KR101978427B1 - 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템 - Google Patents
축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제 시스템에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 양계사 또는 돈사를 포함한 축사시설로부터 배출되는 배기가스에 포함된 악취 및 분진을 제거에 관한 것이다. 방진망 챔버 내에서 가라앉은 활곡면을 가진 방진망과 상승하는 활곡면을 가진 방진망에 의하여 이루어지는 상승기류처리에 효율성에서 매우 우수한 스크러버를 적용하여서 축산시설 배출가스에 포함된 분진 및 악취처리에 대한 경제성과 효율성을 제고하였다.
Description
본 발명은 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양계사 또는 돈사를 포함한 축사시설로부터 배출되는 배기가스에 포함된 악취 및 분진을 제거하는 시스템에 관한 것이다.
축산의 전업화 및 대규모화에 따른 가축사육두수 증가로 인해 대량으로 발생되는 가축분뇨 처리 문제를 해결하기 위한 목적으로 정부에서는 자연순환농업 활성화를 통한 가축분뇨 자원화를 지속적으로 추진하고 있다. 이러한 자원화 노력의 일환으로 액비유통센터, 공동자원화센터, 경축순환센터 등의 지원사업을 적극적으로 추진한 결과 가축분뇨 자원화율은 ‘12년 기준 88.7% 수준까지 증가하였다. 이와 같이 가축분뇨 자원화율은 꾸준하게 증가하고 있는 반면, 축산분야 악취로 인한 민원은 ‘05년 4,302건에서 ‘13년 9,914건으로 연평균 약 15% 정도 증가하고 있는 실정이다. 2005년 악취방지법 시행 이후, 악취 민원은 꾸준히 증가하는 추세이며, 음식점, 하수, 정화조에 대한 민원이 전체의 약 55%를 차지하며 비규제 대상시설 중에서 규모 미만의 악취배출원 민원은 축산시설이 약 62% 이상을 차지하는 것으로 조사되었다. 환경부는 대규모 가축사육으로 인한 환경용량 초과 및 축산악취관련 민원발생 문제를 해결하기 위한 목적으로 ‘12년「가축분뇨 관리 선진화 종합대책」을 제시하였고 규제 기준을 지속적으로 강화시켜 나가고 있다. 특히 축산악취 관련 문제가 최근 들어 심각하게 대두됨에 따라 정부 규제는 점차 강화될 것으로 예상되고 이에 따른 축산농가의 부담은 가중될 것으로 예상된다. 축산현장에서 발생되는 악취를 저감시킬 수 있는 안정적인 악취제어기술 개발이 미흡하여 지속적으로 증가하고 있는 악취민원을 원천적으로 해소할 수 있는 기반이 조성돼 있지 않다는 것이 가장 심각한 현실적 문제이다.
돈사의 형태는 일반적으로 분뇨처리방식, 환기방식, 사육방식에 따라 구분하는데, 분뇨처리방식의 경우 슬러리 (slurry) 돈사, 스크레이퍼 (scraper) 돈사, 깔개 (bedding-litter) 돈사로 분류된다. 계사의 형태도 사육목적(육용, 산란)과 계사의 시설 형태에 따라 다양한 구조적 특징을 보인다. 우리나라의 무창형 계사는 90년대 초반부터 도입되기 시작하여 산란계사 위주로 시설되었고, 90년대 후반부터 육계사에도 무창계사가 도입되었다. 무창계사의 도입으로 단위면적 당 사육수(산란계 150～200수/평, 육계 50～60수/평)가 급속히 증가하여 환기를 통한 계사환경관리를 하게 되었다. 최대환기로부터 점차적으로 낮추어지는 속도로 조절이 되어야 하므로 터널식환기 한가지만 가지고는 사용할 수 없으므로, 이것을 보완하고자 터널식과 측면배기 크로스식 또는 지붕배기 팬을 이용하여 배기를 하는 것이 일반적이다.
무창계사의 양쪽벽은 지붕과 마찬가지로 단열재를 부착하여 무창계사 내외를 완전 차단하는 계사이다. 개방계사와는 달리 광선과 복사열의 침입을 완전히 차단함으로써 계사내 온도를 계사외 온도보다 2~3℃ 낮출 수 있는 장점이 있다. 무창계사에서는 공기의 흐름을 평준화 할 수 있는 팬시설이 필수적이다. 또한 무창계사 내의 팬 작동으로 닭 주위의 공기는 매초 0.2~0.5m 정도로 움직이고 있어 닭의 체감온도가 3℃정도 낮아진다. 따라서 무창계사는 개방계사보다 내부온도가 약 5℃정도 낮은 것으로 느껴진다. 무창 직립식 케이지의 계사는 면적당 수용수수의 극대화와 노동력을 감할 수 있으며, 추운 겨울에도 내부온도를 20~24℃를 유지하는데 큰 어려움이 없다. 하지만 잠시라도 환기시스템에 문제가 발생한다면 반드시 피해가 발생한다. 대부분의 무창계사는 정전시 자가발전기 고장 등과 같은 비상상황에 대처할 수 있는 구조로 설계되어 있으나, 최악의 환경(높은 외부온도와 습도 및 무풍조건)에서는 몇 십분 내에 계사 내부의 닭들은 모두 폐사할 수 있다.
무창계사의 장점으로서는 1)계사 내 환경조건 조절(단열과 풍속에 의하여 여름철 계사내 온도를 낮게 유지할 수 있음)이 가능하므로 고밀도 사육을 통해 마리수 당 시설비를 줄일 수 있고; 2)최적의 환경조건(영하의 날씨에도 계사내 온도를 18~23℃로 높게 유지할 수 있음)으로 사료섭취량을 감소시켜 계란생산비를 줄일 수 있으며; 3)점등시간을 임의로 조절할 수 있어 사양가의 의도대로 산란시기 조절이 비교적 용이하며; 4)계분의 수분함량을 65～70%로 유지하여 수분조절재 소요량이 적어진다는 점이다. 한편, 무창계사의 단점으로서는 1)초기 투자비용이 많고 전력사용비(계란판매 가격의0.8~1.2%)가 개방계사에 비해 많으며; 2)정전에 대비한 발전시설이 필요하고 계사 내 고밀도 사육에 기인하는 닭털 및 닭비늘 비산 및 먼지 발생율이 높으며; 3)단위 면적당 계사의 건축비가 많이 들어가는 점을 들 수 있다. 국내설치된 환기형태는 터널식, 크로스플로우식, 터보식, 지붕배기방식 환기시스템이 있다.
선행 특허문헌 중에서 첫 번째인 축사 환기장치 및 그를 이용한 공기정화 시스템(10-0952956, 출원일자: 2009.11.19.)은 축사 내부의 온도, 습도, 냄새 및 유해가스를 기준상태로 유지하도록 축사를 환기하는 축사 환기장치 및 그를 이용한 공기정화 시스템에 관한 것으로서, 축사 내부에 설치되는 실내부, 축사 외부에 설치되어 외부로 배출되는 공기의 폐열을 회수하도록 병렬로 배열되는 한 쌍의 열교환기를 구비하는 본체 및 축사의 벽에 삽입되어 상기 실내부와 본체를 연결하는 연결덕트를 포함하고, 상기 실내부는 상기 본체를 통해 공급되는 외부 공기를 축사 내부로 공급하는 급기덕트, 축사 내부의 공기를 외부로 배출하는 배기덕트 및 상기 배기덕트의 전단에 설치되어 축사 내부의 공기를 정화하여 상기 배기덕트에 전달하는 정화부를 구비하는 구성을 마련하는 것이다. 상기와 같은 축사 환기장치 및 그를 이용한 공기정화 시스템을 이용하는 것에 의해, 온도, 습도, 냄새 센서를 이용하여 축사 내부의 온도, 습도, 냄새 및 유해가스를 실시간으로 감지하고, 감지된 데이터를 이용해 축사 내 요구 환기량을 실시간으로 산출하여 환기동작 및 폐열회수 동작을 수행한다.
선행 특허문헌 중에서 두 번째는 계사의 환기와 온도를 자동 조절하는 장치 및 그 방법(특1995-022375, 1995.07.27.)이다. 두 번째 특허는 사육되는 닭의 특성과 계절(온도)변화에 따라 축사내부의 환기량과 냉방 및 난방을 자동으로 제어하여 최적의 생육조건을 제공할 수 있게 한 계사의 환기와 온도를 자동 조절하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 종래에 대량의 닭을 사육하기 위한 계사는 내부의 환기량 및 온도 조절기능이 결여됨으로 인하여 기온이 높은 하절기에는 사육사의 외부에서 전도되는 열기와 사육되는 닭의 체내에서 발생하는 열기등을 제대로 배출시킬 수 없게 되어 닭의 발육이나 활동에 많은 지장이 초래되었는 바, 상기 선행 특허는 계사의 내·외부 온도를 감지하여 설정된 온도치에 따라 계사의 일부분을 개폐하고 환풍팬을 동작시킴으로써, 사육사의 공기를 자연순환 및 강제순환 시켜 선택적으로 실내의 환기량과 온도를 조절하게 되어 생육환경을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
선행 특허문헌 중에서 세 번째는 계사용 환기장치(10-0679508, 2006.03.08.)로서, 육계를 사육하는 계사의 지붕에 복수의 환풍기를 일정간격으로 설치하고 출입구 상측 벽면에 입기창을 구비하여 계사 내외부의 환경에 따라 환풍기를 가동하여 내부 압력으로 입기창이 개폐하도록 함으로써 계사 내부에서 사육되는 육계의 생육조건을 최적으로 유지할 수 있도록 하는 계사용 환기장치에 관한 것이다. 즉, 계사의 지붕 중심부로 복수의 환풍기를 일정거리를 유지하도록 하여 장착하고 복수의 환기창을 계사의 양측 벽체에 구비하여 벽체 외부로 환기창을 필요에 따라 관리자나 사용자가 개폐하도록 하는 보온막을 구비하여 계사 내부의 온도유지와 공기환기가 이루어지도록 하는 계사용 환기장치에 있어서, 계사의 양측 출입문 상부에 공기압에 의해 개폐되는 입기창을 장착하고 출입문 내부에 입기창과 일정한 거리를 유지하면서 입기창의 하단 아래로 구성되어 상부가 개방된 차단막을 장착하여 구성시킨 것을 특징으로 한다.
선행 특허문헌 중에서 네 번째는 축사 공기청정 장치(10-1997-0067603, 1997.12.10.)로서, 축사 내 먼지 및 축체와 부패에서 기인한 악취를 제거하기 위한 축사 공기 청정장치에 관한 것이다. 네 번째 특허인 축사 공기 청정장치는 공기를 흡입하기 위한 흡기통; 전기 흡기통을 통해 공기를 흡입하는 브로와; 전기 브로와에서 흡입된 공기 중의 입경이 큰 먼지를 여과하는 여과포; 전기 여과포를 통과한 공기를 수조내로 내보내는 산기관; 전기 산기관을 통과한 공기 중의 미세먼지 및 수용성 악취를 제거하기 위한 물이 저장되며, 비수용성 악취를 제거하기 위한 다공성매체가 부유되어 있는 수조; 전기 수조를 통하여 나온 공기 중의 수분을 제거하는 엘리미네이터; 전기 엘리미네이터를 통과한 공기 중의 미생물을 살균하는 자외선등; 및, 전기 자외선등을 통과한 공기를 배기하기 위한 배기통을 포함한다.
선행 특허문헌 중에서 다섯 번째는 오염물 제거장치가 구비된 계사(10-0714238, 2005.12.06.)에 관한 것이다. 다섯 번째는 벽체와 지붕으로 소정의 공간을 구획하고, 벽체의 일부에 출입구가 형성되는 계사에 있어서, 상기 공간 내부에 설치된 사육장과, 상기 사육장과 인접하며 벽체 및 지붕에 의해 밀폐되는 방진실, 상기 방진실과 인접하되 계사 내부의 공기를 외부로 배출하는 배기장치가 설치된 배기실을 포함하되, 방진실과 배기실 사이에는 방진막이 설치되는 오염물 제거장치가 구비된 계사에 관한 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제 시스템을 제공하는 것으로, 더욱 상세하게는 양계사 또는 돈사를 포함한 축사시설로부터 배출되는 배기가스에 포함된 악취 및 분진을 제거하는 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 과제의 해결수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템으로서, 양계사 또는 돈사를 포함한 축사시설로부터 배출되는 배기가스에 포함된 악취 및 분진을 제거하는 방제 시스템이 제공된다.
터널식, 크로스플로우식, 터보식, 지붕배기방식 환기시스템에서, 무창계사의 경우는 팬 작동으로 닭 주위의의 공기가 매초 0.2~0.5m 정도로 움직이도록 측벽배기의 경우는 축사의 측벽에, 또는 무창계사 정문에 반대되는 후벽에 복수의 팬을 설치하여 배기를 한다. 산란성계의 겨울철 환기요구량은 1∼1.5 CFM에 불과하지만 여름철 환기요구량은 6∼7 CFM으로서 6만수를 한 동의 무창계사에 사육할 경우 환기요구량은 6만수×7 CFM=420,000 CFM으로서 23,000 CFM(48인치)의 대형 팬 18개가 필요하다. 배기 팬의 설치 간격은 사육수수에 따라 달라지지만 환절기 및 겨울철 계사내 적절한 공기흐름을 유도하기 위해서 배기 팬의 크기는 600 mm 전후가 적당하며, 최소 환기형태이므로 배기 팬 간의 간격은 7 m 이내가 적당하다. 무창계사 측벽에 슬롯(slot)을 통한 입기를 시켜주는 것이 좋고, 무창계사 폭이 10m 이상일 경우에는 양쪽 측벽입기를 해 주어야 한다.
본 발명인 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 팬이 설치된 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 직육면체 또는 기타 다면체의 방진망 챔버(chamber)의 한 면을 가까이 또는 붙여서 설치한다. 본 발명에서 복수의 팬(fan)이 설치된 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대 면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망 챔버의 한 면에 의하여 1차로 배기가스에 포함된 분진 또는 악취제거가 수행된다. 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망의 한 면을 통과한 배기가스 중에서, 도 2와 3에 도시된 바와 같이 가라앉은 활곡면을 가진 방진망에 부딪혀서 바닥으로 향하는 배기가스는 방진망 챔버의 바닥에 부딪혀서 운반하던 분진을 바닥에 남기고 바닥에 수직방향으로 상승하여 방진망 챔버의 천장의 출구로 배출된다. 한편, 도면 2와 도 3에서의 활곡면을 가진 방진망을 통과한 배기가스는, 상승하는 활곡면을 가진 방진망과 부딪히며 분진을 남기고 방진망을 타고 오르거나 방진망를 통과하게 된다. 방진망을 타고 올라간 배기가스는 방진망 챔버의 천장의 출구로 배기된다. 한편 가라앉은 활곡면을 가진 방진망과 상승하는 활곡면을 가진 방진망 사이의 방진망 챔버의 상부에는 스크러버가 설치되고 스프레이노즐에서 액적을 지속적 또는 간헐적으로 분사하여, 분사된 액적과 가라앉은 활곡면을 가진 방진망과 상승하는 활곡면을 가진 방진망사이에서 상승하는 배기가스를 접촉시킨다. 분사 후에 하강하는 액적과 상승하는 배기가스가 접촉하여 배기가스에 남아있는 악취와 분진을 각각 흡수 및 흡착에 의하여 빼앗고, 동시에 가라앉은 활곡면을 가진 방진망와 상승하는 활곡면을 가진 방진망 위에 떨어지며 중력에 의하여 방진망들 위에서 미끄러지며 하강하면서 방진망을 세척한다. 한편 방진망을 통과한 배기가스는, 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망의 한 면에 반대면에 위치한 방진망에 부딪혀서 분진을 바닥에 남기고 악취와 분진이 제거된 배기가스는 방진망을 통과하여 방진망 챔버 밖으로 배출된다. 가라앉은 활곡면을 가진 방진망과 상승하는 활곡면을 가진 방진망의 각각 하단부 일부는 바닥과 접촉하고 있으나, 각각의 하단부 약 5 내지 50 cm는 별도의 방진망으로서 방진망 챔버 내에서 배기가스의 유동흐름을 제어하기 위한 개폐가 가능토록 설계한다. 또한 배기가스가 대기 중으로 배출된 후에 배기가스 내에 포함된 악취발생원 및 분진의 원활한 대기확산을 위하여 배기가스의 자체부력에 의한 상승력이 요구되고, 자체부력을 크게 하기 위해서는 배기가스 온도의 승온이 필요하다. 1 BTU의 열은 50 입방피트의 배기가스를 1℉ 승온시키므로, 필요 시에 열교환기 또는 히터 등을 활용하여 필요한 배기가스의 1~20℉ 승온에 필요한 에너지를 공급한다. 상기 열교환기 또는 히터는 축사 내 보일러 또는 에어컨디션의 냉매압축기에서 열원을 공급받을 수 있다.
본 발명은 축산시설 배출가스에 포함된 분진제거에 경제적 및 제거율 면에서 매우 우수하고, 악취제거에도 매우 경제적인 여과집진법(dry dust filtration)을 사용하는 방진망으로 이루어진 방진망 챔버를 기본으로 한다. 방진망 챔버 내에서 가라앉은 활곡면을 가진 방진망과 상승하는 활곡면을 가진 방진망에 의하여 이루어지는 상승기류처리에 효율성에서 매우 우수한 스크러버(scrubber)를 적용하여서 축산시설 배출가스에 포함된 분진 및 악취처리에 대한 경제성과 효율성을 제고하였다.
이와 같이 본 발명에서는 대규모 축사에서 발생하는 분진 및 악취저감기술로서 여과집진(dry dust filtration)이 우선적으로 적용되었으며, 추가적으로 분진 및 악취제거효율이 높은 습식세정을 통한 잔여 악취 및 분진처리를 통하여 분진 및 악취제거효율을 제고하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템을 둘러싸고 있는 방진망 챔버를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템의 구성요소이며 상기 악취 및 분진 방제시스템을 둘러싸고 있는 방진망 챔버와, 방진망 챔버 내에서 가라앉은 활곡면을 가진 방진망과 상승하는 활곡면을 가진 방진망을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방제시스템에서 방진망 챔버 내부에 설치된 가라앉은 활곡면을 가진 방진망, 상승하는 활곡면을 가진 방진망과 스크러버 시스템에서의 배기가스 흐름을 나타낸 도면이고,
도 4는 방재시스템에 의한 배출악취 및 분진의 제거효율이 0%, 20 및 50% 및 80%인 무창계사 P1에서 153m 떨어진 별개의 리셉터(receptor)에서의 암모니아, 황화수소, PM2.5 및 PM10의 연중의 1시간 평균농도 중에서 최고(1rank) 농도를 나타낸 도면이고,
도 5는 방재시스템에 의한 배출악취 및 분진의 제거효율이 0%, 20, 50 및 80%인 무창계사 P2에서 352m 떨어진 별개의 리셉터(receptor)에서의 암모니아, 황화수소, PM2.5 및 PM10의 연중의 1시간 평균농도 중에서 최고(1rank) 농도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템의 구성요소이며 상기 악취 및 분진 방제시스템을 둘러싸고 있는 방진망 챔버와, 방진망 챔버 내에서 가라앉은 활곡면을 가진 방진망과 상승하는 활곡면을 가진 방진망을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방제시스템에서 방진망 챔버 내부에 설치된 가라앉은 활곡면을 가진 방진망, 상승하는 활곡면을 가진 방진망과 스크러버 시스템에서의 배기가스 흐름을 나타낸 도면이고,
도 4는 방재시스템에 의한 배출악취 및 분진의 제거효율이 0%, 20 및 50% 및 80%인 무창계사 P1에서 153m 떨어진 별개의 리셉터(receptor)에서의 암모니아, 황화수소, PM2.5 및 PM10의 연중의 1시간 평균농도 중에서 최고(1rank) 농도를 나타낸 도면이고,
도 5는 방재시스템에 의한 배출악취 및 분진의 제거효율이 0%, 20, 50 및 80%인 무창계사 P2에서 352m 떨어진 별개의 리셉터(receptor)에서의 암모니아, 황화수소, PM2.5 및 PM10의 연중의 1시간 평균농도 중에서 최고(1rank) 농도를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
터널식, 크로스플로우식, 터보식, 지붕배기방식 환기시스템에서, 무창계사의 경우는 팬 작동으로 닭 주위의의 공기가 매초 0.2~0.5m 정도로 움직이도록 측벽배기의 경우는 축사의 측벽에, 또는 무창계사 정문에 반대되는 후벽에 복수의 팬을 설치하여 배기를 한다. 산란성계의 겨울철 환기요구량은 1∼1.5 CFM에 불과하지만 여름철 환기요구량은 6∼7 CFM으로서 6만수를 한 동의 무창계사에 사육할 경우 환기요구량은 6만수×7 CFM=420,000 CFM으로서 23,000 CFM(48인치)의 대형 팬 18개가 필요하다. 배기 팬의 설치 간격은 사육수수에 따라 달라지지만 환절기 및 겨울철 계사내 적절한 공기흐름을 유도하기 위해서 배기 팬의 크기는 600 mm 전후가 적당하며, 최소 환기형태이므로 배기 팬 간의 간격은 7 m 이내가 적당하다. 무창계사 측벽에 slot을 통한 입기를 시켜주는 것이 좋고, 무창계사 폭이 10m 이상일 경우에는 양쪽 측벽입기를 해 주어야 한다.
본 발명인 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 팬(14)이 설치된 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 직육면체 또는 기타 다면체의 방진망 챔버(1)의 한 면(2)을 가까이 또는 붙여서 설치한다. 본 발명의 일 실시예에서 복수의 팬(14)이 설치된 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망 챔버(1)의 한 면(2)에 의하여 1차로 배기가스에 포함된 분진 또는 악취제거가 수행된다.
상기 방진망 챔버(1)의 방진망은 메쉬 방진망을 포함하는 방진망으로서, 메쉬 방진망의 경우에 망목의 크기는 2 메쉬(mesh)~100 메쉬(mesh)를 선호한다. 상기 방진망의 재질은 리그노셀루로오스, 셀루로오스, 고분자, SUS 와이어, 스테인레스 스틸 또는 기타 재질로 구성되고, 1겹(one layer) 또는 다겹(multi-layer)으로 사용될 수 있다.
축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망 챔버(1)의 한 면(2)을 통과한 배기가스 중에서, 도 2와 3에서 도시된 바와 같이 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)에 부딪혀서 바닥으로 향하는 배기가스(15)는 방진망 챔버(1)의 바닥에 부딪혀서 운반하던 분진을 바닥에 남기고 바닥에 수직방향으로 상승하여 방진망 챔버(1)의 천장의 출구(4)로 배출된다.
상기 방진망(3)은 메쉬 방진망을 포함하는 방진망으로서, 메쉬 방진망의 경우에 망목의 크기는 2 메쉬(mesh)~100 메쉬(mesh)를 선호한다. 상기 방진망(3)의 재질은 리그노셀루로오스, 셀루로오스, 고분자, SUS 와이어, 스테인레스 스틸 또는 기타 재질로 구성되고, 1겹(one layer) 또는 다겹(multi-layer)으로 사용될 수 있다.
한편, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)을 통과한 배기가스는, 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5)과 부딪히며 분진을 남기고 방진망(5)을 타고 오르거나 방진망(5)을 통과하게 된다. 상기 방진망(5)은 메쉬 방진망을 포함하는 방진망으로서, 메쉬 방진망의 경우에 망목의 크기는 2 메쉬(mesh)~100 메쉬(mesh)를 선호한다. 상기 방진망(5)의 재질은 리그노셀루로오스, 셀루로오스, 고분자, SUS 와이어, 스테인레스 스틸 또는 기타 재질로 구성되고, 1겹(one layer) 또는 다겹(multi-layer)으로 사용될 수 있다.
방진망(5)을 타고 올라간 배기가스(16)는 방진망 챔버(1)의 천장의 출구(6)로 배기된다. 한편 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)과 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5) 사이의 방진망 챔버(1)의 상부에는 펌프(13) 또는 수조가 연결된 스크러버(7)가 설치되고 스프레이 노즐(8)에서 액적(9)을 지속적 또는 간헐적으로 분사하여, 분사된 액적(9)과, 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)과 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5) 사이에서 상승하는 배기가스가 접촉되도록 한다.
분사 후에 하강하는 액적(9)이 상승하는 배기가스가 접촉하여 배기가스에 남아있는 악취와 분진을 각각 흡수 및 흡착에 의하여 빼앗고, 동시에 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)과 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5) 위에 떨어지며 중력에 의하여 방진망들 위에서 미끄러지며 하강하면서 방진망(3)과 방진망(5)을 세척한다.
한편, 방진망(5)을 통과한 배기가스는, 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망 챔버(1)의 한 면(2)에 반대면에 위치한 방진망(10)에 부딪혀서 분진을 바닥에 남기고 악취와 분진이 제거된 배기가스(17)는 방진망(10)을 통과하여 방진망 챔버(1) 밖으로 배출된다. 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)과 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5)의 각각 하단부는 바닥과 접촉하고 있으나, 각각의 하단부 약 5 내지 50 cm에서는 별도의 방진망(11)이 방진망 챔버(1) 내에서 배기가스의 유동흐름을 제어하기 위한 개폐가 가능토록 설계한다.
또한 배기가스가 대기 중으로 배출된 후에 배기가스 내에 포함된 악취발생원 및 분진의 원활한 대기확산을 위하여 배기가스의 자체부력에 의한 상승력이 요구되고, 자체부력을 크게 하기 위해서는 배기가스 온도를 승온이 필요하다. 1BTU의 열은 50입방피트의 배기가스를 1℉ 승온시키므로, 필요 시에 열교환기 또는 히터(12) 등을 활용하여 필요한 배기가스의 1~20℉ 만큼 승온에 필요한 에너지를 공급한다. 상기 열교환기 또는 히터(12)는 축사 내 보일러 또는 에어컨디션의 냉매압축기에서 열원을 공급받을 수 있다.
축종 및 사육두수에 따라서 본 발명인 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템의 규모가 다르므로, 상기 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템의 각 치수는 실시예에서 다루기로 한다.
이하에서는, 본 발명의 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템을 대규모 양계사에 적용한 구체적인 실시예를 제시한다.
실시예 1
무창계사 P1 및 P2 배출가스의 방제효율에 따른 이산형 리셉터(discrete receptor)에서의 1RANK 농도추이 및 본 발명의 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템 구성요소 적용
무창계사 P1(산란계 210,000수) 및 무창계사 P2(산란계 180,000수)를 각각 체적원(volume source)로 간주하여 각 배출원의 방출비율(emission rate)를 100%(방지설비 없음), 80%(20% 제거율), 50%(50% 제거율) 및 20%(80% 제거율)로 설정하였을 때에 각각 CALPUFF 모델링을 수행하여 P1 및 P2 각각의 이산형 리셉터(discrete receptor)(P1 및 P2에서 각각 153m와 352m의 거리)에서의 각 오염원 농도를 도 4 및 5와 같이 예측하였다.
CALPUFF모델링 결과로서 P1 및 P2의 각각의 이산형 리셉터(P1 및 P2에서 각각 153m와 352m의 거리)에서 각각의 1RANK 농도를 악취방지법의 부지경계기준으로 제어할 경우에;
1) 암모니아 경우: P1에서는 악취배출 방지장치의 제거효율이 약 80% 이상; P2에서는 악취배출 방지장치의 약 80%의 제거효율이 필요하고;
2) 황화수소 경우: P1에서는 악취배출 방지장치의 제거효율이 약 20%이상 50%미만; P2에서는 부지경계기준에 거의 도달하며;
3) PM2.5 경우: P1 및 P2 모두에서 대기환경법기준을 충족하며;
4) PM10 경우: P1에서 분진배출 방지장치의 약 80% 이상; P2에서는 분진배출 방지장치의 약 50%이상 80% 미만의 제거효율이 필요하였다.
P1 및 P2의 악취 및 분진방재에 대한 해결방안으로서:
1) 무창계사 P1에서 암모니아 제거효율 80% 이상, 황화수소 제거효율 약 20%이상 50%미만인 악취제거장치와 PM10의 약 80% 이상의 제거효율을 갖는 분진제거장치가 요구되었다. P1이 본 발명의 구성요소인 2중 방진망(여과집진법-dry filtration)만을 설치한 경우에, 여과집진의 악취제거효율을 30%로 간주하고 2중이므로 악취제거율은 (0.3+0.7x0.3)x100%로서 51%이었다. 한편 여과집진의 분진제거효율을 60%로 간주하였을 때에 2중이므로 분진제거율은 (0.6+0.4x0.6)x100%로서 84%이었다. 따라서 P1에서 분진제어는 성공적이나, 추가적 악취제어가 필요하여 본 발명의 또다른 구성요소인 스크러버 운전으로 추가적 악취제어를 수행하였다;
2)무창계사 P2에서는 암모니아 제거효율 약 80%의 악취제거장치와 PM10의 약 50%이상 80% 미만의 제거효율을 갖는 분진제거장치가 요구되었다. P2는 본 발명의 구성요소인 1중 방진망(여과집진법-dry filtration)을 설치한 경우에, 여과집진의 악취제거효율을 30%로 간주하였을 때에 1중이므로 악취제거율은 30%이었다. 한편 여과집진의 분진제거효율을 60%로 간주하였을 때에 1중이므로 분진제거율은 60%이었다. 따라서 P2에서 분진제어는 다소 부족하고, 악취제어가 절대적으로 필요하여 본 발명의 구성요소인 추가 방진망 및 본 발명의 또다른 구성요소인 스크러버 운전 등으로 추가적 악취 및 분진제어를 수행하였다.
축산악취 관련 문제가 최근 들어 심각하게 대두됨에 따라 정부 규제는 점차 강화될 것으로 예상되어 축산 악취 및 분진방재에 대한 커다란 수요가 생성되리라 예상된다. 그러나 축산현장에서 발생되는 악취를 저감시킬 수 있는 안정적인 악취제어기술 개발이 미흡하여 지속적으로 증가하고 있는 악취민원을 원천적으로 해소할 수 있는 기반이 조성돼 있지 않다는 것이 가장 심각한 현실적 문제이다. 이러한 사회적 환경추세에서 본 발명은 축산시설 배출가스에 포함된 분진 및 악취처리에 대한 경제성과 효율성을 제고하였다. 따라서 본 발명은 예상되는 커다란 수요를 충족시키고, 산업상 이용가능성이 매우 크다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1: 직육면체 또는 기타 다면체의 방진망 챔버
2: 복수의 팬이 설치된 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망 챔버의 한 면
3: 가라앉은 활곡면을 가진 방진망
4: 방진망 챔버의 천장의 출구
5: 상승하는 활곡면을 가진 방진망
6: 방진망 챔버의 천장의 출구
7: 스크러버
8: 스프레이 노즐
9: 액적
10: 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망 챔버의 한 면의 반대면에 위치한 방진망
11: 별도의 방진망
12: 열교환기 또는 히터
13: 펌프
14: 배기팬
15: 가라앉은 활곡면을 가진 방진망에 부딪혀서 바닥으로 향하여 방진망 챔버의 바닥에 부딪혀서 운반하던 분진을 바닥에 남기고 바닥에 수직방향으로 상승하여 방진망 챔버의 천장의 출구로 배출되는 배기가스
16: 상승하는 활곡면을 가진 방진망을 타고 올라간 배기가스
17: 방진망에 부딪혀서 분진을 바닥에 남기고 악취와 분진이 제거되고 방진망을 통과하여 방진망 챔버 밖으로 배출되는 배기가스
2: 복수의 팬이 설치된 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망 챔버의 한 면
3: 가라앉은 활곡면을 가진 방진망
4: 방진망 챔버의 천장의 출구
5: 상승하는 활곡면을 가진 방진망
6: 방진망 챔버의 천장의 출구
7: 스크러버
8: 스프레이 노즐
9: 액적
10: 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망 챔버의 한 면의 반대면에 위치한 방진망
11: 별도의 방진망
12: 열교환기 또는 히터
13: 펌프
14: 배기팬
15: 가라앉은 활곡면을 가진 방진망에 부딪혀서 바닥으로 향하여 방진망 챔버의 바닥에 부딪혀서 운반하던 분진을 바닥에 남기고 바닥에 수직방향으로 상승하여 방진망 챔버의 천장의 출구로 배출되는 배기가스
16: 상승하는 활곡면을 가진 방진망을 타고 올라간 배기가스
17: 방진망에 부딪혀서 분진을 바닥에 남기고 악취와 분진이 제거되고 방진망을 통과하여 방진망 챔버 밖으로 배출되는 배기가스
Claims (14)
- 복수의 팬(14)이 설치된 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에, 한 면(2)을 가까이 또는 붙여서 설치한 직육면체 또는 기타 다면체의 방진망 챔버(1)를 포함하며,
상기 복수의 팬(14)이 설치된 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망 챔버(1)의 한 면(2)에 의하여 1차로 배기가스에 포함된 분진 또는 악취제거가 수행되고;
상기 방진망의 한 면(2)을 통과한 배기가스 중에서, 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)에 부딪혀서 바닥으로 향하는 배기가스(15)는 방진망 챔버의 바닥에 부딪혀서 운반하던 분진을 바닥에 남기고 바닥에 수직방향으로 상승하여 방진망 챔버의 천장의 출구(4)로 배출되며,
상기 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)과 상기 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5) 각각 하단부는 바닥과 접촉하며,
상기 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)과 상기 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5) 각각의 하단부 일부는, 상기 방진망 챔버(1) 내에서 배기가스의 유동흐름을 제어하기 위해서 개폐가 가능토록 별도로 부착된 방진망(11)인 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 방진망의 한 면(2)을 통과한 배기가스 중에서 상기 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)을 통과한 배기가스는, 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5)과 부딪히며 분진을 남기고 상기 방진망(5)을 타고 오르거나 상기 방진망(5)을 통과하고;
상기 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5)을 타고 올라간 배기가스(16)는 방진망 챔버의 천장의 출구(6)로 배기되는 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)과 상기 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5) 사이의 방진망 챔버(1)의 상부에는 스크러버(7)가 설치되고,
액적(9)이 지속적 또는 간헐적으로 분사되어, 상기 분사된 액적(9)과, 상기 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)과 상기 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5) 사이에서 상기 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)을 통과한 상기 배기가스와 상기 방진망(5)을 타고 오르는 상기 배기가스(16)가 접촉되는 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 3항에 있어서,
상기 분사된 액적(9)이 하강하면서 상기 배기가스와 접촉하여 상기 배기가스에 남아있는 악취와 분진을 각각 흡수 및 흡착에 의하여 빼앗고,
상기 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)과 상기 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5) 위에 떨어지며 중력에 의하여 상기 방진망들 위에서 미끄러져 하강하면서 상기 방진망(3)과 상기 방진망(5)을 세척하는 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 4항에 있어서,
상기 방진망(5)을 통과한 배기가스(17)는, 축사시설 배기 측벽 또는 정문의 반대면인 후방벽에 가까이 또는 붙여서 설치된 방진망 챔버(1)의 한 면(2)의 반대편에 위치한 방진망(10)에 부딪혀서 분진을 바닥에 남기고,
상기 악취와 분진이 제거된 배기가스는 상기 방진망(10)을 통과하여 상기 방진망 챔버(1) 밖으로 배출되는 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 각각의 하단부 일부로서 상기 별도로 부착된 방진망(11)은 상기 가라앉은 활곡면을 가진 방진망(3)과 상기 상승하는 활곡면을 가진 방진망(5) 각각의 바닥에 접하는 하단부 바닥부터 5 내지 50 cm 위에 위치되는 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 5항에 있어서,
상기 방진망(5)과 상기 방진망(10) 사이에 열교환기 또는 히터(12)가 설치되어, 상기 방진망(5)을 통과한 배기가스가 상기 열교환기 또는 히터(12)와 접촉하게 되고, 승온된 후에 상기 방진망(10)을 통과하여 상기 방진망 챔버 밖으로 배출되는 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 열교환기 또는 히터(12)와 접촉되어 승온되는 배기가스의 온도는 1~20℉ 만큼 승온되는 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 열교환기 또는 히터(12)는 축사 내 보일러 또는 에어컨디션의 냉매압축기에서 열원을 공급받는 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 8항 또는 제 10항에 있어서,
상기 열교환기 또는 히터(12)는 상기 방진망(5)을 타고 오르는 배기가스(16)를 승온시켜서 배기가스의 자체부력에 의한 상승력을 제공하는 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 11항에 있어서,
상기 배기가스(16)를 승온시킨 온도는 1~20℉인 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 방진망(3)은 메쉬 방진망으로서, 망목의 크기는 2 메쉬(mesh)~100 메쉬(mesh)이고, 1겹(one layer) 또는 다겹(multi-layer)인 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 방진망(5)은 메쉬 방진망으로서, 망목의 크기는 2 메쉬(mesh)~100 메쉬(mesh)이고, 1겹(one layer) 또는 다겹(multi-layer)인 것을 특징으로 하는 축사시설 배출가스의 악취 및 분진 방제시스템.
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