KR200234656Y1

KR200234656Y1 - 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시제거시스템

Info

Publication number: KR200234656Y1
Application number: KR2020010007392U
Authority: KR
Inventors: 차진명
Original assignee: 차진명
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2001-10-18

Abstract

본 고안은 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각종 산업장에서 악취 및 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene) 등의 BTX류와 유기산, 알데히드류, 케톤류, 방향족화합물 등의 휘발성유기화합물(VOCs)이 동시에 대량으로 발생하는데 이를 제거하는 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템에 관한 것이다.

본 고안의 목적은 악취 및 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene) 등의 BTX류와 유기산, 알데히드류, 케톤류, 방향족화합물 등의 휘발성유기화합물(VOCs)을 동시에 제거하는 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템을 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 현장에서 발생되는 오염공기의 종류에 따라 시스템의 설계와 운전이 편리하도록 카트리지 형태의 바이오필터 장치를 제공함으로서 유지비용 및 재생 처리비용 등을 절감할 수 있고, 무기성 악취와 휘발성유기화합물(VOCs)이 혼합된 공기를 동시에 제거하는 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 악취 및 휘발성유기화합물을 제거하는 바이오필터 시스템에 있어서, 상기 악취를 제거하는 미생물과 휘발성유기화합물(VOCs)을 제거하는 미생물이 충진된 다수의 카트리지 형태의 미생물담체(6)와; 상기 미생물담체(6)의 하단부로 악취 및 휘발성유기화합물이 유입되는 악취 및휘발성유기화합물 유입부(1)와; 상기 악취와 휘발성 유기화합물이 혼합된 공기를 동시에 제거하는 미생물담체(6)와 접속되는 바이오필터(13)와; 상기 바이오필터(13)의 하단에 구비되는 물탱크(11)와; 상기 물탱크(11)에 접속되어 있는 산ㆍ알카리 약품을 공급하는 산ㆍ알카리약품탱크(9)와; 상기 물탱크(11)의 하단으로 접속되어 영양배지를 공급하는 영양배지탱크(8)와; 상기 영양배지탱크(8)와 산ㆍ알카리약품탱크(9)의 영양배지와 산ㆍ알카리 약품을 공급하는 순환펌프(2)와; 상기 바이오필터(13)의 하단에 구비되는 물탱크(11)에서 물을 공급하는 물순환펌프(12)와; 상기 물순환펌프(12)를 통해 상기 각 미생물담체(6)의 상단부에서 물을 공급하는 설치된 살수스프레이(3)와; 상기 바이오필터(13)의 상단부에 접속되어 온도를 가열해주는 가열기(4) 및; 상기 바이오필터(13)의 상단부에 파이프를 통해 접속되어 필터링된 공기를 외부로 배출시키는 송풍팬(10)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템{Stench and VOCs remove system using Biofilter}

일반적으로 석유화학공장, 도시하수/분뇨처리장, 고무제조공장, 도색공장, 식품가공공장, 축산분뇨처리장, 분뇨처리장 등 각종 산업장에서 악취 및 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene) 등의 BTX류와 유기산, 알데히드류, 케톤류, 방향족화합물 등의 휘발성유기화합물(VOCs)이 동시에 대량으로 발생하는데, 이로 인한 주변 민원으로 산업발전에 필요한 공장의 건설이 지연되고, 도시의 기반시설이 되는 하수종말처리장 및 쓰레기매립장의 건설이 늦어지고 있다.

산업현장에서 발생하는 악취 및 휘발성유기화합물(VOCs)을 제거하는 방법은 크게 화학적 방법과 생물학적 방법으로 나눌 수 있다.

화학적 방법으로 연소법은 2차 대기오염을 발생시키고, 흡착법은 고가인 활성탄을 사용함에 따라 비경제적이다. 이들 방법은 건설비가 적게 드는 대신 과다한 약품 소모로 인한 2차 오염을 유발하여 운전비가 많이 소요된다.

이에 비하여 생물학적 방법은 건설비와 운전조건이 까다로운 단점을 가지고 있으나, 유지 및 관리가 용이하며 운전비용이 적게 소모된다.

따라서 이러한 생물학적 방법은 역사적으로 1960년대부터 토양층에 오염된 공기를 주입하여 토양흡착과 토양미생물을 이용하여 제거하는 soil bed등이 개발되었다. 그러나 soil bed는 넓은 부지가 필요하고 높은 압력손실 그리고 토양층 내부에서의 균등한 공기공급의 문제점이 발생하였다. 이러한 단점을 보완하고자 1980년대 이후 퇴비, peat, wood bark등의 유기성재료들을 충진재로 사용하여 바이오필터를 개발하였는데 이들 유기성 충전재는 높은 물리적 흡착, 양호한 수분보수력으로 인해 높은 제거효율을 가지고 있으나 미생물에 의해 충전층 자체가 분해되고 무기화로 인한 압밀이 되어 충전재층으로 공기의 흐름이 일정하게 유지되지 않는 단점이 있다.

따라서 부착 미생물 담체로 이용하기 위해서는 단위 무게당 활성이 좋은 새로운 담체 선정이 중요하며 담체에 미생물을 부착하는 기술이 필요하게 되었다.

도2는 종래의 악취 및 휘발성유기화합물을 동시에 제거하는 바이오필터 장치를 개략적으로 구성도이며, 도3은 종래의 바이오필터 내에서 악취 및 휘발성유기화합물 분해 메카니즘을 나타낸 공정도이다.

상기 도1에 도시된 바와 같이 종래의 바이오필터(13)는 악취와 휘발성유기화합물 유입부(1)에서 오염공기가 파이프를 통해 바이오필터(13)의 하단부로 유입되고, 미생물이 충진된 미생물담체(6)층을 통과하면서 정화된 공기로 배출된다. 또한 미생물이 성장하기 위한 수분을 바이오필터(11)의 하단에 구비되는 물탱크(11)에서 순환펌프에 의해서 살수스프레이를 통해 공급되어 진다.

그러나 상기 종래의 바이오필터(13)는 황화수소와 같은 악취를 제거할 경우미생물에 의해 분해되면서 미생물담체(6)의 pH가 떨어지게 되는데 대한 문제점과, 미생물이 성장하는데 필요한 영양배지탱크(8)가 없다는 문제점이 있다.

또한, 미생물이 성장하고 활동할 수 있는 온도를 유지시키기 위한 조절수단이 없다는 문제점이 있다.

그리고, 도3에 나타낸 바와 같이 악취와 휘발성 유기화합물이 혼합된 공기를 미생물이 충진된 미생물담체(6)층으로 가스를 유입시켜 충전층을 통과하면서 미생물의 생분해 작용에 의해서 악취 및 휘발성유기화합물을 최종적으로 이산화탄소와 물로 분해시키는 것이다.

미생물

↓

또한 기존의 바이오필터(6)는 담체에 부착된 미생물이 종속영양 세균일 경우에는 휘발성유기화합물(VOCs)을 처리하기 위하여 질소(N), 인산(P)등 미생물이 성장하는데 필요한 영양분을 공급해 주어야 한다. 이러한 종속영양 세균은 미생물의 특성상 바이오메스(Biomass)를 생성하기 때문에 미생물담체의 공극을 막아 압력손실이 과도하게 커지므로 오염공기 처리풍량 및 처리효율이 급격히 저하된다.

따라서, 휘발성유기화합물(VOCs)를 분해하는 종속영양 세균인 미생물을 이용하는 경우에는 주기적으로 바이오메스(Biomass)를 제거해주어야 한다.

이에 기존의 바이오필터에서는 바이오메스(Biomass)를 제거하기 위하여 역세척을 실시하는데, 역세척시 과도한 압력으로 인한 담체내부의 미생물까지 유출되어 재접종을 해야 하는 단점이 있으므로, 이 단점을 극복할 수 있는 설계가 간단하고 운전이 편리한 시스템의 개발이 필요하다.

본 고안은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 창안된 것으로서, 본 고안의 목적은 악취 및 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene) 등의 BTX류와 유기산, 알데히드류, 케톤류, 방향족화합물 등의 휘발성유기화합물(VOCs)을 동시에 제거하는 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 악취 및 휘발성유기화합물을 제거하는 바이오필터 시스템에 있어서, 상기 악취를 제거하는 미생물과 휘발성유기화합물(VOCs)을 제거하는 미생물이 충진된 다수의 카트리지 형태의 미생물담체(6)와; 상기 미생물담체(6)의 하단부로 악취 및 휘발성유기화합물이 유입되는 악취 및 휘발성유기화합물 유입부(1)와; 상기 악취와 휘발성 유기화합물이 혼합된 공기를 동시에 제거하는 미생물담체(6)와 접속되는 바이오필터(13)와; 상기바이오필터(13)의 하단에 구비되는 물탱크(11)와; 상기 물탱크(11)에 접속되어 있는 산ㆍ알카리 약품을 공급하는 산ㆍ알카리약품탱크(9)와; 상기 물탱크(11)의 하단으로 접속되어 영양배지를 공급하는 영양배지탱크(8)와; 상기 영양배지탱크(8)와 산ㆍ알카리약품탱크(9)의 영양배지와 산ㆍ알카리 약품을 공급하는 순환펌프(2)와; 상기 바이오필터(13)의 하단에 구비되는 물탱크(11)에서 물을 공급하는 물순환펌프(12)와; 상기 물순환펌프(12)를 통해 상기 각 미생물담체(6)의 상단부에서 물을 공급하는 설치된 살수스프레이(3)와; 상기 바이오필터(13)의 상단부에 접속되어 온도를 가열해주는 가열기(4) 및; 상기 바이오필터(13)의 상단부에 파이프를 통해 접속되어 필터링된 공기를 외부로 배출시키는 송풍팬(10)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 상기 미생물담체(6)는, 압력게이지(5)가 부착되어 미생물이 악취 및 휘발성유기화합물이 혼합된 공기를 제거함으로서 생성되는 바이오매스에 따른 압력손실을 측정하여, 과다한 압력손실시 세척하는 것을 특징으로 하고, 악취가스는 1단에서 제거하고 휘발성 유기화합물은 종류에 따라 2단 또는 3단에서 악취와 휘발성 유기화합물이 혼합된 공기를 동시에 제거하는 것을 특징으로 한다.

도1은 본 고안에 따른 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템의 구성도이고,

도2는 종래의 악취 및 휘발성유기화합물을 동시에 제거하는 바이오필터 장치를 개략적으로 구성도이며,

도3은 종래의 바이오필터 내에서 악취 및 휘발성유기화합물 분해 메카니즘을 나타낸 공정도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 악취 및 휘발성유기화합물 유입부 2: 순환펌프

3: 살수스프레이 4: 가열기

5: 압력게이지 6: 미생물담체

7: pH 메타 8: 영양배지탱크

9: 산ㆍ알카리 약품탱크 10: 송풍팬

11: 물탱크 12: 물순환펌프

13: 바이오필터(반응기)

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템에 대해 상세히 설명한다.

도1은 본 고안에 따른 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템의 구성도이다.

도1을 참조하면, 악취를 제거하는 미생물과 휘발성유기화합물(VOCs)을 제거하는 미생물이 충진된 다수의 카트리지 형태의 미생물담체(6)와, 상기 미생물담체(6)의 하단부로 악취 및 휘발성유기화합물이 유입되는 악취 및 휘발성유기화합물 유입부(1)와, 상기 악취와 휘발성 유기화합물이 혼합된 공기를 동시에 제거하는 미생물담체(6)와 접속되는 바이오필터(13)와, 상기 바이오필터(13)의 하단에 구비되는 물탱크(11)와, 상기 물탱크(11)에 접속되어 있는 산ㆍ알카리 약품을 공급하는 산ㆍ알카리약품탱크(9)와, 상기 물탱크(11)의 하단으로 접속되어 영양배지를 공급하는 영양배지탱크(8)와, 상기 영양배지탱크(8)와 산ㆍ알카리약품탱크(9)의 영양배지와 산ㆍ알카리 약품을 공급하는 순환펌프(2)와, 상기 바이오필터(13)의 하단에 구비되는 물탱크(11)에서 물을 공급하는 물순환펌프(12)와, 상기 물순환펌프(12)를 통해 상기 각 미생물담체(6)의 상단부에서 물을 공급하는 설치된 살수스프레이(3)와, 상기 바이오필터(13)의 상단부에 접속되어 온도를 가열해주는 가열기(4)와, 상기 바이오필터(13)의 상단부에 파이프를 통해 접속되어 필터링된 공기를 외부로 배출시키는 송풍팬(10)으로 구성된다.

또한, 상기 영양배지탱크(8)에 pH 메타(7)가 접속되어, 미생물이 성장하는데 최적의 pH를 조절해주기 위해 산ㆍ알카리약품탱크(9)에서 파이프를 통해 공급을 제어하게 된다.

그리고 상기 바이오필터(13)의 하단에는 미생물에 수분을 공급할 수 있는 물탱크(11)가 구비되고, 상기 물탱크(11)에 접속되어 미생물에 영양분을 공급하는 영양배지탱크(8)가 접속되고, 상기 영양배지탱크(8)의 영양분은 순환펌프에 의해 물탱크(11)에 공급하고 공급되어진 영양분은 물과 함께 바이오필터(13)의 살수스프레이(3)에 공급하며, 상기 미생물이 충진된 미생물 담체(6)의 각각 층에는 압력게이지(5)가 접속되어, 미생물이 악취와 휘발성 유기화합물이 혼합된 공기를 동시에 제거함으로서 생성되는 바이오메스(Biomass)에 의해, 각 층에서 압력손실이 높아지는 것을 측정하여 세척하게 된다.

또한, 미생물이 잘 성장하기 위해서는 온도를 조절해 주어야 하는데, 바이오필터의 내부에 도시되지 않은 온도를 온도감지센서의 감지에 의해 악취 및 휘발성유기화합물이 혼합된 공기의 온도가 낮은 온도일 경우 가열기(4)에 의해 가열하여 주며, 상기 바이오필터(13)의 상단부에 접속되는 파이프를 통해 정화된 공기를 송풍팬(10)에 의해 외부로 배출시킨다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 동작ㆍ효과를 설명하면, 먼저, 악취 및 휘발성유기화합물 유입부(1)에서 악취 및 휘발성유기화합물이 혼합된 공기가 유입되면 파이프를 통해 바이오필터(13)의 하부로부터 미생물이 충진된 미생물담체(6)층을 통과하여 상부로 흘러 상단부에 접속된 파이프를 통해 송풍팬(10)에 의하여 외부로 배출된다.

상기 바이오필터(13)에 유입된 악취와 휘발성유기화합물이 혼합된 오염공기중에서 암모니아와 같은 악취는 미생물이 충진된 미생물담체(6) 1단에서 제거 및 분해되고 휘발성유기화합물은 2단 및 3단에서 제거된다.

이 때, 미생물이 잘 성장하기 위해서는 온도를 조절해 주어야 하는데, 바이오필터(13)의 내부의 온도를 온도감지센서의 감지에 의해 악취 및 휘발성유기화합물이 혼합된 공기의 온도가 낮은 온도일 경우 가열기(4)에 의해 가열하여 준다. 또한, 상기 바이오필터(13)의 상단부에 접속되는 파이프를 통해 정화된 공기를 송풍팬(10)에 의해 외부로 배출시킨다.

그리고, 미생물이 악취와 휘발성 유기화합물이 혼합된 공기를 동시에 제거함으로서 생성되는 바이오메스(Biomass)에 의해, 각 층에서 압력손실이 높아지는 것을 상기 미생물이 충진된 카트리지 형태의 미생물 담체(6)의 각각 층에는 압력게이지(5)가 접속되어 압력손실이 기준 이상일 경우 세척하면 된다.

즉, 본 고안에서는 종래 담체들의 단점을 극복할 수 있는 플라이 애쉬를 주성분으로 하는 실리카 계통의 세라믹담체를 이용한다. 이 세라믹 담체는 화력발전소의 부산물로 나오는 재 즉, 플라이애쉬를 주성분으로 하기 때문에 경제적으로 유용하며, 높은 기공율과 수분흡수율, 압축강도를 가지고 있어 미생물 담체로 사용하기에 매우 유용하다.

특히, 악취 및 휘발성유기화합물(VOCs)을 제거할 수 있는 미생물을 각각 세라믹 담체에 고정화하여 다단식의 카트리지 형태로 설치하여 악취 및 휘발성유기화합물을 제거하게 된다.

따라서, 악취 및 휘발성유기화합물(VOCs)을 각각 제거하는 미생물을 별도로 장치를 제작하여 병렬식 또는 직렬식으로 처리하는 방법보다도 운전비를 크게 줄일수 있고, 장치를 간단히 하므로 설치비용이 저렴한 아주 효과적인 악취 및 휘발성유기화합물(VOCs) 제거 방법이다.

결국, 악취 및 휘발성유기화합물(VOCs)을 바이오필터를 사용하여 효과적으로동시에 처리하고자 하는 기술로 반응기는 처리하고자 하는 가스 종류에 따라 단수를 정하고, 바이오메스(Biomass)가 과도하게 생겨 압력손실이 높아지면 카트리지 형태이므로 바로 꺼내 세척후 바로 사용할 수 있어 악취 및 휘발성유기화합물(VOCs)을 효과적으로 동시에 제거하게 된다.

상기와 같이 본 고안에 따르면, 악취와 휘발성유기화합물이 혼합된 공기를 동시에 제거하는 바이오필터로서, 물리·화학적 처리 방법과 비교하여 운전 경비나 유지 관리비용을 40% 이상 줄일 수 있고, 2차 오염원을 전혀 발생하지 않는 장점을 같게 된다. 즉, 현재 경쟁적으로 유입되어 외국의 바이오필터 기술 등에 의존하고 있는 악취 및 휘발성 유기화합물 처리 기술에 있어 수입 대체 효과를 올릴 수 있을 뿐만 아니라, 앞으로 부착 미생물의 동정 등 추가 고안에 따라 우루과이라운드에 따른 미생물 균주 수입에 따른 독자적인 균주도 확보할 수 있으며 이에 따른 국내 산업의 경쟁력도 높일 수 있고, 악취 및 휘발성유기화합물 제거에 따른 민원 해결과 대기오염 방지에도 크게 기여하게 될 것이다.

또한 미생물을 담체에 부착하여 2단 또는 3단의 바이오필터는 악취와 휘발성유기화합물이 혼합된 공기를 동시에 처리하는데 매우 적절한 시스템을 제공하는 효과가 있다.

Claims

악취 및 휘발성유기화합물을 제거하는 바이오필터 시스템에 있어서,

상기 악취를 제거하는 미생물과 휘발성유기화합물(VOCs)을 제거하는 미생물이 충진된 다수의 카트리지 형태의 미생물담체(6)와;

상기 미생물담체(6)의 하단부로 악취 및 휘발성유기화합물이 유입되는 악취 및 휘발성유기화합물 유입부(1)와;

상기 악취와 휘발성 유기화합물이 혼합된 공기를 동시에 제거하는 미생물담체(6)와 접속되는 바이오필터(13)와;

상기 바이오필터(13)의 하단에 구비되는 물탱크(11)와;

상기 물탱크(11)에 접속되어 있는 산ㆍ알카리 약품을 공급하는 산ㆍ알카리약품탱크(9)와;

상기 물탱크(11)의 하단으로 접속되어 영양배지를 공급하는 영양배지탱크(8)와;

상기 영양배지탱크(8)와 산ㆍ알카리약품탱크(9)의 영양배지와 산ㆍ알카리 약품을 공급하는 순환펌프(2)와;

상기 바이오필터(13)의 하단에 구비되는 물탱크(11)에서 물을 공급하는 물순환펌프(12)와;

상기 물순환펌프(12)를 통해 상기 각 미생물담체(6)의 상단부에서 물을 공급하는 설치된 살수스프레이(3)와;

상기 바이오필터(13)의 상단부에 접속되어 온도를 가열해주는 가열기(4) 및;

상기 바이오필터(13)의 상단부에 파이프를 통해 접속되어 필터링된 공기를 외부로 배출시키는 송풍팬(10)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템.
제1항에 있어서, 상기 미생물담체(6)는,

압력게이지(5)가 부착되어 미생물이 악취 및 휘발성유기화합물이 혼합된 공기를 제거함으로서 생성되는 바이오매스에 따른 압력손실을 측정하여, 과다한 압력손실시 세척하는 것을 특징으로 하는 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템.
제1항에 있어서, 상기 미생물담체(6)는,

악취가스는 1단에서 제거하고 휘발성 유기화합물은 종류에 따라 2단 또는 3단에서 악취와 휘발성 유기화합물이 혼합된 공기를 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 바이오 필터를 이용한 악취 및 휘발성유기화합물 동시 제거시스템.