KR20050055650A - 휘발성 유기화합물 또는 악취를 효율적으로 제거하기 위한관형의 광촉매반응기와 바이오필터로 조합된하이브리드시스템 공정 - Google Patents
휘발성 유기화합물 또는 악취를 효율적으로 제거하기 위한관형의 광촉매반응기와 바이오필터로 조합된하이브리드시스템 공정 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 작업환경개선과 대기환경보전을 위하여 일반 공장, 퇴비공장 등을 포함하는 작업장 또는 작업실 내부의 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 지속적으로 정화시키고 배출하기 위한 광촉매반응기와 바이오필터로 조합된 hybrid시스템의 공정에 관한 것이다. 광촉매반응기는 작업장 또는 작업실에서 블러워(blower)로 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 바이오필터까지 연결하는 내부식성이 있는 원형 또는 사각형 또는 기타 형태의 플라스틱관 또는 금속관 내부를 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅한 유리구슬로서 충전시키고 충전된 관의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 자외선램프를 삽입할 끝이 막힌 투명한 유리관들을 충전된 관 길이의 수직 또는 사선 방향으로 배치하고 복수의 자외선램프를 배치된 각 유리관에 삽입한다. 또한 대기 또는 폐가스가 접촉하는 관의 내부표면에도 광촉매를 코팅하여서 광촉매반응을 개선하였다.
한편 바이오필터는 미생물 담체로서 퇴비(compost), 바크(bark) 및 피트(peat) 등을 포함한 유기담체를 주로 쓰고 지지체로서 활성탄(granular activated carbon) 또는 내부 기공이 크게 압출 가공된 폐타이어담체(참조 화학공학, 39(5), 600-606)를 바이오필터 내부에 충전하였다.
본 발명의 특징은 첫째로 광촉매반응과 같은 AOP(Advanced Oxidation Process)가 미생물에 난분해성이거나 독성이 있는 휘발성 유기화합물 또는 악취발생물질을 OH 라디칼로 산화 분해하여 작은 BDOC(Biologically degradable organic compound)를 생성시키거나 농도를 낮추어서 다음 공정인 바이오필터에서의 미생물처리가 용이하도록 한 hybrid시스템의 공정이다. 두 번째 특징은 기존의 바이오필터 공정에 전 공정으로서 광촉매분해공정을 추가한 hybrid시스템의 휘발성 유기화합물에 대한 제거용량(elimination capacity) 증가분에 대하여, 광촉매분해공정의 직접적인 공헌도 보다 hybrid시스템공정의 synergy효과로서 창출된 간접적인 공헌도가 배 이상 크다는 것이다. 세 번째 특징은 폐가스처리유량이 비교적 클 경우에 작업장 또는 작업실에서 블러워(blower)로 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 바이오필터까지 연결하는 관의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 자외선램프를 삽입할 끝이 막힌 투명한 유리관을 충전된 관 길이의 수직 방향으로 배치한다. 따라서 광촉매반응기와 바이오필터로 조합된 hybrid시스템의 공정의 가동 중에도 수명이 다한 자외선램프를 교체할 수 있다. 네 번째 특징은 폐가스처리유량이 비교적 클 경우에 광촉매 반응기를 별도로 제작하지 않고 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 작업장에서 바이오필터까지 연결하는 관을 광촉매반응기로 이용한다는 점이다. 단 이 발명은 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 지속적으로 정화시키고 배출하기 위한 광촉매반응기와 바이오필터로 조합된 hybrid시스템의 공정 특성과, 폐가스처리유량이 비교적 클 경우에 광촉매 반응기를 별도로 제작하지 않고 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 작업장에서 바이오필터까지 연결하는 관을 광촉매반응기로 이용한다는 점을 모두 포함한다.
Description
본 발명은 작업환경개선과 대기환경보전을 위하여 일반 공장, 퇴비공장 등을 포함하는 작업장 또는 작업실 내부의 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 지속적으로 정화시키고 배출하기 위한 광촉매반응기와 바이오필터로 조합된 도 1과 같은 hybrid시스템의 공정에 관한 것이다. 전 공정으로서 광촉매반응과 같은 AOP(Advanced Oxidation Process)가 미생물에 난분해성이거나 독성이 있는 휘발성 유기화합물 또는 악취발생물질을 OH 라디칼로 산화 분해하여 작은 BDOC(Biologically degradable organic compound)를 생성시키거나 농도를 낮추어서 후 공정인 바이오필터에서의 미생물처리가 용이하도록 한 hybrid시스템의 공정이다. 도 2와 같은 기존의 바이오필터 공정에 광촉매분해공정을 전 공정으로서 추가한 hybrid시스템의 휘발성 유기화합물에 대한 제거용량(elimination capacity) 증가분에 대하여, 광촉매분해공정의 직접적인 공헌도 보다 hybrid시스템공정의 synergy효과로서 창출된 간접적인 공헌도가 배 이상 크다는 것이 본 발명의 실시 예에서 입증되었다.
본 발명의 hybrid시스템은 광촉매반응기 및 바이오필터공정이 각각 전 공정 및 후 공정으로 이루어져 있다. 광촉매반응기는 작업장 또는 작업실에서 블러워(blower)로 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 바이오필터까지 연결하는 내부식성이 있는 원형 또는 사각형 또는 기타 형태의 플라스틱관 또는 금속관 내부를 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅한 유리구슬로서 충전시키고 충전된 관의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 자외선램프를 삽입할 끝이 막힌 투명한 유리관들을 충전된 관 길이의 수직 또는 사선방향으로 배치하고 복수의 자외선램프를 배치된 각 유리관에 삽입한다. 또한 대기 또는 폐가스가 접촉하는 관의 내부표면에도 광촉매를 코팅하여서 광촉매반응을 개선하였다.
본 발명의 특징은 첫째로 전 공정으로서 광촉매반응과 같은 AOP(Advanced Oxidation Process)가 미생물에 난분해성이거나 독성이 있는 휘발성 유기화합물 또는 악취발생물질을 OH 라디칼로 산화 분해하여 작은 BDOC(Biologically degradable organic compound)를 생성시키거나 농도를 낮추어서 후 공정인 바이오필터에서의 미생물처리가 용이하도록 한 hybrid시스템의 공정이다. 두 번째 특징은 기존의 바이오필터 공정에 전 공정으로서 광촉매분해공정을 추가한 hybrid시스템의 휘발성 유기화합물에 대한 제거용량(elimination capacity) 증가분에 대하여, 광촉매분해공정의 직접적인 공헌도 보다 hybrid시스템공정의 synergy효과로서 창출된 간접적인 공헌도가 배 이상 크다는 것이다. 세 번째 특징은 광촉매 반응기를 별도로 제작하지 않고 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 작업장에서 바이오필터까지 연결하는 관을 광촉매반응기로 이용한다는 점이다. 세 번째 특징은 작업장 또는 작업실에서 블러워(blower)로 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 바이오필터까지 연결하는 관을 광촉매반응기로 이용할 때에, 관의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 자외선램프를 삽입할 끝이 막힌 투명한 유리관을 충전된 관 길이의 수직 또는 사선방향으로 배치한다. 따라서 광촉매반응기와 바이오필터로 조합된 hybrid시스템의 공정의 가동 중에도 수명이 다한 광원을 교체할 수 있다. 단 이 발명은 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 지속적으로 정화시키고 배출하기 위한 전 공정인 광촉매반응기와 후 공정인 바이오필터로 조합된 hybrid시스템의 공정 특성과, 광촉매 반응기를 별도로 제작하지 않고 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 작업장에서 바이오필터까지 연결하는 관을 광촉매반응기로 이용한다는 점을 모두 포함한다.
작업장에서 배출된 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스의 처리를 위한 종래의 기술로서 폐가스의 온도가 상온에 가까운 경우에 일반적으로 경제적인 도 2와 같은 바이오필터공정을 사용한다. 낮은 농도의 생분해성 휘발성 유기물을 포함하고 있는 다량의 공기를 처리하는 데 있어서 바이오 필터 기술은 경제성에 있어 더욱 큰 이점이 있어 경제적인 해결책을 제시하고 있다. 그러나 폐가스에 함유된 두가지 이상의 오염원들의 분해에 관여되는 서로 다른 미생물의 적정조건이 아주 다른 경우나, 다른 VOC보다 처리효율이 떨어지는 미생물에 난분해성이거나 독성이 있는 경우 바이오필터의 활용이 제한되어 왔다. 또한 유무기 악취가스를 제거하기 위하여 악취가스를 건물옥상에 위치한 바이오필터를 통과시켜서 생물학적 처리를 수행한 후에 처리가스를 광촉매가 코팅된 지붕과 지붕상부 내측의 광촉매필터를 통과시키는 실용신안등록(20-0351908-0000, 2004.05.20)이 되어 있으나 이것은 본 발명의 특성이 대기 및 폐가스 처리를 전술한 바와 같이 효율적으로 수행하기 위하여 hybrid시스템공정에서 광촉매반응기 및 바이오필터가 각각 전 공정 및 후 공정으로 배열된다는 점과 작업장 또는 작업실에서 배출되는 오염된 대기나 폐가스의 처리를 위하여 바이오필터로 이송되는 가스관을 광촉매반응기로 활용할 수 있다는 점에서 큰 차이점이 있다.
폐수처리에 있어서 오존처리와는 다르게 AOP(Advanced Oxidation Processes)는 미생물에 난분해성인 용존 유기물을 발생된 OH 라디칼로 분해하여 작은 BDOC(Biologically degradable organic compound)를 생성시켜서 미생물 처리가 용이하도록 하여준다고 보고되고 있다. 이것을 폐가스처리에 응용할 때에, 폐가스처리를 위한 바이오필터의 경우에도 습도가 99% 이상에 달하는 운전조건을 부여하고 미생물막이 부착된 담체의 표면은 고정된 액상층으로 둘러싸여서 용존유기물을 함유하므로, AOP를 폐가스처리에 적용시켜서 난분해성 유기화합물을 BDOC로 전환하여 기존 바이오필터의 처리효율을 제고할 수 있다. 또한 폐가스에 함유된 두 가지 이상의 오염원들의 독성 또는 pH와 같은 처리조건이 아주 다를 때에는 동시 처리가 불가능하여 미생물에 더욱 난분해성인 오염원을 AOP로서 처리하고 바이오필터의 운전조건은 나머지 오염원의 처리를 위하여 선택할 수 있다. VOC가 에탄올과 톨루엔인 경우에 전 공정인 광촉매분해공정을 기존의 바이오필터 공정에 추가한 hybrid시스템의 경우, 에탄올 제거용량(elimination capacity)의 증가분을 100%라고 할 때에 광촉매분해공정의 직접적인 공헌도는 21.5%이고 hybrid시스템공정의 synergy효과로서 창출된 간접적인 공헌도는 78.5%를 보였다. 한편 톨루엔 제거용량(elimination capacity)의 증가분을 100%라고 할 때에 광촉매분해공정의 직접적인 공헌도는 17.5%이고 hybrid시스템공정의 synergy효과로서 창출된 간접적인 공헌도는 82.5%를 보였다. 이와 같이 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 AOP로서 광촉매 반응을 선택하여 전 공정인 광촉매분해공정과 후 공정인 바이오필터공정으로 이루어진 HYBRID 시스템의 전술된 공정특성을 폐가스처리에 효율적으로 활용하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 구성은 다음과 같다. 본 발명의 hybrid시스템은 도 1과 같이 광촉매반응기(3) 및 바이오필터공정(12)이 각각 전 공정 및 후 공정으로 이루어져 있다.
광촉매반응기(3)는 작업장(1)에서 블러워(blower)(2)로 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 바이오필터(12)까지 연결하는 내부식성이 있는 원형 또는 사각형 또는 기타 형태의 플라스틱관 또는 금속관 내부의 천공된 칸막이(15) 사이를 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅한 유리구슬(6)로서 충전시키고 충전된 관의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 자외선램프(5)를 삽입할 끝이 막힌 투명한 유리관(4)들을 충전된 관 길이의 수직 또는 사선방향으로 배치하고 복수의 자외선램프(5)를 배치된 각 유리관(4)에 삽입한다. 또한 광촉매반응기(3)인 관의 대기 또는 폐가스가 접촉하는 내부표면에도 광촉매를 코팅하여서 광촉매반응을 개선하였다.
전 공정인 광촉매반응공정(3)으로 처리된 폐가스(7)는 후 공정인 바이오필터(12)의 상부로 인입하여 바이오필터 내부에 충진된 미생물담체(13) 사이를 통과하면서 바이오필터 인입가스(8)에 포함된 휘발성 유기화합물이나 악취발생원을 미생물막에 의한 흡수 및 생분해를 통하여 제거하게 되어 hybrid시스템으로 처리된 폐가스(9)가 대기로 배출된다. 한편 바이오필터(12)는 미생물 담체(13)로서 퇴비(compost), 바크(bark) 및 피트(peat) 등을 포함한 유기담체를 주로 쓰고 지지체로서 활성탄(granular activated carbon) 또는 내부 기공이 크게 압출 가공된 폐타이어담체(참조 화학공학지, 39(5), 600-606)를 바이오필터(12) 내부에 충전하였다. 바이오필터(12) 내부의 미생물담체(13)의 적당한 습도를 유지시켜주기 위하여 스프레이(10)로 주기적으로 수분을 공급해 주어야 한다.
실시예 1
다음은 본 발명과 같은 전 공정인 광촉매반응기와 후 공정인 바이오필터로 조합된 hybrid시스템 공정을 사용하여 에탄올과 톨루엔이 포함된 폐가스를 처리한 결과이다. 전 공정인 광촉매반응기의 광원으로서 15W UV-A 램프를 사용하였다. 한편 후 공정인 바이오필터는 5cm(지름)x25cm(길이)의 튜브를 위단과 아랫단으로 하여 동부피의 퇴비(compost) 및 활성탄(granular activated carbon)으로 구성된 미생물담체를 각각 18cm 및 20cm를 채웠다.
Table 1. 전 공정인 광촉매반응공정의 hybrid시스템 성능에 대한 기여도
| 제거용량(Elimination capacity) | 톨루엔(g/m3/h) | 에탄올(g/m3/h) |
| Hybrid시스템의 최대값 | 130 | 230 |
| 바이오필터의 최대값 | 90 | 100 |
| 전 공정으로서 광촉매반응공정 부가에 따른 증가분 | 40(100%) | 130(100%) |
| 광촉매반응공정의 직접기여도 | 7(17.5%) | 28(21.5%) |
| 광촉매반응공정의 간접기여도 | 33(82.5%) | 102(78.5%) |
Table 1에서와 같이 에탄올과 톨루엔의 동시제거인 경우에 전 공정인 광촉매분해공정을 기존의 바이오필터 공정에 추가한 hybrid시스템의 경우, 에탄올 제거용량(elimination capacity)의 증가분을 100%라고 할 때에 광촉매분해공정의 직접적인 공헌도는 21.5%이고 hybrid시스템공정의 synergy효과로서 창출된 간접적인 공헌도는 78.5%를 보였다. 한편 톨루엔 제거용량(elimination capacity)의 증가분을 100%라고 할 때에 광촉매분해공정의 직접적인 공헌도는 17.5%이고 hybrid시스템공정의 synergy효과로서 창출된 간접적인 공헌도는 82.5%를 보였다. 이와 같이 전 공정인 광촉매분해공정과 후 공정인 바이오필터공정으로 이루어진 hybrid시스템의 synergy효과를 창출하는 공정특성을 폐가스처리에 효율적으로 활용하여 경제적으로 폐가스처리시스템의 효율을 극대화하였다.
본 발명의 효과는 첫째로 기존의 바이오필터는 미생물에 난분해성이거나 독성이 있는 휘발성 유기화합물 또는 악취발생물질을 포함한 배출가스를 처리할 수 없다. 따라서 Hybrid시스템의 전 공정으로서 광촉매반응과 같은 AOP(Advanced Oxidation Process)가 미생물에 난분해성이거나 독성이 있는 휘발성 유기화합물 또는 악취발생물질을 OH 라디칼로 산화 분해하여 작은 BDOC(Biologically degradable organic compound)를 생성시키거나 농도를 낮추어서 다음 공정인 바이오필터에서의 미생물처리가 용이하도록 한 것이다. 두 번째는 기존의 바이오필터 공정에 전 공정으로서 광촉매분해공정을 추가한 hybrid시스템의 휘발성 유기화합물에 대한 제거용량(elimination capacity) 증가분에 대하여, 광촉매분해공정의 직접적인 공헌도 보다 hybrid시스템공정의 synergy효과로서 창출된 간접적인 공헌도가 배 이상 크도록 하게하여 hybrid시스템의 휘발성 유기화합물에 대한 높은 제거용량(elimination capacity) 뿐만 아니라 hybrid시스템의 높은 경제성에 있다. 세 번째는 광촉매 반응기를 별도로 제작하지 않고 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 배출하는 작업장에서 바이오필터까지 연결하는 관을 광촉매반응기로 이용한다는 점이다. 네 번째는 작업장 또는 작업실에서 블러워(blower)로 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 바이오필터까지 연결하는 관을 광촉매반응기로 이용할 때에, 작업장 또는 작업실에서 바이오필터까지 연결하는 관의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 자외선램프를 삽입할 끝이 막힌 투명한 유리관을 충전된 관 길이의 수직 또는 사선방향으로 배치한다. 따라서 광촉매반응기와 바이오필터로 조합된 hybrid시스템의 공정의 가동 중에도 수명이 다한 자외선램프를 교체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매반응공정의 특성을 활용하여 대기 또는 폐가스에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취를 효율적으로 제거하기 위한 광촉매반응기와 바이오필터로 조합된 hybrid시스템 공정이다.
도 2는 종래의 바이오필터이다.
다음은 도면의 주요부분에 대한 부호 설명이다.
1. 작업장
2. 블로워(blower)
3. 광촉매반응기
4. 유리관
5. 광원
6. 광촉매 코팅된 유리구슬
7. 광촉매반응공정으로 처리된 폐가스
8. 바이오필터 인입가스
9. Hybrid시스템으로 처리된 폐가스
10. 스프레이(spray)
11. 펌프
12. 바이오필터
13. 미생물담체(퇴비 및 활성탄)
14. 바이오필터로 처리된 폐가스
15. 천공된 칸막이
Claims (5)
- 작업장에서 배출된 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스의 처리를 위하여 전 공정으로서 광촉매반응과 같은 AOP(Advanced Oxidation Process)가 미생물에 난분해성이거나 독성이 있는 휘발성 유기화합물 또는 악취발생물질을 OH 라디칼로 산화 분해하여 작은 BDOC(Biologically degradable organic compound)를 생성시키거나 농도를 낮추어서 후 공정인 바이오필터에서의 미생물처리가 용이하도록 한, 전 공정인 광촉매반응기와 후 공정인 바이오필터로 조합된hybrid시스템 공정 및 장치
- 광촉매 반응기를 별도로 제작하지 않고 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 작업장에서 바이오필터까지 연결하는 관을 광촉매반응기로 이용하는 광촉매반응 공정 및 장치
- 작업장 또는 작업실에서 블러워(blower)로 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 바이오필터까지 연결하는 관을 광촉매반응기로 이용할 때에, 관의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 광원을 삽입할 끝이 막힌 투명한 유리관을 충전된 관 길이의 수직 또는 사선방향으로 배치하는 광촉매반응기 설계 및 장치
- 작업장에서 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 바이오필터까지 연결하는 내부식성이 있는 원형 또는 사각형 또는 기타 형태의 유리, 플라스틱관 또는 금속관의 폐가스와 접촉하는 내부 표면을 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅하는 광촉매반응기설계 및 장치
- 작업장에서 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 바이오필터까지 연결하는 내부식성이 있는 원형 또는 사각형 또는 기타 형태의 유리, 플라스틱관 또는 금속관 내부를 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅한 유리구슬로서 충전시키는 광촉매반응기설계 및 장치
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