KR100399549B1 - 간이 상수도 고도처리 및 오,폐수 중수처리 장치의 탄소섬유 복합재를 이용한 필터의 제조방법 - Google Patents

간이 상수도 고도처리 및 오,폐수 중수처리 장치의 탄소섬유 복합재를 이용한 필터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 간이 상수도 고도처리장치 및 오,폐수 중수처리 장치의 마지막 처리 공정의 방류수를 미처리된 B.O.D., S.S., 악취등의 제거 효율을 높이도록 하는 간이 상수도 고도처리 및 오,폐수 중수처리 장치의 탄소섬유 복합재료를 이용한 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 탄소섬유와 산화규소를 1000 ∼ 1300℃의 온도에서 소성한 소결체를 일정크기로 절단하여 소성탄소섬유와 플라이 애쉬(Fly ash)를 분류한 후 탄소섬유 복합재료와 결합제 및 경화제를 적절히 조합, 반습식 혼합하여 형틀에 주입하고, 자연 경화 반응에 의해 기공 형성을 유도하여 고정화함으로써 자연압에서도 미세 여과 및 흡착성이 우수함과 동시에, 유체의 흐름에 대한 저항이 작도록 하여 높은 투과율을 유지할 수 있도록 하는 필터를 제조하기 위한 것이다.

Description

간이 상수도 고도처리 및 오,폐수 중수처리 장치의 탄소섬유 복합재를 이용한 필터의 제조방법{Filter using carbon fiber composition carbon of simplicity water works management and sewage handling apparatus and thereof manufacturing method}
본 발명은 간이 상수도 고도처리장치 및 오,폐수 중수처리 장치의 마지막 처리 공정의 방류수를 미처리된 B.O.D., S.S., 악취등의 제거 효율을 높이도록 하는 간이 상수도 고도처리 및 오,폐수 중수처리 장치의 탄소섬유 복합재료를 이용한 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 간이 상수도 고도처리장치나 오,폐수 중수처리 장치는 유기물을 함유하는 오,폐수를 처리할 때에 여러 공정을 거치면서 미생물에 의해 유기물을 분해처리하고, 오,폐수의 유기물을 분해 처리한 방류수를 배출하게 된다.
이와 같이 처리되는 오,폐수 처리장치는 미생물에 의해 유기물을 분해하게 되는데 미생물을 부착시키는 매개물인 유동상 접촉재나 고정상 접촉재를 사용하여 미생물이 고착되어 있게 하고, 고착되어 있는 미생물에 의해 유기물을 분해하도록 하고 있다.
이러한 오,폐수를 분해 처리하기 위해서는 미생물이 적절한 수준으로 계속 유지시켜야 하며 이를 위해서는 미생물의 부유성장 또는 부착성장을 위해 미생물 부착용인 유동상 접촉재나 고정상 접촉재가 필수적이다.
그러나 친수성이 작거나 그다지 크지 않은 유동상 접촉재나 고정상 접촉재에 고착시키기가 쉽지 않고, 부착되지 못한 미생물은 성장속도가 낮아서 오,폐수처리를 연속적으로 가동시키는 경우에 폭기조 밖으로 유출되는 문제가 발생하였다.
따라서 미생물과 미생물에 의해 미처리된 B.O.D., S.S., 악취를 제거하지 않은 상태로 방류를 하게 됨으로서 방류되는 유출수가 하천이나 호수로 유입이 되어 하천과 호수의 수질을 악화시키고 부영양화의 원인이 되었다.
본 발명은 폭기조 밖으로 유출되는 미생물과 방류수에 함유되어 있는 미처리된 B.O.D., S.S., 악취등을 제거하여 방류수에 의해 하천이나 호수의 수질 악화 및 부영양화를 방지하기 위한 탄소섬유 복합재료를 이용한 필터의 제조방법을 제공하는데 있다.
탄소섬유 및 규조토를 소성한 소결체들은 무균, 무해하고, 화학 안정성이 우수하여 물 이외의 유기용매나 산,알카리 용액에 장시간 노출시켜도 유기질 분리막 보다 유리한 형상과 배열(configuration)을 갖고 있기 때문에 침지되거나 부식되지 않는 장점을 갖고 있다.
또 고온 열처리함으로서 입자와 입자간에 수로(Neck)가 형성됨과 동시에 기공들이 서로 연결된 상태로 존재하기 때문에 정밀여과(Micro Filtration)와 동시에 유체의 흐름에 대한 저항이 작아서 높은 투과율(Flux)을 유지할 수 있다.
활성탄소는 고온에서 산화가스에 노출시켜 활성화시켜 줌으로서 물리적, 기계적 강도가 높고, 넓은 표면적을 가지고 있어 흡착능력이 뛰어나 용존성 유기물질 및 난분해성 물질 흡착이 용이하다.
활성탄소의 물질흡착은 대규모 이동(Macrotransport), 소규모 이동(Microtransport), 흡착(Adsorption)등의 세가지 단계를 거쳐 오염물질이 제거된다.
대규모 이동은 물질확산에 의하여 유기물질이 물을 통하여 고액 계면까지 이동하고 소규모 이동은 유기물질이 입상 활성탄의 대형공극을 통하여 소형공극과 중형공극간에 있는 흡착지점으로 분산되어 흡착제거된다.
결합제인 불포화 폴리에스테르수지, 경화제인 MEKPO를 사용하고 소성 탄소섬유와 Fly ash, 입상 활성탄소를 혼합, 자연경화법을 이용하여 형상을 고정화 함으로써 내구성, 화학적 안정성, 내수성을 부여하였다.
최근 고도처리 방법으로 이용된 분리막(Membrane)은 고분자 재료의 물질 선택 투과성질을 이용한 분리기술의 하나로 역삼투막(Reverse Osmosis Membrane, RO) 한외여과막(Ultrafiltration, UF) 등 고도수처리 여러 분야에 이미 적용되고 있으나 비용(cost)과, 수명 및 성능의 저하(低下), 운전에 필요한 소요동력, 스케일 형성을 방지하기 위한 대책 등이 개발과제로 남아있다.
따라서 본 발명은 분리막의 선택적 투과성질과 뛰어난 흡착성능을 조합하고경제성, 수명, 저렴한 관리비용을 고려하여 개발한 간이 상수도 고도처리 및 오,폐수 중수처리에 필요한 탄소섬유 복합재료를 이용한 필터의 특성은 다음과 같다.
기존 분리막은 물질적으로 3 ∼ 5기압을 걸어주어야 일정 투과율(Flux)을 유지할 수 있으나, 소성탄소섬유 특성상 여과성능이 뛰어나면서 투과율이 우수하여 유체의 흐름에 대한 저항이 작아 자연압에 의해 높은 투과율을 얻을 수 있어 매우 경제적이다.
소성한 소결체의 정밀여과(Micro Filtration)작용 및 활성탄소의 흡착성능이 조합되어 오염물질이 물을 통해 고액 경계면까지 이동과 확산이 빨라 용존성 B.O.D., S.S., 악취등 제거 효율이 높아 오수처리 시설 후단에 부착하여 중수처리에 적합하다.
탄소섬유 복합재료를 이용한 필터와 오존 발생장치를 조합하여 사용함으로서 용존성 유기물질, 난분해성 물질, 살균, 맛, 냄새유발물질, 색도, 중금속(철, 망간 등) 등의 제거가 가능함으로 무균상태의 음용수로 사용되는 간이 상수도의 고도처리에도 적합하다.
결합제인 불포화 폴리에스테르 수지와 경화제인 MEKPO를 혼합, 자연 경화법을 이용하여 형상을 고정화 함으로써 내구성, 화학성, 안정성, 내산, 내알카리성이 우수하다.
이를 토대로 하여 본 발명의 제조 공정별로 설명하면 다음과 같다.
[제조공정]
(제 1 공정)
탄소섬유와 규조토를 70:30 내지 60:40의 중량비로 혼합하여 950 ∼ 1300℃의 온도범위에서 약 5시간 소성하고, 소성한 소결체를 일정한 크기로 절단하며, 플라이 애쉬(Fly ash)를 분류한다.
(제 2 공정)
요오드 흡착가 1000mg/ℓ이상인 활성탄소를 분쇄기에 의해 4 ∼ 8매쉬 크기로 분쇄한다.
(제 3 공정)
불포화 폴리에스테르 수지와 경화제를 작업장의 온도가 25℃ 이상에서는 100:0.5, 25℃ 이하에서는 100:1의 중량비로 혼합하여 결합제를 제조한다.
이때에 결합제로서는 아크릴 수지, 에틸렌 비닐아세테이트 수지, 퓨란 수지, 페놀수지, 요소수지, 엘라민 수지, 폴리아마이드 수지를 사용할 수 있다.
(제 4 공정)
상기의 제 1 내지 제 3 공정에서 얻은 플라이 애쉬(Fly ash):활성탄소:결합제:유리섬유를 5:40:15:40 내지 5:35:15:45의 중량비로 혼합하고, RPM 100이고 스크류가 1m 이상인 배합기로 고루게 배합한다.
(제 5 공정)
일정한 크기인 육면체의 형틀에 혼합하여 얻은 혼합물을 형틀의 부피에 비해 105 ∼ 110%로 채운 후 상부 형틀을 올려 놓는다.
(제 6 공정)
작업장의 온도가 25 ∼ 35℃일 경우에는 1 ∼ 2시간, 15 ∼ 25℃일 경우에는2 ∼ 3시간, 5 ∼ 15℃일 경우에는 3 ∼ 4시간, 5℃일 이하일 경우에는 5시간 자연 경화를 시킨 후 상,하부 형틀을 탈형하여 활성필터를 제조한다.
그리고 본 발명의 다른 실시예로서 불포화 폴리에스테르 수지와 경화제의 혼합비를 100:2로 하여 경화시간을 단축할 수 있다.
이와 같이 제조 공정을 토대로 하여 일실시예를 설명하면 다음과 같다.
[실시예]
(제 1 공정)
탄소섬유 70Kg과 규조토 30Kg 또는 탄소섬유 60Kg과 규조토 40Kg을 혼합하여 950 ∼ 1300℃의 온도범위에서 약 5시간 소성하고, 소성한 소결체를 일정한 크기로 절단하며, 플라이 애쉬(Fly ash)를 분류한다.
(제 2 공정)
요오드 흡착가 1000mg/ℓ이상인 활성탄소를 분쇄기에 의해 4 ∼ 8매쉬 크기로 분쇄한다.
(제 3 공정)
불포화 폴리에스테르 수지와 경화제를 작업장의 온도가 25℃ 이상에서는 100:0.5, 25℃ 이하에서는 100:1의 중량비로 혼합하여 결합제를 제조한다.
이때에 결합제로서는 아크릴 수지, 에틸렌 비닐아세테이트 수지, 퓨란 수지, 페놀수지, 요소수지, 멜라민 수지, 폴리아마이드 수지를 사용할 수 있다.
(제 4 공정)
상기의 제 1 내지 제 3 공정에서 얻은 플라이 애쉬(Fly ash):활성탄소:결합제:유리섬유를 5:40:15:40 내지 5:35:15:45인 플라이 애쉬(Fly ash) 5Kg과 활성탄소 40Kg과 결합제 15Kg과 유리섬유 40Kg 내지 플라이 애쉬(Fly ash) 5Kg과 활성탄소 35Kg과 결합제 15Kg과 유리섬유 45Kg을 혼합하고, RPM 100이고 스크류가 1m 이상인 배합기로 고루게 배합하여 100Kg의 혼합물을 얻는다.
(제 5 공정)
일정한 크기인 육면체의 형틀에 혼합하여 얻은 혼합물을 형틀의 부피에 비해 105 ∼ 110%로 채운 후 상부 형틀을 올려 놓는다.
(제 6 공정)
작업장의 온도가 25 ∼ 35℃일 경우에는 1 ∼ 2시간, 15 ∼ 25℃일 경우에는 2 ∼ 3시간, 5 ∼ 15℃일 경우에는 3 ∼ 4시간, 5℃일 이하일 경우에는 5시간 자연 경화를 시킨 후 상,하부 형틀을 탈형하여 활성필터를 제조한다.
이와 같이 제조하는 본 발명은 탄소섬유 복합재료를 사용하여 필터를 제조함으로서 내구성과 내수성 및 화학적 성질이 안정하기 때문에 필터의 수명이 길고, 흡착성이 우수하여 일반 오,폐수 처리 시설의 방류조에 설치하여 용존성 B.O.D., S.S., 악취 제거등 고도 처리할 때에 사용할 수 있는 등의 매우 우수한 발명인 것이다.

Claims (2)

  1. 탄소섬유와 규조토를 70:30 내지 60:40의 중량비로 혼합하여 950 ∼ 1300℃의 온도범위에서 약 5시간 소성하고, 소성한 소결체를 일정한 크기로 절단하며, 플라이 애쉬(Fly ash)를 분류하는 제 1 공정과,
    요오드 흡착가 1000mg/ℓ이상인 활성탄소를 분쇄기에 의해 4 ∼ 8매쉬 크기로 분쇄하는 제 2 공정과
    불포화 폴리에스테르 수지와 경화제를 작업장의 온도가 25℃ 이상에서는 100:0.5, 25℃ 이하에서는 100:1의 중량비로 혼합하여 결합제를 제조하는 제 3 공정과,
    상기의 제 1 내지 제 3 공정에서 얻은 플라이 애쉬(Fly ash):활성탄소:결합제:유리섬유를 5:40:15:40 내지 5:35:15:45의 중량비로 혼합하고, RPM 100이고 스크류가 1m 이상인 배합기로 고루게 배합하는 제 4 공정과,
    일정한 크기인 육면체의 형틀에 혼합하여 얻은 혼합물을 형틀의 부피에 비해 105 ∼ 110%로 채운 후 상부 형틀을 올려 놓는 제 5 공정과,
    작업장의 온도가 25 ∼ 35℃일 경우에는 1 ∼ 2시간, 15 ∼ 25℃일 경우에는 2 ∼ 3시간, 5 ∼ 15℃일 경우에는 3 ∼ 4시간, 5℃일 이하일 경우에는 5시간 자연 경화를 시킨 후 상,하부 형틀을 탈형하여 활성필터를 제조함을 제 6 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 간이 상수도 고도처리 및 오,폐수 중수처리 장치의 탄소섬유 복합재를 이용한 필터의 제조방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    결합제를 형성함에 있어 아크릴 수지, 에틸렌 비닐아세테이트 수지, 퓨란 수지, 페놀수지, 요소수지, 엘라민 수지, 폴리아마이드 수지중 선택하여 사용함을 특징으로 하는 간이 상수도 고도처리 및 오,폐수 중수처리 장치의 탄소섬유 복합재를 이용한 필터의 제조방법.
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