KR101465296B1 - 악취 정화방법 및 그 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기 처리장치(사료화 및 퇴비시설) 및 축산분뇨 퇴비화 시설 등에서 발생되는 악취물질을 비교적 간단한 방법으로 정화시키는 방법 및 장치에 관한 것으로, 악취를 함유하는 공기가 도입되는 흡입덕트(10), 상기 흡입덕트(10)를 통해 공기를 흡입하기 위한 송풍기(20), 상기 송풍기(20)에 의해 흡입된 악취를 함유한 공기를 냉각시켜 공기 중의 수증기를 응축시켜 제거하기 위한 응축기(30), 상기 응축기(30)를 통과한 건공기 중의 잔류 악취성분을 흡착 제거하기 위한 흡착탑(40)을 포함하여 이루어진다.

Description

악취 정화방법 및 그 정화장치 {A Device and method for reduce offensive odor}

본 발명은 음식물쓰레기 처리장치(사료화 및 퇴비시설) 및 축산분뇨 퇴비화 시설 등에서 발생되는 악취물질을 비교적 간단한 방법이지만 효과적으로 정화시키는 방법 및 그 정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 악취가스를 함유하는 공기를 먼저 응축시킴으로써 수용성 악취물질의 대부분을 제거한 후 건공기 중에 포함된 잔류 악취가스를 흡착탑에서 활성탄과 소성황토 및 제올라이트 흡착제를 사용하여 흡착 제거함으로써 흡착제의 사용수명을 연장하여 저렴한 비용으로 악취 정화장치를 운용할 수 있도록 한 것이다.

음식물 쓰레기 자원화 시설 중 발효시설 및 탈수시설, 건조시설 등에서는 발생되는 악취의 저감시설이 꼭 필요하지만 완벽한 설비를 갖추기 위해서는 상당한 설비비 및 많은 운전비용이 요구되고 있다. 또, 축분을 이용한 퇴비화 시설에서도 악취발생으로 인해서 농가주변에서도 민원이 발생하는 등 악취로 인한 피해가 점점 늘고 있는 실정이다.

표 1은 악취원인물질과 그 특성에 대하여 정리한 것이다.

화합물	냄새의 특성	원인물질명
황화합물	양파, 양배추 썩은 냄새	메틸메르캅탄, 항화메틸, 이황화메틸 등
	계란 썩는 냄새	황화수소 등
질소 화합물	분뇨 냄새	암모니아, 에틸아민 등
	생선 썩는 냄새	메틸아민, 트라이메틸아민 등
알데히드류	자극적이며, 새콤하고 타는 듯한 냄새	아세트 알데하이드 프로피온알데하이드 n-부틸알데하이드 i-부틴알데하이드 n-발레르알데하이드 i-발레르알데하이드 등
탄화수소류	자극적인 신나 냄새	아세트산에틸 메틸아이소부틸케톤
	가솔린 냄새	톨루엔, 스티렌, 자일렌 등
지방산류	자극적인 신 냄새	프로피온산 등
	땀 냄새	노말부틸산 등
	젖은 구두에서 나는 냄새	노말발레르산 이소발레스산 등

위의 표 1에서와 같이 양파냄새나 양배추 썩는 냄새 또는 계란 썩는 냄새를 풍기는 황화합물, 분뇨나 생선 썩는 냄새를 풍기는 질소화합물, 자극적이고 새콤하고 타는 듯한 냄새를 풍기는 알데히드류, 자극적인 신나(tinner) 또는 휘발유 냄새를 풍기는 탄화수소류, 자극적인 신 냄새나 땀냄새 또는 젖은 구두에서 나는 냄새를 풍기는 지방산류 등 분자식에 수소(H)와 반응된 물질은 대부분 수용성 악취물질이다. 따라서 거의 모든 악취물질이 수용성이라는 것을 알 수 있다.

이처럼 음식물 및 축분의 발효 및 건조과정에서 발생되는 대부분의 악취원인 물질은 수용성 가스이므로 공기 중의 수증기 속에 머물고 있다. 따라서 공기 중의 수분을 제거하면 대부분의 악취는 제거될 수 있다.

한편, 음식물쓰레기 처리장치 및 축산분뇨 퇴비화시설 등에서 발생되는 악취물질을 제거하기 위한 종래의 기술은 여러 가지가 발명되어지고, 또한, 현장에 적용되어 사용되고 있다. 주로 사용되는 방법은 활성탄을 이용한 흡착방법, 악취물질을 별도로 포집·압축하여 처리하는 방법, 악취가스를 소각시켜 냄새물질을 태워 없애는 방법, 악취를 없애는 특수 미생물을 배양시키고 그 미생물을 이용하여 악취물질을 정화시키는 방법, 오존을 이용한 탈취방법, 소취제나 방향제 등을 이용하여 악취입자를 감추는 방법 등 여러 가지 방법이 개발되어 실용화되고 있으나 대부분은 설치비용이 비싸고 운영비용이 많이 소요됨으로써 영세 사업자 또는 축산농가 등이 설치비용에 대한 부담으로 설치를 미루거나, 설치한다 하여도 소모품 및 소모성 부분품의 교체비용이 많이 들어가는 문제로 제대로 운용을 못 하고 있어 악취 제거의 실효성을 거두고 있지 못하는 실정이다.

현재 악취저감시설 중 가장 많이 사용되는 방법이 활성탄에 의한 악취 흡착방법인데, 이는 악취를 활성탄(야자나무를 연소시켜 숯으로 만들어 사용하는 활성탄 또는 석탄을 이용하여 활성탄소를 만들어 이용하는 방법)의 수많은 기공을 이용하여 기공에 흡착시키는 방법이 이용되고 있다. 그러나 활성탄의 기공에 공기 중의 수분이 먼저 흡착되어 기공의 대부분을 수분이 차지하게 되므로 활성탄의 기공이 빨리 막히는 현상이 일어나 악취흡착률이 급격히 감소하고 이를 보완할 방법이 없어 수시로 활성탄을 교체하여야 하는 실정이다.

또, 활성탄만을 사용하여 악취를 흡착하는 경우에는 흡착물질의 종류가 한정되어 흡착효율이 최대 70% 정도에 그치고 있으며, 활성탄 흡착방식은 초기에는 좋은 효과를 발휘하나 시간이 점점 흐르면서 활성탄 입자에 기타 물질이 침적하게 되면 급격히 그 효과가 떨어진다.

한편, 활성탄은 그 교체비용이 많이 들고 교체 후 폐기 활성탄은 별도의 비용을 주고 폐기물로 처리하여야 하는 실정이므로 적정 교체시점에 교체해주지 않고 그대로 사용하여 악취의 흡착효율이 완전히 저하된 상태에서도 사용하므로 악취 흡착 효과가 전혀 없는 상태에서 운용하는 경우가 허다하다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대부분의 악취물질이 녹아있는 공기 중의 수분을 미리 제거함으로써 수용성 악취물질을 미리 제거하고, 활성탄의 기공 대부분을 차지하는 수분을 미리 제거해줌으로써 활성탄의 사용 기간을 최대한 연장할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공기 중의 악취를 효과적으로 정화하기 위해서는 수용성 기체를 먼저 제거하여야 한다는 점에 착안하여 공기 중에 포함된 수증기를 먼저 제거하기 위하여 1차로 수증기를 응축시켜 물로 만드는 과정을 포함하는 악취 정화방법 및 정화장치를 제공하는바, 본 발명의 악취 정화장치에서는 1차로 수증기를 응축하기 위한 응축기가 포함되며, 이로 인해 수용성 가스로서 수증기 속에 포함된 악취물질의 많은 부분을 제거할 수 있도록 한 악취 정화방법 및 악취 정화장치를 제공한다.

또한, 응축기에서 미처 응축되지 않은 수증기 속의 악취 및 건공기 중에 포함된 나머지 악취물질을 제거하기 위해 입자크기가 다른 활성탄 흡착제와 소성황토 흡착제 및 제올라이트 흡착제로 이루어진 총 4단계의 악취 흡착 및 포집을 위한 흡착탑이 사용된다.

본 발명은 수분제거, 입자크기가 다른 활성탄 흡착제, 소성황토 흡착제 및 제올라이트 흡착제를 포함하는 총 5단계에 걸친 악취 정화장치이며, 비교적 간단하게 제작되어지므로 제작비용이 저렴하고, 1차로 수증기를 응축시킨 다음 건공기가 흡착제를 통과하므로 일반적인 흡착탑에 비하여 흡착제의 사용기간을 많이 늘릴 수 있는 장점을 가지고 있어 운전비용을 저렴하게 유지할 수 있다.

본 발명은 종래의 단점을 보완하기 위하여 대부분의 악취물질이 녹아있는 공기 중의 수분을 미리 제거함으로써 수용성 악취물질을 미리 제거하고, 활성탄의 기공의 대부분을 차지하는 수분을 미리 제거하여 활성탄 사용량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 또한 활성탄의 사용수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.

즉, 본 발명은 1차로 수분을 응축하여 제거하는 응축기와, 2차로 입도가 큰 활성탄 흡착제(바람직하게는 입도가 2 ~ 5mm의 파쇄탄 또는 조립성형탄 사용) 및 3차로 상대적으로 입도가 작은 활성탄 흡착제(바람직하게는 입도가 0.5 ~ 2mm의 조립 성형탄 사용), 4차로 황토를 원료로 이용하여 고온에서 소성하여 제작한 고성능 소성황토 흡착제를 거치며, 5차로 제올라이트 흡착제를 이용한 마지막 흡착단계를 거친다.

따라서, 종래의 활성탄만을 사용하는 흡착방법은 흡착효율이 약 70% 정도에 불과하였으나 본 발명에서와 같이 총 5단계의 처리과정을 거치고 나면 악취성분의 흡착효율이 90% 이상 처리될 것으로 기대되고, 1차로 공기 중 수분 대부분을 응축 제거하므로 흡착제의 사용량을 대폭 줄일 수 있으며, 흡착제의 사용 수명 또한 대폭 늘릴 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 의한 악취 정화장치의 처리공정을 도시한 블록다이어그램,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 악취 정화장치의 일 실시 예를 도시한 정면도,
도 3은 도 2에 도시된 악취처리장치의 평면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 악취처리장치의 정면구성도이다.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 본 발명의 제1실시 예에 의한 악취 정화장치가 도시되어 있는데, 본 실시 예에서는 축사 등에서 발생한 악취를 제거하는데 적용한 예를 보여주고 있는바, 흡입덕트(10), 송풍기(20), 응축기(30) 및 다단계의 흡착제층을 갖는 흡착탑(40)으로 구성되어 있다.

상기 흡입덕트(10)는 악취가 발생하는 축사 또는 축산분뇨 퇴비화시설의 내부에 설치되어 본 발명의 악취 정화장치로 악취를 포함하는 공기를 도입하기 위한 것으로, 이러한 흡입덕트의 구조나 설치위치에는 제한을 두지 않는다.

본 발명에서 송풍기(20)는 흡입덕트(10)를 통해 도입된 공기가 응축기(30)를 거쳐 수분이 제거된 후 건공기를 흡착탑(40)으로 공급하는 역할을 하게 된다.

한편, 응축기(30)는 악취를 포함하는 공기가 활성탄 등의 흡착제에 접촉하기 전에 악취를 포함하고 있는 공기 중의 수분(수증기)을 응축하여 제거하기 위한 것으로, 이는 일종의 열교환기로 물이나 암모니아를 포함하는 각종 냉매를 순환시키면서 악취를 포함하는 공기를 급격하게 냉각시키면 공기 중의 수증기가 제거되고 건공기를 만들어주면 공기 중에 포함된 수용성 가스입자는 수증기가 응축되면서 만들어진 물속에 포집되게 된다.

본 실시 예에서 상기 응축기(30)는 흡착탑(40)의 전단에 설치되며, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 외부로 물이나 암모니아를 포함하는 냉매를 순환시키면서 냉각시키기 위한 설비가 추가되는데, 이는 부호 31,32,33으로 도시된 냉각기(냉각탑), 냉매탱크 및 냉매펌프이다.

본 발명에서 사용되는 응축기(30)는 일종의 열교환기로, 이러한 열교환기의 원리 및 구체적인 구조는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 도 1 내지 도 3에는 구체적으로 도시되어 있지 않으나 상기 응축기(30)에서 응축된 물은 별도의 수로를 따라 분리되고 별도의 응축수 처리시설을 통해 수분 중의 냄새입자를 제거한 후 배출하면 된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예에서는 흡착탑(40)이 수평형으로 이루어져 있다. 즉, 본 실시 예에서는 흡착탑(40)을 구성하는 활성탄 흡착제(42,44), 소성황토 흡착제(46) 및 제올라이트 흡착체(48)가 수평방향으로 평행하게 배열되어 있는데, 이는 소형의 정화장치에 적합한 타입이다.

본 발명에서 상기 흡착탑(40) 내부에 설치되는 제1 활성탄 흡착제(42), 제2 활성탄 흡착제(44), 소성황토 흡착제(46) 및 제올라이트 흡착제(48)는 도 2의 정면도 및 도 3의 평면도에서 확인되는 바와 같이 각각의 투입구(I)는 상부 측에 설치되고, 배출구(O)는 측 하부에 설치되어 흡착제의 교체가 용이하도록 되어 있다.

도면 중 부호 49는 흡착탑(40)에서 악취성분이 최종적으로 탈취된 후 정화된 공기가 외부로 배출되는 배출관이다.

또, 도면 중 부호 50은 악취성분을 함유하는 공기의 오염정도를 측정하기 위한 측정용 분기관이며, 이 측정용 분기관에는 측정구가 설치되어 있고, 흡입덕트(10)에서 송풍기(30)와 측정용 분기관으로 분기되되 각각의 분기관 측에는 댐퍼 즉, 개폐용 밸브(V1,V2)가 설치되어 있다.

활성탄 흡착제는 수많은 공극(기공)을 가지고 있으면서 냄새입자 및 기타 가스상 물질을 흡수 포집하게 된다. 그러나 공기 중에 수분이 있을 경우 공기 중의 수분이 먼저 공극에 채워지게 되는데, 이는 활성탄의 미세기공을 막게 되면서 활성탄의 수명 즉 활성탄의 기능을 급격하게 저하시키는 역할을 하게 된다.

따라서 본 발명에서는 응축기(20)에서 수용성 악취성분을 함유한 공기 중의 수분을 먼저 제거한 후 건공기를 흡착시킴으로써 활성탄의 수명을 연장시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서 상기 1차 활성탄 흡착제(42)는 입도가 2 ~ 5mm의 파쇄탄 또는 조립성형탄을 사용하는 것이 바람직하고, 2차 활성탄 흡착제(44)는 입도가 0.5 ~ 2mm의 조립 성형탄을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며 정화장치가 사용되는 용도에 따라서 이들 입도크기를 달리할 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명에서는 활성탄만을 이용하는 기존 방식과는 달리 제1 및 제2활성탄 흡착제(42,44)에서 악취입자의 70%를 흡착한 다음, 황토를 알갱이로 만들고 이를 고온(약 1,000~1,100℃내외)에서 소성하여 내부에 수많은 미세공극이 형성되도록 함으로써 미세공극에 냄새입자를 흡착함과 아울러 냄새입자를 중화시킬 수 있도록 소성황토 흡착제(46)를 거치게 된다.

또한, 본 발명에서는 악취공기가 최종적으로 제올라이트 흡착제(48)를 거치게 되는데, 제올라이트는 알루미늄 산화물과 규산 산화물의 결합으로 만들어진 음이온과 알칼리 금속 및 알칼리 토금속이 결합되어 있는 광물로, 1nm~10nm의 수많은 미세기공을 가지고 있으며, 이 미세기공을 통하여 잔류 냄새입자를 최종적으로 흡착하여 맑은 공기를 배출시키게 된다.

도 4는 본 발명의 제2실시 예에 의한 악취 정화장치의 구성을 보여주고 있는데, 본 실시 예에서는 대형 설비용으로 적합한 악취 정화장치로서 응축기(30)와 흡착탑(40)이 별도로 이루어져 있고, 흡착탑(40)이 수직형으로 이루어져 있다는 점에서 도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예와 상이하나 기본적인 구성 및 원리는 동일하다.

즉, 본 실시 예에서는 악취를 함유한 공기가 응축기(30)를 거친 후 송풍기(20)에 의해 흡입되어 흡착탑(40)으로 공급되도록 되어 있는데, 이는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예에서 응축기와 송풍기의 위치가 뒤바뀌어 있는 구성상의 차이점이 존재하나 기능상으로는 동일하며, 흡착탑(40) 또한 도 1 내지 도 3에서는 수평형으로 이루어져 있으나, 본 실시 예에서는 흡착탑(40)이 수직형으로 이루어져 있다는 차이점만 있을 뿐 기능상으로는 동일하다.

본 실시 예에서는 수직형 흡착탑(40)에 다단으로 흡착제(42,44,46,48)층이 적층 배치되어 있는데, 본 실시 예에서도 흡착제의 교체가 용이하도록 각각의 흡착제 층이 사선방향으로 기울어진 상태로 배치되어 있고, 상부측에는 투입구가 하부측에는 배출구가 각각 형성되어 있다. 즉, 본 실시 예에서도 흡착제가 흡착탑에 수평 베드가 아닌 사선방향으로 기울어진 형태로 설치되어 있는데, 이는 흡착제의 교체를 용이하게 하기 위한 것이다.

본 발명은 공기 중의 수증기와 결합된 악취입자를 응축기(20)에서 먼저 제거한 후, 수분이 제거된 상태에서 여러 종류로 이루어진 흡착제(42,44,46,48)가 설치된 흡착탑(40)을 거쳐 건공기 중의 악취 입자를 흡착제거하도록 구성되어 있으므로, 흡착제의 수명을 효과적으로 연장할 수 있는 장점이 있다.

또, 본 발명은 기존의 활성탄만을 사용하는 악취 정화장치와는 달리 총 4가지의 흡착제(제1 활성탄 흡착제, 제2 활성탄 흡착제, 소성황토 흡착제, 제올라이트 흡착제)를 통과시켜 각각의 특성에 따라서 여러 악취원인물질 즉, 가스상의 입자물질을 흡수 제거함으로써 악취제거에 월등한 효과를 갖고 있으며, 기존의 활성탄 흡착제만으로 제거되지 않던 각종 가스상 입자물질도 동시에 제거할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 기존의 활성탄 충진 흡착탑(탈취탑)에 비해 설비비가 약간 높아질 수 있으나, 그 운영비용은 1/3~1/10까지 현저히 절감할 수 있는데, 이는 활성탄 흡착 이전에 수증기 응축용 열교환기의 설치비용이 추가되지만, 활성탄 충진량을 절반 정도로 줄일 수 있고, 소성황토 흡착제 및 제올라이트 흡착제는 활성탄 흡착제의 절반 정도만을 충진하여도 매우 만족할만한 효과를 거둘 수 있는바, 같은 공기량을 처리할 경우 활성탄을 절반만 사용하고 나머지 절반의 비용으로 소성황토 흡착제 및 제올라이트 흡착제를 충진할 수 있고, 흡착제의 사용시간(수명)은 기존의 방식에 비해 3~10배 까지 연장할 수 있으므로 그 운용비용은 1/3~1/10정도로 줄일 수 있는 것이다.

10 : 흡입덕트 20 : 송풍기
30 : 응축기 31 : 냉각기
32 : 냉매팅크 33 : 펌프
40 : 흡착탑 42 : 제1 활성탄 흡착제
44 : 제2 활성탄 흡착제 46 : 소성황토 흡착제
48 : 제올라이트 흡착제 50 : 측정용 분기관

Claims (6)

1. 악취를 함유하는 공기가 도입되는 흡입덕트(10), 상기 흡입덕트(10)를 통해 공기를 흡입하기 위한 송풍기(20), 상기 송풍기(20)에 의해 흡입된 악취를 함유한 공기를 냉각시켜 공기 중의 수증기를 응축시켜 제거하기 위한 응축기(30), 상기 응축기(30)를 통과한 건공기 중의 잔류 악취성분을 흡착 제거하기 위한 수직형 흡착탑(40)을 포함하여 이루어지되,
   상기 수직형 흡착탑(40)은 상부측에는 투입구가 하부측에는 배출구가 각각 형성된 흡착제(42,44,46,48)층이 사선방향으로 기울어진 상태로 다단으로 적층 배치되고,
   각각의 흡착제(42,44,46,48)층에 활성탄 흡착제(42,44), 소성황토 흡착제(46), 제올라이트 흡착제(48)가 순차적으로 배치되며,
   상기 활성탄 흡착제(42,44)는 입도가 2 ~ 5mm의 파쇄탄 또는 조립성형탄으로 이루어진 제1활성탄 흡착제(42), 입도가 0.5 ~ 2mm인 조립성형탄으로 이루어진 제2활성탄 흡착제(44)로 구성되며,
   상기 소성황토 흡착제(46)는 황토를 알갱이로 만들고, 이를 1,000~1,100℃에서 소성하여 내부에 수많은 미세공극이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 악취 정화장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 응축기(30)는 물이나 암모니아를 포함하는 냉매를 이용하여 악취를 함유하는 공기를 냉각시켜서 응축하는 것을 특징으로 하는 악취 정화장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항 또는 제2항의 악취 정화장치를 사용하여 음식물쓰레기 처리장치 또는 사료화 및 퇴비시설 또는 축산분뇨 퇴비화 시설에서 발생되는 악취물질을 포함하는 공기 중의 수분을 응축기에서 미리 응축 제거한 후, 수분이 제거된 건공기 중의 악취성분을 흡착탑을 거쳐 탈취함을 특징으로 하는 악취 정화방법.

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