[논문]화산석을 이용한 Biofilter에서 기상 Toluene의 제거 특성

박홍기; 빈정인; 이병헌; 김중균; 감상규; 이민규

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박홍기 (부경대학교 화학공학부) , 빈정인 (부경대학교 환경시스템공학부) , 이병헌 (부경대학교 환경시스템공학부) , 김중균 (부경대학교 식품생명공학부) , 감상규 (제주대학교 환경공학과) , 이민규 (부경대학교 화학공학부)

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문제 정의

그러나 미생물 반응 시스템의 설계 및 운전조건들에 대한 연구가 미흡하여, 시스템의 수행 특성이 쉽게 예측되어지지 않고 요구되는 제거효율을 얻을 수 있는 최적 조건으로 운전되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 화산석을 메디아로 하여 기상 toluene 제거를 위한 biofilter 시스템의 운전 특성을 규명하기 위하여, inlet loading, EBCT (Empty Bed Contact Time) 등의 운五인力 게 대한 연구 결과의 일부를 소개하고자 한다.

제안 방법

1주일 후에는 재순환을 제거하고 toluene의 유입 부하를 서서히 600ppmv까지 높혀나갔다. EBCT의 영향을 살펴보기 위하여 EBCT룰 2min에서 lOsec까지 변화시켰다.
항온시설을 설치하여 온도를 27~30℃로 유지시켰으며, 각 반응기에 설치된 sampling port를 이용하여 가스 및 메디아 시료 채취와 온도, 습도, 압력 등을 측정하였다. Toluene의 기상 분석은 FID (Flame Ionization Detector)를 장착한 GC (Donam, DS 6200X 이 용하였으며, 드레인 수의 pH는 pHmeter (ORION model 420A)를 이용하여 분석하였다.
Biofilter의 메디아로는 제주도에 다량 산재해있는 화산석을 이용하였으며, 반응기에 유입되는 기질로써는 일반적인 공업공정에서 많이 사용되고 있는 대표적인 유기용 제인 toluene을 VOCs 대상 물질로 선정하여 사용하였다. 기화기에서 기화시킨 toluenee 증습기에서 증습된 공기와 혼합하여 각 반응기의 상부로 유입시켰다. 화산석이 충진된 biofilter에는 본교 생물 공학과에서 분리배양한 Scillus 혼합 균주을 식종하였다.
미생물을 순응시키기 위하여 1주일간 toluene을 40ppmv로 공급하면서 미생물 배양액을 재순환 시켜 반응기 내의 미생물을 고농도로 유지하였다. 1주일 후에는 재순환을 제거하고 toluene의 유입 부하를 서서히 600ppmv까지 높혀나갔다.
항온시설을 설치하여 온도를 27~30℃로 유지시켰으며, 각 반응기에 설치된 sampling port를 이용하여 가스 및 메디아 시료 채취와 온도, 습도, 압력 등을 측정하였다. Toluene의 기상 분석은 FID (Flame Ionization Detector)를 장착한 GC (Donam, DS 6200X 이 용하였으며, 드레인 수의 pH는 pHmeter (ORION model 420A)를 이용하여 분석하였다.

대상 데이터

본 실험에서 사용한 반응장치는 pilot-scale로 증 습기 (ID : 160x1500mm), 기화기 (ID:50 x300mm), 혼합기 (400 x 200 x 80mm), 반응기 (ID : 100mmx2000mm, 4조) 등의 네 부분으로 구성 되어졌다. Biofilter의 메디아로는 제주도에 다량 산재해있는 화산석을 이용하였으며, 반응기에 유입되는 기질로써는 일반적인 공업공정에서 많이 사용되고 있는 대표적인 유기용 제인 toluene을 VOCs 대상 물질로 선정하여 사용하였다. 기화기에서 기화시킨 toluenee 증습기에서 증습된 공기와 혼합하여 각 반응기의 상부로 유입시켰다.
본 실험에서 사용한 반응장치는 pilot-scale로 증 습기 (ID : 160x1500mm), 기화기 (ID:50 x300mm), 혼합기 (400 x 200 x 80mm), 반응기 (ID : 100mmx2000mm, 4조) 등의 네 부분으로 구성 되어졌다. Biofilter의 메디아로는 제주도에 다량 산재해있는 화산석을 이용하였으며, 반응기에 유입되는 기질로써는 일반적인 공업공정에서 많이 사용되고 있는 대표적인 유기용 제인 toluene을 VOCs 대상 물질로 선정하여 사용하였다.

성능/효과

hr의 제거부하량을 얻었을 수 있었다. 또한 EBCT를 변화시킨 실험 결과 30sec에서도 99% 이상의 높은 제거율을 보였다.
유입 농도는 40 ~600ppmv 범위로 변화시켰으며, 그림에서 Rl, R2는 각각 EBCT를 45초와 60초로 운전한 결과이다. 유입 농도를 lOOppmv이상에서 증가시킬 경우에 순응기간은 2~3일 정도였으며 실험한 모든 농도 범위에서 99% 이상의 제거 효율을 나타내었다. biofilter 시스템에서 toluene 제거부하량은 대체로 기타 문헌 등의 자료에 의하면 20~80g/nF.

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