KR20230107822A - 악취 또는 유해 가스 제거 또는 저감용 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 악취 또는 유해가스 제거장치 및 악취 또는 유해가스 제거방법은 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키고, 상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키고, 접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되는 것이 특징이다.

Description

악취 또는 유해 가스 제거 또는 저감용 반응기
본 발명은 새롭게 설계된 악취 또는 유해 가스 제거 또는 저감용 반응기가 구비된 악취 또는 유해가스 제거장치; 또는 상기 반응기를 사용하는 악취 또는 유해가스 제거방법에 관한 것이다. 상기 악취 또는 유해 가스 제거 또는 저감용 반응기는 악취 및/또는 유해가스 함유 공기의 거품 표면에 배치된 촉매입자를 이용하여 악취 및/또는 유해가스를 산화분해시킨 후 기-액 상분리를 통해 공기를 정화시키는 반응기이다.
악취는 냄새를 발생하는 물질성분으로 인해 자극성 있는 기체성 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감이나 혐오감을 주는 상태로 소음과 같이 감각공해에 해당되어 청각, 후각, 미각 등 신경계통에 작용하고 많은 사람에게 피해를 주게 된다. 일례로 분뇨처리장, 축산폐수처리장, 하수처리장 등의 악취는 황화수소가 주된 오염물질이지만 그 외에도 암모니아, 메틸메르캅탄, 아민류 및 저급지방산 등의 물질이 함유되어 악취강도를 상승시키게 된다.
전형적인 감각공해인 악취공해는 처리가스량의 99.9% 내지 99.99%가 제거되지 않으면 감각적으로 탈취 효과가 느껴지지 않는 문제가 있다.
또한, 악취가스는 다성분의 혼합성분이며, 극히 저농도의 경우가 대부분이다.
또한, 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)은 탄화수소 화합물의 총칭으로 오존 등 광화학스모그 원인 물질일 뿐만 아니라 발암성 등의 유해물질, 지구온난화와 성층권 오존층 파괴의 원인 물질, 대기 중 악취물질(방향족 화합물)로서 환경 및 건강에 영향을 초래하여 선진국의 경우 VOC와 악취가스의 배출허용 기준을 엄격하게 규제하고 있다.
악취물질은 정유공장, 화학공장, 하수처리장, 분뇨 및 축산폐수처리장, 매립장 등 발생원 별로 여러가지 복합된 화합물이 원인이 되어 악취를 유발하며 단위화합물질로서 황화수소는 계란 썩는 냄새, 메르캅탄류는 야채 썩는 냄새, 아민류는 생선 냄새 등의 특이한 냄새를 유발하며, 수분 분진 등을 포함하는 고농도의 유해가스인 경우가 대부분이다. 특히, 소각로, 분뇨처리, 화학 관련공장 및 퇴비화 시설 등에서 발생하는 유해가스는 심각한 환경문제로 그의 효과적인 제거 기술이 절실한 상황이다.
일반적으로 산업화 및 도시화에 따른 대기환경의 오염이 심각해지면서 실내공기를 깨끗하게 유지하기 위한 장치의 필요성이 크게 부각되고 있다. 그 대표적인 예가 실내공기 중의 세균, 악취성분 등의 오염물질을 제거하여 실내공기를 청정하게 유지시키는 공기정화장치이다. 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 또는 악취는 다양한 종류의 공장이나 축산폐기물, 오폐수 처리 시설, 저유소, 주유소 등지에서 발생되며, 이러한 유해가스는 법에 의한 규제대상으로 그 배출량이 통제되고 있다. 이러한 악취로부터 비롯된 유해성 오염은 심각한 사회적 문제를 초래하고 있어 최근, 인체에 유해한 악취를 제거하는 수단으로서 물리적, 화학적 및 생물학적 방법 등의 처리 방법이 시도되어 처리되고 있으며, 다단계 악취 처리 방식을 통해 유해 입자를 제거하는 등 다양한 방법이 제시되어 사용되고 있다.
한국등록특허 제10-1312414호는 코로나방전 및 저온복합산화촉매를 이용하여 유해가스를 정화하는 장치 및 방법이 개시되어 있으나, 코로나방전은 그 자체가 유입되는 수분이나 먼지 및 온도에 취약하다는 문제점이 있다. 일반적으로 사업장에서 배출되는 가스 내에는 90% 이상의 상대습도를 포함하는데, 이러한 수분이 코로나방전 전극이나 접지에 응축되는 경우 절연파괴가 발생하여 전극이 손상되고 전기단자에서의 화재가 발생할 우려가 있다. 다량의 먼지는 대부분의 사업장 가스에 포함된 물질로 이러한 먼지나 분진이 방전극에 축적되면 폭발할 위험성을 가지고 있다. 코로나방전에서 발생하는 이온을 이용하여 촉매층에서 2차 처리하는 방식을 제시하고 있는데, 코로나방전에서 발생하는 이온은 순간적으로 존재하는 것으로 촉매층까지 도달하기전에 대부분의 양이 소멸되므로 그 효과를 기대하기 어렵다. 코로나방전 자체로 가스제거효율을 50%이상 달성하기 위해서는 방전영역에서 가스 체류시간이 최소한 5초 이상이 필요한데, 이러한 조건은 실제 장비에 적용하기에는 현실성이 떨어진다.
한국등록특허 제10-1595335호에는 악취가스를 제거하기 위한 복합 반응기가 개시되어 있는데, 이는 고농도의 활성산소를 반응시켜 생성된 수산화라디칼을 암모니아, 황화수소 등의 악취가스와 혼합하여 악취제거효율을 향상시킬 수 있도록 한 것으로, 고농도의 활성산소를 발생시켜 수산화라디칼로 전환시키는 기술을 특징으로 하는데, 고농도 오존을 포함하는 활성산소를 발생하기 위해서는 산소농도가 평균 20%인 일반공기로는 부족하여 대부분 80%이상의 산소농도를 발생하는 고가의 산소농축장치인 산소발생장치를 이용하여야 한다. 또한, 이러한 활성산소를 라디칼 내지 이온으로 전환하기 위해서 플라즈마반응기를 별도로 구성하게 되는데, 이러한 플라즈마반응기의 설치를 위해서는 별도의 전기공급장치와 방전장치를 필요로 하게 되어 장치 구성의 번거로움과 장비의 가격상승요인이 큰 부담을 주게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 촉매 교체/보충 없이 단순히 물만 보충시키는 단순한 장치 구성으로 설계되고 상온에서 운전가능할 뿐만 아니라, 악취 및 유해가스도 제거할 수 있는 컴팩트한 공기정화장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1양태는 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키고, 상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키고, 접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되는 것이 특징인 악취 및 유해가스 제거장치를 제공한다.
본 발명의 제2양태는 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 단계; 상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 단계; 및 접촉 분해반응을 수행한 거품을 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출시키는 단계를 포함하는 것이 특징인 악취 및 유해가스 제거방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 설명한다.
공기(空氣)는 지구를 둘러싼 기체로, 해수면의 건조한 공기는 대략 78%의 질소, 21%의 산소, 0.93%의 아르곤, 그리고 이산화 탄소, 수증기 등으로 이루어져 있다.
본 명세서에서 악취 또는 유해가스는 산화 촉매입자에 의해 분해되는 한, 식물, 동물, 사람, 특히 환자 또는 노인에서 배출되는 가스 또는 냄새도 포함한다.
하기 표 1에는 주요 악취물질의 취기강도와 농도의 관계가 제시되어 있다.
Figure pct00001
악취가스를 제거할 수 있는 방법은 크게 물리적, 화학적 및 생물학적 방법으로 구분할 수 있다. 일례로, 촉매를 이용하여 악취물질을 산화분해시키는 방법이 있는데, 촉매에 의해 200~300℃의 온도에서 산화분해반응을 수행한다.
악취 및/또는 유해가스 및 공기는 가스상으로 물에 쉽게 용해되지 않는다. 한편, 공기와 물이 기액 상분리된 상태에서 산화 촉매입자는 물에 주로 분산되어 있으며, 기액 계면에도 배치될 수 있도록 소재, 기공도, 밀도가 조절될 수 있다.
이를 이용한 본 발명의 악취 또는 유해가스 제거방법은,
산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 단계 (도 2 내지 도 7);
상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 단계(도 1); 및
접촉 분해반응을 수행한 거품을 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출시키는 단계(도 2 내지 도 7)를 포함한다.
본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 (i) 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키고, (ii) 상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키고, (iii) 접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되도록 설계되는 것이 특징이다.
도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따라 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에 처리가스로 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를, 수중(水中) 거품(bubbles)으로 형성시키면, 각 거품은 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기 중 산소와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 하나의 개별 반응공간으로 작용할 뿐만 아니라, 도 2 내지 도 4에 예시된 바와 같이, 산화 촉매입자의 수분산액에서 부력에 의해 유체 특성을 발휘하여 반응기의 수면 위로 기-액 상분리될 수 있다.
이때, 공기는 접촉 산화반응의 처리대상인 악취 또는 유해가스에 대한 수중(水中) 운반가스로서의 역할을 수행하며, 접촉 산화반응의 산화제인 산소를 공급한다.
처리대상의 예로, 암모니아가스는 대부분 질소와 물분자로 분해되고, 황화수소는 이산화황과 물분자로 분해되며, 탄소화합물인 VOC는 이산화탄소와 물분자로 분해된다.
한편, 공기 버블은 서로 결합하여 부력에 의한 유속이 예측 또는 제어할 수 없을 정도로 달라질 수 있으므로, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기 내 다공성 충진제를 사용하여, 공기 버블의 결합을 제어하면서, 공기 버블의 크기를 조절하고 공기 버블의 유속을 조절할 수 있다. 또한, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기 내 충진제를 사용하면, 공기 버블의 체류시간을 증가시킬 수 있으며, 이로인해 공기 내 악취 또는 유해가스의 촉매에 의한 산화분해 처리효율을 높일 수 있다.
사용가능한 충진제의 비제한적인 예로는 유리섬유, 화학섬유, 미세비드, 펠릿이나 구형(sphrical) 등으로 입자화된 알루미나, 제올라이트, 활성탄 등이 있다.
본 발명에 따라 설계된 악취 또는 유해가스 제거장치의 비제한적인 구체적인 실시태양들은 도 2 내지 도 7에 도시되어 있다.
본 발명은 수분산된 산화촉매 입자를 이용하여 악취 및/또는 유해가스 함유 공기를 접촉산화반응에 의해 무취 및/또는 무해화하는 방법으로, 상기 산화촉매는 최소한 탄화수소 및 그의 산소함유화합물을 이산화탄소와 물로 산화분해할 수 있는 활성을 발휘할 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 산화분해 촉매는 백금족금속(Pt, Pd, Ph)과 전이금속(Cr, Co, Ni, Mn, Fe 등) 산화물들을 일 수 있다. 또한, 산화티탄(TiO2)과 같은 광촉매를 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 촉매의 비제한적인 예들이 하기 표 2에 제시되어 있다.
Figure pct00002
공기와 물의 기액 계면에 분포될 수 있는 한 촉매입자 형상은 제한되지 않으며, 이의 비제한적인 예로 분말형, 허니콤(honeycomb)형, 펠렛(pellet)형, 구형(sphrical) 등이 있다.
또한, 본 발명은 다양한 촉매 칵테일을 통해 상온 또는 100℃이하에서 악취 및/또는 유해가스 함유 공기를 무취 및/또는 무해화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 반응기는 상온 또는 100℃이하에서 운전될 수 있으므로, 촉매 활성 열화가 억제되어, 반응기가 수용하는 촉매입자들은 반영구적으로 사용할 수 있다. 이로인해, 산화 촉매입자의 교체/보충 없이, 반응기의 수면 높이를 확인하여 증발된 물을 보충시키는 단순한 수단(예, 수도물 공급관)으로 상온에서도 운전가능한 컴팩트한 공기정화장치를 설계할 수 있으며, 별도의 열공급원 없이도 높은 처리효율로 악취 및 유해가스를 제거할 수 있다.
접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되는 본 발명의 반응기 구조에서, 악취 또는 유해가스 함유 공기를 공급하는 도입구 및/또는 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 미세거품발생기는 반응기 내부 또는 외부에 설치될 수 있으며, 반응기 하부 바람직하게는 하단에 설치될 수 있다.
미세거품발생기는 수중에서 마이크로 기포를 발생시키는 장치이다. 이때, 발생하는 마이크로 기포의 크기는 산화 촉매입자의 수분산액의 수면 위로 부상되는 한 제한되지 않는다. 미세거품발생기는 1개 이상 사용할 수 있다.
미세거품발생기는 짧은 시간에서의 압축 파괴의 연쇄반응을 반복하여 미세 기포를 형성하는 것일 수 있고, 이때 초음파를 사용할 수 있다. 또한, 미세거품발생기는 메쉬 또는 타공판일 수 있다.
충진제가 충진된 고정층이 적어도 반응기 일부에 장착되어도, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시킬 수 있다. 따라서, 충진제가 충진된 고정층이 적어도 반응기 일부에 장착되는 경우 미세거품발생기를 병용 또는 생략할 수 있다.
본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 악취 또는 유해가스 함유 공기의 공급관에서, 음압 또는 대기압으로 인한 역 사이폰(back siphon)과 하부배관 시스템의 압력증가로 인한 역압(back pressure)에 의해, 바람직하지 않은 역전흐름을 방지하기 위해, 다양한 구조의 역류방지 장치를 사용할 수 있다.
역류방지 장치의 예로, 에어 갭(Air Gap), 대기압 진공 브레이커(Atmospheric Vacuum Breaker), 호스용 진공차단기(Hose Bibb vacuum breaker), 이중체크 밸브(Double check valve), 감압원리 역류방지 장치(Reduced Pressure Principle Backflow Preventer), 용액역류방지 공기주입관 등이 있다.
용액역류방지 공기주입관은, U 튜브형으로 작동 중 절전되어 전기가 공급되지 않을 경우 주반응기의 용액이 역류하여 블로어 내부로 들어감을 방지할 수 있다(도 9).
본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에 공기를 이송하기 위해 반응기의 전단(upstream)에 블로어, 즉 송풍기를 구비할 수 있다.
산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에 물 보충을 위해 물 공급관이 연결될 수 있다. 이때 물 공급관의 유입구는 반응기 내 산화 촉매입자의 수분산액 내부에까지 연장될 수도 있고, 반응기 측면에 연결될 수도 있다. 물 공급관의 다양한 확장 형태가 도 2 내지 도 7에 예시되어 있다.
산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에 물 보충시 배수관을 통해 수도를 직접 연결할 수 있다.
물 공급관에는 증류수 제조장치(water distiller)가 연결될 수 있다(도 9). 반응기 내부로 주입된 공기가 반응기를 통과한 후 수증기도 빠져나가므로 빠져나간 물을 보충해 줄 때 증류수 제조장치가 작동할 수 있다. 증류수 제조장치 하부에 솔레노이드 밸브가 장착되어서 레벨센서에서 수준이 저하되었을 경우 솔레노이드 밸브가 자동으로 열려서 주반응기로 증류수를 공급한다.
반응기에는 레벨센서 또는 레벨 표시기가 장착될 수 있다. 예컨대, 주반응기 내부의 수량을 파악하여 수준이 기준점 보다 낮아질 경우 증류수 저장고 하부의 솔레노이드 밸브를 열어서 주반응기로 레벨센서가 만족하는 높이로 증류수를 보충해 줄 수 있다.
산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에는, 접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되는 배기관 입구가 수면 위 임의의 위치에 배치될 수 있다. 이때, 악취 또는 유해가스 함유 공기가 접촉 산화반응에 의해 처리된 무취 또는 무해 가스 함유 공기를 배출하는 반응기의 배기관의 일부 또는 전부에는 콘덴서를 장착하여, 배출되는 공기의 이슬점을 조절하여, 반응기로부터 배출되는 공기의 수분을 제거 또는 조절하여 무취 또는 무해 가스 함유 공기를 배출하는 공간의 습도를 제어할 수 있다. 본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 친환경적인 콘덴서로 쿨링워터를 사용할 수 있다.
또한, 배기관에는 거품제거 및 냉각기 (이중자켓), 즉 콘덴서 및 Overflow stripper가 추가로 장착될 수 있다(도 9). 이를 통해 주반응기로부터 함께 섞여나오기도 하는 거품을 제거하여 응축된 용액을 다시 반응기 하부로 보내고 주반응기를 통과한 공기를 식혀주어서, 예컨대 대형 냉장고, 식품저장고, 채소저장고 등에 주입되는 신선한 공기의 온도를 낮추어 줄 수도 있다. 차가운 냉매를 공급하기 위해 더워진 냉매를 다시 냉각시키는 장치, 일종의 냉동기(compressor)인 Chiller가 상기 거품제거 및 냉각기에 장착될 수 있다.
거품제거 및 냉각기 속에 응축된 용액은 응축된 용액 회수관을 통해 주반응기로 회수될 수 있다.
경우에 따라서, 촉매용액 주입통을 통해 반응기로 촉매용액을 넣어주거나 보충할 때 뚜껑을 열고 촉매용액 주입할 수 있다. 촉매용액을 넣을 때 하부의 수동밸브를 잠궈서 반응기 내부의 공기가 촉매용액 주입통으로 빠져나오는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 촉매용액 주입 후 수동밸브를 열어 준다.
도 9에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 악취 및 유해가스 제거장치는 컴팩트하게 설계될 수 있으므로, 하부에 바퀴를 달아서 이동이 편리하도록 할 수 있다.
촉매반응의 효율을 증대하기 위하여 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 촉매 반응기는 튜브형 고정층 반응기뿐만 아니라, 미세유로반응기를 사용할 수도 있다.
도 5 내지 도 7에 예시된 바와 같이, 본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 쉘-앤-튜브형 반응기 형태일 수 있으며, 이때 튜브는 하나 또는 2이상일 수 있다. 복수개의 튜브들이 쉘 안에 배치될 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 튜브는 병렬식으로 연결된 것일 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이, 최대의 공간을 활용할 수 있도록 튜브들은 가장 넓은 면적을 차지할 수 있도록 접촉하여 설계될 수 있다.
쉘-앤-튜브형 반응기 형태의 악취 또는 유해가스 제거장치는, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 쉘; 및 충진제가 충진된 고정층 튜브를 구비하되, 충진제가 충진된 고정층 튜브는 하부 또는 하단 및 상부 또는 상단의 적어도 일부가 개방된 형태로, 튜브내 충진제가 빠져나옴을 방지하고 산화 촉매입자의 수분산액이 통과할 수 있는 지지체, 예컨대 메쉬 또는 타공판이 설치될 수 있다.
충진제가 튜브 하단으로 빠져나오지 않는 지지체 역할을 하면서, 쉘이 수용하고 있는 산화 촉매입자의 수분산액이 통과할 수 있도록 튜브 하부 또는 하단에 설치되는 메쉬 또는 타공판은 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 미세거품발생기로서 작동할 수 있다. 이경우 별도의 미세거품발생기를 생략할 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 7에 예시된 바와 같이, 튜브 내 충진제가 충진된 고정층의 상단 높이는 원하는 반응기의 수면 높이 보다 더 높은 것일 수 있다. 예컨대, 튜브 내 충진제가 충진된 고정층의 상단 높이 보다 낮되 되도록 쉘 반응기의 수면 높이가 높도록 물을 보충하여 수면 높이를 조절하여 악취 또는 유해가스 함유 공기의 처리 효율을 높일 수 있다.
또한, 공기 버블은 서로 결합하여 부력에 의한 유속이 예측 또는 제어할 수 없을 정도로 달라질 수 있으므로, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 쉘 반응기 내 충진제가 충진된 고정층을 구비한 튜브를 통해, 공기 버블의 결합을 제어하면서, 공기 버블의 크기를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 공기 버블의 체류시간을 증가시킬 수 있으며, 이로인해 공기 내 악취 또는 유해가스의 촉매에 의한 산화분해 처리효율을 높일 수 있다.
쉘-앤-튜브형 반응기 형태의 악취 또는 유해가스 제거장치에서, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 쉘에는 악취 또는 유해가스 함유 공기 공급관의 도입구 및/또는 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 미세거품발생기 및/또는 물을 보충하는 배관 및/또는 수면 높이를 체크하는 레벨센서가 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 악취 및 유해물질 제거 또는 저감용 반응기를 구비한 악취 또는 유해가스 제거장치는, 밀폐형 식물공장 (수직공장, 스마트 팜)에서 발생하는 유해가스, 과일 및 채소 저장고에서 발생하는 유해가스, 돈사, 축사, 계사, 악취물질 종말처리장 등에서 발생하는 악취 제거에 사용될 수 있으며, 일반 실내용 또는 차량 실내용으로도 사용될 수 있다.
특히, 본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 중환자 또는 노인에서 배출되는 냄새 및 유해가스 제거성능이 우수하여, 병원 및 요양원에 유용하다.
도 1은 본 발명에 따라 하나의 개별 반응공간으로 작용하는 각 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기 중 산소와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 것을 예시하는 개념도이다.
도 2 내지 도 4는 단일 용기형 반응기를 사용하는 본 발명의 일구체예에 따른 악취 또는 유해가스 제거장치의 개념도이다.
도 5 내지 도 7은 쉘-앤-튜브형 반응기를 사용하는 본 발명의 일구체예에 따른 악취 또는 유해가스 제거장치의 개념도이다.
도 8은 도 7에 예시된 쉘-앤-튜브형 반응기에서, 다공성 충진제가 충진된 튜브형 내부 컬럼 또는 파이프들을 배열한 패턴과 쉘 반응기의 외부구조를 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일구체예에 따라 설계된 악취 또는 유해가스 제거장치의 외관을 나타낸 것들이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일구체예에 따라 도 2 내지 도 7에 제시된 악취 또는 유해가스 제거장치를 사용하는, 본 발명의 악취 또는 유해가스 제거방법은
도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 단계;
상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 단계; 및
접촉 분해반응을 수행한 거품을 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출시키는 단계를 수행할 수 있다.
블로어를 통해 악취 또는 유해가스 함유 공기를 반응기 내부에 공급하는 도입관의 다양한 연결방법이 도 2 내지 도 7에 제시되어 있다.
도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 미세거품발생기 및/또는 충진제가 충진된 고정층이 반응기 내부 하부에 설치되어, 상기 거품이 반응기 하부에서 부력에 의해 상부로 이동하는 흐름을 제공할 수 있다.
도 1에는, 본 발명에 따라 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를, 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키면, 각 거품은 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기 중 산소와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 하나의 개별 반응공간으로 작용하는 것을 예시하는 개념도가 도시되어 있다.
악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 기액 계면에 촉매입자가 배치되도록 촉매입자의 크기를 조절할 수 있다.
또한, 악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 기액 계면에 촉매입자가 배치되도록 거품의 크기 및/또는 수분산액의 점도를 조절할 수 있다. 수분산액의 점도를 조절하기 위해, 산화 촉매입자의 수분산액은 거품 안정화제를 더 함유할 수 있다.
산화 촉매입자의 수분산액은 상온 내지 100℃일 수 있으며, 산화 촉매입자의 수분산액에서 형성된 하나의 개별 반응공간인 각 거품은 기액 계면에 배치된 상온 내지 100℃의 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스를 공기 중 산소와 접촉 산화반응에 의해 분해시킬 수 있다.
또한, 악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 크기 및 유속을 조절하여, 악취 또는 유해가스의 접촉 분해반응을 수행한 공기 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어, 악취 또는 유해가스가 감소 또는 제거된 공기 형태로 반응기 밖으로 배출시킬 수 있다.
본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 반응기의 수면 높이를 확인하여 물 공급관의 전기솔밸브 작동과 연결된 레벨센서를 구비하여, 산화 촉매입자의 교체 또는 보충 없이, 반응기의 수면 높이를 확인하여 물을 보충시킬 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 7에 도시된 쉘-앤-튜브형 반응기를 구비한 악취 또는 유해가스 제거장치는 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 쉘; 및 다공성 충진제가 충진된 고정층 튜브를 구비한다.
다공성 충진제가 충진된 고정층 튜브는 악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 체류시간을 연장시킬 수 있으며, 이로인해 처리효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 튜브 내 충진제는 공기 버블들의 결합을 제어 또는 공기 버블 크기를 작게 하여, 처리효율을 높일 수 있다. 예컨대, 악취 또는 유해가스 함유 공기의 처리효율을 높이기 위해, 촉매 입자와의 접촉효율을 극대화하기 위해, 튜브는 유리섬유, 화학섬유, 작은 비드 등을 충진시킬 수 있다.
쉘-앤-튜브형 반응기에서 튜브가 복수개인 경우 악취 또는 유해가스 함유 공기의 처리용량을 늘릴 수 있다.
도 5 내지 도 7에 도시된 쉘-앤-튜브형 반응기에서 튜브의 하단은 산화 촉매입자의 수분산액의 유입구 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 튜브의 하단 또는 하부에 설치된 미세거품발생기(예, 메쉬 또는 타공판)을 통해 악취 또는 유해가스 함유 공기로부터 형성된 거품의 부력에 의해 상부로 이동하는 거품 흐름은, 산화 촉매입자의 수분산액이 상기 튜브 하단을 통해 유입되고 상기 튜브 상단을 통해 넘쳐 흐르도록 하는 구동력을 제공할 수 있다. 이때, 튜브 내부에 충진된 충전제 고정층 역시 상기 구동력에 영향을 미칠 수 있다. 쉘-앤-튜브형 반응기 전단에 설치된 블로어를 통해 공기를 이송하는 구동력 역시 상기 산화 촉매입자의 수분산액의 흐름에 영향을 줄 수 있다.
악취 또는 유해가스 제거장치에서 배출되는 공기의 수분 함량을 낮추거나 악취 또는 유해가스 제거장치가 설치된 공간의 습도를 조절하기 위해, 악취 또는 유해가스 함유 공기가 접촉 산화반응에 의해 처리된 무취 또는 무해 가스 함유 공기를 배출하는 반응기의 배출관 출구에 콘덴서를 장착할 수 있다.

Claims (15)

  1. 악취 또는 유해가스 제거장치에 있어서,
    산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키고,
    상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키고,
    접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  2. 제1항에 있어서, 상온 또는 100℃ 이하에서 운전되는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  3. 제1항에 있어서, 악취 또는 유해가스의 접촉 분해반응을 수행한 공기 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되도록, 거품의 크기 및 유속이 조절된 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  4. 제1항에 있어서, 악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 기액 계면에 촉매입자가 배치되도록 촉매입자의 크기가 조절된 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  5. 제1항에 있어서, 악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 기액 계면에 촉매입자가 배치되도록 거품의 크기 및/또는 수분산액의 점도가 조절된 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  6. 제1항에 있어서, 산화 촉매입자의 수분산액은 거품 안정화제를 더 함유하는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  7. 제1항에 있어서, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 미세거품발생기 및/또는 충진제가 충진된 고정층을 통해 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  8. 제1항에 있어서, 산화 촉매입자의 교체 또는 보충 없이, 반응기의 수면 높이를 확인하여 물을 보충시키는 수단을 구비한 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  9. 제1항에 있어서, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기는 쉘-앤-튜브형 반응기이고,
    산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 쉘; 및 충진제가 충진된 고정층 튜브를 구비하되,
    상기 튜브 내 충진제를 통해, 공기 버블의 체류시간 증가와 함께, 공기 버블의 결합을 제어 또는 공기 버블 크기를 작게 하는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  10. 제1항에 있어서, 악취 또는 유해가스 함유 공기가 접촉 산화반응에 의해 처리된 무취 또는 무해 가스 함유 공기를 배출하는 반응기의 배출관 출구에 콘덴서를 장착하여, 배출되는 공기의 수분 함량을 낮추는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  11. 제1항에 있어서, 악취 또는 유해가스는 식물, 사람 또는 동물에서 배출되는 가스 또는 냄새인 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  12. 제1항에 있어서, 실내 또는 옥외 공기정화기로 사용되는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  13. 제1항에 있어서, 밀폐형 식물공장에서 사용되는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  14. 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 단계;
    상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 단계; 및
    접촉 분해반응을 수행한 거품을 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출시키는 단계를 포함하는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거방법.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 악취 또는 유해가스 제거장치를 사용하는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거방법.
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