가솔린 휘발가스의 바이오필터 처리에 관한 동력학적 연구

Kinetics of the Biofilter Treating Gasoline Vapor

바이오필터를 적절하게 설계하고 처리효율을 향상시키기 위해서는 바이오필터에서의 오염물질에 관한 동력학적 연구가 선행되어야 한다. 본 연구는 가솔린 휘발가스의 바이오필터 처리시 분해특성을 동력학적으로 평가하고자 수행되었다. 바이오필터 충전물질로는 퇴비를 사용하였으며, TPH 가스유입농도는 약 $300mg/m^3$에서 $7,000mg/m^3$로 하였다. 가스유입속도는 6m/hr와 15m/hr로 하였다. 6m/hr의 속도로 가스를 주입할 경우 $3,000mg/m^3$ 이하의 농도에서는 약 60%가 유입부분인 하층 25cm깊이에서 제거되었다. 가솔린 휘발가스의 제거특성은 1차 반응모델로 표현하기에 적합하였다. 농도와 가스유입속도별로 1차 반응속도상수(k)를 비교한 결과 전체적으로 6m/hr에서의 k값이 15m/hr일 때보다 높게 나타났다. $3,000mg/m^3$ 이상의 고농도에서는 6m/hr일 때의 k값(0.09/min)이 15m/hr일 때보다 2배 이상 높았다. 가스유입속도와 유입농도 그리고 1차반응속도상수 등을 검토한 결과 가솔린 휘발가스를 80% 이상제거하기 위해서는 100cm 충전높이에서 농도를 약 $2,000mg/m^3$ 이하로 주입하되 6m/hr의 가스유입속도를 유지시켜 주는 것이 필요하였다. 바이오필터 운전조건 중 가스속도를 통제하는 것이 가스농도를 통제하는 것보다 더 중요하다.

Proper design and improvement of the biofiltration process depend upon quantitative understanding of the kinetic behavior in the biofilter. This study was conducted to evaluate kinetics of biofiltration of gasoline vapor. Filling material of the biofilter was compost. Gas inlet concentration ranged from about $300mg/m^3$ to $7,000mg/m^3$. Gas velocities were 6m/hr and 15m/hr, respectively. At 6m/hr gas velocity, about 60% of gasoline TPH below $3,000mg/m^3$ was removed in the lower quarter part of the biofilter. First order kinetics described well the degradation rate of gasoline TPH with high correlation. First order kinetic removal constant at the gas velocity of 6m/hr was higher than that of 15m/hr from about $300mg/m^3$ to $7,000mg/m^3$. When the inlet concentration was over $3,000mg/m^3$, first order kinetic removal constant at the gas velocity of 6m/hr was over twice that at 15m/hr. In order to obtain over 80% of removal efficiency, gasoline vapor should be injected into the biofilter at concentration below about $2,000mg/m^3$, 100cm filling height and the gas velocity of 6m/hr.