[논문]연소배가스 중 질소산화물(NOx) 제거를 위한 생물학적 기술

이기세

연소배가스 중 질소산화물(NOx) 제거를 위한 생물학적 기술
Biological Removal of Nitrogen Oxides from Combustion Flue Gases 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.21 no.3, 2010년, pp.243 - 251

초록
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연소배가스에 존재하는 질소산화물의 제거를 위해서는 촉매 환원, 흡수, 흡착 등 화학적 기술이 적용되고 있는데, 장기적으로는 환경친화적이고 에너지 소모가 적은 생물학적 공정의 개발 및 이용이 필요하다. 본 논문에서는 연소 배가스에 존재하는 질소산화물을 제거하기 위한 생물학적 공정의 기술동향을 살펴보고 각각의 장단점을 고찰하였다. 질산화와 탈질 기작을 이용하는 박테리아 시스템과 광합성 미세조류를 이용하는 시스템으로 구분하여 기술의 원리와 현재의 기술 수준을 논하였다. 두 경우 모두 처리속도를 높이기 위해서는 불용성의 일산화질소를 일단 적절한 흡수제에 고농도로 포집시킨 후 미생물에 의하여 분해 또는 고정하는 방향이 바람직하며, 배가스 중 $CO_2$와 NOx를 동시에 고정이 가능하고 별도의 탄소원이 요구되지 않는 미세조류의 활용이 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Nitrogen oxides (NOx) in combustion flue gas are currently mitigated by chemical processes such as catalytic reduction, absorption and adsorption. However, development of environmentally sustainable biological processes is necessary in the near future. In this paper, the up-to-dated R&D trend of biological methodologies regarding NOx removal was reviewed, and their advantages and disadvantages were discussed. The principles and applications of bacterial system including nitrification and denitrification and photosynthetic microalgae system were compared. In order to enhance biological treatment rate and performance, the insoluble nitric oxide (NO) should be first absorbed using a proper solubilization agent, and then microbial degradation or fixation is to be followed. The use of microalgal system has a good prospect because it can fix $CO_2$ and NOx simultaneously and requires no additional carbon for energy source.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

Lee와 Sublette [37,38]은 Thiobacillus denitrificans를 이용하여 NO가 단독으로 포함된 배가스 처리에서는 성공적으로 NO가 제거됨을 보였다. SO₂를 H2S로 환원시키는 Desulfovibrio desulfuricans와 H₂S를 SO₄^2-로 전환하는 Thiobacillus denitrificans를 연속으로 운용함으로써 SOx의 제거와 NOx의 동시 제거를 시도하였는데 NO를 제거하는 동안에는 SO₂의 환원이 저해되는 현상이 존재하는 결과를 보고하였다.

가설 설정

Figure 7. Concept of CCCM using photosynthetic microalgae and its application to flue gas treatment.

성능/효과

가 포함된 배가스를 이용하여 Phaeodactylum, Nannochloropsis, Nannochloris 종들을 배양시킨 바 있다. 이 때 SOx는 50 ppm 농도까지 미세조류 배양에 큰 저해를 일으키지 않았으나 400 ppm의 고농도를 공급하면 배양액의 pH가 급격히 낮아지면서 심각한 성장저해가 일어남을 관찰하였다. NO에 대해서는 배양액의 pH 변화는 거의 없었으나 300 ppm의 농도에서는 Nannochloris만이 성장 가능하였는데, 그것도 일정 시간의 지연기를 가진 후 안정적으로 성장하는 경향을 나타내었다.
초기에 적용된 가스상 바이오필터의 경우에는 독립영양(autotroph) 미생물들의 느린 성장 속도와 가스상 성분의 물질전달의 제한으로 biofilm 형성이 원활하지 않아, 결과적으로 NO 제거효율이 높지 않았고 따라서 매우 긴 체류시간이 요구되었다. 이를 개선하기 위한 것이 액상 살수여상 시스템의 사용이었는데 용암석(red lava rock), 셀라이트(celite) 같은 규조토 등을 담체로 사용하여 biofilm 형성을 촉진하고 기-액 접촉 비표면적을 넓히는 한편 가스의 분산시스템을 개선함으로써 물질전달 속도를 높여 NO 제거율을 향상시킬 수 있었다. Chou와 Lin[24]은 blast furnace slag를 담체로 사용한 살수여상 공정을 이용하여 900∼1200 ppm NO 배가스를 2 min 체류시간 동안 80% 제거할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연소 후 처리 대책에는 어떤것이 있는가?	전자는 연소공정의 개선을 통한 NOx 발생량을 저감하는 일종의 청정기술적 노력이며, 후자는 이미 발생한 NOx에 대한 사후처리(end-of-pipe treatment)에 해당한다. 연소 후 처리 대책은 대부분 화학적 환원 방법인 선택적촉매환원(selective catalytic reduction, SCR)과 선택적비촉매환원(selective non-catalytic reduction, SNCR), 그리고 흡수(scrubbing) 및 흡착(adsorption) 등의 기술이 적용되고 있다.
	NOx 성분을 생물학적으로 제거하는 공정 중, 탈질 미생물을 이용하는 공정은 추가적으로 무엇이 필요할까?	탈질 미생물을 이용한 공정에서는 Fe(II)-NO-EDTA 형태로 가용화된 NO를 이화적 환원작용에 의하여 N2로 제거하는 것이 가능하나, 산화된 Fe(III)를 Fe(II)로 환원 재생하기 위해서는 탈질 미생물 이외 철환원 능력이 있는 다른 미생물 군과의 연계가 필요하다. 또한 이러한 박테리아 혼합배양 시스템에서는 독립영양 미생물이 관여하는 경우가 많으므로 별도의 유기 탄소를 에너지원으로 공급해야 하는 것이 일반적이다.
	질소산화물은 무엇과 반응해 광화학 스모그의 원인이 되는가?	화석 연료의 연소로 인하여 발생하는 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물(nitrogen oxides, NOx) 성분들은 대기중에서 휘발성유기화합물(volatile organic compounds, VOC) 등의 탄화수소와 반응하여 광화학 스모그의 원인이 되며 황산화물(SOx)과 더불어 수분과 반응하여 산성비의 원인이 된다. 또한 대류권에서는 오존의 생성 반응에 관여하며, 성층권에서는 오존의 분해 반응을 촉진한다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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