KR100668785B1

KR100668785B1 - 악취 정화 퇴비화 시스템 및 이에 사용되는 배양필터장치

Info

Publication number: KR100668785B1
Application number: KR1020050132397A
Authority: KR
Inventors: 변정훈; 박재홍; 윤기영; 고병주; 박철우; 황정호; 신대건; 태경응; 강신영; 정준오
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-01-12

Abstract

본 발명은 악취정화 퇴비화 시스템에 관한 것으로 더욱 자세하게는 퇴비화 시설공정 중 자연적으로 발생하는 바이오에어로졸 중 악취정화능력이 우수한 균종을 입자공학적으로 분류한 후 배양하는 필터링 기술과 배리어플라즈마 및 촉매장치를 사용하는 고효율 및 고속 악취정화장치를 에너지회수형 환기유닛과 통합하여 종래기술에 비하여 처리의 안정성, 유지보수의 경제성 및 신뢰성 확보를 달성할 수 있는 악취정화 퇴비화 시스템에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 의한 시스템은, 퇴비화 장치; 상기 퇴비화 장치로부터 발생하는 악취가스와 바이오에어로졸이 통과하는 주통로와, 상기 주통로를 통과하는 바이오에어로졸 중 소정의 바이오에어로졸을 분리하는 미분형 이동도 분리기(differential mobility separator)와, 상기 미분형 이동도 분리기에 의하여 분리된 바이오에어로졸이 통과하는 제1분기관과, 상기 미분형 이동도 분리기에 의하여 분리되지 않은 바이오에어로졸이 통과하는 제2분기관과, 상기 제2분기관 내에 장착된 벌크필터와, 상기 제1분기관을 통과한 바이오에어로졸을 배양하기 위한 다수의 미디어가 다단으로 그 내부에 장착되고, 상기 제2분기관 내에 장착된 벌크필터를 통과한 바이오에어로졸이 상기 다단으로 장착된 미디어를 통과하도록 설치된 배양필터로 구성되는 배양필터장치; 상기 배양필터장치를 통과하는 악취가스와 바이오에어로졸 중에 함유된 수분을 제거하기 위한 제습장치; 상기 제습장치를 통과한 악취가스와 바이오에어로졸에 대하여 탈취를 위한 배리어플라즈마장치; 상기 배리어 플라즈마장치에 의하여 발생하는 유해부산물을 제거하기 위하여 흡착 및 촉매반응을 수행하는 촉매장치; 및 상기 촉매장치를 통과한 공기와 열교환하여 상기 퇴비화장치에 열교환된 공기를 재공급하기 위한 열교환장치를 포함한다.

미분형 이동도 분리기, 배양필터, 퇴비화, 배리어플라즈마, 촉매, 열교환장치

Description

악취 정화 퇴비화 시스템 및 이에 사용되는 배양필터장치{Deodorization System by Novel Structured Biofilter Using Separately Incubated Bioaerosol Originated from Food Waste Composting Process and Filtration Device therefor}

도 1은 본 발명에 의한 악취정화 퇴비화 시스템의 개요도.

도 2는 일반적인 퇴비화장치를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 의한 악취정화 퇴비화 시스템에 사용되는 바이오에어로졸 배양 악취정화 필터를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 의한 배리어플라즈마(방전부) 및 복합촉매필터(촉매부) 장치부분의 작동에 대한 개략도.

도 5a는 도 4의 방전부에 인가하는 패킷교류 전압의 예를 나타내는 파형도이며, 도 5b는 도 4에 의해 미세입자와 유해가스가 동시에 저감되는 과정을 보인 개념도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 악취정화 퇴비화 시스템

10 : 퇴비화장치 20 : 배양필터장치(1차 정화장치)

21 : 제1 분기관 22 : 제2 분기관

23 : 벌크필터 24 : 배양필터

25 : 미분형 이동도 분리기(differential mobility separator)

30 : 2차 정화장치 31 : 배리어플라즈마장치

32 : 촉매장치 40 : 제습장치

50 : 열교환장치

본 발명은 악취정화 퇴비화 시스템에 관한 것으로 더욱 자세하게는 퇴비화 시설공정 중 자연적으로 발생하는 바이오에어로졸 중 악취정화능력이 우수한 균종을 입자공학적으로 분류한 후 배양하는 필터링 기술과 배리어플라즈마 및 촉매장치를 사용하는 고효율 및 고속 악취정화장치를 에너지회수형 환기유닛과 통합하여 종래기술에 비하여 처리의 안정성, 유지보수의 경제성 및 신뢰성 확보를 달성할 수 있는 악취정화 퇴비화 시스템 및 이에 사용되는 배양필터장치에 관한 것이다.

현재, 매년 쓰레기의 양은 증가하고 있으나 쓰레기 매립지는 그 면적이 점점 줄어들고 있어 전 세계적으로 쓰레기 처리 문제가 중요시되고 있으며 이는 우리나라 또한 예외가 아니다. 2000-2003년 중의 하루 발생 쓰레기의 양은 22만 7천 톤 (이중 생활폐기물은 4만 6천 톤)에서 29만 5천 톤(이중 생활폐기물은 5만 1천 톤)으로 전년도에 비하여 매년 약 9.5% 정도씩 증가하고 있으나 매립지 면적은 이 추세에 맞추어 증가할 수 없는 상황이다(환경부 국립환경연구원, “2003 전국 폐기물 발생 및 처리현황,” 행정간행물 등록번호 11-1480083-000247-10, 2004).

이러한 문제의 근본적 해결책은 쓰레기의 양을 줄이는 것이나 현실적으로 당장 이루어지기가 어려워 현재 부각되었던 것이 재활용과 퇴비화이다(Krzymien et al., "An Investigation of Odors and Volatile Organic Compounds Released during Composting," Journal of the Air & Waste Management Association, 49 (7), 1999, pp. 804-813).

그러나, 이러한 퇴비화 시설을 포함한 돈축사, 오폐수 처리장, 식료품 가공공장, 석유정제소, 화학공장 등의 농업 및 공업단지는 악취의 대표적인 발생원으로 알려져 있다(Both, R., "Directive on Odour in Ambient Air: an Established System of Odour Measurement and Odour Regulation in Germany," Water Sci. Technol., 44, 2001, pp. 119-126). 즉, 퇴비화를 하는데 있어서 가장 큰 문제점은 발생되는 악취에 따른 인근 주민들의 민원 제기에 있다.

최근, 우리나라를 포함한 여러 국가에서는 악취로 인한 민원건수가 매년 증가하고 있는 실정이다. 2001년 우리나라의 악취로 인한 민원건수는 2,760 건이었고, 2002년에서는 2,878건, 2003년에는 2,381 건으로 약간의 감소 추세를 보였으나 2004년에 3,910 건이 넘어 다시 증가하였다.

또한 악취 물질들은 퇴비화 시설에서 일하는 종업원들의 건강을 위협할 뿐만 아니라 악취 물질 중 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds)이 다수 존재하여 안전상의 문제도 존재한다.

악취관련 문제가 중요시되고 있는 가장 큰 이유는 주거단지가 확장되면서 기존에 있던 공업단지와 농업단지에 가까워졌다는 것이다(Mahin, T.D., "Comparison of Different Approaches Used to Regulate Odours Around the World," Water Sci. Technol., 44, 2001, pp. 87-102). 여러 국가에서는 그 나라에 맞는 악취규제를 두어 그 문제를 해결하고자 하고 있으며 우리나라도 2005년 2월 ‘악취방지법’을 전면 실시하고 있는 상황이다. 이에 따라, 악취배출시설을 설치한 사업자는 그 배출허용기준을 준수하도록 하여야 하며(악취방지법안 제6조, 제7조) 만약 이 기준을 준수할 수 없다면 다른 부지로 옮겨야만 하는 내용이 포함되어 있다. 특히 음식물 쓰레기 등을 활용하는 퇴비화 시설은 그 재료가 되는 음식물 쓰레기의 공급을 원활하게 하고자 주거단지에서 비교적 가까운 거리에 설치 운영되어 보다 효율적인 기준 대안을 마련해야 할 것이다.

그러나, 현재 퇴비화시설 및 악취유발 농가시설 등에서는 실용적 악취저감도구(practical offensive odor abatement tool)가 없으며 대부분 밀폐, 환기 및 바이오필터 등을 사용하는데 실적용에 무리가 뒤따르는 것이 현실이다. 또한, 국내 퇴비화 시설, 분뇨처리장 등의 탈취설비 보유율은 현재 약 50% 정도이며 국내 탈취기술 보유업체는 약 30여 개사에 불과하고 이 또한 선진국의 방법을 그대로 모방한 것이 대부분이다.

또한, 퇴비화 시설 등에서 발생되는 악취물질은 Volatile fatty acid(VFAs), Indoles & Phenols(indole, skatole, cresol, 그리고 4-ethylphenol) 및 Ammonia and Volatile Amines(putrescine, cadaverine, methylamine, 그리고 ethylamine) 등을 포함하는 다양한 물질이나 선택성이 제한적인 필터를 사용함으로써 안정성이 부재하고 이에 따라 추가적인 정화시설이 구비되는 비효율적 운전이 이루어지는 문제점이 있으며, 1-2개 성분의 악취가스만을 제거하는 기존의 퇴비화 악취저감 시스템으로는 퇴비화 시설에서 발생되는 복합악취를 제어하는 한계를 드러내는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 퇴비화 시설공정 중 자연적으로 발생하는 바이오에어로졸 중 악취정화능력이 우수한 균종을 입자공학적으로 분류한 후 배양하는 필터링 기술과 배리어플라즈마 및 촉매장치를 사용하는 고효율 및 고속 악취정화장치를 에너지회수형 환기유닛과 통합하여 종래기술에 비하여 처리의 안정성, 유지보수의 경제성 및 신뢰성 확보를 달성할 수 있는 악취정화 퇴비화 시스템 및 이에 사용되는 배양필터장치를 제공하는 데 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 악취정화 퇴비화 시스템은 다음과 같은 특징이 있다.

본 발명에 의한 악취정화 퇴비화 시스템은,

퇴비화 장치;

상기 퇴비화 장치로부터 발생하는 악취가스와 바이오에어로졸이 통과하는 주통로와; 상기 주통로를 통과하는 바이오에어로졸 중 소정의 바이오에어로졸을 분리하는 미분형 이동도 분리기(differential mobility separator)와; 상기 미분형 이동도 분리기에 의하여 분리된 바이오에어로졸이 통과하는 제1분기관과; 상기 미분형 이동도 분리기에 의하여 분리되지 않은 바이오에어로졸이 통과하는 제2분기관과; 상기 제2분기관 내에 장착된 벌크필터와; 상기 제1분기관을 통과한 바이오에어로졸을 배양하기 위한 다수의 미디어가 다단으로 그 내부에 장착되고, 상기 제2분기관 내에 장착된 벌크필터를 통과한 바이오에어로졸이 상기 다단으로 장착된 미디어를 통과하도록 설치된 배양필터로 구성되는 배양필터장치;

상기 배양필터장치를 통과하는 악취가스와 바이오에어로졸 중에 함유된 수분을 제거하기 위한 제습장치;

상기 제습장치를 통과한 악취가스와 바이오에어로졸에 대하여 탈취를 위한 배리어플라즈마장치;

상기 배리어플라즈마장치에 의하여 발생하는 유해부산물을 제거하기 위하여 흡착 및 촉매반응을 수행하는 촉매장치; 및

상기 촉매장치를 통과한 공기와 열교환하여 상기 퇴비화장치에 열교환된 공기를 재공급하기 위한 열교환장치;

를 포함한다.

또한, 상기 미분형 이동도 분리기(differential mobility separator)에 의하 여 분리되는 바이오에어로졸은 바실러스(Bacillus) 또는 수도모나스(Pseudomonas)인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 의한 배양필터장치에 있어서, 퇴비화 장치로부터 발생하는 악취가스와 바이오에어로졸이 통과하는 주통로와; 상기 주통로를 통과하는 바이오에어로졸 중 소정의 바이오에어로졸을 분리하는 미분형 이동도 분리기(differential mobility separator)와; 상기 미분형 이동도 분리기에 의하여 분리된 바이오에어로졸이 통과하는 제1분기관과; 상기 미분형 이동도 분리기에 의하여 분리되지 않은 바이오에어로졸이 통과하는 제2분기관과; 상기 제2분기관 내에 장착된 벌크필터와; 상기 제1분기관을 통과한 바이오에어로졸을 배양하기 위한 다수의 미디어가 다단으로 그 내부에 장착되고, 상기 제2분기관 내에 장착된 벌크필터를 통과한 바이오에어로졸이 상기 다단으로 장착된 미디어를 통과하도록 설치된 배양필터;를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 도 1은 본 발명에 의한 악취정화 퇴비화 시스템의 개요도이다.

본 발명에 의한 악취정화 퇴비화 시스템은, 크게 퇴비화 장치(10)와, 상기 퇴비화장치(10)로부터 발생하는 악취가스와 바이오에어로졸에 대한 1차 정화장치로 바이오에어로졸배양 악취정화필터장치(이하, 배양필터장치(20)라 함)와, 상기 배양필터장치(20)를 통과하는 악취가스와 바이오에어로졸 중에 함유된 수분을 제거하기 위한 제습장치와, 상기 제습장치를 통과한 악취가스와 바이오에어로졸에 대하여 탈취를 위한 배리어플라즈마장치와 상기 배리어플라즈마장치에 의하여 발생하는 유해부산물을 제거하기 위하여 흡착 및 촉매반응을 수행하는 촉매장치로 구성된 2차 정화장치, 및 상기 2차 정화장치의 촉매장치를 통과한 공기와 열교환하여 상기 퇴비화장치(10)에 열교환된 공기를 재공급하기 위한 열교환장치(50)를 포함한다.

먼저, 퇴비화장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같은 반응공정을 거쳐 악취가스와 바이오에어로졸을 배기하게 된다.

퇴비화 과정 중 발생되는 가스를 악취 측정기(XP-329, New Cosmos Electric), 암모니아 측정기(PortaSensII, Ati), 검지펌프(GV-100S, Gastec)와 검지관(Detector Tube, Gastec)을 이용하여 측정할 수 있다. 가령, 악취 측정기로는 일정시간에 한번 씩 총괄 악취 정도(Total Odor Index)를 측정한다. 통상적으로 퇴비화가 이루어지는 경우 일반적으로 암모니아, 황화수소, 알코올류, 휘발성 지방산류, 아민류 등의 가스들이 발생한다. 알코올류의 경우 퇴비화 시 발생되는 대표적 가스로 부틸알콜 및 프로필알콜 등이 있으며 휘발성 지방산류의 경우 아세트산이 전체 휘발성 지방산의 60-70%, 프로피온산이 15-20%, 낙산이 5-15%를 차지하고 그 외의 유기산이 소량 차지하고 있다고 알려져 있다. 또한 아민류의 경우 대표적 가스로 생선 썩는 냄새라는 트리메틸아민이 알려져 있다. 따라서, 퇴비화 발생가스 중 대표적 발생가스로 암모니아, 황화수소, 부틸알콜, 아세트산, 프로피온산 및 트리메틸아민을 주요 측정 대상으로 선정하고 실시간 가스측정기 및 검지관을 이용하여 그 농도를 측정하며, 정량분석을 위해 GC/MS로 퇴비화 시간별로 샘플링된 가스를 분석할 수 있다.

한편, 퇴비화 공정에서 발생되는 바이오에어로졸의 공기역학적 분포 특성을 확인하기 위해서 일례로서 6단 충돌식 샘플러(Six-stage Sampler TE-10-800, Tisch Environmental Inc.)를 이용해서 샘플링을 수행할 수 있다. 충돌식 샘플러 각 단에 미생물이 자랄 수 있도록 배지(Nutrient Agar)를 삽입한 후 퇴비화 시 발생되는 가스를 28.3L/min으로 흡입하면, 퇴비화 반응조에서 부유한 미생물들이 크기별로 각 단에 분류된다. 이러한 충돌식 샘플러의 1단에서 6단까지의 분리 입경 범위는 각각 7.0 이상, 4.7-7.0, 3.3-4.7, 2.1-3.3, 1.1-2.1, 0.65-1.1이다. 샘플러 단별 배지에 샘플링 된 바이오에어로졸은 항온배양기에서 24시간에서 72시간 정도 성장되고, 단별 배지에 형성된 집락(Colony) 종류와 수를 각 종류별 CFU(Colony Forming Unit)로 정리하여 그 특성을 고찰하게 된다. 또한, 배지에 성장된 미생물의 동정분석을 통해 퇴비화 반응 중 발생되는 바이오에어로졸의 공기역학적 분포특성을 확인할 수 있다. 여기서, 퇴비화 공정에서 발생되는 바이오에어로졸 중 일부는 병원성을 갖고 있기 때문에 그 공기역학적 분포특성에 대한 연구가 필요하며, 또한 이들은 악취정화에 대부분 관여하여 퇴비화 공정 중 악취발생과 바이오에어로 졸의 단계별 분포특성에 대한 연계연구도 중요한 정보를 제공할 수 있다.

다음, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 퇴비화장치(10)로부터 발생하는 악취가스와 바이오에어로졸에 대한 1차 정화장치로 바이오에어로졸배양 악취정화필터장치인 배양필터장치(20)가 사용된다.

이러한 배양필터장치(20)에 관한 세부구성은 도 3에 도시된 바와 같다.

즉, 상기 배양필터장치(20)는 상기 퇴비화장치(10)로부터 발생하는 악취가스와 바이오에어로졸에 대한 1차 정화장치의 역할을 수행하는데, 퇴비화 공정 중 존재하는 균 중에서 일부는 악취를 제거하기 때문에 이들 중 성능이 우수한 균종만을 선별 즉 탈취미생물을 고집적으로 유지할 수 있기 때문이다. 즉, 입경별 부유 미생물의 분리배양에 의하여 악취정화 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 퇴비화장치(10)로부터 발생하는 악취가스와 바이오에어로졸이 상기 장치내로 유입되면 주통로를 통과하게 된다.

이러한 주통로는 제1 및 제2 분기관으로 나누어지는데, 상기 제1 분기관(21)에는 후술하는 미분형 이동도 분리기(25)(differential mobility separator)에 의하여 분리된 소정의 바이오에어로졸만(전체 유동은 10% 미만)이 유동하게 되고, 상기 제2 분기관(22)에는 미분형 이동도 분리기(25)에 의하여 분리되지 않고 남은 바이오에어로졸(전체 유동의 90% 이상)이 유동하게 된다.

상기 제1 및 2분기관의 구체적 배열 및 형상에 한정되는 것은 아니지만, 본 실시예에서는 서로 연통되는 홀이 형성된 동심원 형상으로 배열된다. 상기 제2 분기관(22)을 흐르는 가스 및 에어로졸은 미분형 이동도 분리기(25)에 의한 외부로부 터 소정의 전압을 인가하여 특정 크기의 미생물 입자만을 상기 제1 분기관(21) 내부로 주입시킬 수 있다. 이러한 미분형 이동도 분리기(25)의 구체적인 원리 및 작동은 통상적으로 당업자 사이에서 널리 사용되는 미분형 이동도 분석기(Differential Mobility Analyzer: DMA)와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 제2 분기관(22)을 유동하는 분리된 바이오에어로졸에 해당하는 미생물로서는 바실러스(Bacillus) 또는 수도모나스(Pseudomonas) 등이 있을 수 있다. 이러한 바실러스(Bacillus) 또는 수도모나스(Pseudomonas)과 같은 특정 균종이 후술하는 배양필터(24)에 다단으로 장착된 미디어에서 배양되게 된다. 이렇게 배양된 특정 균종은, 상기 제2 분기관(22) 내에 장착된 벌크필터(23)를 통과한 악취가스 및 유해성 에어로졸을 필터링하게 된다.

즉, 상기 제1 분기관(21)을 통과한 바이오에어로졸을 배양하기 위한 다수의 미디어가 다단으로 그 내부에 장착되고, 상기 제2 분기관(22) 내에 장착된 벌크필터(23)를 통과한 바이오에어로졸이 상기 다단으로 장착된 미디어를 통과하도록 설치된 배양필터(24)에 의하여 1차적으로 악취정화 공정을 수행하게 된다.

그 다음, 상기 배양필터장치(20)를 통과하는 악취가스와 바이오에어로졸 중에 함유된 수분을 제거하기 위한 제습장치가 상기 배양필터장치(20) 이후에 설치된다. 이는 상기 제습장치 이후에 설치되는 배리어플라즈마장치 등에 수분이 투입될 경우 원활한 성능을 발휘할 수 없기 때문이다. 이러한 제습장치에 의하여 제거된 수분은 수분탱크에 별도로 저장되어 외부로 배출되거나 리사이클링 될 수도 있다.

그 후, 상기 제습장치를 통과한 악취가스와 바이오에어로졸은, 도 4에 도시된 바와 같이, 탈취를 위한 방전부에 해당하는 배리어플라즈마장치(31)와 상기 배리어플라즈마장치에 의하여 발생하는 오존 등과 같은 유해부산물을 제거하기 위한 촉매부에 해당하는 촉매장치(32)로 구성된 2차 정화장치(30)를 거치게 된다. 즉, 최적설계된 플라즈마 소스를 통해 배양필터장치(20)가 그 특성상 피할 수 없는 처리 불안정성을 라디칼 반응으로 보완하고, 이후 복합촉매에서 최종 안정화가 달성됨으로써 다양한 운전조건에 대응할 수 있는 반영구적 시스템으로 활용할 수 있게 된다.

구체적으로 살펴보면, 유해가스와 바이오에어로졸이 흐르는 통로인 덕트상에, 일정간격으로 떨어져 배열되는 유전체 전극(311) 사이에 패킷형 교류전원이 인가되어 미세입자를 하전하고 유해가스를 분해하는 방전부(31)와, 상기 하전된 미세입자를 집진하는 집진부(33)와, 상기 방전부(31)에서 부수적으로 생성된 오존(O₃)을 활성산소(O)와 산소분자(O₂)로 분해하는 촉매부(32)가 구성될 수 있다. 여기서 통상적으로 퇴비화시설에서는 미세입자의 발생이 작으므로 집진부에 해당하는 구성은 생략될 수도 있다.

상기 유전체 전극(311)으로는 세라믹, 플라스틱, 유리, 운모, 오일 등이 이용된다.

방전부(31)의 일정한 거리를 두고 떨어져 있는 유전체 전극(311)에 AC 전원부(312)를 이용하여 패킷 교류전원을 인가하면 유전체 전극(311) 사이의 반응부 (313)에서 유전체 배리어 방전을 일으킨다.

상기 AC 전원부(312)는 AC전원과 함수발생기(Function Generator)로 구성되어 유전체 전극(311)에 인가되는 전압과 주파수를 패킷형 교류전원으로 사용한다.

이 유전체 배리어 방전에 의해, 공장, 발전소, 폐기물 소각장, 실내 공간 등에서 발생되는 오염된 공기가 덕트 상의 방전부(31) 내로 유입되면, 유전체 배리어 방전으로 생성된 고농도의 이온과 반응 활성종에 의해 미세입자는 양극성으로 대전(帶電)되고(하전현상), 동시에 가스상 유해물질(유해가스)은 반응성이 낮은 안정한 물질로 변한다(분해반응). 특히 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 분해반응에 의하여 질소성 악취, 황성 악취 및 당, 지방산 악취 부분이 제거될 수 있다.

집진부(33)는 정전기력에 의해 양극성으로 대전된 미세입자를 포집한다.

촉매부(32)는 금속, 금속 산화물, 반도체, 반도체 산화물, 활성탄, 실리카겔, 세라믹으로 촉매를 사용하여 오존을 활성산소(Oxygen Radical)과 산소분자로 분해하고, 이때 생성된 활성산소에 의해 방전부(31)에서 미처리된 유해가스를 재처리한다. 이러한 촉매부는 UV LED 및 복합촉매필터 등으로 구성될 수 있다.

도 5a는 도 4의 방전부에 인가하는 패킷교류 전압의 예를 나타내는 파형도로서, 시간에 따라 양 유전체 전극에 인가하는 전압과 주파수를 제어하는 개념을 나타낸다. 또한, 도 5b는 도 4에 의해 미세입자와 유해가스가 동시에 저감되는 과정을 보인 개념도이다.

먼저, 도 5a와 같은 패킷 교류전원이 양 유전체 전극에 인가하면 유전체 전극 사이의 반응부에서 유전체 배리어 방전을 일으킨다. 이때 각각의 유전체 전극 사이의 공간인 반응부(313)에서 방전이 발생되어, 유전체 전극(311) 사이의 공간에 전자의 충돌에 의해 발생된 양(+)이온과 음(-)이온 및 반응 활성종이 고농도로 혼재하는 스트리머 플라즈마(streamer plasma) 상태가 된다. 즉, 유전체 전극(311) 사이에서 스트리머 플라즈마가 발생되면, 상부 및 하부 유전체 전극 사이의 공간에는 양이온과 음이온 및 반응 활성종이 고농도로 혼재하게 된다.

이러한 상태에서 오염된 공기가 방전부(31)로 유입되면, 오염된 공기 중 미세입자는 고농도의 양극성 이온 즉 양이온 및 음이온으로 하전되고, 가스상 유해물질은 방전부 내의 다양한 반응 활성종과 반응하게 된다(S302).

이때, 종래의 경우에는 미세입자가 고하전량으로 대전되어 방전부 후단에 설치된 집진부(33)에 도달하지 못하고 정전기력에 의해 양 유전체 전극(311)으로 부착되는 현상과, 유해물질의 경우에 전자의 충돌로 발생되는 반응 활성종 외에 공기중의 산소분자가 활성산소로 해리되고 해리된 활성산소가 산소분자와 결합하여 오존이 생성되는 현상이 부수적으로 발생하였다.

도 5a는 이와 같이 방전부에서 부수적으로 발생되는 문제들을 해결하기 위해 인가되는 패킷 교류전원 파형을 나타낸 것으로, 도시한 정현파(sine wave) 외에 사각파(rectangular wave), 삼각파(triangle wave), 톱니파(saw-tooth wave) 등으로도 패킷 교류전원을 인가할 수 있다. 상기 패킷 교류전원에 의해 유전체 전극(311)으로의 입자 부착 및 방전부(31)의 열발생에 따른 전력량 소모를 줄일 수 있다. 즉, 패킷 교류전원의 인가를 통해 유전체 전극(311)으로의 입자 부착을 제어하여 하전 효율의 감소를 방지하면서 이를 통해 방전부(31)의 수명을 연장시킨다. 또한 패킷 교류전원의 특성을 통해 방전부의 열발생을 줄여 소비전력의 감소도 달성할 수 있다. 또한, 양 유전체 전극(311)과 유전체 전극 사이의 공간인 반응부(313)는 2개 이상 복수개 구성될 수도 있으며, 이와 같이 방전부(31)를 다단계로 구성하면 오존의 발생이 줄어들고 미세입자의 제거효율이 증가한다.

한편, 촉매부(32)는 촉매에 의해 방전부(31)에서 부수적으로 생성된 오존을 활성산소와 산소분자로 분해하고, 분해과정에서 나오는 활성산소를 이용하여 방전부에서 미처리된 유해가스를 재처리한다(S306).

결국 패킷 교류전원을 유전체 배리어 방전부에 인가하여 미세입자와 유해가스를 동시에 처리하는 공정의 유지 및 성능면에서 최적화를 이룬다.

마지막으로, 상기 제2정화장치의 촉매장치를 통과한 공기와 열교환하여 상기 퇴비화장치(10)에 열교환된 공기를 재공급하기 위한 열교환장치(50)가 설치된다.

상기 제1 및 2정화장치를 거친 공기는 입자 및 가스상 오염물질이 상당히 분리된 기술이 될 수 있으므로 전열교환기의 성능저하를 방지하는 동시에 퇴비화를 위해 요구되는 비교적 고온 다습한 조건(퇴비화에 있어서 대부분의 균들이 55 내지 60℃ 이며, 퇴비화 공정 중 가온이 무가온과 수시로 병행됨)의 유지를 이러한 열교환장치(50)에 의한 에너지회수를 통해 일부 달성할 수 있게 된다. 일반적인 종래의 퇴비화 시설에서 필요한 가온은 보일러, 열선 등을 이용하고 있기 때문에 에너지 소모가 발생하므로, 본 발명과 같은 열회수는 시설의 유지 보수에 상당한 효과를 제공할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 입경별 부유 미생물의 분리배양에 의하여 악취정화 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 변동이 심한 악취 부하에 대한 대응력을 배가시키면서 고속-고효율의 악취 정화가 가능한 이점이 있다. 아울러, 계절에 영향을 받지 않으면서 에너지 회수가 가능하여 유지 및 보수 비용면에서 우수하고, 전기적 요소로 구성되어 제어가 용이하며, 컴팩트한 시스템으로 구현되어 소요 부지 면적을 최소화할 수 있는 효과를 창출하게 된다.

Claims

퇴비화 장치;

상기 퇴비화 장치로부터 발생하는 악취가스와 바이오에어로졸이 통과하는 주통로와; 상기 주통로를 통과하는 바이오에어로졸 중 소정의 바이오에어로졸을 분리하는 미분형 이동도 분리기(differential mobility separator)와; 상기 미분형 이동도 분리기에 의하여 분리된 바이오에어로졸이 통과하는 제1분기관과; 상기 미분형 이동도 분리기에 의하여 분리되지 않은 바이오에어로졸이 통과하는 제2분기관과; 상기 제2분기관 내에 장착된 벌크필터와; 상기 제1분기관을 통과한 바이오에어로졸을 배양하기 위한 다수의 미디어가 다단으로 그 내부에 장착되고, 상기 제2분기관 내에 장착된 벌크필터를 통과한 바이오에어로졸이 상기 다단으로 장착된 미디어를 통과하도록 설치된 배양필터로 구성되는 배양필터장치;

상기 배양필터장치를 통과하는 악취가스와 바이오에어로졸 중에 함유된 수분을 제거하기 위한 제습장치;

상기 제습장치를 통과한 악취가스와 바이오에어로졸에 대하여 탈취를 위한 배리어플라즈마장치;

상기 배리어플라즈마장치에 의하여 발생하는 유해부산물을 제거하기 위하여 흡착 및 촉매반응을 수행하는 촉매장치; 및

상기 촉매장치를 통과한 공기와 열교환하여 상기 퇴비화장치에 열교환된 공기를 재공급하기 위한 열교환장치;

를 포함하는 악취정화 퇴비화 시스템.
제1항에 있어서,

상기 미분형 이동도 분리기(differential mobility separator)에 의하여 분리되는 바이오에어로졸은 바실러스(Bacillus) 또는 수도모나스(Pseudomonas)인 것을 특징으로 하는 악취정화 퇴비화 시스템.
악취정화 퇴비화 시스템에 사용되는 배양필터장치에 있어서,

퇴비화 장치로부터 발생하는 악취가스와 바이오에어로졸이 통과하는 주통로와;

상기 주통로를 통과하는 바이오에어로졸 중 소정의 바이오에어로졸을 분리하는 미분형 이동도 분리기(differential mobility separator)와;

상기 미분형 이동도 분리기에 의하여 분리된 바이오에어로졸이 통과하는 제1분기관과;

상기 미분형 이동도 분리기에 의하여 분리되지 않은 바이오에어로졸이 통과하는 제2분기관과;

상기 제2분기관 내에 장착된 벌크필터; 및

상기 제1분기관을 통과한 바이오에어로졸을 배양하기 위한 다수의 미디어가 다단으로 그 내부에 장착되고, 상기 제2분기관 내에 장착된 벌크필터를 통과한 바이오에어로졸이 상기 다단으로 장착된 미디어를 통과하도록 설치된 배양필터;

를 포함하는 배양필터장치.