KR200234657Y1

KR200234657Y1 - 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 ＶＯＣｓ의처리시스템

Info

Publication number: KR200234657Y1
Application number: KR2020010007393U
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 각종 산업시설에서 발생하는 황화수소(H₂S) 및 휘발성유기화합물 (Volatile Organic Compounds : VOCs)을 액상촉매와 미생물을 부착한 바이오필터를 활용하여 제거하는 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템에 관한 것이다.

본 고안의 목적은 악취가스 중 황화수소를 처리하기 위하여 기·액 접촉 면적을 넓히기 위한 방안으로 충진물 기포탑 반응기를 포함한 스크러버 형태의 액상촉매와 VOCs의 처리를 위한 카트리지형태의 교환/세정, 연속조업, 적정한 체류시간 및 처리효율을 갖는 바이오필터를 결합시킨 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템을 제공하는데 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 황화수소 및 휘발성 유기화합물질 성분을 포함한 산업 악취가스의 처리시스템에 있어서, 상기 황화수소를 제거하기 위한 액상촉매장치를 구비한 제1제거부(100)와; 상기 휘발성유기화합물을 제거하기 위한 카트리지 형식의 미생물 부착 바이오필터를 구비한 제2제거부(200)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 제1제거부(100)는, 상기 각종 오염물질 공급탱크로서 황화수소 및 VOCs(10)와; 상기 황화수소 및 VOCs(10)의 유입되는 질량의 흐름을 조절하는 질량흐름조절기(19)와; 상기 황화수소 및 VOCs(10)를 기포형상으로 발생시키는 기포생성기(16)와; 액상촉매를 저장하고 수집하는 액상촉매 저장 및수집탱크(12)와; 상기 액상촉매를 공기압축기에서 발생시킨 건조한 공기를 여과하는 필터(14)와; 상기 필터(14)를 통한 유출되는 양을 측정하는 유량계(18)와; 상기 유량계(18)를 통해 흐르는 액상촉매를 분무하는 분무장치(17)와; 상기 분무장치(17)를 통해 분무되는 액상촉매와 기ㆍ액체 접촉 면적을 넓히기 위해 공극률과 비표면적이 큰 충진물이 다수의 폴링층(11)과; 소정의 온도를 유지하기 위한 데미스터(15)로 구성되는 것을 특징으로 하고, 상기 제2제거부(200)는, 상기 VOCs를 제거하기 위한 바이오필터층으로 부착한 미생물과 담체로 구성된 다수의 미생물 부착 바이오필터(20)와; 상기 미생물 부착 바이오필터(20)를 지지하기 위한 지지대(23)와; 상기 제2제거부(200)의 pH농도를 측정하여 적절한 수준의 pH를 조절하는 pH조절기(26)와; 상기 pH조절기(26)의 pH측정에 따라 각종 영양배지를 저장하고 수집하는 영양배지 저장 및 수집탱크(25)와; 상기 영양배지를 상기 미생물 부착 바이오필터(20)에 공급하는 영양배지 순환펌프(21)와; 일정한 수온을 유지하기 위한 온도조절장치(24)와; 상기 미생물 부착 바이오필터(20)에서 걸러지고 정화된 공기을 배출하는 팬(22)으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 미생물 부착 바이오필터(20)는, 1단, 2단, 혹은 다단으로 설치하며, 각 단별로 부착 미생물을 달리하는 것을 특징으로 한다.

Description

액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 ＶＯＣｓ의 처리시스템{Hydrogen sulfide and VOCs remove system using Fe-EDTA and Biofilter}

일반적으로 황화수소를 제거하는 방법은 클라우스공법이 있다. 그러나 상기 방법은 폭발성이 있으며 2차 대기 오염물질인 아황산가스이 발생되는 등 문제점이 있다.

현재, 황화수소를 제거하는 방법으로는 산화환원 작용이 뛰어난 금속촉매를 사용하는 액상 촉매 산화법을 많이 이용하고 있는데, Fe(Ⅲ)-니트릴로트리아세트산 복합체 및 Fe(Ⅲ)-N-(2-히드록시에탄)-EDTA 등의 철 킬레이트 액상촉매가 상용화되어 있다.

또한, 각종 산업시설과 환경기초시설로부터 발생되는 VOCs 물질로는 유기산, 알데히드류, 케톤류, 방향족 화합물 등이 있으며, 대표적인 악취물질로는 황화계 악취물질과 질소계 악취물질로 나눌 수가 있다. 이중 황화계 악취물질은 상기 액상촉매를 이용하여 처리가 가능하나, 암모니아를 포함한 염기성 가스 및 휘발성 유기화합물을 처리하는데는 문제점이 있다.

그리고 지금까지 공기의 VOCs를 제거하기 위한 방법으로는 물리적·화학적·생물학적 방법들이 사용되어 왔으며, 냉각응축법, 촉매식 연소법, 물리적 흡착법 및 세정법 등이 이에 속한다. 그러나 이들 방법 중 물리·화학적 방법은 시설비, 재료비, 약품비 등과 같은 조업비가 많이 소요되며, 2차 오염물질을 발생하는 단점이 있다. 이러한 이유로 악취가스를 물과 이산화탄소로 전환하는 생물학적 처리방법이 대두되었다.

이에 고안된 방법으로 바이오필터를 이용하여 휘발성 유기화합물을 제거하는 방법이 있다. 그러나 기존 바이오필터는 부착한 미생물의 대량증식으로 인하여 담체 기공의 막힘 현상에 이어 필터층의 두께를 증가시켜 높은 압력손실 및 기체투과도 감소의 원인으로 지적되고 있으며, 바이오매스를 제거 및 세정하기 위한 장치운전의 중단이 필요하다. 따라서 연속조업이 가능하도록 장치를 구성하며, 미생물을 이용함으로 발생되어지는 체류시간의 문제점을 해결하기 위해서 필요한 넓은 설치 부지 등의 문제점을 해결하며 안정적인 VOCs의 처리장치 및 방법이 필요하다.

본 고안은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 고안의 목적은 악취가스 중 황화수소를 처리하기 위하여 기ㆍ액체 접촉 면적을 넓히기 위한 방안으로 충진물 기포탑 반응기를 포함한 스크러버 형태의 액상촉매와 VOCs의 처리를 위한 카트리지형태의 교환/세정, 연속조업, 적정한 체류시간 및 처리효율을 갖는 바이오필터를 결합시킨 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의처리시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 황화수소 및 휘발성 유기화합물질 성분을 포함한 산업 악취가스의 처리시스템에 있어서, 상기 황화수소를 제거하기 위한 액상촉매장치를 구비한 제1제거부(100)와; 상기 휘발성유기화합물을 제거하기 위한 카트리지 형식의 미생물 부착 바이오필터를 구비한 제2제거부(200)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 제1제거부(100)는, 상기 각종 오염물질 공급탱크로서 황화수소 및 VOCs(10)와; 상기 황화수소 및 VOCs(10)의 유입되는 질량의 흐름을 조절하는 질량흐름조절기(19)와; 상기 황화수소 및 VOCs(10)를 기포형상으로 발생시키는 기포생성기(16)와; 액상촉매를 저장하고 수집하는 액상촉매 저장 및 수집탱크(12)와; 상기 액상촉매를 공기압축기에서 발생시킨 건조한 공기를 여과하는 필터(14)와; 상기 필터(14)를 통한 유출되는 양을 측정하는 유량계(18)와; 상기 유량계(18)를 통해 흐르는 액상촉매를 분무하는 분무장치(17)와; 상기 분무장치(17)를 통해 분무되는 액상촉매와 기ㆍ액체 접촉 면적을 넓히기 위해 공극률과 비표면적이 큰 충진물이 다수의 폴링층(11)과; 소정의 온도를 유지하기 위한 데미스터(15)로 구성되는 것을 특징으로 하고, 상기 제2제거부(200)는, 상기 VOCs를 제거하기 위한 바이오필터층으로 부착한 미생물과 담체로 구성된 다수의 미생물 부착 바이오필터(20)와; 상기 미생물 부착 바이오필터(20)를 지지하기 위한 지지대(23)와; 상기 제2제거부(200)의 pH농도를 측정하여 적절한 수준의 pH를 조절하는 pH조절기(26)와; 상기 pH조절기(26)의 pH측정에 따라 각종 영양배지를 저장하고 수집하는 영양배지 저장 및 수집탱크(25)와; 상기 영양배지를 상기 미생물 부착 바이오필터(20)에 공급하는 영양배지 순환펌프(21)와; 일정한 수온을 유지하기 위한 온도조절장치(24)와; 상기 미생물 부착 바이오필터(20)에서 걸러지고 정화된 공기을 배출하는 팬(22)으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 미생물 부착 바이오필터(20)는, 1단, 2단, 혹은 다단으로 설치하며, 각 단별로 부착 미생물을 달리하는 것을 특징으로 한다.

도1은 본 고안에 따른 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템이고,

도2는 바이오필터부의 개략적인 단면도이다.

< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 황화수소 및 VOCs 11: 폴링(pall ring) 층

12: 액상촉매 저장 및 수집 탱크 13: 액상촉매 순환 펌프

14: 필터 15: 데미스터

16: 기포생성기 17: 분무장치

18: 유량계 19: 질량흐름조절기

20: 미생물 부착 바이오필터 21: 영양배지 순환펌프

22: 팬 24: 온도조절장치

25: 영양배지 저장 및 수집 탱크 26: pH 조절기

27: 가열장치 100: 제1제거부

200: 제2제거부

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템에 대해 상세히 설명한다.

도1은 본 고안에 따른 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템이고, 도2는 바이오필터부의 개략적인 단면도이다.

도1 및 도2를 참조하면, 황화수소를 제거하기 위한 제1제거부(100)와, 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds : 이하 VOCs라 칭함)을 제거하기 위한 제2제거부(200)로 구성된다.

상기 제1제거부(100)는 각종 오염물질 공급탱크로서 황화수소 및 VOCs(10)와, 상기 황화수소 및 VOCs(10)의 유입되는 질량의 흐름을 조절하는 질량흐름조절기(19)와, 상기 황화수소 및 VOCs(10)를 기포형상으로 발생시키는 기포생성기(16)와, 액상촉매를 저장하고 수집하는 액상촉매 저장 및 수집탱크(12)와, 상기 액상촉매를 공기압축기에서 발생시킨 건조한 공기를 여과하는 필터(14)와, 상기 필터(14)를 통한 유출되는 양을 측정하는 유량계(18)와, 상기 유량계(18)를 통해 흐르는 액상촉매를 분무하는 분무장치(17)와, 상기 분무장치(17)를 통해 분무되는 액상촉매와 기ㆍ액체 접촉 면적을 넓히기 위해 공극률과 비표면적이 큰 충진물이 다수의 폴링층(11)과, 소정의 온도를 유지하기 위한 데미스터(15)로 구성된다.

상기 제1제거부(100)는 황화수소를 제거하기 위한 충진물 층을 1단, 2단 혹은 다단으로 구성되는 액상촉매 장치로서 기·액체 접촉 면적을 넓히기 위하여 공극률과 비표면적이 큰 충진물로서 폴링(pall ring), 라슁링(rashing ring) 등을 이용하며, 반응조 또는 제거부 지름은 충진물 지름의 8-10배가 되게 하며, 불규칙적인 충진을 통한 채널링(channeling)현상을 방지한다.

그리고 상기 제2제거부(200)는 상기 제1제거부(100)를 통해 황화수소가 제거되고 VOCs를 제거하기 위한 장치로서, VOCs를 제거하기 위한 바이오필터층으로 부착한 미생물과 담체로 구성된 다수의 미생물 부착 바이오필터(20)와, 상기 미생물 부착 바이오필터(20)를 지지하기 위한 지지대(23)와, 상기 제2제거부(200)의 pH농도를 측정하여 적절한 수준의 pH를 조절하는 pH조절기(26)와, 상기 pH조절기(26)의 pH측정에 따라 각종 영양배지를 저장하고 수집하는 영양배지 저장 및 수집탱크(25)와, 상기 영양배지를 상기 미생물 부착 바이오필터(20)에 공급하는 영양배지 순환펌프(21)와, 일정한 수온을 유지하기 위한 온도조절장치(24)와, 상기 미생물 부착 바이오필터(20)에서 걸러지고 정화된 공기을 배출하는 팬(22)으로 구성된다.

상기 온도조절장치(24)는 도2에 도시된 바와 같디 바이오필터(20)의 단면도를 나타낸 것으로 가열장치(27)가 바이오필터(20)의 둘레에 설치되어 일정한 온도를 유지하여 준다.

상기 미생물을 부착하기 위한 주 담체는 폴리비닐피리딘(polyvinylpyridine;이하 PVP라 칭함)이며 물리적 특성은 표1과 같다. PVP와 함께 이용 가능한 담체로서는 바이오샌드(biosand), 바이오 세라믹 (bio ceramic), 활성탄, 활성탄 섬유, 섬모상 섬유, 스폰지 등과 유기ㆍ무기 담체가 있다.

PVP의 물리적 특성

외관	압축강도(g/bead)	교환기	견괘밀도 (g/cm³)	함수율 (%)	입도범위(mesh)	교환용량 (meq/mL)	최고조작온도 (℃)	유효pH 범위	비중
백색불투명 구상	1000		0.68	38-41	10.50	2.9	120	0-7	1.18

상기와 같이 구성된 본 고안의 동작ㆍ효과를 설명하면, 제1제거부(100)에 황화수소의 주입은 반응기 하부의 저장탱크(10)로 주입되게 하여 액상촉매에 용해되는 황화수소를 1차적으로 제거하며, 상부로 올라가는 가스에 포함된 황화수소는 액상촉매를 반응기 중간 혹은 상부면에 설치한 분사기를 통하여 분무하여 제거한다.

황화수소와 액상촉매의 접촉시간은 0.5~5초 사이로 하여 부하 속도를 넘지 않도록 하며, 반응기 또는 제거부의 용량에 비하여 30~80%로 충진한다.

그리고 충진물 위로 분무하여 황화수소를 제거하는데 사용되는 액상촉매는 철-킬레이트류를 이용한다.

또한 반응기 또는 제거부의 상부에서 분무되는 액상촉매의 재활용을 위하여 반응기 또는 제거부의 하부에 저장 탱크를 두어 분무된 액상촉매를 회수하여 다시 순환펌프(13)를 이용하여 상부에서 재 분무 되도록 설계한다. 이때 황화수소는 액상촉매에 흡수되어 황산염이 형성되므로, 황산염을 제거하기 위하여 순환펌프 전에 필터(14)를 설치하여 황산염을 제거하고 순수한 액상촉매만 순환하여 공급되도록 한다.

그리고 제1제거부(100)를 통한 용액은 제2제거부(200)에서 VOCs를 제거하게 된다.

상기 제2제거부(200)의 미생물 부착 바이오필터(20)는 미생물을 부착한 담체를 다단형으로 분할 할 수 있으며, 바이오필터에 충진하는 부착 미생물 담체에는 다양한 미생물을 부착함으로써 광범위한 VOCs를 처리할 수 있다. 즉 톨루엔(toluene), 암모니아(NH₃), 자이렌(xylene), 벤젠(benzene), 에틸벤젠(ethyl benzene) 등과 같은 다양한 VOCs를 제거하기 위하여 필요한 미생물을 담체에 부착하여 하며, 그에 합당한 층을 형성하여 동시제거가 가능하다.

그리고 초기 미생물의 성장과 VOCs의 처리중간에 공급할 영양배지(25)를 반응기 또는 제거부 하부에 제작하여 순환펌프를 이용하여 미생물에 공급하며, 영양배지의 pH는 제어기(26)를 설치하여 미생물의 최적생육조건에 맞추어 조절하여 영양배지(25)를 펌프(21)를 이용하여 공급되도록 하며, 미생물의 적정온도를 유지하기 위한 온도조절장치(24)를 부착하여 순환펌프를 통하여 온도를 조절할 수 있도록물을 순환시킨다.

또한 초기 부착된 미생물 담체층에 VOCs 처리 일주일전에 삽입시키고 필요한 영양배지를 순환시키며 VOCs를 저농도로 주입하여 미생물이 적응할 수 있도록 한다.

따라서, 하부면 또는 하부 측면에 오염가스 유입구를 형성하고, 상부에서 액상촉매를 분무하는 제1제거부와 카트리지 형태의 바이오필터 층을 1단, 2단 혹은 다단으로 구성하는 제2제거부로 구성하여, 상기 제1제거부는 악취가스를 하부에서 투입하여 액상촉매를 분무하여 황화수소 및 황화물을 처리하며, VOCs를 제2제거부로 유입하여 미생물이 부착된 바이오 필터층을 통과하게 함으로써 VOCs를 제거하게 된다.

상기와 같이 본 고안에 따르면, 액상촉매의 재순환 후 분무를 실시함으로 고가의 액상촉매의 구입량의 감소로 인한 경제적 부담을 해소할 수 있고, 기존 바이오필터를 이용한 악취가스의 제거방법에서 문제점으로 대두되었던 제거 및 세정작업이 효율적으로 순환되며, 다단형과 카트리지형태를 취하고 있으므로 한 단의 제거 및 세정작업을 하면서 나머지 단의 운전이 가능하므로 연속적인 작업이 가능하다.

또한, 다단형의 바이오필터층을 형성하므로 각 단별로 다른 미생물을 부착함으로써 다양한 VOCs를 동시에 제거할 수 있을 뿐만 아니라 전체적 시설면적을 줄일수 있으며, 미생물의 영양배지를 하단부에 설치함으로써 배지 액의 손실이 없으며, 필요한 영양물만 투입함으로써 경제적일 뿐만 아니라, 황화수소 및 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 외국기술 도입에 따른 경제적 부담 해소와 운전비와 설치비의 감소와 안정적인 처리가 가능하며, 각종 산업장에서 다양한 종류의 휘발성 유기화합물을 배출하는데, 이에 필요한 제거시설로 대부분의 악취가스를 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims

황화수소 및 휘발성 유기화합물질 성분을 포함한 산업 악취가스의 처리시스템에 있어서,

상기 황화수소를 제거하기 위한 액상촉매장치를 구비한 제1제거부(100)와;

상기 휘발성유기화합물을 제거하기 위한 카트리지 형식의 미생물 부착 바이오필터를 구비한 제2제거부(200)로 구성되는 것을 특징으로 하는 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템.
제1항에 있어서, 제1제거부(100)는,

상기 각종 오염물질 공급탱크로서 황화수소 및 VOCs(10)와;

상기 황화수소 및 VOCs(10)의 유입되는 질량의 흐름을 조절하는 질량흐름조절기(19)와;

상기 황화수소 및 VOCs(10)를 기포형상으로 발생시키는 기포생성기(16)와;

액상촉매를 저장하고 수집하는 액상촉매 저장 및 수집탱크(12)와;

상기 액상촉매를 공기압축기에서 발생시킨 건조한 공기를 여과하는 필터(14)와;

상기 필터(14)를 통한 유출되는 양을 측정하는 유량계(18)와;

상기 유량계(18)를 통해 흐르는 액상촉매를 분무하는 분무장치(17)와;

상기 분무장치(17)를 통해 분무되는 액상촉매와 기ㆍ액체 접촉 면적을 넓히기 위해 공극률과 비표면적이 큰 충진물이 다수의 폴링층(11)과;

소정의 온도를 유지하기 위한 데미스터(15)로 구성되는 것을 특징으로 하는 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2제거부(200)는,

상기 VOCs를 제거하기 위한 바이오필터층으로 부착한 미생물과 담체로 구성된 다수의 미생물 부착 바이오필터(20)와;

상기 미생물 부착 바이오필터(20)를 지지하기 위한 지지대(23)와;

상기 제2제거부(200)의 pH농도를 측정하여 적절한 수준의 pH를 조절하는 pH조절기(26)와;

상기 pH조절기(26)의 pH측정에 따라 각종 영양배지를 저장하고 수집하는 영양배지 저장 및 수집탱크(25)와;

상기 영양배지를 상기 미생물 부착 바이오필터(20)에 공급하는 영양배지 순환펌프(21)와;

일정한 수온을 유지하기 위한 온도조절장치(24)와;

상기 미생물 부착 바이오필터(20)에서 걸러지고 정화된 공기을 배출하는 팬(22)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 미생물 부착 바이오필터(20)는,

1단, 2단, 혹은 다단으로 설치하며, 각 단별로 부착 미생물을 달리하는 것을 특징으로 하는 액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템.