KR100439661B1 - 미생물 접촉여재 및 그 제조방법 - Google Patents

미생물 접촉여재 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100439661B1 KR10-2001-0041492A KR20010041492A KR100439661B1 KR 100439661 B1 KR100439661 B1 KR 100439661B1 KR 20010041492 A KR20010041492 A KR 20010041492A KR 100439661 B1 KR100439661 B1 KR 100439661B1
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Abstract

본 발명은 폐비닐을 용융시켜 소정의 형상으로 성형한 상태에서 금속성분이 활성탄소섬유 중량의 0.05~10 중량% 침착되도록 수처리용 무기응집제에 담지시킨 활성탄소섬유 시트를 성형물의 일면 또는 양면에 부착하여 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경 및 외부로 유출되기 쉬운 미생물을 일정하게 유지시킬 수 있도록 한 미생물 접촉여재를 제공함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 미생물 접촉여재는 폐비닐을 선별하여 용융시킨 후, 소정의 형상으로 압출 성형한 상태에서 활성탄소섬유를 소정 두께의 시트상으로 제조한 활성탄소섬유 시트를 성형물의 일면 또는 양면에 부착하여 제조한 미생물 접촉여재에 있어서, 활성탄소섬유 시트는 폴리황산규산알루미늄, 폴리염화규산알루미늄, 염화제일철, 염화제이철, 황산제이철, 폴리황산철, 폴리염화철, 염화알루미늄, 폴리염화알루미늄, 질산알류미늄, 질산철, 소디움알루미네이트(NaAlO2), 소디움실리케이트(NaSiO2)를 단독 또는 둘 이상 혼합한 수처리용 무기응집제에 담지시켜 제조하고, 이러한 금속성분이 활성탄소섬유 중량의 0.05~10 중량% 침착되도록 수처리용 무기응집제에 담지시켜 제조된다.

Description

미생물 접촉여재 및 그 제조방법{A microorganism media and method thereof}
본 발명은 미생물 접촉여재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하·폐수 처리시 각종 미생물을 다량으로 부착시킬 수 있는 활성탄소섬유 시트를 이용한 미생물 접촉여재를 통해 수질 오염원인 유기물, 부유현탁물질 등을 흡착, 탈색 및 미생물에 의한 유기물의 분해작용과 미생물의 증식이 반복적으로 이루어질 수 있도록 한 미생물 접촉여재에 관한 것이다.
일반적으로 급격한 경제발전 과정에서 환경보전에 대한 인식이 부족하였다는 것은 주지의 사실이다. 이처럼 환경보전에 대한 인식의 부족으로 인하여 대기는 물론 수질 또한 그 오염의 정도가 매우 심각한 지경에 이르렀다. 특히, 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수 등은 호소, 내만 및 내해 등의 공용 수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다.
따라서, 수질의 오염으로 인한 호소, 내만 및 내해 등의 총질소(N)와 총인(P)에 관련된 수질환경 기준인 COD(Chemical Oxygen Demand), BOD(Biochemical Oxygen Demand)의 달성률은 매우 낮은 상태이다. 더욱이 하천, 호소 및 댐은 식수원인 경우가 많기 때문에 곰팡이 냄새, 여과장해 및 유독성 조류의 이상 증식 등은 커다란 환경 문제로 대두되고 있다.
한편, 산업이 고도로 발전하기 이전의 경우 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수의 오염물질은 주로 일정한 미생물에 의해 분해가 가능한 유기물인 반면에 근래에 들어서 급속한 산업의 발달과 인구증가 및 도시의 인구집중으로 인하여 각종 용수량의 증가와 함께 폐수 중에 무기 및 유기성분이 차지하는 비율이 점차로 증가하고 있는 실정으로, 산업 폐수의 경우 COD(Chemical Oxygen Demand, 화학적 산소 요구량), BOD(Biochemical Oxygen Demand, 생물학적 산소 요구량), SS(현탁물질), 질소(窒素), 인(燐) 등 고농도의 유기물을 다량 함유하고 있어 하천, 호소 및 댐 등에 그대로 흘러 들어가면 부영양화 등 수자원의 오염은 물론, 독성으로 인한 생태계의 파괴 등으로 이어져 환경에 악영향을 끼친다. 따라서, 산업 폐수는 일정의 기준을 정해 놓고 일정의 기준치 이하로 정화시켜 배수하도록 되어 있다.
전술한 바와 같이 폐수 중에 무기 및 유기성분이 차지하는 비율이 점차로 증가함에 따라 이를 제거하고자 하는 노력 및 연구 활동이 진행되고 있는데, 이러한 연구 노력을 결과로써 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수를 처리하는데 있어서 국내의 경우 미생물의 부유식 성장을 이용한 표준 활성슬러지법 및 그 변법이 거의 보편적으로 이용되고 있다.
그러나, 기존의 활성슬러지법은 호소, 내만 및 내해 등의 공용 수역과 도시 중소 하천 등에 있어서 부영양화의 주오염물질인 질소와 인 등의 제거가 어렵다는 문제점들을 내포하고 있다.
전술한 바와 같이 적절히 처리되지 않은 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수 등의 오염물은 하천으로 무단방류되어 대다수의 상수원인 하천을 급속도로 오염시켜 왔다. 이러한 오염으로 수중의 암모니아성 질소 및 인 등의 영양염류와 유기물은 곰팡이 냄새, 여과장해 및 유독성 조류의 이상 증식 등은 커다란 환경 문제를야기시켜 인체에 영향을 미치고 있다.
특히, 산업폐수의 경우에는 발생되는 폐수량이 변화가 클 뿐만 아니라, 유기물질 및 부유물질의 노도가 높고, 크롬(Chromium), 황화물(Sulfide) 등이 함유되어 있어 생물학적 처리에 적합하지 않기 때문에 유량조절, 중화 및 응집 침전 등의 전처리를 실시한 후 생물학적 처리를 하고 있어 다량의 슬러지(Sluge, 물이나 기름 등에 혼합된 불순물이 밑바닥에 침전된 것을 말함.)가 발생되는 경우가 대두분이다. 또한, 심한 악취문제와 더불어 폐수 처리에 어려움을 겪고 있어 이에 대한 대책과 효과적인 처리방법의 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
한편, 축산폐수의 경우에는 배출량 측면에서는 하수 또는 산업폐수에 비하여 적으나 오염도 즉, 오염부하량 측면에서는 결코 간과할 수 없는 실정으로, 분(糞) 성분이 분리된 상태에서의 축산폐수의 오염도는 BOD(Biological Oxygen Demand, 생물학적 산소 요구량) 4,000∼5,000ppm 정도이나 분리되지 않으면 20,000ppm을 넘게 된다. 이러한 축산폐수를 배출하는 가축 중 소의 분뇨(糞尿)는 톱밥과 함께 섞이면 쉽게 건조되어 비가와도 빗물에 흘러내리는 경우가 적고 퇴비화도 용이해 축산폐수처리에 어려움이 없으나, 잡식성인 양돈의 분뇨(糞尿)는 쉽게 건조되지 않아 따로 분리해내는 작업이 용이하지 않다.
따라서, 대부분의 축산폐수에 의한 수질오염은 주로 양돈의 분뇨(糞尿)에 의하여 이루어지며, 이를 해결하기 위해 정부에서는 막대한 자금을 들여 축산폐수처리시설을 설치하였으나 제대로 가동되지 못하고 있는 실정이다. 즉, 시설에 유입되는 축산폐수의 설계농도와 실제농도가 현격한 격차를 보이는 데서 나타나는 등의부작용으로 인해 운전에 따른 과부하가 우려되기 때문에 축산폐수처리시설을 제대로 가동시키지 못하고 있기 때문이다. 이와 같은 이유로 인해 축산폐수처리시설은 규모가 매우 커질 수밖에 없기 때문에 축산폐수처리시설을 유지하기 위한 비용 부담의 문제가 있다.
전술한 바와 같이 종래 대부분의 하·폐수 처리공법은 활성슬러지법 및 그 변법으로서 질소 및 인의 제거에 한계가 있는 문제가 있다.
한편, 전술한 바와 같은 하·폐수 처리공법 이외에 폐비닐, 석분, 활성탄 및 여과사를 소정의 비율로 혼합 용융시켜 표면에 요철을 가한 미생물 여재, 프로필렌이나 폴리에틸렌 재질의 섬모상 여재 및 플라스틱으로 미세한 미디어(media)를 만들어서 폭기조에 유동상으로 사용할 수 있도록 한 부상식 여재 등을 통해 미생물을 부착시켜 하·폐수를 생물학적으로 처리하는 기술이 개발되었으나, 이러한 기술에서의 여재는 겉표면적을 넓히는데 한계가 있어 유기물, 인 및 질소의 흡착효과가 저조하여 미생물의 활동력이 저하된다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 폐비닐을 용융시켜 소정의 형상으로 성형한 상태에서 금속성분이 활성탄소섬유 중량의 0.05~10 중량% 침착되도록 수처리용 무기응집제에 담지시킨 활성탄소섬유 시트를 성형물의 일면 또는 양면에 부착하여 유기물, 질소 및 인의 흡착효과를 상승시키고, 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경 및 외부로 유출되기 쉬운 미생물을 일정하게 부착 유지시킬 수 있도록 한 미생물 접촉여재를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경을 제공함으로써 미생물의 활동과 유기물의 분해가 더욱 향상되도록 하여 짧은 시간에 많은 양의 폐수를 처리할 수 있도록 함에 있다.
한편, 본 발명은 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경을 제공하여 미생물의 활동과 유기물의 분해가 더욱 향상되도록 함으로써 주어진 시간에 많은 양의 폐수를 처리하여 폐수처리시설의 운영 및 유지 관리에 따른 비용을 보다 절감시킬 수 있도록 함에 있다.
또한, 본 발명은 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경을 제공하여 미생물의 활동과 유기물의 분해가 더욱 향상되도록 함으로써 폐수처리시설을 소형화하여 시설면적을 작게 할 수 있도록 함에 있다.
아울러, 본 발명은 폐비닐과 같은 폐기물을 재활용하여 사용함으로써 산업의 균형적인 발전을 기대할 수 있음은 물론, 환경 오염의 방지 및 자원의 낭비를 방지할 수 있도록 함에 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제 1 실시예를 보인 단면도.
도 2 는 도 1 의 제 1 실시예에 따른 미생물 접촉여재의 설치 상태를 보인 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제 2 실시예를 보인 단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제 3 실시예를 보인 단면도.
도 5 는 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제 4 실시예를 보인 단면도.
도 6 은 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제 5 실시예를 보인 단면도.
도 7 은 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제조과정을 보인 흐름도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100, 200, 300. 미생물 접촉여재
110, 210, 310. 성형물
120, 220, 320. 활성탄소섬유 시트
130, 230. 메쉬
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 미생물 접촉여재는 폐비닐을 선별하여 용융시킨 후, 소정의 형상으로 압출 성형한 상태에서 활성탄소섬유를 소정 두께의 시트상으로 제조한 활성탄소섬유 시트를 성형물의 일면 또는 양면에 부착하여 제조한 미생물 접촉여재에 있어서, 활성탄소섬유 시트는 폴리황산규산알루미늄, 폴리염화규산알루미늄, 염화제일철, 염화제이철, 황산제이철, 폴리황산철, 폴리염화철, 염화알루미늄, 폴리염화알루미늄, 질산알류미늄, 질산철, 소디움알루미네이트(NaAlO2), 소디움실리케이트(NaSiO2)를 단독 또는 둘 이상 혼합한 수처리용 무기응집제에 담지시켜 제조하고, 이러한 금속성분이 활성탄소섬유 중량의 0.05~10 중량% 침착되도록 수처리용 무기응집제에 담지시켜 제조된다.
전술한 성형물의 형상은 미생물 접촉여재의 전체적인 겉표면적을 증가시키기 위해 파형 또는 요철의 형태로 형성된다.
전술한 구성에서 성형물의 일면에만 활성탄소섬유 시트를 부착시키는 경우 타면에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터 및 나일론 중의 어느 하나에 의해 직조된 소정 두께를 갖는 메쉬를 더 부착시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제조방법은 하·폐수 처리시 각종 미생물을 부착시켜 수질 오염원인 유기물, 부유현탁물질을 흡착, 탈색 및 유기물을 분해시킬 수 있도록 하는 미생물 접촉여재의 제조방법에 있어서, 폐비닐을 수거하여 선별하는 과정; 선별과정에 의해 선별된 폐비닐을 소정의 온도로 가열하여 용융시키는 과정; 용융과정에 의해 용융된 용융물을 성형틀에 압출하여 파형의 형태로 성형하는 과정; 및 압출·성형과정에 의해 성형된 성형물의 일면 또는 양면에 활성탄소섬유를 소정 두께의 시트상으로 하여 금속성분이 활성탄소섬유 중량의 0.05~10 중량% 침착되도록 수처리용 무기응집제에 담지시켜 제조한 활성탄소섬유 시트를 부착하는 과정을 포함하여 이루어진다.
전술한 구성의 미생물 접촉여재 제조방법에서 선별과정에 의해 선별된 폐비닐에 점토와 제올라이트를 소정량 첨가하여 혼합하는 과정이 더 구비될 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 따른 미생물 접촉여재 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제 1 실시예를 보인 단면도, 도 2 는 도 1 의 제 1 실시예에 따른 미생물 접촉여재의 설치 상태를 보인 사시도, 도 3 은 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제 2 실시예를 보인 단면도, 도 4 는 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제 3 실시예를 보인 단면도, 도 5 는 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제 4 실시예를 보인 단면도, 도 6 은 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제 5 실시예를 보인 단면도, 도 7 은 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제조과정을 보인 흐름도이다.
먼저, 본 발명의 상세한 설명에서 기술될 활성탄소섬유의 이해를 돕기 위해 활성탄(Activated carbon)의 기원 및 작용에 대해 설명하면 다음과 같다. 즉, 석탄의 기원은 지구의 화산기 때 대량 발생된 황산화물의 수연에 의하여 생긴 산성비가 산성의 홍수를 유발하였고, 이 홍수가 휩쓸고 지나간 수목들이 황산의 탈수 작용에 의하여 목질부가 차례로 탄화되어 석탄이 되었으며, 지각 변동에 의해 묻혀진 석탄은 원생동물의 화석과 같이 발견되는데, 이는 탄화도가 낮은 저품위의 석탄에 존재하는 각종 미네랄 및 영양원에 의하여 미생물이 증식되어졌으리라 추측되고 있다.
따라서, 전술한 저품위 석탄(성분 30∼50%의 3,000kcal/kg 이하의 석탄)을 사용하여 산성액으로 침적하면 석탄내에 존재하는 불순물 및 화분이 제거됨과 동시에 다공질이 형성되며, 또한 각종 미생물이 번식할 수 있는 상태가 되는데, 이러한 과정을 거친 석탄을 활성탄이라 한다.
전술한 바와 같은 다공성의 활성탄은 물리적 흡착능력을 보유함은 물론, 천연의 이온 교환수지로서의 역할을 맞게 되는데, 예를 들면 석탄층을 통과한 해수 등이 담수화 되는 경우와 같으며, 이는 염분의 처리능력이 뛰어나다는 것을 알 수 있다. 아울러, 활성탄 자체가 미생물의 영양원이 되므로 각종 미생물이 번식할 수 있는 조건이 된다.
또한, 활성탄 자체에서 발생되는 열과 미생물 대사과정에서 발생된 에너지에 의하여 외부의 온도가 영하일지라도 내부의 온도는 7∼8℃를 유지하게 되는데, 이는 영하의 저온에서도 미생물이 증식할 수 있음을 보여 주는 것이다. 특히, 호염성 미생물이 공존하여 고농도의 세제나 염분이 유입되면 자기소화에 의한 원형질의 액화현상이 일어나게 되는데, 이와 같은 현상에 의하여 활성탄 여상에는 슬러지(Sluge, 물이나 기름 등에 혼합된 불순물이 밑바닥에 침전된 것을 말한다.)가 형성되지 않는다.
전술한 활성탄은 형상에 따라 분말 활성탄, 입상 활성탄, 섬유상 활성탄(비표면적 1,000∼1,800 m2/g)으로 분류되고 있다. 또한, 입상 활성탄은 파쇄탄과 구상, 원주상 등의 성형탄으로 구별되고 있으며, 일본에서는 입상 또는 섬유상 활성탄은 공업적으로는 주로 가스활성화법으로 제조되고 있지만, 분말활성탄은 가스활성화와 약품활성화의 두가지 방법으로 제조되어 각각의 특성을 살릴 수 있다.
전술한 바와 같은 활성탄은 흡착기능을 갖는 다공질 탄소제로 원료는 그것을 탄화하여 얻을 수 있는 탄화물이 수증기 등의 활성화 가스와 고온에서 반응해서 다공질 탄재가 되거나 그것을 염화아연 같은 탈수성 약제와 혼합한 후, 탄화와 활성화를 거치면 다공질 탄재가 되는 탄소물질이면 모두 가능하다.
한편, 본 발명에서의 활성탄소섬유는 섬유상으로 제조된 활성탄을 의미하는 것으로, 여러 종류의 섬유를 탄화 활성화해서 섬유상 활성탄(활성탄소섬유)이 제조되지만 셀룰로오스계 섬유를 원료로 해서 제품화된 것이 최초이다. 그 후 아크릴로니트릴(PAN)계 섬유나 페놀계 섬유를 원료로 제품화하는 것 이외에 피치(pitch)를 방사해 불융화한 원료로부터 제품화해서 각각의 섬유의 기능성을 살려 여러 종류의 용도개발이 추진되고 있다.
전술한 섬유상 활성탄의 제조는 원료의 종류에 따라서 발염하거나 열융하므로 이것을 막기 위해 산화성 분위기 속에서 가열해 불융화 또는 내염화 처리를 한다. 이러한 처리는 활성화 후의 섬유의 형상, 물성의 유지 외에 흡착성능의 발휘에도 영향을 미친다. 불융화, 내염화에 이어 불활성가스 중에서 가열해 탄소화하면 탄소섬유가 얻어진다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 미생물 접촉여재(100)는 폐비닐을 용융시켜 소정의 형태로 성형한 성형물(110)의 일면 또는 양면에 시트상으로 제조된 활성탄소섬유 시트(120)를 부착시켜 제조한 것이다. 이때, 미생물 접촉여재(100)는 하·폐수와의 접촉면적을 증가시키기 위해 파형 또는 요철과 같은 형태로 제조된다.
도 1 및 도 2 에 예시한 미생물 접촉여재(100)는 활성탄소섬유 시트(120)가 부착되는 성형물(110)을 싸인파 형태의 파형과 같이 형성하여 성형물(110)의 일면에 활성탄소섬유 시트(120)를 부착시킨 구조이다.
도 3 에 도시된 접촉여재(100)는 도 1 및 도 2 와 마찬가지로 성형물(110)을 싸인파 형태의 파형과 같이 형성한 구조이나, 성형물(110)의 양면에 활성탄소섬유 시트(120, 120a)를 부착시킨 구조이다.
도 4 와 도 5 에 도시된 접촉여재(200)는 성형물(210)을 쐐기 형태의 파형과 같이 형성한 것은 동일하나, 도 4 의 접촉여재(200)는 성형물(210)의 일면에 활성탄소섬유 시트(220)를 부착시킨 구조이고, 도 5 의 접촉여재(200)는 성형물(210)의 일면에 활성탄소섬유 시트(220, 220a)를 부착시킨 구조이다.
도 6 에 도시된 접촉여재(300)는 성형물(310)의 일면에 다수의 돌기(302)를 형성하고, 타면에 활성탄소섬유 시트(320)를 부착시킨 구조이다.
전술한 바와 같이 기술한 미생물 접촉여재(100, 200, 300)의 예시에서 도 1 및 도 4 의 미생물 접촉여재(100, 200)에서와 같이 성형물(110, 210)의 일면에만 활성탄소섬유 시트(120, 220)가 부착되는 경우, 타면에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터 및 나일론 중의 어느 하나에 의해 직조된 소정 두께를 갖는 메쉬(130, 230)가 더 부착될 수 있다. 이처럼 메쉬(130, 230)를 타면에 더 부착시킴으로써 미생물 접촉여재(100, 200)의 겉표면적을 더 증가시킬 수 있다. 따라서,더 많은 미생물을 부착시킬 수가 있게 된다.
한편, 전술한 바와 같이 성형물(110, 210, 310)의 일면 또는 양면에 부착되는 활성탄소섬유 시트(120, 120a, 220, 220a, 310)는 활성탄소섬유를 소정의 두께로 시트화한 것으로, 이 활성탄소섬유 시트(120, 120a, 220, 220a, 310)는 분산, 응집, 흡착 기능을 더욱 향상시켜 하·폐수 중의 유기물과 부유현탁물질을 효과적으로 제거해 줄 수 있도록 하기 위해 폴리황산규산알루미늄, 폴리염화규산알루미늄, 염화제일철, 염화제이철, 황산제일철, 황산제이철, 폴리황산철, 폴리염화철, 염화알루미늄, 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 질산알루미늄, 질산철, 소디움알루미네이트(NaAlO2), 소디움실리케이트(NaSiO2) 중의 단독 또는 둘 이상 혼합한 수처리용 무기응집제에 담지시켜 제조된다. 이때, 무기응집제의 담지량은 무기응집제의 금속성분을 기준으로 하여 활성탄소섬유 중량의 0.05~10 중량%로 담지시킨다.
전술한 바와 같이 활성탄소섬유의 큰 비표면적을 이용하여 무기응집제를 담지(impregnation)시킬 경우 유·무기물의 흡착효과가 상승되어 미생물에 의한 유기물과 무기물의 분해효과를 탁월하게 증가시킨다. 즉, 본 발명에 따른 무기응집제를 담지시킨 활성탄소섬유 시트는 활성탄소섬유의 흡착특성과 무기응집제의 응집특성을 조합시킨 수처리제로, 수중의 유·무기물의 제거효과를 증대시켜 줄 수 있으며, 활성탄소섬유 표면에 무기응집제를 담지시키므로써 질소와 인 같은 무기물의 흡착효과까지 상승시키게 된다.
그리고, 전술한 미생물 접촉여재(110, 200, 300)의 성형물(110, 210, 310)에는 소정량의 점토와 제올라이트가 첨가되는데, 첨가되는 점토와 제올라이트는 선별된 폐비닐 상에 첨가된다. 이처럼 점토와 제올라이트를 폐비닐에 첨가함으로써 성형물(110, 210, 310)의 공극률이 증가되고, 또한 포함된 알루미늄으로 인하여 미생물의 영양물질인 인의 흡착효과가 증가하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 제조방법은 도 7 에 도시된 바와 같이 먼저, 폐비닐을 수거하여 선별하게 된다(S10). 이 과정에서 폐비닐에 묻은 이물질을 대부분 제거하게 된다.
폐비닐을 수거하여 선별한 후에는 성형물의 공극률을 증가시키기 위해 선별된 폐비닐에 소정량의 점토와 제올라이트를 첨가하여 혼합을 한다(S20). 이때, 점토와 제올라이트는 폐비닐 중량의 0.5∼10 중량%로 첨가한다.
선별된 폐비닐에 점토와 제올라이트를 첨가하여 혼합한 후에는 소정의 온도로 가열하여 용융시킨다(S30).
용융과정에 의해 용융된 폐비닐, 점토 및 제올라이트 혼합 용융물을 파형 또는 요철 형태로 형성된 소정 형상의 성형틀에 압출하게 분포시킨다(S40).
소정 형상의 성형틀에 용융물을 압출한 후에는 성형틀의 형상에 관계하여 파형 또는 요철의 형태로 형성된 펀치로 가압하여 도 1 내지 도 6 에 도시된 바와 같은 성형물(110, 210. 310)을 성형한다(S50).
성형과정에 의해 소정의 형상으로 성형물(110, 210. 310)을 성형한 후에는 성형물(110, 210. 310)의 온도가 저하되어 굳기 전에 성형물(110, 210. 310)의 일면에 금속성분이 활성탄소섬유 중량의 0.05~10 중량% 침착되도록 수처리용 무기응집제에 담지시켜 제조한 활성탄소섬유 시트(120, 220, 320)를 위치시키고, 다시 한번 펀치로 가압하여 활성탄소섬유 시트(120, 220, 320)가 성형물(110, 210. 310)의 일면에 부착되도록 한다(S60).
전술한 바와 같이 성형물(110, 210, 310)의 일면에 활성탄소섬유 시트(120, 220, 320)를 부착시킬 때, 활성탄소섬유 시트(120, 220, 320)의 부착온도는 90~150℃로 하고, 성형물(110, 210, 310)과 활성탄소섬유 시트(120, 220, 320)의 부착압력은 1kg/cm2~30kg/cm2로 하며, 부착시간은 1~5분 정도가 적당하다.
전술한 바와 같은 과정을 통해 제조된 미생물 접촉여재(100, 200, 300)는 활성탄소섬유 시트(120, 220, 320)를 통해 보다 많은 미생물을 접촉시킬 수 있으며, 이로 인하여 미생물의 활동을 활발하게 하여 유기물 분해 효과가 발생하도록 한다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 미생물 접촉여재(100, 200, 300)를 혐기 반응조, 무산소 반응조 및 호기 반응조가 구비된 폐수처리장치의 혐기 반응조, 무산소 반응조 및 호기 반응조 각각에 미생물 접촉여재(100, 200, 300)를 고정시켜 하·폐수를 처리한다고 가정할 때, 각 반응조 상의 미생물 접촉여재(100, 200, 300)에 부착된 미생물의 분해작용을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 혐기 반응조와 무산소 반응조에서는 연속적인 혐기적 소화반응과 탈질반응을 통해 유기물질과 질산성 질소를 제거하고, 호기 반응조에서는 질산화 과정을 통해 일부의 유기물 및 암모니아성 질소를 제거하여 폐수를 정화·처리하게 된다.
먼저, 혐기 반응조 내에서 질소형 유기물은 미생물의 작용에 의해 조금씩 소비되어 간다. 즉, 질소형 유기물은 미생물의 작용으로 분해되어 탄산이나 암모니아성 질소가 된다. 한편, 연속적인 혐기적 소화는 무산소 조건하에서 이루어지고, 혐기적 소화반응을 거친 폐수는 무산소 반응조로 이송된다.
무산소 반응조에서는 탈질반응이 연속적으로 일어나게 되는데, 이 무산소 반응조에서는 미생물의 작용을 통해 혐기적 소화반응에 의해 발생된 암모니아성 질소를 질산 또는 아질산화하여 발생되는 질소가스를 방출시키게 된다. 즉, 탈질반응을 거치는 동안 폐수 속에 존재하는 질산성 질소가 제거된다. 이처럼 무산소 반응조에서는 폐수 속의 미생물에 의해 탈질이 연속적으로 일어나 폐수에 함유된 고농도의 COD, BOD, 고형성 부유물, 질소ㆍ인이 제거되고, 호기 반응조로 이송된다.
호기 반응조는 폐수의 각종 유기물을 배양기로 하여 용존산소의 존재하에서 미생물의 혼합집단을 연속 배양시키게 되는데, 이 호기 반응조에서는 혐기적 소화와 탈질반응을 거친 폐수에 충분한 산소를 공급하여 폐수 속에 존재하는 질소를 질산화를 통하여 제거한다.
전술한 바와 같이 혐기 반응조와 무산소 반응조 및 호기 반응조의 내부에 충진된 미생물 접촉여재(100, 200, 300)는 유입된 폐수의 BOD와 COD원 및 난분해서 유기물을 흡착 및 생물학적 분해를 하게 된다. 이러한 미생물 접촉여재(100, 200, 300)는 앞서 설명한 바와 같이 활성탄소섬유 시트(120, 220, 320)가 부착된 구조로 이루어져 수 많은 종류의 미생물이 부착되어 배양된다. 이처럼 배양된 미생물들은 폐수의 오염물질을 흡착하여 포식ㆍ정화하게 된다.
또한, 활성탄소섬유 시트(120, 220, 320)는 활성 슬러지균이 많아져 여상에눈막힘이 생겨도 활성탄소섬유 시트(120, 220, 320)의 큰 특징인 호염성 미생물의 발생·번식에 의해 과잉 슬러지는 분해되어 없어지게 된다. 즉, 과잉의 슬러지는 물과 CO2로 분해된다.
전술한 바와 같이 구성된 미생물 접촉여재(100, 200, 300)를 이용한 폐수처리장치에서 혐기적 소화반응을 거치는 동안 폐수의 질소형 유기물은 미생물의 작용으로 분해되어 탄산이나 암모니아성 질소가 되고, 탈질과정을 통해 혐기적 소화반응에 의해 발생된 암모니아성 질소를 질산 또는 아질산화하여 질소를 제거하게 되며, 이 후 호기 조건하에서 미생물의 작용으로 폐수에 함유된 질소가 제거되어 미생물에 의한 정화처리 기능은 순조롭게 진행된다.
[실시예 1]
본 발명에 따른 미생물 접촉여재를 기존의 유사한 여재와 비교하여 BOD와 SS 제거율을 조사하였다. 동일한 부피와 길이를 가지는 기존의 여재와 비교 검토한 결과는 표 1 과 같다.
실시예 1에 따른 실험기준은 체류시간 8시간, 유입 BOD = 107.5 mg/ℓ, 유입 SS = 98.7 mg/ℓ, 유입질소 = 20.7 mg/ℓ, 여재 충진량 호기 반응조 용량의 50%(packing volume 기준)
여재구분 BOD(mg/ℓ) SS(mg/ℓ) T-N(mg/ℓ)
유입수 제거율(%) 유입수 제거율(%) 유입수 제거율(%)
기존여재 107.5 88.5 98.7 87.8 20.7 72.5
본 발명의 미생물접촉여재 107.5 91.5 98.7 91.2 20.7 79.8
표 1 에서와 같이 본 발명에 따른 미생물 접촉여재가 기존의 여재에 비해 BOD, SS 및 T-N 제거율면에서 상대적으로 우수함을 알 수 있다.
[실시예 2]
본 발명에 따른 미생물 접촉여재와 기존의 유사한 여재를 오수처리를 통해 비교하여 BOD와 SS 제거율을 조사하였다. 오수는 유입수의 부하변동이 심하고 원수의 종류가 다양하기 때문에 처리효율이 대개 저조하다. 표 2 에서와 기존 여재와 본 발명에 따른 미생물 접촉여재의 SS처리 효과는 비슷하나, BOD와 질소 및 인의 처리효율은 상대적으로 본 발명의 미생물 접촉여재가 우수함을 알 수 있다.
구분 BOD SS T-N T-P
유입수(mg/ℓ) 처리율(%) 유입수(mg/ℓ) 처리율(%) 유입수(mg/ℓ) 처리율(%) 유입수(mg/ℓ) 처리율(%)
기존여재 190 85.8 75.3 85.3 67.5 82.7 7.8 86.2
본 발명의 여재 190 91.5 75.3 86.1 67.5 89.5 7.8 93.3
[실시예 3]
본 발명에 따른 미생물 접촉여재와 기존의 유사한 여재를 폐수처리를 통해 비교하여 BOD와 SS 제거율을 조사하였다. 결과는 표 3 에서와 같다. BOD가 높은 폐수의 경우에 본 발명의 여재가 우수함을 알 수 있고, BOD와 N의 제거효과가 탁월하다.
구분 BOD SS T-N
유입수(mg/ℓ) 제거율(%) 유입수(mg/ℓ) 제거율(%) 유입수(mg/ℓ) 제거율(%)
기존여재 1250 81.5 125 75.3 95 71.5
본 발명의 여재 1250 86.3 125 79.2 95 78.2
이상에서와 같이 본 발명에 따른 미생물 접촉여재가 기존의 여재에 비해 BOD, SS, T-N 및 T-P의 제거율면에서 우수함을 알 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 폐비닐을 용융시켜 소정의 형상으로 성형한 상태에서 금속성분이 활성탄소섬유 중량의 0.05~10 중량% 침착되도록 수처리용 무기응집제에 담지시킨 활성탄소섬유 시트를 성형물의 일면 또는 양면에 부착하여 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경 및 외부로 유출되기 쉬운 미생물을 일정하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 효과는 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경을 제공함으로써 미생물의 활동과 유기물의 분해가 더욱 향상되도록 하여 주어진 시간에 많은 양의 폐수를 처리할 수 있는 효과가 발휘된다.
본 발명의 또 다른 효과는 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경을 제공하여 미생물의 활동과 유기물의 분해가 더욱 향상되도록 함으로써 짧은 시간에 많은 양의 폐수를 처리하여 폐수처리시설의 운영 및 유지 관리에 따른 비용을 보다 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 미생물이 다량으로 번식할 수 있는 환경을 제공하여 미생물의 활동과 유기물의 분해가 더욱 향상되도록 함으로써 폐수처리시설을 소형화하여 시설면적을 작게 할 수 있다.
아울러, 본 발명은 폐비닐과 같은 폐기물을 재활용하여 사용함으로써 산업의 균형적인 발전을 기대할 수 있음은 물론, 환경 오염의 방지 및 자원의 낭비를 방지할 수 있는 효과가 발휘된다.

Claims (7)

  1. (정정) 폐비닐을 선별하여 용융시킨 후, 소정의 형상으로 압출 성형한 상태에서 활성탄소섬유를 소정 두께의 시트상으로 제조한 활성탄소섬유 시트를 성형물의 일면 또는 양면에 부착하여 제조한 미생물 접촉여재에 있어서,
    상기 활성탄소섬유 시트는 폴리황산규산알루미늄, 폴리염화규산알루미늄, 염화제일철, 염화제이철, 황산제이철, 폴리황산철, 폴리염화철, 염화알루미늄, 폴리염화알루미늄, 질산알류미늄, 질산철, 소디움알루미네이트(NaAlO2), 소디움실리케이트(NaSiO2)를 단독 또는 둘 이상 혼합한 수처리용 무기응집제에 담지시켜 제조한 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재.
  2. (삭제)
  3. (정정) 제 1 항에 있어서, 상기 성형물의 형상은 파형 또는 요철의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 선별된 폐비닐에는 점토와 제올라이트가 상기 폐비닐 중량의 0.5∼10 중량% 더 첨가되어 혼합된 후 용융되는 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 성형물의 일면에만 상기 활성탄소섬유 시트를 부착시키는 경우 타면에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터 및 나일론 중의 어느 하나에 의해 직조된 소정 두께를 갖는 메쉬를 더 부착시킨 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재.
  6. 하·폐수 처리시 각종 미생물을 부착시켜 수질 오염원인 유기물, 부유현탁물질을 흡착, 탈색 및 유기물을 분해시킬 수 있도록 하는 미생물 접촉여재의 제조방법에 있어서,
    폐비닐을 수거하여 선별하는 과정;
    상기 선별과정에 의해 선별된 폐비닐에 점토와 제올라이트를 소정량 첨가하여 혼합하는 과정;
    상기 혼합과정에 의해 혼합된 폐비닐, 점토 및 제올라이트 혼합물을 소정의 온도로 가열하여 용융시키는 과정;
    상기 용융과정에 의해 용융된 용융물을 성형틀에 압출하여 파형의 형태로 성형하는 과정; 및
    상기 압출·성형과정에 의해 성형된 성형물의 일면 또는 양면에 활성탄소섬유를 소정 두께의 시트상으로 하여 금속성분이 활성탄소섬유 중량의 0.05~10 중량% 침착되도록 수처리용 무기응집제에 담지시켜 제조한 활성탄소섬유 시트를 부착하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 선별과정에 의해 선별된 폐비닐에 점토와 제올라이트를 상기 폐비닐 중량의 0.5∼10 중량% 첨가하여 혼합하는 과정이 더 구비된 것을 특징으로 하는 미생물 접촉여재 제조방법.
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