KR20220124044A

KR20220124044A - 유기성 폐기물의 악취 제거용 소취제 및 이를 이용한 악취 제거 방법

Info

Publication number: KR20220124044A
Application number: KR1020210027756A
Authority: KR
Inventors: 손보균; 박재광
Original assignee: 주식회사 송엔정; 송현준
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-09-13

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물의 악취 제거용 소취제 및 이를 이용한 악취 제거 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 폐기물의 악취 제거용 소취제는 부유 타르 및 침전 타르를 포함하도록 건류식 탄화방법에 의해 생성된 조목초액과 기능성 규산염 점토광물을 포함한다. 이로 인해, 본 발명은 광범위한 유기성 폐기물을 대상으로, 경제적이고 효율적이며 편리하고 친환경적으로 악취를 제거할 수 있으며, 유기성 폐기물의 악취 유발 물질 중 조목초액에 의해 제거되고 잔존하는 악취성분을 기능성 규산염 점토광물을 통해 흡착 제거함으로써, 악취 제거 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 그리고 규산염 점토광물은 토양 중 무기양분의 흡착보유능력을 높여주므로 유기성 폐기물로부터 향상된 품질의 퇴비를 생산할 수 있다.

Description

유기성 폐기물의 악취 제거용 소취제 및 이를 이용한 악취 제거 방법{Deodorant for organic wastes and application method}

본 발명은 유기성 폐기물의 악취 제거용 소취제 및 이를 이용한 악취 제거 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부유 타르 및 침전 타르를 포함하도록 건류식 탄화방법에 의해 생성된 조목초액에 기능성 규산염 점토광물을 첨가한 소취제를 제조하여 유기성 폐기물(가축분뇨, 메탄발효 잔재, 잔반, 잔재 절임배추, 폐감귤 등)에서 발생되는 악취성분을 제거할 수 있는 고효율 친환경의 소취제와 이를 이용한 악취 제거 방법을 제공하는 것이다.

종래의 악취 제거 방법으로는, 습식 흡수법, 흡착 탈취법, 촉매 산화법, 연소법, 미생물 탈취법, 오존 탈취법, 은폐(Masking)방법 등이 사용되었다.

습식 흡수법은 액체에 대한 기체의 용해성을 이용하여 악취성분을 산성 또는 알칼리성 물질의 수용액과 접촉시켜 소취하는 방법이다. 이러한 습식 흡수법은 직접살포가 어렵고 유기용제에 대한 제거율이 낮으며 약품사용으로 인한 유지비용의 증가 및 폐수의 발생으로 2차 환경오염물질이 발생된다는 한계점이 존재한다.

흡착 탈취법은 활성탄 등의 흡착탑을 이용하여 송풍기 등으로 악취성분을 흡인하여서 흡착작용으로 탈취하는 방법이다. 이러한 흡착 탈취법은 적용범위가 제한적이며 다량의 배출원에 적용이 어렵고 수분이 많거나 고온의 배출가스 처리에는 부적당하다. 또한, 흡착 탈취법은 흡착제의 재생과 교환이 요구되므로 탈취 작업이 번거럽고 과도하게 높은 유지비용이 발생한다는 한계점이 존재한다.

촉매 산화법은 촉매를 사용하여 악취성분을 제거하는 방법으로 처리 효율이 높다는 장점이 있으나, 촉매 산화법을 사용하기 위한 시설 시공비용 및 유지 관리비용이 높아 범용적인 사용이 어렵다는 한계점이 존재한다.

연소법은 악취성분을 고온 화염으로 연소시켜 처리하는 방법으로 시간당 처리량이 상대적으로 적어 악취성분의 농도가 높은 경우에 적합하며 시설 시공비용 및 유지 관리비용이 높다는 한계점이 존재한다.

미생물 탈취법은 미생물의 생화학반응을 이용하여 악취성분을 제거하는 방법으로 대규모 악취성분 처리에 적합하다는 장점은 있으나, 악취성분 제거를 위한 소요기간이 길며, 이와 같이 긴 기간동안 미생물을 활성시키기 위한 미생물 활성조건 유지가 어렵다는 한계점이 존재한다.

오존 탈취법은 악취성분을 오존과 접촉시켜 산화 제거하는 방법으로, 오존 탈취법을 위한 오존 발생기 시공비용 및 운전비용이 높으며, 탈취 시설 주변의 오존누출 문제와 철제 시설의 조기부식 문제가 발생할 수 있다는 한계점이 존재한다.

은폐(Masking)방법은 다른 향료물질로 악취를 은폐시키는 방법이며 그 사용방법이 간편하며 다양한 향료물질을 다양한 방법으로 사용 가능하다는 장점이 있다. 그러나 은폐방법은 악취성분을 제거하는 것이 아니므로 악취의 은폐를 유지하려면 향료물질을 지속 또는 주기적으로 살포해아 한다는 한계점이 존재한다.

이와 같이 종래의 악취 제거 방법들은 시공비용, 유지 관리비용 및 운전비용이 과도하게 발생하거나, 적용 가능한 범위가 좁거나, 시간당 처리량이 적거나, 사용이 용이하지 못하거나, 악취성분을 근본적으로 제거하지 못하거나, 또는 악취 처리 후 2차 환경오염물질이 발생한다는 문제점이 존재한다.

따라서, 종래의 악취 제거 방법의 한계점을 극복하기 위해, 시공비용, 유지 관리비용 및 운전비용이 상대적으로 저렴하며, 적용 가능한 범위가 넓고, 처리 효율이 높으며, 사용이 간편하고, 악취성분을 근본적으로 제거할 수 있는 친환경 소취제 및 이를 이용한 악취 제거 방법의 개발이 요구된다.

대한민국 등록특허 제10-1114185호 대한민국 등록특허 제10-1537774호

본 발명은 위에서 언급한 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명이 이루고자 하는 목적은, 부유 타르 및 침전 타르를 포함하도록 건류식 탄화방법에 의해 생성된 조목초액을 이용해 제조하여, 유기성 폐기물(가축분뇨, 메탄발효 잔재, 잔반, 잔재 절임배추, 폐감귤 등)에서 발생되는 악취성분을 제거할 수 있는 고효율 친환경의 소취제를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은, 기능성 규산염 점토광물을 첨가해 제조하여, 유기성 폐기물의 악취 유발 물질 중 조목초액에 의해 제거되고 잔존하는 악취성분이 흡착 제거할 수 있는 소취제를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은, 소취제를 악취 배출물질에 직접 혼합하여 혼합물을 고온 가열 교반하여 악취 제거 반응을 촉진하고 유해균을 살균하며 유기성 폐기물 중 수분을 증발시키는 소취제를 이용한 악취 제거 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 폐기물의 악취 제거용 소취제는 부유 타르 및 침전 타르를 포함하도록 건류식 탄화방법에 의해 생성된 조목초액과 기능성 규산염 점토광물을 포함한다.

이때, 소취제는 조목초액 90 ~ 99 중량%와 기능성 규산염 점토광물 1 ~ 10 중량%를 포함할 수 있다.

또한, 기능성 규산염 점토광물은 입경이 100 ~ 300 mesh인 채를 통과한 입자일 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 소취제를 이용한 악취 제거 방법은 상술한 소취제를 제조하는 단계와, 소취제를 악취 배출 물질에 혼합하고 가열 반응조에서 가열 교반하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 가열 교반하는 단계에서는 악취 배출 물질에 대하여 0.5 ~ 2.0 중량%의 소취제를 악취 배출 물질에 혼합하고 가열 교반할 수 있다.

또한, 가열 교반하는 단계에서는 소취제와 악취 배출 물질의 혼합물을 가열 반응조에서 50 ~ 120℃의 온도로 가열 교반할 수 있다.

본 발명에 의하면, 부유 타르 및 침전 타르를 포함하도록 건류식 탄화방법에 의해 생성된 조목초액을 이용하여 소취제를 제조함으로써 광범위한 유기성 폐기물을 대상으로, 경제적이고 효율적이며 편리하고 친환경적으로 악취를 제거할 수 있다.

또한, 본 발명은 기능성 규산염 점토광물을 첨가해 소취제를 제조하여 유기성 폐기물의 악취 유발 물질 중 조목초액에 의해 제거되고 잔존하는 악취성분이 흡착 제거함으로써, 악취 제거 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 그리고 규산염 점토광물은 토양 중 무기양분의 흡착보유능력을 높여주므로 유기성 폐기물로부터 향상된 품질의 퇴비를 생산할 수 있다.

또한, 본 발명은 소취제를 악취 배출물질에 직접 혼합하여 혼합물을 고온 가열 교반하여 악취 제거 반응을 촉진함으로써 처리 시간을 단축하고 처리 효율을 증대시킬 수 있으며, 유기성 폐기물 중 수분을 증발시킬 수 있고, 유해균이 살균됨으로써 악취 제거한 폐기물을 재사용시(예를 들면 가축 분뇨액의 소취처리 후 축사 세척수로 사용) 위생적일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소취제를 이용한 악취 제거 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

이하에서 설명하는 본 발명은 가축분뇨, 음식물 쓰레기 등의 유기성 폐기물에 포함된 악취성분을 제거하는 소취제 및 이를 이용한 악취 제거 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 소취제는 부유 타르 및 침전 타르를 포함하도록 건류식 탄화방법에 의해 생성된 조목초액과 기능성 규산염 점토광물을 포함한다.

조목초액 중 타르(tar)는 목재의 탄화 또는 파괴적 증류의 산물 중 하나로 얻어지는 점성액체로서 주요 성분은 휘발성 테르펜유(terpene oil), 고비점 및 고용해력의 중성유, 수지 및 지방산 등으로 구성되어 있으며, 이들의 비율은 수목 종류와 사용된 나무의 부위, 탄화로 유형에 따라 다르다. 특히, 침엽수를 이용하여 조목초액을 제조시 이에 포함되는 타르는 테르펜(Terpene)을 함유하고 있다는 점에서 경목 타르와 다르며 악취성분의 소취 효과가 큰 것으로 알려져있다.

본 발명에서 조목초액은 소나무와 같은 침엽수종을 탄화건류 방식으로 건류하여 제조할 수 있다. 이와 같이 침엽수종을 건류하여 제조한 조목초액은 타 수종을 이용하여 제조한 것과 달리 송진(Rosin) 성분이 함유되어 있고, 수지성분에서 유래하는 휘발성 모노테르펜(Monoterpene)의 함량이 활엽수에 비해 상대적으로 높게 함유되어 있어 암모니아(NH₃), 아민(amine)류, 황화수소(H₂S) 및 메르캅탄(Mercaptan)과 같은 악취성분을 제거하는데 효과적이다.

이와 같이 침엽수종을 탄화건류 방식으로 건류하기 위한 건류식 탄화로는 소나무를 잘게 부순 칩이 공급되며 연소, 탄화 및 건류를 거친 탄화가스가 상부로 배출되는 건류식 탄화조와, 배출된 탄화가스를 포집시키는 제1 포집조와, 포집된 탄화가스를 다단으로 응축시켜 조목초액으로 변화시키는 다단응축조와, 응축조로부터 응축된 조목초액을 저장하는 제1 저장조와, 응축조로부터 응축되지 않은 탄화가스를 포집하는 제2 포집조와, 제2 포집조로 포집된 탄화가스 중의 타르를 원심분리하여 조목초액으로 변환시키는 원심분리조와, 원심분리조에 의해 타르가 분리된 탄화가스를 배출시키는 배풍기와, 원심분리조로부터 변환된 조목초액을 저장하는 제2 저장조 그리고 제1 저장조와 상기 제2 저장조로부터 이송펌프에 의해 이송된 조목초액을 저장하는 조목초액 저장탱크를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 건류식 탄화조는 다단의 가열 구조를 가질 수 있는데, 구체적으로 건류식 탄화조는 연소대와, 연소대 상단에 배치되는 탄화대, 그리고 탄화대 상단에 배치되는 건류대를 포함할 수 있다. 연소대는 400 ~ 600℃ 온도로 가열하고, 탄화대는 250 ~ 400℃의 온도로 가열하며, 건류대는 150 ~ 250℃의 온도로 가열할 수 있다.

본 발명에서 소취제 제조에 사용되는 조목초액은 다음과 같은 과정을 통해 제조될 수 있다. 우선 소나무를 분쇄하여 30 mm x 50 mm 소나무 칩을 생성한다. 생성한 소나무 칩은 건류식 탄화조에 투입되는데, 투입된 소나무 칩은 하단부 연소대에서 400℃ ~ 600℃로 연소되며, 중앙부의 탄화대에서는 300℃ ~ 400℃의 온도로 탄화되고, 상단부의 건류대에서 150℃ ~ 300℃의 온도로 계속하여 탄화된다.

이때의 탄화조건은 저산소 탄화방식으로 극히 미량의 공기만을 공급하여 탄화를 계속하며 탄화된 탄화물(숯)은 건류식 탄화조 하측을 통하여 배출되고, 탄화가스(건류가스)는 70℃ ~ 150℃ 정도로 다단 응축조로 배출된다. 배출된 탄화가스는 다단 응축조에서 응축되어 조목초액 상태로 배출되며 제1 저장조에 모아진 후 수위장치에 의하여 이송펌프에 의해 조목초액 저장탱크로 저장된다.

다단 응축조에서 응축되지 않은 탄화가스는 제2 포집조에 포집되며, 제2 포집조에 포집된 탄화가스는 원심분리조를 통해 원심분리하여, 탄화가스 중의 타르를 조목초액으로 변환시킬 수 있다. 원심분리조에서 변환된 조목초액은 제2 저장조에 모아진 후 수위장치에 의하여 이송펌프에 의해 조목초액 저장탱크로 저장된다. 여기서, 원심분리조에서 타르가 분리된 탄화가스는 배풍기에 의해 배출될 수 있다.

이와 같이 침엽수종을 탄화건류 방식으로 건류하여 제조한 조목초액에는 테르펜이 높게 함유되어 있다. 테르펜에 의한 악취원의 소취 메커니즘을 살펴보면, 모노테르펜 및 기타 분자에 알코올(-OH)기가 포함되어 있는 L-리날로올(L-linalool), 펜콜(fenchol), α,α,4-트리메틸(α,α,4-trimethyl), 사이클로헥실메탄올cyclohexanemethanol), 보르네올(borneol), β-오이데스몰(β-eudesmol), α-테르피네올(α-terpineol), 데카하이드로-1,1,7-트리메틸-4-메틸렌-1H-시클로프로프[e]아줄렌-7-올(decahydro-1,1,7-trimethyl-4-methylene-1H-cycloprop[e]azulen-7-ol), 4-테르피네올(4-terpineol) 분자는 암모니아와 중화반응(R-OH + NH₃ → RO- + NH₄)으로 암모늄염을 형성하고, 연쇄반응의 진행에 따라 암모니아 가스농도를 낮추게 되며, 반응결과 생성된 일부의 산/염기류는 주위에 있는 염기성과 다시 반응하여 염과 물로 변하게 된다.

또한, 모노테르펜류에는 케톤(C=O)기가 포함되어 있어 암모니아와 중화반응 할 때 최종적으로 이민(imine)을 형성하며(R2C=O + 암모니아 → R2C=NH2), 에스테르(Ester, -COOR)가 포함되어 있는 1-초산 보르닐(bornyl acetate)는 암모니아와 중화반응을 하여 아마이드(Amide)와 알코올(Alcohol)을 형성하고, 이는 다시 암모니아와 중화반응을 통해 암모늄염을 형성하게 된다(R-OH + 암모니아 → R-O- + NH4).

조목초액 조성물을 분사할 경우 대부분 암모니아가스와 접촉 흡수하여 염기성 화합물 및 물로 중화되며, 비극성 악취분자와 반응하여 가스 상태의 암모니아를 이온화 시키고 식물정유와 에스테르 결합을 통해 중화되어 암모니아가 제거되는데, 미세 에어로졸(Aerosol) 분무액층 내에서 물의 이온화 또는 물 분자들의 극성화로 인해 물과 식물 정유의 에어로졸 계면에서 정유성분의 기능성 부분과 악취가스가 중화반응이 일어나며, 일단 미세입자의 에어로졸이 침강 분산되어 없어지면서 모노테르펜에 의해 악취성분을 은폐시키며, 식물정유 중 알코올기, 알데하이드(Aldehyde)기 및 에스테르기가 포함되어 있는 경우에 암모니아가스와 중화반응으로 염을 형성하는 악취제거 메커니즘을 생각할 수 있다.

악취성분 중, 황화수소는 반응조건 중 pH값의 영향을 받는데, 황화수소는 pH 5 부근부터 H⁺ 와 HS^- 또는 H⁺ 와 S로 해리된다. 또한, 비극성 악취분자와 화학적으로 반응하여 가스 상태의 황화수소를 이온화시켜(RR'NH₂ + H₂S → RR'NH₃ ⁺ + HS^-) 이온화한 HS 이온이 식물정유와 에스테르와 중화반응이 진행되며, 결국 황화수소는 물리적으로 황화수소 가스를 흡수하여 염기성 화합물 및 물로 변화될 수 있다.

이들 성분들의 소취 메커니즘을 보면, 조목초액과 같은 식물정유 혼합물을 분사할 경우 대부분 암모니아가스와 상호 접촉하여 물리적으로 암모니아를 흡수하여 염기성 화합물 및 물로 중화시키며, 또한 비극성 악취분자와 화학적으로 반응하여 가스상태의 암모니아를 이온화시키고 식물정유와 에스테르 결합을 통해 중화됨으로 암모니아가 제거된다. 즉, 미세 에어로졸 분무액층 내에서 물의 이온화 또는 물분자들의 극성화로 인해 물과 정유 에어로졸 계면에서 식물 정유성분의 기능성분과 악취가스와의 중화반응을 유도하는 것이며, 이들은 차례로 물방울 층의 외부에 흡수되어 있는 암모니아의 중화에 효과적이다.

조목초액 성분 중 모노테르펜류의 α-테르피네올 등의 알코올기와 비극성 악취성분과 반응하여 황화수소를 중화하여 황화에스테르(thiolester)를 형성시켜 황화수소가 제거되는데 물의 이온화 또는 극성화로 인해 물과 식물 정유 계면에서 중화반응을 유도하는 것이며, 황화수소와 같은 악취가스가 식물정유가 갖는 에스테르기와 알코올기가 중화 반응을 거쳐 제거될 수 있으며, 목초액 중 알코올 성분이 황화수소와 중화반응으로 황화염을 형성한다. 반응결과 생성된 산과 염기류는 주위에 있는 염기성과 재반응하여 염과 물로 변하는 연쇄반응의 진행에 따라 황화수소 농도를 감소시키는 것이다.

한편, 본 발명에서는 유기성 폐기물의 악취 유발 물질 중 조목초액에 의해 제거되고 잔존하는 악취성분을 흡착 제거하고, 조목초액 고유의 냄새를 제거하기 위해, 본 발명의 소취제는 조목초액에 기능성 규산염 점토광물을 첨가하여 제조할 수 있다.

기능성 규산염 점토광물로는 제올라이트(zeolite), 활성 백토(Activated clay) 등이 사용될 수 있는데, 비표면적이 넓을수록 악취성분의 흡착능력이 높아짐으로 바람직하게는 상대적으로 비표면적이 넓은 제올라이트가 사용될 수 있다.

또한, 제올라이트의 분말도가 높을수록 비표면적이 넓어질 수 있으므로, 제올라이트는 분쇄 후 입경이 100 mesh 이상인 채를 통과한 입자가 사용될 수 있다. 이때, 제올라이트의 분말도를 높이기 위해서는 분쇄 시간 및 비용이 소요되므로 분쇄 시간과 비용이 과도하게 소요되는 것을 방지하기 위해 채의 입경은 300 mesh 이하일 수 있다.

이와 같이 소취제에 첨가한 제올라이트는 유기성 폐기물의 악취 유발 물질 중 조목초액에 의해 제거되고 잔존하는 악취성분이 흡착 제거함으로써, 소취제의 악취 제거 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 제올라이트는 소취제에 포함된 조목초액의 고유 냄새를 제거할 수 있다. 그리고 제올라이트는 토양 중 무기양분의 흡착보유능력을 높여주므로 유기성 폐기물로부터 향상된 품질의 퇴비를 생산할 수 있다.

본 발명에서의 소취제는 90 ~ 99 중량%의 조목초액과 1 ~ 10 중량%의 제올라이트를 상온에서 200 ~ 250 RPM의 속도로 2 ~ 3시간의 교반하여 제조될 수 있다. 이때, 제올라이트의 첨가량을 더욱 증가시키면 악취성분에 대한 흡착능력 상승을 기대할 수 있으나 경제성을 고려하여 10 중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 소취제는 물과 희석하여 수용액 상태로 살포, 분사시켜, 악취를 발생하는 악취 배출 물질에 접촉시킴으로써 악취성분을 제거할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에서는 외부(대기)로 배출되어 있는 악취 배출 물질의 악취를 제거하기 위해서, 소취제의 중량에 대하여 10 ~ 100 중량비의 물과 소취제를 혼합 희석하여 소취 용액을 제조하고, 제조한 소취 용액을 악취 배출 물질에 살포, 분무하여 소취 용액을 악취 배출 물질에 접촉시킬 수 있다. 이때, 악취 배출 물질을 외부로 배출하는 악취 배출원에 소취 용액을 직접 살포 가능한 경우에는 악취 배출원에 소취 용액을 직접 살포하는 것이 효율적이다. 이는 배출원에 살포, 분무된 소취 용액 중 일부가 배출원에 잔재하여 추가 배출되는 악취 배출 물질과 접촉하기 때문이다.

그리고 본 발명에서는 소취제를 악취 배출 물질에 직접 혼합하여 악취 배출 물질에 접촉시킴으로써 악취성분을 제거할 수 있다.

도 1을 참조하면, 소취제의 제조가 완료되면(S10), 배출원에서 배출되기 전의 악취 배출 물질을 반응조로 유입시키고 반응조에 소취제를 첨가하여(S20), 악취 배출 물질과 소취제를 혼합 교반시킴으로써 악취 배출 물질의 악취성분을 제거할 수 있다(S30). 이때, 악취 배출 물질과 소취제를 반응조에서 교반시에 50 ~ 120℃의 온도로 가열 교반할 수 있다. 이와 같은 가열은 악취 배출 물질과 소취제의 반응을 촉진시켜 악취 처리 공정 시간을 단축하고 처리 효율을 증대시킬 수 있으며, 유기성 폐기물 중 수분을 증발시킬 수 있고, 악취 배출 물질을 살균시킬 수 있어 악취 제거 물질을 악취 제거 공정 후 재사용시(예를 들면 가축 분뇨액의 소취처리 후 축사 세척수로 사용) 위생적으로 사용할 수 있다.

바람직하게, 반응조에 첨가되는 소취제는 악취 배출 물질에 대하여 0.5 ~ 2.0 중량%가 첨가될 수 있으며, 또는 소취제의 중량에 대해 5 ~ 40배의 물과 혼합하여 희석한 소취 용액이 첨가될 수 있다. 소취 용액이 첨가되는 경우, 소취 용액은 악취 배출 물질과 반응 후 순환 사용할 수 있는데 순환 과정에서 소취제를 추가 유입시켜 재사용할 수 있다. 추가 유입되는 소취제의 유입 속도는 악취 배출 물질의 양, 또는 악취의 정도에 따라 조절될 수 있다.

이상에서 기술한 바와 같이 본 발명은 조목초액 고유의 탈취특성이 강한 용해성 타르 및 부유 타르 및 모노테르펜이 함유된 소취제로서 종래의 소취제 및 기존 목초액보다 우수한 고기능의 소취 효과가 우수하므로 다양한 악취발생원의 악취성분을 제거할 수 있다. 또한, 조목초액에 기능성 규산염 점토광물인 제올라이트가 첨가되어, 악취 유발 물질 중 조목초액에 의해 제거되고 잔존하는 악취성분을 흡착 제거하고, 조목초액 고유의 냄새를 제거할 수 있으며, 유기성 폐기물로부터 향상된 품질의 퇴비를 생산할 수 있다.

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하겠다.

[실시예]

조목초액의 제조

소나무를 파쇄기로 파쇄하여 40mm× 50mm 크기의 소나무 칩을 제조하고, 제조한 소나무 칩을 건류식 탄화로에 투입하였다. 건류식 탄화로의 연소대에서는 600℃의 온도로 연소하였으며, 탄화대의 온도는 400℃, 건류대의 온도는 200℃로 유지하였다. 건류식 탄화로의 상단부에서 증기가 150℃로 배출되고 제1포집조에서 1차 냉각된 후, 응축조에서 냉각되어 조목초액이 응축되어 생성되었다. 이때 저온에서 분리되지 않은 타르 성분들은 원심분리조에서 분리하였다.

제올라이트의 제조

분쇄 후, 300 mesh의 채를 이용하여 굵은 입자를 제거하였다.

소취제의 제조

상술한 바와 같이 제조된 조목초액 90 중량%와, 상술한 바와 같이 제조된 제올라이트 10 중량%를 상온에서 250 RPM의 속도로 3시간 교반하였다.

유기성 폐기물의 악취 제거

고액분리된 돈분뇨(94%의 수분함유)를 반응조에 투입하고, 상술한 바와 같이 제조된 소취제를 돈분뇨에 대하여 1 중량% 투입하였다. 투입한 돈분뇨와 소취제는 6 rpm의 속도로 24시간 교반하였다. 이때, 돈분뇨 표면 온도는 120℃로 설정하였고, 반응기 내부 중심온도는 63℃ ~ 65℃로 유지하였다.

[실험예]

상술한 실시예에서의 유기성 폐기물의 악취 제거 방법을 이용하여, 유기성 폐기물(돈분뇨)의 성분 중 암모니아(NH₃), 황화수소(H₂S), 메칠메르캅탄(CH₃SH) 및 트리메틸아민((CH₃)₃N) 등 4종류의 악취성분을 경시적으로 분석하였다.

실험예 1. 암모니아 분석

전남 순천시 주암면 소재 H 양돈장의 고액분리된 돈분뇨(94%수분함유) 100kg와 야자껍질의 섬유속(Coir pith) 100kg를 2개의 반응조에 각각 투입하고, 이중 하나의 반응조에만 상술한 실시예에서 제조한 소취제 1kg를 투입하였다. 2개의 반응조는 6 rpm의 속도로 24시간 교반 작동하였고, 돈분뇨 표면 온도는 120℃로 설정하였으며, 반응기 내부 중심온도는 63℃ ~ 65℃ 로 유지하였다.

암모니아 채취는 초기 60분까지 5회(0, 10, 20, 30 및 60분), 그 이후는 60분 간격으로 총 8시간 경시적으로 시료 채취하였는데 Tedlar bag에 가스채취기를 사용하였고, 시료채취 전 가스 검지관(Model 801, Gas Tec Co. Japan)을 활용하여 4종 악취성분의 농도를 미리 조사하여 검지관에 의한 측정 가능 여부를 확인하고, 이 후 분석단계의 악취성분의 희석율 등 전처리 과정에 참고하였다.

악취성분 중, 암모니아 가스 분석은 인도 페놀법(UV/VIS. 분광분석기)으로 분석하였다.

암모니아의 분석결과는 하기 표 1에 나타내었다.

시간(분)	암모니아 농도 (소취제 미투입, ppm)	암모니아 농도 (소취제 투입, ppm)	소취율(%)
0	165.1	165.1	0
10	162.7	151.5	6.9
20	160.4	135.4	15.6
30	160.8	55.6	65.4
60	162.5	41.4	74.5
120	161.2	32.2	80.1
180	159.3	11.1	93.0
240	163.6	12.6	92.3
300	162.1	11.3	93.0
360	161.4	12.1	92.5
420	160.6	10.9	93.2
480	160.7	11.4	92.9

표 1에 나타난 바와 같이, 소취제를 투입한 반응조에서 암모니아 가스 초기 농도는 165ppm 수준으로 나타났으며 30분 경과 후 농도는 55.6ppm으로 65.4%의 소취율을 보였다. 2시간 경과 후의 암모니아 가스 농도는 32.2ppm으로 80.1%의 소취율을 보여 인지농도 이하에 접근하였으며, 3시간 이후부터 11ppm 수준을 유지하여 90% 이상의 소취 효과를 보였다. 여기에서 암모니아의 소취 기작은 산화작용(4NH₃ + 3O₂ → 6H₂O + 2N₂↑)과 중화반응으로 이민을 형성하며(R2C=O + NH3 → R₂C=NH₂), 에스테르기가 포함되어 있는 1-초산 보르닐(1-bornyl acetate)은 암모니아와 다시 중화반응을 하여 아마이드와 알코올을 형성하고, 이는 다시 암모니아와 중화반응을 통해 암모늄염을 형성하여 NH₃를 제거하였다(R-OH + NH₃ → R-O- + NH₄).

실험예 2. 황화수소 분석

상기한 실험예 1과 동일한 조건에서 황화수소를 채취하여 분석하였으며, 황화수소는 포집 후 전처리하여 GC/PFPD(Model 5380, USA)로 분석하였다.

황화수소의 분석결과는 하기 표 2에 나타내었다.

시간(분)	황화수소 농도 (소취제 미투입, ppb)	황화수소 농도 (소취제 투입, ppb)	소취율(%)
0	1,200.9	1.2062	0
10	1,111.2	665.9	40.1
20	1,024.9	428.5	58.2
30	1,027.6	257.2	74.9
60	1,026.9	149.8	85.4
120	1,030.5	127.2	87.6
180	1,026.3	124.3	87.8
240	939.4	113.2	87.9
300	852.2	93.9	88.9
360	791.2	71.5	90.9
420	789.8	42.3	94.6
480	721.6	20.9	97.1

표 2에 나타난 바와 같이, 소취제를 투입한 반응조에서 황화수소 가스 초기 농도는 1,200ppb 수준으로 허용기준치 2,000ppb 이하였으며, 30분 경과 후 농도는 257.2ppb로 75%의 소취율을 보였다. 한편, 2시간 경과 후의 황화수소 가스 농도는 127.2 ppb로 87.6%의 소취율을 보였고, 6시간 후 황화수소 농도는 94ppb 수준으로 89% 소추율을 나타냈으며, 6시간 후는 20ppb 수준으로 97% 소추율을 보여 높은 소취율을 보였다. 여기에서 황화수소 소취기작으로 고려할 수 있는 것은 돈분의 황화수소는 알카리 조건에서 생성되므로 존재하는 OH- 이온의 작용으로 황화수소는 HS-와 S로 분리되어 소실될 수 있으며, 또한 비극성 악취분자와 화학적으로 반응하여 가스 상태의 황화수소를 이온화시켜(RR'NH₂ + H₂S ↔ RR'NH₃ + + HS-) 이온화한 HS-이온이 식물정유와 에스테르와 중화반응이 진행되며, 결국 황화수소는 물리적으로 황화수소 가스를 흡수하여 염기성 화합물 및 물로 변화될 수 있다.

실험예 3. 메칠메르캅탄 분석

상기한 실험예 1과 동일한 조건에서 메칠메르캅탄을 채취하여 분석하였으며, 황화수소는 포집 후 전처리하여 GC/PFPD(Model 5380, USA)로 분석하였다.

메칠메르캅탄의 분석결과는 하기 표 3에 나타내었다.

시간(분)	메칠메르캅탄 농도 (소취제 미투입, ppb)	메칠메르캅탄 농도 (소취제 투입, ppb)	소취율(%)
0	58.5	58.3	0
10	80.4	37.7	25.1
20	44.8	19.2	57.1
30	43.7	13.3	69.5
60	43.3	11.6	73.2
120	43.3	9.9	77.1
180	43.2	8.7	79.8
240	42.5	7.8	81.6
300	42.3	6.5	84.6
360	38.1	4.8	87.4
420	36.5	4.3	87.1
480	30.4	3.7	87.8

표 3에 나타난 바와 같이, 소취제를 투입한 반응조에서 메칠메르캅탄의 초기 농도는 58ppb 수준을 보였고, 30분 후 13.3ppb로 자연 감소치를 고려하지 않은 기준으로 약 70% 수준의 소취율을 나타냈고, 6시간 이후에는 4ppb 수준으로 약 87% 소취율을 보였다. 여기서 메칠메르캅탄 역시 산화반응(CH₃SH + 2O₂ ↔ 2H₂O + CO₂ + S↓)을 거쳐 소실될 수 있으며, 산성물질이기 때문에 염기성 물질(NaOH)을 첨가할 때 중화반응(RSH + NaOH → NaSR + H2O 또는 CH3SH + NaOH → CH3SNa + H2O))에 의한 소취도 가능할 수 있다.

실험예 4. 트리메틸아민 분석

상기한 실험예 1과 동일한 조건에서 트리메틸아민을 채취하여 분석하였으며, 트리메틸아민은 산성여과지에 흡착 후 알카리 분해하여 GC/NNPD(Model 1000, Dani, Italy)로 분석하였다.

트리메틸아민의 분석결과는 하기 표 4에 나타내었다.

시간(분)	트리메틸아민 농도 (소취제 미투입, ppb)	트리메틸아민 농도 (소취제 투입, ppb)	소취율(%)
0	58.5	58.3	0
10	80.4	37.7	25.1
20	44.8	19.2	57.1
30	43.7	13.3	69.5
60	43.3	11.6	73.2
120	43.3	9.9	77.1
180	43.2	8.7	79.8
240	42.5	7.8	81.6
300	42.3	6.5	84.6
360	38.1	4.8	87.4
420	36.5	4.3	87.1
480	30.4	3.7	87.8

표 4에 나타난 바와 같이, 소취제를 투입한 반응조에서 트리메칠아민의 초기 농도는 22ppb의 수준을 보였고, 30분 후에 배출허용 농도 5ppb 이하인 4.5ppb를 나타내 78.3%의 소취율을 보였으며, 그 이후의 조사치는 2~4ppb 수준을 보이면서 87% 수준의 소취율을 보임으로서 법적 허용기준 이하를 나타냈다. 조목초액은 중 초산과 개미산이 함유되어 있어 트리메칠아민와 중화반응하여 복합체를 형성하여 트리메칠아민 아세테이트 복합체(Trimethylamine acetate complex, C₅H₁₃NO₂)와 트리메칠아민 포름산염 복합체(Trimethylamine formate complex, C₄H₁₁NO₂)로 각각 존재함으로서 소취될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

부유 타르 및 침전 타르를 포함하도록 건류식 탄화방법에 의해 생성된 조목초액과 기능성 규산염 점토광물을 포함하는 것을 특징으로 하는 소취제.
제1 항에 있어서, 상기 소취제는
상기 조목초액 90 ~ 99 중량%와 상기 기능성 규산염 점토광물 1 ~ 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 소취제.
제2 항에 있어서,
상기 기능성 규산염 점토광물은 입경이 100 ~ 300 mesh인 채를 통과한 입자인 것을 특징으로 하는 소취제.
제1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 소취제를 제조하는 단계; 및
상기 소취제를 악취 배출 물질에 혼합하고 가열 반응조에서 가열 교반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소취제를 이용한 악취 제거 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 가열 교반하는 단계에서는
상기 악취 배출 물질에 대하여 0.5 ~ 2.0 중량%의 상기 소취제를 상기 악취 배출 물질에 혼합하고 가열 교반하는 것을 특징으로 하는 소취제를 이용한 악취 제거 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 가열 교반하는 단계에서는
상기 소취제와 상기 악취 배출 물질의 혼합물을 상기 가열 반응조에서 50 ~ 120℃의 온도로 가열 교반하는 것을 특징으로 하는 소취제를 이용한 악취 제거 방법.