KR0182402B1 - 미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물이 부착되어 살기에 좋은 환경을 갖고 있고, 호기성의 활성 오니 폐수 처리 시 사용되는 다공성 세라믹스 담체에 관한 것이다.

본 발명은 호기성 화설 오니 폐수 처리에 있어 순응 시간을 단축시켜며, 안정된 처리 효율을 유지할 수 있고, 미생물이 성장하기에 유리한 환경을 갖고 있는 미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체는 폐수 처리에서 운전 개시 시 미생물의 순응 시간을 단축시켜 폐수를 안정하게 처리하기 위한 담체에 있어서, 활성 오니 폐수 처리 후 발생하는 잉여 오니를 미세 기공을 갖는 천연 제올라이트와 혼합한 후 소결하여 제조된 것을 특징으로 한다.

Description

미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체

본 발명은 미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 미생물이 부착되어 살기에 좋은 환경을 갖고 있고, 호기성의 활성 오니 폐수 처리 시 사용되는 다공성 세라믹스 담체에 관한 것이다.

활성 오니 폐수 처리는 폐수 처리 방법 중 가장 일반적인 방법으로써 폐수의 오염 물질을 호기성 미생물(활성 오니)을 이용하여 생물학적으로 분해·처리하는 방법이다. 최근에는 활성 오니 폐수 처리의 효율을 더욱 높이기 위하여 활성이 높은 미생물을 배양하여 사용하는 방법, 미생물에의 산소 공급법의 개량, 담체를 사용하여 반응조내 미생물의 농도를 높이고 생태계를 안정화시키는 방법 등이 연구되고 있다. (대한민국 특허 공고 공보 제89-3922호, 제 90-1539호, 제91-6526호).

상기 방법 중 담체를 반응조에 투입하는 방법은 미생물을 담체에 부착시켜 반응조 내의 미생물 농도를 유지시키는 방법으로 사용되는 담체 재료로써 플라스틱 및 고분자계 담체와 세라믹스계 담체로 대별된다. (用水와 廢水, 29(8), p3, 일본 특개평 3-232,590호)

플라스틱 및 고분자계의 담체는 경제적이기는 하지만 비표면적이 작으며, 일부 재료는 수팽윤성을 갖고 있어 사용 중 쉽게 깨어지는 단점이 지적되고 있다. 또한, 수명이 끝난 후 폐기 처리에 문제점이 있다. 이에 비해 세라믹스계는 비표면적이 높으며, 물리적·화학적 안정성이 있기 때문에 가능성이 높은 담체로 평가 되고 있다.

상기의 세라믹스계 담체는 활성 오니 폐수 처리에 이용하는 방법은 담체를 반응조 내에 현수, 적층, 또는 유동시키는 것이다. 상기 담체를 이용하여 폐수 처리 시스템의 운전을 개시할 때 미생물이 담체에 부착된 후 생태계가 안정하게 되어야 처리 효율이 안정하게 된다. 즉, 처음 폐수 처리 시스템을 시동하여 안정하게 운전할 수 있을 때까지 미생물의 순응 시간이 필요하다. 생물학적 폐수 처리에서 이러한 순응 시간은 지속적이고 안정한 처리 효율과 함께 매우 중요한 인자로 알려져 있다.

본 발명은 호기성 활성 오니 폐수 처리에 있어 순응 시간을 단축시키며, 안정된 처리 효율을 유지할 수 있는 미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 미생물이 성장하기에 유리한 환경을 갖고 있는 미생물 친화성 다공성 세라믹 담체를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하 본 발명은 상세히 설명한다.

본 발명의 미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체는 폐수 처리에서 운전 개시 시 미생물의 순응 시간을 단축시켜 폐수를 안정하게 처리하기 위한 담체에 있어서, 활성 오니 폐수 처리 후 발생하는 잉여 오니를 미세 기공을 갖는 천연 제올라이트와 혼합한 후소결하여 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체는 상기 잉여 오니에 포함된 유기물의 양이 천연 제올라이트에 대해 중량비로 5 내지 60% 첨가되어 있으며, 50 내지 55%의 기공율과 48 내지 55㎛의 기공 크기를 갖는다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 미생물이 살기에 좋은 환경을 부여하기 위한 다공성 세라믹스 담체에 대한 것으로써 담체의 모재료로는 미세한 기공을 갖고 있어 흡착성이 좋은 천연 제올라이트와 활성 오니 폐수 처리 공정에서 발생하는 잉여 오니를 이용하여 제조한다.

건조 잉여 오니 종류에 따라 차이가 있지만 대략 60% 정도의 유기물(미생물, 오염물 등)과 40%정도의 무기물로 구성되어 있다. 무기물은 SiO_2,Al₂O₃등이 주성분이지만 그 외에 미생물 성장에 필수적인 영양 염류, 예를 들면 Fe₂O₃, P₂O₅, K₂O, CaO, MgO, TiO₂, Na₂O 등이 포함되어 있다.

또한, 유기물이 주성분인 미생물은 열처리하면 산회되어 없어지지만 미생물의 체내에 축적하고 있던 영양 염류는 남게 된다.

본 발명에 따른 미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체는 모재료인 제올라이트와 잉여 오니 혼합하여 소결 함으로써 제조된다. 잉여 오니에 존재하는 영양 염류는 다공성 세라믹스 담체로 옮겨지게 되며 이 영양 염류는 단순한 영양 염류가 아니라 미생물이 활발히 성장하던 생태계의 영양 염류이므로 밸런스(balance)가 적합하게 맞는 영양 염류이다.

한편, 잉여 오니에 포함되어 있는 유기물은 담체 제조 공정의 열처리(소결)과정에서 산화되면서 담체에 기공을 형성하는데 기여하게 된다.

본 발명에 따른 담체를 제조할 때 건조 잉여 오니 중 유기물, 즉 강열 감량으로 제거되는 분의 양을 제올라이트의 양에 대해 무게비로 5 내지 60% 첨가 하는 것이 바람직하다. 만일 건조 잉여 오니 유기물의 양을 5%미만으로 하면 열처리(소결)후 제조되는 담체의 기공율이 낮고 기공 크기도 작아진다. 기공 크기가 작으면 미생물이 기공 속에 들어가 부착될 수 없으며 폐수 처리에 적용할 때 순응 시간 단축 효과가 미약하다. 반대로 60%를 초과하면 소결 후 담체의 강도가 매우 약해 쉽게 깨어져 버린다.

본 발명의 미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체를 폐수 처리에 이용하면 1차적으로 운전 개시 시의 순응 시간을 단축할 수 있으며, 생태계 안정화에 의한 안정적인 운전을 도모할 수 있다. 2차적으로는 본 발명의 담체를 제조하는데 사용되는 건조 잉여 오니는 현재 폐기물 처리에 크게 고심하고 있는 바 폐자원의 리싸이클에도 기여할 수 있다.

본 발명의 담체를 호기성 활성 오니 폐수 처리에 이용할 경우 담체의 크기를 변화시켜 반응조내에 적층, 충전 또는 유동시키면 된다. 또한, 혐기성 폐수 처리에도 쉽게 이용할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예의 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

모재료인 천연 제올라이트를 100/200메쉬로 분쇄한다. 잉여 오니는 함수율이 5%이하가 되도록 건조한 후 100메쉬 이하의 크기로 분쇄한다. 회전명 믹서에 다음 표 1에 나타낸 중량비로 제올라이트를 넣고 건조 잉여 오니를 혼합하였다. 이 혼합물의 총량에 대해 10중량%의 활석, 20중량%의 물, 3중량%의 피브이에이(PVA)를 첨가하여 300알피엠(rpm)의 속도로 3분간 혼합하여 반죽상의 원료를 준비하였다.

이렇게 준비된 반죽상의 원료를 전동 조립기를 이용하여 로드 또는 구상으로 성형하였다. 성형체를 1일 이상 자연 건조한 후 다음 표 1의 소결 온도에서 1시간 동안 소결하여 담체를 제조하였다. 제조된 담체의 기공율, 기공 크기를 수은 기공율 측정기를 이용하여 측정하였다.

실시예 1에서 제조된 담체의 기공율 및 기공 크기 측정 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

[실시예 2 내지 14]

회전형 믹서에 다음 표 1에 나타낸 중량비로 제올라이트를 넣고 건조 잉여 오니를 혼합하는 것 이외에도 상기 실시에 1과 동일하게 실시하여 담체를 제조하였다.

실시예 2 내지 14에서 제조된 담체의 기공율 및 기공 크기 측정 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

[비교 실시에 1 내지 7]

천연 제올라이트에 건조 잉여 오니 유기물을 다음 표 2에서와 같이 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 담체를 제조하였다. 비교 실시예 1 내지 7에서 제조된 담체의 기공율 및 기공 크기 측정 결과를 표 2에 나타내었다.

[비교 실시예 8]

100/200메쉬로 분쇄한 천연 제올라이트에 소맥분을 주양비로 40% 첨가하고 중량비로 각각 활석 10%, 물 20%, 피브이에이 30%를 첨가하여 실시예 1과 동일한 방법으로 성형한 후 1300℃에서 1시간 동안 소결하여 담체를 제조하였다.

이 담체의 기공율은 48%, 평균 기공 크기는 51㎛이었다. 이 담체는 미생물이 필요로 하는 영양 염류가 포함되어 있지 않았다.

[측정예]

실시예 1 내지 14에서 제조한 담체를 이용하여 폐수 처리의 운전 개시부터 처리 효율이 95%이상 도달할 때까지의 미생물의 순응 시간을 측정하였다.

처리 효율은(유입수 COD농도×유출수 COD농도)×100/유입수 COD농도로 계산하였다. 10ℓ의 반응조(폭기조에 1ℓ의 담체와 5ℓ의 활성 오니(하수 종말 처리장에서 입수)를 주입하고 4시간 동안 폭기하였다. COD농도 500ppm정도의 인공 폐수를 체류 시간 12시간의 조건으로 주입하였으며 유출수가 발생할때부터를 운전 개시 시점으로 하였다.유출수의 농도는 자동 COD 미터로 매 10분마다 측정하였다. 인공 폐수는 알코올과 글리세린을 물로 희석하여 준비하였다. 상기 측정예의 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

[비교 측정예]

비교 실시예 1과 2 그리고 비교 실시예 8의 방법으로 제조한 담체 3종에 대해 상기 측정예와 동일한 방법 및 담체를 이용하지 않는 폐수 처리 테스트에 대해서도 상기 측정예와 동일한 방법으로 순응 시간을 조사하였다. 비교 측정예의 결과를 다음 표 4에 나타내었다.

Claims (3)

1. 폐수 처리에서 운전 개시 시 미생물의 순용 시간을 단축시켜 폐수를 안정하게 처리하기 위한 담체에 있어서, 활성 오니 폐수 처리 후 발생하는 잉여 오니를 미세 기공을 갖는 천연 제올라이트와 혼합한 후 소결하여 제조된 것을 특징으로 하는 미생물 친화성 다공성 세라믹스 담체.
2. 제1항에 있어서, 상기 잉여 오니에 포함된 유기물의 양이 천연 제올라이트에 대해 중량비로 5 내지 6% 첨가시켜서 된 것을 특징으로 하는 매생물 친화성 다공성 세라믹스 담체.
3. 제1항에 있어서, 상기 담체는 50 내지 55%의 기공율을 가지며, 기공 크기는 48 내지 55㎛를 갖는 것을 특징으로 하는 미생물 친화성 세라믹스 담체.