Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.17 No.4 pp.389-395
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2018.17.4.389

Characteristic of odor from feed manufactory and evaluation of odor reduction efficiency using chemical scrubber

Ji-Young Lim, Yong-Bin Jeon, Seung-Jun Song, Young-Gun Cho, Jin-Han Kim*
Dept. of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University
Corresponding author Tel :+82-32-835-8745 E-mail :jinhan@inu.ac.kr
03/12/2018 20/12/2018 29/12/2018

Abstract


The odor substances generated in a feed manufactory operating for the commercialization of animal-vegetable materials were analyzed and the odor reduction efficiency by a chemical scrubber was evaluated. The major causative substances in the feed manufactory comprised about 45.4% of ketone compounds and about 13.3% of aldehyde compounds. On the other hand, the removal efficiencies of diacetyl and acetoin as ketone compounds were 77.3% and 78.1%, respectively, by a chemical scrubber. Additionally, the removal efficiencies of acetaldehyde, butyraldehyde, valeraldehyde, 2-furancarboxaldehyde, and nonanal were 86.0%, 78.9%, 67.4%, 52.8%, and 71.9%, respectively. These rates were higher than the odor generation substance contribution rate as a result of treating the exhaust gas generated from the feed manufactory by the chemical scrubber using 5% of C3. It was also found that xylene, methylcyclopentane, benzene, ethylbenzene, 1,3,5-trimethylbenzene, and decane were almost not removed.



사료제조 공장의 발생악취 특성 및 약액세정탑을 이용한 악취저감효율 평가

임 지영, 전 용빈, 송 승준, 조 영근, 김 진한*
인천대학교 건설환경공학부

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    사료제조 공정은 동식물성 재료를 기반으로 상품화 함에 있어, 독특한 취기를 발생시키는데 개인에 따라 이취가 아닌 악취로 인식할 수 있는 가능성이 매우 큰 생산시설이다. 또한 주민들의 의식 수준이 점차 높아지 고 신체적 정신적 건강에 대한 관심이 매우 커져가는 추세이기 때문에 악취방지시설의 구축을 통한 배출가 스 제어방안은 필수적이다. 국내 산업현장에 주로 설치 되어있는 방지시설로는 습식세정탑(Choi et al., 2004;Park and Kim, 2011;Cho et al., 2015), 이온클러스터 (Yu et al., 2015), 활성탄 흡착탑(Kim et al., 2005;Lee and Kim, 2012;Kwon and Hong, 2013;Jung et al., 2017), RTO (regenerative thermal oxidizer) (Lim et al., 2009;Jung and Lee, 2012), 바이오 필터(Song, 2007;Ko et al., 2013;Shin et al., 2016;Lim, 2018), 저온플라즈마(Ahn et al., 2016) 등 여러 방지시설이 설 치·가동되고 있다. 하지만 발생악취의 특성 및 현장여 건을 고려하지 못한 설비선정, 과도한 폐수발생, 높은 운영비, 효율저하와 같은 많은 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

    악취방지시설은 정확한 원인물질의 구명과 발생취기 의 정도에 근거하여 설계하는 것은 물론, 현장 내 부지 여건 및 폐수발생량을 고려한 타당성 있는 설비가 구 축되어야 함에도 그렇지 않은 경우가 비일비재하다. 예 를 들면 알데하이드(aldehyde)화합물과 같은 악취물질 이 발생하는 산업현장은 비용 대비 가장 효율적인 NaOCl 같은 산화제의 적용을 통한 제어가 일반적이지 만 방지시설의 재질이 부식에 취약하거나, 약액 공급라 인이 구축되지 않은 현장들은 단순 습식 세정만으로는 처리효율을 기대할 수 없다. 또한 습식세정탑을 구축하 였음에도 폐수발생량이 많아 순환수가 농축되어 오히 려 악취가 재방출되는 현장도 있으며 이는 발생악취의 특성 및 기타 외부 성공사례를 충분히 검토하지 않고 도입한 결과라고 할 수 있을 것이다. 따라서 방지시설 의 신설 또는 증설 시에는 정확한 악취 원인물질의 구 명과 발생량을 고려한 설비 검토가 매우 중요하다.

    본 연구에서는 악취 발생 시설 중 하나인 사료제조 공정에서 발생되는 악취원인 물질의 특성을 구명하고, 범용성이 높아 기존 설비와의 연계처리가 가능하며 컴 팩트하여 현장에서 운영이 용이한 약액세정탑의 처리 성능을 평가하였다.

    2. 연구방법

    연구대상은 인천시 C사료공장 내 발효 대두박 공정 으로 콩기름을 생산하고 남은 콩 부산물을 발효시킨 후 효소분해와 건조 공정 등을 거쳐 배합사료의 원료 를 생산한다. 주로 양돈 및 양어, 양계사료로 사용되는 데 제품생산 시기에 따라 발효 대두박 공정에서 어분 대체제를 생산하는 경우도 있다.

    본 연구는 겨울철인 11월에 어분대체제 공정이 정상 가동 될 때 가스포집기를 이용하여 시료를 채취하고 배출가스의 악취물질에 대한 정성 및 정량적인 분석을 실시하였으며, 어분대체제 생산시 방지시설의 유입구 를 분석 지점으로 하였다. 분석 장비는 GC-MS (Shimadzu MS-QP 2010 Ultra, Perkinelmer TurboMatrix 350, USA), GC-FID (Shimadzu GC/FID, GC-2010 plus, Japan), GC/FPD (Shimadzu GC/FPD, GC-2010 plus, Japan) 등을 이용하였다. 검출된 악취물질은 각 물질이 가지는 최소 감지값에 근거하여, 물질별 악취기 여율을 검토하였다.

    또한 기존 방지시설의 효율상승을 도모하고, 배출되 는 가스를 컴팩트한 신규설비로 연계 처리할 수 있도 록 Fig. 1에 나타낸 약액챔버(chemical chamber) 형태 의 세정탑(600 CMM)을 설치하여 악취물질 저감효율 을 평가하고자 하였다. 약액챔버의 운전조건은 방지시 설의 효율과 연관된 문제로서 가장 큰 매개변수로는 약액의 적정 희석배율과 분사압력을 들 수 있다. 약액 의 희석배율은 원액이송펌프의 토출량이 60 L/min임을 고려하여 원액을 희석탱크로 이송되는 시간을 설정하 고 수위계에 의해 수돗물이 유입되어 원하는 희석배율 을 설정할 수 있다. 약액분사 노즐은 2류체 노즐로 약 액챔버 외부에 노출되게 설치하여 이물질에 의한 막힘 이 있을 시 편하게 정비할 수 있도록 하였다.

    3. 결 과

    3.1 악취물질 특성

    어분대체제의 생산시 발생되는 배출가스에 대하여 총 66종의 악취물질을 분석한 결과, 검출된 62종의 악 취물질과 물질별 기여율을 계산하여 Table 1에 나타내 었다. Table 1을 살펴보면 어분대체제 생산시 발생되는 주요 악취물질은 acetoin 및 diacetyl로 검출된 ketone 화합물이 45.4% 및 acetaldehyde, butyraldehyde, valeraldehyde, 2-furancarboxaldehyde, nonanal 등의 aldehyde화합물이 13.3%, 그리고 황화합물이 3.6% 정도 차지함을 알 수 있었다. 그 외 휘발성 유기산은 2- methoxypropanoic acid가 검출되었지만 pyrazine 화합 물은 검출되지 않았다. 어분대체제 생산시 발생되는 악 취물질에 대한 선행 연구자료의 한계로 인하여 직접적 인 비교는 어려우나 음식물류를 이용한 사료제조 공정 의 경우 methylmercaptan (77.87%), isovaleraldehyde (7.37%), acetaldehyde (7.02%)의 악취기여도가 높은 것으로 조사되었다(Park et al., 2009).

    악취물질 분석결과, 어분대체제 공정에서 주로 발생 되는 악취물질인 ketone 화합물은 그 특성상 친유성적 인 경향을 보이기 때문에 수용성 악취로 분류하기는 어렵다. 따라서 탄소결합을 끊어 낼 수 있는 강한 산화 력이 필요함을 알 수 있으며, 본 연구에서는 산화제로 H2O2 (5%), OdorCore C1, OdorCore C3 ((주)에코코어 기술)를 대상 약액으로 검토하였다. C1은 urea perox-ide, sodium cumenesulfonate, alcohols (C12-14, ethoxylated), propoxylated sucrose 등으로, C3는 악취특성상 4-aminobenzenesulfonic acid, dextrose, alcohols (C12- 14, ethoxylated) 등으로 구성된 복합 첨가제로서 산업 용 대기방지시설 산화제로 사용되고 있다.

    실험실에서 복합악취 3,000배 정도의 배출가스와 약 액을 약 1분간 충분히 반응시킨 후 직접관능 및 복합 악취 평가를 실시한 결과를 Table 2에 요약하였다. 즉, H2O2 (5%)와 동일한 희석배율로 약액(C1, C3)을 투입 한 경우, 직접관능 및 복합악취 배수가 1~2 단계 가량 낮게 나타났으며, 특히 C3의 제거효율은 H2O2 대비 25~35% 가량 우수한 것으로 확인되었다. 따라서, 기존 방지시설에 대해 추가적인 악취제거능을 도모하기 위 하여 약액분무식 세정탑을 설치하였고, 5%의 C3를 주 입하여 그에 따른 실제 공정 배출가스 유입 시, 악취저 감 효율을 평가하였다. 그 결과를 Table 3에 나타내었 는데, 악취물질의 제거효율은 평균 57%, 복합악취의 제거율은 68% 정도이었다. 즉, 약액세정탑 전단의 복 합악취가 평균 2,080배일 때 최종 배출구의 복합악취 농도는 448~669배 범위임을 확인할 수 있었다.

    악취발생 물질 중 기여율이 가장 높았던 ketone 화 합물인 acetoin 및 diacetyl은 각각 78.1% 및 77.3%, aldehyde 화합물인 acetaldehyde, butyraldehyde, valeraldehyde, 2-furancarboxaldehyde, 그리고 nonanal은 각 각 86.0%, 78.9%, 67.4%, 52.8%, 그리고 71.9%의 제 거율을 나타내었다. 최종 배출가스의 복합악취 농도를 감안할 때 악취물질 전체적으로 일정 부분 제거된 것 으로 판단되며 xylene, methylcyclopentane, benzene, ethylbenzene, 1,3,5-trimethylbenzene, 그리고 decane 등은 거의 제거되지 않음을 알 수 있었다.

    한편, Fig. 2에 나타낸 바와 같이 최종 배출가스의 복합악취 물질별 기여율을 계산한 결과 ketone 화합물, aldehyde 화합물, 그리고 황화합물 순으로 높게 나타남 으로써 향후 ketone 및 aldehyde 화합물의 제거율 향상 을 위한 약액의 추가 투입이 고려되어야 함을 알 수 있 었다.

    4. 결 론

    동식물성 재료를 상품화하는 사료제조공정에서 발생 되는 악취물질을 분석하고 약액세정탑에 의한 악취물 질 저감효율을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

    1. 어분대체제 생산시 공정 배출가스의 악취물질을 분석한 결과 62종의 악취가스가 검출되었는데, ketone 화합물이 45.4%, aldehyde 화합물이 13.3%, 그리고 황화합물이 3.6% 정도 차지하는 것으로 나타났다.

    2. 약액세정탑에 적용할 약품을 선정하기 위하여 H2O2 (5%), C1, C3의 약품에 대한 희석배율에 따 른 직접관능 및 복합악취를 측정한 결과 H2O2 (5%)와 동일한 희석배율로 약액(C1, C3)을 투입 할 경우, 직접관능 및 복합악취 배수가 1~2 단계 가량 낮게 나타났으며, 특히 C3의 제거효율은 H2O2 대비 25~35% 가량 우수한 것으로 나타났다.

    3. 약액 C3를 사용한 연속식 약액세정탑을 적용한 결과, 악취발생 물질 중 기여율이 가장 높았던 ketone 화합물인 acetoin 및 diacetyl은 각각 78.1% 및 77.3%, aldehyde 화합물인 acetaldehyde, butyraldehyde, valeraldehyde, 2-furancarboxaldehyde, 그리고 nonanal은 각각 86.0%, 78.9%, 67.4%, 52.8%, 그리고 71.9%의 제거율을 나타내었다.

    4. 최종 배출가스의 복합악취 물질별 기여율은 ketone 화합물, aldehyde 화합물, 그리고 황화합물 순으로 높게 나타남으로써 향후 ketone 및 aldehyde 화합물의 제거율 향상을 위한 약액의 추가 투입이 고려되어야 함을 알 수 있었다.

    결론적으로 기존 방지시설에 대해 추가적인 악취제 거능을 도모하기 위하여 약액분무식 세정탑의 적용가 능성을 평가한 결과, 악취물질의 제거효율은 평균 57%, 복합악취의 제거율은 68% 정도이었다. 즉, 약액 세정탑 전단의 복합악취가 평균 2,080배일 때 최종 배 출구의 복합악취 농도는 448~669배 범위임을 확인할 수 있었다.

    감사의 글

    이 논문은 인천대학교 2018년도 자체연구비 지원에 의하여 연구되었음.

    Figure

    JOIE-17-389_F1.gif

    Schematic diagram of chemical scrubber.

    JOIE-17-389_F2.gif

    Contribution ratio of chemical scrubber’s outlet gases.

    Table

    Analytical results of odor components

    Analytical results of sensory level and composite odor by chemical

    Evaluation of odor reduction efficiency by chemical scrubber

    Reference

    1. Ahn, H. Y. , Kim, J. S. , Song, J. H. , 2016. Application of a wet-type non-thermal plasma for the removal of odorous compounds emitted from a vacuum evaporator in the treatment of acid metal-plating wastewater . Journal of Odor and Indoor Environment15(1), 30-37. (in Korean with English abstract)
    2. Cho, Y. J. , Kim, Y. R. , Choi, Y. J. , 2015. Design status and improvement methods of packed bed scrubbers as an odor removal device in Siheung and Ansan smarthubs . Journal of Odor and Indoor Environment14(4), 341-350. (in Korean with English abstract)
    3. Choi, K. I. , Lee, D. H. , Choi, D. H. , 2004. PCDDs/DFs at the inlets and outlets of wet scrubber in medium-sized waste incinerators . Journal of Korea Society of Waste Management21(5), 447-455. (in Korean with English abstract)
    4. Jung. H. S. , Won, Y. S. , Sirega, D. M. , Mission, S. K. , Lim, J. H. , 2017., Removal of hydrogen sulfide by using sodium carbonate impregnated activated carbon fiber . Clean Technology23(1), 113-117. (in Korean with English abstract)
    5. Jung, S. C. , Lee, S. H. , 2012. Practical usage of lowtemperature metal catalyst for the destruction of volatile organic compounds (VOCs) . Korean Society of Environmental Engineers34(6), 397-405. (in Korean with English abstract)
    6. Kim, D. J. , Seo, S. G. , Kim, S. C. , 2005. Removal of odorcontaining sulfur compound, methyl mercaptan using modified activated carbon with various acidic chemicals . Journal of Korean Society for Atmospheric Environment21(2), 155-160. (in Korean with English abstract)
    7. Ko, B. C. , Park, Y. H. , Kim, D. I. , Lee, M. G. , Kam, S. K. , 2013. Odor removal characteristics of biofilters in domesticsewage treatment facilities analyzing composite odor and odor quotient . Journal of the Environmental Sciences22(1), 109-117. (in Korean with English abstract)
    8. Kwon, S. W. , Hong, J. K. , 2013. An experimental study on the deodorization performance of exhaust filter unit in a laboratory animal breeding facility . Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering25(4), 194-200. (in Korean with English abstract)
    9. Lee, S. C. , Kim, D. J. , 2012. Odorous gas removal in biofilter with powdered activated carbon and zeolite coated polyurethane foam . Clean Technology18(2), 209-215. (in Korean with English abstract)
    10. Lim, K. H. , 2018. Treatment of malodorous waste air by a biofilter process equipped with a humidifier composed of fluidized aerobic and anoxic reactor . Korean Chemical Engineering Research56(1), 85-95. (in Korean with Englishabstract)
    11. Lim, S. I. , Kim, N. J. , Kim, S. M. , Lee, S. H. , Kim, S. U. , Chang, W. S. , Park, D. W. , Kimmarry, L. H. , Kim, J. H. ,2009. Development of VOCs treatment technology using high efficiency hybrid system with multi-scrone . Korean Society of Environmental Engineers31(7), 491-498. (in Korean with English abstract)
    12. Park, J. O. , Cho, G. J. , Kwak, J. , 2009. Study on characteristics of odors released from animal feed factory . The Annual Report of Busan Metropolitan City Institute of Health and Environment19(1), 199-206. (in Korean with English abstract)
    13. Park, Y. G. , Kim, J. I. , 2011. Efficiency characteristics by mixed absorbents for the removal of odor compounds in the wet scrubber . Applied Chemistry for Engineering22(1), 48-55. (in Korean with English abstract)
    14. Shin, J. Y. , Seo, S. C. , Kim, D. K. , 2016. An up-flow botanical bioreactor for odor removal . Journal of Odor and Indoor Environment15(4), 345-351. (in Korean with English abstract)
    15. Song, J. H. , 2007. Biofilter technology for odor control . Korean Society of Odor Research and Engineering6(4), 246-253. (in Korean with English abstract)
    16. Yu, M. S. , Yang, S. B. , Kim, Y , M., Jin, H. S., 2015. Evaluation of removal efficiency of single odor component using ion cluster. in proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference 24, The Korean Environmental Sciences Society, Suanbo, 117.