KR101284890B1 - 휘발성유기화합물 또는 악취를 함유한 유체처리 방법 - Google Patents

휘발성유기화합물 또는 악취를 함유한 유체처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비교적 긴 체류시간을 필요로 하는 광촉매를 이용한 촉매산화 공정에 있어서 광촉매산화공정 내부에서의 체류시간을 연장하기 위하여 흡착과 광촉매산화공정으로 이루어진 크로마토그라프적 흡탈착을 활용한 휘발성유기화합물 또는 악취를 함유한 유체처리를 위한 환경 카트리지 유닛과 휘발성유기화합물 또는 악취를 함유한 유체처리 방법에 관한 것이다.
광촉매 층, 흡착 층과 광촉매 층의 순서로 구성된 환경 카트리지 유닛은, 앞과 뒤의 광촉매 층에서의 유체에 함유된 휘발성유기화합물 또는 악취의 광촉매반응을 위한 체류시간을 연장시켜서 유체에 함유된 휘발성유기화합물 또는 악취의 처리효율을 지속적으로 제고시킨다. 본 발명의 환경카트리지 유닛을 복수로 유체처리 방향에 직렬(in series)로 배치하였을 때에, 본 발명의 시스템 전 영역에 직렬로 배치된 복수의 흡착층에서의 크로마토그래프적 흡탈착에 의한 휘발성유기화합물 또는 악취의 광촉매반응에서의 체류시간 연장이 복수의 상기 유닛을 배치한 전 영역에서 이루어지는 것을 특징으로 하며, 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취를 효과적으로 저감 또는 제거 처리할 수 있다. 광촉매반응에 의한 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 방법에 있어서, 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거효율 제고를 목적으로 광원에 의하여 활성화된 광촉매에 의한 반응에서의 휘발성유기화합물 또는 악취의 체류시간을 증대시키기 위하여, 유체 진행방향으로 광촉매필터와 광촉매필터 사이에 흡착필터를 삽입하여, 광촉매필터-흡착필터-광촉매필터로 이루어진 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 유닛 또는 상기 환경 카트리지 유닛을 구성한다. 상기 유닛의 유체진행방향 전후에 광원을 조사하여 상기 유닛의 광촉매필터를 활성화시키며, 복수의 상기유닛을 배치하여 복수의 흡착필터에 의한 휘발성유기화합물 또는 악취의 광촉매반응에서의 체류시간 연장이 복수의 상기 유닛을 배치한 전 영역에서 이루어지는 것을 특징으로 하며, 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취를 효과적으로 저감 또는 제거 처리할 수 있다.

Description

휘발성유기화합물 또는 악취를 함유한 유체처리 방법{Method to treat fluid containing VOC and malodor}
현재 악취 물질 및 휘발성유기화합물(VOCs) 배출 산업현장에서 활용하고 있는 유해가스 제거용 대기오염방지시설은 주로 흡수 및 흡착의 원리를 이용한 Wet Scrubber와 Activated Carbon Tower 그리고 소각의 원리를 이용한 RTO(regenerative thermal oxidation)와 RCO(regenerative catalytic oxidation) 등이 있다. 최근 친환경 개념의 Bio Filter가 적용되어오고 있으나 미생물의 활성유지를 위한 처리대상 유해 VOC의 농도 제한 및 이에 따른 제거 효율의 지속성, 용수 및 전력사용량, 연료사용량 그리고 폐기물 및 폐수처리 비용 등의 개선의 여지가 많은 실정으로 에너지 절약 및 향후 점차 강화되어질 환경법의 준수를 통한 경쟁력 확보를 위한 보다 경제적인 VOC 제어 설비의 필요성이 강조되고 있다. 대기로 방출되는 휘발성 유기화합물(VOC : Volatile Organic Compound)에 대한 환경 규제 강화에 대비하여 VOC 배출을 방지할 수 있는 기술의 중요성이 점차 강조되고 있다. 그래서 VOC 환경 규제 배출 농도가 급격하게 낮아짐에 따라 그 경제성을 고려하여 다양한 종류의 VOC에 대한 흡착을 이용한 최적의 운전이 가능한 기술개발이 활발히 진행되고 현장에 적용되고 있다. 광촉매 기술은 광을 받으면 촉매 반응을 일으키는 물질을 이용하는 기술로서, 인체에 무해하고, 여러 분야에서 응용가능하다. 이 기술의 특징은 특별한 에너지를 가하지 않고 광만을 이용하여 대기 및 수질의 유해한 유기 오염물 및 무기 오염물을 분해 제거 하여 인체에 무해한 물질로 전환 시키고, 또한 향균 및 살균작용으로 유해한 병원균도 제거가 가능하다. 광촉매 물질로는 주로 반도체물질로서 TiO2가 가장 많이 사용되고 있으며 n형 반도체로서 UV 영역에서 활성을 나타내는 광촉매 물질의 band-gab은 3.0 - 3.2 eV이고, 자외선(400nm)을 받으면 수분 존재시 전자(Electron), 전공대(Electron hole)가 형성되어 강한 산화력을 가진 하이드록시 라디칼(-OH)과 슈퍼 옥사이드(O2 -)를 생성한다. 흡착공정을 비교적 긴 체류시간을 필요로 하는 광촉매를 이용한 촉매산화 공정에 연계하여 복합시스템 내부에서의 체류시간을 연장하기 위하여 흡착 및 광촉매산화공정의 최적 배치 및 흡착 및 탈착을 활용한 최적 운전기법 등의 복합시스템의 최적설계가 절실히 필요하다.
특허공개공보 10-2005-0047045(2005.05.19)는 1차적으로 흡착제에 의하여 오염된 공기의 악취나 VOC를 고농도로 흡착하여 제거하고, 2차적으로 광촉매/자외선의 광촉매 분해구간에서 오염된 공기의 잔류 악취나 VOC를 처리하는 하이브리드식 악취정화처리방법 및 그에 따른 시스템에 관하여 공개하였다. 그러나 특허공개공보 10-2005-0047045(2005.05.19)의 경우는 유동상 광촉매담체를 사용하기 때문에 제시한 오염된 공기의 악취정화처리방법 및 그에 따른 시스템이 전반부의 흡착탑과 후반부의 유동상의 광촉매담체가 오염된 공기와 접촉하는 광촉매반응기로 공간적으로 양분 될 수 밖 에 없다. 따라서 오염된 공기의 악취나 VOC를 고농도로 흡착하는 하이브리드 시스템 전반부에 위치하는 흡착제는, 하이브리드 시스템 후반부에 위치하는 광촉매반응구간 중에서 오로지 흡착제와 경계하는 광촉매반응구간에 의하여 광촉매반응구간과 경계하는 극히 일부분의 흡착제만이 재생된다. 따라서 전술한 바와 같이 특허공개공보 10-2005-0047045(2005.05.19)는 하이브리드시스템이 1차적인 흡착구간과 2차적인 광반응구간으로 공간적으로 분리되어서, 1차적으로 흡착제에 의하여 오염된 공기의 악취나 VOC를 고농도로 흡착하여 제거하고, 2차적으로 광촉매/자외선의 광촉매 분해구간에서 오염된 공기의 잔류 악취나 VOC를 처리하는 한 가지 단위공정에 다른 단위공정을 부가한 시스템으로서 본 발명의 구성에서 실현화되는 크로마토그래프적 흡탈착이 이루어지지 못하므로 하이브리드시스템으로서의 시너지효과는 거의 없거나 매우 적다. 또한 특허공개공보 10-2005-0047045(2005.05.19)는 고안의 구성 및 작용에서 제시하는 하이브리드시스템과 광촉매반응시스템과의 효과에 있어서의 비교를 실시하지 않았고, 실시예에서도 휘발성유기화합물과 악취성분이 혼합된 복합악취가 아닌 단일 악취성분을 함유한 공기를 대상으로 하였다.
흡착공정을 비교적 긴 체류시간을 필요로 하는 광촉매를 이용한 촉매산화 공정에 연계하여 복합시스템 내부에서의 체류시간을 연장하기 위하여 흡착 및 광촉매산화공정의 최적 배치 및 흡착 및 탈착을 활용한 최적 운전기법 등의 복합시스템의 최적설계가 절실히 필요하다.
본 발명의 과제해결수단은 다음과 같다. 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거효율 제고를 목적으로 광원에 의하여 활성화된 광촉매에 의한 반응에서의 휘발성유기화합물 또는 악취의 체류시간을 증대시키기 위하여, 유체 진행방향으로 광촉매필터와 광촉매필터 사이에 흡착필터를 삽입하여, 광촉매필터-흡착필터-광촉매필터로 이루어진 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 유닛을 구성한다. 상기 유닛은 고정상 및 유동상 유닛을 모두 포함한다. 고정상 유닛의 경우에 유체진행방향으로 상기 유닛의 전후에 광원을 조사하여 상기 유닛의 광촉매필터를 활성화시키며, 복수의 상기유닛을 배치하여 복수의 흡착필터에 의한 휘발성유기화합물 또는 악취의 광촉매반응에서의 체류시간 연장이 크로마토그래프적 흡탈착으로 인하여 복수의 상기 유닛을 배치한 전 영역에서 이루어지는 것을 특징으로 하며, 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취를 효과적으로 저감 또는 제거 처리할 수 있다.
상기 유닛을 모듈화한 것은 도 1과 같은 광촉매 층(layer)과 흡착 층(layer)의 조합으로 구성된 다층(multi-layer)인 것을 특징으로 하는 유체에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리를 위한 환경 카트리지 유닛이다. 환경카트리지 유닛의 다층(multi-layer)은 광촉매 층, 흡착 층과 광촉매 층의 순서로 구성된다. 여기서 광촉매 층(layer)은 모듈화된 환경카트리지 유닛을 구성하는 광촉매 필터로서 유체가 통과할 수 있도록 기공(pore)이 설비된 광촉매가 코팅된 단수 또는 복수의 막필터, 광촉매가 코팅된 입자상 담체로 충전된 광촉매 필터 또는 광촉매가 코팅된 허니컴 필터 중의 하나이고, 흡착 층(layer)은 모듈화된 환경카트리지 유닛을 구성하는 흡착필터로서 유체가 통과할 수 있도록 기공(pore)을 포함하는 흡착제로 표면 처리된 단수 또는 복수의 막필터, 흡착제 입자로 충전된 흡착제필터 또는 흡착제가 코팅되거나 흡착제로 성형된 허니컴 필터 중의 하나인 것을 특징으로 한다.
환경카트리지 유닛의 광촉매층 중에서 유체진행방향으로 첫 번째 상기 광촉매 층과 마지막 상기 광촉매 층의 흡착 층과 접하지 않고 유체와 접촉하는 양면들인 상기 환경 카트리지 유닛의 바깥 양면들이 각각 광원들과 마주하게 배치하고, 환경 카트리지 유닛은 하나 또는 복수로 도 2에서와 같이 유체처리 방향에 직렬(in series)로 배치할 수 있다. 또한 본 발명에서 실리카와 같이 반투명하여, UV광이 도달할 수 있는 광촉매를 함침한 흡착능이 있는 담체를 사용하여 흡착공정과 광촉매공정을 일체화하여 흡착 및 광촉매산화를 환경카트리지 유닛 내의 같은 광촉매필터에서 발생시킬 수도 있다.
본 발명의 효과는 다음과 같다. 광촉매 층, 흡착 층과 광촉매 층의 순서로 구성된 환경 카트리지 유닛은, 앞과 뒤의 광촉매 층에서의 유체에 함유된 휘발성유기화합물 또는 악취의 광촉매반응을 위한 체류시간을 연장시켜서 유체에 함유된 휘발성유기화합물 또는 악취의 처리효율을 지속적으로 제고시킨다. 본 발명의 효과는 이와 같은 환경카트리지 유닛을 복수로 유체처리 방향에 직렬(in series)로 배치하였을 때에, 본 발명의 시스템 전 영역에 직렬로 배치된 복수의 흡착층에서의 크로마토그래프적 흡탈착에 의한 휘발성유기화합물 또는 악취의 광촉매반응에서의 체류시간 연장이 복수의 상기 유닛을 배치한 전 영역에서 이루어지는 것을 특징으로 하며, 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취를 기존의 기술보다 효과적으로 저감 또는 제거 처리할 수 있다.
도 1은 광촉매 층(layer)과 흡착 층(layer)의 조합으로 구성된 다층(multi-layer)인 것을 특징으로 하는 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리를 위한 환경 카트리지 유닛을 도시한 도면
도 2는 광원에 의하여 활성화된 광촉매에 의한 반응에서의 휘발성유기화합물 또는 악취의 체류시간을 증대시키기 위하여,
유체 진행방향으로 광촉매필터와 광촉매필터 사이에 흡착필터를 삽입하여, 광촉매필터-흡착필터-광촉매필터로 이루어진 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 유닛 또는 환경 카트리지 유닛을 구성하고, 유체진행방향으로 상기 유닛의 전후에 광원을 조사하여 상기 유닛의 광촉매필터를 활성화시키며, 복수의 상기 유닛을 유체진행 방향으로 배치하여 복수의 흡착필터에 의한 휘발성유기화합물 또는 악취의 광촉매반응에서의 체류시간 연장이 복수의 상기 유닛을 배치한 전 영역에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 시스템을 도시한 도면
도 3은 본 발명의 구성인, 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 시스템을 사용하여 톨루엔 50 ppm (300시간에서 230 ppm으로 농도 높임), 에탄올 50 ppm, 황화수소 10 ppm을 함유한 공기를 580 시간 처리하였을 때에 톨루엔, 에탄올 및 황화수소의 처리농도를 도시한 도면
도 4는 본 발명의 구성에서 흡착필터만을 제외한 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 시스템을 사용하여 톨루엔 50 ppm (300시간에서 230 ppm으로 농도 높임), 에탄올 50 ppm, 황화수소 10 ppm을 함유한 공기를 580 시간 처리하였을 때에 톨루엔, 에탄올 및 황화수소의 처리농도를 도시한 도면
본 발명은 비교적 긴 체류시간을 필요로 하는 광촉매를 이용한 촉매산화 공정에 있어서 광촉매산화공정 내부에서의 체류시간을 연장하기 위하여 흡착과 광촉매산화공정으로 이루어진 크로마토그라프적 흡탈착을 활용한 휘발성유기화합물 또는 악취를 함유한 유체처리를 위한 환경 카트리지 유닛과 휘발성유기화합물 또는 악취를 함유한 유체처리 방법에 관한 것이다.
도 1에서와 같이 광촉매 층, 흡착 층과 광촉매 층의 순서로 구성된 환경 카트리지 유닛은, 앞과 뒤의 광촉매 층에서의 유체에 함유된 휘발성유기화합물 또는 악취의 광촉매반응을 위한 체류시간을 연장시켜서 유체에 함유된 휘발성유기화합물 또는 악취의 처리효율을 지속적으로 제고시킨다. 본 발명의 환경카트리지 유닛을 복수로 유체처리 방향에 직렬(in series)로 배치하였을 때에, 본 발명의 시스템 전 영역에 직렬로 배치된 복수의 흡착층에서의 크로마토그래프적 흡탈착에 의한 휘발성유기화합물 또는 악취의 광촉매반응에서의 체류시간 연장이 복수의 상기 유닛을 배치한 전 영역에서 이루어지는 것을 특징으로 하며, 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취를 효과적으로 저감 또는 제거 처리할 수 있다. 광촉매반응에 의한 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 방법에 있어서, 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거효율 제고를 목적으로 광원에 의하여 활성화된 광촉매에 의한 반응에서의 휘발성유기화합물 또는 악취의 체류시간을 증대시키기 위하여, 유체 진행방향으로 광촉매필터와 광촉매필터 사이에 흡착필터를 삽입하여, 광촉매필터-흡착필터-광촉매필터로 이루어진 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 유닛 또는 상기 환경 카트리지 유닛을 도 2와 같이 구성한다. 상기 유닛의 유체진행방향 전후에 광원을 조사하여 상기 유닛의 광촉매필터를 활성화시키며, 복수의 상기유닛을 배치하여 복수의 흡착필터에 의한 휘발성유기화합물 또는 악취의 광촉매반응에서의 체류시간 연장이 복수의 상기 유닛을 배치한 전 영역에서 이루어지는 것을 특징으로 하며, 유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취를 효과적으로 저감 또는 제거 처리할 수 있다. 본 발명의 실시 예로서, 본 발명의 구성과 본 발명의 구성에서 흡착필터만을 제외한 각각의 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 시스템들에서의 톨루엔, 에탄올 및 황화수소로 이루어진 복합악취의 처리농도 비교를 각각 도 3과 도 4와 같이 나타내었다.
① 흡착 층 또는 흡착필터
② 광촉매 층 또는 광촉매필터
③ 광원
④ 환경 카트리지 유닛

Claims (2)

  1. 광원에 의하여 활성화된 광촉매에 의한 반응에서의 휘발성유기화합물 또는 악취의 체류시간을 증대시키기 위하여,
    유체 진행방향으로 광촉매 층과 광촉 층 사이에 흡착 층을 삽입하여, 광촉매 층-흡착 층-광촉매 층으로 이루어진 유닛을 구성하고;
    유체진행방향으로 상기 유닛의 전후에 광원을 조사하여 상기 유닛의 광촉매필터를 활성화시키며;
    복수의 상기 유닛을 유체 진행방향으로 배치하여 복수의 흡착 층에 의한 휘발성 유기화합물 또는 악취의 광촉매 반응을 위한 체류시간 연장이 복수의 상기 유닛을 배치한 전 영역에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서 상기 광촉매 층은 유체가 통과 할 수 있도록 기공이 설비된 광촉매가 코팅된 단수 또는 복수의 막필터, 광촉매가 코팅된 입자상 담체로 충전된 광촉매 필터 또는 광촉매가 코팅된 허니컴 필터 중의 하나이고;
    상기 흡착 층은
    유체가 통과 할 수 있도록 기공(pore)을 포함하는 흡착제로 표면 처리된 단수 또는 복수의 막필터, 흡착제 입자로 충전된 흡착제필터 또는 흡착제가 코팅되거나 흡착제로 성형된 허니컴 필터 중의 하나인 것을 특징으로 하는;
    유체에 포함된 휘발성유기화합물 또는 악취의 저감 또는 제거처리 방법
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