KR0126057B1 - 폐수처리용 고기능성 담체의 제조방법 및 그 물건 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

고분자수지에 무기성촉매물질을 고정화한 폐수처리용 고기능성 담체의 제조방법 및 그 물건

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

생물학적으로 미생물에 친화성이 있는 담체의 개발로서 순양화기간을 단축시키고 폐수처리효율의 극대화

3. 발명의 해결방법의 요지

무기원료를 분쇄, 소성, 발효시키고 고령토, 식초산, 쌀겨, 글루코오스와 혼합, 발효시킨 후 고분자수지에 혼합고정화시켜 원형의 담체를 얻는 폐수처리용 담체 및 그 제조방법.

4. 발명의 중요한 용도

폐수처리, 환경오염방지.

Description

폐수처리용 고기능성 담체의 제조방법 및 그 물건

제1도는 본 발명의 담체의 구조를 보인 사시도.

제2도는 제1도의 평단면도.

제3도는 제1도의 측단면도.

제4도는 본 발명의 제1실험을 위한 장치의 간략도.

제5도는 본 발명의 제2실험을 위한 장치의 간략도.

제6도 및 제7도는 고농도 피혁폐수의 1단계 무기성 촉매물질을 고분자수지에 혼합제작한 담체의 회분식 실험결과 그래프.

제8도 및 제9도는, 저농도 피혁폐수의 1단계 무기성 촉매물질을 고분자수지에 혼합제작한 담체의 회분식 실험결과 그래프.

제10도 및 제11도는, 비표면적의 차이에 의한 처리효과검토 그래프.

제12도 및 제13도는, 1단계 무기성 촉매물질만을 투여한 경우의 처리효과 그래프.

제14도 및 제15도는, 1단계 및 2단계 무기성촉매물질의 효과비교 그래프.

제16도 및 제17도는, 연속반응조에 의한 1단계 무기성 촉매물질을 고정화한 담체의 처리효과 그래프.

제18도 및 제19도는, 연속반응조에 의한 1단계 무기성 촉매물질의 최적농도검토 그래프.

제20도 및 제21도는, 연속반응조에 의한 2단계 무기성 촉매물질을 고정화한 담체의 폐수처리효과 그래프.

제22도 및 제23도는, 연속반응조에 의한 2단계 무기성 촉매물질을 고정화한 담체의 폐수처리효과 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 통공성구형담체2 : 수직관통구멍

3 : 전, 후세로주벽4 : 좌, 우세로주벽

5, 5a : 전후보조세로주벽6 : 요입형간막이

7 : 가로막이판8 : 통공

9 : 압축기10 : 밸브

11 : 통풍기12 : 교반기

13 : 플로우미터14 : 담체

15 : 격자16 : 입구

17 : 출구

본 발명은 미생물학적으로 일정한 오염부에 대하여 폐수의 처리효율을 극대화시키기 위하여 제안된 폐수 처리용 고기능성담체의 제조방법 및 그 물건에 관한 것이다.

일반적으로 경제의 발전과 산업의 발달에 더블어 최근에 생물학적으로 분해가 불가능한 난분해성 폐수 및 성상을 분석, 분해하기 어렵고 처리에 곤란한 각종 폐수가 배출되고, 한정된 부지 위에 설계된 장치에 대하여 시설의 증축 등으로 폐수의 량이 증가하여 처리상에 많은 곤란을 안고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 미생물학적으로 일정한 오염부하에 대하여 처리효율을 극대화시키기 위한 기술개발이 필요하다.

이러한 관점에서 처리효율을 향상시키기 위한 각종 담체에 대한 관심이 높아지고 있으며, 많은 종류의 담체가 제품으로 생산되고 있으며 또한 개발되고 있다.

그러나 대부분의 담체는 유기고분자화합물로만 제작되어진 것이 대부분이며, 또한 이들의 개발은 고분자 화합물의 성상면에서의 접근보다는 담체의 형태를 어떻게 할것인가 하는 외형적인 검토에서 그치고 있는 실정이며, 이들은 담체의 표피에 오니가 붙어서 기생하는 작용을 하게 된다.

그러나 미생물학적인 관점에서는 담체표면의 단면적을 크게 하여 접촉비율을 크게 하는 것도 중요하나, 담체외 미생물간의 친화성이 문제이다.

즉, 미생물이 고분자의 표면에 부착하여 유기물(오염물)을 분해시켜야 하나, 고분자와 미생물간에 친화성이 없는 것이 대부분이다.

이들 친화성을 높이기 위한 접근이 필요하다.

또한 현재 일본에서 기술이 개발되어 토양정화법이 사회적으로 각광을 받고 있다.

이 토양정화법을 특수한 무기물질로 미생물의 분해를 촉진시켜 주며 미생물의 특성을 개량시켜 준다고 보고하고 있다.

이 역시도 담체에 의하여 폐수처리의 효율을 증가시키는 것이다.

그러나 토양정화시스템에서는 슬러지만을 반송시키는 곳에 담체를 두는 반응조를 만들어 순화시켜 주므로 슬러지의 성상개량이라고 말할 수 있다.

본 발명에서 생물학적으로 친화성이 있는 담체의 제작에 목표를 두고 상기에서 언급한 고분자계담체와 토양정화능을 가진 본 발명의 연구실제작 무기담체를 서로 혼합한 새로운 담체의 개발을 시도하였다.

대부분 폐수처리공정에서 운전초기에 미생물의 적응을 위한 순양화기간이 필요하며, 처리효율을 정상적으로 유지하기 위해 많은 시간이 요구된다.

만약에 새로운 담체를 사용하여 순양화기간을 단축시키고, 처리효율을 극대화시킨다면 많은 경제적 효과가 기대된다.

본 발명에서는 담체의 제반 문제점을 개선하기 위하여 고분자수지에 무기성 촉매물질을 고정화한 새로운 무기성 촉매물질에 대하여 연구검토하였다.

실험을 위하여 회분식 및 연속식 반응조를 실험실에서 제작하여 사용하였으며, 폐수처리에 필요한 기본항목을 분석하였다.

또한 회분식 연속식 폐수처리장치에서 무기촉매의 배합비율, 담체의 재질의 개선에 의하여 처리효율을 향상시킬 수 있는 인자를 검토하였다.

또한 현장에서 실제적으로 사용할 수 있는 가능성을 검토하기 위하여 경제성 평가 및 가능성을 검토하였다.

본 발명을 제조방법은 실험의 결과에 의하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

먼저 무기성 촉매물질을 종류별로 제작하고, 무기성 촉매물질을 농도별로 조정한 담체를 제작하였다.

무기성 발효 촉매물질의 제작은 1단계와 2단계로 구분하여, 1단계는 원료를 분쇄하여 1차소성 단계를 거친 후 자연발효(2-3day)를 시킨 후 다시 2차소성 단계를 거켜 1단계 무기성 발효 촉진물질을 제작하였으며, 무기성 발효 촉진물질은 주성분이 무기물로 이루어져 있으나 미생물을 이용한 발효에 있어서 발효에 있어서 특이할 만한 효과를 주어 본 실험에 도입하였다.

이 원료자체를 원소분석한 결과는 다음과 같이 나타났다.

[제1표]

(무기성 촉매물질의 원소분석 결과)

1단계 무기성 촉매 물질을 제작한 후 고령토, 식초산, 쌀겨, 글루코오스 등의 총량에 대한 2-5%의 비율로 1단계 무기성 촉진물질을 투입하여 배합자연발효(2-3day)시킨 후 2차소성(500-600℃)을 2일 정도 한 후 분쇄하여 2단계 무기성 촉매물질을 제작하였다.

이러한 방법에 의하여 제작된 담체를 고분자수지에 혼합시켜 담체를 제작하였다.

담체는 원형으로 제작하였으며, 원형의 지름은 약 2㎝였다.

이들의 성능을 비교하기 위하여 1단계 무기성 촉매물질과 2단계 무기성 촉매물질을 사용하였다.

무기성 촉매물질의 성능검토에 잇어서 최적배합비가 중요하므로, 다음과 같은 비로 무기성 촉매물질을 고분자수지(Poly propylene : P.P)에 혼합하여 최종 담체를 제작하였다.

상기의 무기성 촉매물질에 의하여 상하좌우등의 팔방으로 연통하는 구조의 통공성구형의 담체를 제작하였다.

즉, 중앙부를 수직관통구멍(2)로 형성시킨 둘레부에 전후세로주벽(3)과 좌, 우세로주벽(4)가 +자형이 되게 형성하며, 전후세로주벽(3)의 양측으로는 또 다른 전후보조세로주벽(5)(5a)를 전후세로주벽(3)과 동일 방향으로 형성함과 동시에 상기 각 세로주벽(3)(4)(5)(5a)의 둘레의 상하부로는 다수의 크고 작은 수직관통구멍(2)와 연통하는 요입형간막이(6)이 층층으로 형성되어지도록 다수의 수평, 가로막이판(7)을 형성하되 상기 각 용입형 간막이(6)을 형성하는 각 세로주벽(3)(4)(5)(5a)마다에는 좌우로 서로 연통하는 통공(8)을 뚫어 서로 연통하는 상기 각 요입형간막이(6)이 중앙부에 뚫어 형성시킨 수직관통구멍(2)과 상하좌우등의 팔방으로 서로 연통하는 구조의 통공성 구형의 담체(1)로서 형성하였다.

또한 본 발명의 제1실험장치와 제2실험장치에 의하여 자테스터 회분식 반응장치와 연속식반응기를 첨부도면의 제4도 내지 제5도에 의하여 설명한다.

본 발명의 제1실험장치로서 첨부도면의 제4도에서 도시하고 있는 바와 같이 압축기(9)을 밸브(10)에 의하여 플로우미터(13)를 통하여 각 통풍기(11)과 교반기(12)를 연관하여 폐수처리장치를 모델화하기 위하여 설치한 자테스터 개량회분식 반응장치로서 회분식 실험장치를 이용하였다.

이와 같은 실험장치는 6개의 반응기를 걸 수 있는 자테스터에 아크릴원통으로 제작된 반응기를 제작하여 설치하였으며, 그 크기는 지름이 10.5㎝, 높이가 17㎝로서 전체 용량이 1470㎖로 실험시에는 폐수의 량을 700㎖로 하여 실험하였다.

폐수처리시에 통풍을 위하여 일정공기를 압축기로 주입하였으며, 공기를 조절하기 위하여 각 반응기마다 유량계를 부착하였다.

이때 공기압은 1atm으로 유지하였으며 1L/min의 공기를 공급하였다.

또한 공기의 확산을 좋게 하기 위하여 반응기저부에는 산기석을 부착시켜 공기가 공급되게 하였다.

또한 자테스터에 부착된 임펠러를 이용하여 반응기내의 폐수를 완전히 혼합시켜 주었으며, 그중 하나는 비교실험을 하기 위하여 대조반응기로 사용하였다.

반응기내의 온도는 특별하게 조정하지 않고 실온을 유지하였다.

실험에 이용한 장치는 첨부도면의 제4도에서 도시한 바와 같다.

본 발명의 제2실험장치로서 첨부도면의 제5도에 도시하고 있는 바와 같이 압축기(9)을 밸브(10)에 의하여 플로우미터(13)을 통하여 통풍기(11)로서 입구(14)을 설치시킨 담체(16)와 결합되는 격자(15)를 통과시켜 축구(17)에 연관시켜 설치한 연속식반응기의 실험장치로서 폐수처리장치에 직접 사용되는 탑형의 형태로서 직경이 17㎝, 높이가 50㎝인 아크릴원형관을 이용하여 용량이 약 π정도 되는 3개의 반응기를 제작하였다.

담체를 반응조에 채워넣었을 때 공간용량이 약 5L 정도였으며, 공기공급은 컴프레셔를 이용하여 3L/min으로 유지하였으며, 이때 공기압은 1atm이였다.

또한 공기의 확산을 좋게 하기 위하여 반응기저부에는 산기석을 부착시켜 공기가 분산된 상태로 공급되게 하였으며, 또한 반응기저부에는 아크릴판에 구멍을 내어 끼우므로써 공기를 분산시키는 역할을 하였다.

원수는 생활오수로 공급하였으며, 미량펌프를 이용하여 체류시간을 24시간으로 유지시켜 실험하였다.

실험에 이용한 장치는 첨부도면을 제5도에 도시한 바와 같다.

[이용한 폐수 밀 수질분석]

1. 이용한 폐수

실험에 이용한 폐수는 피혁공장에서 배출되는 피혁폐수와 대학주변의 다가구주택에서 발생되는 생활하수를 이용하였다.

피혁폐수는 회분석실험에서 이용하였으며, 생활하수는 연속식 실험에 이용하였다.

피혁폐수의 경우는 COD 약 400-700ppm이었으며, 생활하수의 경우에는 COD 약 200-400ppm이었다.

2. CODcr 분석방법

CODcr분석방법은 스탠다드법에 준하여 실험하였으며, 먼저 고농도폐수(피혁폐수) 측정시 A용액을 100㎖ 진한 황산에 1.21989g K₂Cr₂O₇을 녹이고, 100㎖ 진한 황산에 3.67935g Ag₂SO₄를 녹인 후 두 용액을 서서히 냉각시키며 혼합하여 조제하고, B용액은 증류수 75㎖에 HgSO₄20g을 넣은 후 5㎖의 진한 황산을 첨가하여 조제한 후 시험관에 A용액 2㎖을 넣은 후 폐수 2㎖(적당한 희석)와 0.2㎖의 B용액을 첨가하여 148℃에서 2시간 가열한 후 흡광광도계 620nm에서 흡광도를 측정한다.

또한 저농도폐수(생활오수) 측정시는 고농도폐수 시약을 1/10로 줄여서 만든 후에 같은 방법으로 측정하여 환산하였다.

검량선은 글루코오스를 100-1000ppm까지 제조하여 위의 방법과 같이 실험하여 농도로 환산하였다.

[폐수처리 효과검토]

일반적으로 사용되고 있는 구분자수지담체에 본 발명자가 제작한 무기성 촉매물질을 부가하여 폐수처리에 사용할 수 있는 담체로서의 효과를 검토하고, 그 응용의 가능성을 검토하였다.

담체의 재질은 P.P이며 약 2㎝정도의 지름으로 된 구형으로써 비표면적을 높이기 위해 직경이 8㎜정도의 구멍을 내서 실험하였으며, 고농도인 4500ppm과 1000ppm의 피혁폐수를 사용하여 실험하였다.

또한 생활하수 및 각종 폐수를 직접 회분식반응기 및 연속식반응기를 제작하여 실험을 실시하여 담체의 처리효율을 알아보았다.

장치를 설치한 뒤 일정기간 동안에 생활하수 및 각종 폐수를 투입하여 COD제거효율 및 성상분석을 하여 담체의 실용성을 평가하였다.

1. 회분식

상기에서 제작된 담체를 이용하여 본 발명자들이 개발한 자테스터에 의하여 회분식으로 각각에 처리효율을 비교 검토하였다.

먼저 1단계 무기성 촉매물질의 효과로서 고능도 및 저농도피혁폐수에 대한 효과 검토를 하였으며, 또한 표면적으로 변화에 따른 처리효율을 비교, 분석하였으며 1,2단계 무기성 촉매물질을 담체에 고정화하지 않고 단계별, 농도별로 직접 폐수에 투입한 후 COD제거효율을 비교, 분석하였다.

2. 연속식

실험실내에 연속식 폐수처리장치 3개를 제작하여 담체를 종류별로 투입하여 처리효율을 비교하였다.

먼저 연속식에서의 1단계 무기성 촉매물질을 투여한 담체가 생활오수처리에 미치는 효능검토를 하였으며, 그 후 1단계 무기성 촉매물질의 최적농도를 알아보는 농도별 실험을 하였으며, 2단계 무기성 촉매물질을 투여한 담체가 생활오수처리에 미치는 효과를 침전조 및 반응조에 CODcr제거효율을 비교, 검토하였다.

물론 비교실험으로써 무기성 촉매물질을 투여하지 않은 담체를 사용하여 비교실험하였다.

[실험 결과]

1. 회분식 실험에 의한 효과검토

1) 1단계 무기성 촉매물질의 효과

가. 고농도피혁폐수에 대한 효과

1단계 무기성 촉매물질을 5%로 P.P고분자수지에 투여하여 제작한 담체(B)와 PP만으로 된 담체(A), 어떠한 담체로 투여하지 않은(Blank) 반응조 3개를 이용하여 실험하였다.

이 결과를 농의 변화를 제6도에 제거율의 변화를 제7도에 나타냈다.

폐수는 초기농도가 CODcr으로 약 4500ppm인 피혁폐수를 사용하였다.

실험은 약 2일만에 실시하였다.

농도면에서 아무것도 넣지 않은 것(Blnak)과 무기촉매물질이 들어가 있지 않은 담체(A)의 경우에는 농도변화 큰 차이 없이 거의 같은 거동을 보이고 있다.

즉 4500ppm이 6시간에 4100-4200ppm, 18시간에는 3500-3700ppm, 48시간에는 2400-2500ppm 전후를 보이고 있다.

이에 반하여 무기성 촉매물질이 첨가된 담체(B)의 경우에는 3200ppm, 3100ppm, 17000ppm으로 농도가 떨어졌다.

무기성 촉매물질에 의하여 농도의 저하가 현저하게 나타냈다.

이것을 제거율면에서 보면 48시간째에 아무것도 넣지 않은 것과 A가 42% 전후를 보이고 있음에 비교하여 무기성촉매가 들어있는 B의 경우에는 60%에 가까운 제거효율을 보이고 있다.

나. 저농도 피혁폐수에 대한 효과

상기의 실험에 대하여 폐수농도의 차이에 의하여 얻어지는 효과에 대하여 검토하였다.

약 4500ppm의 폐수농도를 약 950ppm정도로 되게 농도를 조정하여 실험하였다.

이 실험결과중에서 농도변화를 제8도에 제거율의 변화를 제9도에 나타냈다.

고농도실험에 비교하여 전체적인 제거효율을 높아졌으며, 담체의 효과는 고농도에서 얻어진 결과와 동일한 결과가 얻어졌다.

담체가 들어 있지 않은 것과 비교하여 1단계 무기성 촉매물질을 혼합한 A물질은 약 20%정도 제거효율이 높은 경항을 보이고, A물질에 비교해서도 약 10%의 제거효율 차이를 보이고 있다.

저농도폐수도 고농도폐수와 같은 경향을 보이고 있는 것으로 보아, 담체에 무기성 촉매물질을 넣은 곳이 효과 좋은 것으로 증명되었다.

2) 표면적의 변화에 따른 처리효율의 비교

담체의 경우에는 접촉하는 표면적에 따라 처리효율의 차가 있다.

본 실험에서는 상기 실험과 동일한 1단계물질을 P.P에 혼합시킨 것(B)과 촉매물질을 혼합하지 않은 PP(A)의 원형의 담체를 표면적을 크게 하기 위하여 구멍을 뚫으면서 얻어진 미세조각(A-1, B-1)을 이용하여 처리효율을 비교하였다.

그 량은 반응조의 동일한 수위까지 담체를 채우고 실험하였다.

본 실험에서도 무기성 촉매물질을 PP에 넣은 쪽이 월등히 제거효율이 높은 결과를 보였다.

그 결과를 제10, 제11도에 나타냈다.

P.P에 무기성 촉매물질을 첨가한 경우에 48시간째에 표면적인 적은 것(B)는 364ppm을 보이고 있는 것에 비교하여 표면적을 크게 한 것(B-2)은 326ppm을 보여 제거효율이 높음을 볼 수 있다.

이에 비교하여 무기성담체를 넣지 않은 곳의 경우에도 표면적에 따라 처리효과의 차는 있었으나 촉매물질이 들어 있는 담체에 비교해서는 그다지 차이가 없었다.

즉, 이 결과로부터 무기성 촉매물질을 첨가하여 담체를 제작할 시에는 비표면적을 크게 하여 제작할 필요성이 증명되었다.

3) 담체에 고정화하지 않은 무기성 촉매물질의 단계별, 농도별의 효과검토

상기에서 실험한 1단계 무기성담체의 경우에는 실제 응용면에 있어서 많은 문제점을 내포하고 있다.

1단계 물질의 제작의 과정이 복잡하므로 대량 생산체계의 확립이 어렵고, 제조단가가 높아 실제 담체에 혼합하여 적용할 경우에 경제적인 효율성이 떨어진다.

이러한 이유로 1단계 무기성 촉매물질을 이용하여 량을 증가시키는 2단계 무기성 촉매물질의 제작이 필수적이다.

그러나 량의 증가에 따른 효과가 의문시되므로 본 실험에 의하여 효율을 검토하였다.

가) 1단계 물질의 투여농도에 따른 효율 검토

제12도의 COD농도변화와 제13도의 제거효율의 변화는 무기성 촉매물질을 고분자수지에 넣지 않고, 촉매물질만을 이용하여 실험하였다.

1단계 촉매물질의 농도를 10ppm, 50ppm, 200ppm으로 한 것과 아무것도 넣지 않은 것과 COD제거효율을 비교하였다.

아무것도 넣지 않은 것에 비교하여 촉매물질의 농도를 변화시킴에 따라 처리효과 확연하게 차이가 나, 무기성 촉매물질의 투여농도가 능가함에 따라 제거효율도 증가하는 경향이 보였다.

특이한 것은 반응초기에 약 6시간에 그 차가 확연하게 나타나 아무것도 넣지 않은 것의 농도가 220ppm 전후임에 비교하여 농도가 증가함에 따라 170, 150, 130ppm으로 떨어지는 효과가 관찰되었다.

또한 이 결과로부터 추론가능한 점은 실제 상태에서 담체에 물질을 넣지 않고도 미생물제재로서의 사용이 가능하다는 결과가 얻어졌다.

나) 1단계물질과 2단계물질의 효과비교

경제성에 있어서 2단계물질의 개발이 요구됨에 따라 회분식반응기에 담체를 넣지 않고 1단계물질과 2단계물질만을 투입한 후 효과를 검토하였다.

이 실험에서 얻어진 결과를 제14도, 제15도에 나타냈다.

Blank는 아무것도 넣지 않은 반응조를 나타내며, A=50ppm은 1단계물질을 50ppm 넣은 것이고, B=50ppm은 2단계물질을 50ppm넣은 것을 나타내고 있다.

약 6시간째에서 각 반응조별 차이가 명백해져 아무것도 넣지 않은 것(Blnak)가 208ppm인 것에 비교하여 1단계물질이 151, 2단계물질이 130ppm을 보여, 같은 50ppm에서의 1단계 무기성 촉매물질과 2단계 무기성 촉매물질을 비교해 보면 근소한차이인 듯하나 2단계 무기성 촉매물질이 1단계 무기성 촉매물질이 약 10%정도 높음을 알 수 있었다.

1단계물질에 비교하여 2단계물질의 제거효율이 월등히 높은 것으로 증명되었다.

즉 경제적인 담체의 개발의 가능성이 이 실험에서 증명되었다.

2. 연속식 실험에 의한 효과검토

1) 1단계 무기성 촉매물질의 효과

회분식 반응기실험에서 무기성 촉매물질의 효과가 밝혀진 것으로부터 실제 폐수처리 모델계를 가정하여 연속식 반응조를 만들어 무기성 촉매물질이 효과를 검토하였다.

제16, 17도에는 아무것도 넣지않은 PP만의 담체(Blank)와 1단계물질을 5% 넣은 것(5%), 1단계물질을 10% 넣은 것(10%)을 비교하였다.

실험에 사용된 폐수는 생활오수를 사용하였으며 초기에는 중량천하수처리장의 반송 슬러지와 생활오수를 1 : 1 비율로 희석한 후 실험을 시작했다.

제16도에서 볼 수 있는 것과 같이 초기에는 무기성 촉매물질을 10% 혼합한 담체가 제거율이 약간 높았으나, 4일 이후에는 무기성 촉매물질을 5% 혼합한 담체가 제거효율이 높았다.

아무것도 넣지 않는 것 약 10% 정도의 차이를 보이며 최고 20%까지 차이를 보이고 있다.

제16, 17도를 바탕으로 1단계 무기성 촉매물질의 최적 농도를 알아보기 위해 2%, 5%, 10% 농도별로 비교한 실험결과를 제18, 19도에 나타냈다.

큰 차이를 보이지 않았지만 대개 80%선에서 COD제거효율을 보였으며, 처음에는 무기성 촉매물질 10%를 혼합한 담체가 제거효율이 좋다가 약 11일 이후부터는 무기성 촉매물질 5%를 혼합한 담체가 제거효율이 가장 높은 경향을 보였다.

경제성 및 제거효율을 고려한다면, 약 5%선에서 무기성 촉매물질을 혼합하여 담체를 제작한다면 폐수처리에 좋은 효과를 볼 것이라고 생각되었다.

2) 2단계 무기성촉매물질의 효과

가) 유출수의 농도에 따른 고찰

상기의 회분식에 의하여 얻어진 결과에 따르면 1단계 무기성 촉매물질보다는 2단계의 무기성 발효물질의 성능이 뛰어났음을 볼 때, 연속식 것에서도 그 가능성의 검토가 필요한 것으로부터, 2단계 무기성 촉매물질의 효과를 검토하였다.

제20, 21도는 2단계 무기성 촉매물질 5%를 혼합한 담체로 무기성 촉매물질을 혼합하지 않고 P.P만은 놓은 Blank와의 반응을 비교한 실험결과를 나타냈다.

제20도는 유출수의 농도를 비교 분석한 그래프로서 전체적으로 유입수의 농도가 208-360ppm인 것에 비교하여 무기성 촉매물질이 들어 있는 곳은 유출수농도가 35-17ppm, P.P만을 넣은 곳의 담체가 45-34ppm으로의 유출수의 농도면에서 약 10ppm의 차이가 있었다.

제21도에서와 같이 COD제거효율면에서 보면 유출수에서 큰 폭의 차이는 없었지만 약 5% 내외의 차이를 보이며 무기성 촉매물질이 들어 있는 쪽이 처리효율이 좋음을 알 수 있다.

연속식에서 얻어진 제16도, 즉 1단계촉매물질의 효과와 제20도에서 얻어진 것과 같이 2단계촉매물질의 폐수처리효율을 비교해보면, 회분식에서 얻어진 결과와 동일하게 2단계촉매물질의 효과가 뛰어남을 알 수 있다.

즉 연속식에서도 2단계촉매물질의 효과가 입증되었다.

나) 반응조내의 농도에 따른 고찰

본 실험에서 특이한 점으로서 처음 반응기를 운전하기 시작한 후에 촉매물질을 넣은 쪽은 반응조가 촉매물질 넣지 않은 반응조에 비교하여 투명도가 월등히 좋은 것이 육안으로 관찰되었다.

이것으로 보아 반응조 내부에 촉매물질을 넣은 쪽이 슬러지를 개량하여 플록(Floc)의 형성을 촉진시키는 것으로 고찰되었다.

이를 증명하기 위하여 반응조 내부의 상등수를 채취하여 COD농도를 비교하였다.

2개 반응조의 상등수의 농도를 측정하여 제22,23도에 나타냈다.

초기 원수의 농도는 약 208-360ppm정도인 것에 비교하여 제23도에서 보듯이 초기부터 약 9일경까지는 40%의 큰 차이를 보이고 그 이후는 20-30%의 차이를 보였다.

외관상으로도 2단계 무기성 촉매물질이 혼합된 담체가 들어 있는 반응조는 굉장히 맑아졌고, Blank는 핀플록이 생겨 침전이 잘 되지 않음을 확인할 수 있었다.

또한 담체에 미생물의 부착정도도 2단계촉매물질이 혼합된 담체가 높은 것을 확인할 수 있었다.

이것과 같은 재질이라 해도 2단계 무기성 촉매물질내에는 무기물질과 점토 등이 혼합되어 있어 미생물의 부착이(촉진되고) 유기물의 분해도 촉진시킨다는 것을 의미한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면 고농도 유기성 폐수인 피혁폐수와 생활오수를 이용하여 회분식 반응기와 연속식 반응기에서 실험하여 다음과 같은 결과가 얻어졌다.

1. 현재 제작되고 있는 담체로서는 COD제거효율의 한계가 있어 담체 제작시 무기성 촉매물질을 투여하여 담체를 만들어 회분식 장치로 효과를 검토해본 결과, 담체내에 무기성 촉매물질을 혼합한 것이 약 15%정도 높음으로써 현격한 차이를 보였다.

이것은 무기성 촉매물질이 유기물질을 흡착하여, 미생물의 대사활동을 촉진시키는 역활을 하고 있다고 생각된다.

2. 본 실험에서는 무기성 촉매물질의 효과를 검토한 결과, 촉매물질이 담체에 미생물이 부착하는 효과 및 제거효율에 큰 영향을 미쳤음을 관찰할 수 있었다.

또한, 담체의 표면적을 적게 했을 때와 크게 했을 때의 차이를 고찰한 결과 담체의 표면적이 큰 경우에 처리효과 좋아짐을 확인할 수 있었다.

3. 연속식 실험장치에서는 무기성 촉매물질의 적정 혼합비율을 알아보기 위해 2, 5, 10% 등의 단계별로 혼합하여 담체를 만든 후 같은 조건에서 실험한 결과, 대개 80% 전후에서 제거효율을 보였으며, 무기성 촉매물질 5%를 투여한 담체가 제거효율이 가장 좋음을 관찰할 수 있었다.

경제성 및 COD제거효율을 고려한다면 10%보다는 5%선에서 무기성 촉매물질을 투여하는 것이 가장 효과적인 결과가 얻어졌다.

4. 경제성을 고려하여 1단계 무기성 촉매물질을 발효, 소성단계를 거친 후 2단계 무기성 촉매물질을 만들어 실험한 결과, 1단계 발효물질에 비교하여 높은 효율이 관찰되었으며, 실제 폐수처리에 적응시에는 경제성면에서나 효율면에서 2단계 발효물질의 이용이 바람직하다는 결과가 얻어졌다.

Claims (2)

1. 고분자수지에 무기성 촉매물질을 고정화한 폐수처리용 고기능성 담체의 제조방법에 있어서, 상기 고분자수지가 폴리프로필렌이 상기 무기성 촉매물질의 제작을 1단계와 2단계로 구분하여, 1단계는 Na, Mg, Al, S, Cl, K, Ca, Sb, Fe로 된 원료혼합물을 분쇄하여 1차 소성단계를 거친후 2-3일간의 자연발효후 다시 2차 소성단계를 거쳐 발효촉진물질을 얻고, 2단계는 고령토, 식초산, 쌀겨, 글루코오스의 혼합물에 대해 상기 1단계에서 얻어진 발효촉진물질을 2-5% 투입, 배합하여 2-3일간 자연발효후 500-600℃로 2차소성을 2일간 실시후 분쇄하여 무기성 촉매물질을 제작하고, 고분자수지로서의 폴리프로필렌에 상기 무기성 촉매물질을 2-10% 혼합고정화하여 지름 2㎝정도의 원형담체를 제조하는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 고기능성 담체의 제조방법.
2. 중앙부를 수직관통구멍(2)로 형성시킨 둘레부에 전후세로주벽(3)과 좌우세로부벽(4)가 십(+)자형이 되게 형성하며, 전후세로주벽(3)의 양측으로는 또 다른 전후보조세로주벽(5)(5a)를 전후세로주벽(3)과 동일 방향으로 형성함과 동시에 상기 각 세로주벽(3)(4)(5)(5a)의 둘레의 상하부로는 다수의 크고 작은 수직관통구멍(2)와 연통하는 요입형간막이(6)이 층층으로 형성되어지도록 다수의 수평 가로막이판(7)을 형성하되 상기 각 요입형간막이(6)을 형성하는 각 세로주벽(3)(4)(5)(5a)마다에는 좌우로 서로 연통하는 통공(8)을 뚫어 서로 연통하는 상기 각 요입형간막이(6)이 중앙부에 뚫어 형성시킨 수직관통구멍(2)와 상하좌우등의 8방으로 서로 연통하는 구조의 통공성구형의 담체(1)가 구성된 것을 특징으로 하는 폐수처리용 고기능성 담체.