KR102221717B1 - 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치 - Google Patents

미생물을 이용한 복합형 악취제거장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치에 관한 것으로, 악취가스가 산성취를 제거하는 미생물을 함유한 제1 배양액과 병류 접촉하면서 하류로 안내되는 산성가스 처리조와; 악취가스가 중성취를 제거하는 미생물을 함유한 제2 배양액과 병류 접촉하면서 하류로 안내되는 중성가스 처리조; 및 악취가스가 알칼리성취를 제거하는 미생물을 함유한 제3 배양액과 향류 접촉하면서 하류로 안내되는 알칼리성가스 처리조;를 포함할 수 있다.

Description

미생물을 이용한 복합형 악취제거장치 {Complex malodor removal apparatus using microorganisms}
본 발명은 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치에 관한 것으로, 특별하기로 복합 악취가스에 포함된 산성취, 중성취, 알칼리성취의 성상에 맞춰 미생물을 매개로 하여 단계적으로 분해할 수 있게 구성된 복합형 악취제거장치에 관한 것이다.
일반적으로, 악취는 하폐수 처리장, 쓰레기 적환장, 분뇨 처리장, 산업시설 등에서 발생되며 대기오염물질의 규제 대상으로 취급된다.
악취를 발생하는 물질은 암모니아, 황화수소, 메르캅탄, 아민류, 아세트 알데히드 등으로 알려져 있으며, 실제로 더 복합적이고 다양한 성분에 의해 악취가 발생되고 있다. 이러한 악취원인물질을 포함한 각종 악취의 제거방법으로는 예컨대 활성탄 흡착법, 약액 세정법, 폭기조 탈취법, 토양 탈취법, 연소법, 냉각응축법, 바이오 필터 이용법 등을 활용하고 있다.
예컨대, 약액 세정법은 반응성이 낮은 경우에 투입약품을 과다 투입하게 되면서 약품 폐수로 인한 2차적인 오염수의 발생과 함께 약품에서 뿜어내는 추가적인 악취의 발생을 고려해야 하는 문제점을 갖는다.
또한, 종래의 악취제거방법은 어느 특정한 일부의 악취원인물질을 제거하는데 국한되어 있어, 전술된 바와 같이 복합적이고 다양한 악취원인물질에 대응하여 악취를 효과적으로 제거하는 데에는 한계를 가질 수밖에 없다.
대한민국 등록특허 제10-0966737호
본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 하나의 장치 내에서 여러 종류의 악취를 일괄처리할 수 있는 복합형 악취제거장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
덧붙여서, 본 발명은 악취 성분의 성상에 따라 미생물의 종류를 분리 적용하고, 미생물의 종류별로 생육조건을 최적화하도록 구성되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치에 관한 것으로, 악취가스가 산성취를 제거하는 미생물을 함유한 제1 배양액과 병류 접촉하면서 하류로 안내되는 산성가스 처리조와; 악취가스가 중성취를 제거하는 미생물을 함유한 제2 배양액과 병류 접촉하면서 하류로 안내되는 중성가스 처리조; 및 악취가스가 알칼리성취를 제거하는 미생물을 함유한 제3 배양액과 향류 접촉하면서 하류로 안내되는 알칼리성가스 처리조;를 포함할 수 있다.
바람직하기로, 산성가스 처리조는 상향 이동 구간과 하향 이동 구간을 연통가능하게 연속 배열하여 악취가스를 처리조 내에서 역U턴으로 방향전환되면서 하류로 안내될 수 있다. 이와 유사하게, 중성가스 처리조도 상향 이동 구간과 하향 이동 구간을 연통가능하게 연속 배열하여 악취가스를 처리조 내에서 역U턴으로 방향전환되면서 하류로 안내될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 산성가스 처리조는 제1 배양액으로 미생물의 자생을 돕도록 하부에 배치된 제1 배양액층과; 일측에 악취가스의 내부 유입을 허용하는 유입구; 타측에 1차 처리가스의 배출을 허용하는 제1 인출구; 제1 인출구 상에 담체로 충진된 제1 챔버; 유입구에 인접 배치되어, 제1 배양액을 상향류로 공급하는 제1 스프레이 노즐부; 및 제1 챔버 상에 배치되어, 제1 배양액을 하향류로 공급하는 제1 미스트 노즐부;를 포함할 수 있다.
더욱이, 제1 챔버는 산성가스 처리조의 내부를 가로질러 제1 배양액층과 상부 커버 사이에 수직방향으로 입설되는 제1 구획벽과; 산성가스 처리조의 내부면과 제1 구획벽으로 둘러싸인 하측면을 배수가능하게 밀폐하는 제1 하부벽; 및 제1 구획벽 하단에서 제1 배양액층에 담기도록 길이연장된 제1 배플;을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 중성가스 처리조는 제2 배양액으로 미생물의 자생을 돕도록 하부에 배치된 제2 배양액층과; 일측에 1차 처리가스의 내부 유입을 허용하는 제2 인입구; 타측에 2차 처리가스의 배출을 허용하는 제2 인출구; 제2 인출구 상에 하나 이상의 필터층을 적층배열하는 제2 챔버; 제2 인입구에 인접 배치되어, 제2 배양액을 상향류로 공급하는 제2 스프레이 노즐부; 및 제2 챔버 상에 배치되어, 제2 배양액을 하향류로 공급하는 제2 미스트 노즐부;를 포함할 수 있다.
더욱이, 제2 챔버는 중성가스 처리조의 내부를 가로질러 제2 배양액층과 상부 커버 사이에 수직방향으로 입설되는 제2 구획벽과; 중성가스 처리조의 내부면과 제2 구획벽으로 둘러싸인 하측면을 배수가능하게 밀폐하는 제2 하부벽; 및 제2 구획벽 하단에서 제2 배양액층에 담기도록 길이연장된 제2 배플;을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 알칼리성가스 처리조는 제3 배양액으로 미생물의 자생을 돕도록 하부에 배치된 제3 배양액층과; 일측에 2차 처리가스의 내부 유입을 허용하는 제3 인입구; 타측 상부에 3차 처리가스의 배출을 허용하는 배출구; 제3 인입구와 배출구 사이에 배치된 다수의 HBC링; HBC링 상에 배치되어, 제3 배양액을 하향류로 공급하는 제3 미스트 노즐부;를 포함할 수 있다.
본 발명은 제1 배양액의 pH 농도를 8~9 범위로 설정하고, 제2 배양액의 pH 농도를 7.5로 설정하며, 제3 배양액의 pH 농도를 6.5~7.5 범위로 설정할 수 있다.
특별하기로, 본 발명은 제1 배양액에 바실러스속 균 또는 티오바실러스속 균을 포함하는 미생물을 함유하고, 제2 배양액에 티오바실러스속 균 또는 광합성 균을 포함하는 미생물을 함유하며, 제3 배양액에 질산화 균을 포함하는 미생물을 함유할 수 있다.
본 발명은 산성가스 처리조와 중성가스 처리조 및 알칼리성 처리조에 pH 센서를 추가로 구비할 수 있다.
선택가능하기로, 본 발명은 산성가스 처리조, 중성가스 처리조, 알칼리성가스 처리조의 순서로 직렬 배치될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 악취 성분의 성상에 맞춰 미생물의 종류를 달리하여 복합 악취성분을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 각 처리조마다 미생물의 증식 배양을 유도하여 악취가스를 분해·제거하는 활성화한 미생물의 안정적인 공급을 통해 정화능을 일정하게 유지할 수 있는 장점을 갖는다. 이는 결과적으로 미생물 보충을 줄여 운전비용을 저감하는 효과도 기대할 수 있다.
본 발명은 악취원인물질과 미생물 간의 접촉 기회를 충분히 제공할 수 있을 뿐만 아니라 담체, 필터층, HBC링을 수단으로 하여 고정화된 미생물에 의한 미생물 반응을 촉진하여 탈취 효율을 향상시킬 수 있다.
덧붙여서, 본 발명은 복합악취의 산도에 따라 산성가스 처리조, 중성가스 처리조, 알칼리성 처리조를 수평방향으로 직렬 연결하여 순차적이면서 연속적으로 일괄처리 가능하며 유지 관리 측면에서도 유리하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치에 채용된 산성가스 처리조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 1에 도시된 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치에 채용된 중성가스 처리조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2c는 도 1에 도시된 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치에 채용된 알칼리성가스 처리조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치에서 상부 커버를 제거한 부분 절개도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 악취가스에 혼합된 산성취, 중성취, 알칼리성취의 종류에 따라 미생물의 종류를 분리 적용하여 여러 종류의 악취가스를 미생물의 생물학적 반응으로 흡착·분해하여 탈취할 수 있는 복합형 악취제거장치에 관한 것으로, 미생물은 각 악취원인물질을 흡착하고 이를 분해하여 무취의 염(salt)으로 만들게 된다. 여기서 산성취는 황화수소, 메틸머캅탄과 같이 산성을 띠는 악취원인물질로 구성된 산성가스이며, 알칼리성취는 암모니아, 트리메틸아민과 같이 알칼리성(혹은 염기성)을 띠는 악취원인물질로 구성된 알칼리성가스이며, 중성취는 황화메틸, 이황화메틸, 아세트알데히디, 스티렌과 같이 중성계 화합물의 악취원인물질로 구성된 중성가스로 구분될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조로 하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치(이하 악취제거장치)는 고농도 복합 악취를 효과적으로 제거하기 위해 산성가스 처리조(1)와, 중성가스 처리조(2), 및 알칼리성가스 처리조(3)를 포함한다.
바람직하기로, 본 발명은 악취가스에 혼합된 산성취, 중성취, 알칼리성취의 악취 성분의 산도에 맞춰 미생물을 개별되게 분리 적용할 수 있을 뿐만 아니라 악취원인물질을 단계적으로, 순차적으로, 혹은 일괄적으로 분해가능하도록 산성가스 처리조와 중성가스 처리조 및 알칼리성가스 처리조의 순서로 수평 배열될 수 있으며, 이에 국한되지 않고 악취가스의 종류와 악취원인물질의 함량에 따라 처리조의 배열 순서를 변경할 수도 있다.
본 발명은 전술된 산성가스 처리조, 중성가스 처리조, 알칼리성 가스 처리조를 수평 유로를 따라 악취가스를 통과시키는 단순한 구조로 구조적 안정성을 제공할 수 있다.
본 발명은 알칼리성 분위기 하에서 내부로 유입될 악취가스를 예컨대 바실러스속(bacillus sp.) 균 또는 티오바실러스속(thiobacillus sp.) 균을 포함한 제1 배양액과 함께 하류로 안내하는 과정을 통해 산성취를 분해하는 산성가스 처리조(1)와, 중성 분위기 하에서 전술된 산성가스 처리조(1)로부터 유입된 1차 처리가스를 예컨대 티오바실러스속(thiobacillus sp.) 균 또는 광합성 균을 포함한 제2 배양액과 함께 하류로 안내하는 과정을 통해 중성취를 분해하는 중성가스 처리조(2), 및 산성 분위기 하에서 전술된 중성가스 처리조(2)로부터 유입된 2차 처리가스를 예컨대 질산화 균을 포함한 제3 배양액과 접촉하면서 하류, 즉 외부로 안내하는 과정을 통해 알칼리성취를 분해하는 알칼리성가스 처리조(3)를 복합악취의 산도에 따라 순서대로 직렬 배치할 수 있다.
구체적으로, 산성가스 처리조(1)는 바실러스속 균 또는 티오바실러스속 균을 배양하도록 하부에 배치된 제1 배양액층(110)과, 제1 배양액층(110) 보다 높게 일측에 위치되어 악취가스의 내부 유입을 돕는 유입구(120), 제1 배양액층(110)보다 높게 타측에 위치되어 1차 처리가스를 하류로 배출하는 제1 인출구(130), 제1 인출구(130) 상에 인접하게 배치되고 미생물의 고정·생육을 유도하는 담체(C)를 수용하는 제1 챔버(140), 유입구(120) 하류에서 제1 배양액층을 구성하는 제1 배양액을 상향류(上向流)로 공급하는 제1 스프레이 노즐부(150), 및 제1 챔버(140) 상에 제1 배양액층을 구성하는 제1 배양액을 하향류(下向流)로 공급하는 제1 미스트 노즐부(160)를 포함한다. 선택가능하기로, 제1 배양액은 단백질과 지질을 분해하는 바실러스속 균 및/또는 황화수소 또는 황을 산화하는 티오바실러스속(thiobacillus sp.) 균의 미생물을 포함할 수 있다.
제1 챔버(140)는 담체(C)를 수용하는 내부공간을 제공하는 동시에 제1 배양액과 함께 1차 처리가스를 산성가스 처리조(1)의 하류측, 즉 제1 인출구(130)를 향해 하방 이동을 허용하는 화분 구조의 통형상으로 형성되되, 산성가스 처리조의 내부를 가로지르고 제1 배양액층(110)과 상부 커버(1a) 사이에 수직방향으로 입설된 제1 구획벽(141)과 제1 구획벽(141)의 하단을 밀폐하는 제1 하부벽(142)을 구비한다. 제1 하부벽(142)은 미생물을 함유한 제1 배양액과 1차 처리가스를 하방으로 배수가능한 구조로 형성될 수 있으며, 도시되었듯이 제1 배양액층(110) 상에 이격되게 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 구획벽(141)은 제1 배양액층(110)의 수면과 이격되고 상부 커버(1a)의 하면과 이격되는바, 이에 제1 구획벽의 상부를 통해 악취가스의 상향 이동 구간과 하향 이동 구간을 연통가능하게 연속 배열한다.
바람직하기로, 산성가스 처리조(1)는 악취가스의 상향 이동 구간과 하향 이동 구간을 구획하기 위해 제1 구획벽(141)의 하단에서 뻗어 제1 배양액층(110)에 담기게 길이연장된 제1 배플(143;baffle)을 구비한다.
산성가스 처리조(1)는 제1 배양액층과 제1 배플 및 제1 구획벽으로 상향 이동 구간과 하향 이동 구간을 연통가능하게 구획하는바, 악취가스의 이동방향을 제1 구획벽의 상단을 월류(越流) 하여 역U턴으로 방향전환됨으로써 처리조(1)의 내부 공간에서의 체류시간 그리고 악취가스와 미생물 간의 접촉 기회를 증가시킬 수 있다. 제1 배플은 악취가스를 제1 챔버를 지나 후단 설비로 이동할 수 있도록 돕는다. 제1 배플은 제 1 스프레이노즐부와 제 1 미스트 노즐부가 제1 배양액층(110)을 공동이용할 수 있도록 하면서도, 유입구를 통해 유입된 악취가스가 제 1 스프레이 노즐부의 방향으로 이동하지 않고 바로 담체쪽으로 건너가는 것을 방지하며, 담체를 통과한 악취가스가 제 1 스프레이 노즐부로 건너가는 것을 방지한다.
도시된 바와 같이, 산성가스 처리조(1)는 세정펌프(P1)의 구동으로 바실러스속 균 또는 티오바실러스속 균의 미생물을 포함하는 제1 배양액을 제1 스프레이 노즐부(150)와 제1 미스트 노즐부(160)로 공급할 수 있다. 유입구(120)로 유입된 악취가스는 상향 이동 구간을 따라 상향 이동하는데 이때 제1 배양액을 악취가스와 동일하게 병류(cocurrent flow) 흐름되도록 제1 스프레이 노즐부(150)에 의해 소정의 분사압으로 액적(液滴) 형태로 상향류식으로 분사한다. 악취가스는 스프레이(spray) 배출 방식으로 상향 분사된 제1 배양액의 흐름에 편승하여 하향 이동 구간으로 이동하면서 상호 충분한 접촉을 통해 산성가스의 흡착을 보장하게 된다. 그런 다음에, 악취가스는 제1 구획벽(141)과 상부 커버(1a) 사이의 이격 틈새를 지나 하향 이동 구간으로 안내되고, 제1 미스트 노즐부(160)에 의해 제1 배양액을 미립화한 미세액을 하향 이동 구간 내에 배치된 제1 챔버의 담체(C)를 향해 하향류식으로 분사한다. 악취가스는 미스트(mist) 배출 방식으로 하향 분사된 제1 배양액과 함께 낙하하면서 비표면적이 넓은 다공성 담체에 흡착된다. 더욱이, 담체(C)는 흘러내리는 제1 배양수에 의해 자동적으로 세정되는 동시에 활성화한 미생물과의 접종을 보장한다.
전술되었듯이, 다공성 담체(C)는 미생물의 고정 흡착이 용이한 구조를 갖추고 있으며 재사용가능한 불활성 우레탄 재질로 제작될 수 있다.
미생물의 배지로 활용되는 담체는 제1 배양액에 함유된 바실러스속 균 또는 티오바실러스속 균의 미생물을 고착시키는데, 챔버 상에서 낙하하는 제1 배양액의 영향으로 탈리되지 않고 미생물의 생장 번식을 도와 아래의 화학식 1과 같이 악취성분을 소화시켜 산성가스의 분해를 진행하게 된다.
아래의 화학식 1은 티오바실러스속 균을 매개로 하여 황화수소(H2S)와 메틸머캅탄(CH3SH)의 악취원인물질을 분해하는 반응식으로서, 무색 무취의 황산으로 개질되는 것을 확인할 수 있다.
Figure 112020084661933-pat00001
Figure 112020084661933-pat00002
본 발명의 실시예에서, 산성가스 처리조(1)는 하향 이동 구간에서 제1 배양액의 하강 이동에 의해 제1 스프레이 노즐부와 제1 미스트 노즐부로 분사공급되는 제1 배양액에 함유된 미생물 그리고 제1 챔버(140)의 담체에서 충분한 흡착·분해를 통해 비활성화된 미생물을 제1 배양액층(110)으로 낙하되고, 제1 배양액은 세정펌프(P1)의 구동으로 처리조 내에서 악취가스의 역U턴 방향으로 재순환될 수 있다. 물론, 바실러스속 균 등의 미생물은 제1 배양층 내에서 영양분 공급과 자생 시간을 제공받아 생물학적 반응이 촉진되도록 자생되고 재순환하는 제1 배양액의 분사를 통해 활성화 상태의 미생물을 상향 이동 구간과 하향 이동 구간으로 재공급할 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, 산성가스 처리조(1)는 바실러스속 균 등의 흡착·분해에 의해 산성가스를 무취의 염으로 분해하면서 산성가스 처리조의 바닥면에 침전되고 드레인관을 통해 외부로 반출시킬 수 있다. 이러한 염은 비료로도 활용가능하다.
특별하기로, 산성가스 처리조(1)는 탈취에 관여하는 미생물을 함유한 제1 배양액층(110)에 저장된 제1 배양액의 pH 농도를 알칼리성 범위, 바람직하기로는 8~9, 더욱 바람직하기로는 8.5로 설정하여 미생물의 생육환경을 조성할 수 있다. 이에, 산성가스 처리조(1)는 제1 배양액층(110)에 pH 센서(170)를 구비하여 제1 배양액의 pH 농도를 검출하도록 한다. 필요에 따라, 본 발명은 제1 배양액층(110)에 영양분 및/또는 제1 배양액을 공급하여 미리 설정된 pH 농도를 유지시켜 미생물의 활성을 최상으로 유지하고 생존율을 높일 수 있다. 알칼리성의 제1 배양액은 제1 스프레이 노즐부와 제1 미스트 노즐부를 통해 분사되며, 이에 의해 산성가스 처리조의 내부를 전반적으로 알칼리성 분위기 속에서 산성가스와 미생물 간의 양호한 접촉을 보장할 수 있다.
선택가능하기로, 산성가스 처리조(1)는 제1 인출구(130) 둘레 혹은 상측에 바이져부(visor,참조번호 없음)를 배치하여 산성취를 제거한 1차 처리가스를 후단설비, 즉 중성가스 처리조(2)와 연통되어 있는 제1 인출구를 통해 제1 챔버(140)에서 낙하하는 제1 배양액의 불필요한 유입을 미연에 방지하도록 한다.
또한, 산성가스 처리조(1)에서 제1 배양액은 탱크의 오버드레인(도시 안됨)을 통해 자연배출됨으로써 범람을 제어할 수 있으며, 플러팅밸브(볼탑)(도시 안됨)를 이용하여 자동 공급함으로써 규정된 수위이하로 저하되는 것을 방지한다.
본 발명은 산성가스 처리조(1)의 후단에 중성가스 처리조(2)를 유체연통가능하게 배치하여 산성취를 제거한 1차 처리가스 내에 함유된 중성취를 제거할 수 있다.
이를 위해, 중성가스 처리조(2)는 광합성 균을 배양하도록 하부에 배치된 제2 배양액층(210)과, 제2 배양액층(210) 보다 높게 일측에 위치되어 1차 처리가스의 내부 유입을 돕는 제2 인입구(220), 제2 배양액층(210) 보다 높게 타측에 위치되어 2차 처리가스를 하류로 배출하는 제2 인출구(230), 제2 인출구(230) 상에 인접하게 배치되고 악취성분을 분해·제거하는 미생물의 고정·생육을 유도하는 하나 이상의 필터층(F)을 적층배열하는 제2 챔버(240), 제2 인입구(220) 하류에서 제2 배양액층을 구성하는 제2 배양액을 상향류로 공급하는 제2 스프레이 노즐부(250), 및 제2 챔버(240) 상에 제2 배양액층을 구성하는 제2 배양액을 하향류로 공급하는 제2 미스트 노즐부(260)를 포함한다. 선택가능하기로, 제2 배양액은 티오바실러스속 균, 광합성 균 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 미생물을 포함할 수 있다.
제2 챔버(240)는 하나 이상의 필터층(F)을 적층배열할 수 있는 내부공간을 제공하는 동시에 제2 배양액과 함께 2차 처리가스를 중성가스 처리조(2)의 하류측, 즉 제2 인출구(230)를 향해 하방 이동을 허용하는 화분 구조의 통형상으로 형성되되, 중성가스 처리조의 내부를 가로지르고 제2 배양액층(210)과 상부 커버(2a) 사이에 수직방향으로 입설된 제2 구획벽(241)과 제2 구획벽(241)의 하단을 밀폐하는 제2 하부벽(242)을 구비한다. 제2 하부벽(242)은 미생물을 함유한 제2 배양액과 2차 처리가스를 하방으로 배수가능한 구조로 형성될 수 있으며, 도시되었듯이 제2 배양액층(210) 상에 이격되게 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 구획벽(241)은 제2 배양액층(210)의 수면과 이격되고 상부 커버(2a)의 하면과 이격되는바, 이에 제2 구획벽의 상부를 통해 악취가스의 상향 이동 구간과 하향 이동 구간을 연통가능하게 연속 배열한다.
바람직하기로, 중성가스 처리조(2)는 악취가스, 다시 말하자면 1차 처리가스의 상향 이동 구간과 하향 이동 구간을 구획하기 위해 제2 구획벽(241)의 하단에서 뻗어 제2 배양액층(210)에 담기게 길이연장된 제2 배플(243)을 구비한다. 즉, 중성가스 처리조(2)는 제2 배양액층과 제2 배플 및 제2 구획벽으로 상향 이동 구간과 하향 이동 구간을 연통가능하게 구획하는바, 1차 처리가스의 이동방향을 제2 구획벽의 상단을 월류하여 역U턴으로 방향전환됨으로써 처리조(2)의 내부 공간에서의 체류시간 그리고 1차 처리가스와 미생물 간의 접촉 기회를 증가시킬 수 있다. 제2 배플은 1차 처리가스를 제2 챔버를 지나 후단 설비로 이동할 수 있도록 돕는다. 제2 배플은 제 2 스프레이노즐부와 제 2 미스트 노즐부가 제2 배양액층을 공동이용할 수 있도록 하면서도, 유입된 악취가스가 제 2 스프레이 노즐부의 방향으로 이동하지 않고 바로 필터층쪽으로 건너가는 것을 방지하며, 필터층을 통과한 악취가스가 제 2 스프레이 노즐부로 건너가는 것을 방지한다.
도시된 바와 같이, 중성가스 처리조(2)는 세정펌프(P2)의 구동으로 광합성 균 및/또는 티오바실러스속 균의 미생물을 포함하는 제2 배양액을 제2 스프레이 노즐부(250)와 제2 미스트 노즐부(260)로 공급할 수 있다. 제1 인출구와 연통가능하게 배관된 제2 인입구(220)를 통해 유입된 1차 처리가스는 상향 이동 구간을 따라 상향 이동하는데 이때 제2 배양약을 1차 처리가스와 동일하게 병류 흐름되도록 제2 스프레이 노즐부(250)에 의해 소정의 분사압으로 액적 형태로 상향류식으로 분사한다. 1차 처리가스는 스프레이 배출 방식으로 상향 분사된 제2 배양액의 흐름에 편승하여 하향 이동 구간으로 이동하면서 상호 충분한 접촉을 통해 중성가스의 흡착을 보장하게 된다. 그런 다음에, 1차 처리가스는 제2 구획벽(241)과 상부 커버(2a) 사이의 이격 틈새를 지나 하향 이동 구간으로 안내되고, 제2 미스트 노즐부(260)에 의해 제2 배양액을 미립화된 미세액을 하향 이동 구간 내에 배치된 제2 챔버의 필터층(F)을 향해 하향류식으로 분사한다. 1차 처리가스는 미스트 배출 방식으로 하향 분사된 제2 배양액과 함께 낙하하면서, 비표면적이 넓은 필터층에 흡착된다. 더욱이, 필터층은 흘러내리는 제2 배양수에 의해 자동적으로 세정되는 동시에 활성화된 미생물과의 접종을 보장한다.
도시된 바와 같이, 중성가스 처리조(2)는 제2 챔버 내에 하나 이상의 필터층(F)을 상하방향으로 상호 격리되게 적층되어 있기 때문에 각각의 필터층에서 독립적으로 미생물의 생장 번식을 유도할 수 있고 체류시간을 유지하면서 미생물의 균등한 분포를 제공하게 되어 압력강하 현상이 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.
하나 이상의 필터층은 제2 배양액에 함유된 광합성 균 또는 티오바실러스속 균의 미생물을 고착시키는데, 챔버 상에서 낙하하는 제2 배양액의 영향으로 탈리되지 않고 미생물의 생장 번식을 도와 아래의 화학식 2와 같이 악취성분을 소화시켜 중성가스의 분해를 진행하게 된다.
아래의 화학식 2는 티오바실러스속 균을 매개로 하여 황화메틸(CH3)2S)과 이황화메틸((CH3)2S2)의 악취원인물질을 분해하는 반응식으로서, 무색 무취의 황산으로 개질하는 것을 확인할 수 있다.
Figure 112020084661933-pat00003
Figure 112020084661933-pat00004
본 발명의 실시예에서, 중성가스 처리조(2)는 하향 이동 구간에서 제2 배양액의 하강 이동에 의해 제2 스프레이 노즐부와 제2 미스트 노즐부로 분사공급되는 제2 배양액에 함유된 미생물 그리고 제2 챔버(240)의 필터층에서 충분한 흡착·분해를 통해 비활성화된 미생물을 제2 배양액층(210)으로 낙하되고, 제2 배양액은 세정펌프(P2)의 구동으로 처리조 내에서 1차 처리가스의 역U턴 방향으로 재순환될 수 있다. 물론, 광합성 균 또는 티오바실러스속 균의 미생물은 제2 배양액층 내에서 영양분 공급과 자생 시간을 제공받아 생물학적 반응이 촉진되도록 자생하게 되고 재순환하는 제2 배양액의 분사를 통해 활성화 상태의 미생물을 상향 이동 구간과 하향 이동 구간으로 재공급할 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, 중성가스 처리조(2)는 광합성 균의 흡착·분해에 의해 중성가스를 무취의 염으로 분해하면서 중성가스 처리조의 바닥면에 침전되고 드레인관을 통해 외부로 반출시킬 수 있다. 이러한 염은 비료로도 활용가능하다.
특별하기로, 중성가스 처리조(2)는 탈취에 관여하는 미생물을 함유한 제2 배양액층(210)에 저장된 제2 배양액의 pH 농도를 중성 범위, 바람직하기로는 7.5로 설정하여 미생물(광합성 균, 티오바실러스속 균 등)의 생육환경을 조성할 수 있다. 이에, 중성가스 처리조(2)는 제2 배양액층(210)에 pH 센서(270)를 구비하여 제2 배양액의 pH 농도를 검출하도록 한다. 필요에 따라, 본 발명은 제2 배양액층(210)에 영양분 및/또는 제2 배양액을 공급하여 미리 설정된 pH 농도를 유지시켜 미생물의 활성을 최상으로 유지하고 생존율을 높일 수 있다. 중성의 제2 배양액은 제2 스프레이 노즐부와 제2 미스트 노즐부를 통해 분사되며, 이에 의해 중성가스 처리조의 내부를 전반적으로 중성 분위기 속에서 중성가스와 미생물 간의 양호한 접촉을 보장할 수 있다.
선택가능하기로, 중성가스 처리조(2)는 제2 인출구(230) 둘레 혹은 상측에 바이져부(참조번호 없음)를 배치하여 산성취와 중성취를 제거한 2차 처리가스를 후단설비, 즉 알칼리성가스 처리조(3)와 연통되어 있는 제2 인출구를 통해 제2 챔버(240)에서 낙하하는 제2 배양액의 불필요한 유입을 미연에 방지하도록 한다.
또한, 중성가스 처리조(2)에서 제2 배양액은 탱크의 오버드레인(도시 안됨)을 통해 자연배출됨으로써 범람을 제어할 수 있으며, 플러팅밸브(볼탑)(도시 안됨)를 이용하여 자동 공급함으로써 규정된 수위이하로 저하되는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 악취제거장치는 도시된 바와 같이 중성가스 처리조(2)의 후단에 알칼리성가스 처리조(3)를 유체연통가능하게 배치하여 산성취와 중성취를 제거한 2차 처리가스 내에 함유된 알칼리성취를 제거할 수 있다.
이를 위해, 알칼리성가스 처리조(3)는 질산화 균을 배양하도록 하부에 배치된 제3 배양액층(310)과, 제3 배양액층(310) 보다 높게 일측에 위치되어 2차 처리가스의 내부 유입을 돕는 제3 인입구(320), 타측 상부에 위치되어 3차 처리가스를 하류, 즉 외부로 배출하는 배출구(330), 제3 인입구(320)와 배출구(330) 사이에 배치된 다수의 HBC링(340), 다수의 HBC링(340) 상에 제3 배양액층을 구성하는 제3 배양액을 하향류로 공급하는 제3 미스트 노즐부(360)를 포함한다. 선택가능하기로, 제3 배양액은 나이트로소모나스속(NITROSOMONAS SP.) 균, 나이트로박터속(NITROBACTER SP.) 균 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 질산화 균을 포함할 수 있다.
다수의 HBC링(340)은 지지체(341)에 현수(懸垂) 방식으로 매달려 있는 미생물 접촉 여재로 활용된다. 다수의 HBC링(340)은 제3 미스트 노즐부(360)에 의해 미립화된 미세액 상태의 제3 배양액과 접촉될 수 있다.
도시된 바와 같이, 알칼리성가스 처리조(3)는 세정펌프(P3)의 구동으로 질산화 균의 미생물을 포함하는 제3 배양액을 제3 미스트 노즐부(360)로 공급할 수 있다. 제2 인출구와 연통가능하게 배관된 제3 인입구(320)를 통해 유입된 2차 처리가스는 처리조(3)의 내부와 외부환경 간에 압력차, 온도차 등의 외적·물리적 요인으로 인해 배출구(330)를 향해 상방으로 확산되는 반면에 질산화 균 등의 미생물을 함유한 제3 배양액은 제3 미스트 노즐부에 의해 하향 분사된다. 즉, 2차 처리가스와 제3 배양액은 서로 반대로 향류(counter flow) 흐름이 된다.
제3 배양액은 전술되었듯이 제3 미스트 노즐부(360)에 의해 미립화된 미세액으로 하부에 배치될 다수의 HBC링(340)을 향해 하향류식으로 분사되되, 미스트 배출 방식으로 하향 분사된 제3 배양액은 비표면적이 넓은 HBC링(340)과 접촉되면서 악취성분을 소화시키는 미생물을 HBC링에 고착시킬 수 있다. 결과적으로, 2차 처리가스는 HBC링에 고정화된 미생물에 의해 흡착, 분해 및/또는 제거된 후 정화된 무취의 가스를 배출구(330)를 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 다수의 HBC링(340)은 흘러내리는 제3 배양수에 의해 자동적으로 세정되는 동시에 활성화된 미생물과의 접종을 보장한다.
HBC링(340)은 제3 배양액에 함유된 질산화 균의 미생물을 부착 증식하면서 아래의 화학식 3과 같이 악취성분을 소화시켜 알칼리성가스의 분해를 진행하게 된다.
아래의 화학식 3은 질산화 균을 매개로 하여 암모니아(NH3)와 트리메틸아민((CH3)3N)의 악취원인물질을 분해하는 반응식이다.
Figure 112020084661933-pat00005
Figure 112020084661933-pat00006
본 발명의 실시예에서, 알칼리성가스 처리조(3)는 제3 미스트 노즐부로 하방을 향해 분사공급되는 제3 배양액에 의해 HBC링(340)에서 충분한 흡착·분해를 통해 비활성화된 미생물을 제3 배양액층(310)으로 낙하되는데, 제3 배양액은 세정펌프(P3)의 구동으로 처리조 상측으로 재순환될 수 있다. 물론, 질산화 균의 미생물은 제3 배양액층 내에서 영양분 공급과 자생 시간을 제공받아 생물학적 반응이 촉진되도록 자생되고 재순환하는 제3 배양액의 분사를 통해 활성화 상태의 미생물을 HBC링으로 재공급할 수 있다.
알칼리성가스 처리조(3)는 질산화 균의 흡착·분해에 의해 알칼리성가스를 무취의 염으로 분해되면서 알칼리성가스 처리조의 바닥면에 침전되고 드레인관을 통해 외부로 반출시킬 수 있다. 이러한 염은 비료로도 활용가능하다.
또한, 알칼리성가스 처리조(3)는 탈취에 관여하는 미생물을 함유한 제3 배양액층(310)에 저장된 제3 배양액의 pH 농도를 산성 범위, 바람직하기로는 6.5~7.5로 설정하여 미생물(질산화 균)의 생육환경을 조성할 수 있다. 이에, 알칼리성가스 처리조(3)는 제3 배양액층(310)에 pH 센서(370)를 구비하여 제3 배양액의 pH 농도를 검출하도록 한다. 필요에 따라, 본 발명은 제3 배양액층(310)에 영양분 및/또는 제3 배양액을 공급하여 미리 설정된 pH 농도를 유지시켜 미생물의 활성을 최상으로 유지하고 생존율을 높일 수 있다. 산성의 제3 배양액은 제3 미스트 노즐부를 통해 분사되며, 이에 의해 알칼리성가스 처리조의 내부를 전반적으로 산성 분위기 속에서 알칼리성가스와 미생물 간의 양호한 접촉을 보장할 수 있다.
덧붙여서, 알칼리성가스 처리조(3)에서 제3 배양액은 탱크의 오버드레인(도시 안됨)을 통해 자연배출됨으로써 범람을 제어할 수 있으며, 플러팅밸브(볼탑)(도시 안됨)를 이용하여 자동 공급함으로써 규정된 수위이하로 저하되는 것을 방지한다.
본 발명의 실시예에서, 알칼리성가스 처리조(3)는 현수 방식으로 다수의 HBC링(340)을 매달아 놓고나 수직배열시켜 HBC링에 부착된 미생물에 의해 폐색 현상을 방지하고 압력 손실없이 여과처리의 부하율을 저감할 수 있도록 콤팩트(compact)한 구조를 가질 수 있다.
선택가능하기로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 악취제거장치는 악취가스를 흡입하여 장치 내로 송풍하는 송풍팬(도 2a 참조)을 산성가스 처리조(1)의 유입구(120) 상류측에 배치할 수 있으며, 이와 대응되게 악취성분이 제거된 청정가스를 외부로 강제배출시키는 송풍팬(도 2c 참조)을 알칼리성가스 처리조(3)의 배출구(330) 하류측에 배치할 수도 있다. 이는 처리조(1,2,3) 내에서 악취가스의 수평 유로를 유지할 수 있도록 돕는다.
요약하자면, 본 발명은 악취가스를 도 1에 도시된 화살표를 따라 유동하는 과정을 통해 산성가스 처리조(1) 내에서 제1 배양액과 병류로 접촉하면서 산성가스를 제거하고, 중성가스 처리조(2) 내에서 제2 배양액과 병류로 접촉하면서 중성가스를 제거하며, 알칼리성가스 처리조(3) 내에서 제3 배양액과 향류로 접촉하면서 알칼리성취를 제거하여 악취성분을 제거한 청정가스를 외부로 제공하게 된다.
이상 본 발명은 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1 ----- 산성가스 처리조,
2 ----- 중성가스 처리조,
3 ----- 알칼리성가스 처리조,
340 ----- HBC링,
C ----- 담체,
F ----- 필터층,
P1, P2, P3 ----- 세정펌프.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 악취가스가 산성취를 제거하는 미생물을 함유한 제1 배양액과 병류 접촉하면서 하류로 안내되는 산성가스 처리조(1)와;
    악취가스가 중성취를 제거하는 미생물을 함유한 제2 배양액과 병류 접촉하면서 하류로 안내되는 중성가스 처리조(2); 및
    악취가스가 알칼리성취를 제거하는 미생물을 함유한 제3 배양액과 향류 접촉하면서 하류로 안내되는 알칼리성가스 처리조(3);를 포함하며,
    상기 산성가스 처리조(1)는,
    상기 제1 배양액으로 미생물의 자생을 돕도록 하부에 배치된 제1 배양액층(110)과;
    일측에 악취가스의 내부 유입을 허용하는 유입구(120);
    타측에 1차 처리가스의 배출을 허용하는 제1 인출구(130);
    상기 제1 인출구(130) 상에 담체(C)로 충진된 제1 챔버(140);
    상기 유입구(120)에 인접 배치되어, 상기 제1 배양액을 상향류로 공급하는 제1 스프레이 노즐부(150); 및
    상기 제1 챔버(140) 상에 배치되어, 상기 제1 배양액을 하향류로 공급하는 제1 미스트 노즐부(160);를 포함하는, 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 챔버(140)는,
    상기 산성가스 처리조의 내부를 가로질러 제1 배양액층(110)과 상부 커버 사이에 수직방향으로 입설되는 제1 구획벽(141)과;
    상기 산성가스 처리조의 내부면과 상기 제1 구획벽(141)으로 둘러싸인 하측면을 배수가능하게 밀폐하는 제1 하부벽(142); 및
    상기 제1 구획벽(141) 하단에서 상기 제1 배양액층(110)에 담기도록 길이연장된 제1 배플(143);을 구비하는, 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치.
  5. 악취가스가 산성취를 제거하는 미생물을 함유한 제1 배양액과 병류 접촉하면서 하류로 안내되는 산성가스 처리조(1)와;
    악취가스가 중성취를 제거하는 미생물을 함유한 제2 배양액과 병류 접촉하면서 하류로 안내되는 중성가스 처리조(2); 및
    악취가스가 알칼리성취를 제거하는 미생물을 함유한 제3 배양액과 향류 접촉하면서 하류로 안내되는 알칼리성가스 처리조(3);를 포함하며,
    상기 중성가스 처리조(2)는,
    상기 제2 배양액으로 미생물의 자생을 돕도록 하부에 배치된 제2 배양액층(210)과;
    일측에 1차 처리가스의 내부 유입을 허용하는 제2 인입구(220);
    타측에 2차 처리가스의 배출을 허용하는 제2 인출구(230);
    상기 제2 인출구(230) 상에 하나 이상의 필터층(F)을 적층배열하는 제2 챔버(240);
    상기 제2 인입구(220)에 인접 배치되어, 상기 제2 배양액을 상향류로 공급하는 제2 스프레이 노즐부(250); 및
    상기 제2 챔버(240) 상에 배치되어, 상기 제2 배양액을 하향류로 공급하는 제2 미스트 노즐부(260);를 포함하는, 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 챔버(240)는,
    상기 중성가스 처리조의 내부를 가로질러 제2 배양액층(210)과 상부 커버 사이에 수직방향으로 입설되는 제2 구획벽(241)과;
    상기 중성가스 처리조의 내부면과 상기 제2 구획벽(241)으로 둘러싸인 하측면을 배수가능하게 밀폐하는 제2 하부벽(242); 및
    상기 제2 구획벽(241) 하단에서 상기 제2 배양액층(210)에 담기도록 길이연장된 제2 배플(243);을 구비하는, 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치.
  7. 악취가스가 산성취를 제거하는 미생물을 함유한 제1 배양액과 병류 접촉하면서 하류로 안내되는 산성가스 처리조(1)와;
    악취가스가 중성취를 제거하는 미생물을 함유한 제2 배양액과 병류 접촉하면서 하류로 안내되는 중성가스 처리조(2); 및
    악취가스가 알칼리성취를 제거하는 미생물을 함유한 제3 배양액과 향류 접촉하면서 하류로 안내되는 알칼리성가스 처리조(3);를 포함하며,
    상기 알칼리성가스 처리조(3)는,
    상기 제3 배양액으로 미생물의 자생을 돕도록 하부에 배치된 제3 배양액층(310)과;
    일측에 2차 처리가스의 내부 유입을 허용하는 제3 인입구(320);
    타측 상부에 3차 처리가스의 배출을 허용하는 배출구(330);
    상기 제3 인입구(320)와 상기 배출구(330) 사이에 배치된 다수의 HBC링(340);
    상기 HBC링(340) 상에 배치되어, 상기 제3 배양액을 하향류로 공급하는 제3 미스트 노즐부(360);를 포함하는, 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치.
  8. 청구항 3, 청구항 5 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 배양액은 pH 농도를 8~9 범위로 설정하고,
    상기 제2 배양액은 pH 농도를 7.5로 설정하며,
    상기 제3 배양액은 pH 농도를 6.5~7.5 범위로 설정하는, 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치.
  9. 청구항 3, 청구항 5 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 배양액은 바실러스속 균 또는 티오바실러스속 균을 포함하는 미생물을 함유하고,
    상기 제2 배양액은 티오바실러스속 균 또는 광합성 균을 포함하는 미생물을 함유하며,
    상기 제3 배양액은 질산화 균을 포함하는 미생물을 함유하는, 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치.
  10. 청구항 3, 청구항 5 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산성가스 처리조(1)는 상향 이동 구간과 하향 이동 구간을 연통가능하게 연속 배열하고,
    상기 중성가스 처리조(2)는 상향 이동 구간과 하향 이동 구간을 연통가능하게 연속 배열하는, 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치.
  11. 청구항 3, 청구항 5 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산성가스 처리조(1), 상기 중성가스 처리조(2), 상기 알칼리성가스 처리조(3)의 순서로 직렬 배치되는, 미생물을 이용한 복합형 악취제거장치.
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