KR101929396B1 - 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업현장 및 환경처리시설에서 발생하는 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치는, 피처리물질이 유입되는 하우징; 상기 하우징의 하부에 위치하는 피처리물질 유입부; 상기 하우징 내에서 상기 피처리물질 유입부의 상부에 위치하고 소정의 간격으로 이격되는 다수의 유입 개구에 의해 상기 피처리물질 유입부와 연통되고, 상기 유입 개구의 상부에 물이 분사되는 다수의 제1 분사노즐이 설치되는 분사노즐 설치부; 상기 분사노즐 설치부와 이격 설치되고 상기 피처리 물질이 통과되면서 용해성 유해성분을 제거하는 친수성의 제1 필터부; 상기 제1 필터부와 이격설치되고, 상기 피처리 물질이 통과되면서 불용해성 유해성분을 제거하는 소수성의 제2 필터부; 상기 제2 필터부와 이격설치되고, 상기 피처리 물질이 통과되어 수분 및 잔여 유해물질을 제거하는 제3 필터부; 상기 하우징의 단부와 연결되어, 상기 하우징의 내부를 송풍하는 송풍기; 를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 피처리물질 유입부와 분사노즐 설치부가 유입 개구로 연결되고, 분사노즐 설치부에서 분사노즐이 설치됨으로써, 피처리물질에 포함된 용해성 유해물질을 더욱 잘 제거할 수 있으면서 송풍기의 송풍압을 줄여 에너지 비용을 절감할 수 있는 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치를 제공할 수 있다.

Description

피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치 {Apparatus for removing harmful material in material to be treated}

본 발명은 산업현장 및 환경처리시설에서 발생하는 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치에 관한 것이다.

인체 건강이나 환경에 악영향을 미치는 유해물질들은 오,폐수 처리시설, 분뇨처리시설, 음식물 폐기물 처리시설, 식품가공공장, 퇴비화공장, 석유화학공장, 타이어 공장, 도료제조공장, 도장공장 등 대다수의 산업현장 및 환경처리시설에서 발생한다.

일반적인 유해물질로는 암모니아(NH₃), 메틸메르캅탄(MM), 황화수소(H₂S), 황화메틸(DMS), 이황화메틸(DMDS), 트리메틸아민(TMA), 아세트알데히드, 스틸렌 등의 악취를 발생시키는 물질과, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 디클로로벤젠, 디클로로메탄 등 대기 중의 오존층을 파괴하거나 인체에 유해한 휘발성 유기물질(VOCs) 등을 들 수 있다. 이러한 유해물질들은 국가적 차원에서 배출이 강력히 규제되고 있으며, 규제대상 물질도 점차 확대되고 있다.

종래에는 유해물질을 제거하기 위한 방법으로서 습식세정탑(Wet Scrubber), 활성탄 흡착탑(Activated Carbon Adsorption Tower), 소각법(Incineration) 등 물리화학적 방법이 주로 사용되어 왔으나, 높은 운전비용, 제거효율 저하, 충진제 교체 및 2차 오염원 배출 등의 문제점이 발생하였다.

도 1은 종래의 유해물질 제거 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

하우징(2) 내에는 세척수 담수부(3), 제1 내지 제3 필터부(10, 20, 30)가 차례로 위치하고, 하우징(2)의 단부는 송풍기(72)와 연결되어 있다. 세척수 저장조(50)는 이송파이프(53a)를 통해 세척수 담수부(3)와 연결된다. 세척수 저장조(50)는 알칼리용액 저장조(60)로부터 알칼리용액을 공급받을 수 있다.

피처리 물질은 유입 파이프(4)를 통해 세척수 담수부(3)로 유입되고, 피처리 물질에 포함된 용해성 유해성분은 세척수(40)에 흡수되도록 한다. 이와 같이 피처리물질 내에 존재하는 용해성 유해성분은 1차적으로 세척수(40)에 흡수되어 제거된다.

세척수는 이송파이프(53b, 53c)를 통해 하우징(2) 내로 공급되고, 살수노즐(55)을 통해 분사된다. 분사된 세척수는 제2 필터부(20), 제1 필터부(10) 및 세척수 담수부(3)를 거쳐 이송파이프(53a)를 통해 다시 세척수 저장조(50)로 돌아온다.

피처리 물질은 송풍기(72)에 의해 제공되는 압력에 의해 세척수 담수부(3)에서 제1 내지 제3 필터부(10, 20, 30)를 차례로 거치게 되고, 피처리 물질에 포함된 유해 물질은 제1 내지 제3 필터부(10, 20, 30)에 의해 추가로 흡착될 수 있다.

제1 내지 제3 필터부(10, 20, 30)에 흡착된 유해 물질은 바이오필터에 존재하는 미생물에 의해 분해될 수 있다.

그러나, 도 1에 도시된 유해물질 제거 장치에서는, 피처리물질이 처음에 세척수(40)로 유입되어, 용해성 유해물질이 제거된 후 제1 내지 제3 필터부(10, 20, 30)를 차례로 통과되도록 하기 위해 송풍기(72)로부터 매우 높은 음압이 제공되어야 하는 문제가 있다. 또한, 송풍기(72)가 고장 날 경우, 피처리 물질이 유입 파이프(4)를 통해 역류될 가능성이 있다.

또한, 피처리 물질에 포함된 용해성 유해 가스는 세척수(40)와의 접촉 면적이 넓을수록 잘 제거되는데, 피처리 물질과 세척수(40)와의 접촉 면적이 제한적이어서 용해서 유해가스가 제거되는데 한계가 있다는 문제가 있다.

한편, 제3 필터부(30)는 제1 및 제2 필터부(10, 20)에 부가하여 수분과 미량의 유해물질을 최종적으로 제거하기 위해 사용된다. 제3 필터부(30)에는 폴리우레탄 메트릭스층의 구멍 안에 흡착제로서 활성탄이 채워지는데, 이러한 활성탄으로 인해 제3 필터부(30)의 통기성이 낮아져 제3 필터부(30)의 하단에 위치하는 살수노즐(55)로부터 비산되는 물방울이 제3 필터부(30)의 표면에 부착되어 수막을 형성하는 문제가 있었다.

제3 필터부(30)의 표면에 수막이 형성되면, 압력손실로 인해 송풍기(72)의 송풍압이 제1 내지 제3 필터부(10, 20, 30)로 잘 전달되지 않게 되고, 그로 인해 유해물질 제거 효율이 낮아지는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0971512호

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 피처리물질에 포함된 용해성 유해물질을 더욱 잘 제거할 수 있으면서 송풍기의 송풍압을 줄여 에너지 비용을 절감할 수 있는 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치는, 피처리물질이 유입되는 하우징; 상기 하우징의 하부에 위치하는 피처리물질 유입부; 상기 하우징 내에서 상기 피처리물질 유입부의 상부에 위치하고 소정의 간격으로 이격되는 다수의 유입 개구에 의해 상기 피처리물질 유입부와 연통되고, 상기 유입 개구의 상부에 물이 분사되는 다수의 제1 분사노즐이 설치되는 분사노즐 설치부; 상기 분사노즐 설치부와 이격 설치되고 상기 피처리 물질이 통과되면서 용해성 유해성분을 제거하는 친수성의 제1 필터부; 상기 제1 필터부와 이격설치되고, 상기 피처리 물질이 통과되면서 불용해성 유해성분을 제거하는 소수성의 제2 필터부; 상기 제2 필터부와 이격설치되고, 상기 피처리 물질이 통과되어 수분 및 잔여 유해물질을 제거하는 제3 필터부; 상기 하우징의 단부와 연결되어, 상기 하우징의 내부를 송풍하는 송풍기; 를 포함한다.

또한, 상기 유입 개구의 상부는 하향으로 경사지는 판형부에 덮여 상기 제1 분사노즐에서 분사되는 물이 직접 상기 유입 개구로 낙하되는 것을 방지한다.

또한, 상기 제1 필터부의 상부에 설치되는 다수의 제2 분사노즐; 상기 제2 필터부의 상부에 설치되는 다수의 제3 분사노즐; 을 더 포함한다.

또한, 상기 제1 내지 제3 분사노즐로 물을 공급하는 세척수 저장조; 를 더 포함하고, 상기 분사노즐 설치부는 상기 세척수 저장조와 연결되어, 상기 분사노즐 설치부의 하부에 수집되는 물이 상기 세척수 저장조로 이송될 수 있다.

또한, 상기 세척수 저장조와 연결되고 산ㆍ알칼리용액을 저장하는 산ㆍ알칼리용액 저장조; 를 더 포함하고, 상기 세척수 저장조는 내부에 수용되는 세척수의 pH를 감지하는 pH 미터를 포함하고, 상기 산ㆍ알칼리용액 저장조는 산ㆍ알칼리용액을 상기 세척수 저장조에 유입시키기 위한 산ㆍ알칼리용액 유입밸브를 구비한다.

또한, 상기 제3 필터부는 표면이 나노금속물질로 코팅된 제3 바이오 필터가 2개 연속으로 적층된 형태를 갖고, 상기 제3 바이오 필터는 아래에서부터 다공성 매트릭스층, 폴리우레탄 매트릭스층, 다공성 매트릭스층이 차례로 적층결합된 형태를 갖는다.

본 발명에 따르면, 피처리물질 유입부와 분사노즐 설치부가 유입 개구로 연결되고, 분사노즐 설치부에서 분사노즐이 설치됨으로써, 피처리물질에 포함된 용해성 유해물질과의 접촉효과를 증가시켜 더욱 잘 제거할 수 있다.

또한, 송풍기의 송풍압을 줄여 보다 더 균일하게 분산시켜 에너지 비용을 절감할 수 있는 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 유해물질 제거 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유해물질 제거 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2에서 피처리물질 및 세척수의 유동을 표시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 바이오필터의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제1 바이오담체의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 바이오필터의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제3 바이오필터의 사시도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유해물질 제거 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 도 3은 도 2에서 피처리물질 및 세척수의 유동을 표시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 바이오필터의 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제1 바이오담체의 사시도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 바이오필터의 사시도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제3 바이오필터의 사시도이다.

본 발명의 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치(이하, 장치)는 하우징(110), 피처리물질 유입부(111), 분사노즐 설치부(112), 제1 필터부(120), 제2 필터부(130), 제3 필터부(140), 세척수 저장조(150), 산ㆍ알칼리용액 저장조(160) 등을 포함한다.

하우징(110)은 피처리물질이 유입되어 각종 필터부를 통과하면서 유해물질이 제거되는 곳으로, 피처리물질 유입부(111), 분사노즐 설치부(112), 제1 내지 제3 필터부(120, 130, 140) 등이 수용될 수 있도록 수용 공간을 갖는다.

피처리물질 유입부(111)는 하우징(110)의 하부에 위치하고 유입 파이프(101)를 통해 피처리물질이 유입되는 곳이다. 피처리물질은 가스 상태로 피처리물질 유입부(111)로 유입된다.

분사노즐 설치부(112)는 하우징(110) 내에서 피처리물질 유입부(111)의 상부에 위치하고, 소정의 간격으로 이격되는 다수의 유입 개구(111a)에 의해 피처리물질 유입부(111)와 연통된다. 유입 개구(111a)의 상부에는 다수의 제1 분사노즐(155)이 이격되어 설치된다. 피처리물질 유입부(111)로 유입된 피처리물질은 유입 개구(111a)를 통해 분사노즐 설치부(112)로 들어가게 된다.

분사노즐 설치부(112)에서, 유입 개구(111a)의 상부는 하향으로 경사지는 판형부(112a)에 덮여 제1 분사노즐(155)에서 분사되는 세척수(또는 물)가 직접 유입 개구(111a)로 낙하되지 않도록 한다. 예를 들어, 판형부(112a)는 지붕 형상으로 양쪽으로 하향으로 경사지게 형성되고, 유입 개구(111a)는 판형부(112a)의 경사지는 부분 아래에 각각 설치될 수 있다. 판형부(112a)는 하향으로 경사지게 형성되어, 제1 분사노즐(155)에서 분사되는 세척수가 판형부(112a)를 따라서 분사노즐 설치부(112)의 바닥에 수집될 수 있도록 한다.

분사노즐 설치부(112)로 유입된 피처리물질은 제1 분사노즐(155)에서 분사되는 물과 접촉되면서 용해성 유해성분들이 물과 함께 분사노즐 설치부(112)의 바닥으로 이동되어, 이송파이프(151)를 통해 세척수 저장조(150)로 이송될 수 있다.

본 발명에서 피처리물질은 종래기술과 같이 세척수(40)가 저장된 세척수 담수부(3)로 유입되지 않고, 세척수가 없는 피처리물질 유입부(111)로 유입되고 유입 개구(111a)를 통해 분사노즐 설치부(112)로 유입된다.

피처리물질은 송풍기(170)에서 제공되는 음압에 의해 유동되므로, 피처리물질이 세척수(40)가 담긴 세척수 담수부(3)를 통과하여 유동하는 종래기술과 비교할 때, 본 발명에서는 송풍기(170)의 송풍압을 적게 하여도 피처리물질이 충분히 유동되면서 더 균일하게 분산될 수 있다. 따라서, 송풍기(170)에서 사용되는 에너지 비용을 줄일 수 있다.

또한, 종래기술에서는 피처리물질이 세척수(40)가 저장된 세척수 담수부(3)를 통해 유동하므로, 피처리물질이 세척수(40)와 접촉되는 면적이 제한적이었지만, 본 발명에서는 분사노즐 설치부(112)로 이동된 피처리물질은 제1 분사노즐(155)에서 분사되는 물과 더 넓은 면적으로 접촉되는 것이 가능하여, 피처리물질에서 용해성 유해물질을 제거하는 효율이 높아지는 장점이 있다.

다음에, 피처리물질은 분사노즐 설치부(112)와 이격설치된 제1 필터부(120)를 통과한다.

제1 필터부(120)는 분사노즐 설치부(112)에서 제거되지 않은 피처리 물질의 용해성 유해성분을 제거하는 필터이다. 제1 필터부(120)는 친수성의 제1 바이오필터(121)와 제1 바이오담체(122)로 구성될 수 있다.

분사노즐 설치부(112)에서 미처 제거되지 못한 용해성 유해성분들은 제1 바이오필터(121) 및 제1 바이오담체(122)에 흡착된다. 제1 바이오필터(121) 또는 제1 바이오담체(122)에 흡착된 용해성 유해성분들은 제1 바이오필터(121) 또는 제1 바이오담체(122)에 존재하는 미생물에 의해 분해된다.

제1 필터부(120)에서 필요한 수분은 이송파이프(153)를 통해 세척수 저장조(150)로부터 공급되어 제2 분사노즐(156)을 통해 분사된다. 제2 분사노즐(156)은 하우징(110) 내에서 제1 필터부(120) 위에 다수 개가 설치된다.

분사된 세척수는 이송파이프(151)를 통해 세척수 저장조(150)로 다시 유입된다. 세척수는 세척수 저장조(150) 내부에 부착된 항온히터(미도시)에 의해 일정온도로 유지되며, 위와 같은 순환을 반복한다. 이때 세척수는 반복된 순환에 의해 정제되고 일정한 농도의 유기 및 무기화합물을 유지함으로써, 미생물의 개체수를 제어할 수 있어 장기간 운전하여도 미생물의 과도한 증식을 방지할 수 있다.

제1 바이오필터(121) 및 제1 바이오담체(122)를 거친 피처리 물질은 제2 필터부(130)로 이송된다.

유해물질 내에 존재하는 불용해성 유해성분은 제2 필터부(130)를 통과하면서 흡착된다. 제2 필터부(20)는 소수성의 제2 바이오필터를 포함하여 구성된다.

제2 필터부(130)에서 필요한 세척수는 제1 필터부(120)에서와 같이 이송파이프(154)를 통해 세척수 저장조(150)로부터 공급되어 제3 분사노즐(157)을 통해 분사된다. 분사된 세척수는 이송파이프(151)를 통해 세척수 저장조(150)로 다시 유입된다.

제2 필터부(130)는 불용해성 유해물질을 흡착하여 미생물로 분해하는 필터로서, 소수성의 제2 바이오필터(131)와 제2 바이오담체(132)로 구성될 수 있다.

제2 바이오필터(131)는 공기저항이 적고 다공성을 갖는 필터 매트릭스와 필터 매트릭스에 코팅된 흡착과 흡수 성질이 우수한 흡착제 및 나노금속 함유물질로 구성된다.

제2 필터부(130)를 거친 피처리 물질은 제3 필터부(140)로 이송된다. 피처리물질은 제3 필터부(140)에서 수분 및 잔여 유해물질이 제거되고, 수분 및 잔여 유해물질이 제거된 피처리 물질은 배출 파이프(71)를 통과하여 송풍기(170)에 의해 대기 중으로 배출된다.

제3 필터부(140)는 피처리 물질에 포함된 과량의 수분을 제거하고 제1 및 제2 필터부(120, 130)에서 처리되지 않은 미량의 유해물질을 최종적으로 제거하는 필터로서, 피처리 물질을 항균 및 살균처리하는 제3 바이오필터(141)를 포함하여 구성된다. 제3 바이오필터(141)는 필터 매트릭스와, 이러한 필터 매트릭스에 코팅된 나노금속 함유물질로 구성될 수 있다.

제1 내지 3 필터부(120, 130, 140)는 도 2에 도시된 것과 같이 하우징(110) 내에서 소정 간격으로 이격 설치되는 것이 바람직하다. 각각의 필터부(120, 130, 140)들이 하나의 하우징(110)에 일체형으로 설치되면, 장치의 소형화가 이루어지므로 공간활용이 용이해진다.

세척수 저장조(150)는 제1 내지 제3 분사노즐(155, 156, 157)로 세척수를 공급한다. 세척수 저장조(150)는 각각의 제1 내지 제3 분사노즐(155, 156, 157)과 이송파이프(152, 153, 154)들을 통해 연결된다. 물은 이송파이프(152, 153, 154)를 통해 하우징(110) 내의 제1 내지 제3 분사노즐(155, 156, 157)로 공급되어 제2 필터부(130), 제1 필터부(120) 및 분사노즐 설치부(112)를 거쳐 이송파이프(151)를 통해 다시 세척수 저장조(150)로 돌아온다.

세척수의 순환량은 세척수 저장조(150)에 부착된 레벨스위치(159)와, 그와 연결된 세척수 유입밸브(158)로 조절하는 것이 바람직하다. 세척수 저장조(150)에 부착된 레벨 스위치(159)가 세척수 저장조(150)의 세척수 잔여량을 감지하여 세척수 순환량을 결정하고, 그에 따라 세척수 유입밸브(158)를 제어하여 적정량의 세척수를 세척수 저장조(150)로 유입시킨다.

장치를 장시간 작동하여 세척수가 상당 시간 동안 순환한 경우에는 유해물질 성분과 분해산물에 의해 pH가 산성 또는 알칼리성으로 변화되기도 한다. 이 경우 세척수 저장조(150) 내부에 부착된 pH 미터(163)로 pH를 감지하고, 필요할 경우 산ㆍ알칼리용액 저장조(160)와 연결된 산ㆍ알칼리용액 유입밸브(162)를 조절하여 이송파이프(161)를 통해 세척수 저장조(150)로 산ㆍ알칼리용액을 유입함으로써, 세척수 저장조(150) 내의 세척수 pH를 6 내지 8로 조절할 수 있다.

유해물질이 포함된 피처리 물질은 도 3에 도시된 바와 같이 유입 파이프(4)를 통해 유입되며, 외부공기 유입부(102)에서 흘러나오는 외부공기와 혼합되어 하우징(110) 내부로 유입된다. 피처리 물질이 배출되는 배출파이프(171)에는 송풍기(170)가 배치되어 있어, 하우징(110) 내부로 유입된 피처리 물질은 송풍기(170)에 의해 배출파이프(171) 방향으로 흘러가게 되며, 이때 피처리물질은 피처리물질 유입부(111), 분사노즐 설치부(112) 및 제1 내지 제3 필터부(120, 130, 140)를 거치면서 유해물질이 차례로 제거된다.

이하에서는, 도 4 내지 도 7을 참조하여 제1 내지 제3 필터부(120, 130, 140)에 대해 설명하기로 한다.

제1 바이오필터(121)는 용해성 유해성분을 흡착하여 미생물로 분해하는 필터로서, 공기저항이 적고 다공성 구조를 갖는 필터 매트릭스(matrix)와 매트릭스에 부착된 흡착 성질이 우수한 흡착제 및 나노금속 함유물질로 구성되며, 친수성 흡착제를 더 포함할 수 있다.

제1 바이오필터(121)의 필터 매트릭스(matrix)는 폴리프로필렌(poly propylene), 폴리에틸렌(poly ethylene), PVC(poly vinyl chloride) 등 다공성 구조를 갖는 물질 중 1 또는 2 이상 포함된 다공성 매트릭스층으로 이루어지는 것이 바람직하다.

제1 바이오필터(121)에 사용되는 흡착제는 유해물질을 흡착시켜 필터 매트릭스에 고정시켜 미생물이 유해물질을 분해할 수 있도록 한다. 흡착제로는 대나무활성탄, 소나무 활성탄, 참나무 활성탄, 가문비나무 활성탄, 야자각 활성탄, 살구씨 활성탄, 복숭아씨 활성탄 등을 포함하는 목재 활성탄을 사용할 수 있다. 목재 활성탄은 비표면적 800m2/g 이상, 입도 100 mesh 이하인 것이 바람직하다.

제1 바이오 필터(121)에 사용되는 나노금속 함유물질은 목재 활성탄에 나노 물질이 첨착되며, 목재 활성탄의 흡착력을 더욱 향상시켜 유해물질의 제거효율을 증가시킨다.

나노금속 함유물질은 Fe, Cu, Mg, Ca 등의 금속이나 SiO2, Al2O3, MgO, CaO 등 금속산화물 중 어느 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 나노금속의 직경은 30nm 이하, 더 바람직하게는 10nm 이하가 적당하며, 함유량은 활성탄 질량 대비 300 ~ 20000 ppm을 포함하는 것이 바람직하다.

제1 바이오필터(121)에 사용되는 친수성 흡착제는 제1 바이오필터(121)에서 용해성 물질을 우선적로 흡착시키기 위해 첨가하는 물질로서, 제올라이트, 카올린, 벤토나이트 등을 사용할 수 있다.

제1 바이오필터(121)는 코팅 슬러리를 제조하고, 다공성 매트릭스층에 코팅 슬러리를 코팅시킨 후 열처리하여 제조하는데, 코팅 슬러리는 목재 활성탄 10 ~ 20 wt%, 친수성 흡착제 10 ~ 20 wt%, 수분산성 폴리머 수지 5 ~15wt%, 그리고 나머지는 물로 이루어진 물질에 활성탄 질량 대비 300 ~ 20000 ppm의 나노금속 함유물질을 첨가하여 사용할 수 있다. 수분산성 폴리머 수지는 수분산성 폴리우레탄 수지 및 수분산성 아크릴 수지에서 1종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

제1 바이오필터(121)는 도 4에 도시된 바와 같이, 수 개의 다공성 매트릭스층(121a)을 적층하여 하는 것이 바람직한데, 여러 겹을 이용하는 경우 보다 효율적으로 피처리물질 내의 용해성 유해성분을 제거할 수 있다.

제1 바이오담체(122)도 용해성 유해성분을 흡착하여 미생물로 분해하는 기능을 하며, 제1 바이오필터(121)와 마찬가지로 필터 매트릭스(matrix)와 매트릭스에 부착된 흡착 성질이 우수한 흡착제 및 나노금속 함유물질로 구성되며, 친수성 흡착제를 더 포함할 수 있다.

제1 바이오담체(122)의 매트릭스는 제1 바이오필터(121)의 매트릭스보다 신축성 있는 물질을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 보다 많은 미생물이 증식하고 용해성 유해성분이 분해되는데에 필요한 공간을 제공하기 때문이다.

제1 바이오담체(122)의 매트릭스로 폴리우레탄 등과 같은 물질을 사용할 수 있다. 제1 바이오담체(122)에 사용되는 흡착제 및 친수성 흡착제는 제1 바이오필터(121)와 동일하며, 그 제조방법 및 코팅 슬러리의 성분 역시 제1 바이오필터(121)에서와 동일하다.

상술한 바와 같이, 용해성 물질을 분사노즐 설치부(112), 제1 바이오필터(121) 및 제1 바이오담체(122)에 의해 단계별로 흡수, 흡착시키는 경우에는 용해성 유해성분이 급격히 증가하더라도 제1 바이오필터(121) 및 제1 바이오담체(122)에 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있게 되어, 미생물의 성장환경을 일정하게 유지하고 미생물의 과도한 증식을 방지할 수 있다. 따라서, 용해성 유해성분의 농도 또는 처리량에 상관없이 용해성 유기물질을 효과적으로 제거할 수 있다.

제2 바이오필터(131)의 필터 매트릭스는 폴리프로필렌(poly propylene), 폴리에틸렌(poly ethylene), PVC(poly vinyl chloride) 등에서 선택된 1종 이상의 다공성 매트릭스층과, 폴리우레탄 매트릭스층으로 구성된다.

제2 바이오필터(131)의 필터 매트릭스는 다공성 매트릭스층(131a)과 폴리우레탄 매트릭스층(131b)이 적층결합될 수 있다(도 6 참조). 적층결합되는 경우에 필터 형태의 변형을 방지할 수 있고, 적층된 필터 매트릭스층 간의 서로 다른 구조로 인해 보다 효율적으로 유해성분을 제거할 수 있다. 제2 바이오필터(131)는 15ppi의 기공 크기를 가질 수 있다.

제2 바이오필터(131)에 사용되는 흡착제 및 나노금속 함유물질은 제1 바이오필터(121)에서 서술한 바와 같다.

제2 바이오필터(131)는 코팅 슬러리를 제조하고, 필터 매트릭스에 코팅 슬러리를 코팅시킨 후 건조하여 제조한다. 코팅 슬러리는 목재 활성탄 분말(100 mesh 이하) 10 ~ 20 wt%, 수분산성 폴리머 수지 5 ~ 10 wt%, 나머지는 물로 구성된 물질에 활성탄 질량대비 300 ~ 20000 ppm 나노금속 함유물질을 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한 수분산성 폴리머 수지는 수분산성 폴리우레탄 수지 및 수분산성 아크릴 수지에서 1종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

제3 필터부(140)는 제3 바이오필터(141)가 2개 연속으로 적층된 형태가 된다. 제3 바이오필터(141)의 필터 매트릭스로는 폴리프로필렌(poly propylene), 폴리에틸렌(poly ethylene), PVC(poly vinyl chloride) 등에서 선택된 1종 이상의 다공성 매트릭스층(141a)과, 이러한 다공성 매트릭스층(141a)과 적층결합되는 폴리우레탄 매트릭스층(141b)으로 구성된다(도 7 참조). 폴리우레탄 매트릭스층(141b)은 25ppi의 기공 크기를 가질 수 있다.

구체적으로, 제3 바이오필터(141)는 아래에서부터 다공성 매트릭스층(141a), 폴리우레탄 매트릭스층(141b), 다공성 매트릭스층(141a)이 차례로 적층결합된 형태가 된다. 이러한 다공성 매트릭스층(141a)과 폴리우레탄 매트릭스층(141b)은 수분과 미량의 유해물질을 최종적으로 제거하게 된다.

종래의 제3 바이오필터의 경우, 다공성 매트릭스층에 충전되는 활성탄으로 인해 통기성이 저하되어 제3 바이오필터의 표면에 물방울이 부착되고 수막이 형성되는 문제가 있었다. 제3 바이오필터의 표면에 수막이 형성되면 압력손실로 인해 송풍기(170)의 송풍압이 필터부로 충분히 전달되지 않게 된다.

본 발명의 제3 바이오필터(141)에서는 다공성 매트릭스층(141a)에 활성탄이 채워지지 않고 구멍이 노출된 형태를 가지므로, 압력손실을 방지하여 수막이 형성되지 않게 한다.

또한, 제3 필터부(140)는 동일한 구성을 갖는 제3 바이오필터(141)가 2개 연속으로 적층된 형태가 되도록 하여, 2개의 제3 바이오필터(141)를 통과하는 동안 피처리 물질에서 수분이 충분히 제거되면서 미량의 유해물질을 최종적으로 제거할 수 있다.

제3 바이오 필터(141)에는 나노물질을 첨착시켜 사용할 수 있는데, 이러한 나노물질은 유해성분의 제거 효율과 살균 및 항균 능력을 갖는다. 나노금속 함유물질은 살균 및 항균 능력이 우수한 은(Ag), 철(Fe), 아연(Zn) 등을 포함하는 것이 바람직하다. 나노금속의 직경은 30nm 이하, 더욱 바람직하게는 10nm 이하가 적당하다. 제3 바이오필터(141)는 코팅 슬러리를 제조하고 필터 매트릭스에 코팅슬러리를 코팅시키고 건조하여 제조한다.

미생물이 과다하게 증식되는 경우 바이오필터 또는 바이오담체에 존재하는 공극이 미생물로 막히게 되어 유해물질이 원활히 통과하지 못하게 되기 때문에 유해물질을 효율적으로 제거하기 어렵다. 그러나, 본 발명에서와 같이 여러 단계의 바이오필터를 이용하여 유해물질을 제거하는 경우에는 각 단계의 바이오필터에 과부하가 걸리는 것을 방지하여 미생물 성장환경이 일정하게 유지된다.

따라서, 미생물의 과도한 증식을 억제하게 되며, 다단계 바이오필터에 의해 유해물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 유해물질 내의 용해성 물질과 비용해성 물질을 단계별로 제거하기 때문에 효율적인 제거가 가능하다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

110 : 하우징
111 : 피처리물질 유입부
112 : 분사노즐 설치부
120 : 제1 필터부
121 : 제1 바이오 필터
122 : 제1 바이오 담체
130 : 제2 필터부
131 : 제2 바이오 필터
132 : 제2 바이오 담체
140 : 제3 필터부
141 : 제3 바이오필터
141a : 다공성 매트릭스층
141b : 폴리우레탄 매트릭스층
150 : 세척수 저장조
151, 152, 153, 154 : 이송파이프
155 : 제1 분사노즐
156 : 제2 분사노즐
157 : 제3 분사노즐
160 : 산ㆍ알칼리용액 저장조
170 : 송풍기

Claims (6)

1. 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치에 있어서,
   피처리물질이 유입되는 하우징;
   상기 하우징의 하부에 위치하는 피처리물질 유입부;
   상기 하우징 내에서 상기 피처리물질 유입부의 상부에 위치하고 소정의 간격으로 이격되는 다수의 유입 개구에 의해 상기 피처리물질 유입부와 연통되고, 상기 유입 개구의 상부에 물이 분사되는 다수의 제1 분사노즐이 설치되는 분사노즐 설치부;
   상기 분사노즐 설치부와 이격 설치되고 상기 피처리 물질이 통과되면서 용해성 유해성분을 제거하는 친수성의 제1 필터부;
   상기 제1 필터부와 이격설치되고, 상기 피처리 물질이 통과되면서 불용해성 유해성분을 제거하는 소수성의 제2 필터부;
   상기 제2 필터부와 이격설치되고, 상기 피처리 물질이 통과되어 수분 및 잔여 유해물질을 제거하는 제3 필터부;
   상기 제1 필터부의 상부에 설치되는 다수의 제2 분사노즐;
   상기 제2 필터부의 상부에 설치되는 다수의 제3 분사노즐;
   상기 하우징의 단부와 연결되어, 상기 하우징의 내부를 송풍하는 송풍기;
   상기 제1 내지 제3 분사노즐로 물을 공급하는 세척수 저장조;
   를 포함하고,
   상기 유입 개구의 상부는 하향으로 경사지는 판형부에 덮여 상기 제1 분사노즐에서 분사되는 물이 직접 상기 유입 개구로 낙하되는 것을 방지하고,
   상기 분사노즐 설치부는 상기 세척수 저장조와 연결되어, 상기 분사노즐 설치부의 하부에 수집되는 물이 상기 세척수 저장조로 이송될 수 있고,
   상기 제3 필터부는 표면이 나노금속물질로 코팅된 제3 바이오 필터가 2개 연속으로 적층된 형태를 갖고,
   상기 제3 바이오 필터는 아래에서부터 다공성 매트릭스층, 폴리우레탄 매트릭스층, 다공성 매트릭스층이 차례로 적층결합된 형태를 갖고,
   상기 다공성 매트릭스층은 활성탄이 충전되지 않고 구멍이 노출된 형태를 갖는 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 세척수 저장조와 연결되고 산ㆍ알칼리용액을 저장하는 산ㆍ알칼리용액 저장조;
   를 더 포함하고,
   상기 세척수 저장조는 내부에 수용되는 세척수의 pH를 감지하는 pH 미터를 포함하고,
   상기 산ㆍ알칼리용액 저장조는 산ㆍ알칼리용액을 상기 세척수 저장조에 유입시키기 위한 산ㆍ알칼리용액 유입밸브를 구비하는 피처리물질에서 유해 물질을 제거하기 위한 장치.
6. 삭제

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