR100608086B1 - 악취가스 및 휘발성 유기화합물을 정화하기 위한 담체시스템 및 이를 이용한 처리방법 - Google Patents

악취가스 및 휘발성 유기화합물을 정화하기 위한 담체시스템 및 이를 이용한 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 악취가스 및/또는 휘발성 유기화합물을 함유한 가스를 정화하기 위한 생물여과 공정용 담체 시스템에 있어서, 현무암 재질의 제1 담체 및 접착제에 의해 미분활성탄이 발포고분자에 접착된 제2 담체를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 시스템을 제공한다. 본 발명에 의한 담체 처리 시스템에 의하면, 악취 가스 및 휘발성 유기화합물을 함유한 가스를 저렴한 비용으로 효과적으로 처리할 수 있고, 공정의 유지관리가 용이하다는 장점이 있다.

Description

악취가스 및 휘발성 유기화합물을 정화하기 위한 담체 시스템 및 이를 이용한 처리방법{Carrier system and treatment process for purifying stinking gas and volatile organic compound}
도 1은 본 발명의 방법을 실시하는데 사용되는 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 있어서, 처리시간에 대한 황화수소 제거율 및 pH변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 세포 농도 및 배양기간이 황화수소분해에 미치는 영향을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 순환수의 pH가 황화수소 분해활성에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 5는 온도가 황화수소 분해활성에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100... 제1 반응조 110... pH 및 이온전도도 조정조
200... 제2 반응조
본 발명은 호기성 생물학적 처리방법을 이용하여 악취가스와 휘발성 유기화합을 동시에 효율적으로 정화시킬 수 있는 담체 시스템 및 방법에 관한 것이다.
환경기초시설인 분뇨처리장이나 하수처리장 또는 산업체의 수질오염방지시설 등에서는 상당한 악취가스가 배출되고 있다. 이러한 악취가스 성분 중 악취를 유발하는 물질은 주로, 황화수소, 메르캅탄과 같은 황화합물, 암모니아, 아민과 같은 질소화합물, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 등을 포함하는 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds: VOCs) 또는 휘발성 황화합물(Volatile Sulphur Compounds)이다. 즉, 이와 같이 악취성분이 매우 다양하고, 그 생성 농도 또한 시시각각 변화하기 때문에 악취가스의 정화에는 어려움이 많다.
이러한 악취가스의 정화 방법으로는 물리적, 화학적 생물학적 방법으로 분류되는데, 널리 사용되는 방법으로는 활성탄 흡착, 약액세정, 포기조 탈취법, 토양 탈취법, 연소, 수세, 마스킹 등을 예로 들 수 있다.
그러나, 약품을 사용하는 물리화학적 방법은 약품 비용으로 인한 유지비 과다, 운전비용, 2차적인 처리등의 문제점을 보유하고 있기 때문에 운전비가 저렴하고 안정적인 처리가 가능한 생물학적 방법에 대한 관심이 날로 증대되고 있다.
악취가스는 일반적으로, 프로세스 공기와 비교하여 산소 함량에는 거의 차이가 없기 때문에 산소 공급원으로서의 역할을 충분히 할 수 있다. 즉, 악취가스 중의 악취 성분인 휘발성 유기화합물이나 황화합물은 영양공급원으로서 미생물에 의하여 섭취되고, 산소는 프로세스 공기로서의 역할을 수행한다.
한편, 호기성 생물여과를 이용한 악취처리공정은 고정상 담체의 여과기능과 미생물막의 유기물 분해능력을 이용하여 악취 및 VOCs를 정화시키는 공정으로서, 바이오필터 공정과 바이오트리클링 필터 공정을 예로 들 수 있다. 호기성 생물여과 시스템은 반응조에 여재를 충전시킨 후 미생물을 부착성장시키는 방법으로 고부하 운전이 가능하다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 호기성 생물여과 공정을 이용하여 하수처리장, 분뇨처리시설 등의 환경기초시설이나 폐수처리공정에서 발생하는 악취가스 휘발성 유기화합물을 동시에 정화하는 공정에 효율적인 미생물 담체 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 미생물 담체 시스템을 이용하여 악취 및 휘발성 유기화합물 가스를 정화하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여,
악취 및 휘발성 유기화합물 가스를 동시에 정화하기 위한 생물여과 공정용 담체 시스템에 있어서, 현무암 재질의 제1담체 및 접착제에 의해 미분활성탄이 발포고분자에 접착된 제2 담체를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 시스템을 제공한다.
상기 발포 고분자는 스폰지 폼 또는 부직포 구조의 폴리우레탄, 폴리스티렌 또는 폴리에틸렌으로 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 접착제는 아크릴 수지와 스티렌/부타디엔 라텍스 (S/B 라텍스)의 중량비 70:30 내지 90:10 혼합물로 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 미분활성탄과 상기 접착제는 40:60 내지 50:50의 중량비로 존재하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여,
상기 담체 시스템을 이용하여 악취가스 및 휘발성 유기화합물을 정화하는 방법에 있어서,
제1 담체 및 제2 담체를 구분하여 별개의 반응조에 충진한 후 반응조를 직렬로 연결하는 단계;
상기 제1 담체가 충진된 반응조 또는 상기 제2 담체가 충진된 반응조에 택일적으로 또는 순차적으로 악취가스 및/또는 휘발성 유기화합물을 함유한 가스를 공급하는 단계; 및
상기 제1 담체가 충진된 반응조 및/또는 제2 담체가 충진된 반응조에 미생물을 접종하고 순환수를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 악취가스 및 휘발성 유기화합물을 함유한 가스는 반응조의 하부로 공급되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 순환수의 pH를 pH 5 내지 9로 조절하고 이온전도도는 1 내지 10 mS/cm로 조절하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명은 하수처리장, 분뇨처리시설 등의 환경기초시설 및 폐수처리장과 공장에서 발생하는 악취가스 및 휘발성 유기화합물 가스를 경제적이면서도 효과적인 방법으로 정화할 수 있는 생물학적 처리 시스템에 관한 것으로서, 현무암으로 이루어진 제1담체 및 발포고분자에 미분활성탄이 부착되어 이루어진 제2 담체를 포함하는 미생물 담체를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 담체는 고온의 마그마가 굳으면서 기체가 빠져나가 기공이 형성된 현무암 재질이며, 미생물이 성장하기에 알맞은 조건이 자연적으로 이루어진 천연재질이라는 특징이 있다. 또한, 바이오트리클링 필터 반응조의 패킹재에 요구되는 적합한 강도를 지니기 때문에 운전하기도 용이하다.
또한, 상기 제2 담체로는 본 출원인이 대한민국특허출원 98-11335호로 출원한 바 있는 바이오캡(Bio-CAP; 상품명, 삼성엔지니어링 제조)이 바람직하다.
상기 제2 담체는 발포고분자에 미분활성탄이 접착제에 의해 코팅되어 있는 발포고분자 담체, 바람직하게는 폴리우레탄 폼 담체로서 활성탄이 제공하는 넓은 비표면적으로 인하여 많은 양의 미생물이 부착성장할 수 있는 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 폐수 및 악취가스 정화시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에서는 제1 반응조(100)에 현무암 재질의 담체가 충진되어 있고, 제2 반응조(200)에 미분활성탄이 코팅된 발포고분자 담체가 충진되어 있다. 악취가스 및/ 또는 휘발성 유기화합물 가스(10)는 제1 반응조의 하단으로 공급되고, 제1 반응조의 기저부로부터 배출되는 순환수는 pH/이온전도도 조정조(110)를 거치면서 pH 및 이온전도도가 미생물의 서식에 적합한 범위로 조정된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, pH는 5 내지 9인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 pH 6 내지 8, 가장 바람직하게는 pH 7이다.
이온전도도는 미생물의 성장에 따라 상승하므로 미생물 성장 척도가 될 수 있다. 과다하게 성장되는 미생물은 클로깅 및 △P 상승을 야기하므로 이를 방지하기 위해 연수기 등을 통해 공급되는 물을 이용하여 1 내지 10mS/cm, 바람직하게는 1 내지 4 mS/cm 범위로 유지한다.
pH와 이온전도도가 조정된 순환수(13)는 제1 반응조(100)의 상단에 구비된 노즐을 통해 내부로 분사된다. 순환수가 일정 수준 이상의 이온전도도 값, 예를 들어 10, 바람직하게는 4mS/cm 이상이면 드레인(15)을 통해 배출된다.
제1 담체에 서식하는 미생물에 의하여 1차적으로 정화된 가스는 제1 반응조의 상단으로 배출(14)된 후 제2 반응조의 하단으로 주입된다. 악취가스는 최종적으로 처리되어 제2 반응조(200)의 상단으로 배출된다.
도 1에서는 제1 담체 및 제2 담체로 각각 충진된 제1 및 제2 반응조를 모두 사용하는 경우만을 도시하고 있으나, 폐수 및 악취가스의 오염의 정도에 따라 오염의 수준이 낮은 경우에는 둘 중 어느 하나를 택일적으로 사용하는 것도 가능하다.
이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 참조하여 설명하고자 한다. 하기 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다
<실시예 1>
도 1에 도시된 것과 동일한 장치를 이용하여, 부피 6.4L의 바이오트리클링 필터 반응조(100)에 제주 한남개발에서 공급하는 흑색 및 회색 계통의 현무암(직경 5cm)을 충진하고, 동일한 부피의 바이오필터 반응조(200)에는 바이오캡(상품명, 삼성엔지니어링(주) 제조) 및 입상활성탄을 충진하였다. 상기 반응조의 재질은 플렉시-글래스(Flexi glass) 및 파이렉스로 하였다.
바이오트리클링 필터 반응조(100)에는 티오바실러스 1W를 접종한 후 표 1의 배지조성 중 티오설페이트와 이스트 추출물이 제거된 액체 배지를 60ml/L의 속도로 계속 순환시켜 주었다. 바이오 필터 반응조(200)에는 폐수중에 스티렌 등이 다량 포함된 울산시의 활성 슬러지를 접종한 후 물로 포화된 기체를 계속 공급하여 주었다. 양 반응조의 온도 조절을 위하여 워터 자켓을 설치하고 항온 수조로 온도를 일정하게 25℃로 유지하였다. 순환수의 pH는 7, 이온전도도는 1 내지 4 mS/cm으로 유지하였다.
성 분 농 도 (g/L)
NH4Cl 0.5
K2HPO4 4.0
KH2PO4 4.0
MgSO4 0.8
Na2·EDTA 0.5
ZnSO4 0.22
CaCl2 0.05
MnCl2·4H2O 0.01
FeSO4 0.05
(NH4)6Mo7O34 0.01
CuSO4 0.01
CoCl2 0.01
Na2S2O3 8
이스트 추출물 2
<실시예 2>
도 2는 바이오캡 및 활성탄을 충진한 바이오트리클링 필터 반응조의 운전결과를 나타낸다. pH가 5.5-6 정도로 안정화된 다음, 미생물을 접종하고 물로 포화된 황화수소를 첨가하기 시작하였으며, 황화수소 농도를 20ppmv 에서 120ppmv 까지 3-4일 간격으로 20ppmv씩 점차 증가시켰을 경우 황화수소 제거율이 100%로 계속 유지되었음을 알 수 있다. pH도 5.5-6의 범위를 거의 벗어나지 않았다. 이온전도도는 4mS/cm이 되도록 유지하였다. 이 경우 공탑기준 체류시간이 1분이었으므로 황화수소 제거속도는 0.19kg-S/m³·day에 해당한다.
<실시예 3>
광주 하수 처리장내에 1.5L 칼럼을 설치하고, 현무암을 담체로 충진하였으며 주로 황화수소 가스를 주입하여 악취 제거율을 실험하였다.
초기 황화수소 50ppmv에서 200ppmv 까지 높였으나 반응조내의 제거효율은 100%를 유지하였다. 이 경우 공탑기준으로 체류시간이 90초이었으므로 황화수소 제 거속도는 0.21kg-S/m³·day에 해당한다.
이상에서는 악취 및 휘발성 유기물 제거를 위한 생물반응기에 대한 기초연구로서 황화수소 분해능이 우수하고 성장속도가 빠른 미생물인 티오바실러스 종 1W를 선정하였으며, 반응기 설계를 위한 기초적인 데이터로서 세포성장과 황화수소 분해속도에 미치는 배지, pH 및 온도와 같은 환경인자의 영향을 조사하였다.
도 3을 참조하면, 세포농도 및 배양기간이 황화수소 분해에 미치는 영향을 알 수 있다. 각각의 배양기간은 (a) 5시간, (b) 12시간, (c) 24시간, 그리고 (d) 48시간 이었으며, 세포농도는 0(●), 0.125(○), 0.25(▼)g/L로 하였다. 실험결과에 의하면 세포농도 및 배양기간이 증가할수록 황화수소 분해 속도가 향상된다는 것을 알 수 있다.
도 4는 순환수의 pH가 황화수소 분해 활성에 미치는 영향을 실험한 결과이다. pH 5 내지 9의범위에서 황화수소 분해활성이 우수하다는 것을 알 수 있으며, 특히 pH 7 부근의 중성 조건에서 가장 우수한 활성을 나타내었다.
도 5는 온도가 황화수소 분해활성에 미치는 영향을 실험한 결과이다. 약 20℃ 이상의 온도에서 50%이상의 활성을 나타내며, 25℃ 부터 80% 이상의 높은 분해활성을 나타내고 35℃에서는 거의 100%에 이르는 최고의 활성을 나타낸 후 그 이상의 온도에서는 활성이 급감하는 것을 알 수 있다.
본 발명에 의한 담체 시스템에 있어서, 제1 담체로 사용되는 현무암은 자연적인 발포 상태를 이루고 있어 미생물이 서식하기에 최적의 환경이 조성되어 있을 뿐만 아니라 견고하다는 장점이 있으며, 제2 담체는 발포고분자에 부착되어 있는 미분활성탄에 의하여 흡착성능이 높아 악취제거성능이 뛰어나다. 따라서, 본 발명에 의하면, 일반적인 악취발생지역에서 악취 가스 및 휘발성 유기화합물을 효과적으로 처리할 수 있어 운전비가 저렴하고 유지관리가 용이하다.

Claims (7)

  1. 악취가스 및 휘발성 유기화합물을 정화하기 위한 생물여과 공정용 담체 시스템에 있어서, 현무암 재질의 제1 담체 및 접착제에 의해 미분활성탄이 발포고분자에 접착된 제2 담체를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발포 고분자는 스폰지 폼 또는 부직포 구조의 폴리우레탄, 폴리스티렌 또는 폴리에틸렌으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 담체 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 접착제는 아크릴 수지와 스티렌/부타디엔 라텍스 (S/B 라텍스)의 중량비 70:30 내지 90:10 혼합물로 되어 있는 것을 특징으로 하는 담체 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미분활성탄과 상기 접착제는 40:60 내지 50:50의 중량비로 존재하는 것을 특징으로 하는 담체 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 담체 시스템을 이용하여 악취가스 및 휘발성 유기화합물을 정화하는 방법에 있어서,
    제1 담체 및 제2 담체를 구분하여 별개의 반응조에 충진한 후 반응조를 직렬로 연결하는 단계;
    상기 제1 담체가 충진된 반응조 또는 상기 제2 담체가 충진된 반응조에 택일적으로 또는 순차적으로 악취가스 및/또는 휘발성 유기화합물을 함유한 가스를 공급하는 단계; 및
    상기 제1 담체가 충진된 반응조 및/또는 제2 담체가 충진된 반응조에 미생물을 접종하고 순환수를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 악취가스 및 휘발성 유기화합물을 함유한 가스는 반응조의 하부로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 순환수의 pH를 pH 5 내지 9로 조절하고 이온전도도는 4mS/cm이하가 되도록 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020000031029A 2000-06-07 2000-06-07 악취가스 및 휘발성 유기화합물을 정화하기 위한 담체시스템 및 이를 이용한 처리방법 KR100608086B1 (ko)

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