KR100840935B1

KR100840935B1 - 플라즈마와 바이오 필터 하이브리드 여과장치

Info

Publication number: KR100840935B1
Application number: KR1020070007414A
Authority: KR
Inventors: 김용진; 한방우; 김학준
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2008-06-24
Also published as: WO2008091036A1

Abstract

본 발명은 유해오염가스처리장치에 있어서, 플라즈마와 바이오 필터 하이브리드 여과장치에 관한 것으로서, 이를 더욱 상세하 설명하면, 오염가스 배출원에서 배출되는 유해오염가스를 물과 함께 공급하는 이유체 노즐과; 상기 이유체 노즐의 하단에 설치되고 고전압 인가장치가 연결된 플라즈마 반응부와; 상기 플라즈마 반응부 하단에 위치하여 바이오 여과부와; 상기 바이오 여과부 하단에 위치하여 상기 바이오 여과부에서 흘러내리는 물을 저장시키는 물탱크와; 상기 물탱크에 저장된 물을 상기 이유체 노즐로 순환시키기 위한 물펌프와; 상기 이유체노즐로 유해오염가스를 공급하는 송풍기;를 포함하여 구성하는 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치에 관한 것이다.

상기와 같은 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치는 플라즈마 반응부에 물과 유해가스를 동시에 공급하여 플라즈마 유해가스 분해 성능을 향상시키고 이유체노즐 분사 및 플라즈마 방전을 통하여 미세한 물입자와 산소를 바이오 여과부로 골고루 공급하여 미생물의 유해가스 정화 기능을 향상시키며 또한, 기존의 바이오 필터에 비해 압력손실을 적게 유지하면서 처리용량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

이유체 노즐, 플라즈마, 바이오 필터, 여과장치, 정화장치

Description

플라즈마와 바이오 필터 하이브리드 여과장치{Plasma and bio filter hybrid gas cleaning system}

도 1은 종래 기술에 따른 바이오 필터 시스템 개략도,

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마와 바이오 필터 하이브리드 여과장치의 개념도,

도 3는 본 발명에 사용될 수 있는 글라이딩 방전 플라즈마의 개략도,

도 4은 글라이딩 방전 플라즈마의 플라즈마 발생 사진

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 고전압 발생장치 2: 플라즈마 반응부

3: 이유체 노즐 4: 중화제공급수단

5: 영양제공급수단 6: 공기방울 공급장치

7: 물탱크 8: 물펌프

9: 바이오 여과부 10: 송풍기

본 발명은 플라즈마와 바이오 필터 하이브리드 여과장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 반응부에 물과 유해가스를 동시에 공급하여 플라즈마 방전을 촉진시켜 유해가스 분해 성능을 향상시키고 이유체노즐 분사 및 플라즈마 방전을 통하여 미세한 물입자와 산소를 바이오 여과부로 골고루 공급하여 미생물의 유해가스 정화 기능을 향상시키며 또한, 기존의 바이오 필터에 비해 압력손실을 적게 유지하면서 처리용량을 증가시키는 플라즈마와 바이오 필터 하이브리드 여과장치에 관한 것이다.

종래의 바이오 필터 장치는 미생물의 분해를 이용하여 유해가스를 제거하는 것으로서 충진물로는 도시쓰레기, 건초, 퇴비, 다공성 점토 등에 존재하는 미생물을 이용한다. 이와 같은 장치에 있어서 지속적인 성능 유지를 위해서는 수분, 온도, 분진의 제어가 매우 중요하기 때문에 별도의 수분제어장치가 필요하고 주기적인 유지 관리를 위해 바이오 메스의 세척이 필요하기 때문에 빈번한 세척은 다량의 폐수를 발생시키고 처리 비용을 상승시키는 원인이 된다. 최근 들어서는 그림 1과 같이 1단 이상의 무기성 담체에 영양분과 중화제를 투여한 물을 펌프 및 분사노즐을 통하여 담체 충전층의 상부에서 분사함으로써 충전층 내 미생물에 필요한 수분과 영양분을 공급하는 바이오 트리클링 여과장치가 많이 사용되고 있다. 하지만 상기의 바이오 트리클링 여과장치는 정화 시간이 길어짐에 따라 물탱크에 저장된 저 장수의 오염가스 용해 및 용존량이 증가하여 부패가 일어날 수 있고 이로 인해 수질오염의 원인이 될 수 있고 단위 부피당 정화용량이 한정되어 있어 정화용량이 커질수록 다단으로 시스템을 구성해야 하기 때문에 시스템의 부피 및 제작비가 급상승한다. 또한, 200ppm 이상의 고농도의 유해가스가 공급될 경우 미생물의 생존력이 저하되어 유해가스 제거성능이 급격히 저하되는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 플라즈마 방식의 정화장치를 바이오 필터 장치와 복합하여 적용함으로써 플라즈마와 바이오 필터의 장점을 각각 살려 막대한 비용 증가 없이 적은 압력손실로 시스템의 정화용량을 증가시키고 바이오 필터 장치로만으로는 처리할 수 없는 고농도의 유해가스를 처리하는 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과 장치를 제공하는 데 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마와 바이오 필터 하이브리드 여과장치의 개략도이며, 도 3는 본 발명에 사용될 수 있는 글라이딩 방전 플라즈마의 개략도로서, 이를 상세히 설명하면, 본 발명은 유해오염가스처리장치에 있어서,

오염가스 배출원에서 배출되는 유해오염가스를 물과 함께 공급하는 이유체 노즐(3)과; 상기 이유체 노즐(3)의 하단에 설치되고 고전압 인가장치가 연결된 플라즈마 반응부(2)와; 상기 플라즈마 반응부(2) 하단에 위치하여 바이오 여과부(9)와; 상기 바이오 여과부(9) 하단에 위치하여 상기 바이오 여과부(9)에서 흘러내리 는 물을 저장시키는 물탱크(7)와; 상기 물탱크(7)에 저장된 물을 상기 이유체 노즐(3)로 순환시키기 위한 물펌프(8)와; 상기 이유체노즐(3)로 유해오염가스를 공급하는 송풍기;를 포함하여 이루어진 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치에 관한 것이다.

이를 더욱 상세히 설명하면,

상기 플라즈마 반응부(2)는 상기 이유체 노즐(3) 끝단에 설치하는 것이며, 또한, 상기 플라즈마 반응부(2)는 상기 이유체 노즐(3) 중심부 하단에 설치하는 것이다.

상기 바이오 여과부(9)는 미생물이 담재된 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층된 것이며, 상기 물탱크(8)로 정량적으로 중화제와 영양제를 공급하는 중화제(4) 및 영양제(5) 공급수단을 더 부가한 것이며, 상기 물탱크(8)내에 존재하는 미생물에게 산소를 지속적으로 공급해주는 공기방울 공급장치(6);을 더 부가한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 이유체노즐(3)은 기체와 액체가 노즐 내부에서 혼합하여 분사함으로써 미세한 물방울을 만드는 내부혼합형이며, 분사각도는 10-120도 사이의 것이며, 1개 이상을 배치하도록 이루어진 것이다.

상기 이유체 노즐은 미세한 물방울을 유해가스와 함께 플라즈마 반응부로 공급하여 플라즈마 반응을 촉진시키고 이와 동시에 바이오 여과부에 넓고 균일하게 수분, 영양분, 산소를 공급하여 미생물의 유해가스 정화 기능을 향상시키는 역할을 한다.

상기 플라즈마 반응부(2)는 통상의 RF 플라즈마, 펄스 코로나, 유전체 격벽 방전(Dielectric Barrier Discharge; DBD) 플라즈마, 글라이딩 방전 플라즈마(Gliding discharge plasma) 중에서 선택되는 저온 플라즈마 반응기인 것이며, 도 4의 글라이딩 방전 플라즈마의 플라즈마 발생 사진에 나타난 바와 같이, 상기 플라즈마 반응부(2)는 단면이 두 반원과 유사한 금속 플레이트의 양단에 고전압 발생장치(1)에 의하여 교류나 펄스 고전압을 인가하여 아크(arc)를 발생시키고 중심부로 가스를 공급하여 금속 플레이트 면을 따라 아크가 이동하면서 소멸되는 글라이딩 방전 플라즈마(Gliding discharge plasma)인 것이 본 발명에 적합한 플라즈마 예가 될 수 있다.

상기 플라즈마 반응부는 상기 이유체 노즐의 중심부 아래에 설치하여 아크 발생부로 물과 가스가 동시에 공급되도록 하고, 상기 이유체 노즐의 개수에 맞춰 등간격으로 다수개 구비하여 구성하는 것일 수 있다. 상기 플라즈마 반응부는 미세한 물방울과 유해가스가 공급되는 곳에서 반응(방전)하여 수많은 OH 라디칼을 발생시키고 생성된 OH 라디칼은 유해가스의 화학반응을 활성화시켜 유해가스를 분해한다. 특히, 미세한 물방울을 유해가스와 동시에 공급하여 OH 라디칼의 생성을 촉진시켜 플라즈마 분해성능을 향상시킬 수 있다.

상기 바이오 여과부는 장방 블록형으로 이루어진 폴리우레탄폼(polyurethane foam)과 같은 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층되어 있는 것이 바람직하다.

상기 영양제 공급장치로 공급되는 영양제는 미생물이 서식하도록 도와주는 N, P, K 외에도 미생물의 대사에 필요한 무기 영양분이 다량 함유되어 있고 자동 제어 공급 장치를 통하여 주기적으로 물탱크로 공급된다.

상기 중화제 공급장치로 공급되는 중화제는 수산화나트륨(NaOH)을 사용하고 자동제어 공급장치를 통하여 간헐적이고 지속적으로 물탱크에 공급하여 미생물의 산화를 억제하고 적절한 pH의 중성 상태를 유지시킨다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치를 나타낸 도면이다.

유해가스나 악취 등의 오염물질은 오염원으로부터 송풍기를 통하여 여과장치로 흡입하고 물탱크로부터 물펌프를 통하여 수송된 물과 함께 혼합되어 여과장치의 상단에 설치된 이유체노즐에서 함께 분사된다. 이유체노즐에서 분사된 유해가스와 물입자는 플라즈마 반응부의 두 방전극 사이를 통과할 수 있도록 플라즈마 반응부를 이유체노즐의 바로 하단에 설치한다.

상기 플라즈마 반응부을 통과하는 유해가스는 플라즈마 방전부에서 발생하는 수많은 OH 라디칼에 의해 분해된다. 특히 미세한 물방울이 유해가스와 동시에 플라 즈마 반응부로 공급되어 OH 라디칼의 생성이 촉진됨으로써 플라즈마 분해성능이 향상될 수 있다.

이와 같이 상기 플라즈마 반응부를 통과한 잔류 유해가스는 장방 블록형으로 이루어진 폴리우레탄폼(polyurethane foam)과 같은 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층되어 있는 바이오 여과부를 통과하면서 재차 제거된다. 유해가스와 동시에 공급되는 미세한 물방울은 무기성 담체에 골고루 분사되어 미생물에게 영양분, 수분, 산소를 충분히 공급하는 역할을 한다.

상기 바이오 여과부를 통과한 물방울은 하단부에 설치된 물탱크에서 회수되고 물펌프를 통해 이유체노즐로 이동하면서 지속적으로 순환하게 된다.

상기 물탱크로는 영양제 공급장치와 중화제 공급장치가 연결되어 있고 각각 자동 제어 공급장치를 통하여 주기적으로 영양제와 중화제를 물탱크로 공급된다. 영양제는 미생물이 서식하도록 도와주는 N, P, K 외에도 미생물의 대사에 필요한 무기 영양분이 다량 함유되어 있고 중화제는 수산화나트륨(NaOH)을 사용하고 미생물의 산화를 억제하고 적절한 pH의 중성 상태를 유지시킨다.

또한 상기 물탱크에는 공기방울 공급장치가 연결되어 상기 물탱크 내에 존재하는 미생물에게 산소를 지속적으로 공급해준다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점 에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

상기 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치에 의하면 플라즈마 반응부에 물과 유해가스를 동시에 공급하여 플라즈마 방전을 촉진시켜 유해가스 분해 성능을 향상시키고 이유체노즐 분사 및 플라즈마 방전을 통하여 물이온과 산소를 바이오 여과부로 골고루 공급하여 미생물의 유해가스 정화 기능을 향상시키며 또한, 기존의 바이오 필터에 비해 압력손실을 적게 유지하면서 처리용량을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

유해오염가스처리장치에 있어서,

오염가스 배출원에서 배출되는 유해오염가스를 물과 함께 공급하는 이유체 노즐(3)과;

상기 이유체 노즐(3)의 하단에 설치되고 고전압 인가장치가 연결된 플라즈마 반응부(2)와;

상기 플라즈마 반응부(2) 하단에 위치하여 바이오 여과부(9)와;

상기 바이오 여과부(9) 하단에 위치하여 상기 바이오 여과부(9)에서 흘러내리는 물을 저장시키는 물탱크(7)와;

상기 물탱크(7)에 저장된 물을 상기 이유체 노즐(3)로 순환시키기 위한 물펌프(8)와;

상기 이유체노즐(3)로 유해오염가스를 공급하는 송풍기(10);를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 반응부(2)는 상기 이유체 노즐(3) 끝단에 설치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 반응부(2)는 상기 이유체 노즐(3) 중심부 하단에 설치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치.
제1항에 있어서,

상기 바이오 여과부(9)는 미생물이 담재된 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층된 것이며, 장방 블록형으로 이루어진 폴리우레탄폼(polyurethane foam)과 같은 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치.
제1항에 있어서,

상기 물탱크(7)로 정량적으로 중화제와 영양제를 공급하는 중화제공급수단(4) 및 영양제공급수단(5) 을 더 부가한 것이며,

상기 중화제 공급수단(4)에 의하여 공급되는 중화제는 수산화나트륨(NaOH)을 사용하고 자동제어 공급장치를 통하여 간헐적이고 지속적으로 물탱크에 공급하여 미생물의 산화를 억제하고 적절한 pH의 중성 상태를 유지시키며,

상기 영양제공급수단(5)으로 공급되는 영양제는 미생물이 서식하도록 도와주는 N, P, K와 미생물의 대사에 필요한 무기 영양분이 함유되어 있고 자동 제어 공급장치를 통하여 주기적으로 물탱크로 공급되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치.
제1항에 있어서,

상기 물탱크(8)내에 존재하는 미생물에게 산소를 지속적으로 공급해주는 공기방울 공급장치(6);을 더 부가한 것을 특징으로 하는 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 반응부(2)는 통상의 RF 플라즈마, 펄스 코로나, 유전체 격벽 방전(Dielectric Barrier Discharge; DBD) 플라즈마, 글라이딩 방전 플라즈마(Gliding discharge plasma) 중에서 선택되는 저온 플라즈마 반응기인 것을 특징으로 하는 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 반응부(2)는 단면이 두 반원과 유사한 금속 플레이트의 양단에 교류나 펄스 고전압을 인가하여 아크(arc)를 발생시키고 중심부로 가스를 공급하여 금속 플레이트 면을 따라 아크가 이동하면서 소멸되는 글라이딩 방전 플라즈마(Gliding discharge plasma)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 바이오 필터 하이브리드 여과장치.