오 인 환
명예교수(건국대 과학기술대학)
냄새를 저감하는 것은 축산업이 당면한 최대 과제이다. 그동안 몇 차례에 걸쳐 냄새에 관하여 기고했는데, 이번에는 냄새저감 방법에 관하여 알아보고자 한다.
냄새저감 방법으로는 흡수, 흡착, 산화 환원, 응축, 생물학적 분해, 여과 등의 방법이 있다. 그중에서도 축산업에서 발생하는 냄새에 적합한 생물학적 분해에 대하여 살펴보겠다. 소규모 개별 축산농가에 적합한 바이오필터 기술과 축산단지, 가축분뇨 공동처리장 등 대규모에 사용되는 세정탑(Wetscruber)에 관하여 핵심포인트 위주로 다루고자 한다.
바이오필터(Biofilter)
바이오이오필터는 배기가스가 미생물이 서식하는 필터물질(충전재)이 쌓인 곳을 통과하게 되어 있는 생물학적 배기정화 장치이다. 이렇게 쌓인 더미를 통과하는 동안에 생물학적으로 분해가 가능한 배기가스 성분은 흡수되고 생화학적으로 변화된다.
바이오필터 설비는 일반적으로 다공판의 통풍바닥 위에 충전재를 균일하게 쌓아 놓은 형태이다. 배기가스는 통풍바닥을 통과하여 충전재로 유입된다. 배기는 생물학적인 처리 과정을 거친 후에 정화가스로서 바로 대기로 방출된다.
배기가스를 유입시킬 경우에 생물학적인 정화공정에서 중요한 두 가지의 환경조건 즉, 반응온도와 필터물질의 함수율이 영향을 준다. 그러므로 배기가스의 상태를 해당되는 공정조건에 맞추어 주어야 한다. 실제로 바이오필터는 거의 예외 없이 가습장치가 결합되어 운영된다.
충전재는 미생물이 서식할 공간을 마련해 주는데, 흡착을 위한 접촉표면을 크게 해주는 것이 중요하다. 셀룰로오즈 함량이 높은 파쇄목, 대패밥 등은 이러한 조건을 맞추어주는데 적합하다.
바이오필터의 면적과 충전재의 높이는 생물적으로 활성을 가지고 있는 필터물질 층에 배기가스가 얼마나 체류해야 하는가에 달려 있다. 이로부터 바이오필터의 면적부하(m³/m²xh) 내지는 용적부하(m³/m³xh)를 알아 낼 수 있다. 최대 공기용량은 580 m³/m³xh가 되어야 한다. 정화된 가스의 냄새단위(OU)는 300/m³ 이하이다. 배기가 필터더미를 통과할 때에 생기는 압력손실과 이와 연계된 통풍을 위한 동력을 고려하여 최고 충전 높이를 결정한다. 이 높이는 1.0에서 1.5m 사이이다.
배기가스의 필터더미 체류시간은 운전경험에 의하면 10~60초 사이이며, 냄새제거를 위해서는 10~30초 정도면 충분하다. 충전재의 사용연한은 재료의 종류에 따라 3~10년이다.
세정탑(Wetscruber)
바이오워셔라고도 하는데 생물학적으로 활성을 띠는 매체는 액상의 박테리아용액으로 소위 액상미생물배양이라고 한다. 이것에 배기가스 성분이 흡수되어 물질적으로 변화된다.
바이오워셔는 화학적이 아닌 생화학적으로 물질성분을 변화시킨다는 점을 빼고는 화학적 세정탑과 거의 동일하다. 워셔액의 바이오매스 농도는 일반적으로 1 - 15g/L 정도이다. 바이오워셔는 분사시키는 미생물용액에 반대방향에서 배기가스를 통과하게 한다. 생물학적으로 비활성을 띠는 충전물(예, 합성수지)은 물질 흐름의 접촉에 있어서 20m³/m³xh 이상의 분사량을 가능하게 하여 최적화시킨다.
배기가스가 미생물용액이 있는 세정탑을 통과하면서 배기가스 성분의 흡수가 일어나고, 바로 생물학적인 분해가 시작된다. 박테리아용액의 용존산소 농도가 항상 0.5~1mg/L 사이를 유지하도록 하는 것이 중요하다. 일반적으로 충전물의 높이가 1~5m 정도인 흡수기 내에서 배기가스의 속도는 0.5~2.5m/s이다.
반응조의 크기는 미생물이 해당 물질을 변화시키거나 분해시키는 데에 필요한 반응속도에 달려있다. 시스템에서 정화액이 체류하는 시간은 20일에서 최장 40일 정도이다. 냄새저감 효율은 거의 90%에 달하며 암모니아 제거효율은 70% 이상을 기대할 수 있다.
세정탑은 흡수의 원리로 화학적으로 작용하는 흡수제에서 흡수된 가스성분이 즉시 반응성의 화학물질(예, 암모니움황산염)과 반응한다. 항상 큰 면적의 경계면을 만들어내고 양쪽 반응물질간의 농도 차이가 최대가 되도록 해주어야 높은 물질이동을 가능하게 한다. 믈질분자는 용해되고 다시 기체 상태로 변한다. 필터 용적부하는 1,200~10,000 m³/m³xh가 되어야 한다. 암모니아 제거효율은 70~95% 정도이다.
세정탑의 효율은 사용하는 세척액의 양이 얼마인가에 좌우될 수 있다. 궁극적으로 흡수제는 용해력이 높을수록 적은 양이 필요하며 따라서 적은 양의 액체흐름을 필요로 한다. 따라서 재생능력이 뛰어나면 세척제의 소모를 추가적으로 줄일 수 있게 된다. 이는 곧 폐기해야할 세척제의 감소를 의미한다.
냄새저감에 여러 가지방법이 있지만 앞서 소개한 두 방법은 기본적이면서 근간을 이루는 기술이다. 보조수단에 의존하기 보다는 근본적인 대책이 필요하다. 그러한 이유로 바이오필터와 세정탑에 관하여 살펴보았다.
전문지식이 없는 문외한에게는 기술이 복잡하게 여겨질 수도 있다. 따라서 핵심포인트의 측면에서 기술을 검토하여 최대의 효능을 낼 수 있도록 하는 것이 중요하다.
