암모니아 가스 탈취용 담체 및 이를 이용한 생물학적 처리방법{ELIMINATION MEDIA OF AMMONIA GAS AND BIOTREATMENT METHOD OF AMMONIA GAS WITH SAME}

[발명이 속하는 기술분야]

본 발명은 암모니아 가스 탈취용 담체 및 이를 이용한 생물학적 탈취방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지렁이 분변토, 수피 및 제올라이트로 이루어진 담체 및 이를 이용한 암모니아 가스의 생물학적 처리방법에 관한 것이다.

[종래기술]

전 세계적으로 환경오염에 대한 관심과 우려가 높아지고 있다. 그 중 대기오염은 VOCs, SOx, NOx, 분진, 지구온난화 등에 초점을 맞추어 연구가 이루어지고 있었다. 그러나 최근 들어 사람들의 생활수준 향상으로 삶의 질 향상에 대한 관심이 높아지면서 감각공해로서 악취에 대한 관심과 민원이 높아지고 있다.

악취란 "황화수소, 메르캅탄류, 아민류, 기타 자극성 있는 기체성 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새"로 정의된다 (대기환경보전법 제2조 7호). 악취는 여러 가지 성분이 혼합된 상태로 존재하면서 사람의 후각을 자극하여 인간의 쾌적한 정서생활과 나아가서는 건강에 피해를 주는 나쁜 냄새를 의미하기도 하지만, 습관화되지 않은 냄새나 지속적으로 발생하는 냄새도 악취로 느껴지는 경우가 많아 악취에 대한 단정을 내리기는 어려운 점이 있다.

악취의 취기강도를 느끼는 정도는 악취물질의 농도뿐 아니라 정신적, 육체적 상태, 후각의 개인적 차이, 악취물질간의 복합적인 작용 및 환경조건에 따라 다르다. 따라서 악취의 취기강도를 정확하게 측정하여 배출기준을 규제하기는 매우 어려운 실정이다. 현재 대기환경보전법에서의 악취규제는 오염물질의 배출허용농도를 ppm 단위로 규제하고 있다. 그러나 대부분의 악취성 물질들은 규제농도단위(ppm) 보다 낮은 농도단위 (ppb)에서 악취를 발생시킬 수 있으며(서정윤 (1990) 악취성 폐기 가스중의 암모니아 농도를 줄이기 위한 생물학적 활성 필터층의 최적생물학적 조건. 창원대학산업기계연구소 , 4: 145-152), 악취의 원인으로 추정되는 약 40 만종의 물질 자체가 아직 미확인된 것들이 많아 악취 처리에 많은 문제점이 있다. 이와 같은 이유로 악취의 피해정도를 일률적으로 나타내기가 어렵고, 처리에 있어서도 문제점이 많아 대기오염 중에서도 가장 까다롭고 해결하기 어려운 공해문제 중의 하나로 취급되고 있다.

악취 처리를 위해서는 복합적인 악취 물질을 동시에 취기 농도 이하로 처리할 수 있는 방법이 필요하다. 현재 악취의 제어를 위해 많은 대기오염방지기술이 사용되고 있다. 그러나 대부분이 기존의 대기오염물질 (VOCs, SOx, NOx 등) 처리를 위한 물리/화학적 공정들로서, 구체적으로는 흡수/흡착 시스템, 소각, 열분해 등의 공정으로 이루어진다. 이러한 공정들은 다양한 부하에서도 높은 처리효율을 유지하는 장점이 있다(Hentz, L, PS Machno, ST Welch, and J Walker (2000) Biosolids and residuals management fact sheet: Odor control in biosolids management, US Environmental Protection Agency 832-F-00-067).

그러나 악취는 복합악취의 형태로 배출되는 경우가 많아 물리·화학적 공정에 저해를 줄 수 있는 물질이 함유되어 있는 경우가 많으며, 악취는 대부분이 낮은 농도 범위에서 배출되는데 반해 물리/화학적 공정들은 설계 자체가 고농도 처리에적합한 형태로 되어 있어 처리효율 및 유지, 관리비의 지출이 매우 심하다. 또한 대부분의 물리/화학적 공정은 단지 오염물질을 공기 중에서 액상 또는 고체상으로 전환시킬 뿐 분해가 되지 않으며, 이들의 2차 처리가 같이 수행되어야 한다는 중복처리의 문제가 있다. 마지막으로 물리/화학적 공정들은 오염물질의 회수시 사용되는 용질, 용매의 2차 환경오염 문제가 유발될 수 있다(Chung, YC, and C. Huang (1998) Environ. Prog. 17: 70-76).

최근 들어 악취처리를 위한 공정으로 주목을 받고 있는 생물여과(biofiltration), 특히 생물여과기는 물리/화학적 악취 처리 공정에서 발생되는 문제점을 보완 할 수 있는 기술이다. 생물여과기를 이용한 악취 처리공정은 높은 처리효율을 나타내며, 2차 처리공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라 2차 환경오염의 문제도 없는 청정기술이다. 또한 초기 설치비가 비교적 저렴하며 담체의 교환 이외에는 운전비의 지출이 거의 없다. 그러나 미생물을 이용한다는 점에서 고농도 부하에 약할 수 있으며 운전조작이 다른 공정에 비해 약간 까다로울 수 있다(Devinny, JS, MA Deshusses, and TS Webster (2000) Biofiltration for Air Pollution Control, Lewis Publishers).

상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 암모니아 가스를 효율적으로 탈취시킬 수 있는 담체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 미생물을 이용하여 암모니아 가스를 생물학적으로 처리할 수 있는 담체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 수분함량, 유기물 함량, 공극률, 표면적 및 흡착능력이 우수하며, 생물여과기에 충진하였을 때 압력손실이 낮은 담체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 미생물에 의한 암모니아 가스 탈취방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 생물여과기를 이용하여 암모니아 가스의 처리효율이 높으며, 2차 처리공정이 필요하지 않은 환경친화적 방법이면서도 초기 설치비가 비교적 저렴하며 담체의 교환 이외에는 운전비의 지출이 매우 거의 없는 탈취방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로 제작한 악취가스 공급장치, 악취가스 혼합장치 및 생물여과기로 이루어진 암모니아 가스 탈취시스템을 도시한 것이고,

도 2는 악취가스 공급장치를 도시한 것이고,

도 3a는 비교예의 담체가 충진된 생물여과기에 의한 암모니아 가스 탈취효과를 측정한 것이고,

도 3b는 본 발명의 담체가 충진된 생물여과기에 의한 암모니아 가스 탈취효과를 측정한 것이고,

도 4a는 비교예의 담체가 충진된 생물여과기에서의 암모니아의 부하량에 따른 제거효율을 나타낸 그래프이고,

도 4b는 실시예의 담체가 충진된 생물여과기에서의 암모니아의 부하량에 따른 제거효율을 나타낸 그래프이고,

도 5는 본 발명의 일 실시예로 제작한 암모니아 가스 탈취시스템을 작동시키면서 운전시간에 따른 생물여과기내 담체의 pH를 측정한 것이고,

도 6은 생물여과기의 운전시간에 따른 압력손실을 나타낸 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지렁이 분변토, 수피 및 제올라이트를 포함하는 암모니아 가스 탈취용 담체를 제공한다.

또한 본 발명은 (a) 암모니아 가스 탈취용 담체를 여과기에 충진시켜 생물여과기를 제조하는 단계 및 (b)상기 생물여과기에 암모니아 가스를 유입시켜 암모니아 가스를 탈취시키는 단계를 포함하는 암모니아 가스의 생물학적 처리방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 암모니아 가스의 탈취에 있어 효율이 우수하면서도 장기적으로 사용가능 할 뿐만 아니라 생물학적인 방법으로 암모니아 가스를 처리할 수 있는 방법을 연구하던 중, 지렁이 분변토 및 수피를 포함하는 담체를 생물여과기로 사용할 경우 암모니아 가스를 효율적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라 실시가 용이하며 저렴한 비용으로 실시할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 담체는 지렁이 분변토 및 수피를 포함하며, 상기 암모니아 가스 탈취용 담체를 지지하기 위한 것으로 제올라이트를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명의 지렁이 분변토는 분뇨, 유기성 슬러지, 음식물쓰레기 등과 같은 유기성 슬러지를 지렁이가 먹이로 섭취 및 소화하여 배출한 분비물로서, 지렁이의 소화기관에 있는 각종 효소 및 미생물 등에 의해 유기물질이 발효되었을 뿐 아니라 질산화 과정을 거쳐 질소화합물이 질산성 질소의 무기형태로 변환된 것이다. 지렁이 분변토는 가장 이상적인 친환경 퇴비물로 평가되고 있으며, 해충의 발생억제, 보수성, 흡수성, 통기성을 증진, 토양의 산성화 방지 등의 장점이 있으며 입자가 곱고 부드러워 사용이 편리하다.

본 발명의 수피(Bark, 樹皮)는 식물의 형성층의 바깥쪽에 있는 모든 조직일 수 있으며, 현재 기능을 영위하고 있는 체관부보다 바깥 부분일 수 있다. 즉, 수피는 죽은 세포와 코르크층으로 이루어진 나무의 표피이다. 수피에는 피목(皮目)이라는 미세한 구멍이 존재하여 통기성이 좋으며, 담체의 구조를 유지하기에 적합하다. 본 발명의 수피는 통상의 모든 종류의 수피일 수 있으며, 바람직하기로는 굴참나무, 아카시아나무, 떡갈나무, 신갈나무, 상수리나무, 잣나무, 단풍나무 및 소나무로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택된 식물로부터 분리한 수피이다. 본 발명의 수피는 식물로부터 분리하여 물을 뿌리고 야적하여 셀룰로오스를 분해시키고 다시 건조시키거나 천연그대로 사용할 수 있으며, 수피의 규격(길이 cm x 너비cm x 두께 cm)을 (1.95±0.7)x(1.2±0.3)x(0.14±0.05)의 범위로 분쇄하여 사용할 수 있다.

본 발명의 제올라이트는 불석이라고도 불리며 무색 또는 백색 때로는 연한 회색을 띄는 물질로서, 비중은 2.0∼2.4, 경도는 3.5∼5.5 정도이며 저온에서 용해가 가능하다. 제올라이트는 강력한 물리적 흡착력과 양이온치환능력을 포함하고 있다. 또한 제올라이트는 고온에서 진공 탈수시켜 스폰지와 같은 구조를 가지도록 함으로써 표면적을 현저히 증가시키며 흡착제로서의 기능을 증대시킬 수 있다. 본 발명의 제올라이트는 자연에서 채취하거나 시판되는 것을 사용할 수 있다. 제올라이트는 Si/Al 비가 3.9 내지 5.2이고, 입자크기가 4 내지 6 mm인 것이 좋다. 본 발명의 일 실시예로 사용한 제올라이트는 영일만 구룡포에서 채취한 것으로, 대부분 클리놉틸로라이트(clinoptilolite)로 구성되어 있으며 그 조성은 하기 표 1과 같다. 제올라이트의 암모니아 이온에 대한 양이온 교환율(cation exchange capacity)은 1.17 meq/g이다.

본 발명의 담체는 지렁이 분변토, 수피 및 제올라이트를 바람직하기로는 7내지 9 : 1 내지 3 : 0.1 내지 3 부피비율로 포함할 수 있다. 지렁이 분변토, 수피 및 제올라이트의 혼합비율이 상기 범위내인 경우, 더욱 담체의 암모니아 제거효율이 우수하며, 담체의 압력손실이 최소화되어 장기 사용에 좋다.

일 실시예로, 본 발명에서는 지렁이 분변토, 수피 및 제올라이트는 각각 8:2:1 부피비율로 혼합하여 담체를 제조한 다음 이를 여과관에 충진하여 암모니아 가스 탈취효율을 확인하였다.

본 발명의 담체는 생물학적인 방법으로 암모니아 가스를 장기간 고효율로 처리하였으며, 암모니아 가스의 처리 안정성이 우수하고 압력손실이 낮아 실제 작업장에 사용하기 용이하였다. 또한 본 발명의 담체는 저렴하고, 탈취효율이 우수하여 설치규모 및 운전이 용이한 장점을 가진다.

또한 본 발명은 상기의 담체를 이용한 암모니아 가스의 생물학적 처리방법을 제공한다. 본 발명의 암모니아 가스의 생물학적 처리방법은 (a) 암모니아 가스 탈취용 담체를 여과관에 충진시켜 생물여과기를 제조하는 단계 및 (b) 상기 생물여과기에 암모니아 가스를 유입시켜 암모니아 가스를 탈취시키는 단계를 포함한다.

상기 (a) 단계에서, 담체는 여과관에 70 내지 90 충진비율(%)로 충진할 수 있으며, 이때 담체는 수분함량 20 내지 60 중량%, 공극율 50 내지 80%로 적정하는 것이 좋다.

상기 (b) 단계에서, 생물여과기에 일정 비율로 암모니아 가스를 유입시킨다. 이때 암모니아 가스의 유입비율은 생물여과기 내에 충진된 담체의 양 및 암모니아 가스의 농도에 따라 적절히 조절하는 것이 바람직하다. 암모니아 가스는 생물여과기의 상부 또는 하부로부터 유입시킬 수 있다.

본 발명에서는 일 실시예로 도 1의 암모니아 가스 처리시스템을 제작하여 암모니아 가스의 탈취정도를 확인하였다. 본 발명의 암모니아 가스의 생물학적 처리방법은 장기간 운용하였을 때 우수한 암모니아 가스 처리효율을 유지할 뿐만 아니라 암모니아 가스의 생물여과기내 체류시간이 짧아 적은 시간에 다량의 암모니아 가스를 원활히 처리할 수 있다. 또한 본 발명의 생물여과기를 통과하여 배출되는 공기에서는 대기환경보전법에서 규정하고 있는 배출허용기준을 밑도는 수준의 암모니아 가스가 검출된다.

이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예: 담체 제조

생물여과기에 사용될 담체를 제조하였다.

지렁이 분변토, 수피 및 제올라이트를 8:2:1(v/v)로 혼합하여 담체를 제조하였다.

상기 담체는 초기 수분 함유율(moisture content) 및 공극률(porosity)을 공히 60 %로 맞추어 사용하였다.

비교예: 담체 제조

지렁이 분변토와 수피를 4:1(v/v)로 혼합한 담체를 제조하였다.

실험예

악취가스 공급장치, 악취가스 혼합장치 및 생물여과기로 이루어진 시스템(도1)을 제작하였고, 상기 시스템을 이용하여 암모니아 가스 처리효율을 측정하였다.

1. 악취가스 공급장치

다양한 농도와 유량의 암모니아 가스를 악취가스로 공급하기 위하여 악취가스 공급장치를 제작하였다.

아크릴 컬럼(Ф 5 cm x 30 cm)에 유리구슬(Ф 5 mm)과 폴리프로필렌 폴 링(polypropylene pall ring, 1/2", Joil Science Co., Korea)을 다단으로 충진하여 15 cm 높이로 제작하였다(도 2).

암모니아 가스는 암모니아 수용액을 연동펌프(peristaltic pump, Cole-Parmer, USA)를 사용하여 공급하고, 공기 스트립핑(air stripping)을 통하여 암모니아 가스를 제조하였다. 가스의 농도는 저장기(reservoir)의 농도와 공기의 유량으로 조절하였다.

2. 악취가스 혼합장치

악취가스 혼합장치는 1 L 용량의 가스세척기(gas washing bottle, Schott, Germany)를 이용하여 제조하였으며, 악취가스 공급장치에서 발생한 악취를 균일한 농도로 섞어 생물여과기로 공급한다.

3. 생물여과기

생물여과기는 도 1에 도시한 바와 같이 실시예 1의 담체 또는 실시예 2의 담체를 여과관에 17 cm로 충진하고, 악취가스가 담체로 고르게 유입되도록 주입구에는 체판(sieve plate, Ф 2 mm)과 폴리프로필렌 폴 링(1/2", Joil Science Co., Korea)을 설치하여 제조하였다. 초기 담체부피, 건조중량, 공극률 및 수분함유율은 각각 1.34 L, 0.35 kg, 60 % 및 60 %로 조절하였다.

4. 생물여과기 시스템의 작동

4-1. 운전

생물여과기 내부로 유입되는 공기의 습도는 악취발생장치에서 충분한 수분이 공급되므로 특별히 조절하지 않았으며, 담체의 수분유지를 위하여 1∼2일 간격으로 담체의 위쪽에 10∼30 mL의 증류수를 공급하여 주었다. 그리고 생물여과기는 탈취미생물이나 활성슬러지의 접종없이 낮은 농도와 유량에서 약 15∼20일 간의 적응(acclimation)과정을 거치도록 하였다. 암모니아 가스는 생물여과기의 상부에 주입하였다.

본 발명의 담체가 충진된 생물여과기에 암모니아 가스를 평균 주입농도 26.82 ± 8.08 ppmv로 270일 간 장기 운전을 실시하였으며, 암모니아의 농도와 공기의 부하량(air space loading rate)을 다양하게 변화시키면서 암모니아의 부하량(mass loading rate)의 변화에 대한 안정성에 대해 관찰하였다. 주입농도는 14.00 ppmv에서 52.10 ppmv까지, 유입공기 부하량은 15.28 m ³ /m ² /h에서 68.76 m ³ /m ² /h까지 변화시키면서 운전하였고, 이 때 체류시간(retention time)은 24.03 초에서 5.34 초까지 변화되었다. 또한 암모니아의 질량 부하량은 0.88 g/m ³ /h에서 11.56 g/m ³ /h까지 변화시켰다.

비교예의 담체가 충진된 생물여과기 역시 상기와 동일한 방법으로 실시하였다.

4-2. 암모니아 가스 농도분석

암모니아의 분석은 암모니아 선택적 전극법(ammonia selective electrode method, APHA, 1998)을 이용하여 분석하였다. 시료 채취를 위해 가스세척기에 흡수액인 0.01N의 황산 70 mL를 넣고, 암모니아 가스 공급장치로부터 유입된 가스를 포집하였다. 또한 유입구에서는 약 300 mL/min으로 60분 동안 암모니아 가스를 흡수시켜 포집하였으며, 유출구에서는 약 300 mL/min으로 60분간 포집하였다. 이후 암모니아 가스의 농도 변화에 따라 탈취조건을 적절히 조절하였다. 그리고 시료 채취 중 기포 유출기(bubble flow meter)를 사용하여 정확한 공기 유속을 산정하였다.

암모니아 가스 포집을 위하여 사용한 흡수액은 비이커로 옮겨 ISA 반응시약(Orion, USA)을 넣고 균일하게 혼합시켰다. 암모니아 선택성 전극(Orion, USA)을 사용하여 mV 값을 측정하였고, 표준곡선에 대입하여 암모니아 농도를 환산하였다. 이때 실험오차를 줄이기 위해 시료의 온도를 모두 동일하게 해 주었다. 표준곡선은 암모니아 표준액(Orion, USA)을 희석하여 산출한 것이다.

4-3. 담체의 pH 측정

생물여과기의 담체 pH를 측정하기 위하여 생물여과기의 중간부분에서 담체 1 g을 채취하였다. 채취한 시료는 유리병에 넣고, 멸균된 증류수 9 mL를 넣어 약 3분간 강하게 혼합하였다. 이후 정치시켜 부유물을 가라앉히고, 상등액 5 mL을 취하여 pH를 측정하였다(Corning, USA).

5. 암모니아 가스 처리효율 측정

5-1. 담체

지렁이 분변토의 초기 수분함량 및 수분보유력(water holding capacity)은 각각 15.5 %, 1.47 g/g이었고, 수피는 29.9 %, 1.75 g/g이었다. 분변토와 수피 모두 높은 수분보유력을 가져 담체의 수분유지에 매우 좋은 조건을 가지고 있었다.

5-2. 암모니아 가스 체류시간

암모니아 가스를 제거하기 위한 체류시간을 측정한 결과 24.03 내지 5.34초인 것으로 확인되었다. 이는 기존의 방법에서 체류시간이 79.8 내지 32.0 초인 것(Liang, Y, X Quan, J Chen, JS Chung, JY Sung, S Chen, D Xue, and Y Zhao (2000) J. Hazard. Materials B 80: 259-269)에 비하여 월등히 향상된 것으로, 체류시간이 길어지면 현장적용시 다량으로 유입되는 악취를 신속하게 처리하기 어렵고, 현장적용시 생물여과기의 물리적 규모를 증가시키는 원인이 되기도 한다. 그러나 본 발명의 생물여과기는 다량의 암모니아 가스를 짧은 접촉시간 동안 높은 처리효율로 처리한다.

5-3. 암모니아 가스 탈취효과

본 발명의 생물여과기를 이용한 암모니아 가스 탈취효과는 도 3a 및 3b에 나타낸다. 도 3a는 비교예의 담체가 충진된 생물여과기에 의한 암모니아 가스 탈취효과를 측정한 것이고, 도 3b는 본 발명의 담체가 충진된 생물여과기에 의한 암모니아 가스 탈취효과를 측정한 것이다.

도 3a 및 3b에서, 생물여과기로 주입시 측정된 암모니아 농도(ppm)는 "◇"로나타내었고, 생물여과기 통과후 유출시 측정된 암모니아 농도(ppm)는 "□"로 나타내었으며, 생물여과기의 암모니아 가스 제거율(g/m ³ /h)은 "△"로 나타내었다.

암모니아는 일반적으로 35 ppmv 이상의 농도에서 대부분의 질산화세균(nitrifying bacteria)을 저해하는 것으로 알려져 있다(William, PO, and FC Miller (1992) Biofilters and facility operations. Biocycle 33: 75-79). 이에 본 실험에서 암모니아 가스의 평균주입농도를 초기 120일까지 22.38±6.13 ppmv로 낮은 농도로 산정하였고, 120일 이후에는 주입농도를 서서히 증가시켜 평균 주입농도 31.75±6.94 ppmv, 최대 주입농도 52.09 ppmv로 미생물 활성에 영향을 줄 수 있는 농도에서 운전하였다. 그 결과 120일까지는 실시예의 담체가 충진된 생물여과기 및 비교예의 담체가 충진된 생물여과기 모두 평균 98%이상의 암모니아 가스 처리효율을 나타내었다. 그러나 실시예의 담체가 충진된 생물여과기는 120일 이후에도 평균 98% 이상의 암모니아 가스 처리효율을 나타내었다. 이는 대기환경보전법에서 규정하는 배출허용기준 2 ppmv를 충분히 만족하는 높은 처리효율이다. 반면에 비교예의 담체가 충진된 생물여과기는, 120일 이후 230일까지는 98% 이상의 처리효율을 유지하였으나 230일 이후부터 제거효율이 서서히 감소하기 시작하여 평균 92%의 제거율을 보여주었다. 또한 생물여과기의 배출구에서의 암모니아 가스 평균 농도가 3.03±1.23 ppmv로 측정되었다. 이는 배출허용기준을 초과하는 값으로, 230일 이후 공기 부하량의 증가로 인하여 암모니아 가스 부하량이 증가하게되어 암모니아 가스 제거효율이 감소되었기 때문인 것으로 추정된다.

즉, 본 발명의 생물여과기는 암모니아 가스를 대부분 탈취하여 생물여과기로부터 유출되는 공기에서는 암모니아 가스가 거의 측정되지 않았으나, 비교예의 담체가 충진된 생물여과기는 운전시간이 증가함에 따라 암모니아 가스 제거효율이 감소된다.

한편, 암모니아의 가스 부하량 대비 제거효율을 도 4a 및 4b에 나타내었다. 도 4a는 비교예의 담체가 충진된 생물여과기에서의 암모니아의 부하량에 따른 제거효율을 나타낸 그래프이고, 도 4b는 실시예의 담체가 충진된 생물여과기에서의 암모니아의 부하량에 따른 제거율을 나타낸 그래프이며, "○"는 대기보전법에서 규정한 배출허용기준(2 ppm)을 만족한다고 가정할 때 얻어질 수 있는 제거율이고, "◇"는 비교예(4a) 및 실시예(4b)의 담체가 충진된 생물여과기에서의 실제 측정 제거율을 나타낸 것이다. 도 4a에서 비교예의 담체는 암모니아 가스 부하량이 약 5.0 g/m ³ /h 이상일 경우 처리효율이 낮아져 배출허용기준을 만족시키지 못하는 것으로 측정된 반면, 실시예의 담체는 암모니아 가스의 부하량이 13.0 g/m ³ /h이하의 범위에서는 배출가스 내의 암모니아 가스 농도가 2 ppm 이하로 측정되어 배출허용기준을 충분히 만족하는 것으로 확인되었다.

5-4. 생물여과기의 상태

암모니아는 질산화 세균에 의해 아질산염과 질산염으로 분해되면서 pH가 감소하게 된다. pH의 감소는 질산화 세균의 활성을 저해하는 요인으로 작용할 수 있으므로, 생물여과기내의 담체 pH가 중요하다. 담체내 pH는 4 내지 8 로 유지되는것이 좋다.

암모니아 가스 처리에 따른 생물여과기의 상태를 운전시간에 따라 체크하였다.

먼저, 운전시간에 따른 생물여과기내 담체의 pH를 측정하였다. 담체의 pH는 도 5로 도시하였으며, "□"는 비교예의 담체이고, "△"는 본 발명의 담체이다. 본 발명의 생물여과기내 담체는 생물학적 질산화 반응이 활발히 일어나면서 pH가 조금씩 감소하였으나, 처리효율은 변화없이 지속적으로 98 % 이상의 효율을 유지하였다. 반면에 비교예의 담체가 충진된 생물여과기에서는 200일 이후부터 암모니아 가스 유입농도와 공기부하량 증가로 인하여 pH가 증가되었다. 이러한 pH 증가는 암모니아 가스 처리효율이 감소하는 결과를 참고하여볼 때, 암모니아 가스가 분해되지 않고 담체내에 축적된 때문인 것으로 추정되며, 암모니아의 축적으로 인한 pH의 증가는 pH의 감소보다 미생물의 활성도 저하에 큰 영향을 주어 220일 이후 처리효율의 감소를 보여주었다.

또한, 운전시간에 따른 생물여과기의 압력손실을 측정하였다.

도 6은 생물여과기 운전시간에 따른 압력손실을 나타낸 그래프로, "□"는 비교예의 담체가 충진된 생물여과기이고, "△"는 본 발명의 담체가 충진된 생물여과기이다. 도 6에서 생물여과기의 압력손실은 공기 부하율(도 3 및 4)의 변화와 비례하였으며, 비교예의 담체가 충진된 생물여과기 및 본 발명의 담체가 충진된 생물여과기에서의 각각 평균 압력손실은 4.87±3.90와 6.11±5.03 mmH ₂ O로 측정되었다.즉, 본 발명의 담체가 충진된 생물여과기에서 비교예에 비하여 압력손실이 낮았다. 본 발명의 담체에 포함된 제올라이트가 무기질 담체로 작용하여 장기간 운전 후에도 미생물에 의해 분해가 이루어지지 않고 수피와 함께 담체의 구조를 지지해 주는 역할을 하기 때문인 것으로 여겨진다.

상기에 언급한 바와 같이, 본 발명의 암모니아 가스 탈취용 담체 및 이를 이용한 암모니아 가스의 생물학적 처리방법은 암모니아 가스를 고효율로 처리할 수 있으며, 2차 처리공정이 필요하지 않은 환경친화적 방법이다. 또한 초기 설치비가 비교적 저렴하며, 담체의 교환 이외에는 운전비의 지출이 매우 거의 없을 뿐만 아니라, 기존에 사용되고 있는 퇴비(compost) 담체에 비해 담체의 유지 및 보수가 용이하며, 암모니아 가스의 고농도 부하에서도 우수한 처리 효율을 가진다.