KR20090081983A - 유해가스처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 처리장치와 바이오 여과장치를 이용한 유해가스처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면, 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스의 오존 농도를 조절하여 바이오 여과장치의 효율을 증가시키도록 형성된 유해가스처리장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 유해가스처리장치는 공급되는 유해가스를 플라즈마로 분해시키는 플라즈마 처리장치와; 상기 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스 내의 오존의 농도를 조절하는 오존처리장치와; 상기 오존처리장치로부터 처리된 유해가스를 처리하는 바이오 여과장치로 이루어진 것이다.
상기 오존처리장치는 알카리 수용액이 저장된 수용액 탱크와; 상기 수용액 탱크 내의 알카리 수용액을 유해가스에 분사시키는 수용액 분사장치와; 상기 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스에 수용액 분사장치에서 분사되는 수용액이 반응하는 반응부로 이루어지며, 상기 반응부에는 유해가스와 수용액의 반응이 잘 이루어지도록 스크러버 패킹 볼이 설치되고, 상기 오존처리장치에는 처리되는 유해가스의 오존 농도는 10~20ppm으로 조절된다.
유해가스, 오존, 플라즈마, 바이오
Description
본 발명은 플라즈마 처리장치와 바이오 여과장치를 이용한 유해가스처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면, 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스의 오존 농도를 조절하여 바이오 여과장치의 효율을 증가시키도록 형성된 유해가스처리장치에 관한 것이다.
종래의 바이오 여과장치는 미생물의 분해를 이용하여 유해가스를 제거하는 것으로서 충진물로는 도시쓰레기, 건초, 퇴비, 다공성 점토 등에 존재하는 미생물을 이용한다.
이와 같은 장치에 있어서 지속적인 성능 유지를 위해서는 수분, 온도, 분진의 제어가 매우 중요하기 때문에 별도의 수분제어장치가 필요하고 주기적인 유지 관리를 위해 바이오 메스의 세척이 필요하기 때문에 빈번한 세척은 다량의 폐수를 발생시키고 처리 비용을 상승시키는 원인이 된다.
최근 들어 개발된 도 1과 같이 유해가스를 공급하는 송풍기(1)와 바이오 여과부(2)와 물을 공급하는 펌프(3) 및 분사노즐(4)과, 물탱크에 저장되어 있는 물에 중화제를 공급하는 중화제공급장치(5)와, 영양제를 공급하는 영양제 공급장치(6) 와, 산소를 공급하는 공기방울공급장치(7)로 구성되어, 상기 1단 이상의 바이오 여과부(2)에 영영제 공급장치(5)와 중화제 공급장치(6)로 영양분과 중화제를 투여한 물을 펌프(3) 및 분사노즐(4)을 통하여 담체 충전층인 바이오 여과부(2)의 상부에서 분사함으로써 충전층 내 미생물에 필요한 수분과 영양분을 공급하는 바이오 트리클링 여과장치가 많이 사용되고 있다. 하지만 상기의 바이오 트리클링 여과장치는 정화 시간이 길어짐에 따라 물탱크에 저장된 저장수의 오염가스 용해 및 용존량이 증가하여 부패가 일어날 수 있고 이로 인해 수질오염의 원인이 될 수 있고 단위 부피당 정화용량이 한정되어 있어 정화용량이 커질수록 다단으로 시스템을 구성해야 하기 때문에 시스템의 부피 및 제작비가 급상승한다.
또한, 200ppm 이상의 고농도의 유해가스가 공급될 경우 미생물의 생존력이 저하되어 유해가스 제거성능이 급격히 저하되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 플라즈마 방식의 플라즈마 처리장치를 바이오 필터를 이용한 바이오 여과장치와 복합하여 적용함으로써 플라즈마와 바이오 필터의 장점을 각각 살려 막대한 비용 증가 없이 시스템의 정화용량을 증가시키고 바이오 필터를 이용한 바이오 여과장치로만으로는 처리할 수 없는 고농도의 유해가스를 처리할 수 있는 플라즈마와 바이오 필터를 이용하는 유해가스처리장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 오존(O3)의 농도를 조절하는 오존처리장치를 플라즈마 처리장치와 바이오 여과장치 사이에 설치하여 상기 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스에 다량으로 포함되어 있는 오존의 농도를 조절하여 바이오 여과장치에 공급하도록 함으로써 바이오 여과장치의 효율을 높이도록 하는데 목적이 있다.
일반적으로 유해가스를 플라즈마 반응기로 분해시키게 되면, 플라즈마 반응시 수백(약 300~500)ppm의 오존(O3)이 발생하여 유해가스 내에 포함되고, 미생물을 이용한 바이오 여과장치에서는 오존의 농도가 높으면 바이오 여과장치의 효율이 저하되는 특징이 있으며, 바이오 여과장치는 오존의 농도가 10~20ppm이 적당하다.
그러므로 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스는 오존의 농도가 조절된 후 바이오 여과장치에 공급되어야 한다.
상기 목적을 달성하고자 본 발명의 유해가스처리장치는,
공급되는 유해가스를 분해시키는 플라즈마 처리장치와; 상기 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스 내의 오존의 농도를 조절하는 오존처리장치와; 상기 오존처리장치로부터 처리된 유해가스를 처리하는 바이오 여과장치로 구성된다.
상기 플라즈마 처리장치는 RF 플라즈마, 펄스 코로나, 유전체 격벽 방전(Dielectric Barrier Discharge; DBD) 플라즈마, 글라이딩 방전 플라즈마(Gliding discharge plasma)들과 같은 통상의 저온 플라즈마 반응기를 사용하며, 본 발명에서 글라이딩 방전 플라즈마 반응기를 실시예로 나타내었다.
상기 오존처리장치는 알카리 수용액이 저장된 수용액 탱크와; 상기 수용액 탱크 내의 알카리 수용액을 유해가스에 분사시키는 수용액 분사장치와; 상기 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스에 수용액 분사장치에서 분사되는 수용액이 반응하는 반응부로 이루어지며, 상기 반응부에는 유해가스와 수용액의 반응이 잘 이루어지도록 스크러버 패킹 볼이 더 설치될 수 있다. 상기 스크러버 패킹 볼은 다공이 형성된 볼로써 주로 PE재질로 형성되며, 상기 다공에 의하여 수용액과 유해가스가 패킹 볼의 내측으로 유입됨으로써 서로 접촉하는 시간이 길어지게 된다.
상기 오존처리장치에는 처리되는 유해가스의 오존 농도를 조절할 수 있도록 수용액 탱크 내의 알카리 수용액의 pH 농도를 조절하는 pH 조절장치가 설치된다. 상기 pH 조절장치는 수용액 탱크 내의 알카리 수용액의 pH 농도가 10~12가 되도록 조절하며, 상기 알카리 수용액에 사용되는 알카리성 용액은 보통 수산와 나트 륨(NaOH)을 사용한다.
상기 오존처리장치에는 처리되는 유해가스의 오존(O3) 농도는 10~20ppm으로 조절되어 바이오 여과장치로 공급되도록 한다.
상기 바이오 여과장치는 하측에 물이 저장되어 있는 물탱크와; 상기 물탱크의 상측으로 설치된 바이오 여과부와; 상기 물탱크와 바이오 여과부 사이에 유해가스가 유입되는 유해가스 유입구와; 상기 바이오 여과부 상측에서 물을 분사할 수 있도록 형성된 물 분사장치와; 상기 바이오 여과부에서 처리된 유해가스가 배출되는 배출구로 이루어지며,
상기 물탱크에 저장된 물에 중화제와 영양제를 공급할 수 있도록 중화제 공급장치와 영양제 공급장치가 설치되고, 또한 일측에는 저장된 물에 산소를 공급할 수 있도록 공기방울 공급장치가 설치된다.
상기 바이오 여과부는 미생물이 담체된 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층된 것이며, 장방 블록형으로 이루어진 폴리우레탄폼(polyurethane foam)과 같은 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층되어 있는 것이다.
상기 중화제 공급장치에 의하여 공급되는 중화제는 수산화나트륨(NaOH)을 사용하고, 상기 영양제공급장치에 의하여 공급되는 영양제는 미생물이 서식과 대사에 필요한 N, P, K와 같은 무기 영양분을 사용한다.
상기 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치와 오존처리장치와 바이오 여과장치에 의하여 플라즈마 처리장치의 플라즈마 반응기의 플라즈마 방전으로 유해가스를 분해시키고, 플라즈마 방전시 발생하는 오존의 농도를 오존처리장치가 유해가스의 오존 농도를 조절하여 바이오 여과장치로 공급함으로써 바이오 여과장치의 효율을 증가시키는 효과가 있다.
본 발명의 실시예를 나타낸 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 유해가스 처리장치는 크게 송풍기(1)로 공급되는 유해가스를 분해시키는 플라즈마 처리장치(10)와, 상기 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스 내의 오존의 농도를 조절하는 오존처리장치(20)와, 상기 오존처리장치로부터 처리된 유해가스를 처리하는 바이오 여과장치(30)로 이루어진다.
상기 플라즈마 처리장치(10)는 RF 플라즈마, 펄스 코로나, 유전체 격벽 방전(Dielectric Barrier Discharge; DBD) 플라즈마, 글라이딩 방전 플라즈마(Gliding discharge plasma)와 같은 통상의 저온 플라즈마 반응기를 사용하는 것으로, 고전압을 발생시키는 고전압 발생장치(11)와 공급되는 유해가스를 분해하는 플라즈마 반응부(12)로 이루어진다.
본 발명의 실시예에서는 글라이딩 방전 플라즈마 반응기를 나타낸 것으로, 상기 플라즈마 반응부(12)는 단면이 두 반원과 유사한 금속 플레이트의 양단에 고전압 발생장치(11)에 의하여 교류나 펄스 고전압을 인가하여 아크(arc)를 발생시키 고 중심부로 가스를 공급하여 금속 플레이트 면을 따라 아크가 이동하면서 소멸되는 글라이딩 방전 플라즈마(Gliding discharge plasma)인 것이 본 발명에 적합한 플라즈마 예가 될 수 있다.
상기 플라즈마 처리장치(10)에서 분해된 유해가스 중 오존 농도를 조절하는 상기 오존처리장치(20)는 알카리 수용액이 저장된 수용액 탱크(21)와, 상기 수용액 탱크(21) 내의 알카리 수용액을 유해가스에 분사시키는 수용액용 펌프(22)와 노즐(23)로 이루어진 수용액 분사장치와, 상기 플라즈마 처리장치(10)에서 처리된 유해가스에 수용액 분사장치에서 분사되는 수용액이 반응하는 반응부와, 상기 수용액 탱크(21) 내의 알카리 수용액의 농도를 조절하여 오존 농도를 조절할 수 있도록 pH 조절장치(25)로 이루어지며, 상기 반응부에는 유해가스와 수용액의 반응이 잘 이루어지도록 다수의 스크러버 패킹 볼(24)이 설치된다.
상기 스크러버 패킹 볼(24)은 반응부에 유입된 유해가스와 수용액이 서로 장 시간 접촉하여 반응이 잘 이루어지도록 설치되는 것으로, 패킹 볼(24)은 패킹 볼(24) 내측으로 유해가스와 수용액이 유입될 수 있도록 다공이 형성된 PE 재질의 다공 볼을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 수용액 탱크(21) 내의 알카리 수용액의 농도를 조절할 수 있도록 pH 조절장치(25)가 설치되고, 상기 pH 조절장치(25)로 수용액 탱크(21) 내의 알카리 수용액의 농도를 조절하여 유해가스의 오존 농도를 10~20ppm으로 조절한다.
상기 pH 조절장치(25)는 수용액 탱크(21) 내에 수산화나트륨(NaOH)를 주기적으로 투입하여 알카리 수용액의 농도를 조절하는 것으로 알카리 수용액의 농도가 11ppm이 되도록 한다.
상기 반응부에서 반응하는 반응식은 아래와 같다.
2O3 + OH → HO2 + O2
상기 바이오 여과장치는 하측에 물이 저장되어 있는 물탱크(37)와, 상기 물탱크의 상측으로 설치된 바이오 여과부(31)와, 상기 물탱크와 바이오 여과부(31) 사이에 유해가스가 유입되는 유해가스 유입구(38)와, 상기 바이오 여과부(31) 상측에서 물을 분사할 수 있도록 펌프(32)와 분사노즐(33)로 형성된 물 분사장치와, 상기 바이오 여과부(31)에서 처리된 유해가스가 배출되는 배출구(39)와, 상기 물탱크에 저장된 물에 중화제와 영양제를 공급할 수 있도록 설치된 중화제 공급장치(34)와 영양제 공급장치(35)와, 산소를 공급할 수 있도록 설치된 공기방울 공급장치(36)로 이루어진다.
상기 바이오 여과부(31)는 미생물이 담체된 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층된 것이며, 장방 블록형으로 이루어진 폴리우레탄폼(polyurethane foam)과 같은 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층되어 있다.
상기 중화제 공급장치(34)에 의하여 공급되는 중화제는 수산화나트륨(NaOH)을 사용하고, 상기 영양제공급장치(35)에 의하여 공급되는 영양제는 미생물이 서식과 대사에 필요한 N, P, K와 같은 무기 영양분을 사용한다.
상기와 같이 이루어진 유해가스여과장치는 도 2와 같이 송풍기(1)로 유입되 는 유해가스를 플라즈마 처리장치(10)의 플라즈마 반응부(12)에서 분해하고, 상기 플라즈마 처리장치(10)에서 분해된 유해가스는 오존처리장치(20)의 패킹볼(24)이 설치되어 있는 반응부로 유입된다. 상기 반응부에 유입된 유해가스는 수용액 분사장치에서 분사되는 수용액과 반응하여 플라즈마 처리장치(10) 유해가스 분해시 발생되는 오존의 농도를 10~20ppm 으로 낮춘다.
상기 오존처리장치(20)에서 오존의 농도가 조절된 유해가스는 바이오 여과장치(30)로 공급된다. 상기 바이오 여과장치(30)로 공급되는 유해가스는 유입구(38)로 유입되어 바이오 여과부(31)에서 여과되어 상측의 배출구(39)를 통하여 배출된다.
상기와 같이 유해가스는 플라즈마 처리장치(10)에서 분해시 발생되는 오존을 오존처리장치(20)를 이용하여 오존의 농조를 조절하여 바이오 여과장치(30)에 공급함으로써 바이오 여과장치(30)의 효율을 높일 수 있게 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 바이오 여과장치에 대한 개략도.
도 2는 본 발명의 유해가스 처리장치에 대한 개략도.
[본 발명의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10 : 플라즈마 처리장치
11 : 고압발생장치 12 : 플라즈마 반응부
20 : 오존처리장치
21 : 수용액 탱크 22 : 펌프
23 : 분사노즐 24 : 패킹 볼
25 : pH 조절장치
30 : 바이오 여과장치
31 : 바이오 여과부 32 : 펌프
33 : 분사노즐 34 : 중화제공급장치
35 : 영양제공급장치 36 : 공기방울공급장치
Claims (12)
- 바이오 여과장치를 이용한 유해가스 처리장치에 있어서,공급되는 유해가스를 분해시키는 플라즈마 처리장치와;상기 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스 내의 오존의 농도를 조절하는 오존처리장치와;상기 오존처리장치로부터 처리된 유해가스를 처리하는 바이오 여과장치로 구성됨을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 플라즈마 처리장치는 저온 플라즈마 반응기를 사용함을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 오존처리장치는 알카리 수용액이 저장된 수용액 탱크와;상기 수용액 탱크 내의 알카리 수용액을 유해가스에 분사시키는 수용액 분사장치와;상기 플라즈마 처리장치에서 처리된 유해가스에 수용액 분사장치에서 분사되는 수용액이 반응하는 반응부로 이루어짐을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 3항에 있어서,상기 반응부에는 유해가스와 수용액의 반응이 잘 이루어지도록 스크러버 패킹 볼이 설치됨을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 4항에 있어서,상기 패킹 볼의 내측으로 유해가스와 수용액이 유입될 수 있도록 다공성으로 형성됨을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 3항에 있어서,상기 오존처리장치에는 처리되는 유해가스의 오존 농도를 조절할 수 있도록 pH 조절장치가 설치됨을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 6항에 있어서,상기 오존처리장치에서 처리되는 유해가스의 오존 농도는 10~20ppm으로 조절됨을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 바이오 여과장치는 하측에 물이 저장되어 있는 물탱크와;상기 물탱크의 상측으로 설치된 바이오 여과부와;상기 물탱크와 바이오 여과부 사이에 유해가스가 유입되는 유해가스 유입구 와;상기 바이오 여과부 상측에서 물을 분사할 수 있도록 형성된 물 분사장치와;상기 바이오 여과부에서 처리된 유해가스가 배출되는 배출구로 이루어짐을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 8항에 있어서,상기 물탱크에 저장된 물에 중화제와 영양제를 공급할 수 있도록 중화제 공급장치와 영양제 공급장치가 설치됨을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서,상기 물탱크의 일측에는 저장된 물에 산소를 공급할 수 있도록 공기방울 공급장치가 설치됨을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 8항에 있어서,상기 바이오 여과부는 미생물이 담체된 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층된 것이며, 장방 블록형으로 이루어진 폴리우레탄폼(polyurethane foam)과 같은 다공성 무기성 담체가 다단으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
- 제 9항에 있어서,상기 중화제 공급장치에 의하여 공급되는 중화제는 수산화나트륨(NaOH)을 사용하고,상기 영양제공급장치에 의하여 공급되는 영양제는 미생물이 서식과 대사에 필요한 무기 영양분을 사용함을 특징으로 하는 유해가스처리장치.
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