KR20040073637A

KR20040073637A - 농도제어 수단에 따른 생물학적 및 광화학적으로 유기 및 무기 악취물질을 제거하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040073637A
Application number: KR1020030009289A
Authority: KR
Inventors: 이재호
Original assignee: (주)엑센
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-08-21
Also published as: KR100447510B1

Abstract

본 발명은 산업현장에서 발생하는 휘발성유기화합물 및 무기 악취 가스를 가스의 형상 및 농도를 제어하는 수단으로 생물학적처리와 광화학적처리를 선택적으로 사용하여 악취 물질을 처리하는 방법과 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 악취 물질의 형상 및 농도를 가스센서를 통하여 측정 및 분석하여 선택적으로 생물학적으로 단독처리 또는 광화학적처리 후 생물학적 복합처리를 통하여 다양한 악취 물질의 형상과 넓은 농도 범위에 적합하도록 개발된 것으로서 다양한 산업현장에서의 유입가스를 가스센서로 분석하여 고농도일 경우 바이오필터와 광촉매리엑터를 사용하고, 저농도의 경우 바이오필터 단독으로 사용하여 처리함으로서 경제적 측면과 성능적 측면에서 효과를 볼 수 있다.

Description

농도제어 수단에 따른 생물학적 및 광화학적으로 유기 및 무기 악취물질을 제거하는 방법 및 장치{Method and apparatus of biologic and photochemical for removal of organic matter and inorganic matter}

본 발명은 산업현장에서 발생하는 휘발성유기화합물 및 무기 악취 가스를 가스의 형상 및 농도를 제어하는 수단으로 생물학적처리와 광화학적처리를 선택적으로 사용하여 악취 물질을 처리하는 방법과 장치에 관한 것이다.

기존 산업현장에서 발생하는 악취는 다양한 형상과 광범위한 농도 분포를 가지고 있어 특정 시스템을 사용하는 경우 목적 달성이 어렵거나 부족한 것이 현실이다. 현재 산업현장에서 발생하는 악취를 제거하는 대기 방지시설로 대표적으로 대두되고 있는 것으로는 생물학적처리가 널리 보급되고 있고, 상기 방법은 실제로 현장에 적용되기 시작하였다.

기존의 생물학적처리는 미생물시스템내의 압력제어, 미생물메디아 등에 중점을 두고 개발되어, 다양한 미생물을 통하여 산업현장에서 발생하는 악취를 생물학적으로 분해하여 시스템내에서 부산물이 생성되고, 이를 제거하는 시스템의 개발에 관심이 높았다. 그리고 부산물을 제거하기 위한 물리적 방법과 미생물 담체의 개발을 통하여 시스템내의 부하를 낮추는 방법에 관한 연구가 대부분이다. 특허 공개공보 2002-0070182의 경우 부하변동 제어수단으로 생물학적 처리에 흡착제를 동시에 충전하여 제거하는 시스템으로 흡착제의 수명에 그 효능이 달려 있어 그 흡착 성능의 저하가 생기면 교체를 하는 단점이 있다.

그러나 대부분의 생물학적처리 시스템은 특히 휘발성 유기화합물의 경우, 다양한 형상과 높은 농도범위에서는 처리가 불가능한 것이 문제점이며, 산업현장에서는 휘발성유기화합물의 발생시점이 불규칙하고 농도 또한 일정하지 않아 생물학적처리를 위해서는 부가적인 설비가 붙거나, 제거 효율을 낮추어 설계를 하는 경우가 대부분이다. 또한 농도가 높은 경우는 생물학적처리가 아닌 물리화학적처리로 하는 경우도 있다.

상기 기술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 산업현장에서 발생하는 다양한 형상의 휘발성유기화합물 및 무기가스의 농도를 자체 개발한 산화주석을 이용한 가스센서를 이용하여 유입되는 농도를 모니터링을 하여, 생물학적처리가 가능한 농도 범위 경우와 그 이상의 농도의 경우로 나누어서 처리를 함으로써 휘발성 유기화합물 및 무기가스의 농도와 관계없이 처리 할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이 목적이다.

상기 기술한 목적을 달성하기 위하여, 유입되는 휘발성유기화합물의 성분별 농도를 측정하여 임의 농도값 이하의 경우는 생물학적처리를 위하여 탄화수소계 분해 미생물이 포함되어 있는 시스템으로 이동하여 처리하고, 고농도인 경우에는 자체 개발된 비표면적이 높은 메디아가 포함된 광촉매시스템으로 이동하여 일차처리를 한 다음에, 다시 가스센서로부터 농도를 측정하여 생물학적처리시스템으로 이차처리를 하여 휘발성유기화합물 및 무기가스를 농도와 관계없이 완벽하게 처리하는 방법과 휘발성유기화합물 및 무기 악취 가스를 제거하는 장치에 있어서, 송풍기와 유입가스센서와 물저장조, 약품저장조 및 배양액 저장조와 연결되어 있으며, 세라믹블럭을 내장하고 있는 바이오필터와 수분필터와 배출가스센서와 연결되는 광촉매리액터로 구성되는 유기 및 무기 악취물질을 제거하는 장치와, 가스센서의 감지부인 산화주석의 제조장치에 있어서, 상단으로부터 플라즈마발생기와 반응기 및 습식분사장치로 구성되는 열플라즈마장치를 제공한다.

도 1은 본 발명인 유기 및 무기 악취물질을 제거하는 장치를 개략적으로 도시한 설치도.

도 2는 본 발명의 열플라즈마장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 실시예의 실험결과를 나타낸 그래프.

도 4은 본 발명에 따른 비교예의 실험결과를 나타낸 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1 : 송풍기 2 : 유입가스센서

3 : 바이오필터 4 : 물저장조

5 : 약품저장조 6 : 배양액 저장조

7 : 수분제거필터 8 : 광촉매리엑터

9 : 배출가스센서 10 : 세라믹블럭

20 : 플라즈마발생기 30 : 반응기

40 : 습식분사장치

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도 1에서와 같이 크게 휘발성유기화합물 및 무기가스의 농도를 측정하는 가스센서(2), 미생물에 의한 산화분해 반응이 일어나고 부산물을 제거하는 생물학적 반응이 일어나는 바이오필터(3), 고농도의 휘발성유기화합물 및 무기가스 처리를 위한 비표면적이 큰 세라믹 메디아를 포함하는 광촉매리엑터(8)로 구성되어 있다.

이하 본 발명의 방법과 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

휘발성유기화합물 및 무기 악취 가스를 제거하는 장치에 있어서, 송풍기(1)와 유입가스센서(2)와 물저장조(4), 약품저장조(5) 및 배양액 저장조(6)와 연결되어 있으며, 세라믹블럭(10)을 내장하고 있는 바이오필터(3)와 수분필터(7)와 배출가스센서(9)와 연결되는 광촉매리액터(8)로 구성되는 유기 및 무기 악취물질을 제거하는 장치가 도1에 도시되어 있으며, 가스센서의 감지부인 산화주석의 제조장치에 있어서, 상단으로부터 플라즈마발생기(20)와 반응기(30) 및 습식분사장치(40)로 구성되는 열플라즈마장치가 도2에 도시되어 있다.

본 발명의 공정에 관하여 개략적으로 설명하면, 휘발성유기화합물 및 무기가스는 송풍기(1)로 유입되며, 유입된 휘발성유기화합물 및 무기가스는 가스센서(2)에 의하여 농도를 측정하여 농도가 높은 경우 광촉매리엑터(8)를 일차 통과하여 생물학적 처리가 가능한 농도 범위로 낮춰진 다음, 수분공급을 위한 물저장조(4)와 미생물의 활성을 증진하기 위한 배양액 저장조(6) 및 ph를 조정하기 위한 약품저장조(5)와 연결된 바이오필터(3)를 통과하며, 또한 가스센서(2)에 의하여 농도를 측정하여 농도가 낮은 경우 세라믹블럭(10)을 포함하는 바이오필터(3)로 직접 통과하는 방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 가스센서(2)는 자체 제작한 도면 2의 열플라즈마장치를 이용하여 제조된 나노사이즈의 산화주석을 이용하여 센서의 특성을 높이도록 제작하여, 다양한 휘발성유기화합물 및 무기가스에 대한 선택적 특성 및 농도에 대한 모니터링을 거쳐서 센서 특성을 평가한 후, 센서의 감지부와 히터와 표시부 및 콘트롤러를 포함한 센서부를 제작한다. 센서로부터 나오는 신호를 받아 농도값에 따라 전기적인 신호로부터 동력전달에 의한 밸브의 자동개폐를 할 수 있도록 한다. 또한 측정된 자료는 마이크로프로세서가 달려 있는 컴퓨터 시스템에 지속적으로 누적 저장되어 유지관리 및 모니터링을 통하여 본 발명의 시스템을 최적화한다.

또한 바이오필터(3)는 자체 제조된 다공성세라믹 메디아를 사용하여 미생물의 농도를 극대화한다. 다공성세라믹 메디아는 경제성과 기능성을 고려하여 기존의 세라믹 메디아를 제조하는데 1000도 이상의 온도에서 제조된 방법을 탈피하여, 산업재활용측면에서 유리한 원료인 유리를 사용한다. 유리, 알루미나, 산화철, 탄산칼슘 등을 포함하여 자연의 성분과 유사하면서 다공성체를 700도에서 750도 범위의 중고온의 범위에서 실용성을 높이도록 제조한 미생물 담체를 충전한다. 탄화수소분해 미생물과 무기인 질소, 황성분을 분해할 수 있는 미생물을 자체 제조한 미생물 담체에 담지하여 제공한다. 미생물의 활성을 극대화시키기 위하여 미생물 배양액을 공급할 수 있도록 미생물 배양액 저장조(6)를 제공하고, 수분을 일정하게 내부 습도센서에 의하여 자동으로 유지할 수 있도록 스프레이 시스템을 제공하고, 생성된 부산물을 제거하기 위하여 고압 분사시스템을 제공한다. 겨울철 온도 저하에 따른 미생물 활성저하를 막기 위하여 자제 제조된 미생물 메디아를 블록형태의 단열재인 세라믹블럭(10)을 제공하며, 수분의 온도를 유지하도록 물저장조(4) 내에 가열시스템을 제공한다. 충전된 메디아 층에서 발생하는 차압은 압력센서로 측정하여 세척하고 이 때 발생되는 부산물은 스크린 필터에 의하여 고형분을 제거하고 여과된 물은 pH를 측정하여 약품저장조(5)에서 공급되는 산 또는 알카리로 중화하여 재사용한다. 생물학적 처리를 거쳐 배기되는 공기는 다시 가스센서(9)를 거쳐서 농도를 측정하여 입구와 출구의 농도를 비교할 수 있도록 제공한다.

또한 휘발성유기화합물 및 무기가스의 농도가 높아 생물학적처리가 어려운 경우, 센서로부터 전기적인 신호를 받아 수분제거필터(7)를 거친 후 광촉매리엑터(8)로 유입되도록 한다. 광촉매리엑터(8)는 특정 파장의 자외선를 발생하는 램프와 전원, 광촉매와 가스와의 반응을 높이기 위한 비표면적이 높은 충진물, 광화학 반응을 하는 산화티타늄으로 구성되어 있다. 광촉매리엑터(8)의 전원은 램프의 수명과 안정성을 고려하여 순차적으로 작동하며 전기의 인가를 비례제어하는 방식으로 제공하며, 광화학 작용을 극대화 하기 위하여 자체 제작한 도면 2의 열플라즈마시스템을 이용하여 제조된 산화티타늄을 포함한 유리를 주원료로 하는다공성 세라믹을 사용하여 반응이 일어나는 표면적을 넓히고, 가스의 압력에 대한 저항도 낮추었다. 유리를 사용하여 경제성 측면에서도 큰 잇점을 볼 수 있다. 산화티타늄은 저가의 큰입자(50-100um)을 이용하여 열플라즈마시스템을 사용하여 아나타제의 나노사이즈(100-500nm)입자를 제조하여, 메디아를 제조시 첨가하여 다공성세라믹을 만들어 광화학 반응을 극대화시키도록 한다.

또한 각종 밸브의 개폐, 각종 센서, 각종 펌프등의 제어 수단은 본 발명에서 사용된 마이크로프로세서가 달려 있는 컴퓨터 시스템에 의하여 작동된다.

실시예 : 농도 증가에 따른 생물학적 및 광화학적 동시 처리

바이오필터는 지름이 200mm, 높이가 1000mm의 반응기에 유리를 주원료로 하는 다공성세라믹 담체를 530mm를 충전하고, 광촉매리엑터는 지름 100mm, 높이가 600mm의 반응기에 유리를 주원료로 하는 다공성 세라믹에 산화티타늄을 포함하여 제조된 메디아를 100mm높이로 3층으로 충전하였다. 휘발성유기화합물(벤젠, 톨루엔, 이소프로필알콜, 메틸에틸케톤) 100ppm 이상의 농도를 0.1m³/min의 양으로 통과시키면서 유입농도와 배출농도를 측정한 결과를 도 3에 나타내었다. 농도가 100ppm 이상으로 통과하여도 제거율이 90%이상을 유지하였으며, 20여일이 지난 후 부산물이 증가하여 제거율이 저하되어 세척을 한 후 다시 높은 처리 효율을 나타내었다.

비교예 : 농도 증가에 따른 생물학적 단독처리

실시예와 같은 조건의 실험에서 광촉매리엑터를 통하지 않고 휘발성유기화합물의 농도를 증가 시키면서 측정한 결과를 도 4에 나타내었다. 농도가 낮은 영역에서는 바이오필터의 제거율이 80%이상에 이르렀으나, 농도가 지속적으로 증가하여 100ppm 이상이 증가하였을 경우 제거율이 지속적으로 낮아 60%이하로 나타났다.

본 발명에 대하여 상기에서 서술한 바와 같이, 휘발성유기화합물을 처리함에 있어서 가스의 형상 및 농도가 매우 다양한 산업현장에서의 유입가스를 가스센서로 분석하여 고농도일 경우 바이오필터와 광촉매리엑터를 사용하고, 저농도의 경우 바이오필터 단독으로 사용하여 처리함으로서 경제적 측면과 성능적 측면에서 효과를 볼 수 있다.

Claims

휘발성유기화합물 및 무기 가스를 처리함에 있어, 휘발성유기화합물 및 무기가스는 송풍기(1)로 유입되며, 유입된 휘발성유기화합물 및 무기가스는 유입가스센서(2)에 의하여 농도를 측정하여 농도가 높은 경우 광촉매리엑터(8)를 일차 통과하여 생물학적 처리가 가능한 농도 범위로 낮춰진 다음, 수분공급을 위한 물저장조(4)와 미생물의 활성을 증진하기 위한 배양액 저장조(6) 및 ph를 조정하기 위한 약품저장조(5)와 연결되고 세라믹블럭(10)이 내장되어 있는 바이오필터(3)를 통과하며, 또한 가스센서(2)에 의하여 농도를 측정하여 농도가 낮은 경우는 상기 세라믹블럭(10)이 내장된 바이오필터(3)로 직접 통과함으로써 바이오필터와 광촉매리엑터를 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 농도제어 수단에 따른 생물학적 및 광화학적으로 유기 및 무기 악취물질을 제거하는 방법.
청구항 1에 있어서, 휘발성유기화합물 및 무기 가스의 형상 및 농도를 제어하는 수단으로 나노사이즈입자의 산화주석으로 구성된 가스센서를 사용하는 농도제어 수단에 따른 생물학적 및 광화학적으로 유기 및 무기 악취물질을 제거하는 방법.
청구항 1에 있어서, 바이오필터의 메디아는 유리(70-80 w%)를 주원료로 하여 알루미나(1-5 wt%), 산화철(1-10 wt%), 탄산칼슘(1-15 wt%), 탄산마그네슘(1-10wt%)등을 첨가하여 분말 혼합 후 450도에서 500도 사이에서 탄산마그네슘의 열분해에 의한 가공형성 후, 700도에서 750범위에 30분 열처리 후 상온까지 급랭하여 열 충격에 의한 일차 분쇄 후, 기계적 분쇄를 거쳐 1-5cm의 다공성체를 제조하는 방법.
청구항 1에 있어서, 바이오필터의 단열 및 보습작용을 위하여 내벽을 유리(70-80 w%)를 주원료로 하여 알루미나(1-5 wt%), 산화철(1-10 wt%), 탄산칼슘(1-15 wt%), 탄산마그네슘(1-10 wt%)등을 첨가하여 850도에서 900도 범위에 1시간 열처리 후 200도 까지 분당 1도씩 서냉하여 블록형태의 다공성체를 제조하여 바이오필터 내벽에 설치하는 방법.
청구항 1에 있어서, 광촉매리엑터의 메디아는 유리(70-80 w%)를 주원료로 하여 나노사이즈입자 산화티타늄(5-20 wt%), 탄산칼슘(1-15 wt%), 탄산마그네슘(1-10 wt%)등을 첨가하여 700도에서 750도 30분 열처리 후 상온까지 급랭하여 열 충격에 의한 일차 분쇄 후, 기계적 분쇄를 거쳐 1-5cm의 다공성체를 제조하는 방법.
휘발성 유기화합물 및 무기 악취가스를 제거하는 장치에 있어서, 송풍기(1)와 연결된 유입가스센서(2)와 약품저장조(5)가 연결된 물저장조(4) 및 배양액저장조(6)와 배출가스센서(9)가 세라믹블럭(10)이 내장된 바이오필터(3)와 연결되고, 수분필터(7)가 광촉매리액터(8)에 연결되어 있는 구조를 특징으로 하는 유기 및 무기 악취물질을 제거하는 장치.
제6항의 가스센서의 감지부인 산화주석의 제조장치에 있어서, 상단으로부터 플라즈마발생기(20)와 반응기(30) 및 습식분사장치(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 열플라즈마장치.