KR20200107065A - 악취 제거를 위한 바이오필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 악취 제거용 바이오 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미생물 서식에 적합한 온도와 상대습도를 조절하기위한 가습장치, 상기 가습 장치에 물을 공급하는 가습용 급수부, 바이오필터 하부에 설치되는 막힘제거완충시스템, 상기 막힘제거완충시스템을 세척하기 위하여 설치되는 탑내 세척액 공급부, 큰 여재를 하단에 작은 여재를 상단에 설치하는 방식으로 충전되는 1차 여재층, 상기 1차 여재층에 물을 공급하는 탑내 급수부, 상기 탑내 급수부 위에 설치되는 2차 여재층(8)으로 구성됨을 특징으로 하는 악취 제거용 바이오 필터에 관한 발명이다.

Description

악취 제거를 위한 바이오필터{Bio filter for odor removal}

본 발명은 악취가스처리를 위한 바이오필터장치 및 설계구조에 관한 것으로 공기 중에 함유된 악취가스를 자연 및 인공여재와 미생물을 이용하여 분해, 제거하는 기술에 관한 것이다.

종래의 악취제거 방법에는 물리적, 화학적, 열적인 방법이 많이 이용되었으나 2차적인 환경오염을 유발되는 단점과 화재발생, 운전 및 유지관리비가 높은 문제가 있어 최근에는 환경친화적이고 저비용, 고효율적인 생물탈취방법을 권장하고 있다.

생물학적탈취방법에서 기술 개발의 초점은 주로 미생물이 서식하는 여재(담채)에 집중되어 왔다. 이러한 여재는 일반적으로 자연여재와 인공여재로 구분되는데, 자연여재에는 토양, 토탄, 질석, 나무껍질, 분변토, 퇴비 등이 있으며, 인공여재에는 코르크, 락울, 세라믹 등이 사용되고 있다. 경우에 따라서는 이러한 자연여재와 인공여재를 혼합하여 사용하거나 특정 미생물을 배양하여 여재에 사용하는 방법도 있다.

생물학적탈취방법은 가스 상의 악취물질이 미생물의 산화, 환원반응에 의하여 환경적으로 무해한 이산화탄소, 물 등으로 전환되는 현상을 이용하는 것으로, 이러한 생물학적 반응이 효율적으로 운전되기 위해서는 여재표면에 수막이 형성되어져야 하고 분진과 같은 이물질 없이 순수한 악취가스만이 수막에 흡착 및 흡수되어져야 한다. 또한, 유입가스의 상대습도, 온도, 영양소, pH를 생물학적 반응에 최적인 조건으로 운전해야 하는 어려움이 있었다.

분진이나 입자성 이물질이 유입되면 바이오필터 여재 초기유입부에 시간이 경과할수록 축적되며, 이러한 이물질의 축적은 악취제거에 필요한 미생물외에 불필요한 생물체들이 서식하도록 작용함과 동시에 여재의 공극을 막아 악취가스가 균일하게 흐르지 못하고 한부분만 집중적으로 흐르는 관로현상을 초래한다.

상기한 문제점은 이미 1996년에 독일 함부르크 퇴비화시설에서는 발생하였는데, 악취를 처리하기 위해 설치한 바이오필터가 가동 후 1년 반이 지난 뒤 여재가 막혀 시설물을 가동중지한 사례가 보고된 바 있다. 이 사례에서 최종적인 문제점은 악취함유가스에 입자상 분진 이물질이 많은 것과 바이오필터 운전온도였다는 사실이 최종적으로 밝혀졌다. 종래의 악취제거용 바이오필터는 이러한 문제점을 간과하고 설계되어 바이오필터여재가 막히거나 압력손실이 설계상보다 크게 발생하는 문제점이 있으며, 결국 처리용량이 설계 보다 현저히 떨어졌다.

이러한 현상이 발행하는 이유는 첫째, 일정한 높이로 여재가 바이오필터에 완전히 채워져 있거나 또는 다단으로 여재가 채워져 있는 경우, 바이오필터 최초 유입부는 운전시간이 경과할수록 유입되는 악취공기에 함유된 에어로졸, 입자상 등의 이물질의 충돌에 의해 물리적인 흡착이 일어나고 퇴적되게 된다.

이것은 여재가 먼지제거 필터와 같은 역할하기 때문인데 유입되는 악취함유공기가 풍부한 수분과 영양물질 그리고 산소를 미생물에 공급하여 미생물이 급격히 과잉성장하고, 악취를 제거하는 미생물 외의 불필요한 미생물의 성장하게 된다. 또한, 점막성이 강한 다당류로 이루어진 죽은 미생물들이 중력에 의해 탑 하부로 내려와 쌓이게 되고, 점차 여재내 공극이 작아져 여재의 막힘 현상이 초래된다.

상기한 종래기술의 문제점을 해결하는 가장 통상적인 방법은 여재를 교체하거나 뒤집어 주는 매우 번거로운 방법이 사용되었다. 이에 본 발명에서는 이러한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 형태의 바이오필터를 제시하고자 하였다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 막힘 제거 완충시스템을 이용하여 유입되는 악취공기에 함유된 에어로졸, 입자상 등의 이물질에 의한 바이오필터 여재의 막힘 현상과 관로현상을 사전에 제거하여 생물학적으로 분해 가능한 악취가스만 여재에 유입되게 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 가스 상의 악취물질이 미생물 막에 효율적으로 전달되도록 탑 내의 여재를 상부로 올라갈수록 조밀하게 설계하여, 최종적으로 미생물에 필요한 산소공급이 여재에 균일하게 공급되게 하는 것과 장기적 운전의 안정성 그리고 운전효율을 극대화 하는데 있다.

본 발명의 바이오필터는 막힘제거완충시스템을 이용하여 여재의 막힘 현상을 사전에 제거할 수 있었으며, 특히 가스 상의 악취물질을 미생물 막에 효율적으로 전달하기 위해 탑 내의 여재를 상부로 올라갈수록 조밀하게 설치하여 바이오필터를 보다 안정적이고 효율적으로 운영할 수 있었다.

도 1 : 악취제거용 바이오필터
도 2 : 종래의 바이오필터
도 3 : 막힘제거 완충 시스템의 압력손실
도 4 : 여재 압력손실

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바이오필터는,

미생물 서식에 적합한 온도와 상대습도를 조절하기 위한 가습장치(2);

상기 가습 장치에 물을 공급하는 가습용 급수부(3);

바이오필터 하부에 설치되는 막힘제거완충시스템(4);

상기 막힘제거완충시스템을 세척하기 위하여 설치되는 탑내 세척액 공급부(5);

큰 여재를 하단에 작은 여재를 상단에 설치하는 방식으로 충전되는 1차 여재층(6);

상기 1차 여재층에 물을 공급하는 탑내 급수부(7);

상기 탑내 급수부 위에 설치되는 2차 여재층(8)으로 구성됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명에서 제시하는 바이오필터의 주요 기술적 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서 기술적으로 가장 중요한 부분은 막힘제거완충시스템과 바이오필터 탑내의 여재 충전 구조이다. 막힘제거완충시스템은 여재가 충전된 것인데, 상부의 여재가 미생물이 부착하여 성장하고 생물학적 반응으로 악취를 제거하는 목적으로 설치되는데 반하여, 막힘제거완충시스템은 불필요한 미생물이나 입자 등이 부착하여 막힘 현상이 발생했을 때 보다 용이한 세척을 위하여 설치된다. 따라서, 막힘제거완충시스템은 바이오필터 탑 내에 처리 대상 공기와 함께 에어로졸 또는 입자상 이물질의 유입이나 불필요한 미생물의 증식으로 인하여 발생하는 여재의 막힘 현상을 사전에 방지하는 기능을 한다.

또한, 상단으로 올라 갈수록 조밀하게 한 여재의 충전구조도 기술적으로 중요한데, 상기한 본 발명의 충전 구조를 이용하면 가스 상의 악취가 여재표면에 부착된 미생물 막에 급속 난류에 의해 빠르게 전달되도록 할 수 있고 공기와 여재의 접촉 확률을 극대화하여 효과적인 물질 전달이 가능해 진다.

도2에 나타낸 종래의 방법으로 여재를 충전하면, 여재 자체의 하중으로 일정 높이 이상으로는 충전하기 어렵고, 일정 높이 이상으로 충전하게 되면 자체 무게로 여재의 파손과 여재 공극이 압밀하게 되어 압력손실이 커지고 운전비용이 높아질 뿐 아니라 관로현상이 발생한다.

이에 비하여 본 발명의 충전 구조를 이용하면 여재의 막힘 현상과 관로현상을 차단함으로써 미생물에 필요한 산소공급의 균일성과 이를 통한 폐 가스 처리시간의 최소화를 이룰 수 있고, 장시간운전의 안정성, 운전비용의 최소화 할 수 있다.

도 1은 상기한 본 발명의 기술적 특징을 구현한 바이오 필터(1)의 바람직한 일례를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 유입되는 악취가스는 미생물의 성장에 필요한 수분과 미생물 서식에 적합한 온도(20oC)로 유지되기 위하여 1차적으로 가습장치(2)를 거친다.

가습장치에는 가습장치의 상부에 위치한 가습용 급수부(3)를 통하여 물이 공급되고, 악취가스는 악취가스 유입구(9)를 통하여 물의 방향에 대하여 향류로 유입된다. 가습장치를 통과한 악취가스는 바이오필터(10)의 하부로 유입된다.

유입된 악취가스는 탑 하부에 일반 자연 또는 인공여재로 설치되어진 막힘제거완충시스템(4)을 거치는데, 막힘제거완충시스템(4)은 주기적으로 압력 손실을 측정했을 때, 에어로졸이나 입자상의 이물질 및 미생물의 과잉성장으로 막힘제거완충시스템(4)이 막힌 것으로 판명되면, 온수(열수) 또는 약품(산, 또는 알카리)을 주입구(5)를 통해 주입하여 세척한다.

1차 여재층(6)은 막힘제거완충시스템(4)과 마찬가지로 일반 자연 또는 인공여재로 채우는데, 도 1에서 도시하는 바와 같이 여재입자의 입자가 큰 것을 하단에 배치하고 상부로 갈수록 여재입자의 입자가 작은 것을 충전한다.

1차 여재층(6)에는 탑내 급수부(7)을 통하여 물이 공급된다. 이러한 탑내 급수부(7)은 유입되는 악취의 발생장소의 특성에 따라 설치여부를 결정하고, 설치할 경우에는 여재의 단을 구분하지만 설치할 필요가 없을 경우에는 단의 구분 없이 탑 내에 여재를 완전히 충전한다. 1차 여재층(6)을 통과한 악취가스는 2차 여재층(8)을 거쳐 배기관(10)을 통해 외부로 배출되어진다.

이하 본 발명의 구체적인 구성 및 작용을 실시한 예를 들어 설명한다.

[실시예 1]: 막힘제거 완충시스템과 여재의 운전시간에 따른 압력손실

바이오필터 탑 유입부에 인공여재를 이용하여 만든 막힘제거 완충시스템을 설치하고 상단에는 인공여재와 자연여재를 혼합하고 상단으로 갈수록 조밀하게 충전하여 운전시간에 따른 압력손실 비교하였다. 도 3과 도 4는 각각 막힘제거완충시스템의 압력 손실과 여재의 압력 손실을 실험 기간에 대하여 도시한 것이다.

본 실시예에서 초기 약 일주일의 기간에는 미생물접종을 위해 낮은 속도로 운전하다가 이후 정상가동을 하였는데, 도 3 및 도 4를 참조하면 초기 일주일간의 기간에 압력 손실이 작게 나타남을 알 수 있다.

초기 1주일간의 미생물 접종 기간이 지난 후 정상가동 시작하면, 도 3에 나타난 바와 같이 막힘제거완충시스템의 압력 손실이 운전후 약 40일까지는 약 35 Pa정도로 나타나다가, 그 후 급격히 상승하는 것을 알수 있다. 또한 70일 이후부터는 압력손실이 지나치게 크게 나타나 정상가동이 어려웠으므로 막힘제거완충시스템을 세척하였다.

1 : 바이오필터 2 : 가습장치
3 : 가습용 급수부 4 : 막힘제거완충시스템
5 : 탑내 세척액 공급부 6 : 1차 여재층
7 : 탑내 급수부 8 : 2차 여재층
9 : 악취가스 유입구 10 : 악취가스 배출구
100 : 정화된 가스 200 : 바이오필터 여재
300 : 악취가스 400 : 악취가스 유입구

Claims (1)

1. 미생물을 이용하여 악취를 제거하는 바이오필터에 있어서,
   미생물 서식에 적합한 온도와 상대습도를 조절하기 위한 가습장치(2);
   상기 가습 장치에 물을 공급하는 가습용 급수부(3);
   바이오필터 하부에 설치되는 막힘제거완충시스템(4);
   상기 막힘제거완충시스템을 세척하기 위하여 설치되는 탑내 세척액 공급부(5);
   큰 여재를 하단에 작은 여재를 상단에 설치하는 방식으로 충전되는 1차 여재층(6);
   상기 1차 여재층에 물을 공급하는 탑내 급수부(7);
   상기 탑내 급수부 위에 설치되는 2차 여재층(8)으로 구성됨을 특징으로 하는 악취 제거용 바이오필터(1)

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