KR20100104991A - 멀티선회류 및 바이오 필터를 이용한 고효율 하이브리드 ＶＯＣｓ 습식처리 시스템 - Google Patents

멀티선회류 및 바이오 필터를 이용한 고효율 하이브리드 ＶＯＣｓ 습식처리 시스템 Download PDF

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Abstract

악취 및 휘발성 유기화합물(VOCs)을 포함하는 오염공기를 처리하기 위하여, 상기 유입공기를 선회류 생성유닛에 의해 선회류를 형성하고 분사 세정액과의 접촉으로 친수성의 악취 및 휘발성 유기화합물을 제거하는 선회류식 세정장치; 상기 선회류식 세정장치의 후단에 설치되고, 미생물을 이용하여 소수성 휘발성 유기화합물을 제거하면서 제습 기능을 구비한 바이오 필터장치; 및 상기 선회류식 세정장치에 상기 세정액으로 공급하는 전기분해수를 생성하는 전기분해장치를 포함하는 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템이 개시된다
세정, 액적, 흡수, 바이오, 미생물, 분무, 스프레이, 전기분해, 폐수

Description

멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 ＶＯＣｓ 습식처리 시스템{Wet Processing System for high efficiency hybrids VOCs using multi Vortex and bio filter}
본 발명은 휘발성 유기화합물 습식처리 시스템에 관한 것으로, 특히 오염공기에 함유된 악취와 휘발성 유기화합물을 전기분해수를 세정액으로 적용한 선회류식 세정장치과 바이오 필터장치를 순차적으로 거쳐 제거하는 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템에 관한 것이다.
통상 우리나라 산업체에 있어서 휘발성 유기화합물(VOCs) 배출원의 특징은 대부분 중소규모의 고정 배출원이 많으며 저농도, 대규모 가스량을 특징으로 한다. 따라서, 저농도 휘발성 유기화합물의 처리는 근본적으로 고에너지 소비 공정이 될 수밖에 없으며, 결국 효과적이고 경제적인 공정의 개발이 필요하다.
그러므로 VOCs를 배출 기준까지 처리하려면 세정공정과 생물학적 공정이 복합된 하이브리드 타입의 시스템이 필요하다. 하지만 이 경우 생물학적 처리시스템의 설치공간이 많이 필요하여 이것 또한 우리나라 실정상 제약이 된다.
한편, 종래 개발되어 사용되고 있는 습식 VOCs 처리기술은 비수용성의 VOCs 처리에는 효율이 매우 낮고 폐수의 발생이 매우 많다는 한계점이 있으며, 경제적인 사유로 형식적인 설비로서 운영되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 처리기술인 RTO와 RCO를 대체할 수 있는 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 악취 및 휘발성 유기화합물(VOCs)을 포함하는 오염공기를 처리하기 위하여, 상기 유입공기를 선회류 생성유닛에 의해 선회류를 형성하고 분사 세정액과의 접촉으로 친수성의 악취 및 휘발성 유기화합물을 제거하는 선회류식 세정장치; 상기 선회류식 세정장치의 후단에 설치되고, 미생물을 이용하여 소수성 휘발성 유기화합물을 제거하면서 제습 기능을 구비한 바이오 필터장치; 및 상기 선회류식 세정장치에 상기 세정액으로 공급하는 전기분해수를 생성하는 전기분해장치를 포함하는 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 바이오 필터장치에 적용하는 미생물은 하수처리장 반송 슬러지를 사용하여 접종하고, 클루코스(glucose)와 효모추출물(yeastextract)을 포함하는 영양물질이 액상 분사된다.
또한, 상기 선회류식 세정장치는, 오염공기가 유입되는 유입구와 처리된 공기가 배출되는 배출구가 형성된 수조; 상기 수조와 연통하고 내부에 선회류 생성유닛이 설치된 다수의 처리 타워; 및 상기 유입된 오염공기와 처리된 공기의 흐름을 발생하는 공급 팬으로 이루어진다.
바람직하게, 상기 수조로 유입되는 오염공기는 상기 처리 타워 중 하나의 하단에 설치된 선회류 생성유닛을 통하여 수직 상승하고, 상기 처리 타워 중 다른 하나의 상단에 설치된 선회류 생성유닛을 통하여 수직 하강한다.
또한, 바람직하게, 상기 선회류식 세정장치에서 사용된 세정액 오염물은 상기 전기분해장치로 회수되어 전기분해를 통하여 유기물이 제거된다.
또한, 상기 전기분해장치는 염화나트륨이 공급되는 전해조를 구비하고, 상기 전해조에서는 전기분해반응의 결과로 차아염소산나트륨(NaOCl)과 수소가스 및 물이 배출된다.
상기한 구조에 의하면, 오염공기에 함유된 악취와 휘발성 유기화합물에서 친수성의 휘발성 유기화합물은 선회류식 세정장치에 의해 제거하고 소수성의 휘발성 유기화합물은 바이오 필터장치에 의해 제거함으로써 효율이 향상된다.
또한, 사용된 세정액을 전기분해 반응을 통해 오염 부하를 줄여 결과적으로 폐수 발생량을 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템을 나타내는 구성도이다.
본 발명에서 처리하는 오염공기는 상온이고 악취 및 휘발성 유기화합물을 포 함하는 환경오염물질과 다량의 분진을 포함하며, 포름알데히드나 MEK 등 입자상 또는 가스상 물질을 모두 포함하고 있다.
도 1을 참조하면, 악취 및 휘발성 유기화합물(VOCs)을 포함하는 오염공기가 선회류식 세정장치(100)의 수조(130)로 유입된다.
수조(130)에는 오염공기 유입구(133)와 처리공기 배출구(134)가 대향하여 형성되고, 그 사이에 처리 타워(110, 120)이 설치되어 수조(130) 내부와 연통한다. 수조(130)의 일 측면에는 시수(city water)가 유입되고, 타 측면에는 세정액으로 전기분해된 전해수가 유입되며, 수조(130)에 공급된 세정액은 펌프(132)에 의해 처리 타워(110, 120) 상부에 설치된 분무 노즐(140)에 공급된다. 선택적으로, 수조(130)의 측면에는 수조의 내부를 감시하기 위한 감시창이 설치될 수 있다.
처리 타워(110, 120)의 상단에는 오염공기를 처리 타워 내부로 공급하는 공급 팬(미도시)이 설치되며, 공급 팬의 하부에서 처리 타워(110, 120) 내부에는 선회류 생성유닛(150)이 각각 설치된다.
도 2를 참조하면, 선회류 생성유닛(150)은 처리 타워(110, 120)에 고정되는 지지 축(151)과, 지지 축(151)의 측면에서 스파이럴(spiral) 형상으로 돌출 형성된 4개의 가이드 베인(152, 153, 154, 155)으로 구성된다. 가이드 베인(152, 153, 154, 155)의 측면 끝은 처리 타워(110, 120)의 내벽에 접촉하여 연결되도록 함으로써 유입된 오염공기가 모두 가이드 베인(152, 153, 154, 155)을 경유하여 아래로 송풍되며, 이때 가이드 베인(152, 153, 154, 155)이 스파이럴 형상으로 형성되어 있기 때문에 송풍되는 오염공기는 선회류를 형성한다.
선회류 생성유닛(150) 하부에서 지지 축(151)으로부터 연장되는 위치에는, 상기한 바와 같이, 수조(130)와 연결된 펌프(132)로부터 공급되는 물이나 수용액 등의 세정액을 분무하는 분무노즐(140)이 설치되어 공급된 세정액을 오염가스 선회류에 분사함으로써 오염가스와 세정액의 혼합 및 접촉에 의해 세정된다. 이때, 미세 분진과 액적은 원심력에 의해 처리 타워(110, 120)의 내측벽에 포집 처리된다.
처리 타워(110, 120)는 처리형식에 따라 원통형, 원추형, 또는 벤츄리형으로 설계도 가능하고 수직형, 수평형으로 설치할 수 있으므로 설치장소에 제한을 받지 않는다.
이 실시 예에서는 일부 대항류형을 적용하고 있는바, 오염공기 유입구(133)로 유입되는 오염공기는 처리 타워(110)의 하단에 설치된 선회류 생성유닛(150)을 통하여 수직 상승하고, 처리 타워(120)의 상단에 설치된 선회류 생성유닛(150)을 통하여 수직 하강한다.
처리 타워(110, 120) 내에서, 기본유속은 3 ~ 10m/S, 압력손실은 50 ~ 150㎜Aq, 액가스비는 2 ~ 4ℓ/㎥로 운전하고 포집 가능한 입자경은 0.5㎛이다.
이러한 선회류식 세정장치(100)에 의하면, 선회류 생성유닛(150)의 가이드 베인(152, 153, 154, 155)에 의해 유입된 오염공기는 선회하여 원심력을 갖게 되어 오염공기에 포함된 분진 입자가 분산된 세정액의 액적과 충돌하여 부착되거나, 미립자 확산에 의해 입자간 상호 응집하거나, 오염가스의 증습(humidification)에 의해 입자간 상호 응집하거나, 입자를 핵으로 하여 증기가 응결 부착되거나, 또는 액막이나 기포에 입자가 접촉하여 부착하는 형태로 포집 처리된다.
분진과 오염가스가 제거된 1차 처리 공기는 수조(130)의 처리공기 배출구(134)를 통하여 바이오 필터장치(200)로 배출된다.
한편, 본 발명에 의하면, 선회류식 세정장치(100)에 사용되는 세정액으로 비격막식 전기분해수를 사용한다. 이 전기분해수를 이용한 악취 및 VOCs 흡수세정 실험에서 흡수세정 효율은 전해질 첨가 여부에 따라 차이가 있는 것이 밝혀졌고, VOCs 물질 중 물에 대한 용해도가 뛰어난 MEK, 포르말린(Formailin), 에탄올(Ethanol)과 하이드로겐 설파이드(Hydrogen Sulfide)는 단지 2 ~ 3초의 짧은 접촉 시간에서도 매우 효과적으로 제거되는 것이 확인되었다. 또한, 처리 후 생성되는 세정액의 오염에 대해서도 전기분해 반응을 통하여 오염 부하를 줄여 재사용하기 때문에 폐수 발생량을 줄일 수 있다.
도 1을 참조하면, 염화나트륨 탱크(320)로부터 펌프(302)에 의해 염화나트륨이 전해조(310)에 공급되어 전기 분해가 일어나면 다음과 같은 반응이 생긴다.
공급된 염화나트륨은 전기분해에 의해 나트륨 이온(Na+)과 염소 이온(Cl-)을 생성하고, 이에 따라 다음과 같이 반응하여,
양극: 2Cl- → Cl2 + 2e-
음극: 2H2O +2e- → 2H2 + 2OH-
양극에서는 염소 가스가 발생하고 음극에는 수소가스가 발생하는데, 이때, 음극에서는 나트륨 이온(Na+)과 수산이온(OH-)이 가성소다(NaOH)를 생성한다. 이에 따라, 양극에서 발생한 염소가스와 음극에서 발생한 가성소다가 반응하여 전해 차아염소산나트륨(NaClO)과 수소가스(H2), 물(H2O)이 전해조(310) 밖으로 배출된다.
통상 전기분해반응은 전류밀도가 반응의 세기를 좌우하며 특히 전기가 흐르기 위한 전해질, 즉 전자를 운반할 수 있는 매체가 얼마나 존재하느냐에 따라 그 처리효율의 차이는 큰 격차를 나타낸다. 전기분해반응은 전극 표면에서 산화물질이 발생하여 유기물 제거 또는 양극표면에서의 산화(직접 산화)와 용액상 산화(간접 산화) 반응에 의하여 최종적으로 CO2와 H2O로 산화되는 것이 기본원리이다.
한편, 전기분해는 난분해성 물질의 생분해성 증대에도 높은 효율을 보이고 있으며, 산화반응을 통해 Aromatic 계열(벤젠 계열)의 Aliphatic(사슬 계열)로 체인(chain)을 끊어 미생물이 섭취하기 좀 더 쉬운 형태로 전환시킨다.
여기서, 전해조(310)로의 전원공급은 전압 0 ~ 40V(평균: 30V), 전류 0 ~ 150A(평균: 110A) 범위에서 행하였고 전극 간의 간격을 0.5㎝하여 80% 이상의 제거 효율을 계속 유지할 수 있고, 세정액을 순환하여 재사용할 수 있어 폐수발생량을 대폭 줄일 수 있어 습식 세정기술의 단점을 보완하였다.
선회류식 세정장치(100)로부터 1차 처리되어 배출된 처리 공기에는 소수성 VOCs가 포함되어 있을 수 있다.
도 1을 참조하면, 바이오 필터장치(200)는 공기 유입구(210)와 배출구(220) 및 그 사이에 설치된 필터 본체(230)를 구비하여 선회류식 세정장치(100)의 후단에 설치되며, 유해가스를 처리하는 미생물(Fungi, Bacteria, Actinomycetes, 등)을 주 로 사용하여 저농도 VOCs를 제거하면서 데미스터(DEMISTER)의 역할을 수행하여 세정장치 후단에 별도의 제습 장치를 설치하지 않도록 한다.
상기의 미생물 대부분은 유기물을 섭취하고 이 물질을 이용하여 에너지를 얻는 화학종속 영양생물(Chemoheterotrophs)로 알려져 있다.
본 발명에 적용되는 미생물은 하수처리장 반송 슬러지를 사용하여 접종한 후 글루코스(glucose), 효모추출물(yeastextract) 등의 영양물질을 액상으로 스프레이 투입하고 유해가스의 농도를 0 ~ 100ppm으로 점점 증가시키면서 순응시켰다.
그 결과, 바이오 필터장치(200)의 처리 효율이 정상화되어 필터장치(200) 내 미생물에 대해 우점종 스크린 실험을 한 결과, Pseudomonas putida 종이 우점하고 있음을 확인할 수 있다.
여기서, 소수성 물질인 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene), 벤젠(Benzene)에 대한 선회류 세정장치의 처리효율은 각각 16 ~ 22%, 12 ~ 18%, 8 ~ 16%으로 낮게 나타났지만 일정한 처리효율을 계속 유지함을 확인할 수 있었고, 특히 바이오 필터장치(200)를 적용한 결과, 초기에는 처리효율이 좋지 않았지만 순응기간인 7 ~ 10일 정도가 지난 이후부터는 미생물 분해처리를 통해 70% 이상의 제거율을 보였으며 이후 85 ~ 95%의 처리효율을 보였다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만 당업자의 수준에서 다양한 변경과 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석되어서는 안 되며, 이하에 기재된 특허청구범위에 기초하여 해석되어 야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 적용된 선회류 발생장치를 나타내는 사시도이다.

Claims (6)

  1. 악취 및 휘발성 유기화합물(VOCs)을 포함하는 오염공기를 처리하기 위한 습식처리 시스템으로서,
    상기 오염공기를 선회류 생성유닛에 의해 선회류를 형성하고 분사 세정액과의 접촉으로 친수성의 악취 및 휘발성 유기화합물을 제거하는 선회류식 세정장치;
    상기 선회류식 세정장치의 후단에 설치되고, 미생물을 이용하여 소수성 휘발성 유기화합물을 제거하면서 제습 기능을 구비한 바이오 필터장치; 및
    상기 선회류식 세정장치에 상기 세정액으로 공급하는 전기분해수를 생성하는 전기분해장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이오 필터장치에 적용하는 미생물은 하수처리장 반송 슬러지를 사용하여 접종하고, 클루코스(glucose)와 효모추출물(yeastextract)을 포함하는 영양물질이 액상 분사되는 것을 특징으로 하는 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 선회류식 세정장치는,
    오염공기가 유입되는 유입구와 처리된 공기가 배출되는 배출구가 형성된 수조;
    상기 수조와 연통하고 내부에 선회류 생성유닛이 설치된 다수의 처리 타워; 및
    상기 유입된 오염공기와 처리된 공기의 흐름을 발생하는 공급 팬으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수조로 유입되는 오염공기는 상기 처리 타워 중 하나의 하단에 설치된 선회류 생성유닛을 통하여 수직 상승하고, 상기 처리 타워 중 다른 하나의 상단에 설치된 선회류 생성유닛을 통하여 수직 하강하는 것을 특징으로 하는 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 선회류식 세정장치에서 사용된 세정액 오염물은 상기 전기분해장치로 회수되어 전기분해를 통하여 유기물이 제거되는 것을 특징으로 하는 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기분해장치는 염화나트륨이 공급되는 전해조를 구비하고, 상기 전해조에서는 전기분해반응의 결과로 차아염소산나트륨(NaOCl)과 수소가스 및 물이 배출되는 것을 특징으로 하는 멀티선회류 및 바이어 필터를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 시스템.
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