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축사 주변의 악취 및 부유분진의 CALPUFF 모델링: 계사 중심으로
임광희 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.7
In this study, CALPUFF modeling was performed, using a real surface and upper air meterological data to predict trustworthy modeling-results. Pollutant-releases from windscreen chambers of enclosed poultry farms, P1 and P2, and from a open poultry farm, P3, and their diffusing behavior were modeled by CALPUFF modeling with volume sources as well as by finally-adjusted CALPUFF modeling where a linear velocity of upward-exit gas averaged with the weight of each directional-emitting area was applied as a model-linear velocity ( ) at a stack, with point sources. In addition, based upon the scenario of poultry farm-releasing odor and particulate matter (PM) removal efficiencies of 0, 20, 50 and 80% or their corresponding emission rates of 100, 80, 50 and 20%, respectively, CALPUFF modeling was performed and concentrations of odor and PM were predicted at the region as a discrete receptor where civil complaints had been frequently filed. The predicted concentrations of ammonia, hydrogen sulfide, PM2.5 and PM10 were compared with those required to meet according to the offensive odor control law or the atmospheric environmental law. Subseuquently their required removal efficiencies at poultry farms of P1, P2 and P3 were estimated. As a result, a priori assumption that pollutant concentrations at their discrete receptors are reduced by the same fraction as pollutant concentrations at P1, P2 and P3 as volume source or point source, were controlled and reduced, was proven applicable in this study. In case of volume source-adopted CALPUFF modeling, its required removal efficiencies of P1 compared with those of point source-adopted CALPUFF modeling, were predicted similar each other. However, In case of volume source-adopted CALPUFF modeling, its required removal efficiencies of both ammonia and PM10 at not only P2 but also P3 were predicted higher than those of point source-adopted CALPUFF modeling. Nonetheless, the volume source-adopted CALPUFF modeling was preferred as a safe approach to resolve civil complaints. Accordingly, the required degrees of pollution prevention against ammonia, hydrogen sulfide, PM2.5 and PM10 at P1 and P2, were estimated in a proper manner. 본 연구에서는 시간별 실제 기상데이터를 토대로 한 CALPUFF 모델링 수행을 통하여 민원지역에 대한 신뢰성이 있는모델링 결과를 도출하였다. 무창형 계사 P1 및 P2의 방진망 구조물(chamber) 및 개방형 계사 P3로부터의 오염원 배출및 확산거동을, 부피오염원으로서의 CALPUFF 모델링 또는 각 방향의 배출면적을 가중치로 한 수직 배기의 평균 선속도인 모델 배출 선속도( )를 적용한 점오염원으로서의 최종 CALPUFF 모델링으로 구현하였다. 또한 계사 P1, P2 및 P3에서의 배출되는 악취 및 분진오염원 배출량에 대한 각각의 제거효율(0, 20, 50 및 80%) 또는 각각 대응되는emission rate (100, 80, 50 및 20%)에 따른 시나리오를 기본으로, CALPUFF 모델링을 수행하여 각각에 대한 민원지역의 농도예측을 수행하였다. 이러한 민원지역에 대한 암모니아, 황화수소, PM2.5 및 PM10에 대한 농도예측과 악취방지법 및 대기환경법에서 요구되는 오염물질 농도와 비교하여, 계사 P1, P2 및 P3에 요구되는 암모니아, 황화수소, PM2.5 및 PM10에 대한 제거율을 산정하였다. 그 결과로서, “P1, P2 및 P3에서 각각의 배출농도를 줄인 비율만큼 각각의discrete receptor에서의 농도가 같은 비율로 감소한다”는 가정(a priori assumption)이 본 CALPUFF 모델링 범위 내에서 적용 가능함이 입증되었다. 한편 부피오염원을 적용한 CALPUFF 모델링을 수행한 경우에서 방지시설의 요구되는제거효율은, 점오염원을 적용한 CALPUFF 모델링을 수행한 경우와 비교하였을 때에 P1의 경우에는 상호간에 유사하였으나, P2와 P3에서 암모니아와 PM10의 경우에 더 높게 나타났다. 그럼에도 불구하고 민원해결을 위한 안전한 접근방법으로서 부피오염원으로서 CALPUFF 모델링을 선정하였다. 이에 따라서 본 연구에서는 암모니아, 황화수소, PM2.5 및 PM10와 같은 오염원배출에 대하여 무창형 계사 P1 및 P2에 요구되는 정량적 방지수준을 타당하게 도출하였다.
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폐가스 가습조(유동상호기 및 무산소조)를 포함한 바이오필터공정을 이용한 악취폐가스의 처리
임광희,Lim, Kwang-Hee 한국화학공학회 2018 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.56 No.1
본 연구에서는 폐가스 가습조(유동상호기 및 무산소조)를 포함한 바이오필터공정으로 이루어진 바이오필터시스템을 구축하여, 돈사 및 계사 설비, 퇴비공장 또는 공공시설에서 발생되는 황화수소, 암모니아 및 휘발성 유기화합물을 포함한 악취폐가스에 대한 처리효율을 제고하고 적정 작업조건을 구축하였다. 복합 악취폐가스 처리실험에서, 암모니아 부하의 경우 폐가스 가습조에서 약 75%가 제거되고, 후 공정인 바이오필터에서 20%이상 제거되었다. 톨루엔 부하의 경우 폐가스 가습조에서 약 20%가 제거되고, 후공정인 바이오필터에서 70% 이상 제거되었다. 따라서 물에 용해도가 높은 암모니아의 경우에는 폐가스 가습조에서 주로 제거되었고, 용해도가 낮은 톨루엔의 경우는 바이오필터에서 주로 제거되었다. 한편 황화수소는 폐가스 가습조에서 거의 흡수되어 바이오필터에서 검출되지 않았다. 황화수소 및 톨루엔의 공급을 중단하였을 때에, 암모니아 부하는 폐가스 가습조에서 약 65%가 제거되고 후 공정인 바이오필터에서 나머지 약 35% 정도가 제거되어, 거의 100%의 암모니아 부하가 제거되었다. 폐가스 가습조에서는 암모니아 외에 톨루엔 및 황화수소의 부하가 추가된 복합 악취폐가스의 경우보다 약 10% 더 적게 암모니아가 제거되었는데, 이것은 탈질에 필요한 톨루엔과 같은 유기화합물의 공급 중단에 기인하였다. 바이오필터시스템의 feed가, 1)복합 악취폐가스일 때, 2)암모니아 폐가스일 때에; 기존 폐가스 가습조 용수에 yeast extract를 보충한 경우 또는 yeast extract를 첨가하지 않고 탄소원으로 glucose를 첨가한 경우, 각각의 경우에 폐가스 가습조에서 흡수되는 암모니아질소 흡수율은, 각각 약 0.28 mg/min, 약 0.23 mg/min 및 약 0.27 mg/min으로 산출되었다. 한편 각각의 무산소조에서 탈질율은 0.42 mg/min, 0.55 mg/min, 및 약 0.27 mg/min이었다. 또한 폐가스 가습조(유동상 호기조)의 bubble column 모델링에서 유동상 호기조 단위부피당 bubble의 비표면적(a)과 향상된 물질전달계수(E $K_y$)의 곱의 값은 0.12/hr로 평가되었다. In this research, a biofilter system equipped with a biofilter process and a humidifier composed of a fluidized aerobic and an anoxic reactor, was constructed to treat odorous waste air containing hydrogen sulfide, ammonia and VOC, frequently generated from pig and poultry housing facilities, compost manufacturing factories and publicly owned facilities. Its optimum operating condition was revealed and discussed. In the experiment of complex feed, the ammonia of fed-waste air was removed by ca. 75% and more than 20% at the stage of the humidifier and the biofilter, respectively. The toluene of the fed-waste air was removed by ca. 20% and more than 70% at the stage of the humidifier and the biofilter, respectively. Therefore the water-soluble ammonia and the water-insoluble toluene were treated mainly at the stage of the humidifier and the biofilter, respectively. In addition, hydrogen sulfide was almost absorbed at the stage of the humidifier so that it was not detected at the biofilter process. In the experiment of ammonia-containing feed, the ammonia of fed-waste air was removed by ca. 65% and 35% at the stage of the humidifier and the biofilter, respectively. Its removal efficiency of ammonia at the stage of the humidifier was 10% less than that in the experiment of complex feed, due to no supply of such carbon source as toluene required in the process of denitrification. In the experiments of complex feed, ammonia-containing feed with and without (instead, glucose) the addition of yeast extract, the absorption rates of ammonia-nitrogen were ca. 0.28 mg/min, 0.23 mg/min and 0.27 mg/min, respectively. The corresponding denitrification rates in the anoxic reactor were 0.42 mg/min, 0.55 mg/min and 0.27 mg/min, respectively. In addition, in the modeling of bubble column(the fluidized aerobic reactor of the humidifier) process, the value of specific surface area(a) of bubbles multiplied by enhanced mass transfer coefficient (E $K_y$) was evaluated to be 0.12/hr.
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