KR101987233B1 - 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치와 이를 이용한 탈황방법 - Google Patents

레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치와 이를 이용한 탈황방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치와 이를 이용한 탈황방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 황산화미생물과 수산화나트륨을 이용하여 바이오가스 중의 황화수소를 효과적으로 제거함과 동시에 황화수소로부터 수산화나트륨을 생성시킴으로써 수산화나트륨의 계속적인 순환이 가능한 바이오가스 탈황장치와 이를 이용한 탈황방법에 관한 것이다.
본 발명의 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치는 바이오가스가 유입되는 스크러버와, 수산화나트륨을 함유하는 공정수를 상기 스크러버 내부로 분사하여 상기 바이오가스 중의 황화수소와 공정수를 접촉시켜 상기 황화수소를 황화수소나트륨으로 생성시키는 공정수분사수단과, 공정수분사수단에 의해 상기 스크러버 내부로 분사된 공정수가 상기 황화수소나트륨과 함께 유입되어 저장되는 순환탱크와, 순환탱크로부터 유입되는 공정수 중의 황화수소나트륨을 수산화나트륨으로 전환시켜 상기 공정수분사수단으로 공정수를 공급하는 재생수단을 구비한다.

Description

레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치와 이를 이용한 탈황방법{desulfurization apparatus of redox cycle type and method of bio gas}
본 발명은 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치와 이를 이용한 탈황방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 황산화미생물(Thiobacillus sp.IW 등)과 수산화나트륨을 이용하여 바이오가스 중의 황화수소를 효과적으로 제거함과 동시에 황화수소로부터 수산화나트륨을 생성시킴으로써 수산화나트륨의 계속적인 순환이 가능한 바이오가스 탈황장치와 이를 이용한 탈황방법에 관한 것이다.
산업이 고도화되고 인간생활이 윤택해지면서 가축분뇨와 음식물 폐기물과 같은 고농도 유기성 폐기물의 처리문제가 심각하게 대두되고 있고, 이러한 처리를 위해 혐기 발효를 통한 에너지원의 확보를 실행하고 있다.
혐기 발효에 의한 메탄가스 생산기술은 이미 유럽, 일본 등지에서는 정착 보급된 기술로서, 고농도 유기성폐기물(가축분뇨, 음식물 쓰레기, 농업부산물 등)의 처리라는 환경적 기능뿐만 아니라 바이오가스 등의 대체 에너지 생산 기능 및 발효된 유기성 폐기물의 농지환원을 통한 자연 순환적 기능을 동시에 달성할 수 있는 기술이다.
바이오가스는 메탄 함유량이 높아 훌륭한 에너지원이 될 수 있다. 따라서 적정한 수준의 정제 과정만 거치면 바이오가스는 천연가스를 사용하고 있는 모든 수요처에서 사용이 가능하다. 예를 들어 바이오가스는 가온 및 난방, 발전의 연료로 사용하거나 정제를 통해 도시가스, 차량용 연료로 사용이 가능하다.
그러나, 혐기성 발효를 통해 발생되는 바이오가스 중에는 유용한 메탄가스 이외에 황화수소(H2S)가 함유되어 있다. 이러한 황화수소에 인체가 노출될 경우에는 생명에 치명적인 영향을 끼칠 뿐만 아니라 열병합 발전 등의 바이오가스 활용 과정에 있어서 아황산가스 및 황산으로 변환되어 보일러, 엔진 실린더 및 배기관을 부식시키는 등 설비에 악영향을 끼치게 된다.
따라서 종래의 음식물, 가축분뇨, 하수슬러지 등 유기성폐기물을 혐기성 소화시 발생하는 바이오가스 중의 황화수소를 제거하기 위한 방법으로 흡착제를 이용하여 흡착제거하는 건식탈황방법이나 미생물을 이용한 바이오탈황법, 가성소다를 이용하여 중화제거하는 습식탈황방법을 사용하고 있다.
건식탈황방법은 경제성 면에서 경쟁력이 떨어지고 고효율을 일정하게 유지할 수 없다는 단점이 있다.
그리고 바이오탈황법으로 대한민국 등록특허 제10-1017555호에 황산화균을 이용한 바이오가스 탈황시스템이 개시되어 있다. 이는 바이오가스를 공급받아 황산화균과 접촉시켜 황화수소를 제거하는 시스템이나 미생물의 생육속도가 늦고, 고농도의 황화수소가 공급이 되면 미생물의 활성도가 낮아져 탈황성능이 저하되는 단점이 있다.
습식탈황법은 대용량가스처리, 저농도 이산화탄소(CO2) 유지, 빠른 반응속도, 처리효율 조절가능 등의 여러 가지 장점이 있는 반면, 장기 운전시 성능저하 및 약품처리비용의 과다, 화학반응시 생성되는 황화나트륨(Na2S)의 분해로 황화수소로 환원되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1017555호: 황산화균을 이용한 바이오가스 탈황시스템
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 황산화미생물과 수산화나트륨을 함께 이용하여 바이오가스 중의 황화수소를 효과적으로 제거할 수 있는 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치와 이를 이용한 탈황방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수산화나트륨이 함유된 공정수의 pH를 8~9로 유지하여 황화수소 제거과정에서 수산화나트륨의 환원에 의해 황화수소나트륨이 생성되도록 유도하고, 생성된 황화수소나트륨을 산화에 의해 수산화나트륨을 수득함으로써 수산화나트륨의 계속적인 순환이 가능하여 약품처리비용을 크게 절감할 수 있는 레독스 사이클 방식의 탈황장치와 이를 이용한 탈황방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치는 바이오가스가 유입되는 스크러버와; 수산화나트륨을 함유하는 공정수를 상기 스크러버 내부로 분사하여 상기 바이오가스 중의 황화수소와 공정수를 접촉시켜 상기 황화수소를 황화수소나트륨으로 생성시키는 공정수분사수단과; 상기 공정수분사수단에 의해 상기 스크러버 내부로 분사된 공정수가 상기 황화수소나트륨과 함께 유입되어 저장되는 순환탱크와; 상기 순환탱크로부터 유입되는 공정수 중의 황화수소나트륨을 수산화나트륨으로 전환시켜 상기 공정수분사수단으로 공정수를 공급하는 재생수단;을 구비한다.
상기 재생수단은 상기 순환탱크와 연결되어 상기 순환탱크에 저장된 공정수가 유입되는 반응조와, 상기 반응조에 투입되는 황산화미생물과, 상기 반응조로 유입된 공정수 중의 황화수소나트륨을 산화시키기 위해 상기 반응조의 내부로 공기를 공급하는 폭기부와, 상기 반응조에 수산화나트륨을 보충하기 위한 수산화나트륨보충탱크와, 상기 반응조에 상기 황산화미생물의 영양분을 보충하기 위한 영양염보충탱크를 구비한다.
상기 재생수단은 상기 반응조에서 생성된 황 입자를 제거하기 위한 황입자제거부를 더 구비하고, 상기 황입자제거부는 상기 반응조와 연결되어 상기 반응조로부터 유입되는 공정수 중의 황 입자를 하부로 침전시키는 침전조와, 상기 침전조와 연결되어 상기 침전조의 하부에 모인 하층액을 여과하여 황 입자를 분리하는 여과기를 구비한다.
상기 재생수단은 상기 반응조의 내부에 설치되어 상기 폭기부에 의해 형성된 공정수의 흐름을 간섭하는 간섭부를 더 구비한다.
상기 간섭부는 상기 반응조의 내부에 경사지게 설치되며 가장자리가 상기 반응조의 내측면과 이격된 틸팅플레이트와, 상기 반응조에 결합되어 상기 틸팅플레이트를 지지하는 지지프레임을 구비한다.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황방법은 분사노즐을 통해 수산화나트륨을 함유하는 공정수를 바이오가스가 유입되는 스크러버 내부로 분사하여 상기 바이오가스 중의 황화수소와 수산화나트륨의 반응에 의해 황화수소나트륨을 생성을 유도하는 분사단계와; 상기 스크러버를 통과한 상기 공정수 중의 황화수소나트륨을 황산화미생물과 공기에 의해 수산화나트륨으로 생성시키는 재생단계와; 상기 재생단계에서 생성된 수산화나트륨이 함유된 공정수를 상기 분사노즐로 공급하는 순환단계;를 포함하고, 상기 분사단계는 상기 공정수의 pH를 8~9로 유지시킨 상태에서 상기 스크러버 내부로 분사한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 수산화나트륨과 황산화미생물을 함께 이용함으로써 종래의 바이오탈황법과 습식탈황법의 문제점을 개선하여 바이오가스 중의 황화수소를 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 수산화나트륨이 함유된 공정수의 pH를 8~9로 유지하여 황화수소의 제거과정에서 황화수소나트륨이 생성되도록 유도하고, 생성된 황화수소나트륨을 산화시켜 수산화나트륨을 수득함으로써 수산화나트륨의 계속적인 순환이 가능하여 처리비용을 크게 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 바이오 탈황장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 본 발명의 다른 예에 따른 바이오 탈황장치에 적용되는 요부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치와 이를 이용한 탈황방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명은 수산화나트륨을 이용하여 바이오가스 중의 황화수소를 제거하고, 황산화미생물과 산소를 이용하여 황화수소의 제거과정에서 환원반응에 의해 생성된 황화수소나트륨을 산화반응에 의해 수산화나트륨으로 생성시키고, 이때 생성된 수산화나트륨은 다시 황화수소 제거용으로 사용함으로써 수산화나트륨의 소비 및 생산이 반복적으로 이루어지는 시스템으로 운영된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치는 바이오가스가 유입되는 스크러버(10)와, 수산화나트륨을 함유하는 공정수를 스크러버(10) 내부로 분사하여 황화수소를 제거하는 공정수분사수단과, 공정수분사수단에 의해 스크러버(10) 내부로 분사된 공정수가 유입되어 저장되는 순환탱크(20)와, 순환탱크(20)로부터 유입되는 공정수 중의 황화수소나트륨을 수산화나트륨으로 변화시켜 공정수분사수단으로 공정수를 공급하는 재생수단을 구비한다.
스크러버(10)로 황화수소(H2S)를 함유하는 바이오가스가 유입된다.
스크러버(10)는 바이오가스 생산시설과 연결될 수 있다. 바이오가스 생산시설은 음식물, 가축분뇨, 하수슬러지 등 유기성폐기물을 혐기성 소화를 통해 바이오가스를 생산한다.
도시되지 않았지만 스크러버(10)로 유입되는 바이오가스 중의 이물질을 처리하기 위한 전처리부가 설치될 수 있다. 이물질로 먼지, 유분, 수분 등을 들 수 있다. 바이오가스 중에 포함된 이물질을 제거하지 않으면 장치의 노즐이 막히고 과량의 수분 유입에 따라 공정수가 희석되므로 전처리부를 통해 먼지, 유분, 수분 등과 같은 이물질을 제거할 필요가 있다.
스크러버(10)는 하부에 바이오가스가 유입되는 유입구(11)가 형성되고, 상부에 바이오가스가 배출되는 배출구(13)가 형성된다. 유입구(11)에는 바이오가스유입관(1)이 연결된다. 바이오가스유입관(1)을 통해 황화수소를 함유한 바이오가스가 스크러버(10) 내부로 유입된다. 스크러버(10) 내부로 유입된 바이오가스는 스크러버 내부에서 상부로 이동하여 배출구(13)를 통해 외부로 배출된다.
스크러버(10)의 내부에는 충진층(15)이 하나 이상 설치된다. 충진층은 공극률과 비표면적이 큰 충진물이 충진된 구조로서, 충진물로 폴링(pall ring), 라슁링(rashing ring) 등을 이용한다. 또한, 스크러버(10)의 내부에는 바이오가스 중의 수분을 제거하기 위한 데미스터(Demister)가 설치될 수 있다.
공정수분사수단은 공정수를 스크러버(10) 내부로 분사하여 바이오가스와 공정수를 접촉시켜 바이오가스 중의 황화수소를 제거한다.
공정수분사수단은 후술할 반응조(30)와 연결되는 공정수공급관(31)과, 공정수공급관(31)에 설치되는 순환펌프(33)와, 공정수공급관(31)에서 다수로 분기되는 분기관들(35)과, 분기관들(35)과 연결되어 스크러버(10) 내부에 설치되는 분사노즐들(미도시)로 이루어진다.
반응조(30)에 저장된 공정수는 순환펌프(33)에 의해 펌핑되어 분사노즐로 공급된다. 반응조에 저장된 공정수는 황산화미생물이 혼입된 수산화나트륨 용액이다. 수산화나트륨 용액은 물에 수산화나트륨(NaOH)을 용해시킨 것으로서, 농도 20~45%(w/w)의 수용액일 수 있다.
분사노즐을 통해 스크러버(10) 내부로 분사되는 공정수는 바이오가스와 접촉하고, 이 과정에서 바이오가스에 함유된 황화수소가 제거된다. 수산화나트륨에 의한 황화수소의 제거기작은 아래의 화학식과 같다. 이때 수산화나트륨은 환원되어 황화수소나트륨이 된다.
H2S + NaOH → NaHS + H2O
수산화나트륨이 황화수소와 반응하여 황화수소나트륨(NaHS)을 생성하기 위해서는 스크러버(10)의 내부로 분사되는 공정수의 pH가 8~9인 상태로 유지되어야 한다. 따라서 본 발명은 반응조(30)에 저장된 공정수를 pH 8~9인 상태로 조절한 후 스크러버(10) 내부로 분사한다.
스크러버의 내부로 분사되는 공정수의 pH가 8~9인 상태로 유지되지 않으면 수산화나트륨과 황화수소와 반응시 황화수소나트륨이 생성되지 않고 아래와 같이 황화나트륨(Na2S)이 생성된다.
H2S + 2NaOH → Na2S+2H2O
본 발명은 스크러버의 내부에서 공정수의 pH를 8~9인 상태로 유지한 상태로 바이오가스와 접촉시킴으로써 수산화나트륨과 황화수소의 반응에 의해 황화수소나트륨을 생성시킬 수 있다. 이때 생성된 황화수소나트륨은 재생수단을 통해 다시 수산화나트륨으로 전환시킬 수 있다.
순환탱크(20)는 스크러버(10)의 하부에 설치된다. 순환탱크(20)의 내부공간과 스크러버(10)의 내부공간은 연통된다. 따라서 스크러버(10)의 내부로 분사되어 바이오가스와 접촉된 공정수는 아래로 흘러 순환탱크(20)로 유입되어 저장된다.
순환탱크(20)로 유입되는 공정수에는 미반응 수산화나트륨과 함께 황화수소의 제거과정에서 생성된 황화수소나트륨이 함유된다. 황화수소나트륨은 공정수에 용해된 상태로 순환탱크(20)로 유입된다.
순환탱크(20)의 일측에는 드레인관(21)이 설치되고, 타측에는 연결관(25)이 설치된다. 연결관(25)은 반응조(30)와 연결되어 순환탱크(20)에 저장된 공정수가 반응조(30)로 유입될 수 있도록 한다. 도시되지 않았지만 연결관(25)에는 펌프와 밸브가 설치될 수 있음은 물론이다.
재생수단은 순환탱크(20)로부터 유입되는 공정수 중의 황화수소나트륨을 수산화나트륨으로 변화시켜 공정수분사수단으로 공정수를 공급하는 역할을 한다.
재생수단의 일 예로 순환탱크(20)와 연결되는 반응조(30)와, 반응조(30)에 투입되는 황산화미생물과, 반응조(30)로 유입된 공정수 중의 황화수소나트륨을 산화시키기 위해 반응조(30)의 내부로 공기를 공급하는 폭기부와, 반응조(30)에 수산화나트륨을 보충하기 위한 수산화나트륨보충탱크(40)와, 반응조(30)에 황산화미생물의 영양분을 보충하기 위한 영양염보충탱크(45)를 구비한다.
반응조(30)는 원통형으로 형성되며, 상부에는 공기가 배출될 수 있도록 에어벤트가 설치된다. 반응조(30)는 순환탱크(20)와 연결관(25)으로 연결된다. 연결관(25)을 통해 순환탱크(20)에서 반응조(30)로 공정수가 유입된다. 그리고 반응조(30)에 저장된 공정수가 스크러버(10) 내부로 공급될 수 있도록 반응조(30)는 공정수공급관(31)과 연결된다.
반응조(30)에는 pH센서가 설치되고, 이를 통해 감지된 공정수의 pH 값에 의해 수산화나트륨보충탱크(40)에 저장된 수산화나트륨 용액이 적정량 반응조(30)로 보충될 수 있다.
반응조(10)에는 황산화미생물이 투입된다. 황산화미생물은 배양액 형태로 반응조(30)에 투입될 수 있다. 배양액은 액체배지에 황산화미생물을 접종하여 통상적인 방법으로 배양시켜 얻을 수 있다.
황산화미생물로 공지의 티오바실러스(Thiobacillus) 세균을 이용할 수 있다. 티오바실러스 세균은 우수한 황산화 및 황전환 성능으로 황화수소나트륨을 수산화나트륨으로 전환시키는데 유용하다. 특히, 티오바실러스 세균으로 Thiobacillus sp.IW를 이용할 수 있다.
폭기부는 반응조(30) 내부로 공기를 공급하는 역할을 한다.
폭기부는 블로워(50)와, 블로워(50)와 연결되어 반응조(30)의 하부에 설치되는 산기관(55)으로 이루어진다. 블로워(50)가 작동하면 산기관(55)을 통해 공기가 반응조(30) 내부로 공급된다.
폭기부는 반응조의 내부로 공기를 공급함과 동시에 반응조에 저장된 공정수에 흐름을 형성하여 공정수를 교반하는 역할도 한다. 이에 따라 공정수 중의 황화수소나트륨과 산소와 접촉률을 높일 수 있다.
반응조(30) 내부의 공정수 중에 함유된 황화수소나트륨은 황산화미생물과 산소에 의해 아래의 화학식과 같이 반응하여 황 입자와 수산화나트륨을 생성한다. 이때 황화수소나트륨은 산화되어 수산화나트륨이 된다.
NaHS + 1/2O2 → S0 + NaOH
수산화나트륨보충탱크(40)는 반응조(30)에 수산화나트륨을 보충하기 위해 설치된다. 수산화나트륨보충탱크(40)와 반응조(30)는 제 1보충관(41)으로 연결된다. 제 1보충관(41)에는 펌프와 밸브가 설치될 수 있다. 수산화나트륨 보충을 통해 반응조(30)에 저장된 공정수의 pH를 8~9로 조절할 수 있다. 수산화나트륨보충탱크(40)에는 수산화나트륨 용액이 저장된다. 수산화나트륨 용액은 농도 20~45%(w/w)의 수용액일 수 있다.
영양염보충탱크(45)는 반응조(30)에 황산화미생물의 영양분을 보충하기 위해 설치된다. 영양염보충탱크(45)와 반응조(30)는 제 2보충관(46)으로 연결된다. 제 2보충관(46)에는 펌프와 밸브가 설치된다. 영양염보충탱크에는 미생물 영양액이 저장된다.
일 예로 미생물 영양액은 증류수 1ℓ당 NaNO2 1.971g, (NH4)2SO4 1.414g, NaHCO3 1.050g, KH2PO4 0.052g, CaCl2 ·2H2O 0.300g, MgSO4·7H2O 0.2000g을 함유할 수 있다. 또한, 다른 예로 미생물 영양액은 증류수 1ℓ당 EDTA-2Na·2H2O 6.038g, ZnSO4·7H2O 0.707g, CoCl2·6H2O 1.6g, MnCl2·4H2O 5.1g, CuSO4·5H2O 1.6g, (NH4)6Mo7O24·4H2O 1.1g, CaCl2·2H2O 5.5g, FeSO4·7H2O 5.0g, NaOH 0.2g을 함유할 수 있다.
반응조(30)에 미생물 농도센서가 설치되고, 이를 통해 감지된 공정수의 미생물 농도 값에 의해 영양염보충탱크(45)에 저장된 영양액이 적정량 반응조(45)로 보충될 수 있다.
도시된 재생수단은 반응조(30)에서 생성된 황 입자를 제거하기 위한 황입자제거부를 더 구비한다.
반응조(30)에서 황화수소나트륨이 황산화미생물과 산소에 의해 수산화나트륨으로 전환될 때 고체 상태의 황( S0 ) 입자가 함께 형성된다. 따라서 공정수 중의 황입자를 제거할 필요가 있다.
황입자제거부는 반응조(30)와 연결되어 반응조(30)로부터 유입되는 공정수 중의 황 입자를 하부로 침전시키는 침전조(60)와, 침전조(60)와 연결되어 침전조(60)의 하부에 모인 하층액을 여과하여 황 입자를 분리하는 여과기(70)를 구비한다.
침전조(60)는 하부가 좁게 형성된다. 침전조(60)와 반응조(30)는 공정수배출관(61)으로 연결되다. 공정수배출관(61)에는 펌프와 밸브가 설치될 수 있다. 공정수배출관(61)을 통해 반응조의 공정수가 침전조의 내부로 유입된다.
침전조(60)로 유입된 공정수는 일정시간 동안 정치시키면 비중이 큰 황 입자는 침전조(60)의 하부로 침전되어 쌓인다. 침전조(60)의 상층액은 공정수회수관(63)을 통해 다시 반응조(30)로 이송된다. 공정수회수관(63)에는 펌프와 밸브가 설치될 수 있다.
침전조(60)의 하부에 모인 하층액은 여과기로 이송시켜 고액분리한다. 침전조와 여과기는 하층액배출관(65)으로 연결된다.
여과기(70)로 필터프레스, 벨트프레스, 원심분리기, 탈수기 등 고액분리장치를 이용할 수 있다. 여과기(70)에서 걸러진 황 입자는 수거되고, 여과기(70)를 통과한 여액은 반응조(30)로 다시 유입된다.
한편, 재생수단은 간섭부를 더 구비할 수 있다.
도 2를 참조하면, 간섭부는 반응조(30)의 내부에 설치되어 폭기부에 의해 형성된 공정수의 흐름을 간섭한다.
일 예로 간섭부는 반응조(30)의 내부에 경사지게 설치되는 틸팅플레이트(80)와, 반응조(30)에 결합되어 틸팅플레이트(80)를 지지하는 지지프레임(85)을 구비한다.
틸팅플레이트(80)는 판상으로 형성된다. 틸팅플레이트(80)는 일측이 높고 타측이 낮도록 경사지게 설치된다. 가령, 틸팅플레이트(80)는 수평면에 대하여 5 내지 20도 정도 경사지게 설치될 수 있다. 경사진 틸팅플레이트(80)는 반응조(30) 좌우측에서 공정수 흐름이 서로 다르게 형성시킨다. 틸팅플레이트(80)의 높은 부분에 비해 낮은 부분이 공정수의 흐름과 먼저 충돌한다. 이에 따라 틸팅플레이트(80)의 각 부위별로 충돌시간에 차이가 생기면서 난류화를 촉진시킬 수 있다.
틸팅플레이트(80)의 가장자리는 반응조(30)의 내측면과 일정거리 이격된다. 따라서 반응조(30)의 중앙부근에서는 공정수가 상승하는 중간에 틸팅플레이트(80)와 충돌하여 바깥으로 돌면서 하강하고, 반응조(30)의 가장자리측은 공정수가 수면까지 상승한 후 안쪽으로 돌면서 하강한다. 이러한 흐름들에 의해 반응조(30) 내부에서 공정수는 공기와 접촉효율을 크게 높일 수 있다.
바람직하게 틸팅플레이트(80)는 다수의 관통홀(83)이 형성된 다공판 구조를 가질 수 있다. 이러한 다공판 구조에 의해 공정수의 일부는 관통홀을 통과해 상승하는 직선운동을 하고, 일부의 공정수는 틸팅플레이트에 충돌하여 좌우측 방향으로 회전하는 곡성운동을 하게된다. 이에 따라 반응조 전체적으로 공정수의 순환성을 높일 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치를 이용한 탈황방법에 대하여 간단하게 설명한다.
먼저, 반응조(30)에 공정수를 채워 준비한다. 이를 위해 반응조(30)에 수산화나트륨용액을 일정량 투입한 다음 황산화미생물을 배양시킨 배양액을 투입한다. 수산화나트륨용액 100중량부에 대하여 황산화미생물 배양액 0.1 내지 5중량부를 투입할 수 있다.
수산화나트륨 용액은 농도 20~45%(w/w)의 수용액일 수 있다. 황산화미생물 배양액은 황산화미생물을 액체배지에 접종하여 배양시켜 얻거나, 상업화된 제품을 구입하여 이용할 수 있다.
반응조(30)에 수산화나트륨용액과 황산화미생물 배양액을 투입하여 공정수를 준비한다. 따라서 공정수는 수산화나트륨용액과 황산화미생물 배양액의 혼합물을 의미한다.
반응조(30)의 공정수는 pH센서로 실시간 pH 값이 측정되고, 공정수의 pH를 8~9로 유지시킨다. 공정수의 pH가 8~9보다 낮으면 수산화나트륨보충탱크에 저장된 수산화나트륨용액을 공급받아 pH를 조절한다.
공정수가 준비되면, 바이오가스가 유입되는 스크러버(10) 내부에 공정수를 분사한다.
반응조(30)의 공정수는 공정수분사수단을 통해 스크러버(10)의 내부에 분사된다. 순환펌프(33)가 가동되면 공정수는 공정수공급관(31)과 분기관들(35)을 따라 이동하여 분사노즐을 통해 스크러버(10) 내부로 분사된다.
스크러버(10) 내부로 분사되는 공정수는 스크러버로 유입되는 바이오가스와 접촉한다. 이 과정에서 공정수에 함유된 수산화나트륨은 바이오가스 중의 황화수소와 반응하여 황화수소나트륨을 생성시킨다.
스크러버(10) 내부로 분사된 공정수는 바이오가스와 접촉한 후 아래로 흘러 순환탱크(20)로 유입되다. 순환탱크(20)로 유입된 공정수에는 미반응 수산화나트륨과 함께 황화수소나트륨이 함유되어 있다.
다음으로, 순환탱크(20)로 유입된 공정수를 반응조(30)로 보내어 재생시킨다.
순환탱크(20)의 공정수는 반응조(30)로 유입시키고, 공정수가 반응조로 유입되면 블로워(50)를 가동시켜 반응조(30)의 내부로 공기를 폭기시킨다. 이 과정에서 공정수 중의 황화수소나트륨은 산소와 황산화미생물에 의해 수산화나트륨과 황 입자로 전환된다.
반응조(30)의 공정수 중 일부는 침전조(60)로 계속 이송시켜 침전조(60)에서 황입자를 침전시키고, 상층액은 반응조(30)로 유입시킨다. 그리고 침전조(60)의 하층액은 여과기(70)로 유입시켜 황 입자를 제거한 다음 여액은 반응조(30)로 유입시킨다.
그리고 반응조(30)의 공정수는 공정수분사수단에 의해 다시 스크러버(10) 내부로 분사된다. 스크러버(10)로 분사되는 공정수는 반응조(30)에 설치된 pH센서로 실시간 pH 값이 측정되며, 공정수의 pH가 8~9보다 낮으면 수산화나트륨보충탱크(45)에서 수산화나트륨용액이 반응조(30)로 공급되어 pH를 8~9로 유지시킨다.
이와 같이 본 발명은 스크러버(10)의 내부에 분사되어 황화수소 제거에 사용된 공정수는 반응조(30)에서 황화수소나트륨을 수산화나트륨으로 전환시킴과 동시에 황 입자를 제거하는 재생과정을 통해 재생된 후 다시 스크러버(10)로 분사된다.
따라서 본 발명은 수산화나트륨의 계속적인 순환이 가능하여 처리비용을 크게 절감할 수 있다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 스크러버 20: 순환탱크
30: 반응조 40: 수산화나트륨보충탱크
45: 영양염 보충탱크 60: 침전조
70: 여과기

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 바이오가스가 유입되는 스크러버와;
    수산화나트륨을 함유하는 공정수를 상기 스크러버 내부로 분사하여 상기 바이오가스 중의 황화수소와 공정수를 접촉시켜 상기 황화수소를 황화수소나트륨으로 생성시키는 공정수분사수단과;
    상기 공정수분사수단에 의해 상기 스크러버 내부로 분사된 공정수가 상기 황화수소나트륨과 함께 유입되어 저장되는 순환탱크와;
    상기 순환탱크로부터 유입되는 공정수 중의 황화수소나트륨을 수산화나트륨으로 전환시켜 상기 공정수분사수단으로 공정수를 공급하는 재생수단;을 구비하고,
    상기 재생수단은 상기 순환탱크와 연결되어 상기 순환탱크에 저장된 공정수가 유입되는 반응조와, 상기 반응조에 투입되는 황산화미생물과, 상기 반응조로 유입된 공정수 중의 황화수소나트륨을 산화시키기 위해 상기 반응조의 내부로 공기를 공급하는 폭기부와, 상기 반응조에 수산화나트륨을 보충하기 위한 수산화나트륨보충탱크와, 상기 반응조에 상기 황산화미생물의 영양분을 보충하기 위한 영양염보충탱크를 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 재생수단은 상기 반응조에서 생성된 황 입자를 제거하기 위한 황입자제거부를 더 구비하고,
    상기 황입자제거부는 상기 반응조와 연결되어 상기 반응조로부터 유입되는 공정수 중의 황 입자를 하부로 침전시키는 침전조와, 상기 침전조와 연결되어 상기 침전조의 하부에 모인 하층액을 여과하여 황 입자를 분리하는 여과기를 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 재생수단은 상기 반응조의 내부에 설치되어 상기 폭기부에 의해 형성된 공정수의 흐름을 간섭하는 간섭부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 간섭부는 상기 반응조의 내부에 경사지게 설치되며 가장자리가 상기 반응조의 내측면과 이격된 틸팅플레이트와, 상기 반응조에 결합되어 상기 틸팅플레이트를 지지하는 지지프레임을 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황장치.
  6. 분사노즐을 통해 수산화나트륨을 함유하는 공정수를 바이오가스가 유입되는 스크러버 내부로 분사하여 상기 바이오가스 중의 황화수소와 수산화나트륨의 반응에 의해 황화수소나트륨을 생성을 유도하는 분사단계와;
    상기 스크러버를 통과한 상기 공정수 중의 황화수소나트륨을 재생수단에 의해 수산화나트륨으로 생성시키는 재생단계와;
    상기 재생단계에서 생성된 수산화나트륨이 함유된 공정수를 상기 분사노즐로 공급하는 순환단계;를 포함하고,
    상기 분사단계는 상기 공정수의 pH를 8~9로 유지시킨 상태에서 상기 스크러버 내부로 분사하며,
    상기 재생수단은 상기 황화수소나트륨이 함유된 공정수가 유입되는 반응조와, 상기 반응조에 투입되는 황산화미생물과, 상기 반응조로 유입된 공정수 중의 황화수소나트륨을 산화시키기 위해 상기 반응조의 내부로 공기를 공급하는 폭기부와, 상기 반응조에 수산화나트륨을 보충하기 위한 수산화나트륨보충탱크와, 상기 반응조에 상기 황산화미생물의 영양분을 보충하기 위한 영양염보충탱크를 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 사이클 방식의 바이오가스 탈황방법.


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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102091862B1 (ko) * 2019-06-28 2020-03-20 주식회사 디에스엔지니어스 티오바실루스의 생물학적 산화반응에 의해 바이오가스의 황화수소를 재이용 가능한 황원소로 회수하는 탈황 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101017555B1 (ko) 2010-09-30 2011-02-28 주식회사 세트이엔지 황산화균을 이용한 바이오가스 탈황 시스템
KR20110136342A (ko) * 2010-06-15 2011-12-21 강원대학교산학협력단 황산화 미생물을 이용한 토양의 독성 측정 장치 및 방법
KR101694321B1 (ko) * 2014-12-11 2017-01-10 강석웅 바이오가스 탈황 장치
KR101757118B1 (ko) * 2016-06-16 2017-07-27 에이티이 주식회사 다단 탈황시스템
KR101804116B1 (ko) * 2017-06-26 2017-12-04 비앤이테크(주) 바이오가스 탈황장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110136342A (ko) * 2010-06-15 2011-12-21 강원대학교산학협력단 황산화 미생물을 이용한 토양의 독성 측정 장치 및 방법
KR101017555B1 (ko) 2010-09-30 2011-02-28 주식회사 세트이엔지 황산화균을 이용한 바이오가스 탈황 시스템
KR101694321B1 (ko) * 2014-12-11 2017-01-10 강석웅 바이오가스 탈황 장치
KR101757118B1 (ko) * 2016-06-16 2017-07-27 에이티이 주식회사 다단 탈황시스템
KR101804116B1 (ko) * 2017-06-26 2017-12-04 비앤이테크(주) 바이오가스 탈황장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102091862B1 (ko) * 2019-06-28 2020-03-20 주식회사 디에스엔지니어스 티오바실루스의 생물학적 산화반응에 의해 바이오가스의 황화수소를 재이용 가능한 황원소로 회수하는 탈황 시스템

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