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산업단지에서 배출되는 VOC 처리를 위한 중공사막 결합형 bioreactor 기술 개발
| 연구사업구분 | 산학연협력기술개발 | 고유번호 | 04-4-40-43 |
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| 연구기간 | 주관기관 | 세종대학교 | |
| 연구책임자 | 송지현 | ||
| 연구목적 | 요 약 문 Ⅰ. 제목 “산업단지에서 배출되는 VOC 처리를 위한 중공사막 결합형 bioreactor 기 술 개발” Ⅱ. 연구의 목적 및 필요성 본 연구의 최종 목적은 산업단지에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 보다 효과적으로 처리하기 위하여, 막분리 공정과 생물학적 처리를 복합 한 중공사막(hollow fiber membrane) 결합형 bioreactor (HFMB) 기술을 개 발하는 것이었다. 기존에 이용되고 있는 담체 충진형 바이오필터 기술은 유지관리비의 부담 이 적고, 경제적이며, 2차 오염물질 발생이 없다는 장점이 있어, 배출되 는 VOCs 처리의 대안 기술로 자리잡아가고 있다. 그러나 충진형 바이오필 터는 미생물을 최적 조건에서 유지 관리하는데 어려움이 많고, 특히 담체 사이에 과도한 양의 미생물이 증식하게 되면 공기의 흐름을 방해하는 막힘 (clogging) 현상이 발생하곤 한다. 중공사막 결합형 bioreactor (HFMB)는 기체상과 액상을 막으로 분리하여, 막을 통한 물질전달과 액상에서 미생물에 의한 VOCs 분해가 독립적으로 수 행된다. 그러므로 HFMB는 기존 충진형 바이오필터에서 나타나는 문제점들 을 보완하고, 유지관리를 보다 효율적으로 수행할 수 있는 새로운 시스템 이라고 하겠다. Ⅲ. 연구의 내용 및 범위 본 연구개발 사업은 HFMB의 핵심기술을 개발하기 위하여 2년에 걸쳐 추진 되고 있다. 1차연도에는 HFMB 신기술 개발을 위해 활성이 높은 미생물을 선별하고, 최적의 중공사막을 선정하여 대상 VOC 처리에 적합한 효율적인 시스템을 실험실 수준에서 구성 평가해 보았다. 1차연도 연구결과를 바탕 으로 당해연도(2차년도)에는 다음과 같은 연구들이 지속적으로 수행되고 있다. 1. 실험실 규모 시제품의 장기 운전 시 안정성 평가 - 일정한 조건에서 시제품 장기운전 - 변동 유량 및 농도 조건에서 시제품 운전 특성 조사 2. 다양한 운전조건 하에서 HFMB의 VOCs 제거효율 조사 - 유입 폐가스의 유량변화 - 유입 VOC의 농도변화 - 혼합 VOCs 분해 특성 조사 3. HFMB 시스템 운전의 최적화 도모 Ⅳ. 연구결과 당해연도 사업기간동안 실험실 규모 시제품의 장기 운전 시 안정성을 평가 되었다. 또한 HFMB의 분해효율 증가 및 안정적 운전을 위하여 1차연도에 서 제작되었던 시제품 반응조를 개량하였다. ￭ 중공사막 결합형 생물반응기의 적용성을 검토한 결과, 영양염류 교체 주기 등의 운전인자 조절이 안정적 운전 유지에 필수적이다. ￭ 동적 로딩 실험(Dynamic Loading Test) 결과 현재 유입부하의 2배 수 준의 일시적 고농도 유입에도 안정적인 운전 결과가 유지됨을 확인하였다. ￭ 최대 분해능 실험(Elimination Capaticy Test) 결과 350 g/m3/hr 정도 의 유입부하까지는 반응조 운전에 큰 영향없이 분해가 이루어짐을 확인하 였다. 기존의 충진형 바이오필터의 최대분해능이라고 알려진 50 g/m3/hr 에 비해 월등한 실험결과를 얻어내었다. ￭ 영양염류 교체주기가 20일인 경우에는 안정적인 운전 결과가 장기적으 로 지속되지 못하였다. 이는 미생물 활성도를 저해하는 대사 부산물의 축 척으로 인한 분해효율 감소 때문인 것으로 판단된다. ￭ 실험이 진행됨에 따라 반응조 내에 압력이 걸리기 시작하였는데, 반응 조 내의 미생물의 농도 증가로 인하여 중공사막 표면 부착 미생물의 성장 이 촉진되어 중공사막 표면의 공극을 막는 효과가 있었다. ￭ HFMB의 효율증가 및 안정적 운전 유지를 위하여 1차연도 시제품 반응 조를 개량하였다. 유입되는 VOC와 미생물과의 접촉 시간을 늘리기 위하여 반응기의 높이를 증가시켰으며, 중공사막 다발을 두 부분으로 나누어 기 존 2부분으로 유입되던 폐가스를 모두 8부분으로 유입시켜 중공사막 표면 의 공극 이용을 최대화하였다. Ⅴ. 연구결과의 활용계획 본 과제가 성공적으로 수행될 경우 개발성과를 직접 적용할 수 있도록 관 련 기업체에 기술 이전 및 상용화를 적극 추진하도록 한다. 이를 위하여 연구 개발단계부터 시스템 운영의 유연성을 높이고, 처리 대상 물질의 특 성에 따라 운전인자를 손쉽게 조절할 수 있도록 기술을 개발한다. 본 연구 과제에서 개발하고 있는 HFMB는, 각종 생활.산업시설에서 발생되는 VOCs 제거, 작업장내 공기질 향상을 위한 유독물질 제거 등에 적용할 수 있을 것이다. |
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| 연구내용 | |||
| 활용계획 | |||
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