이온가스악취제거SYSTEM

[포레코]

1. 악취의 특성과 발생

가. 악취의 특성

악취란 인간에게 불쾌감을 주고 정신 신경계통을 자극시켜 정서생활 및 건강상의 피해를 주는 물질을 말하며, 우리나라의 악취방지법에는 “황화수소, 메르캅탄류, 아민류, 기타 자극성 있는 기체상 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새”로 정의하고 있다.

악취는 소음이나 진동과 같이 감각 공해에 해당되는 것으로 후각, 미각 등의 신경 계통에 작용하여 많은 사람에게 피해를 주고 있으며 현재 환경분야의 민원 발생 중 많은 부분을 차지하고 있다.

일반적으로 악취 물질 중 동족계열의 물질은 서로 유사한 냄새의 특성을 갖고 있으나 이성체, 입체 이성체 등에서는 서로 냄새가 다른 것이 많다. 또한 분자량이 300이상인 물질은 냄새가 없는데 이는 비휘발성, 불용성이기 때문이며 분자량 20이하인 물질도 비교적 냄새를 느낄 수 없는 것도 있다.

악취성분 중 황화수소(H2S)는 계란 썩는 냄새, 메르캅탄(Mercaptan)류는 야채 썩은 냄새, 아민류는 생선냄새를 유발하며, 이들이 서로 상승으로 악취의 강도를 더하거나 때로는 서로 중화작용으로 취기를 감소하기도 하지만 그에 따른 최저 감지농도는 물질별로 상당한 차이를 나타내고 있다.

나. 악취의 종류와 발생원

인간의 후각은 냄새로 물질을 식별하는 면에 있어서 다른 동물과 비교하여 둔감한 편이지만 특정 성분에 대하여는 1ppm 또는 1ppb 이하의 농도까지 감지할 수 있다. 또한 후각은 시각이나 청각과 달리 개인별로 습관, 연령, 성별, 심리적 요인, 몸의 상태, 적응정도 등에 따라 다를 수 있으며 악취를 지니는 40만종 가운데에서 인간은 약 4,000종 정도를 식별할 수 있다고 한다.

악취물질의 화학적인 성분은 주로 질소(N)나 황(S)을 함유한 유기화합물 등이 많으며 그 물질이 단일 성분일 때는 기기분석법을 이용하여 정량분석이 가능하지만 대부분의 경우 수십 종 이상이 복합적으로 혼합되어 배출되기 때문에 인간의 감각에 의한 관능시험법으로 평가하고 있다.

악취방지법환경보전법에 암모니아, 황화수소, 메틸메르캅탄, 황화메틸, 트리메틸아민, 이황화메틸, 아세트알데히드 및 스티렌 등 8종을 악취물질로 지정하여 기기분석법으로 배출허용기준을 정하고 있고, 관능시험법으로는 악취의 강도로 규제하고 있다.

한편, 악취를 발생하는 주요 업종으로는 화학공업, 금속제품제조업, 합성수지제조업, 고무가공업, 피혁가공업, 음․식료품 제조업 등이 있으며 그 외 하․폐수처리장, 양계장, 양돈시설 등의 축산시설이 있다. <표 1>에 악취방지법에서 생활 악취로 지정된 8종의 악취물질 및 황화수소의 주요 발생원)을 나타냈다.

<표 1> 악취물질의 종류와 주요 발생원

악취물질	주요 발생원
Ammonia (NH3)	목축업, 화학공업, 전분공업, 어류가공업, 폐수처리업, 화학비료공업, 금속도금공업, 육가공업
Hydrogen Sulfide (H2S)	비스코스레이온공업, 목축업, 가죽처리공업, 크라프트펄프공업, 셀로판공업, 어류가공, 석유정제업
Methyl Mercaptan (CH3SH)	크라프트펄프공업, 화학공업, 석유화학공업, 어류가공업, 폐수처리업, 오염토양처리시설, 금속도금공업
Methyl Sulfide ((CH3)S)	크라프트펄프공업, 화학공업, 어류가공, 토양오염처리시설, 폐수처리장치, 하수처리장치,
Trimethyl Amine ((CH3)3N)	목축업, 화학공업, 화학비료공업, 어류가공업, 수산물통조림가공업
Methyl Disulfide ((CH3)S2)	크라프트펄프공업, 화학공업, 어류가공업, 폐수처리장치, 오염토양처리시설
Acetaldehyde CH3CHO	화학공업, 금속공업, 코우크스공업, 석유정제공업, 하수처리장치, 인쇄공업
Styrene (C6H5CH=CH2)	스티렌 단량체 제조업, 합성수지공업, FRP제조공업, 플라스틱제조공업, 석유정제공업, 하수처리장치

다. 발생 경로

공장이나 사업장에서는 증기압이 낮은 화학약품이나 산업 폐기물을 함유한 쓰레기에서 유기성 가스인 CH3SH 및 휘발성유기화합물(VOC)과 같은 악취물질이 발생하지만, 하수 집수장치 및 처리 시설에서는 박테리아들이 정상적인 생존과 새로운 세포 생산에 필요한 에너지를 얻기 위하여 유기물질을 섭취하고 비유기성 가스인 H2S와 NH3 등의 악취물질을 발생시킨다.

하수에서 박테리아에 의해 이루어지는 반응의 첫 단계는 유기물질로부터 수소원자를 제거하고 그 때 수소화합물인 에너지를 얻는다. 비유기성 또는 유기성 물질은 수소 수용체로 해리 되는 과정에서 다음과 같은 순서에 따라 반응이 일어난다.

<표 2> 박테리아에 의한 유기물의 환원 반응

H 수용체	환원 생성 물질
O2* ＋ 4H＋ 2NO3－ ＋ 12H＋ SO42－ ＋ 10H＋ 산화된 유기물 ＋ xH＋ CO2 ＋ 8H＋	2H2O N2 ＋ 6H2O H2S ＋ 4H2O 환원된 유기물 N2 ＋ H2O	식 1 식 2 식 3 식 4 식 5

식 1은 혐기성 또는 임의성 미생물들에 의해 일어나는 반응이며 악취물질은 식 2 및 식 4에서 발생한다. 식 4에서 생성되는 물질은 유기산류, 알데히드류, 케톤류, 아민류, 황화합물, 메르캅탄류, indoles, skatoles 등이 있으며 생성물의 성분에 따라서 악취의 종류가 달라진다.

유기물의 혐기성 분해에 의해 발생되는 가스들은 일반적으로 질소 및 황을 포함하고 있고, 일단 발생한 가스들은 이들이 상호 반응하거나 결합되어 악취의 양상을 변화시키기도 한다.

용존산소를 함유한 가정하수는 곰팡이가 나는 경미한 냄새를 가지고 있지만 하수의 호기성 분해에 의하여 용존산소가 없는 경우에는 하수에 30～60mg/L의 농도로 존재하는 단백질 속의 SO42－이온이 붕괴하여 H2S가 발생한다.

anaerobic bacteria

SO42－ ＋ 유기물 󰠏󰠏󰠏→ S22－ ＋ 4H2O ＋ CO2 식 6

S2－ ＋ 2H＋ ���󰠏󰠏→ H2S 식 7

유기물의 혐기성 반응에서는 온도, pH 및 황박테리아의 양이 악취물질을 발생시키는 요인으로서, Baungartner는 H2S가 발생하는 최적 온도를 30℃ 정도라고 보고하였다.25) 한편, Heukele－Kian은 황－환원성 박테리아의 수는 하수 1mL당 60～600범위이고, H＋이온의 증가는 더 많은 H2S의 발생 원인이 된다고 하였다.

라. 악취 처리 방법

악취는 발생원에 따라 그 성분이 다르기 때문에 성분의 특성에 적합한 탈취방법이 필요하다. 종래의 탈취처리 방법에는 크게 물리적 처리방법, 화학적 처리방법 및 생물학적 처리방법으로 분류되며, 그 공정으로는 흡착법, 약액세정법, 연소법 등이 주로 적용되었다. 흡착법은 흡착제의 재생과 그 과정에서 열화로 폐기되는 흡착제의 처리, 약액세정법은 폐액에 의한 2차오염, 연소법은 연료비나 폭발의 위험성 등에 문제점이 있다. 반면에 오존산화법은 전력과 물 사용량이 적고 유지관리가 용이한 장점이 있지만 고농도에서 탈취성능이 불충분한 경우가 많아 약액 세척방식과 병용시키도 한다.

이와 같이 기존의 악취처리 방법은 장치의 대형화, 자동화, 내부구조의 복잡화, 시설의 고액투자 및 장기적이지만, 각각의 취기성분의 질과 양의 발생원에 대한 적응방식에 많은 문제점이 있다. 설치 후에도 잦은 부식, 폐쇄 등의 문제점이 일어나고, 운전경비가 많이 들며 처리농도가 높을 경우 1개의 처리방식에 의해 불쾌감을 줄일 수 있는 수준까지 제거하는 것이 용이하지 않다. 각 공정별 탈취방법의 원리 및 특징은 <표 3>과 같다.

<표 3> 악취의 공정별 탈취 방법

형 태	공 정	처 리 방 법	비고
물리적 방법	흡수	물세척, 부유
	흡착	활성탄, 제올라이트
	냉각	수냉법, 공냉법, 응축법
화학적 방법	약액 세정	산화흡수
	화학흡착	이온교환수지, 알칼리흡착
	연소	직접연소, 촉매연소
	중화및마스킹	마스킹제
생물학적방법	흡착	토양 흡착법
	슬러지 처리	활성슬러지 처리법

마. 이온가스를 이용한 악취제거

1.. 이온가스의 발생

현재 생활 주변의 공기 속에 함유되어 있는 악취를 처리하기 위한 기술로는 다양한 종류의 물리, 화학적 및 생물학적 방법들이 사용되고 있으며 그 대표적인 예로는 연소법, 촉매연소법, RTO, 물리·화학적 흡착법, 약액 세정법 및 미생물을 이용한 생물학적 처리법등이 산업현장에서 적용되고 있는 것은 주지의 사실이다.

그러나 기존의 물리·화학적 방법은 오염가스 제거 효율은 높지만 시설비, 연료비, 재료비 및 약품비 등과 같은 조업비가 많이 들고 동시에 2차적인 오염원(NOx, 폐수, 흡착제 재생시 발생 가스 등)이 발생되는 단점이 있고 미생물을 이용한 생물학적 처리법은 물리·화학적 처리 방법에 비해 초기 비용이 적게 들고 2차 오염물의 발생이 없어서 경제적인 반면 미생물 관리 기술의 까다로움 등의 단점을 가지 고 있다.

따라서 기존의 어떠한 기술도 악취가스의 다양한 배출 특성에 골고루 적용될 수 있는 기술이 없는 것으로 알려져 있으며 이에 따라 플라즈마 촉매 공법을 이용하여 악취 및 VOCs를 제거하는 새로운 방식의 기술을 소개하고자 한다.

플라즈마는 고온의 상태에서 이온화된 입자를 말하는 것으로서 전기적인 방전으로 인해 생기는 전자와 양이온, 즉, 하전입자들로 구성되어 있으며 전기적으로 중성인 하전 기체의 물질상태를 정의하는 물리학 용어이다. 물질의 세가지 상태 즉, 가장 에너지가 낮은 고체가 제1의 상태이고, 여기에 에너지를 가하면 제2의 상태인 액체로 변하며, 여기에 다시 에너지를 가하면 제3의 상태인 기체로 변한다. 이와 같은 기체에 더 많은 에너지를 가하면 내부에너지가 높아지게 되고 원자는 기저상태에서 높은 에너지 준위로 올라가서 여기(excitation)상태가 되며 결국에는 원자에서 전자가 이탈하여 자유전자가 발생된다. 이를 전리현상이라 하며 이러한 상태로 존재하는 것을 플라즈마라 한다. 플라즈마 상태는 기체분자가 전자와 이온으로 분리된 상태이므로 국부적으로는 극성을 가지게 되나 전체적으로는 중성상태이며, 에너지 밀도가 큰 특징을 가지고 있다.

전리를 통하여 플라즈마 상태를 만드는 방법은 다음과 같다.

• 강한 전계에서 전자에 의한 충돌 전리

• 고온 고압에서 열전리

• 광자 에너지가 여기 에너지보다 클 때 생기는 광전리

• Penning 효과에 의한 전리

• 고전압을 인가하여 전기적인 방전상태를 이용한 전리

위와 같은 방법 중 악취물질 처리에 이용하는 플라즈마 발생법은 일종의 방전 현상을 이용하는 기술로서 방전이란 기체에 전기장이 가해졌을 때 흐르게 되는 일종의 절연 파괴 현상이며 이중에서 글로우 방전(glow discharge)이 저온 플라즈마 형성에 많이 이용되고 있다.

공업적으로 이용이 활발한 플라즈마는 글로우 방전에 의한 저온 플라즈마로서 반도체 제조공정에서 플라즈마 식각(Plasma Etch) 및 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 금속이나 고분자의 표면처리, 신물질의 합성 등에서 이용되고 있으며, 공정의 미세화가 가능하여 종래의 공정을 대체하고 있으며, 경우에 따라서는 플라즈마만이 제공할 수 있는 물질이나 환경을 이용하기 위한 응용분야가 점점 확대되고 있다.

저온 플라즈마는 혼합가스 중 전자의 평균 에너지가 기체, 분자 등의 물질보다 상당히 높은 상태에 있고, 혼합가스 중의 모든 성분의 에너지가 상태가 동일하게 높은 상태에 있는 혼합가스와 비교하여 비평형이라 할 수 있어 이를 비평형 플라즈마(non－equillibrium plasma)라고 한다.

적용분야 :

중,고농의 악취를 제거하는 시스템(건식 탈취 및 습식 탈취)으로 모든 풍량에 적합.

하수 및 오.폐수처리장 탈취시설

중계 펌프장 탈취시설

음식물 처리장 탈취시설

축산,분뇨 처리장 탈취시설

비료 및 사료공장 탈취시설

식품공장외 VOC 발생원(도금, 피혁, 제지, 화학외)

  

본사 : 전라북도 전주시 덕진구 혁신로 399 번지

(전북생물산업진흥원 바이오산업화센터 405호)

TEL  063-214-6900~1     FAX  063-214-3800

서울사무소: 서울시 중구 충무로4가 44-2번지 3F

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음식물 처리장 입니다 1일100톤규모 입니다 악취관련 상담원합니다

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