연구의 목적 및 필요성
과제의 특성
특수곰팡이 도입 및 적용
Biofilter의 기초실험 및 시제품 제작
시스템의 최적화 및 산업체 적용
산업체의 VOC 및 악취발생 공정에 적용하여 쾌적한 환경 조성 |
공기오염제어(Air Pollution Control)는 폐가스로 배출되는 공기
중의 VOC와 독성물질을 분해할 수 있는 공법들로, 광의로 보아서 열 또는 촉매연소, 물리적 또는 화학적 처리, 생물학적
분해 등으로 나눌 수 있으며, 이 방법에 의하여 오염물질은 산화, 분해되거나 또는 흡수/흡착방식으로 공기로부터 제거되어
회수 또는 처리 과정으로 넘어간다.
이때에, (1) 가스 속 유기성 증기의 소각은 거의 99% 이상 유기성 오염물질의 분해를 가능하게 하지만, 다량의 연료가
필요로 되고, 최종적으로는 NOx와 같은 오염부산물이 생성된다. 촉매의 사용과 열회수 시스템으로 연료비를 감소시킬 수는
있으나 이로서 투자비와 유지비를 상승시킨다.
(2) 화학적산화법은 가스의 오염물질을 액상으로 변화시키지만 탄화수소와 기타 지연성 물질에 대하여는 효과가 없으며 생성된
폐수를 다시 처리할 필요성도 생긴다.
(3) 활성탄 흡착법은 고비용이며 포화 탄소가 유해폐기물이어서 유해폐기물 매립장으로 운반시키거나 재생시켜야하는 문제가
있다.
Biofiltration(생물여과법)은 비교적 최근의 대기오염 제거 기술인데 폐가스로부터 나오는 악취나 휘발성물질(VOC)
및 유독성 공기를 효과적으로 제거할 수 있는 유망한 기술로 알려져있다. 이 기술을 여러 가지 물질을 산화시킬 수 있는
미생물을 이용하는 것으로 조건을 통제하여 가스를 정화율을 높이는 면에서 연구되었고, 이러한 공정 최적화를 위한 시스템의
개선 노력으로 저 에너지 비용으로 공해 저감률을 높이게 될뿐더러 최소의 운전중지시간과 관리시간으로 장기간에 걸쳐 오염물질의
제거가 가능하게 되었고 이차처리의 필요가 없는 기술이어서 그 이용분야는 점차 넓어지고 있다.
가장 일반적인 경우가 박테리아를 이용하여 조성한 바이오필터로 폐가스를 정화한 경우가 70년대 후반과 80년대에 성공리에
진행되었고 그 후 90년대에는 난분해성 물질에 탁월한 분해능력을 보이는 특정 박테리아류와 특수곰팡이 등을 이용한 새로운
미생물군을 이용한 바이오필터의 제작이 시도되었다.
본 과제에서는 난분해성(방향족)물질에 대한 분해도가 탁월하고 기존 박테리아류의 경우와는 다르게 함수율의 변화에 예민하지
않고 산업체 폐가스발생의 특징이라고 할 수 있는 배출농도의 심한 변화에 잘 대응할 수 있는 특수한 곰팡이류를 이용하여
산업체에서 발생하는 VOC 및 악취를 효율적으로 제거할 수 있는 기술을 개발하려한다. 이 곰팡이의 경우 또한 VOC나
악취의 배출 시에 고온으로 배출되는 경우가 많아 이를 냉각시키기 위한 추가 비용의 부담으로 시장경쟁력이 약해질 수 있는
점을 보완할 수 있도록 온도에 대한 내성(70℃까지)을 가질 수 있으므로 경제적이고 획기적인 기술이 될 수 있다.
곰팡이류를 이용한 VOC 특히 방향족 화합물을 분해하는 보고가 전문 학술지인 ‘Science'에 발표된 이후 미환경부,
미농림부, 환경전문 처리 회사가 중심이 되어 다양한 생물학적 처리기술에 이용 가능성을 연구하고 있으며 일부 상용화된 경우도
보고된 바가 있다. 실제로 1990년 미국에서 행한 조사에 의하면 189종의 유해 대기오염물질 중에 60종이 생물 여과
법으로 처리되었고, 유럽에서는 600개 이상의 화학공정 산업체가 폐가스 VOC의 탈취 및 처리에 바이오필터를 이용하고
있다.
독일의 경우는 폐수처리 공장의 약 80%가 VOC 및 악취제거에 생물공정을 쓰며 이 중 59%가 바이오필터기술로 되어있다.
바이오필터기술은 냄새, VOC, 공기독성 물질 등을 제어할 수 있는 확립된 기술로서 이 가스 청정기술의 새로운 응용분야는
그 외에도 펄프 및 제지공장, 석유화학공장, 석유가공 및 운송, 목재가공, 오염지 복원 등이다. 미국에서는 냄새, VOC
제어를 목적으로 퇴비제조 시설 몇 군데에 바이오필터를 설치했고 제약공장에서도 Biofilter가 사용된다. 이 경우 목피
퇴비를 필터로 사용하는 2단계 바이오필터 시스템인데 VOC제거효율은 99% 이상이었다.
위에 언급한 Biofilter는 주로 박테리아를 이용한 경우인데, 유럽의 경우 곰팡이를 이용한 바이오필터의 개발은 이미
보편화되었으며, 독일의 괴팅겐대학에서 백색부후곰팡이를 이용한 BTEX의 분해에 대하여 집중적으로 연구한 바가 있고, 네덜란드의
TNO연구소는 이 분야의 연구를 중점적으로 하여 실증플랜트는 물론 이를 상용화하여 보급한 바 있다.
특히 TNO연구소가 보유하고 있는 특수한 곰팡이류는 난분해성물질 특히 방향족물질등에 대한 분해 능력이 월등히 높고, 특이하게도
고온(70℃)에서의 활성도가 유지되고, 건조에 대한 내성이 강하며, 미셀형성으로 인한 흡착표면적의 증대로 고효율일 뿐만
아니라, 현실적으로 가장 문제시 될 수 있는 VOC농도의 변화에 잘 대응한다고 알려져 있다. 이러한 성능의 향상으로 바이오필터는
기존의 고전적인 적용범위를 넘어서 다양한 산업체의 VOC 및 악취를 제거하는 용도로 경쟁력 있게 쓰일 수 있다.
최근 VOC법령의 강화로 악취 및 폐가스 정화에 대한 관심이 급증하고 있고, 아직은 저렴한 투자비와 유지관리비의 장점을
가지고 있는 바이오필터의 설치가 폐가스의 정화에 일반화되지 않은 시점에서 VOC의 제거가 가능한 바이오필터의 개발은 가장
시급한 대안이 될 수 있다. 바이오필터시장은 VOC제거용으로보다는 악취제거 용도로 보급되기 시작하였으며, 특히 하수종말처리장이나
퇴비설비에서 나오는 악취를 제거하기 위한 방법으로 제안되어 지난 2년간 꾸준히 성장하였고 향후 이러한 분야에서의 바이오필터
점유율은 지속적으로 증대될 것으로 보인다.
이러한 악취저감시장에서 사용되는 바이오필터는 VOC용과는 달리 난분해성물질의 농도는 낮으므로 박테리아를 주로 이용한 바이오필터,
바이오스크러버 그리고 바이오트리클링베드의 형태가 사용된다. 흔히 유기성 혼합담체나 나무껍데기에 이미 그곳에 존재하는 다양한
균들을 활성화 시켜서 이용하거나 혹은 패각이나 기타 무기담체 혹은 합성구비물질에 특수 균(주로 박테리아류)을 접종하여
스크러버타입이나 트리클링베드타입으로 이용하는 것이 국내에서도 일반적으로 개발되어 일부 적용되고 있다. |
 연구의
내용 및 범위 |
| 본 과제에서는 유기성담체와 백색부후곰팡이를 이용한 악취제거 및 저농도
난분해물질용의 바이오필터를 획기적으로 개선할 목적으로 고농도의 VOC 및 난분해성물질을 분해할 수 있는 특수
곰팡이를 이용한 바이오필터를 새로운 담체와 시스템제작을 통하여 제작 운영하려 한다. 기존의 바이오필터는 곰팡이류로
백색부후곰팡이를 이용하고 이를 특수 담체층으로 추가하여 박테리아에 의하여 분해되지 않은 고농도의 질소화합물이나
저농도의 방향족물질의 분해를 위하여 고안되었다. 그러나 백색부후 곰팡이류의 난분해성 물질에 대한 활성도가 한계가
있고 필터 메디아의 내구성 등이 난분해성 VOC 제거 용도의 필터로 사용하는 데는 한계를 보인다. 이에 특수곰팡이를
이용한 바이오필터를 개발하여 산업체에서 필요로 하는 VOC 및 악취제거용 바이오필터를 개발하게 되었다. |
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연도별
사업 목표 및 사업내용
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평가항목
· 기준 |
| 1차년도
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특수곰팡이의 배양기술 확보
- 특수곰팡이의 최적생육조건 개발
- 적정 담체물질의 개발
- 특수곰팡이용 필터박스 및 자동조절 장치들의 고안 및 설계
- 시제품의 제작 및 가동
- 바이오필터의 시운전
. 담체와 특수곰팡이의 공동배양과 접종
. 생육조건 확인
. VOC의 분해능력 확인
- 시스템의 최적화와 운전결과의 평가
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VOC분해 능력 물질별 측정 80-90% 달성
- 바이오필터의 장기 가동시 예측되는 요소 (수분, 미생물의 생육 안정성)들을 평가
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