KR20100138552A

KR20100138552A - 매립 가스 여과 장치 및 이를 이용한 매립 가스 여과 방법

Info

Publication number: KR20100138552A
Application number: KR1020090057137A
Authority: KR
Inventors: 이장희; 조규백; 이용규
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2010-12-31
Also published as: KR101049224B1

Abstract

본 발명은 매립 가스에 분말 형태로 포함된 황화수소와 실록산을 제거할 수 있는 매립 가스 여과 장치 및 이를 이용한 매립 가스 여과 방법을 제공한다. 매립 가스 여과 장치는, ⅰ) 내부에 물을 수용하는 분리 탱크, ⅱ) 물 높이보다 낮은 위치에서 분리 탱크의 측벽에 연결되는 단부를 포함하며, 물 속으로 매립 가스를 공급하는 도입관, 및 ⅲ) 분리 탱크의 내부에서 도입관의 단부보다 높고 물 높이보다 낮은 위치에 설치되고, 복수의 미세 기공을 형성하여 도입관에 의해 공급된 매립 가스를 미세 기포로 분리시켜 매립 가스에 포함된 분말상 이물질을 물에 포집시키는 금속 폼을 포함한다.

매립가스, 황화수소, 실록산, 여과, 분리탱크, 도입관, 기공, 금속폼

Description

매립 가스 여과 장치 및 이를 이용한 매립 가스 여과 방법 {DEVICE AND METHOD FOR FILTERING LAND FILL GAS}

본 발명은 매립 가스 여과 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 매립 가스에 분말 형태로 포함된 황화수소와 실록산을 제거할 수 있는 매립 가스 여과 장치 및 이를 이용한 매립 가스 여과 방법에 관한 것이다.

매립 가스(land fill gas, LFG)는 음식물 쓰레기 매립장에서 발생하거나 축산분뇨의 발효에 의해 발생하는 가스로서 메탄을 주성분으로 포함한다. 매립 가스 중 메탄의 농도는 40~60% 수준으로 높기 때문에 연소기나 발전기의 주 연료로 사용되고 있다.

그런데 매립 가스에는 메탄 이외에 황화수소와 실록산(siloxane, H₃SiO-(H₂SiO)_n-SiH₃)이 분말 상태로 포함되어 있으며, 이 황화수소와 실록산이 연소기의 연료 통로를 막거나 기계 장치를 마모시키는 원인으로 지목받고 있다. 매립 가스에 포함된 황화수소와 실록산은 수 마이크로미터(㎛)의 크기를 가지므로 그 제거가 용이하지 않은 실정이다.

본 발명은 매립 가스에 분말 형태로 포함된 황화수소와 실록산을 높은 효율로 제거할 수 있는 매립 가스 여과 장치 및 이를 이용한 매립 가스 여과 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 매립 가스 여과 장치는, ⅰ) 내부에 물을 수용하는 분리 탱크, ⅱ) 물 높이보다 낮은 위치에서 분리 탱크의 측벽에 연결되는 단부를 포함하며, 물 속으로 매립 가스를 공급하는 도입관, 및 ⅲ) 분리 탱크의 내부에서 도입관의 단부보다 높고 물 높이보다 낮은 위치에 설치되고, 복수의 미세 기공을 형성하여 도입관에 의해 공급된 매립 가스를 미세 기포로 분리시켜 매립 가스에 포함된 분말상 이물질을 물에 포집시키는 금속 폼을 포함한다.

금속 폼의 미세 기공은 400㎛ 내지 1,500㎛의 크기로 형성될 수 있다.

매립 가스 여과 장치는, 도입관의 단부와 상기 금속 폼 사이에 위치하며, 복수의 통과공을 형성하여 매립 가스를 분산시키는 다공판을 더욱 포함할 수 있다. 다공판의 통과공들은 1mm 내지 10mm 크기로 형성될 수 있다.

매립 가스 여과 장치는, ⅰ) 분리 탱크의 측벽과 분리 탱크의 하부를 연결하는 리턴관, ⅱ) 리턴관에 설치되며, 분리 탱크로부터 분말상 이물질이 포집된 물을 제공받아 분말상 이물질을 걸러 제거하는 여과 필터, 및 ⅲ) 리턴관에 설치되며, 여과 필터를 거쳐 분말상 이물질이 제거된 물을 분리 탱크로 공급하는 순환 펌프를 더욱 포함할 수 있다.

매립 가스 여과 장치는, 분리 탱크의 상부에 연결되어 분말상 이물질이 제거된 매립 가스를 외부로 배출하는 송출관을 더욱 포함할 수 있다.

금속 폼은 한겹 이상으로 적층될 수 있으며, 적층된 금속 폼 각각은 같은 크기의 미세 기공을 형성할 수 있다. 다른 한편으로, 적층된 금속 폼 중 적어도 2개의 금속 폼은 서로 다른 크기의 미세 기공을 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 매립 가스 여과 방법은, ⅰ) 분리 탱크에 수용된 물 속에 매립 가스를 방출시키고, ⅱ) 방출된 매립 가스를 복수의 미세 기공이 형성된 금속 폼에 통과시켜 수백 내지 수천 마이크로미터 크기의 미세 기포로 분리시킴으로써 매립 가스에 포함된 분말상 이물질을 물에 포집시켜 제거하는 단계들을 포함한다.

도입관의 단부와 금속 폼 사이에 다공판을 설치하여 매립 가스를 분산시킨 후 금속 폼에 제공할 수 있다.

금속 폼을 거쳐 분말상 이물질이 포집된 물을 여과 필터로 제공하여 물로부터 분말상 이물질을 제거하고, 순환 펌프를 이용하여 분말상 이물질이 제거된 물을 분리 탱크로 공급하여 순환시킬 수 있다.

본 발명에 의한 매립 가스 여과 장치 및 여과 방법에 따르면, 매립 가스를 수백 내지 수천 마이크로미터 크기의 미세 기포로 분리시켜 매립 가스와 물의 접촉 면적을 극대화할 수 있다. 따라서, 매립 가스에 포함된 황화수소와 실록산을 높은 효율로 제거할 수 있으며, 매립 가스의 품질을 개선할 수 있다.

그 결과, 매립 가스를 연료로 사용하는 연소기 또는 발전기의 효율과 내구성을 높일 수 있으며, 매립 가스의 사용 및 보급의 활성화에 효과적으로 기여할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매립 가스 여과 장치의 개략도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 매립 가스 여과 장치(100)는 분리 탱크(10), 도입관(12), 다공판(14), 금속 폼(16) 및 여과 필터(18)를 포함한다.

분리 탱크(10)는 그 내부에 물을 수용하며, 도입관(12)은 매립 가스를 제공받아 이를 분리 탱크(10)로 공급한다. 도입관(12)의 단부는 물 높이보다 낮은 위치에서 분리 탱크(10)의 측벽에 연결되어 물 속으로 매립 가스를 공급한다. 특히 도입관(12)의 단부는 분리 탱크(10)의 내부 중앙을 향해 연장되어 분리 탱크(10)에 채워진 물의 중앙부에서 매립 가스를 배출할 수 있다.

다공판(14)과 금속 폼(16)은 분리 탱크(10)의 내부에 설치된다. 금속 폼(16)은 다공판(14) 상부에 위치하며, 다공판(14)과 금속 폼(16) 모두 도입관(12)의 단부보다 높고 물 높이보다 낮은 위치에 고정된다.

다공판(14)은 복수의 통과공들이 형성된 판재로 구성되며, 물 속으로 방출된 매립 가스를 넓게 분산시키는 역할을 한다. 즉, 도입관(12)의 단부로부터 물 속으로 방출된 매립 가스는 부력에 의해 큰 기포를 형성하면서 상승하고, 다공판(14)의 통과공들을 거치면서 분산되어 작은 기포로 나뉘어진다.

다공판(14)에 형성된 통과공들은 대략 1mm 내지 10mm의 크기로 형성될 수 있다. 통과공의 크기가 1mm 미만이면 매립 가스의 기포가 다공판(14)을 통과하기 어려워진다. 한편, 통과공의 크기가 10mm를 초과하면 매립 가스의 분산 효율이 저하되어 매립 가스의 기포가 다공판(14)의 한쪽 방향으로 쏠릴 수 있다.

금속 폼(16)은 개포형(open cell type) 발포 금속체일 수 있으며, 그 내부에 복수의 미세 기공을 형성한다. 미세 기공은 다공판(14)에 형성된 통과공보다 작은 크기를 가지며, 대략 수백 내지 수천 마이크로미터의 범위에 속하는 크기로 형성될 수 있다. 도 2에 금속 폼의 확대 사진을 나타내었다.

금속 폼(16)은 다공판(14)을 거치면서 작은 기포로 나뉘어진 매립 가스를 수백 내지 수천 마이크로미터 범위의 더 작은 기포로 분리시키는 역할을 한다. 따라서 매립 가스가 금속 폼(16)을 통과하는 과정에서 매립 가스에 포함된 분말상 이물질, 즉 황화수소와 실록산이 물과 접촉하면서 물에 포집된다.

이때, 매립 가스가 수백 내지 수천 마이크로미터 범위의 미세 기포로 분리되 어 매립 가스와 물의 접촉 면적을 극대화할 수 있으므로 황화수소와 실록산의 제거 효율을 높일 수 있고, 매립 가스에 포함된 그 이외의 불순물도 효과적으로 제거할 수 있다.

금속 폼(16)은 대략 1mm 내지 3mm의 두께로 형성될 수 있으며, 금속 폼(16)에 형성된 미세 기공은 대략 400㎛ 내지 1,500㎛의 크기로 형성될 수 있다.

미세 기공의 크기가 400㎛보다 작으면, 매립 가스의 기포가 금속 폼(16)의 미세 기공을 통과할 때 부력보다 표면 장력이 커지게 되므로 매립 가스의 기포가 금속 폼(16)을 빠져나가지 못하고 걸리는 현상이 발생할 수 있고, 배압이 작용하여 금속 폼(16)의 여과 효율이 저하될 수 있다. 미세 기공의 크기가 1,500㎛보다 크면, 매립 가스 기포와 물의 접촉 면적이 작아져 분말상 이물질의 포집 효율이 저하될 수 있다.

분리 탱크(10) 내부에는 한 장의 금속 폼(16)이 설치되거나, 2겹 내지 10겹의 금속 폼이 적층되어 설치될 수 있다. 후자의 경우, 금속 폼(16)에 부딪혀 수백 내지 수천 마이크로미터 단위로 나뉘어진 매립 가스의 미세 기포를 장시간 유지할 수 있으며, 한번 발생된 미세 기포가 서로 합쳐져 큰 기포로 변하는 것을 예방할 수 있다. 금속 폼(16)에 형성된 미세 기포가 합쳐져 큰 기포가 되면, 분말상 이물질의 제거 효과가 저하된다.

또한, 후자의 경우 각각의 금속 폼(16)은 같은 크기의 미세 기공을 형성하거나, 적어도 2개의 금속 폼(16)이 서로 다른 크기의 미세 기공을 형성할 수 있다. 같은 크기의 미세 기공을 형성한 금속 폼(16)을 사용하면 단일 종류의 부품 사용에 따른 제조 원가 절감 효과를 얻을 수 있다. 그리고 적어도 2개의 금속 폼(16)이 서로 다른 크기의 미세 기공을 형성하는 경우에는 매립 가스를 다양한 크기의 미세 기포로 분리시켜 매립 가스에 포함된 분말상 이물질의 포집 효과를 높일 수 있다.

분리 탱크(10)의 상부에는 송출관(20)이 연결되고, 분리 탱크(10)의 측벽과 하부에 리턴관(22)이 연결된다. 송출관(20)은 다공판(14)과 금속 폼(16)을 거치면서 분말상 이물질이 제거된 매립 가스를 외부로 배출시킨다. 리턴관(22)의 일단은 금속 폼(16)보다 높은 위치에서 분리 탱크(10)의 측벽에 연결되며, 리턴관(22)의 다른 일단은 분리 탱크(10)의 하부에 연결된다.

리턴관(22)에는 여과 필터(18)와 순환 펌프(24)가 설치된다. 여과 필터(18)는 리턴관(22)을 통해 금속 폼(16)의 상부로부터 분말상 이물질이 포집된 물을 제공받아 분말상 이물질을 걸러 제거한다. 그리고 순환 펌프(24)는 여과 필터(18)를 거쳐 분말상 이물질이 제거된 물을 다시 분리 탱크(10)의 하부로 공급하여 분리 탱크(10)가 일정한 물 높이를 유지하도록 한다.

여과 필터(18) 및 순환 펌프(24)를 이용하여 물을 순환시킴에 따라, 매립 가스 여과에 필요한 물 사용량을 최소화할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의한 매립 가스 여과 장치(100)는 금속 폼(16)을 이용하여 매립 가스에 포함된 황화수소와 실록산을 높은 효율로 제거할 수 있으므로, 매립 가스의 품질을 개선하고, 황화수소 및 실록산에 의해 발생하는 연소기 또는 발전기의 마모와 고장을 예방할 수 있다. 그 결과, 연소기 또는 발전기의 효율과 내구성을 높일 수 있으며, 매립 가스의 사용과 보급을 보다 활성화할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 2는 도 1에 도시한 매립 가스 여과 장치 중 금속 폼을 나타낸 확대 사진이다.

Claims

내부에 물을 수용하는 분리 탱크;

물 높이보다 낮은 위치에서 상기 분리 탱크의 측벽에 연결되는 단부를 포함하며, 물 속으로 매립 가스를 공급하는 도입관; 및

상기 분리 탱크의 내부에서 상기 도입관의 단부보다 높고 물 높이보다 낮은 위치에 설치되고, 복수의 미세 기공을 형성하여 상기 도입관에 의해 공급된 매립 가스를 미세 기포로 분리시켜 매립 가스에 포함된 분말상 이물질을 물에 포집시키는 금속 폼

을 포함하는 매립 가스 여과 장치.
제1항에 있어서,

상기 금속 폼의 미세 기공은 400㎛ 내지 1,500㎛의 크기로 형성되는 매립 가스 여과 장치.
제1항에 있어서,

상기 도입관의 단부와 상기 금속 폼 사이에 위치하며, 복수의 통과공을 형성하여 매립 가스를 분산시키는 다공판을 더욱 포함하는 매립 가스 여과 장치.
제3항에 있어서,

상기 다공판의 통과공들은 1mm 내지 10mm 크기로 형성되는 매립 가스 여과 장치.
제3항에 있어서,

상기 분리 탱크의 측벽과 상기 분리 탱크의 하부를 연결하는 리턴관;

상기 리턴관에 설치되며, 상기 분리 탱크로부터 분말상 이물질이 포집된 물을 제공받아 분말상 이물질을 걸러 제거하는 여과 필터; 및

상기 리턴관에 설치되며, 상기 여과 필터를 거쳐 분말상 이물질이 제거된 물을 상기 분리 탱크로 공급하는 순환 펌프

를 더욱 포함하는 매립 가스 여과 장치.
제5항에 있어서,

상기 분리 탱크의 상부에 연결되어 분말상 이물질이 제거된 매립 가스를 외부로 배출하는 송출관을 더욱 포함하는 매립 가스 여과 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금속 폼은 한겹 이상으로 적층되며, 적층된 금속 폼 각각은 같은 크기의 미세 기공을 형성하는 매립 가스 여과 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금속 폼은 한겹 이상으로 적층되며, 적층된 금속 폼 중 적어도 2개의 금속 폼은 서로 다른 크기의 미세 기공을 형성하는 매립 가스 여과 장치.
분리 탱크에 수용된 물 속에 매립 가스를 방출시키고;

방출된 매립 가스를 복수의 미세 기공이 형성된 금속 폼에 통과시켜 수백 내지 수천 마이크로미터 크기의 미세 기포로 분리시킴으로써 매립 가스에 포함된 분말상 이물질을 물에 포집시켜 제거하는 단계들

을 포함하는 매립 가스 여과 방법.
제9항에 있어서,

상기 도입관의 단부와 상기 금속 폼 사이에 다공판을 설치하여 매립 가스를 분산시킨 후 상기 금속 폼에 제공하는 매립 가스 여과 방법.
제10항에 있어서,

상기 금속 폼을 거쳐 분말상 이물질이 포집된 물을 여과 필터로 제공하여 물로부터 분말상 이물질을 제거하고, 순환 펌프를 이용하여 분말상 이물질이 제거된 물을 상기 분리 탱크로 공급하여 순환시키는 매립 가스 여과 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금속 폼은 한겹 이상으로 적층되며, 적층된 금속 폼 각각은 같은 크기 의 미세 기공을 형성하는 매립 가스 여과 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금속 폼은 한겹 이상으로 적층되며, 적층된 금속 폼 중 적어도 2개의 금속 폼은 서로 다른 크기의 미세 기공을 형성하는 매립 가스 여과 방법.