KR101009162B1 - 가스 탈취장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황화합물을 비롯한 악취 성분의 제거 효율이 현저히 높으며, 반응기의 용량을 축소할 수 있고, 초기 투자 비용 및 운전 비용을 대폭 절감할 수 있는 고효율의 가스 탈취장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가스 탈취장치는 물에 침지된 촉매 펠릿을 이용하여 악취 가스로부터 황화합물을 제거하는 1차 처리부와, 바이오필터를 이용하여 생물학적으로 악취 가스를 분해하여 제거하는 2차 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 탈취장치{Gas Deodorization System}

본 발명은 가스에서 악취를 제거하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기 오염을 일으키는 악취 가스로부터 악취를 제거하여 배출하는 가스 탈취장치에 관한 것이다.

산업이 발전되고 다양화됨에 따라 배출되는 오염물질들도 매우 다양해져서 이들의 효과적인 처리가 환경적으로 큰 문제가 되고 있다. 최근 환경오염이 심각해짐에 따라 오염물질에 대한 배출규제가 세계적으로 강화되고 있으며, 작업 환경 내에서 공기오염을 유발시키는 악취물질의 제거에 대한 관심이 높아지고, 이에 대한 경각심과 함께 각 사업장에서 배출되는 대기의 오염기준이 점차 강화되고 있다.

악취의 발생원으로는 석유화학공장의 폐가스, 폐수 종말처리장, 하수 처리장, 분뇨 처리장, 쓰레기 소각장, 쓰레기 매립장 등이 있다. 악취란 많은 종류의 악취 성분이 한데 뭉쳐서 생기는 현상으로 주 성분이 아민류(NH₃, (CH₃)₃N 등), 머캡탄류(CH₃SH, (CH₃)₂S, (CH₃)₂S₂ 등), 황화수소(H₂S) 및 기타 자극성 기체, 예를 들면 스티렌(C₈H₈), 아세트알데히드(CH₃CHO) 등이며, 사람의 냄새 감각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새로서 정의될 수 있다.

악취는 육안으로 식별이 곤란하고, 공장 굴뚝과 같은 단일 배출원을 통해서만 배출되는 것이 아니라 대기 중에 개방된 장치 설비에서 산발적으로 일어나 발생원이 다양하기 때문에 제거투자비에 대한 개선 효과가 상당히 낮다. 또한, 악취물질은 인간의 냄새 감각에 의해 ppb 단위로 감지되기 때문에 분석기기를 사용한 측정이 대단히 어렵고, 악취의 감지는 동일인이라 하여도 시간, 농도, 장소 및 성분에 따라 달라질 수 있다.

현재 악취 물질의 제거에는 흡착법, 세정흡수법, 연소법 등이 사용되는데, 배출되는 악취 물질의 농도나 풍량 등의 조건에 따라 그 선택이 달라진다.

기존의 상업화된 악취제거 기술은 미생물을 이용하거나 액상 철 킬레이트를 이용한 것이 있지만, 고농도 황화합물의 제거 효율이 낮으며, 부가적인 처리공정이 추가되는 단점이 있다.

이에 종래에는 활성탄을 이용하여 황화합물을 제거하는 기술이 개발되었으나, 황화합물 제거 효율이 만족할만한 수준에 이르지 못하며, 반응액의 pH를 조절해야 하는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 황화합물을 비롯한 악취 성분의 제거 효율이 현저히 높으며, 반응기의 용량을 축소할 수 있고, 초기 투자 비용 및 운전 비용을 대폭 절감할 수 있는 고효율의 가스 탈취장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 탈취장치는, 물이 설정 용량 저장된 제1챔버와, 일단이 상기 제1챔버의 외부에서 악취 발생원과 연결되고 타단이 제1챔버 내부에서 상기 물 속에 침지되어 제1챔버의 물 속으로 악취 가스를 공급하는 가스공급관과, 상기 제1챔버의 물 속에 침지되어 물 속으로 공급된 악취 가스에서 황화합물을 제거하는 촉매 펠릿과, 외부의 공기공급부와 연결되어 상기 제1챔버의 물 속으로 공기를 공급하는 공기공급관을 구비하는 1차 처리부와; 상기 1차 처리부로부터 가스를 공급받는 제2챔버와, 상기 제2챔버 내부에 설치되어 나머지 악취 성분을 제거하는 바이오필터와, 상기 제2챔버 내부에 물을 살수하는 노즐과, 상기 제2챔버의 바이오필터에 의해 악취 성분이 제거된 가스를 외부로 배출하는 가스배출관을 구비하는 2차 처리부와; 상기 1차 처리부의 제1챔버와 상기 2차 처리부의 제2챔버를 연결하여 제1챔버에서 제2챔버로 황화합물이 제거된 가스를 공급하는 연결관과; 상기 1차 처리부의 제1챔버와 상기 2차 처리부의 노즐로 물을 공급하는 용수공급부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 악취 가스는 1차 처리부에서 촉매 펠릿에 의해 대부분의 황화합물이 제거된 다음 2차 처리부에서 바이오필터에 의해 나머지 잔류 악취 성분들이 대부분 제거된 후 외부로 배출된다. 따라서, 저온 또는 상온 및 상압 상태에서도 악취 성분의 제거 효율을 대폭 향상시킬 수 있으며, 반응기의 용적을 작게 하더라도 우수한 처리 성능을 제공할 수 있으므로 장치의 전체 크기 및 제작 비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한, 1차 처리부에서 촉매 펠릿을 물에 침지시켜 악취 성분 중 황화합물을 제거하므로 촉매의 사용량을 줄일 수 있으며, 이에 따라 운전비용을 대폭 절감할 수 있는 이점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탈취장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가스 탈취장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탈취장치는 촉매 펠릿에 의해 악취 가스에서 황화합물을 제거하는 1차 처리부(10)와, 상기 1차 처리부(10)에서 공급된 악취 가스에서 질소계 악취 성분 등을 제거하는 2차 처리부(20)와, 상기 1차 처리부(10)와 2차 처리부(20)를 연결하는 연결관(30), 1차 처리부(10) 및 2차 처리부(20)에 물을 공급하는 용수공급부(40)를 포함한다.

상기 1차 처리부(10)는 물(W)이 설정 용량 저장된 제1챔버(11)와, 일단이 상기 제1챔버(11)의 외부에서 악취 발생원과 연결되고 타단이 제1챔버(11) 내부에서 상기 물 속에 침지되어 제1챔버(11)의 물 속으로 악취 가스를 공급하는 가스공급관(12)과, 상기 제1챔버(11)의 물 속에 침지되어 물 속으로 공급된 악취 가스에서 황화합물을 제거하는 촉매 펠릿(13)과, 외부의 공기공급부(16)와 연결되어 상기 제1챔버(11)의 물 속으로 공기를 공급하는 공기공급관(15)을 포함하여 구성된다. 미설명부호 14는 악취 발생원으로부터 가스공급관(12)을 통해 악취 가스를 송풍하는 송풍기이다.

상기 촉매 펠릿(pellet)(13)은 접촉산화 반응에 의해 악취 가스의 황화합물을 제거하는 기능을 하는 것으로, 산화물 담체에 전이금속, 알카리금속 및 알카리토금속 중 어느 하나 이상의 원소가 담지되어 이루어진 것으로 펠릿 상이다.

상기 촉매 펠릿(13)의 산화물 담체로는 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Zn, Cd, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Ti, Zr, Hf, Ta, Mg, Ca, Ba, Sr, La 또는 Ac 계열 원소의 산화물을 사용할 수 있으며, 이들 원소 둘 이상의 복합산화물을 사용할 수도 있다. 그리고, 담지되는 금속으로서는 V, Nb, Ta, W, Re, Co, Fe, Pt, Pd, Cu, Mn, Ni, Rh, Cr, Mo, Zn 및 Ag로부터 선택된 하나 이상의 원소를 사용할 수 있다. 바람직하기로 상기 촉매 펠릿(13)은 MgO 산화물 담체에 전이금속으로서 Fe가 담지된 Fe/MgO로 이루어진 것이 좋다. 담지되는 금속 원소의 양은 담체의 무게를 기준으로 0.0001 내지 90 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%가 적합하다.

상기 촉매 펠릿(13)은 저온 또는 상온 및 상압에서도 우수한 반응성을 나타내지만, 반응성을 더욱 향상시키기 위하여 상기 제1챔버(11)에 물(W)의 온도를 설정 온도 범위로 가열하기 위한 히터(18)를 장착할 수 있다. 상기 히터(18)는 공지의 전열히터 등을 이용하여 구성할 수 있다.

상기 2차 처리부(20)는 상기 연결관(30)을 통해 제1챔버(11)로부터 악취 가스를 공급받는 제2챔버(21)와, 상기 제2챔버(21) 내부에 설치되어 나머지 악취 성분을 제거하는 바이오필터(22)와, 상기 제2챔버(11) 내부에 물을 살수하는 노즐(23)과, 상기 제2챔버(11)의 바이오필터(22)에 의해 악취 성분이 제거된 가스를 외부로 배출하는 가스배출관(24)을 포함하여 구성된다.

상기 바이오필터(22)는 배양되는 미생물에 의해 악취 성분들을 분해하도록 된 것으로, 점토와 황토로 구성된 다공성 세라믹과 통기성 유기물 콤포스트가 혼합된 미생물 메디아(media)가 수용되어 있다. 상기 바이오필터(22)는 악취 성분 중 특히 질소계 악취 성분을 제거하는 성능이 우수한 것으로 입증되었다.

상기 바이오필터(22)는 제2챔버(21)의 바닥면에서 일정 거리 떨어져 설치되는 메쉬(mesh) 타입의 지지대(26) 상에 설치되며, 상기 지지대(26)와 제2챔버(21)의 바닥면 사이에는 처리 가스 및 물이 수용되는 공간(S)이 형성된다.

상기 가스배출관(24)은 상기 공간(S)의 일측면부를 통해 외부와 연통된다. 상기 가스배출관(24)에는 상기 제2챔버(21)로부터 처리 가스를 강제로 배출하기 위한 송풍기(25)가 설치된다.

상기 노즐(23)은 노즐측배관(42)을 통해 용수공급부(40)와 연결되어 용수공급부(40) 내의 펌프(미도시)로부터 압송된 물을 공급받아 제2챔버(21) 내로 살수한다. 상기 노즐(23)은 일정 시간 간격으로 또는 지속적으로 물을 살수하여 바이오필터의 습도를 유지함과 더불어 악취 가스를 생물학적 반응이 일어나는 수막(biofilm)으로 이동시키는 기능을 수행하게 된다. 상기 바이오필터(22)의 메디아의 활동성 향상을 위해 상기 노즐(23)과 용수공급부(40)를 연결하는 노즐측배관(42)에 히터(44)가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 2차 처리부(20)는 제2챔버(21)로 유입되는 악취 가스와 처리 가스의 압력을 감지하여 설정치를 초과하는 차압이 발생할 경우 가스배출관(24)에 연결된 송풍기(25) 및 기타 부속기기의 보호를 위하여 송풍기(25) 등의 작동을 중지시킬 수 있는 차압감지장치(미도시)를 추가로 구비할 수 있다.

한편, 상기 제1챔버(11)에는 상기 용수공급부(40)로부터 제1챔버(11)로 물을 공급하는 용수공급관(41)이 연결되고, 제1챔버(11)와 제2챔버(21)의 하부에는 상기 용수공급부(40)와 연결되어 제1챔버(11) 또는 제2챔버(21)에서 물을 배수하는 드레인배관(43)이 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 가스 탈취장치는 다음과 같이 작동한다.

송풍기(14)가 작동하면 악취 발생원의 악취 가스가 가스공급관(12)을 통해 제1챔버(11)의 물(W) 속으로 유입된다. 물(W) 속에 유입된 악취 가스는 물(W) 속의 촉매 펠릿(13)과 접촉하여 황화합물이 제거된다. 이 때, 상기 공기공급관(15)을 통해서 물(W) 속에 공기가 공급되며, 공급된 공기는 산화제로서 작용하게 된다. 산화제로는 공기 외에 과산화수소, 산소, 오존, N₂O 등이 이용될 수도 있다.

상기 촉매 펠릿(13)에 의해 황화합물이 제거되는 매커니즘은 아래의 화학식 1 및 2와 같다.

[화학식 1]

H₂S + 2Fe⁺³ ---> 2H⁺ + 2Fe⁺² + S ↓

[화학식 2]

1/2O₂ + 2Fe⁺² + 2H⁺ ---> 2Fe⁺³ + H₂O

이산화황(SO₂)이 제거되는 메커니즘을 살펴보면, MgO와 SO₂가 반응하여 MgSO₄가 생성됨으로써 SO₂가 제거되는 것이다. 상기 공기공급관(15)을 통한 공기의 공급에 의해 산소가 공급될 경우 SO₂가 SO₃ ^-2로 산화되는 반응속도가 증가되고, 이로 인해 MgSO₄의 생성속도가 증가된다.

한편, 상기 제1챔버(11) 내에서 촉매 펠릿(13)에 의해 황화합물이 제거된 악취 가스는 연결관(30)을 통해 제2챔버(21) 내로 공급된다. 제2챔버(21) 내로 공급된 악취 가스는 바이오필터(22)를 통과하면서 질소계 등의 잔류 악취 성분이 제거되어 제2챔버(21)의 하부 공간(S)으로 이동한다.

상기 공간(S)으로 이동한 처리 가스는 가스배출관(24)을 통해서 외부로 배출된다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 악취 가스는 1차 처리부(10)에서 촉매 펠릿(13)에 의해 대부분의 황화합물이 제거된 다음 2차 처리부(20)에서 바이오필터(22)에 의해 나머지 잔류 악취 성분들이 대부분 제거되므로, 악취 성분의 제거 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

한편, 상술한 것과 같은 과정을 장시간 수행하게 되면, 1차 처리부(10)의 처리 능력이 점차적으로 저하된다. 따라서, 탈취장치를 가동 후 설정 시간이 경과하면, 드레인배관(43)을 통해 제1챔버(11) 내의 물을 외부로 배출한 다음, 다시 용수공급관(41)을 통해 제1챔버(11)에 설정 수위까지 물을 채워넣고 촉매 펠릿(13)을 소량 보충해주면 처음과 동일한 처리 성능으로 악취 성분을 제거할 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 가스 탈취장치에 대한 실시예는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시 목적으로 제시된 것으로, 본 발명은 이에 국한되지 않으며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 특허청구범위에 기재된 기술 사상의 범주 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능할 것이다.

10 : 1차 처리부 11 : 제1챔버
12 : 가스공급관 13 : 촉매 펠릿
14 : 송풍기 15 : 공기공급관
16 : 공기공급부 18 : 히터
20 : 2차 처리부 21 : 제2챔버
22 : 바이오필터 23 : 노즐
24 : 가스배출관 25 : 송풍기
26 : 지지대 30 : 연결관
40 : 용수공급부 41 : 용수공급관
42 : 노즐측배관 43 : 드레인배관
S : 공간 W : 물

Claims (7)

1. 물이 설정 용량 저장된 제1챔버와, 일단이 상기 제1챔버의 외부에서 악취 발생원과 연결되고 타단이 제1챔버 내부에서 상기 물 속에 침지되어 제1챔버의 물 속으로 악취 가스를 공급하는 가스공급관과, 상기 제1챔버의 물 속에 침지되어 물 속으로 공급된 악취 가스에서 황화합물을 제거하는 촉매 펠릿과, 외부의 공기공급부와 연결되어 상기 제1챔버의 물 속으로 공기를 공급하는 공기공급관을 구비하는 1차 처리부와;
   상기 1차 처리부로부터 가스를 공급받는 제2챔버와, 상기 제2챔버 내부에 설치되어 나머지 악취 성분을 제거하는 바이오필터와, 상기 제2챔버 내부에 물을 살수하는 노즐과, 상기 제2챔버의 바이오필터에 의해 악취 성분이 제거된 가스를 외부로 배출하는 가스배출관을 구비하는 2차 처리부와;
   상기 1차 처리부의 제1챔버와 상기 2차 처리부의 제2챔버를 연결하여 제1챔버에서 제2챔버로 황화합물이 제거된 가스를 공급하는 연결관과;
   상기 1차 처리부의 제1챔버와 상기 2차 처리부의 노즐로 물을 공급하는 용수공급부를 포함하고;
   상기 촉매 펠릿은 산화물 담체에 전이금속, 알카리금속 및 알카리토금속 중 어느 하나 이상의 원소가 담지되어 이루어지되, MgO 산화물 담체에 전이금속으로서 Fe가 담지된 Fe/MgO로 이루어지며,
   상기 1차 처리부는 상기 1차챔버에 저장된 물을 설정 온도로 가열하는 히터를 더 포함하며,
   상기 바이오필터에는 점토와 황토로 구성된 다공성 세라믹과 통기성 유기물 콤포스트가 혼합된 미생물 메디아(media)가 수용되되, 상기 바이오필터는 제2챔버의 바닥면에서 일정 거리 떨어져 설치되는 메쉬(mesh) 타입의 지지대 상에 설치되며,
   상기 2차 처리부는 제2챔버로 유입되는 악취 가스와 가스배출관을 통해 배출되는 처리 가스의 압력을 감지하여 설정치를 초과하는 차압이 발생할 경우 가스배출관에 연결된 송풍기의 작동을 중지시키는 차압감지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 탈취장치.
   
   
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