KR101870673B1 - 바이오필터 시스템 - Google Patents

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KR101870673B1
KR101870673B1 KR1020180023428A KR20180023428A KR101870673B1 KR 101870673 B1 KR101870673 B1 KR 101870673B1 KR 1020180023428 A KR1020180023428 A KR 1020180023428A KR 20180023428 A KR20180023428 A KR 20180023428A KR 101870673 B1 KR101870673 B1 KR 101870673B1
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discharge pipe
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최승욱
이홍운
최석영
권재훈
김태규
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Abstract

바이오필터 시스템이 개시되어 있다.
개시된 바이오필터 시스템은 혐기조, 무산소조, 폭기조 중 어느 하나의 조에서 발생되는 N2O를 포집하여 이송하는 이송배관; 상기 이송배관으로부터 배출되는 N2O를 미생물 반응에 의해 제거하기 위한 담체를 포함하는 바이오 필터유닛; 및 상기 담체에 미생물의 영양분을 제공하기 위하여 하수분사부재에 하수를 공급하는 하수공급부재;를 포함하되,
상기 바이오필터유닛은, 필터하우징; 상기 필터하우징의 내부 하측에 설치된 채, 상기 이송배관에 의해 배송되어 온 N2O를 횡방향으로 유도하면서 노즐을 통해 상향으로 배출되게 하는 유도배출관; 상기 필터하우징 내부의 유도배출관 상측에 배치되어, 상기 유도배출관을 통해 배출되는 N2O를 미생물 반응에 의해 제거하는 담체; 상기 필터하우징 내부의 담체 상부에 배치되어, 상기 하수공급부재로부터 공급되는 하수를 상기 담체로 분사하여 미생물의 영양분으로 활용하는 하수분사부재;로 구성된 것을 더 포함하며, 상기 유도배출관은 상기 이송배관과 가까운 쪽으로부터 멀어질수록 그 내용적이 점차 작아지게 구성된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

바이오필터 시스템{Bio filter system}
본 발명은 소규모 하수처리장으로부터 배출되는 저농도(＜100ppmv)의 N2O(아산화질소)를 능동적으로 제거하기 위한 바이오필터 시스템에 관한 것이다.
아산화질소(N2O)는 대기중 농도가 320 ppbv에 불과하지만 GWP가 이산화탄소에 비해서 300배 높으므로 적은 양의 제거로도 높은 효과를 얻을 수 있다. N2O는 성층권의 오존층 파괴에도 기여도가 높은 화합물로 반드시 발생량을 감축하여야 하는 화합물이다.
대기로 방출되는 N2O의 대부분은 생물학적인 탈질화(denitrification)와 질화(nitrification) 반응에 의해서 발생된다. 탈질화 반응은 질산염(NO3 -)이 아질산염(NO2 -)과 일산화질소(NO), 그리고 N2O를 거쳐서 단계적으로 N2로 환원이 되는 반응으로 각각의 반응 단계는 각기 다른 효소에 의해서 진행된다. 일부 탈질 미생물들의 경우 N2O를 환원시키는 nitrous oxide reductase의 유전자를 보유하고 있지 않으므로 탈질반응에 의해서 생성되는 N2O를 그대로 방출시키므로 N2O의 주요 발생원으로 인식되고 있고 nitrous oxide reductase의 유전자를 보유한 탈질 미생물의 경우에도 여러 환경 조건에 따라서 N2O를 발생하는 것으로 알려져 있다. 질화 반응은 암모니아(NH4 +)가 호기성 질화 미생물에 의해서 산화되어 NO2 -로, 그리고 NO2 -가 다시 NO3 -로 산화되는 반응이다. 암모니아 산화균(ammonia oxidizer)의 경우 nitrite reductase와 nitric oxide reductase의 유전자를 보유하고 있는 경우가 많은데, 이들이 발현될 때 nitrifier denitrification이 일어나서 N2O가 생성되는 것으로 알려져 있다(도 1참조).
환경에서 배출되는 N2O는 토양과 해양 환경에서 자연적으로 발생되기도 하지만 농경 활동, 하수처리 등의 인간 활동에 의해서 그 발생량이 크게 중가해 왔다. 아산화질소의 가장 큰 발생원은 농지로 질소비료의 질산화 및 틸질화 반응으로부터 발생된다. 하지만 농지에서 발생되는 아산화질소는 넓은 지역에 걸쳐서 매우 낮은 농도로 발생되므로 사실상 공학적인 방법으로는 제거가 불가능하다.
또한, 질산이나 아디프산 제조공정에서 고농도의 N2O가 생성되나 촉매를 이용하여 95% 이상의 제거율을 얻을 수 있다. 하지만, 촉매 처리를 거친 후에도 1000ppmv 정도의 N2O가 배출가스에 잔존하는 것으로 알려져 있다.
N2O의 주발생원을 살펴보면 N2O가 1% 이상의 고농도로 배출되는 배출원은 아디프산의 제조과정에서 발생되는 N2O 뿐으로 농지, 가축분뇨, 질산 제조공정, 발전소, 내연기관, 하수처리장 등으로부터 발생되는 N2O는 낮은 농도로 인해서 촉매를 이용한 화학적 처리가 현실적으로 불가능하다. 아디프산 제조과정에서 발생되는 30~50%의 N2O의 경우에도 화학적 처리를 통한 후에도 상당량의 N2O가 남게 되므로 재처리가 필요한 실정이다.
문헌 1 : 등록특허공보 제10-0545935호(2006년 1월 18일 등록) 문헌 2 : 등록특허공보 제10-0545941호(2006년 1월 18일 등록)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하수처리장의 특성을 적극적으로 활용하여 에너지나 화학약품을 이용하지 않고 고농도 뿐만 아니라 저농도의 N2O를 효과적으로 제거할 수 있는 바이오필터 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 혐기조, 무산소조, 폭기조 중 어느 하나의 조에서 발생되는 N2O를 포집하여 이송하는 이송배관; 상기 이송배관으로부터 배출되는 N2O를 미생물 반응에 의해 제거하기 위한 담체를 포함하는 바이오 필터유닛; 및 상기 담체에 미생물의 영양분을 제공하기 위하여 하수분사부재에 하수를 공급하는 하수공급부재;를 포함하되,
상기 바이오필터유닛은, 필터하우징; 상기 필터하우징의 내부 하측에 설치된 채, 상기 이송배관에 의해 배송되어 온 N2O를 횡방향으로 유도하면서 노즐을 통해 상향으로 배출되게 하는 유도배출관; 상기 필터하우징 내부의 유도배출관 상측에 배치되어, 상기 유도배출관을 통해 배출되는 N2O를 미생물 반응에 의해 제거하는 담체; 상기 필터하우징 내부의 담체 상부에 배치되어, 상기 하수공급부재로부터 공급되는 하수를 상기 담체로 분사하여 미생물의 영양분으로 활용하는 하수분사부재;로 구성된 것을 더 포함하며, 상기 유도배출관은 상기 이송배관과 가까운 쪽으로부터 멀어질수록 그 내용적이 점차 작아지게 구성된 것을 더 포함하는 바이오필터 시스템을 제공한다.
삭제
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 필터하우징의 바닥면은 상기 담체로부터 낙수되는 하수를 한 쪽으로 집수하기 위하여 구배지게 형성되며, 집수된 낙수물을 펌핑하여 상기 하수공급부재로 공급하여 주는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하수공급부재의 하수탱크는 상기 하수분사부재에 비해 상부에 설치되어 중력에 의해 하수가 하수분사부재로 공급되도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 담체는, 산소 전달이 용이하도록 공극이 70%인 오픈셀부와, 미생물이 단단하게 고정될 수 있는 30%의 클로징 셀부로 구성되며, 기공 크기는 11 ~ 13ppi, 밀도는 35kg/m3, 재질은 폴리우레탄 폼인 것을 특징으로 할 수 있다.
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삭제
기존의 화학 촉매를 이용하는 N2O 저감기술은 고농도의 N2O 만을 저감시킬 수 있는 제한적 효과를 갖는 반면, 본 발명의 실시예에 따르면, 저농도의 N2O도 저감시킬 수 있어서 N2O 저감효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 유입 하수 자체를 미생물의 영양분, 전자공여체로 활용하고, 일반적인 하수처리장의 설계상 존재하는 낙차, 압력차 등을 활용하여 carbon-zero 운전이 가능하다는 장점을 갖는다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 생물학적 질소순환도
도 2는 본 발명에 따른 바이오필터 시스템의 구성도
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 바이오필터 시스템은 하수처리장의 특성을 적극적으로 활용하여 에너지나 화학약품을 이용하지 않고 고농도 뿐만 아니라 저농도의 N2O를 효과적으로 저감시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 바, 그 구체적인 구성은 다음과 같다.
본 발명에 따른 바이오필터 시스템(100)은 이송배관(110), 바이오 필터유닛(120) 및 하수공급부재(130)를 포함한다.
이송배관(110)은 혐기조, 무산소조, 폭기조(10) 중 어느 하나의 조에서 발생되는 N2O를 포집하여 상기 바이오 필터유닛()으로 이송하는 역할을 하는 것으로, 상기 이송배관(110)의 일단에는 폭기조(10)의 상측에 배치되어 폭기조로부터 상승 배출되는 N2O를 포집하기 위한 포집컵(111)이 설치될 수 있다.
바이오 필터유닛(120)은 상기 이송배관(110)으로부터 배출되는 배관 N2O를 미생물 반응에 의해 제거하기 위한 것으로, 필터하우징(121), 유도배출관(122), 담체(123) 및 하수분사부재(124)를 포함할 수 있다.
상기 필터하우징(121)은 밀폐형으로 마련되고, 상측에는 N2O가 제거된 공기를 배출하기 위한 공기배출구(121a)가 마련될 수 있다.
또한, 상기 필터하우징(121)은 상기 담체(123)로 하수를 공급하기 위한 하수탱크(131)의 하부에 설치된다. 따라서, 하수탱크(131) 내의 하수를 무동력에 의해(중력에 의해) 공급할 수 있어서 장치의 제작비용을 줄일 수 있다.
또한, 상기 필터하우징(121)의 바닥면은 상기 담체(123)로부터 낙수되는 하수를 한쪽으로 집수하기 위하여 일측으로부터 타측을 향해 하향 구배지게 형성될 수 있으며, 집수된 낙수물은 펌프(p)에 의해 하수공급부재(130)로 펌핑 회수하여 재활용하게 된다.
유도배출관(122)은 상기 필터하우징(121)의 내부 하측에 설치된 채, 상기 이송배관(110)에 의해 배송되어온 N2O를 횡방향으로 유도하면서 노즐(122a)을 통해 상향의 담체(123)를 향해 배출되게 하는 역할을 한다.
여기서, 상기 유도배출관(122)은 상기 이송배관(110)과 가까운 쪽으로부터 멀어질수록 그 내용적이 점차 작아지게 구성될 수 있다. 이렇게 구성한 이유는 유도배출관(122)의 입구측으로 유입된 N2O는 말단부로 갈 때까지 유속이 일정해야만 각 노즐로 배출되는 N2O의 유량이 일정한데, 입구측과 말단부의 내용적이 같다면 중간 중간에 노즐을 통해 N2O가 배출됨을 감안할 때 유속이 일정치 않을 수 있으므로 입구측으로부터 멀어질수록 내용적을 점진적으로 줄여 유속을 빠르게 함으로써 전체적으로 고른 유량이 배출되도록 하기 위해서이다.
담체(123)는 상기 필터하우징(121) 내부의 유도배출관(122) 상측에 배치되어, 상기 유도배출관을 통해 배출되는 N2O를 미생물 반응에 의해 제거하는 역할을 하는 것이다.
이러한 담체(123)는 우드칩, 세라믹, 폴리우레탄 폼 중 어느 하나로 마련될 수 있는데, Organic wood chip은 미생물의 먹이원이 되는 carbon source로 되어 있기 때문에 미생물 접종 초기 미생물이 효과적으로 부착 하는데는 유리하나 시간이 경과함에 따라 wood chip의 packing layer 의 channeling 현상이 발생하여 폐가스가 통과하는데 압력차가 많이 발생하여 오염물질의 제거 효율이 현저히 저하되는 단점이 있고, 세라믹 재질의 담체는 해당 담체가 가지고 있는 Porous한 특징이 있어 미생물이 부착, 자생하는데 유리한 물리적 특성을 가지고 있으나 세라믹 담체의 공극이 크기 때문에 근본적으로 미생물의 농도를 높게 부착 시키는데는 한계가 있다. 따라서 오염 물질의 제거 효율은 organic한 wood chip에 비해 떨어지며 담체의 단가가 비싸다는 경제적인 측면에서의 단점이 있다.
반면, 폴리우레탄 폼은 무기물 재질로 되어 있어서 패킹층에 자생하는 미생물에 의해 산화되지 않기 때문에 30년 이상의 반영구적인 수명을 가지고 있다. 또한 공극이 70% 오픈셀로 구성되어 있어 산소의 전달이 원활하고 미생물이 단단히 고정될 수 있는 클로징셀이 30% 구성되어 있어 호기성의 미생물과 더불어 통성 혐기성의 미생물 또한 동시에 고정되어 효과적인 미생물 산화의 효율을 갖는다.
특히, 상기 폴리우레탄 폼의 기공은 11 ~ 13ppi, 밀도는 35kg/m3로 되는 것이 바람직하다. 이는 미생물 고정 및 호기성 미생물 및 통성 혐기성 미생물을 고정시킬 수 있어서 미생물 산화에 보다 효과적이다.
하수분사부재(124)는 상기 필터하우징(121) 내부의 담체 상부에 배치되어, 상기 하수공급부재(130)로부터 공급되는 하수를 상기 담체(123)로 분사하여 미생물의 영양분으로 활용하는 역할을 한다. 이러한 하수분사부재(124)는 상기 하수공급부재(130)의 하수탱크(131)와 연결되는 메인관(124a)과, 상기 메인관(124a)과 연결되며 상기 담체(123)의 길이방향을 따라 배치되는 분사관(124b)과, 상기 분사관(124b)의 소정부위에 배치되어 상기 담체(123)를 향해 하수를 분사하는 다수의 분사노즐(124c)로 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바 있듯이, 상기 하수분사부재(124)는 하수공급부재(130)의 하부에 위치하므로 하수공급부재의 하수가 중력에 의해 무동력 분사되므로 별도의 분사펌프 등이 필요치 않고 전력소모도 없어서 경제적이다.
미설명부호(140)는 상기 담체(123)의 상부공간과 하부공간의 압력차를 측정하기 위한 차압계이다.
이상의 구성을 갖는 본 발명의 바이오필터 시스템(100)은 폭기조(10)에서 발생되는 N2O를 포집컵(111)에 의해 포집하여 이송배관(110)을 통해 유도배출관(122)으로 유입하면 유입된 N2O는 유도배출관의 상측에 배치된 다수의 노즐(122a)을 통해 그 상측에 배치된 담체(123)의 내부로 유입된다. 담체(123)로 유입된 N2O는 미생물 반응에 의한 생물학적 방법에 의해 소멸된다. 이러한 생물학적 소거방법은 고농도는 물론 저농도의 N2O를 완전하게 소거할 수 있어서 제거효율이 매우 높다.
더욱이, 상기 하수공급부재(130)로부터 공급되는 하수를 상기 담체(123)로 분사하여 미생물의 영양분, 전자공여체로 활용함으로써 담체(123)가 지속적으로 N2O를 제거하는 기능을 할 수 있게 된다. 이는 담체(123)로 미생물 영양분을 공급하기 위한 새로운 시설을 구비하지 않고, 기존 시설인 하수공급부재(130)를 활용함으로써 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 상기 담체(123)로부터 낙수되는 하수는 필터하우징(121)의 구배진 바닥에 의해 한쪽으로 집수되고, 집수된 낙수물은 펌프(p)에 의해 펌핑되어 하수공급부재(130)의 하수탱크(131)로 회수되어 재활용하게 된다.
한편, 상기 필터하우징(121)은, 특히 상측 내면은 내오염 방지를 위해 코팅처리 되는 것이 바람직하다. 필터하우징(121)의 내부가 오염되면 공기배출구(121a)를 통해 배출되는 공기에 의해 내부의 오염물질이 함께 배출될 수 있기 때문이다.
오염방지 코팅제는 크게 무기산화물, 셀룰로오즈계 화합물 및 용매를 포함하여 이루어진다. 구체적으로 오염방지 코팅제는 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소(SiO2) 및 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지는 무기산화물 5~10중량부, 셀룰로오즈계 화합물 1~10중량부 및 용매 50~1,000중량부를 포함할 수 있다.
상기 무기산화물은 친수성을 장기간 유지시키고 코팅막의 강도와 내구성을 향상 유지시켜주는 역할을 한다. 그리고 무기화합물은 5~10중량부인 것이 바람직하다. 그 이유는, 무기산화물이 5중량부 미만인 경우에는 코팅막의 친수성이 약해지고 코팅막의 내수성과 내구성이 크게 낮아지기 때문이다.
반면, 무기산화물이 10중량부를 초과하는 경우에는 코팅막이 균열(crack)이 생길 수 있고, 부착성이 나빠져 적용할 수 있는 피도물의 종류가 제한된다.
상기 무기산화물은 그 종류와 혼합 조성에 따른 특성을 부여할 수 있다. 일례로 이산화티타늄 중 아나타제(anatase)형을 사용할 경우 광촉매 성능을 발휘하게 되고 이산화규소만을 사용할 경우 비광촉매형 오염방지코팅제 성능을 발휘하게 되며, 이산화알루미늄만을 사용할 경우 고강도의 내구성을 향상 시킬 수 있는 오염방지 코팅제가 형성될 수 있는 특성을 나타내게 된다. 따라서 이러한 각각의 특성을 고려하여 적절한 성분비로 혼합하여 보다 효과적인 오염방지 코팅제의 제조가 가능하다.
이러한 원리를 이용하여 본 발명에서는 상기의 산화규소, 산화알루미늄 그리고 산화티타늄을 적정 비율로 혼합하여 기존의 광촉매 코팅제와 불소코팅제의 단점을 보완할 수 있다.
그리고 상기 무기산화물은 상기 산화알루미늄 10~30중량%, 상기 산화규소 20~45중량% 및 상기 산화티타늄 25~50중량%로 이루어지는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기한 바와 같은 개별적인 성분의 각 특성을 발휘함은 물론, 상기 각 성분의 혼합 비율 범위에서 더욱 우수한 내오염성 성능을 발휘하기 때문이다.
또한, 상기 무기산화물은 내오염성이 강하고 투명한 박막을 얻기 위해 평균입자직경이 2~15nm인 분말인 것이 바람직하다.
다만, 상기 무기산화물은 2~15nm의 분말을 직접 용매 또는 용액에 혼합할 수도 있고, 상기 무기산화물 분말이 분산되어 있는 졸 또는 겔 등의 다양한 형태로 변형하여 사용할 수도 있음을 밝혀둔다.
그리고 상기 무기화합물의 혼합비율과 2~15nm의 입자 크기는 코팅막의 두께가 최소화되고 도막의 투명성을 확보할 수 있다. 즉, 도막의 친수성 그리고 내오염성 등이 향상되고, 피도물에 적용시 얻어진 코팅막의 투명도 및 얻어진 코팅제의 안정성 등을 고려한 것이다.
상기의 나노 무기산화물 입자들은 그 제조방법에 의해 제한되는 것은 아니며, 당 업계에 공지된 방법에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 방법으로서는 예를 들면 고상법, 액상법, 기상법 등으로 분류될 수 있으며, 이 중 가장 널리 이용되는 것은 액상법으로써 예를 들면 침전법, 공침법, 함침법, 졸겔법 등을 들 수 있는데, 이에 제한되는 것은 아니다.
셀룰로오즈계 화합물은 친수성을 향상시키고 무기산화물들을 분산, 고정시키는 역할을 하게 된다.
상기 셀룰로오즈계 화합물은 크게 셀룰로오즈 구조를 가지는 화합물과 셀룰로오즈 구조가 아닌 화합물로 구분할 수 있다.
즉, 셀룰로오즈계 화합물은 메틸셀룰로오즈, 에틸셀룰로오즈, cmc(carboxy methyl cellulose), 카르복시 메틸 셀룰로오즈 나트륨 및 카르복시 메틸 셀룰로오즈 칼슘으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 선택되는 것과, 폴리 아크릴산 나트륨 또는 아르긴산 프로필렌 글리콜과 같이 셀룰로오즈 구조가 아닌 화합물로 구분될 수 있다.
특히, 셀룰로오즈계 화합물로 셀룰로오즈 구조를 가지는 화합물의 경우에는 용매와 혼합되어 소정 시간 동안 숙성과정을 거치면서 분산력과 접착력을 발휘하게 된다. 구체적으로 셀룰로오즈계 화합물이 용매와 혼합되면 친수성인 셀룰로오즈 구조의 특성상 습윤상태에서 부피가 팽창하면서 무기산화물 분말을 고르게 분산시키는 것은 물론, 접착력도 우수하게 된다.
상기 셀룰로오즈계 화합물은 함유량은 1~10중량부인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 셀룰로오즈계 화합물이 1중량부 미만인 경우에는 코팅막의 친수성이 약해지고 코팅막의 유연성과 피도물과의 부착력이 떨어지는 원인이 된다.
반면, 셀룰로오즈계 화합물이 10중량부를 초과하는 경우에는 코팅막이 수분에 약하게 되어 코팅막의 내구성이 크게 저하하고 내오염성이 약해지기 때문이다.
용매는 물, 탄소수 1-4인 저급알코올을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용된다. 구체적으로, 상기 용매는 물 300~400중량부 및 탄소수 1~4인 저급알코올 50~100중량부가 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 필터하우징(121)의 바닥면은 항상 하수가 고여있게 되므로 내식성 향상을 위해 내식성 코팅 조성물이 코팅될 수 있다.
여기서, 상기 내식성 코팅 조성물은 폴리올 성분의 전체 중량을 기준으로 하여 9중량% 내지 15중량%의 하이드록실 기 함량을 지니고, 폴리에테르폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 및 폴리에테르 폴리에스테르 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 폴리올을 포함하는 하나 이상의 폴리올 성분; 및 이소시아네이트 성분의 전체 중량을 기준으로 하여 10중량% 내지 15중량%의 이소시아네이트 기 함량을 지니고, 하나 이상의 디- 또는 폴리이소시아네이트-종결된 폴리락톤 프리폴리머를 포함하는 하나 이상의 이소시아네이트 성분을 포함할 수 있다.
여기서, 폴리올 성분은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 및 폴리에테르 폴리에스테르 폴리올로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 폴리올을 포함한다. 폴리에테르 폴리에스테르 폴리올은 폴리에스테르 구조와 폴리에테르 구조 둘 모두를 포함하는 폴리올이다. 폴리올은 바람직하게는 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올로부터 선택된다. 폴리에테르와 폴리에스테르의 혼합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
적합한 폴리에테르 폴리올은, 예를 들어, 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌이다.
폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 및 폴리에테르 폴리에스테르 폴리올은 이합체화 지방산일 수 있다.
이러한 폴리올은, 예를 들어, 다가 알콜과 이합체 지방산의 에스테르화 및 후속 중합에 의해 제조될 수 있다.
이러한 축합 반응에 사용되는 출발 화합물은 아민, 예컨대, 3,5-디에틸-2,4-톨루엔디아민 또는 3,5-디에틸-2,6-톨루엔디아민일 수 있다. 요망되는 OH 함량에서 반응은 종료된다. 더욱이, 이합체화 지방산인 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리에스테르 폴리올은 이합체화 지방산의 에폭시화, 이어서 다가 알콜 및/또는 다염기성 카복실산과의 후속 반응, 이후 중합에 의해 얻어질 수 있다.
적합한 이합체화 지방산은, 예를 들어, 천연 오일, 예컨대, 대두유, 유채씨유(rapeseed oil), 피마자유(castor oil), 해바라기 오일 및 팜유(palm oil)로부터 얻어진다.
폴리올 성분은 예를 들어, 다른 폴리올, 예컨대, 폴리락톤, 폴리아크릴레이트 및/또는 폴리-에폭사이드를 추가로 포함할 수 있다.
폴리올 성분은 폴리올 성분의 전체 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 50중량% 이상의, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 및 폴리에테르 폴리에스테르 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리올을 포함한다. 80중량%가 바람직하고, 90중량%가 더욱 바람직하고, 100중량%가 매우 바람직하다.
폴리올 성분의 폴리올은 선형 또는 분지형일 수 있다. 바람직하게는, 폴리올은 분지형이다. 더욱이, 폴리올성분의 폴리올은 포화되거나 불포화될 수 있고, 포화된 폴리올이 바람직하다.
폴리올 성분의 분율은 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 5중량% 내지 30중량%이고, 더욱 바람직하게는 15중량% 내지 25중량%이다. 본 발명의 모든 구성 요소의 합은 100중량%이다.
폴리올 성분은 폴리올 성분의 전체 중량에 대하여 바람직하게는 10중량% 내지 12중량%의 분율을 지니는 OH 기를 포함한다.
폴리올 성분은 고형물을 기준으로 하여 바람직하게는 0 내지 3mg KOH/g의 산가를 지닌다. 산가는 ISO 660에 따라 측정된다.
폴리올 성분의 하이드록실 함량은 폴리올 성분의 전체 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 9중량% 내지 13중량%이다. 하이드록실 함량은 하이드록실가(hydroxyl number)를 통해 측정될 수 있다. 이러한 하이드록실가는 DIN5 53240에 따라 측정된다.
폴리올 성분은 바람직하게는 95중량% 내지 100중량%의 고형물 함량을 지닌다. 조성물 및 이의 구성 요소들의 고형물 함량은 1.0 g의 초기 질량, 60 분의 시험 기간, 및 125℃의 온도로 DIN　ISO　3251에 따라 측정된다.
폴리올 성분의 각각의 폴리올은 160 내지 4000 g/몰, 바람직하게는 160 내지 2000　g/몰의 중량-평균 분자량을 지닐 수 있다.
폴리올 성분은 바람직하게는 160 내지 800 g/몰의 중량-평균 분자량을 지닌다. 180 내지 600　g/몰의 중량-평균 분자량이 바람직하고, 200 내지 500　g/몰이 특히 바람직하다.
상기 기재된 모든 화합물들의 분자량은, 달리 지시되지 않는 한, 스티렌-디비닐벤젠 컬럼 조합물 상에서 용리제(1ml/분)로서 THF (THF 중량을 기준으로 하여 +0.1중량% 아세트산)로 GPC 분석 수단에 의해 측정된다. 보정은 폴리스티렌 표준으로 수행된다.
상기 이소시아네이트 성분은 하나 이상의 디- 또는 폴리이소시아네이트-종결된 폴리락톤 프리폴리머를 포함한다. 이는 프리폴리머가 하나 이상의 디이소시아네이트 또는 하나 이상의 폴리이소시아네이트로 종결된다는 것을 의미한다. 프리폴리머는 바람직하게는 디이소시아네이트-말단형이다. 말단 NCO 기는 전부 또는 일부 블로킹되거나 전혀 블로킹되지 않을 수 있다. 바람직하게는, 말단 NCO 기는 블로킹되지 않는다.
프리폴리머는 500 내지 4000g/몰, 바람직하게는 1000 내지 3000g/몰, 더욱 바람직하게는 1800 내지 2200g/몰의 중량-평균 분자량을 지닌다. 프리폴리머는 출발 분자로서 락톤 및 하나 이상의 디올 또는 폴리올로부터 제조될 수 있다. 디올, 특히 말단 OH 기를 지니는 디올이 바람직하다. 적합한 디올 및 폴리올은 네오펜틸글리콜, 에틸렌 글리콜, 및 트리메틸올프로판이다. 적합한 락톤은 옥시란-2-온, β-프로피오락톤, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, ε-카프로락톤 또는 메틸-ε-카프로락톤이고, 바람직하게는, γ-부티로락톤 및 ε-카프로락톤이고, 더욱 바람직하게는 ε-카프로락톤이다. 따라서, 폴리부티로락톤 프로폴리머 및 폴리카프로락톤 프로폴리머는 바람직한 폴리락톤 프리폴리머이다. 특히 바람직한 것은 폴리카프로락톤 프로폴리머이다.
프리폴리머 중 NCO 기의 분율은 프리폴리머의 전체 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 6중량% 내지 12중량%이다. 분율은 바람직하게는 7중량% 내지 10중량%이고, 더욱 바람직하게는 8중량% 내지 9중량%이다.
상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 기재한 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.
100 : 바이오필터 시스템 110 : 이송배관
120 : 바이오 필터유닛 121 : 필터하우징
122 : 유도배출관 123 : 담체
124 : 하수분사부재 130 : 하수공급부재
131 : 하수탱크

Claims (5)

  1. 혐기조, 무산소조, 폭기조 중 어느 하나의 조에서 발생되는 N2O를 포집하여 이송하는 이송배관;
    상기 이송배관으로부터 배출되는 N2O를 미생물 반응에 의해 제거하기 위한 담체를 포함하는 바이오 필터유닛; 및
    상기 담체에 미생물의 영양분을 제공하기 위하여 하수분사부재에 하수를 공급하는 하수공급부재;를 포함하되,
    상기 바이오필터유닛은,
    필터하우징;
    상기 필터하우징의 내부 하측에 설치된 채, 상기 이송배관에 의해 배송되어 온 N2O를 횡방향으로 유도하면서 노즐을 통해 상향으로 배출되게 하는 유도배출관;
    상기 필터하우징 내부의 유도배출관 상측에 배치되어, 상기 유도배출관을 통해 배출되는 N2O를 미생물 반응에 의해 제거하는 담체;
    상기 필터하우징 내부의 담체 상부에 배치되어, 상기 하수공급부재로부터 공급되는 하수를 상기 담체로 분사하여 미생물의 영양분으로 활용하는 하수분사부재;로 구성된 것을 더 포함하며,
    상기 유도배출관은 상기 이송배관과 가까운 쪽으로부터 멀어질수록 그 내용적이 점차 작아지게 구성된 것을 더 포함하는 바이오필터 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터하우징의 바닥면은 상기 담체로부터 낙수되는 하수를 한 쪽으로 집수하기 위하여 구배지게 형성되며, 집수된 낙수물을 펌핑하여 상기 하수공급부재로 공급하여 주는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오필터 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하수공급부재의 하수탱크는 상기 하수분사부재에 비해 상부에 설치되어 중력에 의해 하수가 하수분사부재로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 바이오필터 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 담체는, 산소 전달이 용이하도록 공극이 70%인 오픈셀부와, 미생물이 단단하게 고정될 수 있는 30%의 클로징 셀부로 구성되며,
    기공 크기는 11 ~ 13ppi, 밀도는 35kg/m3, 재질은 폴리우레탄 폼인 것을 특징으로 하는 바이오필터 시스템.

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WO2019168337A1 (ko) * 2018-02-27 2019-09-06 대가파우더시스템(주) 바이오필터 시스템
KR102086611B1 (ko) * 2019-08-30 2020-03-10 광주과학기술원 온실가스 모니터링장치를 포함하는 온실가스 저감용 필터링 시스템

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