• 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.

• 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.

• 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.

• 대한환경공학회지
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• 제32권12호
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• pp.1126-1133
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• 2010

본 연구에서는 휘발성 유기화합물의 분해능력을 가진 Candida tropicalis와 황화수소 분해능력을 가진 황산화균을 적용하여 이단 바이오필터를 운전하였으며, 각각의 미생물은 스폰지형 담체에 포괄 고정시켜 사용되었다. 이단 바이오필터에는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 암모니아, 황화수소 등의 복합악취를 유입하며 분해 특성을 파악하였고, 특히 오염부하량 단계변동에 대한 바이오필터의 분해능을 확인하였다. 오염부하량 단계변동은 총유입부하량 단계변동(total EC test), 개별 악취물질 유입부 하량 단계변동(individual chemical EC test), 간헐 동적부하 변동(2 days off & 3 days on) 순으로 수행되었다. 총유입부하량 단계변동 실험결과 TVOC와 암모니아, 황화수소의 최대분해능은 각각 61, 5.2, $9.1\;g/m^3/hr$로 확인되었으며, 개별악취물질 유입부하량 단계변동시에는 휘발성 유기화합물질 상호간의 분해능 간섭이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 벤젠 부하량 변동시 톨루엔과 p-자이렌 모두 제거효율에 영향을 받았으며, 톨루엔의 부하량 단계변동시에는 벤젠과 p-자이렌이 각각 30%와 25% 이상의 제거효율의 하락이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 무기악취와 유기악취간의 상호 분해능 간섭은 일어나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 2일간 악취물질의 유입을 중단한 후 다시 악취물질의 유입을 재개하였을 때, 3일 이내에 95% 이상의 악취물질 제거능 회복율을 보였다. 이러한 부하변동 실험결과로 미생물 포괄고정 담체를 적용한 이단 바이오필터가 유 무기 악취의 동시제거에 많은 장점을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권3호
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• pp.391-396
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• 2010

본 연구에서는 퇴비공장 또는 공공시설에서 발생되는 악취폐가스의 대표적인 제거대상 오염원인 암모니아의 효율적 처리를 위하여, 여러 운전 조건 하에서 동 부피의 폐타이어담체와 compost를 충전하고 반송슬러지를 고정한 바이오필터의 암모니아 제거 특성을 조사하고 바이오필터공정의 적정운전조건을 구축하였다. 암모니아를 함유한 폐가스의 처리를 위하여 바이오필터를 30일(2회/1일의 회수로 총 60회 실험) 동안 약 $30^{\circ}C$의 온도조건 하에서 암모니아부하를 $2.18g-N/m^3/h$부터 $70g-N/m^3/h$ 까지 증가시키면서 운전하였다. 바이오필터를 가동하여 I부터 IV 단계까지는 암모니아 제거율이 거의 100%로서, 암모니아부하가 $17g-N/m^3/h$에 이르기까지 거의 모든 암모니아가 제거되었으나, 바이오필터 운전 V 단계에서 암모니아부하를 약 $35g-N/m^3/h$로 증가시켰을 때에 암모니아제거율은 약 80% 정도로 급락하여 암모니아 제거용량이 약 $28g-N/m^3/h$이었다. 그러나 바이오필터 운전 VI 단계에서 암모니아부하를 약 $70g-N/m^3/h$로 두 배로 증가시켰을 때에도 암모니아제거율은 80%를 유지하여 최대암모니아 제거용량이 약 $55g-N/m^3/h$에 달하였다. 이와 같이 본 연구의 최대 암모니아 제거용량은, 분뇨슬러지를 유기담체인 rock wool에 접종하고 Kim 등에 의하여 수행된 바이오필터실험의 최대 암모니아 제거용량인 $1,200g-N/m^3/day$(i.e., $50g-N/m^3/h$)보다 다소 우월하였다. 그러나 본 연구의 암모니아 질소 임계부하는 Kim 등에 의하여 수행된 바이오필터실험의 암모니아 질소의 임계부하인 $810g-N/m^3/day$(i.e., $33.75g-N/m^3/h$)에 미치지 못하였다. 본 연구의 최대 암모니아 제거용량이 Kim 등보다 우월한 이유는 Kim 등에 의하여 사용된 미생물담체보다 본 연구에서 사용한 미생물담체인 폐타이어담체의 코코넛 활성탄분말로 도포된 표면 및 발달된 내부공극이 각각 질산화 및 탈질 미생물이 고정화되기 더욱 쉬운 환경을 제공하기 때문이라고 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권2호
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• pp.272-278
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• 2013

퇴비공장 또는 공공시설에서 발생되는 악취폐가스의 대표적인 제거대상 오염원인 암모니아를 포함한 악취폐가스를 처리하기 위하여 여러 운전 조건 하에서의 광촉매반응기와 바이오필터로 구성된 하이브리드시스템을 운전하였다. 암모니아 총 제거효율은 하이브리드시스템의 운전부하가 운전 단계별로 커졌음에도 불구하고 약 80%로 유지되었다. 광촉매반응기에서의 암모니아 제거효율은 광촉매반응기로의 암모니아 유입부하량이 증가함에 따라서 광촉매반응기의 암모니아 제거효율은 65%에서 약 22%로 감소하였다. 같은 암모니아 유입부하량일지라도 암모니아농도가 클 때보다 적은 경우에 광촉매반응기의 암모니아 제거효율이 상대적으로 높았다. 반면에 바이오필터의 경우는 운전 전반부에는 암모니아 처리효율이 현저하게 억제되었으나 광촉매반응기의 경우와 반대로 시간이 경과하면서 암모니아 유입부하량이 증가함에도 불구하고 바이오필터의 암모니아 제거효율은 지속적으로 약 78%까지 증가하여서 Lee 등의 연구결과에서의 암모니아 제거효율과 비슷하게 도달하였다. 광촉매반응기에 의한 최대 암모니아 제거용량($EC_{PR}$)은 약 16 g-N/$m^3$/h 이었고, 바이오필터에 의한 암모니아 제거용량($EC_{BF}$)은 운전 초기에 암모니아 총 부하가 작은 경우에는 암모니아 총 부하증가에 따른 $EC_{BF}$의 증가추세가 미약하였으나 운전 후반부에 암모니아 총 부하가 큰 경우에는 암모니아 총 부하증가에 따른 $EC_{BF}$의 증가추세가 급격하게 커졌다. 하이브리드시스템 운전 6단계에서 암모니아 총 부하가 약 80 g-N/$m^3$/h일 때에 광촉매반응기에서의 $EC_{PR}$은 약 16 g-N/$m^3$/h이었고, 2차 공정이고 주공정인 바이오필터에 걸리는 암모니아 부하는 나머지인 약 64 g-N/$m^3$/h이고 주공정인 바이오필터의 $EC_{BF}$은 약 48 g-N/$m^3$/h로 산출되었다. 이러한 바이오필터의 암모니아 제거용량은 Kim 등의 연구결과로서 최대 암모니아 제거용량인 1,200 g-N/$m^3$/day와 거의 비슷하였다.

• 상하수도학회지
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• 제27권3호
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• pp.373-382
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• 2013

In this study, a biological odor treatment system was proposed to remove odor(foul smell) materials causing several problems in the closed sewage treatment plant. This odor treatment system was composed of a two-step biofilter system in one reactor. The two-step biofilter reactor was constructed with natural purification layer in upper part and artificial purification layer in lower part. The reed grasses of water purification plants were planted in the surface area and mixed porous ceramic media were filled with the lower part of biofilter reactor. By using the above experimental apparatus, the ammonia gas removal efficiency was attained to 98.3 % and the hydrogen sulfide gas removal efficiency was appeared more than 97.7 % which shows more effective than the conventional odor removal process.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권1호
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• pp.100-115
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• 2022

교대로 운전되는 광촉매반응기 공정 및 바이오필터 공정[전통적 바이오필터(L 반응기)와 두 개의 유닛(R_up 및 R_dn)을 가지는 개선된 바이오필터(R 반응기)]으로 구성된 통합 하이브리드시스템(통합처리시스템)에서 에탄올과 황화수소를 동시 함유한 폐가스 처리를 성공적으로 수행하였다. 통합처리시스템의 운전 단계로서 HA1, HA2 및 폐가스의 공급 방향이 뒤바뀐 HA3T stage의 광촉매 공정에서 각각 55, 50 및 45%의 에탄올 제거효율과 각각 70, 60 및 37%의 황화수소 제거효율을 보였다. 특히, HA3T stage에서 통합처리시스템으로 공급되는 폐가스(feed)의 황화수소 농도가 10 ppmv에서 20 ppmv로 급증함에 따른 황화수소 부하량의 증가로 인하여 특히 황화수소 제거효율의 급격한 감소를 관찰하였다. 통합처리시스템의 HA1, HB1, HA2 및 HB2 stage 및 HA3T stage의 초반에, 개선된 바이오필터(R 반응기)의 각 유닛에 설치한 sampling 구들의 에탄올의 파과 순서 및 에탄올 처리효율의 크기 순서는, HA3T stage 후반과 HB3T stage의 경우에서 각각 거꾸로 바뀌었다. 한편 개선된 바이오필터(R 반응기)에서 황화수소의 경우는 파과 정도가 에탄올의 경우만큼 두드러지지는 않았으나 비슷한 추세가 관찰되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권7호
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• pp.491-498
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• 2009

본 연구에서는 환경기초시설과 정유공장, 도장시설 등에서 발생하는 악취 및 휘발성 유기화합물(VOCs:Volatile Organic Compounds)을 처리하는데 주로 사용되는 RTO와 RTO를 대체할 수 있는 중저가의 고효율 처리기술을 개발하고자 하였다. toluene, xylene, benzene, MEK, ethanol, hydrogen sulfide, formalin 등을 처리대상 VOCs와 악취물질로 선정하고 처리방식은 1차로 선회류식 세정장치를 이용하여 친수성의 악취 및 VOCs를 제거하고 2차로 섬유상 바이오필터를 이용하여 친수성 VOCs 뿐만 아니라 소수성 VOCs를 모두 효율적으로 처리하는 하이브리드 기술을 개발하는 동시에 VOCs 처리장치의 크기를 컴팩트하게 하는데 주안점을 두었다. 선회류식 세정장치에서 첩족시간을 2~3초로하고 세정수를 비격막식 전해수로 사용하였을 때 친수성 VOCs 물질인 ethanol과 상대적으로 친수성 악취물질인 hydrogen sulfide는 각각 95~99%, 93~97%로 거의 완벽하게 제거되었다. 또한 MEK, formalin의 처리효율은 각각 78~90%, 72~85%로 높은 제거효과를 나타내었다. 반면에 소수성 물질인 toluene, xylene, benzene에 대한 선회류식 세정장치의 처리효율은 각각 16~22%, 12~18%, 8~16%으로 낮게 나타났다. 하지만 일정한 처리효율을 계속 유지함을 확인할 수 있었다. 섬유상 바이오필터는 toluene의 경우 초기에는 처리효율이 좋지 않았지만 순응기간인 7~10일정도가 지난 이후부터는 미생물 분해처리를 통해 70% 이상의 제거율을 보였으나 이후 85~95%의 처리효율을 보였다. 하지만 MEK가 혼합된 단계에서는 5~10%정도의 처리효율 감소경향을 나타내었는데 이는 미생물들이 처리하기 쉬운 MEK를 우선 처리하는 성향때문이라고 사료된다. MEK에 대한 섬유상 바이오필터의 처리효율은 80~92%로 안정적인 처리효율을 보였다. 경제성 측면에서도 소각방법인 RTO 대비 시설비 및 유지관리비를 절감할 수 있어 중, 저가 VOCs 처리기술로 각광받을 것으로 사료된다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권8호
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• pp.789-797
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• 2008

본 연구에서는 파쇄된 타이어칩을 담체로 충진한 biofilter를 이용하여 악취의 원인 물질인 trimethylamine(TMA)의 제거특성을 실험하였다. 실험에서 사용된 미생물은 S 수탁폐수 처리업체에서 채취한 활성슬러지를 순응 배양 하였으며, peristatic pump를 이용하여 20일간 바이오필터의 담체에 순환시키면서 접종 하였다. Biofilter의 안정화를 확인한 후 유입 농도와 공간속도를 변화시켜 처리효율을 측정하였으며, 침출수중의 액상 TMA, COD$_{Cr}$, NO$_3{^-}$-N, NO$_2{^-}$-N, NH$_4{^+}$-N, EPS(Extracellular Polymeric Substances)를 측정하여 생물학적인 영향과 처리효율에 대해 평가하였다. TMA의 유입농도를 약 10 ppm의 범위로 고정하고 SV(space velocity)를 120 hr$^{-1}$에서 240 hr$^{-1}$까지 증가시켜 TMA의 제거효율을 검토한 결과 120, 180 hr$^{-1}$에서는 95% 이상, SV 240 hr$^{-1}$에서는 최대 90%, 최소 80%의 제거효율을 얻어 최적 제거 공간 속도는 180 hr$^{-1}$임을 확인 할 수 있었다. 또한, SV를 180 hr$^{-1}$, 유입농도를 5$\sim$55 ppm까지 단계적으로 증가시켜 TMA의 제거효율을 검토한 결과 유입농도 10 ppm까지는 95%, 유입농도 10$\sim$30 ppm에서는 80%의 제거율을 보임을 알 수 있었고, 유입농도 40 ppm 이상에서는 제거효율이 급격히 감소하는 경향을 보여 TMA에 대한 임계 최대 제거 농도는 40 ppm임을 확인 할 수 있었다. Kinetic analysis를 통해 얻은 TMA의 최대 제거 속도($V_m$)와 기질친화상수($K_s$)는 각각 14.3 g$\cdot$m$^{-3}$$\cdot$h$^{-1}$과 0.043 g$\cdot$m$^{-3}$로 나타났으며, 충격부하에 대한 미생물의 순응 기간은 100$\sim$150 hr 정도로 나타났다. 또한, 침출수중의 EPS 농도가 100$\sim$200 ppm의 범위에서 지속적으로 측정되어 반응기내에서 생물막이 지속적으로 생성되어짐을 확인 할 수 있었다.