KR20240021046A - 축사용 공기정화 시스템 - Google Patents

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KR20240021046A
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공수영
홍기송
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주식회사 마이크로에어티에스
주식회사 하나시스템
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Abstract

본 발명에서 바이오 필터의 효용성을 높일 수 있는 축사용 공기정화 시스템을 개시한다.
본 발명에 따른 시스템은, 소정 형상의 함체 상단으로 축사로부터 유입되는 악취를 수용하기 위한 적어도 하나 이상의 흡입관로; 상기 함체의 상단 일측으로 설치되어 정화된 악취를 외부로 배출하기 위한 배출관로; 상기 배출관로의 전방에 설치되어 유입되는 악취량에 대응하여 공기 배출을 수행하는 배출팬; 상기 함체 내부에 설치되어 악취 가스를 제거하기 위해 미생물을 흡착시킨 바이오 필터; 상기 바이오 필터의 상단으로 설치되어 적정 용량의 수분을 공급하기 위해 다수의 홀이 균일 간격으로 타공된 물분사 함체; 상기 함체의 하부에 적재된 순환수를 상기 물분사 함체의 상단으로 공급하는 수중펌프; 상기 흡인관로로 유입되는 악취의 유입량을 측정하고, 측정결과에 따라 상기 배출팬의 회전속도를 제어하고, 상기 물분사 함체로 상기 순환수의 공급량을 제어하는 컨트롤러로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 공기정화를 위한 바이오 필터를 구축하고, 축사로부터 유입되는 악취 용량에 따라 바이오 필터의 급수량을 조절하여 암모니아 성분을 효과적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

축사용 공기정화 시스템{AIR PURIFYING SYSTEM FOR LIVESTOCK BARN}
본 발명은 공기정화 시스템(Bio-Airwasher)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 돈사(豚舍)와 같은 축사 분뇨의 발생 용량에 대응하여 악취를 제거할 수 있는 축사용 공기정화 시스템에 관한 것이다.
근래 들어 경제발전에 따른 생활수준의 전반적인 향상에 의해 육류소비가 지속적으로 증가하고 있으며, 축산 발전에 따른 대량생산·공급이 이루어지고 있다. 축산농가에서는 생산성과 품질 향상을 위하여 자동화 시설을 통한 대량사육과 사육사의 자동화 시설을 이루고 있으며, 이러한 자동화된 축사는 가령 돈사(豚舍)의 경우 돼지 종류별 두수와 온도, 환기 및 열손실 등을 보다 체계적으로 연구된 데이터에 의한 냉, 난방과 환기 및 사료의 공급 등으로 관리되고 있다.
그러나 자동화 시설 돈사에서의 냉, 난방과 환기시스템의 데이터는 각 축산 가의 실정들 즉, 돈사의 조건, 돈사의 크기, 돈수 및 계절, 지역 등에 따른 온도변화 등을 기초하지 않고 경험적인 데이터에 의해 설계되므로 축산 농가에서 적용 시 잘 맞지 않는 문제가 있다.
따라서 각 축산 농가에서는 돈사의 자동화 시스템을 관리자가 수작업으로 해야되는 번거로움이 있고, 특히 환기시스템에서는 우리나라와 같이 온도차가 심한 사계절과 밤낮의 온도차가 큰 경우 그 관리에 더욱 어려운 문제점이 있다. 예컨대, 동절기에는 최소 입기와 배기로 최소 비용으로 난방과 환기를 이루고 하절기에는 최대 입기와 배기로 냉방과 환기를 요구하고 있다.
그러나 환기는 단순히 돈사의 개방문을 여닫는 것으로만 환기와 냉난방의 효과를 얻을 수 없고 또 한편 밀폐된 돈사 내에는 사육돼지들의 호흡과 돈분으로 발생하는 암모니아와 이산화탄소의 증가와 악취 등으로 혼탁도가 극심하여 생육 환경을 저해하는 문제가 발생한다. 이와 같이 암모니아와 이산화탄소와 악취 및 먼지등은 돈사 관리를 어렵게 하고 전염성 질환을 유발하게 되는 폐단과 함께 새끼 돼지들에게는 매우 치명적인 피해를 발생시키게 되는 것이다.
돼지의 분뇨는 특히 다른 가축에 비하여 암모니아 등의 악취물질을 많이 발생시키며 돼지의 활동과 사료로부터 먼지도 다량 발생되기 때문에 돈사내의 공기는 많이 오염되게 된다. 또한 최근에는 돈사의 창문이 없는 무창 돈사가 주류를 이루고 있어 돈사내 공기의 오염도는 심화되어지고 있다.
이를 해결하기 위해, 선행된 특허문헌에서는 돈사 내의 분진과 악취를 제거하기 위한 악취 및 분진 저감장치를 개시하고 있다. 첨부된 도 1에서와 같이, 함체 형태의 바디(10)를 구비하되 상기 바디(10)의 내부는 분진제거공간(11)과 공기흐름 완화공간(12) 및 수 개의 분진 및 악취제거공간(13)(14)(15)(16)과 배출공간(17)으로 구분하여 제작하고, 외부 공기가 유입되는 분진제거공간(11)과 공기흐름완화공간(12)은 격벽(41)으로 막아주고, 분진 및 악취제거공간(13)(14)(15)(16)과 배출공간(17)은 차단벽(42)(43)(44)(45)(46)으로 구분하여 제작하되 상기 차단벽(42)(43)(44)(45)(46)은 상측 또는 하측으로 공기 흐름이 이루어지게 한다.
상기 분진제거공간(11)에는 상측에서 흡입구(20)를 통하여 분진과 악취가 포함된 공기가 흡입되고, 흡입구(20)로 흡입된 공기는 하측의 분진제거필터(30)에서 분진이 저감되며, 상기 분진제거 필터(30)에서 분진이 저감된 공기는 격벽(41)의 상측으로 설치되는 광촉매필터(50)를 통하여 악취가 저감되면서 공기흐름완화공간(12)으로 배출된다.
따라서, 종래의 악취 저감장치는 분진 또는 악취가 발생하거나 분진 및 악취가 발생하는 장소의 분진과 악취가 포함된 공기를 흡입하여 공기의 유동과 정체 및 산란이 이루어지면서 분진제거용 필터를 통하여 분진제거가 이루어진 후 광촉매 필터 및 악취저감제로 적셔진 발 형태의 필터와 그물망 형태의 필터를 거치면서 공기 중의 분진과 악취가 저감된 채로 배출하게 되는 것이다.
그러나, 이와 같은 악취 및 분진 저감장치는 공기의 유동성을 제어하는 것으로 물리적 구조에 의한 악취 저감은 온습도 변화가 큰 현장에서의 특성을 감안하기에 그 실효성이 낮을 수밖에 없는 문제가 존재한다. 따라서, 축사의 환경, 악취 저감장치의 환경 등을 고려한 효율적 운영 시스템이 요구된다.
대한민국 등록특허 10-1938861, 등록일자 2019년 01월 09일, 발명의 명칭 '악취 및 분진 저감장치'
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 축사 환경 및 주변 온도 변화에 따라 축사분뇨에 의한 악취를 효율적으로 제거할 수 있는 축사용 공기정화 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 공기정화를 위한 바이오 필터를 구축하고, 축사로부터 유입되는 악취 용량에 따라 바이오 필터의 급수량을 조절하여 암모니아 성분을 효과적으로 저감시킬 수 있는 축사용 공기정화 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 축사용 공기정화 시스템은, 소정 형상의 함체 상단으로 축사로부터 유입되는 악취를 수용하기 위한 적어도 하나 이상의 흡입관로; 상기 함체의 상단 일측으로 설치되어 정화된 악취를 외부로 배출하기 위한 배출관로; 상기 배출관로의 전방에 설치되어 유입되는 악취량에 대응하여 공기 배출을 수행하는 배출팬; 상기 함체 내부에 설치되어 악취 가스를 제거하기 위해 미생물을 흡착시킨 바이오 필터; 상기 바이오 필터의 상단으로 설치되어 적정 용량의 수분을 공급하기 위해 다수의 홀이 균일 간격으로 타공된 물분사 함체; 상기 함체의 하부에 적재된 순환수를 상기 물분사 함체의 상단으로 공급하는 수중펌프; 상기 흡인관로로 유입되는 악취의 유입량을 측정하고, 측정결과에 따라 상기 배출팬의 회전속도를 제어하고, 상기 물분사 함체로 상기 순환수의 공급량을 제어하는 컨트롤러로 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 상기 미생물은 탈질을 수행할 수 있는 종속영양세균(heterotrophs) 속들로서, Achromobacter, Acinetobacter, Agrobacterium, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Corynebacterium, Flavobacterium, Hyphomicrobium, Moraxella, Meisseria, Paracoccus, Propionibacterium, Pseudomonas, Rhizobium, Rhodopseudomonas, Spirillum, Vibrio 중 어느 하나 이상의 균을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 바이오 필터는, 소형 구조로서, 가로 100cm, 세로 80cm, 높이 80cm의 블록구조이며, 부피는 640,000㎤ 이고, 단면적은 14,200㎤ 로서, 미생물의 생육조건에 따른 함수율은 70%인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 물분사 함체로 적재되는 순환수의 수위는 10cm 이며, 상기 물분사 함체와 상기 바이오 필터 간의 간격은 10cm 내지 15cm 이고, 상기 타공홀은 직경 5mm 내지 7mm이며, 타공홀 간의 간격은 65mm 내지 95mm인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 함체의 외부에 설치되어 외기 온도를 측정하기 위한 온도센서와, 상기 흡입관로 종단부에 설치되어 흡입 가스의 풍량을 측정하기 위한 풍량센서와, 상기 풍량센서로부터 이격 설치되어 축사 내에서 발생하는 가축분뇨의 가스를 측정하는 가스센서와, 상기 함체의 저면에 설치되어 순환수의 온도를 유지시키기 위한 히터봉과, 상기 함체 내부에 적재되는 순환수의 수위를 측정하기 위한 수위센서를 더 포함하고; 상기 컨트롤러는 상기 풍량센서로부터 검출되는 회전수를 측정하기 위한 카운터와, 상기 온도센서, 가스센서 및 수위센서로부터 측정되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 출력하는 A/D 컨버터와, 상기 수중펌프의 구동 전압을 가변시켜 펌핑 용량을 제어하기 이한 P 드라이버와, 상기 히터봉를 구동 제어하기 위한 스위칭 신호를 제공하는 H 드라이버와, 상기 배출팬의 RPM을 가변시켜 배출용량을 제어하기 위한 F 드라이버와, 유입되는 가축분뇨의 악취 가스 용량에 따라 설정된 정화량에 대응하는 수분 공급량 및 가스 배출속도 정보를 저장하는 프로그램 메모리를 더 포함하며; 상기 컨트롤러는, 상기 카운터로부터 검출되는 풍량정보와, 상기 A/D 컨버터로부터 검출되는 악취가스 정보와, 상기 수위센서로부터 검출되는 순환수 수위정보를 수신하고, 상기 프로그램 메모리로부터 페치된 프로그램에 기초하여 악취 가스의 유입용량에 대응하는 수분 공급 대비 정화량 정보에 기초하여, 수분 공급량 정보에 대응하는 상기 수중펌프의 구동을 지시하도록 상기 P 드라이버를 제어하고, 가스 배출속도 대비 상기 정화량 정보에 기초하여, 가스 배출속도에 대응하는 상기 배출팬 구동 속도를 지시하도록 상기 F 드라이버를 제어하고, 상기 온도센서로부터 검출되는 외기 온도정보에 따라 상기 함체 내부 온도를 유지하도록 상기 F 드라이버를 통해 히터봉을 구동 제어하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 가스센서는, 암모니아 가스 측정으로 위한 암모니아 측정센서, EC센서, PH센서 중 어느 하나의 센서인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 상기 풍량센서는, 유입 가스의 용량을 측정하기 위한 것으로, 프로펠러 방식에 의한 풍량을 측정하거나, 유입 가스의 압력을 측정하여 풍량을 산출하는 압력 센서인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 축사용 공기정화 시스템은, 축사 환경 및 주변 온도 변화에 따라 축사분뇨에 의한 악취를 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 있으며, 또한 공기정화를 위한 바이오 필터를 구축하고, 축사로부터 유입되는 악취 용량에 따라 바이오 필터의 급수량을 조절하여 암모니아 성분을 효과적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 악취 및 분진 저감장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 축사용 공기정화 시스템을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제어 패턴을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 컨트롤러를 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 축사용 공기정화 시스템의 실험결과를 나타낸 측정표이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 축사용 공기정화 시스템을 나타낸 사시도이다.도 3은 본 발명에 따른 축사용 공기정화 시스템의 분해 사시도이다. 먼저, 측사용 공기정화 시스템(200)은 축사 외부에 설치되어 소용량의 공기정화를 목적으로 구비되는 것으로, 축사 내부에 설치된 송풍팬에 의해 배출되는 악취를 흡입로(211)를 통해 유입시킨 후, 배출되는 악취량에 대응하여 바이오 필터의 수분 공급량 및 배출팬의 회전 수를 제어함으로써, 악취 제거의 효율성과 시스템의 운영 효용성을 높이게 된다.
도시된 바와 같이, 소정 형상의 함체(210) 상단으로 축사로부터 유입되는 악취를 수용하기 위한 적어도 하나 이상의 흡입관로(211)와, 상기 함체(210)의 상단 일측으로 설치되어 정화된 악취를 외부로 배출하기 위한 배출관로(213)와, 상기 배출관로(213)의 전방에 설치되어 유입되는 악취량에 대응하여 공기 배출을 수행하는 배출팬(215)과, 상기 함체(210) 내부에 설치되어 악취 가스를 제거하기 위해 미생물을 흡착시킨 바이오 필터(310)와, 상기 바이오 필터(310)의 상단으로 설치되어 적정 용량의 수분을 공급하기 위해 다수의 홀이 균일 간격으로 타공된 물분사 함체(313)와, 상기 함체(313)의 하부에 적재된 순환수를 상기 물분사 함체(313)의 상단으로 공급하는 수중펌프(311)와, 상기 흡인관로(211)로 유입되는 악취의 유입량을 측정하고, 측정결과에 따라 상기 배출팬(215)의 회전속도를 제어하고, 상기 물분사 함체(313)로 상기 순환수의 공급량을 제어하는 컨트롤러로 이루어진다.
본 발명에 따른 공기정화는 가축분뇨의 호기성 미생물을 활성화시켜 액비화를 유도하는 시스템으로써, 축사에서 포집된 냄새를 가진 가스를 필터에 부착된 미생물을 사용하여 이산화탄소 및 물로 전환시키는 미생물탈취법이 적용된다. 상기 미생물탈취법을 이용한 바이오필터(310)는 바이오필터 내부로 악취가 흡입되며, 소정의 수분을 분사한 담체내의 미생물을 통해 악취가 정화되고 이를 대기중으로 배출시키도록 구성된다.
상기 미생물은 종속영양세균(heterotrophic bacteria)들로 알려져 있으며, 이들 미생물은 에너지원(electron donor)으로 유기탄소를 이용하고 전자수용체(electron acceptor)로 산소 대신 질산염을 이용한다. 탈질을 수행할 수 있는 종속영양세균(heterotrophs) 속들은 Achromobacter, Acinetobacter, Agrobacterium, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Corynebacterium, Flavobacterium, Hyphomicrobium, Moraxella, Meisseria, Paracoccus, Propionibacterium, Pseudomonas, Rhizobium, Rhodopseudomonas, Spirillum, Vibrio 중 어느 하나 이상의 균이 적용된다.
한편, 전술된 미생물의 정화 용량은 도 4에서 도시한 바와 같이, 수분 공급량에 비례하여 정화량이 증가하고, 적정 이상의 수분 공급이 이루어진 후 정화량이 유지 또는 감소되는 현상이 발생한다. 이는 공급되는 수분량에 따랏 미생물의 활성도가 높아지나, 과포화상태의 수분량에 대해서는 미생물의 활성도가 증가하지 못하게 된다. 따라서, 상기 컨트롤러는 유입되는 악취 용량에 대응하여 수분 공급량을 증감시킴으로써 악취 제거의 효율을 높이게 된다.
또한, 악취를 유발하는 가스의 배출속도에 따른 정화량은 배출 속도에 비례한 후, 배출 속도가 기준치를 넘을 경우 정화 효율이 낮아짐을 알 수 있는데, 이에 상기 컨트롤러는 유입되는 악취 용량에 대응하여 상기 배출팬(215)의 회전속도를 가변시켜 정화 효율을 높이게 된다.
이와 같이 구성된 공기정화 시스템(200)은 상기 함체(210) 내부는 적정 용량의 순환수가 적재되고, 상기 설치대(321) 상으로 상기 바이오 필터(310)가 안착되며, 상기 설치대(321) 및 수중펌프(311), 바이오 필터(310) 일부는 상기 순환수에 의해 침수된다. 그리고, 상기 바이오 필터(310)는 함체(210) 내부에 밀착 고정되며, 순환수 상단 위치에 상기 배출관로(213)가 마련된다.
또한, 축사 내부에 설치된 배출 시스템의 배출 관로가 상기 흡입관로(211)에 연결되어, 축사내 악취 가스가 상기 흡인관로(211)를 통해 유입된다. 유입된 악취 가스는 상기 함체(210) 내부로 유입되어 바이오 필터(310)를 통해 배출관로(213)로 유출되는 구조이다.
본 발명에 따른 바이오 필터(310)는 소형 구조로서, 가로 100cm, 세로 80cm, 높이 80cm의 블록구조이며, 부피는 640,000㎤ 이고, 단면적은 14,200㎤ 이다. 또한, 미생물의 생육조건에 따른 함수율은 70%로 설정된다.
한편, 상기 바이오 필터(310)의 상단에는 균일하게 배열된 타공홀(317)이 마련된 물분사 함체(313)가 구비되며, 상기 수중펌프(311)의 토출관은 상기 물분사 함체(313) 상단으로 연결됨에 따라, 순환수는 수중펌프(311)에 의해 상기 물분사 함체(313)로 공급된다. 상기 물분사 함체(313)로 적재되는 순환수의 수위는 대략 10cm 정도이며, 상기 물분사 함체(313)와 바이오 필터(310) 간의 간격은 적어도 10cm 내지 15cm 가 바람직하다. 또한, 상기 타공홀(317)은 직경 5mm 내지 7mm이고 바람직하게는 6mm이며, 타공홀의 간격은 65mm 내지 95mm로서 바람직하게는 70mm 정방형 배열이다.
여기서, 상기 물분사 함체(313)와 바이오 필터(310) 간 간격이 좁을 경우 바이오 필터(310)로 분사되는 순환수가 상기 바이오 필터(310)로 균일하게 분사되지 못하게 된다. 반면, 물분사 함체(313)와 바이오 필터(310)의 간격이 15cm가 넘을 경우에는 물분사 함체(313)의 타공홀(317)을 통해 낙하되는 순환수 간의 간섭이 생겨 바이오 필터(310)로 낙하되는 순환수가 균일하게 분산되지 못하게 된다. 상기 순환수의 균일한 분산은 미생물 생육을 위한 함수율에 영향을 끼치는 것으로, 균일한 분산이 이루어지지 않을 경우 악취 가스의 제거 효율이 낮아지게 된다.
한편, 상기 함체(210)의 저면에는 순환수가 적정량 적재되어, 상기 설치대(321) 및 바이오 필터(310) 하단 일부가 침수되며, 순환수의 수중에는 수중펌프(311)가 설치된다. 수중펌프(311)에 의해 토출되는 순환수는 상기 물분사 함체(313)로 공급되고, 물분사 함체(313)의 타공홀(317)을 통해 낙하하여, 상기 바이오 필터(310) 내부로 침투된다. 이러한 수분 공급은 상기 미생물을 활성화하며, 미생물에 의해 암모니아 등의 악취 제거가 이루어진다.
또한, 상기 배출관로(213)의 종단에 마련된 배출팬(215)은 ?g입관로(211)를 통해 유입되는 악취가 바이오 필터(310)를 거친 후 배출되도록 유도하는데, 상기 컨트롤러는 흡입되는 악취 가스를 측정하여 악취 가스 측정농도에 따라 상기 배출팬(215)의 회전수를 제어하고, 상기 수중펌프(311)의 공급전압을 제어한다. 이는 도 4에서 도시한 바와 같이, 악취 가스 흡입 용량에 대응하여 적정 수준의 정화량과 정화량을 유지하기 위한 수분 공급량 및 가스 배출속도를 제시하고 있다.
따라서, 상기 컨트롤러는 현재 흡입되는 악취가스 용량을 측정하고, 측정 결과에 기초하여 적정한 정화량을 인지한 후, 이에 대응하는 수분 공급량을 산출한다. 또한, 수분 공급량에 대응하도록 상기 수중펌프(311)의 구동 전압을 설정하며, 적정 정화량에 대응하는 가스 배출속도를 산출한다. 그리고, 가스 배출속도에 비례하여 상기 배출팬(215)의 회전속도를 제어한다.
결국, 흡입되는 악취 가스의 용량에 따라 바이오 필터(310)를 거쳐 배출되는 공기량을 조절하여 미생물에 의한 악취 제거 효율을 높이게 되며, 또한 유입되는 악취 가스 용량에 따라 미생물의 생육의 활성도를 조절함으로써, 시스템의 안정성을 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 공기정화 시스템(200)은 계절에 관계없이 가동되어야 하기 때문에, 상기 함체(210)의 내부의 온도 유지 및 순환수의 온도 유지가 필요하다. 따라서, 상기 함체(210)의 외부로 온도센서가 장착되고, 함체(210)의 내부 저면으로 열선을 배치하며, 적정 용량의 순환수가 적재되도록 수위센서가 설치된다.
또한 전술된 바와 같이, 상기 흡입관로(211) 단부에는 흡입되는 악취 가스의 용량을 측정하기 위한 풍량센서 및 암모니아 가스 측정으로 위한 암모니아 측정센서, EC센서, PH센서 중 어느 하나의 센서가 사용된다. 이와 같은 센서 기반의 공기정화 시스템을 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 5는 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 컨트롤러를 설명하기 위한 구성도이다. 도시한 바와 같이, 상기 함체(210)의 외부에 설치되어 외기 온도를 측정하기 위한 온도센서(509)와, 상기 흡입관로(211) 종단부에 설치되어 흡입 가스의 풍량을 측정하기 위한 풍량센서(501)와, 상기 풍량센서(501)로부터 이격 설치되어 축사 내에서 발생하는 가축분뇨의 가스를 측정하는 가스센서(503)와, 상기 함체(210)의 저면에 설치되어 순환수의 온도를 유지시키기 위한 히터봉(505)과, 상기 함체(210) 내부에 적재되는 순환수의 수위를 측정하기 위한 수위센서(507)를 더 포함한다.
또한, 상기 컨트롤러는 상기 풍량센서(501)로부터 검출되는 회전수를 측정하기 위한 카운터(527)와, 상기 온도센서(509), 가스센서(503) 및 수위센서(507)로부터 측정되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 출력하는 A/D 컨버터(525)와, 상기 수중펌프(311)의 구동 전압을 가변시켜 펌핑 용량을 제어하기 이한 P 드라이버(524)와, 상기 히터봉(505)를 구동 제어하기 위한 스위칭 신호를 제공하는 H 드라이버(523)와, 상기 배출팬(215)의 RPM을 가변시켜 배출용량을 제어하기 위한 F 드라이버(522)와, 유입되는 가축분뇨의 악취 가스 용량에 따라 설정된 정화량에 대응하는 수분 공급량 및 가스 배출속도 정보를 저장하는 프로그램 메모리(521)와, 상기 카운터(527)로부터 검출되는 풍량정보와, 상기 A/D 컨버터(525)로부터 검출되는 악취가스 정보와, 상기 수위센서(507)로부터 검출되는 순환수 수위정보를 수신하고, 상기 프로그램 메모리(521)로부터 페치된 프로그램에 기초하여 악취 가스의 유입용량에 대응하는 수분 공급 대비 정화량 정보에 기초하여, 수분 공급량 정보에 대응하는 상기 수중펌프(311)의 구동을 지시하도록 상기 P 드라이버(524)를 제어하고, 가스 배출속도 대비 상기 정화량 정보에 기초하여, 가스 배출속도에 대응하는 상기 배출팬(215) 구동 속도를 지시하도록 상기 F 드라이버(522)를 제어하고, 상기 온도센서(509)로부터 검출되는 외기 온도정보에 따라 상기 함체(210) 내부 온도를 유지하도록 상기 F 드라이버(522)를 통해 히터봉(505)을 구동 제어하는 제어부(520)로 이루어진다.
상기 풍량센서(501)는 유입 가스의 용량을 측정하기 위한 것으로, 프로펠러 방식에 의한 풍량을 측정하거나, 유입 가스의 압력을 측정하여 풍량을 산출하는 압력 센서 등이 적용될 수 있을 것이다. 상기 풍량센서(501)는 적어도 하나 이상의 흡입관로(211) 종단에 각 설치되며, 풍량센서(501)가 둘 이상인 경우에는 각 풍량센서(501)의 검출 값에 대한 평균을 산출하여 적용한다. 상기 가스센서(503)는 전술한 바와 같이, 암모니아 측정센서, EC센서, PH센서 중 어느 하나의 센서가 사용된다.
한편, 상기 제어부(520)는 유입되는 악취 가스의 흡입 용량을 산출하고, 산출 결과에 대응하는 정화량을 추적해야 한다. 이를 위해, 상기 제어부(520)는 (흡입관로(211)의 단면적(A)) * (풍량센서(501)의 측정값(B))을 산출한 풍량(T) 값을 도출하고, 상기 가스센서(503)의 검출값(G)을 토대로 악취가스의 농도를 산출한다. 이는 (검출값(G)) / (풍량(T))로서 악취 가스에 대한 악취농도(M)을 도출한다.
상기 제어부(520)는 악취농도(M)를 제거하기 위한 바이오 필터(310)의 처리용량 즉, 정화량을 판단하는데, 이는 상기 프로그램 메모리(521)에 등록된 정화량 데이터를 기반으로 현재의 악취농도(M)에 대한 정화량 정보를 페치한다. 상기 정화량 정보는 바이오 필터(310)의 표면적과 미생물의 종류에 따라 상이할 수 있으나, 본 발명에서 적용되는 바이오 필터(310)의 용량 및 미생물을 토대로 정화량 정보가 등록된다.
따라서, 상기 제어부(520)는 현재 유입되는 악취농도(M)에 대응하는 바이오 필터(310)의 정화량 정보를 추출하고, 정화량 정보에 대응하는 수분 공급량 및 가스 배출속도를 산출한다. 이후, 상기 제어부(520)는 결정된 수분 공급량 정보에 기초하여 상기 P 드라이버(524)를 기동함으로써, 수중펌프(311)를 통해 순환수가 바이오 필터(310)로 적정량 공급되도록 제어한다. 상기 수중펌프(311)는 P 드라이버(524)의 제어신호에 응답하여 설정된 용량의 순환수를 상기 물분사 함체(313)로 공급하며, 물분사 함체(313) 저면에 마련된 다수개의 타공홀을 통해 바이오 필터(310)로 공급된다.
또한, 상기 제어부(520)는 결정된 가스 배출속도 정보에 기초하여, 상기 F 드라이버(522)를 기동하며, 이로부터 상기 배출팬(215)은 요구되는 RPM을 기반으로 배출팬(215)이 기동한다.
이와 같이, 상기 제어부(520)는 유입되는 악취농도(M)에 비례하여 순환수를 바이오 필터(310)로 공급하고, 악취가스가 바이오 필터(310)로 유입되도록 배출팬(215)을 운영 제어함으로써, 악취가스의 바이오 처리가 효율적으로 이루어진다. 또한, 상기 제어부(520)는 온도센서(509)의 측정값에 따라 상기 히터봉(505)을 제어하도록 상기 A/D 컨버터(525) 및 H 드라이버(523)를 제어함으로써, 함체(210) 내부의 온도가 유지되도록 한다.
도 6은 본 발명에서 적용되는 에어워셔 구조 즉, 바이오 필터(310)로 균일하게 분포되도록 순환수를 낙수하는 필터에 대한 악취 저감 측정 결과이다. 본 실험은 '국립경남과학시술대학교'에서 실험한 것으로, 악취가스에 대한 측정결과이다. 실험은 총 4회씩 이루어졌으며 인지되는 바와 같이, 암모니아는 바이오 필터(310)를 통과하기 전 8.5ppm, 9.5ppm, 7.2ppm, 8.6ppm이 측정되었으나, 에어워셔를 통과한 후에는 모두 0ppm으로 측정되었다.
이외의, 황화수소, 트리메틸아민, 복합악취가 에어워셔를 통과한 후, 모두 0ppm으로 제거되었으며,, 체감악취 또한 2~3 단계에서 모두 1단계로 저감됨을 확인할 수 있다.
결국, 본 발명에서는 바이오 필터(310)를 이용한 악취 저감 시스템은 에어워셔 구조로 구현하고, 바이오 필터(310)에 흡착된 미생물의 생육환경을 제어함으로써, 악취가스에 대한 제거를 효율적으로 수행할 수 있어 소규모 축사 운영 시에 설치 및 활용성을 높이고 악취 제거의 효율성을 향상시킨다.
200 : 공기정화 시스템 210 : 함체
211 : 흡입관로 213 : 배출관로
215 : 배출팬 310 : 바이오 필터
311 : 수중펌프 313 : 물분사 함체
315 : 커버 317 : 타공홀
501 : 풍량센서 503 : 가스센서
507 : 수위센서 509 : 온도센서
520 : 제어부 521 : 프로그램 메모리
522 : F 드라이버 523 : H 드라이버
524 : P 드라이버 525 : A/D 컨버터
527 : 카운터

Claims (7)

  1. 바이오 필터를 이용한 축사용 공기정화 시스템에 있어서,
    소정 형상의 함체(210) 상단으로 축사로부터 유입되는 악취를 수용하기 위한 적어도 하나 이상의 흡입관로(211);
    상기 함체(210)의 상단 일측으로 설치되어 정화된 악취를 외부로 배출하기 위한 배출관로(213);
    상기 배출관로(213)의 전방에 설치되어 유입되는 악취량에 대응하여 공기 배출을 수행하는 배출팬(215);
    상기 함체(210) 내부에 설치되어 악취 가스를 제거하기 위해 미생물을 흡착시킨 바이오 필터(310);
    상기 바이오 필터(310)의 상단으로 설치되어 적정 용량의 수분을 공급하기 위해 다수의 홀이 균일 간격으로 타공된 물분사 함체(313);
    상기 함체(313)의 하부에 적재된 순환수를 상기 물분사 함체(313)의 상단으로 공급하는 수중펌프(311);
    상기 흡인관로(211)로 유입되는 악취의 유입량을 측정하고, 측정결과에 따라 상기 배출팬(215)의 회전속도를 제어하고, 상기 물분사 함체(313)로 상기 순환수의 공급량을 제어하는 컨트롤러로 이루어진 것을 특징으로 하는 축사용 공기정화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미생물은 탈질을 수행할 수 있는 종속영양세균(heterotrophs) 속들로서, Achromobacter, Acinetobacter, Agrobacterium, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Corynebacterium, Flavobacterium, Hyphomicrobium, Moraxella, Meisseria, Paracoccus, Propionibacterium, Pseudomonas, Rhizobium, Rhodopseudomonas, Spirillum, Vibrio 중 어느 하나 이상의 균을 포함하는 것을 특징으로 하는 축사용 공기정화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오 필터(310)는 소형 구조로서, 가로 100cm, 세로 80cm, 높이 80cm의 블록구조이며, 부피는 640,000㎤ 이고, 단면적은 14,200㎤ 로서, 미생물의 생육조건에 따른 함수율은 70%인 것을 특징으로 하는 축사용 공기정화 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 물분사 함체(313)로 적재되는 순환수의 수위는 10cm 이며, 상기 물분사 함체(313)와 상기 바이오 필터(310) 간의 간격은 10cm 내지 15cm 이고, 상기 타공홀(317)은 직경 5mm 내지 7mm이며, 타공홀 간의 간격은 65mm 내지 95mm인 것을 특징으로 하는 축사용 공기정화 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 함체(210)의 외부에 설치되어 외기 온도를 측정하기 위한 온도센서(509)와, 상기 흡입관로(211) 종단부에 설치되어 흡입 가스의 풍량을 측정하기 위한 풍량센서(501)와, 상기 풍량센서(501)로부터 이격 설치되어 축사 내에서 발생하는 가축분뇨의 가스를 측정하는 가스센서(503)와, 상기 함체(210)의 저면에 설치되어 순환수의 온도를 유지시키기 위한 히터봉(505)와, 상기 함체(210) 내부에 적재되는 순환수의 수위를 측정하기 위한 수위센서(507)를 더 포함하고;
    상기 컨트롤러는 상기 풍량센서(501)로부터 검출되는 회전수를 측정하기 위한 카운터(527)와, 상기 온도센서(509), 가스센서(503) 및 수위센서(507)로부터 측정되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 출력하는 A/D 컨버터(525)와, 상기 수중펌프(311)의 구동 전압을 가변시켜 펌핑 용량을 제어하기 이한 P 드라이버(524)와, 상기 히터봉(505)를 구동 제어하기 위한 스위칭 신호를 제공하는 H 드라이버(523)와, 상기 배출팬(215)의 RPM을 가변시켜 배출용량을 제어하기 위한 F 드라이버(522)와, 유입되는 가축분뇨의 악취 가스 용량에 따라 설정된 정화량에 대응하는 수분 공급량 및 가스 배출속도 정보를 저장하는 프로그램 메모리(521)를 더 포함하며;
    상기 컨트롤러는, 상기 카운터(527)로부터 검출되는 풍량정보와, 상기 A/D 컨버터(525)로부터 검출되는 악취가스 정보와, 상기 수위센서(507)로부터 검출되는 순환수 수위정보를 수신하고, 상기 프로그램 메모리(521)로부터 페치된 프로그램에 기초하여 악취 가스의 유입용량에 대응하는 수분 공급 대비 정화량 정보에 기초하여, 수분 공급량 정보에 대응하는 상기 수중펌프(311)의 구동을 지시하도록 상기 P 드라이버(524)를 제어하고, 가스 배출속도 대비 상기 정화량 정보에 기초하여, 가스 배출속도에 대응하는 상기 배출팬(215) 구동 속도를 지시하도록 상기 F 드라이버(522)를 제어하고, 상기 온도센서(509)로부터 검출되는 외기 온도정보에 따라 상기 함체(210) 내부 온도를 유지하도록 상기 F 드라이버(522)를 통해 히터봉(505)을 구동 제어하는 제어부(520)로 이루어진 것을 특징으로 하는 축사용 공기정화 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스센서(503)는, 암모니아 가스 측정으로 위한 암모니아 측정센서, EC센서, PH센서 중 어느 하나의 센서인 것을 특징으로 하는 축사용 공기정화 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 풍량센서(501)는 유입 가스의 용량을 측정하기 위한 것으로, 프로펠러 방식에 의한 풍량을 측정하거나, 유입 가스의 압력을 측정하여 풍량을 산출하는 압력 센서인 것을 특징으로 하는 축사용 공기정화 시스템.
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