• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권1호
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• pp.127-135
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• 2013

본 연구에서는 개선된 바이오필터설계를 가지는 새로운 바이오필터의 압력강하 및 미생물 population 분포 등을 관찰하고, 같은 유효부피를 갖고 unidirectional flow (UF)를 갖는 전통적 바이오필터의 경우와 비교하였다. 개선된 바이오필터는 운전 초기 또는 정상상태의 장기운전에서 전통적 바이오필터 압력강하의 약 40~80% 이상을 감소시켰다. 미생물 population 분포는 바이오필터 담체인 폐타이어담체와 입상 활성탄의 두 경우 모두 바이오필터 top 단에서 가장 낮았고 바이오필터 밑으로 내려갈수록 미생물 population이 커졌다. 한편 폐타이어담체는 입상활성탄 담체보다 월등히 큰 미생물 population을 나타내는 미생물 콜로니 개체수(CFU counts)를 보였다. 개선된 바이오필터에서 악취가스가 $bottom{\rightarrow}up$으로 공급되는 경우에 악취가스가 $top{\rightarrow}down$으로 공급되는 경우보다 미생물 population 성장이 더욱 컸으며, 입상활성탄 담체보다 폐타이어담체에서 이 현상이 더욱 두드러졌다. 전통적 바이오필터와 개선된 바이오필터시스템 각각의 미생물 population 분포도를 비교하였을 때에, 개선된 바이오필터의 미생물 population은 전통바이오필터보다 입상 활성탄 담체와 폐타이어담체의 경우에 각각 약 15배 및 2.5배 만큼 더 고르게 분포되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권1호
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• pp.136-143
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• 2013

본 연구에서는 악취 및 휘발성 유기화합물(VOC)를 함유하는 폐가스 처리에 있어서 개선된 바이오필터시스템의 악취 및 VOC의 제거거동 및 제거효율 등을 관찰하고, 전통적 바이오필터의 경우의 악취 및 VOC의 제거거동 및 제거효율 등과 비교하였다. 개선된 바이오필터시스템 운전 1~7단계에서 바이오필터 유효높이 차이에도 불구하고 미생물 population 분포 차이로 인하여, 정해진 시간에 각 단에서 에탄올 농도 순서가 바뀌었다. 반면에 운전 8단계에서 폐가스의 개선된 바이오필터시스템으로의 공급방향들이 바뀌었을 때에 에탄올 농도가 높은 순서는 운전 1~7단계와 다르게 바이오필터의 유효높이가 낮은 순서와 일치하였다. 황화수소 경우도 마찬가지였으나 에탄올 경우와 비교하였을 때에 농도순서가 바뀐 단의 황화수소 농도의 차이는 매우 적었다. 바이오필터 운전 8단계에서 개선된 바이오필터시스템의 에탄올 제거효율은 약 96%로서 전통적 바이오필터반응기의 에탄올 제거효율인 94%보다 약 2% 증가하였다. 개선된 바이오필터시스템 처리가스의 황화수소 농도의 거동은 전통적 바이오필터반응기와 비슷하였으나 황화수소 처리농도가 더 낮았다. 운전 8단계의 개선된 바이오필터시스템의 황화수소제거효율은 전통적 바이오필터반응기의 황화수소 제거효율보다 약 2% 가량 높았다. 따라서 개선된 바이오필터시스템의 제거효율은 에탄올과 황화수소 경우에 전통적 바이오필터반응기보다 각각 2% 제고되었음이 관찰되었다.

• KSBB Journal
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• 제16권6호
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• pp.603-608
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• 2001

낮은 농도 (0.41 g/㎥)에서 바이오필터 장치의 제거효율은 5 L/min과 10L/min에서 각각 30~70% 이상을 보여주는 반먼에 고농도 (1.23 g/㎥)에서의 효율은 10~60%이다. 그리고 Synthesized media를 담체로 사용한 바이오필터의 성능이 다른 바이오필터에 비하여 좋지 않았으며, barks를 사용한 바이오필터에 비하여 좋지 않았으며, barks를 사용한 바이오필터의 제거율이 입구농도 0.8g/㎥에서 약 70%로 가장 좋은 성능을 보였다. 이는 합성담체가 porous하여 그 보습능력이 다른 담체들에 비하여 떨어지기 때문임을 알 수 있었다. 바이오필터가 제거할 수 있는 공기중의 톨루엔양은 입구의 단위 시간당 농도를 증가시킴으로써 제거량이 증가함으로 알 수 있었으며, barks를 담체로 사용한 바이오필터의 제거량이 유입 부하량 40 g/㎥에서 최대 30 g/㎥으로 가장 우수한 것으로 나타나, 수분 및 활성의 유지가 안돼는 악의 조건하에서의 바이오필터 적응능력 면에서는 bark를 사용하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있었다. 한편 바이오필터의 우수한 거동을 위해서는 필터층의 적당한 수분함량 조절이 가장 필수적이며, 각 바이오필터의 pH 변화는 7~8로써, 중성영역을 유지하는 것이 바람직하였다. 모든 바이오필터 시스템에서 압력강하는 0.054 cm$H_2O$/m로서 무시할 만큼 낮았고, 특히 합성담체의 경우에 다른 담체들에 비하여 압력손실이 현저히 낮았다.저히 낮았다.

• 한국환경보건학회지
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• 제30권3호
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• pp.245-252
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• 2004

실제 규모(pilot-scale)의 바이오필터 시스템에 대한 연구가 진행되었으며, 각기 다른 운영 여건하에서 두번에 걸친 바이오필터 테스트가 행하여졌다. 첫 번째 실험은 페인트 부스에서 발생하는 휘발성유기화합물질 처리에 맞추어져 행하여졌다. 바이오필터의 미디어 자체 부피는 4.3 $m^3$이다. 첫 번째 실험에서는 바이오필터를 30일 동 안 운영하였는데, VOC제거효율이 99.9%에 이르렀다. 바이오필터 미디어 내부의 각 단계(stage)에서 측정한 온 도의 범위는 $34^{\circ}C$-$73^{\circ}C$였다. 미디어 각 단계에서 측정된 온도는 실험 초기에는 급격히 상승하였고 이후에 점차 로 낮아짐이 관찰되었다. 두 번째 실험에서는 바이오필터를 14일간 운영하였는데, 반응기가 실외에 설치되었고 실험이 겨울에 행해짐에 따라 바이오필터의 온도 조절이 필요하였다. 7 cm 두께의 단열재와 $150^{\circ}C$의 스팀이 온 도조절을 위해 이용되었다. 본 연구에서, 겨울철 바이오필터 운영상에 발생할 수 있는 온도조절 문제에 대하여 단열재와 스팀이 훌륭한 대안이 될 수 있음을 보였다. 미디어 내부의 온도는 단계 5(stage # 5)에서 가장 높았 으며, 단계 1(stage # 1)에서 가장 낮았다. 두 차례에 걸친 실험에서, 실제 규모(pilot-scale)의 바이오필터 내부의 높이 위치별, 단계별 온도변화에 대한 밀도있는 연구가 이루어졌다. 하중이 바이오필터의 운영에 미치는 영향이 본 실험들을 통해 관찰되어졌고, 바이오필터에 대한 최대 하중 결정 과정에는 추가적인 적응시간 및 실험기간이 요구되었다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2002년도 동계 학술대회 논문집
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• pp.383-388
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• 2002

본 연구에서 구성한 바이오필터 시스템은 암모니아 가스를 대상으로 여러 조건에서 성능을 구명하였으며, 필터 설계시 중요 인자인 송풍량, 온도, 함수율, 압력강하, 체류시간들간의 관계를 구명하였다. 필터 내부의 온도 변화는 체류시간 및 압력손실에 거의 영향을 주지 않았으며, 함수율의 변화가 체류시간과 압력손실에 미치는 영향은 함수율 값이 증가할수록 체류시간은 감소했으며 반대로 압력손실은 증가하는 결과를 보였다. 이는 필터 내부의 공극률 변화로 생긴 결과라 판단된다. 송풍량은 바이오필터 효율에 절대적으로 영향을 미치며 송풍량이 증가할수록 체류시간은 감소하며 초기 제거율도 떨어진다. 미생물의 투입 여부에 따른 제거율은 미생물 접종을 하지 않은 경우 초기 흡착에 의한 영향으로 제거율이 높다가 시간이 지남에 따라 차츰 낮아져 90% 이하로 떨어지는 경향을 보였고, 균주를 접종한 경우에 있어서는 시운전 기간 동안 거의 100% 가까운 제거 성능을 보였다. 본 연구는 실험실에서 암모니아 가스만을 대상을 하여 실험하였다. 따라서 실제 축사에서 발생하는 다양한 성분의 악취와 농도에 대한 성능 검증과 개선에 대한 연구가 보다 장기간에 걸쳐 이루어져야 할 것이다. 또한 소요되는 에너지와 운전비용의 절감 등의 유지관리, 바이오필터와 타 방식과의 조합, 그리고 다양한 전처리 방식의 개발 등 여러 측면에서 바이오필터 성능 개선에 대한 연구가 병행되어야 할 것으로 판단된다.

• KSBB Journal
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• 제18권6호
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• pp.448-454
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• 2003

세 가지 다른 공극률을 가진 담체를 충전한 바이오필터에서 기상의 톨루엔 제거실험을 수행하였다. 유입 유량과 유입 농도의 변화에 따른 바이오필터의 제거성능을 조사하고 공극률에 따른 영향을 알아보았다. 15일 동안 수행된 실험을 통해 빠른 환경변화에 대한 각 바이오필터의 동특성을 파악할 수 있었다. 바이오필터 설계에 중요한 변수인 제거량은 BF2 (25 PPI)가 115g/㎥h로 가장 큰 값은 나타내었다. 이는 제거량과 밀접한 관련이 있는 미생물 균체량이 초기 고정화 단계에서 각 바이오필터가 공극의 크기별로 각각 다른 부착 특성을 가져서 그 양과 수분 함량에 영향을 주었기 때문이다. 과도한 바이오매스의 축적은 바이오필터 성능을 저하시키는 요인임을 확인할 수 있었고 초기에 담체의 공극률이 장기적인 바이오필터 운전에 있어서 일정한 공기 흐름을 주기 위해서 매우 중요한 변수로 작용함을 알 수 있었다. 마지막으로 폴리우레탄 폼 담체는 균일하고 충분한 공극을 제공하므로 미생물의 흡탈착이 유리하고 충분한 미생물 서식공간을 제공함으로써 많은 미생물을 담지할 수 있어 단일 담체로 상업적 적용 가능성을 가지고 있다고 사료된다.

• Environmental Analysis Health and Toxicology
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• 제21권3호
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• pp.219-228
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• 2006

폴리우레탄, 폴리에스테르, 바이페놀, PVC 외 각종 농약 등을 생산하는 울산의 모 화학공장에서, 다양한 종류의 휘발성유기화합물질들(VOCs)이 배출되고 있다. 평균적인 휘발성유기화합물질의 배출 농도는 7283 ppm으로, 톨루엔, 페놀을 포함하여 Trimethyl-pentene, trimethyl-hexene, dimethyl-cyclohexane 등이 검출되었다. Trimethyl-pentene, trimethyl-hexene, dimethyl-cyclohexane등은 인화성이 강하며 화재를 일으킬 위험성이 매우 큰 것으로 알려져 있고, 특히 톨루엔과 페놀의 경우는 호흡이나 피부접촉 등을 통한 인체로의 유입이 있을 경우 유독성을 나타내게 된다. 이러한 VOCs제거를 위하여 겨울철 기간에 파이로트-규모의 바이오필터 적용 실험이 진행되어 졌다. 본 연구의 목적은 바이오필터 운영이 진행되는 가운데 온도, 함수비, 하중, 압력손실 등의 제한요소들이 미디어 내부에서 변화하는 상황에 대한 관찰 및 평가에 있다. 이러한 제한요소들은 바이오필터의 디자인과 오염물질 제거에 심대한 영향을 미치게 된다. 바이오필터는 옥외에 설치되어 총 44일간 운영되어 졌는데, 외부 영하온도의 영향을 최소화하기 위하여, 7cm두께의 파이버-글래스 소재 단열설비가 반응기 외부에 설치되었고 또한 $150^{\circ}C$의 스팀이 바이오필터 반응기와 단열설비 사이에 제공되어 졌다. 바이오필터 반응기 내부에는 23개의 온도 측정 센서와 함수비 센서, 공기샘플포트, 습도계 등이 각기 다른 장소에 설치되어 온도, 함수비 등의 제한요소 영향연구가 진행되었다. 미디어 내부 같은 높이의 서로 반대되는 위치에서 온도차가 13.7도에서 -8.3도까지 차이가 나는 것으로 관찰되었으며, 미디어 높이 위치의 변화에 따라서도 21도에서 2도가지 차이를 나타냈다. 바이오필터 함수비는 실험기간 동안 지속적으로 변화가 발생하였는데, 스팀이 제공되는 동안에는 미디어 함수비가 훨씬 빠른 속도로 증가됨이 관찰되어 졌다.

• 원예과학기술지
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• 제33권5호
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• pp.751-762
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• 2015

본 연구는 평면형 바이오필터를 설계하여 제작하고 이 바이오필터에 디펜바키아(Dieffenbachia amoena 'Marianne')의 식재 여부에 따라 환기 용량을 제어할 수 있는 토양 수분 안정화 정도를 측정하고 미세먼지, 휘발성 유기화합물 및 포름알데히드(HCHO)와 같은 실내공기 오염물질에 대한 바이오필터의 제거율을 비교하였다. 실험 결과 디펜바키아의 식재 여부에 관계없이 모두 일정한 상대습도, 온도 및 토양 수분 함량을 나타내었고 이 바이오필터에 식재한 디펜바키아도 정상적으로 생육하였다. 바이오필터에 의한 미세먼지 제거율을 보면, 미세먼지(PM10)와 초미세먼지(PM2.5)의 입자 수는 토양만 있는 경우 각각 30%와 2% 이상 제거되었고, 디펜바키아를 식재한 경우도 각각 40%와 4% 이상 제거되었다. 미세먼지(PM10) 무게에 따른 제거율은 토양만 있는 경우 4% 이상, 디펜바키아를 식재한 경우 20% 이상으로 나타났다. 토양만 채운 바이오필터는 xylene, ethylbenzene, toluene, total volatile organic compounds(T-VOCs)를 63% 이상 제거하였으나 benzene은 22% 이상, HCHO는 38% 이상을 제거하였다. 디펜바키아를 식재한 바이오필터는 xylene, ethylbenzene, toluene, T-VOCs를 72% 이상 제거하였고 benzene과 HCHO도 39% 이상 제거하였다. 따라서 식물과 바이오 필터를 결합한 시스템은 미세먼지의 제거보다 휘발성 유기 화합물의 제거에 대한 효과가 더 높은 것으로 나타났다. 본 연구에서 제작한 평면형 바이오필터는 실내 공기질 정화에 매우 효과가 있는 것으로 나타났으며, 식물과 바이오필터를 결합하였을 때 그 효과는 더욱 큰 것으로 확인하였다.

• 한국자원식물학회지
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• 제27권5호
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• pp.546-555
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• 2014

연구의 최종 목표는 실내의 공간과 특성에 따라 효율적으로 실내공기질을 향상시킬 수 있는 식물 녹화와 바이오필터를 통합한 시스템의 개발이다. 그러나 이러한 목표를 달성하기 위해서는 바이오필터 시스템의 적절한 공기정화량에 대한 용량 설계에 중요한 영향을 주는 일정한 압력손실량과 토양수분 함량과 같은 여러 가지 요구사항들이 충족되어야 한다. 따라서 본 기초 연구는 바이오필터의 토양 내 균일한 분포를 갖는 토양수분 함량과 압력손실량을 유지하고 정상적인 식물 생장 특히 바람에 의한 근권부 스트레스를 받지 않도록 풍속을 적절히 조절하고, 바이오필터 내 초기 토양수분 함량이 일정하게 유지되어 안정성을 확보하기 위해 수행되었다. 본 실험에서는 평면형 바이오필터 모델을 설계하여 제작하고 세 가지 풍속(1, 2, $3cm{\cdot}sec^{-1}$)에 따른 바이오필터의 공기정화량, 공기체류시간, 기액비를 산출하였다. 또한 세가지 풍속에 따라 바이오필터 내 토양층을 통과하여 배출된 가습공기의 상대습도, 압력손실량, 토양수분 함량을 측정하고, 이 바이오필터 내에서 자란 상추와 더 피고사리의 생육을 평가하였다. 풍속 실험의 결과, 풍속 $3cm{\cdot}sec^{-1}$가 상대습도, 토양수분 함량, 식물생육을 유지하기에 가장 적절하였다. 따라서 다음 실험에서는 풍속을 $3cm{\cdot}sec^{-1}$로 고정하고 두 가지 수준의 초기 토양수분 함량(저수준 18.5%, 고수준 28.7%) 조건에서 바이오필터를 가동한 처리구와 바이오필터를 가동하지 않은 대조구(초기 토양수분 함량 29.7%)를 설정하고, 바이오필터 내 토양층을 통과하여 배출된 가습공기의 상대습도, 압력손실량, 토양수분 함량과 바이오필터 내에서 자란 상록넉줄고사리의 생육을 평가하였다. 이 실험 결과는 첫 번째 실험 결과와 유사하였으며 상대습도, 토양수분 함량, 압력손실량이 일정한 수준을 유지하였다. 또한 세 가지 초기 토양수분 함량에 따른 상록넉줄고사리의 생육도 유의성 있는 차이를 나타내지 않았다. 그러나 두 가지의 바이오필터 처리구는 대조구에 비해 건물중이 다소 증가된 것을 알 수 있었다. 따라서 주요 물리적 요소인 토양수분 함량과 압력손실량을 유지할 수 있는 본 바이오필터 시스템의 안정성은 가까운 미래에 보다 발전된 일체형 바이오필터 모델 설계에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권5호
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• pp.568-574
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• 2013

퇴비공장 또는 공공시설에서 발생되는 악취폐가스의 대표적인 제거대상 오염원인 황화수소와 암모니아를 포함한 악취폐가스를 처리하기 위하여 여러 운전 조건 하에서의 Thiobacillus sp. IW 및 반송슬러지를 고정한 담체를 충전한 semi-pilot 바이오필터 시스템을 운전하였다. Semi-pilot 바이오필터 운전 초반 및 중반에서는 황화수소 제거효율은 암모니아 부하와 무관하였으나, 암모니아 제거효율은 황화수소 부하가 커짐에 따라서 감소하였다. 그럼에도 불구하고 semi-pilot 바이오필터 운전 후반에서는 황화수소 부하가 커짐에도 불구하고 암모니아 제거효율이 영향을 받지 않았다. 이것은 semi-pilot 바이오필터 운전 후반의 buffer solution의 지속적 투입으로 인하여 semi-pilot 바이오필터담체의 산성화가 크지 않음에 기인한다고 간주된다. Semi-pilot 바이오필터시스템으로 황화수소와 암모니아의 동시제거를 할 때에 황화수소와 암모니아의 최대 elimination capacity 값은 각각 약 58 및 $30g/m^3/h$이었다. 이와 같이 semi-pilot 바이오필터 운전에 의하여 황화수소와 암모니아를 동시 제거한 경우에는 실험실규모 바이오필터의 유사한 운전조건 하에서 둘 중의 하나만을 함유한 경우보다 제거용량이 각각 약 39와 46% 만큼 감소하여서, 황화수소와 암모니아를 동시 제거한 경우에 암모니아 최대제거용량이 황화수소 최대제거용량보다 7% 만큼 더 감소하였다.