KR100514765B1

KR100514765B1 - 악취 처리 장치

Info

Publication number: KR100514765B1
Application number: KR10-2002-0030119A
Authority: KR
Inventors: 윤명수; 이현재; 오재원; 이상복; 허노준
Original assignee: 주식회사 엔바이온
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2005-09-14
Also published as: KR20030092460A

Abstract

본 발명은 하수처리장, 오수처리장, 폐수처리장 그리고 분뇨처리장등 종말처리장에서 배출되는 소화가스 중의 황화수소, 메르캅탄류, 암모니아 및 아민류 등의 악취 성분을 흡수하여 가스 중에서 분리 한 후 분리된 악취성분을 다시 탈기시켜 후단의 악취 제거 설비에 의해 무취의 가스로 제거하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 소화가스 중의 메탄 농도는 변동이 없게 하면서 황화수소, 메르캅탄류, 암모니아 및 아민류 등의 악취 성분만 선택적으로 처리하여 소화가스를 보일러용 보조연료로 사용하는데 지장이 없도록 하였으며, 가스 중의 악취성분을 선택적으로 제거하므로써 장비의 부식을 예방하여 장비의 수명을 연장하며, 연소시 보일러 주변에서 나는 악취를 원천적으로 방지하며, 연소 가스 중의 이산화황의 농도를 낮출 수 있도록 함에 있다.

본 고안의 구성은 소화가스 중의 악취성분을 분리하기 위한 흡수탑(Absorption Tower, 100), 분리된 악취성분을 다시 탈기시키기 위한 탈기탑(Stripping Tower, 200) 그리고 후단 악취제거 설비인 탈취기(300)의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

악취 처리 장치{The system for treating odorous compounds}

본 발명의 목적은 소화가스 중의 메탄 농도는 변동이 없게 하면서 황화수소, 메르캅탄류, 암모니아 및 아민류 등의 악취 성분만 선택적으로 처리하여 소화가스를 보일러용 보조연료로 사용하는데 지장이 없도록 하며, 가스 중의 악취성분을 선택적으로 제거하므로 장비의 부식을 예방하여 장비의 수명을 연장하고, 연소시 보일러 주변에서 나는 악취를 원천적으로 방지하며, 연소 가스 중의 이산화황의 농도를 낮추는 것을 목적으로 하고 있다.

소화가스 중의 악취성분을 처리하는 종래의 기술로 대표적인 것이 흡착탑이 있다. 흡착탑을 적용한 기술이 도 2에 있다. 소화조에서 배출되는 소화가스를 1개 또는 2개의 흡착탑(400)으로 구성된 탈황탑에 통과시켜 소화가스 중의 황화수소를 제거하고 메탄 가스를 소화가스 저장탱크(502)에 저장하기 위한 시스템이다. 흡착제(401)는 주로 활성탄 또는 산화철을 충진하며, 일정기간이 경과하면 흡착제(401)가 포화되어 파과점에 도달하게 된다. 파과점에 도달한 흡착제(401)는 더 이상 황화수소를 제거하지 못하므로 교체해 주어야 한다. 통상적으로 파과점에 도달하는 기간이 약 10일 정도 되도록 흡착제(401)량을 충진한다.

소화조에서 배출되는 소화가스 중의 황화수소 농도가 약3,000ppm정도로 매우 높아 흡착제(401)의 사용량이 많이 필요하여 유지관리 비용이 많이 소요되며, 교체시 고농도로 흡착되어 있던 황화수소가 다시 탈착 되면서 작업자의 건강에 해로운 영향을 끼친다.

소화가스를 처리할 수 있는 다른 기술로는 액상촉매와 바이오필터법이 있다. 액상촉매는 흡수탑에서 황화수소와 악취가스를 흡수한 후 순환액 중의 철-킬레이트의 액상촉매, 대표적인 물질이 철-EDTA(한국특허 제 1996-0002518) 화합물의 촉매 작용으로 산화시키는 시스템이다. 액상촉매법에서는 처리 가스 중의 산소농도가 높으면 액상촉매의 산화-환원이 가능하나, 소화가스 같이 가스 중의 산소가 없는 경우에는 액상촉매의 산화-환원이 이루어지지 않는다. 따라서 가스 중에 산소 또는 공기를 공급해 주어야 한다. 그러나 산소나 공기를 주입하게 되면 소화가스 중의 메탄 함량이 줄어들어 보조연료로서 가치를 상실하게 되는 문제점을 가지고 있다. 바이오필터를 이용한 황화수소의 제거 방법은 미생물을 이용하여 황화수소를 생물학적으로 분해시키는 방법이다. 미생물을 이용하여 황화수소를 제거하는 반응은 호기적 조건에서 산소를 이용하여 황화수소를 분해하여 산화시키며 생성물은 황원소와 황산염으로 분해한다. 소화가스를 바이오필터 단독으로 적용시에는 소화가스 중의 산소가 거의 없으므로 외부에서 공기를 불어 넣어 주어야 한다. 이럴 경우 황화수소와 악취의 처리는 가능하나 소화가스의 메탄농도가 희석되어 보조연료로서의 가치를 상실하게 된다.

따라서 본 발명에서는 소화조에서 배출되는 소화가스 중에서 황화수소, 메르탑탄류의 황계 악취와 암모니아, 아민류의 질소계 악취를 메탄과의 용해도차를 이용하여 선택적으로 분리하여 보조연료로 사용되는 메탄의 농도를 유지하도록 시스템을 구성하여 메탄을 보조연료로 사용하는데 저해되지 않으면서 황화수소와 악취가스를 처리하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡수탑(100)과 탈기탑(200) 그리고 탈취기(300)로 구성된 시스템 또는 흡수탑(100)과 탈취기(300)으로 시스템을 구성한다.

흡수탑(100)의 구성은 소화가스 중의 황화수소와 흡수액의 접촉을 향상시켜 액체 계면속으로 물질전달이 원활하게 이루어지도록 하는 반응탑(101), 흡수액을 탈기탑(200)으로 분무할 수 있는 순환펌프(102)로 구성된다.

흡수탑(100) 중 대표적으로 사용되는 충전형 흡수탑의 예를 설명하면 흡수탑의 상부에는 흡수액을 균등하게 분무할 수 있는 분무노즐(103)이 설치되며, 중간층에 기체와 액체의 접촉효율을 증진 시기키 위한 충진재(104)를 충진하는 반응탑(101), 하부에는 황화수소와 악취가스를 흡수한 흡수액을 저장할 수 있는 저장탱크(105), 그리고 황화수소와 악취가스를 흡수한 흡수액을 탈기탑(200)으로 분무하는 흡수액 순환펌프(102)로 구성된다.

흡수액은 주로 물을 사용하며, 흡수효율을 높이기 위해 EDTA와 같은 킬레이트 화합물을 소량 첨가하기도 한다.

흡수탑(100)로 적용이 가능한 방식으로는 충전형(Packed tower), 분무형(Spray type), 타공판형(Perpolated plate type), 충돌형(Impingement type), 포기형(Bubble type), 벤튜리형(ventury type)이 있으며, 이들의 조합형도 가능하다.

탈기탑(200)의 구성은 기 · 액접촉을 하는 탈기반응탑(201), 황화수소와 악취가스를 탈기탑 내부로 균등하게 분무할 수 있는 탈기액 분무노즐(203), 황화수소와 악취가스가 탈기된 흡수액을 저장하는하는 탈기액 저장탱크(205), 탈기액을 흡수탑(100)로 분무할 수 있는 탈기액 순환펌프(202), 탈기탑 내부로 공기 또는 산소를 공급할 수 있는 탈기용 블로워(206)로 구성된다. 탈기 반응탑(201)은 기 · 액접촉을 원활하게 하기 위해 충진재(204)를 사용하기도 한다. 탈기탑(200) 내부로 공기 또는 산소를 공급해 주는 방식은 황화수소가 탈기된 흡수액 내부에서 포기하면서 공급하는 방식과 탈기탑(200) 하부로 공급해 주는 방식이 가능하며, 이들은 조합하여 사용할 수도 있다.

탈기탑(200)으로 적용이 가능한 방식으로는 충전형(Packed tower), 분무형(Spray type), 타공판형(Perpolated plate type), 충돌형(Impingement type), 포기형(Bubble type), 벤튜리형(ventury type)이 있으며, 이들의 조합형도 가능하다.

탈취기의 구성은 미생물을 이용하여 처리하는 바이오필터, 철촉매를 이용하여 처리하는 액상촉매가 가능하다. 바이오필터의 경우를 예를 들면, 미생물이 고정화 되어 있는 담체(304)를 충진한 미생물 반응탑(301)이 있고 상부에는 순환수를 분무할 수 있는 분무노즐(303)이 있으며, 순환수를 분무하기 위한 순환펌프(302), 그리고 순환수저장탱크(305)로 대표적을 구성된다. 탈기탑(200)에서 탈기된 황화수소와 악취가스는 미생물이 고정화되어 있는 반응탑(301)을 통과하면서 미생물 담체(304)의 생물막으로 흡수되어 미생물의 대사활동에 이용되면서 무해한 원소황, 황산염, 이산화탄소, 물 등으로 분해된다.

실시예

실시예1

실시예1은 기존에 설치되어 있는 탈황탑의 적용예이다(도2). 황화수소를 포함하는 소화가스의 처리 풍량은 1.7 m³/min이고, 흡착제(401)의 재질은 산화철이며, 산화철의 충진량은 4m³씩 2개의 반응탑에 충진된다. 충진 후 15일간 처리효율을 관찰하였다. 도4에 산화철이 충진된 탈황탑에서의 황화수소의 유 · 출입농도 및 처리효율을 나타내는 그래프가 있다. 그래프에서 보면 약 7일이 경과하면서 황화수소가 서서히 배출되기 사작하다가 13일이 되면 유입되는 농도가 그대로 배출되는 파과점에 도달하게 된다.

실시예2

실시예2는 흡수탑(100)과 탈기탑(200) 그리고 탈취기(300)로 바이오필터를 조합하여 적용한 실시예이다(도1): 흡수탑과 탈기탑의 충진재는 HDPE(High Density Poly ethylene) 재질의 것을 사용하였으며, 크기는 2∼3cm의 것을 사용하였다. 충진량은 각각 8ℓ이었고, 처리되는 소화가스의 유량은 4ℓ/min이었으며, 탈기용으로 사용되는 탈기용 공기의 유량은 30ℓ/min으로 실험하였다. 도 5에 황화수소의 농도와 제거효율을 나타내었다. 약 15일간 운전한 결과 소화가스의 황화수소 제거효율이 99%이상 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 도 6에는 실험기간 중 메탄의 농도변화를 나타내는 그래프이다. 적용기간 동안 메탄의 입구 농도 보다 출구 농도가 약간 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 소화가스중에 약 25% 정도 포함되어 있는 이산화탄소 중 일부가 같이 처리되어 메탄의 순도를 향상시킬 수 있는 것으로 파악되었다.

실시예3

실시예3은 흡수탑(100)과 탈취기(300)로 바이오필터를 조합하여 운전한 실시예이다(도 3). 먼저 흡수탑(100)에서 흡수한 황화수소를 탈기 과정을 거치지 않고 바이오필터로 분무하여 바이오필터의 미생물을 이용하여 직접 처리한 결과이다. 실험 조건은 실시예2에서 탈기탑(200)을 제외한 나머지 조건은 같으며, 탈기용 블로워를 바이오필터에 설치하여 공기를 불어 놓어 산고 공급이 원활하게 이루어지도록 하였다. 15일간의 운전결과에서도 흡수탑에서의 황화수소 제거효율은 99% 이상 실현하였으며, 바이오필터에서 배출되는 황화수소의 농도도 실시예 2와 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

본 발명의 또다른 적용처로는 쓰레기 매립장의 매립가스(LFG, Land Fill Gas)에 적용할 수 있다. 매립지의 쓰레기는 혐기적 상태에서 분해된다. 매립 후 장기간 시간이 지나면 메탄가스가 발생하게 된다. 발생된 메탄가스는 주로 연료로 사용된다. 이때 본 발명은 흡수탑을 사용함으로써, 종래의 탈황탑에서와 같이 고가의 흡착제를 교환해 주어야 할 필요가 없으므로 유지 관리 비용을 절감할 수 있고, 메탄 농도를 희석시키기 않은 채 악취가스만 선택적으로 처리할 수 있는 악취 제거 장치를 제공할 수 있다.

도1은 흡수탑, 탈기탑, 탈취기로 구성된 악취처리 시스템 개략도

도2는 기존에 사용하던 흡착제를 충진한 탈황탑 시스템 개략도

도3은 흡수탑과 탈취기로 구성된 악취처리 시스템 개략도

도4는 기존의 탈황탑 운전결과 그래프

도5는 흡수탑에서의 황화수소 유입,유출 그리고 제거효율 그래프

도6은 흡수탑에서의 메탄의 유입,유출 그리고 제거효율 그래프

도7은 바이오필터에서의 황화수소 유입,유출 그리고 제거효율 그래프

〈도면 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 흡수탑 101 : 흡수반응탑 102 : 흡수액 순환펌프

103 : 흡수액 분무노즐 104 : 흡수탑충진재 105 : 흡수액 저장탱크

200 : 탈기탑 201 : 탈기반응탑 202 : 탈기액 순환펌프

203 : 탈기액 분무노즐 204 : 탈기탑충진재 205 : 탈기액 저장탱크

206 : 탈기용 블로워

300 : 탈취기 301 : 미생물반응탑 302 : 순환수 순환펌프

303 : 순환수 분무노즐 304 : 미생물 담체 305 : 순환수 저장탱크

306 : 스택 307 : 블로워

400 : 흡착탑 401 : 흡착제 402 : 점검용 맨홀

501 : 소화조 502 : 소화가스 저장탱크 503 : 보일러

Claims

황화수소를 포함하는 소화가스 중의 악취 처리 장치에 있어서,

흡수액 및 상기 흡수액과 상기 황화수소를 접촉시키는 반응탑(101)을 포함하여, 메탄의 농도를 희석시키기 않으면서 황화수소를 분리하기 위한 흡수탑(100);

상기 흡수탑(100)에서 흡수된 황화수소를 다시 탈기시키기 위한 탈기탑(200); 및

상기 탈기된 황화수소를 제거하기 위한 탈취기(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 처리 장치.
제1항에 있어서,

흡수탑과 탈기탑은 각각 충전형(Packed tower), 분무형(Spray type), 타공판형(Perpolated plate type), 충돌형(Impingement type), 포기형(Bubble type) 및 벤튜리형(ventury type)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나의 것임을 특징으로 하는 악취 처리 장치.
황화수소를 포함하는 소화가스 중의 악취 처리 장치에 있어서,

흡수액 및 상기 흡수액과 상기 황화수소를 접촉시키는 반응탑(101)을 포함하여, 메탄의 농도를 희석시키기 않으면서 황화수소를 분리하기 위한 흡수탑(100); 및

상기 흡수탑(100)에서 흡수된 황화수소를 다시 탈기시키기 위한 탈기탑(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 처리 장치.
제3항에 있어서,

상기 흡수탑의 형식은 충전형(Packed tower), 분무형(Spray type), 타공판형(Perpolated plate type), 충돌형(Impingement type), 포기형(Bubble type) 및 벤튜리형(ventury type)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 것임을 특징으로 하는 악취 처리 장치.
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