KR20070004479A - 휘발성 유기화합물 또는 악취가 포함된 공정폐가스를안전하고 효율적으로 처리하기 위한 새로운광촉매산화반응기와 바이오필터로 조합된재순환하이브리드시스템공정 - Google Patents

휘발성 유기화합물 또는 악취가 포함된 공정폐가스를안전하고 효율적으로 처리하기 위한 새로운광촉매산화반응기와 바이오필터로 조합된재순환하이브리드시스템공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업현장에서 발생하는 휘발성 유기화합물 또는 악취오염원의 오염부하량이 공정조건에 따라서 편차가 크고, 공정폐가스의 유량 또한 공정조건 변화에 따라서 편차가 큼에도 불구하고, 폐가스를 지속적으로 안전하고 경제적이고 효율적으로 정화시키고 배출하기 위한 새로운 UV/광촉매반응기와 바이오필터로 조합된 재순환하이브리드시스템의 시너지효과를 활용한 선택적 처리방법 및 재순환하이브리드시스템의 공정과 장치에 관한 것이다. 산업현장에서 발생한 오염원의 농도 및 오염부하량을 측정하고 오염원농도가 아닌 오염원의 농도와 유량의 곱으로 표현되는 오염부하량을 기준으로 새로운 UV/광촉매반응기와 바이오필터로 이루어진 재순환하이브리드시스템의 시너지효과로 인한 경제적인 하이브리드공정을 사용해야 하는 경우와 바이오필터공정만으로도 가능한 경우를 합리적으로 구분함으로써 생물학 처리가 불가능한 높은 농도의 휘발성 유기화합물 또는 악취오염원을 광화학적으로 처리할 때는 공정조건에 따라서 발암의심물질을 포함하는 인체에 해로운 많은 종류의 중간 유도체 생성과 같은 심각한 문제를 유발하는 UV/광촉매반응공정의 사용을 가능한 줄이고, 오염원의 농도를 낮추기 위하여 처리가스를 재순환하여 선택적으로 사용함으로써 유입되는 오염원 농도와 관계없이 산업현장에서 발생한 오염원을 포함한 폐가스를 처리할 수 있는 방법과 장치를 제공하며, 또한 광촉매반응기 외경에 진공증착, 증착 또는 도금되어진 반사막에 의한 외경 지지체에 의한 광투과 및 광흡수손실을 최소로 하여 광원의 효율성을 극대화시키고 하이브리드시스템의 시너지효과를 극대화시키는 재순환하이브리드시스템을 활용하여 바이오필터 또는 UV/광촉매반응기의 설계규모를 최소화하여 투자비 및 운전비를 절감하여 산업현장에서 발생한 휘발성 유기화합물 및 악취오염원을 포함한 폐가스를 안전하고 경제적으로 효율적으로 처리할 수 있다.
새로운 광촉매반응기, 바이오필터, 재순환하이브리드시스템, 공정폐가스, 반사막

Description

휘발성 유기화합물 또는 악취가 포함된 공정폐가스를 안전하고 효율적으로 처리하기 위한 새로운 광촉매산화반응기와 바이오필터로 조합된 재순환하이브리드시스템공정 {The process of recirculated hybrid system composed of novel photo-catalytic reactor and biofilter to treat process-waste-air containing VOCs and malodor safely and efficiently}
도 1은 공정폐가스의 유량이 비교적 적을 경우에 공정폐가스에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취를 효율적으로 제거하기 위한 새로운 환형광촉매반응기(24)와 바이오필터(13)로 조합된 재순환하이브리드시스템의 공정 및 장치를 도시한 도면
도 2는 공정폐가스의 유량이 비교적 큰 경우에 공정폐가스에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취를 효율적으로 제거하기 위한 새로운 관형광촉매반응기(25)와 바이오필터(13)로 조합된 재순환하이브리드시스템의 공정 및 장치를 도시한 도면
도 3은 도 1에서 새로운 환형광촉매반응기(24)의 광촉매코팅(26), 투명한 지지체(27) 및 반사막(28)으로 이루어진 새로운 환형광촉매반응기(24)의 외경(7)을 포함한 도면
도 4는 도 2에서 새로운 관형광촉매반응기(25)의 경우 새로운 관형광촉매반응기(25)의 광촉매코팅(29), 투명한 지지체(30) 및 반사막(31)으로 이루어진 외경(20)을 포함한 도면
도 5는 도 1에서 새로운 환형광촉매반응기(24)의 광촉매코팅(26), 반사막(28) 및 불투명한 지지체(32)로 이루어진 새로운 환형광촉매반응기(24)의 외경(34)을 포함한 도면
도 6은 도 2에서 새로운 관형광촉매반응기(25)의 광촉매코팅(29), 반사막(31) 및 불투명한 지지체(33)로 이루어진 새로운 관형광촉매반응기(25)의 외경(35)을 포함한 도면
도 7은 도 3에서 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명한 환형허니컴 카트리지(37)를 충전한 도면
도 8은 도 4에서 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명한 관형허니컴 카트리지(39) 또는 금속반사막이 증착되고 그 위에 광촉매가 코팅된 불투명한 관형허니컴 카트리지(39)를 충전한 도면
도 9는 도 5에서 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명한 환형허니컴 카트리지(37)를 충전한 도면
도 10은 도 6에서 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명하거나, 또는 금속반사막이 증착되고 그 위에 광촉매가 코팅된 불투명한 관형허니컴 카트리지(39)를 충전한 도면
도 11은 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명한 환형허니컴 카트리지
도 12는 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명하거나, 또는 금속반사막이 증착되고 그 위에 광촉매가 코팅된 불투명한 관형허니컴 카트리지
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명
1. 공정폐가스
2. 블로워(blower)
3. 공정폐가스유량계
4. 전기화학적 실시간 농도분석기
5. UV-광원
6. 광촉매로 코팅 또는 담지된 흡착능이 있는 투명한 또는 반투명한 충전제
7. 새로운 환형 광촉매반응기의 지지체가 투명한 외경
8. 새로운 환형 광촉매반응기의 내경
9. 전기화학적 실시간 농도분석기
10. 재순환블로워(blower)
11. 재순환가스유량계
12. 처리가스실시간 농도분석기
13. 바이오필터
14. 액상 미디움탱크
15. 물탱크
16. 스프레이
17. 미생물담체(퇴비, 폐타이어담체 및 활성탄)
18. 미디움펌프
19. 물펌프
20. 새로운 관형 광촉매반응기의 지지체가 투명한 외경
21. 천공된 칸막이
22. 공정폐가스 이송관
23. 가습장치
24. 새로운 환형의 광촉매반응기
25. 새로운 관형의 광촉매반응기
26. 환형의 광촉매코팅
27. 새로운 환형 광촉매반응기 외경의 투명한 지지체
28. 환형의 진공증착, 증착 또는 도금된 반사막
29. 관형의 광촉매코팅
30. 새로운 관형 광촉매반응기 외경의 투명한 지지체
31. 관형의 진공증착, 증착 또는 도금된 반사막
32. 새로운 환형 광촉매반응기 외경의 불투명한 지지체
33. 새로운 관형 광촉매반응기 외경의 불투명한 지지체
34. 새로운 환형 광촉매반응기의 지지체가 불투명한 외경
35. 새로운 관형 광촉매반응기의 지지체가 불투명한 외경
36. 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관
37. 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명한 환형허니컴 카트리지
38. 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명한 환형허니컴 카트리지를 충전한 환형광촉매반응기
39. 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명하거나, 또는 반사막이 진공증착, 증착 또는 도금되고 그 위에 광촉매가 코팅된 불투명한 관형허니컴 카트리지
40. 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명하거나, 또는 반사막이 진공증착, 증착 또는 도금되고 그 위에 광촉매가 코팅된 불투명한 관형허니컴 카트리지를 충전한 관형광촉매반응기
41. 환형허니컴 카트리지의 높이
42. 관형허니컴 카트리지의 높이
본 발명은 산업현장에서 발생하는 휘발성 유기화합물 또는 악취오염원의 오염부하량이 공정조건 변화에 따라서 편차가 크고, 공정폐가스의 유량 또한 공정조건 변화에 따라서 편차가 큼에도 불구하고, 폐가스를 지속적으로 정화시키고 배출하기 위한 광촉매 외경에 증착, 진공증착 또는 도금된 반사막에 의한 고효율 광촉매반응을 유도하는 새로운 광촉매반응기와 바이오필터로 조합된 도 1부터 도 12와 같은 재순환하이브리드시스템의 선택적 처리방법 및 재순환하이브리드시스템의 공정과 장치에 관한 것이다.
기존의 산업현장에서 발생하는 휘발성 유기화합물 및 악취는 흡착, 흡수 또는 생물학적인 처리에 의해 주로 처리되고 있다. 그러나 흡착 및 흡수의 방법은 흡착제 및 흡수제에 대한 2차적 처리를 요구하게 되어 오염물질을 주로 물과 이산화탄소 같은 안정한 물질로 완전분해 시키는 생물학적인 처리가 선호되고 있는 실정이다.
산업현장에서는 일반적으로 산업현장의 공정조건 변화에 따라서 발생하는 휘발성 유기화합물이나 악취오염원의 오염부하량 및 폐가스의 유량의 편차가 크다. 그러므로 산업현장에서 발생하는 폐가스내의 휘발성 유기화합물이나 악취오염원의 농도도 오염부하량 및 폐가스의 유량의 변화에 따라서 자주 변화할 수 있다.
한편 휘발성 유기화합물이나 악취오염원을 함유한 폐가스의 생물학적인 처리는 전술한 바와 같이 흡착과 흡수법에 비하여 2차처리가 필요 없는 등의 장점이 있다. 그러나 처리할 배기가스 중에 존재하는 미생물에 독성이 있는 오염원의 농도가 미생물의 성장 또는 생존에 부정적인 영향을 주는 어떤 농도 이상일 경우에는 미생물의 활성이 없어져서 바이오필터와 같은 미생물처리법은 사용이 제한될 수밖에 없다. 또한 산업현장에서 공정조건의 변경으로 발생한 휘발성 유기화합물이나 악취오염원의 오염 부하가 급증하여 바이오필터와 같은 생물학적인 처리설비의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity)을 초과할 경우에는 대기환경법에 따른 배기가스의 처리농도 기준을 맞출 수 없어서 바이오필터공정의 앞이나 뒤에 추가공정의 설치가 필요하다.
특허공개공보 10-2004-0073637은 생물학적 처리시스템의 경우 휘발성 유기화합물의 높은 농도범위에서는 처리가 불가능한 것이 문제점이어서 배기가스내의 처리오염원의 농도가 생물학적 처리가 가능한 농도보다 높을 때는 전술한 하이브리드공정을 활용하고 농도가 낮을 때에는 바이오필터만을 사용하는 생물학적 처리와 광화학적 처리를 선택적으로 사용하는 방법 및 장치를 공개하였다. 그러나 특허공개공보 10-2004-0073637은 생물학적 처리시스템의 경우 휘발성 유기화합물의 높은 농도범위에서는 처리가 불가능한 것이 문제점이어서 휘발성 유기화합물의 높은 농도범위에서 생물학적인 처리가 가능한 농도까지 낮추는데 흡착 또는 흡수 또는 기타 폐가스처리방법을 전처리공정으로 선정할 수 있음에도 불구하고 대안으로 광화학적 방법을 제시한 동기 및 목적과 광촉매반응기와 바이오필터로 이루어진 하이브리드시스템의 시너지효과를 언급하지 못하였고 마찬가지로 특허공개공보 10-2004-0073637의 실시예와 비교예에서는 바이오필터와 광촉매반응기로 이루어진 하이브리드 시스템과 바이오필터만을 운전하였을 때의 성능결과만을 단순 비교하였고 하이브리드공정 자체의 시너지특성에 관한 특허청구를 하지 못하였다. 따라서 크게 광촉매반응기와 바이오필터로 구성된 하이브리드시스템 자체에 대한 특허청구가 아니라 휘발성 유기화합물의 높은 농도범위에서는 생물학적 처리가 불가능한 것에만 중점을 두어서 생물학적인 처리가 가능한 농도와 그 이상의 농도의 경우로 나누어 생물학적 처리와 광화학적 처리를 선택적으로 사용하는 방법 및 장치를 특허 청구하였다. 그러나 생물학적 처리는 일반적으로 휘발성 유기화합물을 주로 이산화탄소와 물로 완전 분해시키지만, 생물학 처리가 불가능한 높은 농도의 휘발성유기 화합물을 광화학적으로 처리할 때는 공정조건에 따라 발암의심물질을 포함하는 처리되지 않은 배출폐가스에 함유된 오염원보다 인체에 더욱 해로운 많은 종류의 중간 유도체를 생성할 수가 있어서 산업현장에서 발생하는 생물학 처리가 불가능한 높은 농도의 휘발성유기 화합물을 모든 경우에 광화학적으로 처리할 때는 더욱 심각한 문제를 야기할 수 있다. 또한 광화학적처리는 일반적인 경우에 인체에 해로운 파장이 짧은 UV-B 또는 UV-C를 광원으로서 사용하므로 접근이 제한되고 다루기가 까다로운 단점이 있다.
본 발명의 목적은 산업현장에서 발생한 오염원의 농도 및 오염부하량을 측정하고 오염원농도가 아닌 오염원의 농도와 유량의 곱으로 표현되는 오염부하량을 기준으로 새로운 UV/광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)와 바이오필터(13)공정을 동시에 사용해야 하는 경우와 바이오필터(13)공정만으로도 가능한 경우를 합리적으로 구분하여, 오염부하량을 기준으로는 바이오필터(13)공정만으로 가능하나 생물학적 처리가 불가능한 높은 농도의 오염원 경우에는 처리된 폐가스(12)를 재순환시켜서 유입되는 공정폐가스(1)를 희석하는 재순환시스템을 선택적으로 사용하여 UV/광촉매반응공정(24, 25, 38 또는 40)의 사용을 가능한 줄임으로서 생물학 처리가 불가능한 높은 농도의 휘발성유기 화합물을 광화학적으로 처리할 때에 공정조건에 따라서 생성되는 발암의심물질을 포함하는 처리하고자 하는 오염원 보다 인체에 더욱 해로운 많은 종류의 중간 유도체와 같은 심각한 문제 등을 최소화하고, 오염원 농도와 관계없이 산업현장에서 발생한 오염원을 포함한 폐가스를 처리할 수 있는 방법과 장치를 제공하고, 오염부하량 기준으로 UV/광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)와 바이오필터(13)공정을 동시에 사용해야 하는 경우에도 적정반송비의 처리폐가스(12)를 재순환시키고 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅 또는 광촉매 나노입자로 분산 담지된 흡착능이 있는 투명 또는 반투명한 충전제(6)와 이산화타이타늄을 포함한 광촉매로 표면을 코팅시킨 환형 또는 관형의 허니컴(honey comb) 카트리지(37 또는 39)를 적당한 비율로 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)를 충전시켜서 광촉매공정과 바이오필터로 구성된 하이브리드시스템의 시너지효과를 극대화하여 바이오필터(13) 또는 UV/광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)의 설계규모를 최소화하여 투자비 및 운전비를 절감하는데 있다. 또한 새로운 광촉매반응기(24)의 외경(7 또는 34)은 1)도 3과 같이 석영, 유리 또는 실리카와 같이 투명한 지지체(27)의 경우에는 폐가스와 접촉하는 내면은 이산화타이티늄과 같은 광촉매졸을 딥(dip)코팅 후에 450℃정도에 하소(calcinate)하여 광촉매코팅(26)을 하고 외면은 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 진공증착, 증착 또는 도금하여 반사막(28)을 입히고, 2)도 5와 같이 불투명한 금속 또는 플라스틱과 같이 불투명 지지체(32)의 경우에는 그 위에 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 진공증착, 증착 또는 도금하여 반사막(28)을 입히고 그 위에 폐가스와 접촉하는 광촉매코팅(26)을 한, 환형의 이중 관을 제작하여 내경(8) 및 외경(7 또는 34) 사이에는 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅 또는 광촉매 나노입자로 분산 담지된 흡착능이 있는 투명 또는 반투명한 충전제(6)로서 충전시키고 내경(8)의 안쪽에는 자외선램프(5)를 삽입하여 자외선이 투명 또는 반투명한 충전제(6) 사이로 흡수/통과하여 외경(7 또는 34)의 광촉매코팅(26)에 도달하여 흡수/통과 후에 반사막(28)에서 반사되어 외경(7 또는 34)의 광촉매코팅(26) 및 투명한 충전제(6) 사이로 재흡수/재통과하게 되어 광촉매반응기외경(7 또는 34) 지지체에 의한 광투과 또는 광흡수손실을 최소로 하여 광원의 효율성을 극대화시키고 폐가스에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취성분에 대한 광촉매에 의한 고효율 광촉매반응을 유도하는데 있다. 이것은 새로운 광촉매반응기(25, 38 또는 40)에도 마찬가지로 적용이 된다.
본 발명의 기술적 방법은 다음과 같은 합리적 구분으로서 설명된다.
1) 처리할 폐가스유량과 폐가스 내의 오염원 농도를 실시간 측정하여 오염부하량이 바이오필터의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity) 이하일 경우에는;
가) 폐가스 내의 오염원 농도가 생물학적 처리가 불가능한 높은 경우에는 처리된 폐가스(12)를 재순환시켜서 유입되는 공정폐가스(1)를 생물학적 처리가 가능한 농도로 희석하는 재순환시스템을 선택적으로 사용하여 바이오필터로 처리하고
나) 폐가스 내의 오염원 농도가 그보다 낮은 경우에는 희석시키지 않고 바이오필터로 처리한다.
2) 처리할 폐가스유량과 폐가스 내의 오염원 농도를 실시간 측정하여 오염부하량이 바이오필터의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity) 이상일 경우에는 유입되는 폐가스를 UV/광촉매반응기를 통과시켜서 처리된 폐가스에 잔류하는 오염부하량이 하이브리드시스템의 시너지효과와 바이오필터의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity)의 합한 총제거능력 이하가 되도록 UV/광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40) 및 바이오필터(13)으로 처리된 폐가스(12)를 재순환시키는 최적반송비를 설계하여 광촉매처리된 폐가스를 바이오필터에 공급하는데 그 방법은 전술한 1)과 같다.
본 발명의 구성은 도 1 및 2와 같이 휘발성 유기화합물 및 악취오염원의 오염물부하를 산출할 수 있는 가스유량계(3)와 전기화학적 실시간 농도분석기(4)로 이루어진 도입부, 바이오필터의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity)보다 발생된 오염원 부하가 커진 경우의 휘발성 유기화합물 및 악취오염원의 제거를 위한 새로운 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40), 바이오필터(13)에 유입되는 폐가스의 오염원농도가 너무 높아서 생물학적인 처리가 불가능할 때에 처리폐가스(12)를 재순환시켜서 공정폐가스(1)과 희석하여 주는 재순환시스템(10)과 미생물에 의하여 오염원의 산화 분해가 일어나는 바이오필터(13)로 크게 이루어져 있다.
본 발명의 공정으로서 휘발성 유기화합물이나 악취오염원을 함유한 공정폐가스(1)는 블로우어(2)에 의하여 송풍되어져서 가스유량계(3)에서 유량을, 전기화학적 실시간 농도분석기(4)에서 농도를 측정하여 휘발성 유기화합물이나 악취오염원의 오염부하량을 산출한다. 오염부하량이 바이오필터의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity) 이하일 경우에 가) 폐가스 내의 오염원 농도가 생물학적 처리가 불가능한 높은 경우에는 바이오필터(13)공정 전에 처리폐가스(12)를 반송블로워(10)로 재순환시켜서 공정폐가스(1)와 혼합하여 생물학적 처리가 가능한 농도로 희석시켜서 가습장치(23)를 통과한 후에 바이오필터(13)로 처리하고, 나) 폐가스 내의 오염원 농도가 그보다 낮은 경우에는 희석시키지 않고 바이오필터(13)로 처리한다. 한편 처리할 폐가스유량과 폐가스 내의 오염원 농도를 가스유량계(3) 및 전기화학적 실시간 농도측정기(4)로 실시간 측정하여 오염부하량이 바이오필터의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity) 이상일 경우에는 유입되는 폐가스를 새로운 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)를 통과시킨다. 새로운 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)로 처리된 폐가스의 잔류오염원 농도를 전기화학적 실시간 농도측정기(9)로 측정하여 잔류하는 오염부하량이 새로운 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)와 바이오필터(13)로 구성된 하이브리드시스템의 시너지효과와 바이오필터(13)의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity)의 합한 총 제거능력 이하가 되도록 새로운 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)를 설계하여 광촉매처리된 폐가스를 가습장치(23)를 통과하여 바이오필터(13)에 공급하는데 그 방법은 전술한 오염부하량이 바이오필터(13)의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity) 이하일 경우와 같다.
새로운 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)는, 첫째 도 1과 같이 산업현장에서 발생하는 공정 폐가스(1)의 유량이 비교적 작은 경우에, 환형의 새로운 광촉매반응기(24 또는 38)의 내경(8)은 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관으로 제작되고 외경(7 또는 34)은 1)도 3 또는 도 7과 같이 석영, 유리 또는 실리카와 같이 투명한 지지체(27)의 경우에는 폐가스와 접촉하는 지지체내면은 이산화타이티늄과 같은 광촉매졸을 딥(dip)코팅 후에 450℃정도에 하소(calcinate)하여 광촉매코팅(26)을 하고 지지체외면은 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 각각 진공증착, 증착 또는 도금하여 반사막(28)을 입히고, 2)도 5 또는 도 9와 같이 불투명한 금속 또는 플라스틱과 같이 불투명 지지체(32)의 경우에는 그 위에 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 각각 진공증착, 증착 또는 도금하여 반사막(28)을 입히고 그 위에 폐가스와 접촉하는 광촉매코팅(26)을 한, 환형의 이중 관을 제작하여 내경(8) 및 외경(7 또는 34) 사이에는 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅 또는 광촉매 나노입자로 분산 담지된 흡착능이 있는 투명 또는 반투명한 충전제(6)와 이산화타이타늄을 포함한 광촉매로 표면을 코팅시킨 환형허니컴 카트리지(37)를 적당한 비율로 충전시키고 내경(8)의 안쪽에는 자외선램프(5)를 삽입하여 자외선이 투명 또는 반투명한 충전제(6) 또는 환형허니컴 카트리지(37)로 흡수/통과하여 외경(7 또는 34)의 광촉매코팅(26)에 도달하여 흡수/통과 후에 반사막(28)에서 반사되어 외경(7 또는 34)의 광촉매코팅(26) 및 투명 또는 반투명한 충전제(6) 또는 환형허니컴 카트리지(37)로 재흡수/재통과하게 되어 폐가스에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취성분에 대한 광촉매에 의한 고효율 광분해반응을 유도하였다. 또한 공정폐가스가 접촉하는 내경(8)의 바깥쪽에도 광촉매로 코팅을 하여서 광분해반응을 개선하였다.
둘째 도 2와 같이 산업현장에서 발생하는 공정폐가스(1)의 유량이 비교적 큰 경우에, 새로운 관형의 광촉매반응기(25 또는 40)는 산업현장에서 블러워(blower)(2)로 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 가습조(23)까지 연결하는 내부식성이 있는 원형 또는 사각형 또는 기타 형태의 유리관, 플라스틱관 또는 금속관으로된 공정폐가스 이송관(22) 내부의 천공된 칸막이(21) 사이를 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅 또는 광촉매 나노입자로 분산 담지된 흡착능이 있는 투명한 충전제(6)와 이산화타이타늄을 포함한 광촉매로 표면을 코팅시킨 관형허니컴 카트리지(39)를 적당한 비율로 충전시키고 충전된 관의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 자외선램프(5)를 삽입할 끝이 막힌 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관(36)들을 투명 또는 반투명한 충전제(6)와 관형허니컴 카트리지(39)로 충전된 관 길이의 수직 또는 사선방향으로 배치하고 복수의 자외선램프(5)를 배치된 각 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관(36)에 삽입하고 투명한 관(36)의 외면에도 광촉매를 코팅하여서 광촉매반응효과를 개선하였다. 새로운 관형광촉매반응기(25 또는 40)의 외경(20 또는 35)은 1)도 4 또는 도8과 같이 석영, 유리 또는 실리카와 같이 투명한 관형의 지지체(30)의 경우에는 폐가스와 접촉하는 지지체내면은 이산화타이티늄과 같은 광촉매졸을 딥(dip)코팅 후에 450℃정도에 하소(calcinate)하여 관형의 광촉매코팅(29)을 하고 지지체외면은 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 진공증착, 증착 또는 도금하여 관형의 반사막(31)을 입히고, 2)도 6 또는 도 10과 같이 불투명한 금속 또는 플라스틱과 같이 불투명한 관형의 지지체(33)의 경우에는 그 위에 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 각각 진공증착, 증착 또는 도금하여 관형의 반사막(31)을 입히고 그 위에 폐가스와 접촉하는 관형의 광촉매코팅(29)을 하여, 자외선이 투명 또는 반투명한 충전제(6) 또는 관형허니컴 카트리지(39)로 흡수/통과하여 외경(20 또는 35)의 관형 광촉매코팅(29)에 도달하여 흡수/통과 후에 관형의 반사막(31)에서 반사되어 외경(20 또는 35)의 관형 광촉매코팅(29) 및 투명 또는 반투명한 충전제(6) 또는 관형허니컴 카트리지(39)로 재흡수/재통과하게 되어 폐가스에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취성분에 대한 광촉매에 의한 고효율 광분해반응을 유도하였다.
가습장치(23)을 통과하여 바이오필터(13)의 상부로 인입된 폐가스는 바이오필터 내부에 충진된 미생물담체(17) 사이를 통과하면서 바이오필터 인입가스에 포함된 휘발성 유기화합물이나 악취발생원을 미생물막에 의한 흡수 및 생분해를 통하여 제거하게 되어 바이오필터 또는 하이브리드시스템으로 처리된 폐가스(12)가 대기로 배출된다. 각 광촉매담체를 충전한 UV/광촉매반응기와 바이오필터가 결합된 하이브리드시스템의 최대 처리효율을 위해서는 아직 처리가 안 된 오염원을 UV/광촉매반응기로 재순환시켜서 하이브리드시스템의 시너지효과를 제고할 필요가 있고 반면에 처리폐가스의 일부를 재순환시켰을 때에 발생하는 희석(back-mixing)효과에 따른 반응기의 부피당 처리효율 저하를 기대할 수가 있다. 따라서 하이브리드시스템의 최적반송비가 존재하는데, 이러한 적정반송비의 처리폐가스(12)를 재순환시켜서 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)와 바이오필터(13)로 구성된 하이브리드시스템의 시너지효과를 극대화시킨다.
한편 바이오필터(13)는 미생물 담체(17)로서 퇴비(compost), 바크(bark) 및 피트(peat) 등을 포함한 유기담체를 쓰고 지지체로서 활성탄(granular activated carbon), 세라믹 또는 폐타이어담체를 바이오필터(13) 내부에 충전한다. 바이오필터(13) 내부의 미생물담체(12)의 적당한 습도 및 부착미생물에 대한 적당한 환경을 유지시켜주기 위하여 스프레이(16)로 주기적으로 영양소를 포함한 액상미디움(14) 및 수분(15)을 각 펌프(18 및 19)로 공급한다.
본 발명에서는 첫째 산업현장에서 발생한 오염원의 농도 및 오염부하량을 측정하고 오염원농도가 아닌 오염원의 농도와 유량의 곱으로 표현되는 오염부하량을 기준으로 UV/광촉매반응기와 바이오필터공정을 동시에 사용해야 하는 경우와 바이오필터공정만으로도 가능한 경우를 합리적으로 구분하였다. 따라서 일반적인 방법인 오염원의 농도를 기준으로 구분할 때보다 UV/광촉매반응공정의 사용을 가능한 줄임으로서 공정폐가스에 포함된 고농도의 휘발성 유기화합물을 UV/광촉매반응공정으로 처리 시에 공정조건에 따라 생성될 수 있는 발암의심물질을 포함하는 인체에 해로운 많은 종류의 중간 유도체 등과 같은 심각한 문제 등을 최소화할 수 있다. 둘째 공정폐가스(1) 내의 오염원 농도가 생물학적 처리가 불가능하게 높으나 오염부하량이 바이오필터의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity) 이하일 경우 UV/광촉매반응공정의 사용 대신에 처리폐가스(12)를 적정반송비로 재순환시켜서 유입되는 공정폐가스(1)의 오염원 농도를 희석하여 바이오필터(13)에서 처리 가능한 오염원 농도로 낮추어서 바이오필터(13) 만으로 처리할 수 있다. 셋째 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)와 바이오필터(13)로 이루어진 하이브리드시스템에서 처리된 폐가스(12)를 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)로 적정반송비로 재순환시켜서 당 하이브리드시스템의 시너지효과를 극대화하는 재순환형 하이브리드공정 시스템으로서, 바이오필터 또는 UV/광촉매반응기의 설계규모를 최소화하여 투자비 및 운전비를 절감할 수 있다. 넷째 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅 또는 광촉매 나노입자로 분산 담지된 흡착능이 있는 충전제(6)로서 충전시킨 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)와 바이오필터(13)의 하이브리드 시스템으로서 충전제(6)의 흡착능에 의한 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)의 휘발성유기화합물 및 악취오염원의 제거효율증대가 하이브리드시스템의 시너지효과를 제고시킨다. 다섯째 도 1과 같이 산업현장에서 발생하는 공정 폐가스(1)의 유량이 비교적 작은 경우에, 환형의 새로운 광촉매반응기(24 또는 38)의 내경(8)은 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관으로 제작되고 외경(7 또는 34)은 1)도 3 또는 도 7과 같이 석영, 유리 또는 실리카와 같이 투명한 지지체(27)의 경우에는 폐가스와 접촉하는 지지체내면은 이산화타이티늄과 같은 광촉매졸을 딥(dip)코팅 후에 450℃정도에 하소(calcinate)하여 광촉매코팅(26)을 하고 지지체외면은 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 각각 진공증착, 증착 또는 도금하여 반사막(28)을 입히고, 2)도 5 또는 도 9와 같이 불투명한 금속 또는 플라스틱과 같이 불투명 지지체(32)의 경우에는 그 위에 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 각각 진공증착, 증착 또는 도금하여 반사막(28)을 입히고 그 위에 폐가스와 접촉하는 광촉매코팅(26)을 한, 환형의 이중 관을 제작하여 내경(8) 및 외경(7 또는 34) 사이에는 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅 또는 광촉매 나노입자로 분산 담지된 흡착능이 있는 충전제(6)와 이산화타이타늄을 포함한 광촉매로 표면을 코팅시킨 환형허니컴 카트리지(37)를 적당한 비율로 충전시키고 내경(8)의 안쪽에는 자외선램프(5)를 삽입하여 자외선이 충전제(6) 또는 환형허니컴 카트리지(37)로 흡수/통과하여 외경(7 또는 34)의 광촉매코팅(26)에 도달하여 흡수/통과 후에 반사막(28)에서 반사되어 외경(7 또는 34)의 광촉매코팅(26) 및 충전제(6) 또는 환형허니컴 카트리지(37)로 재흡수/재통과하게 되어 폐가스에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취성분에 대한 광촉매에 의한 고효율 광분해반응을 유도하는 효과가 있다. 여섯째 도 2와 같이 산업현장에서 발생하는 공정폐가스(1)의 유량이 비교적 큰 경우에, 새로운 관형의 광촉매반응기(25 또는 40)는 산업현장에서 블러워(blower)(2)로 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 가습조(23)까지 연결하는 내부식성이 있는 원형 또는 사각형 또는 기타 형태의 유리관, 플라스틱관 또는 금속관으로된 공정폐가스 이송관(22) 내부의 천공된 칸막이(21) 사이를 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅 또는 광촉매 나노입자로 분산 담지된 흡착능이 있는 충전제(6)와 이산화타이타늄을 포함한 광촉매로 표면을 코팅시킨 관형허니컴 카트리지(39)를 적당한 비율로 충전시키고 충전된 관의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 자외선램프(5)를 삽입할 끝이 막힌 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관(36)들을 충전제(6)와 관형허니컴 카트리지(39)로 충전된 관 길이의 수직 또는 사선방향으로 배치하고 복수의 자외선램프(5)를 배치된 각 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관(36)에 삽입하고 투명한 관(36)의 외면에도 광촉매를 코팅하여서 광촉매반응효과를 개선하였다. 새로운 관형광촉매반응기(25 또는 40)의 외경(20 또는 35)은 1)도 4 또는 도8과 같이 석영, 유리 또는 실리카와 같이 투명한 관형의 지지체(30)의 경우에는 폐가스와 접촉하는 지지체내면은 이산화타이티늄과 같은 광촉매졸을 딥(dip)코팅 후에 450℃정도에 하소(calcinate)하여 관형의 광촉매코팅(29)을 하고 지지체외면은 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 진공증착, 증착 또는 도금하여 관형의 반사막(31)을 입히고, 2)도 6 또는 도 10과 같이 불투명한 금속 또는 플라스틱과 같이 불투명한 관형의 지지체(33)의 경우에는 그 위에 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 각각 진공증착, 증착 또는 도금하여 관형의 반사막(31)을 입히고 그 위에 폐가스와 접촉하는 관형의 광촉매코팅(29)을 하여, 자외선이 충전제(6) 또는 관형허니컴 카트리지(39)로 흡수/통과하여 외경(20 또는 35)의 관형 광촉매코팅(29)에 도달하여 흡수/통과 후에 관형의 반사막(31)에서 반사되어 외경(20 또는 35)의 관형 광촉매코팅(29) 및 충전제(6) 또는 관형허니컴 카트리지(39)로 재흡수/재통과하게 되어 폐가스에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취성분에 대한 광촉매에 의한 고효율 광분해반응을 유도하는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 본 발명의 공정으로서 휘발성 유기화합물이나 악취오염원을 함유한 공정폐가스(1)는 블로우어(2)에 의하여 송풍되어져서 가스유량계(3)에서 유량을, 전기화학적 실시간 농도분석기(4)에서 농도가 측정되어 휘발성 유기화합물이나 악취오염원의 산출된 오염부하량이 바이오필터의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity) 이하일 경우에 가) 폐가스 내의 오염원 농도가 생물학적 처리가 불가능한 높은 경우에는 바이오필터(13)공정 전에 처리폐가스(12)를 반송블로워(10)로 재순환시켜서 공정폐가스(1)와 혼합하여 생물학적 처리가 가능한 농도로 희석시켜서 가습장치(23)를 통과한 후에 바이오필터(13)로 처리하고, 나) 폐가스 내의 오염원 농도가 그보다 낮은 경우에는 희석시키지 않고 바이오필터(13)로 처리하며, 처리할 폐가스유량과 폐가스 내의 오염원 농도를 가스유량계(3) 및 전기화학적 실시간 농도측정기(4)로 실시간 측정하여 오염부하량이 바이오필터의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity) 이상일 경우에는 유입되는 폐가스를 새로운 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)를 통과시키고, 새로운 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)로 처리된 폐가스의 잔류오염원 농도를 전기화학적 실시간 농도측정기(9)로 측정하여 잔류하는 오염부하량이 새로운 광촉매반응기(24 또는 25)와 바이오필터(13)로 구성된 하이브리드시스템의 시너지효과와 바이오필터(13)의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity)의 합한 총 제거능력 이하가 되도록 새로운 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)를 설계하여 광촉매처리된 폐가스를 가습장치(23)를 통과하여 바이오필터(13)에 공급하는데 그 방법은 전술한 오염부하량이 바이오필터(13)의 설계 최대제거능력(designed maximum elimination capacity) 이하일 경우와 같고, 이와 같이 휘발성 유기화합물이나 악취오염원을 함유한 공정폐가스(1)의 농도가 아니라 오염부하량을 기준으로 하이브리드시스템과 바이오필터(13)의 선택적사용을 통하여 공정폐가스를 처리하고, 또한 바이오필터(13)로 유입되는 공정폐가스의 농도가 생물학적 처리가 불가능한 높은 경우 처리폐가스(12)를 적정반송비로 재순환시켜서 생물학적인 처리가 가능한 농도로 희석하는 모든 설계방법 및 장치
  2. TiO2를 포함하는 광촉매로 표면을 코팅시킨 투명 또는 반투명한 환형허니컴 카트리지(37)의 설계 방법 및 장치
  3. 광촉매를 코팅한 투명 또는 반투명하거나, 또는 반사막이 진공증착, 증착 또는 도금되고 그 위에 TiO2를 포함하는 광촉매가 코팅된 불투명한 관형허니컴 카트리지(39)의 설계방법 및 장치
  4. 공정폐가스(1)의 처리를 위한 하이브리드시스템의 시너지효과를 극대화하기 위하여 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅 또는 광촉매 나노입자로 분산 담지된 흡착능이 있는 투명 또는 반투명한 충전제(6)와 청구항 2 또는 청구항 3의 허니컴 카트리지(37 또는 39)를 적당한 비율로 충전시킨 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)의 설계 방법 및 장치
  5. 청구항 4의 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)와 바이오필터(13)로 이루어진 하이브리드공정의 설계 방법 및 장치
  6. 청구항 5의 하이브리드시스템에서 처리된 폐가스(12)를 광촉매반응기(24, 25, 38 또는 40)로 적정반송비로 재순환시켜서 공정폐가스(1)의 처리를 위한 하이브리드시스템의 시너지효과를 극대화하는 재순환형 하이브리드공정의 설계 방법 및 장치
  7. 도 1과 같이 환형의 새로운 광촉매반응기(24 또는 38)의 자외선램프(5)를 삽입하는 내경(8)은 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관으로 제작되고 외경(7 또는 34)은 1)도 3 또는 도 7과 같이 석영, 유리 또는 실리카 등과 같이 투명한 지지체(27)의 경우에는 폐가스와 접촉하는 지지체내면은 이산화타이티늄과 같은 광촉매졸을 딥(dip)코팅 후에 450℃정도에 하소(calcinate)하여 광촉매코팅(26)을 하고 지지체외면은 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 각각 진공증착, 증착 또는 도금하여 반사막(28)을 입히고, 2)도 5 또는 도 9와 같이 불투명한 금속 또는 플라스틱과 같이 불투명 지지체(32)의 경우에는 그 위에 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 각각 진공증착, 증착 또는 도금하여 반사막(28)을 입히고 그 위에 폐가스와 접촉하는 광촉매코팅(26)을 한, 환형의 이중 관으로 이루어진 광촉매반응기(24 또는 38) 설계방법 및 장치
  8. 청구항 7의 광촉매반응기(24 또는 38)의 내경(8) 및 외경(7 또는 34) 사이에는 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅 또는 광촉매 나노입자로 분산 담지된 흡착능이 있는 투명 또는 반투명한 충전제(6)와, 청구항 2의 환형허니컴 카트리지(37)를 적당한 비율로 충전시키고 내경(8)의 안쪽에는 자외선램프(5)를 삽입하여 자외선이 투명 또는 반투명한 충전제(6) 또는 청구항 2의 환형허니컴 카트리지(37)로 흡수/통과하여 외경(7 또는 34)의 광촉매코팅(26)에 도달하여 흡수/통과 후에 반사막(28)에서 반사되어 외경(7 또는 34)의 광촉매코팅(26) 및 투명 또는 반투명한 충전제(6) 또는 청구항 2의 환형허니컴 카트리지(37)로 재흡수/재통과하게 되어 폐가스에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취성분에 대한 광촉매에 의한 고효율 광분해반응을 유도하는 광촉매반응기(24 또는 38) 설계방법 및 장치
  9. 도 2에서와 같이 산업현장에서 블러워(blower)(2)로 배출되는 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 대기 또는 폐가스를 이송하는 원형 또는 사각형 또는 기타 형태의 유리관, 플라스틱관 또는 금속관 등으로된 공정폐가스 이송관(22) 내부의 천공된 칸막이(21) 사이를 광촉매반응기로 활용하는 관형의 새로운 광촉매반응기(25 또는 40)의 외경(20 또는 35)은 1)도 4 또는 도8과 같이 석영, 유리 또는 실리카와 같이 투명한 관형의 지지체(30)의 경우에는 폐가스와 접촉하는 지지체내면은 이산화타이티늄과 같은 광촉매졸을 딥(dip)코팅 후에 450℃정도에 하소(calcinate)하여 관형의 광촉매코팅(29)을 하고 지지체외면은 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 진공증착, 증착 또는 도금하여 관형의 반사막(31)을 입히고, 2)도 6 또는 도 10과 같이 불투명한 금속 또는 플라스틱과 같이 불투명한 관형의 지지체(33)의 경우에는 그 위에 알루미늄 또는 은과 같은 금속을 각각 진공증착, 증착 또는 도금하여 관형의 반사막(31)을 입히고 그 위에 폐가스와 접촉하는 관형의 광촉매코팅(29)을 한 관형의 새로운 광촉매반응기(25 또는 40)의 설계방법 및 장치
  10. 청구항 9의 관형의 새로운 광촉매반응기(25 또는 40)를 TiO2를 포함하는 광촉매로 코팅 또는 광촉매 나노입자로 분산 담지된 흡착능이 있는 투명 또는 반투명한 충전제(6)와 청구항 3의 관형허니컴 카트리지(39)를 적당한 비율로 충전시키고 충전된 관의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 자외선램프(5)를 삽입할 끝이 막힌 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관(36)들을 투명 또는 반투명한 충전제(6)와 청구항 3의 관형허니컴 카트리지(39)로 충전된 관 길이의 수직 또는 사선방향으로 배치하고 복수의 자외선램프(5)를 배치된 각 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관(36)에 삽입하고 투명한 관(36)의 외면에도 광촉매를 코팅하여서 광촉매반응효과를 개선하며, 자외선이 투명 또는 반투명한 충전제(6) 또는 청구항 3의 관형허니컴 카트리지(39)로 흡수/통과하여 외경(20 또는 35)의 관형 광촉매코팅(29)에 도달하여 흡수/통과 후에 관형의 반사막(31)에서 반사되어 외경(20 또는 35)의 관형 광촉매코팅(29) 및 투명 또는 반투명한 충진제(6) 또는 관형허니컴 카트리지(39)로 재흡수/재통과하게 되어 폐가스에 포함된 휘발성 유기화합물 또는 악취성분에 대한 광촉매에 의한 고효율 광분해반응을 유도하는 광촉매반응기(25 또는 40) 설계방법 및 장치
  11. 휘발성 유기화합물 또는 악취를 포함한 폐가스를 이송하는 관(22)을 광촉매반응기(25 또는 40)로 이용하는 광촉매반응기 설계방법 및 장치
  12. 청구항 11에서 폐가스 이송관(22)의 길이 방향으로 일정한 간격마다 구멍을 내어 광원(5)을 삽입할 끝이 막힌 석영 또는 유리와 동등한 투명한 관(36)을 페가스 이송관(22) 길이의 수직 또는 사선방향으로 배치하는 방법 및 장치
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