KR100515694B1 - 폐수처리용 담체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접착제를 포함하지 않으면서도 기계적 강도가 우수한 폐수처리용 담체를 제공하기 위하여, (a) 용융된 열가소성수지를 서로 인접하여 배치된 복수의 노즐을 통하여 압출함으로써, 상기 노즐의 하방으로 용융 열가소성수지의 필라멘트를 연속적으로 방사하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 연속적으로 방사된 열가소성수지의 미응고된 복수의 필라멘트를, 먼저 에어갭을 주행시킨 후, 응고조 내의 응고매체 속으로 연속적으로 도입시키는 단계를 포함하며, 상기 응고매체 속에서의 필라멘트의 진행속도를 상기 에어갭에서의 필라멘트의 진행속도 보다 작게 함으로써, 상기 응고매체 수면의 직상부에서, 필라멘트의 버클링 현상이 발생하고, 그에 따라 동일 필라멘트의 선행부와 후행부의 간헐적 접합 및 인접 필라멘트 간의 간헐적 접합이 발생하도록 하여, 복수의 필라멘트가 불규칙한 망상구조체를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 미생물 담체 제조 방법을 제공한다.

Description

폐수처리용 담체 및 그 제조방법{Media for wastewater treatment, and manufacturing method thereof}

본 발명은 폐수를 처리하는데 이용되는 담체와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기물을 함유하는 폐수의 처리시 폐수 중의 유기물 등의 분해를 담당하는 미생물의 서식처로서 이용될 수 있는 담체와 그 제조방법에 관한 것이다.

유기폐수의 처리방법으로서 활성슬러지법이 매우 보편적으로 또한 기본적으로 이용되어 왔는데, 활성슬러지법은 1차 처리된 폐수의 2차 처리를 위해서 또는 1차 처리를 거치지 않은 폐수를 호기적으로 완전처리하기 위하여 채택되는 폐수처리방법이다. 일반적인 활성슬러지법에 따르면, 폐수가 폭기조(aeration tank)로 계속 주입됨에 따라 미생물이 폐수 중의 유기물을 섭취분해하여 성장하게 되고, 이렇게 성장된 미생물은 응결되어 종말침전지에서 침전되는데, 침전체의 일부는 활성슬러지의 형태로 다시 폭기조로 반송되고 일부는 폐슬러지로 폐기됨으로써 폭기조내의 미생물의 량이 적절한 수준으로 유지되면서 폐수 중의 유기물의 분해와 함께 질소, 인 등의 제거가 이루어지게 된다.

이러한 활성슬러지법은 유기폐수의 처리방법으로서 그 효과가 오랫동안 인정되어 왔다. 그러나, 고농도의 유기물과 질소를 함유한 폐수로부터 유기물과 질소를 동시에 효과적으로 제거하기에는 부적합하고 잉여슬러지의 양도 증가되는 등 많은 문제점을 안고 있으며, 특히 유기물 부하가 높은 폐수가 유입되면 침전조에서 벌킹(bulking)이 발생하여 폐수처리효율이 저하되게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 다량의 미생물을 담체에 부착시켜 고정화시킨 상태로 이용하는 생물막공법이 개발되었다. 이 방법에서는, 특히 폭기조내에서 폐수처리에 이용되는 미생물을 적절한 수준으로 계속 유지시켜야 될 필요가 있으며, 이를 위해서는 미생물의 부유성장 또는 부착성장을 위해 미생물 부착용 담체가 필수적이라고 할 수 있다. 이러한 담체로는 여러 가지가 있으며, 그 재질로는 주로 플라스틱류가 사용되고 있다.

이러한 폐수처리용 담체를 제조하는 종래의 방법은 다음과 같다. 즉, 플라스틱 재료를 사용하여 직경이 0.1 ~ 0.5 mm인 섬유를 제조한 후, 상기 섬유를 3 ~ 10 cm의 길이로 절단한다. 절단된 섬유를 컨베이어위에 균일하게 분사한 후 접착제를 도포하여 압착, 건조시킨다. 건조된 제품의 가장자리는 일정한 형태를 이루지 못하므로, 제품의 가장자리을 절단하여 직선과 같은 일정한 형태를 가지도록 마무리한다.

그러나 이러한 종래의 담체 제조 방법은, 섬유의 생산 및 절단, 접착제의 도포, 성형체의 압착 및 건조, 성형체의 가장자리 절단 등의 복잡한 공정을 포함하며, 그에 따른 방대한 제조설비가 사용되어야 하고, 결과적으로 담체의 제조비용이 매우 높다는 문제점이 있다.

더우기, 종래의 담체 제조 방법으로 제조된 담체는 그 사용수명이 짧다는 문제점이 있다. 왜냐하면, 담체의 형상과 물리적 강도는 전적으로 접착제의 결합력에 의존하는데, 담체를 2 ~ 3 년 정도 사용하면 폐수의 강한 부식성으로 인하여 접착제의 결합력이 매우 약해지고, 절단된 섬유로 이루어진 담체는 쉽게 찢어지기 때문이다.

따라서, 본 발명의 목적은 간단한 공정과 간단한 제조설비 만으로 폐수처리용 담체를 제조할 수 있는 개선된 담체 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 접착제를 사용하지 않고도 폐수처리용 담체를 제조할 수 있는 담체 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 접착제를 포함하지 않으면서도 기계적 강도가 우수한 폐수처리용 담체를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, (a) 용융된 열가소성수지를 서로 인접하여 배치된 복수의 노즐을 통하여 압출함으로써, 상기 노즐의 하방으로 용융 열가소성수지의 필라멘트를 연속적으로 방사하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 연속적으로 방사된 열가소성수지의 미응고된 복수의 필라멘트를, 먼저 에어갭을 주행시킨 후, 응고조 내의 응고매체 속으로 연속적으로 도입시키는 단계를 포함하며, 상기 응고매체 속에서의 필라멘트의 진행속도를 상기 에어갭에서의 필라멘트의 진행속도 보다 작게 함으로써, 상기 응고매체 수면의 직상부에서, 필라멘트의 버클링(buckling) 현상이 발생하고, 그에 따라 동일 필라멘트의 선행부와 후행부의 간헐적 접합 및 인접 필라멘트 간의 간헐적 접합이 발생하도록 하여, 복수의 필라멘트가 불규칙한 망상구조체를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 미생물 담체 제조 방법을 제공한다.

상기 열가소성수지로서는 폴리프로필렌계 수지가 사용될 수 있다.

상기 응고매체 속에서의 상기 불규칙한 망상구조체의 이동속도는 상기 에어갭에서의 필라멘트의 진행속도의 0.2 ~ 0.5 배인 것이 바람직하다.

상기 응고매체로서 물이 사용될 수 있다.

또한 본 발명에서는, 복수의 연속된 열가소성수지 필라멘트를 포함하며, 상기 필라멘트는 길이방향에 걸쳐서 불규칙하게 버클링되어 있으며, 동일 필라멘트의 길이 방향의 서로 다른 지점간의 간헐적 융착부 및 서로 다른 필라멘트 사이의 간헐적 융착부를 갖는 불규칙한 망상구조체를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 미생물 담체를 제공한다.

상기 담체에 사용되는 열가소성수지로서는 폴리프로필렌계 수지가 사용될 수 있다.

본 발명의 폐수처리용 담체 제조 방법에 대한 개념도를 도 1에 나타내었다. 이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 방법에 대한 기술적 구성을 더욱 상세히 설명한다.

용융된 열가소성수지는 용융원료투입부(2)를 통하여 압출장치(1)로 공급된다.

열가소성수지로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리에스테르계, 나일론계, 염화폴리비닐리덴계, 염화폴리비닐계 또는 폴리비닐포르말계 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 일구현예로서 폴리프로필렌계 수지를 사용하는 경우, 폴리프로필렌계 수지를 용융시키기 위한 가열온도는 통상적으로 200 ~ 250 ℃ 범위이다. 폴리프로필렌계 수지라 함은, 예를 들면, 일반적인 폴리프로필렌 호모폴리머 뿐만아니라, 고결정성 폴리프로필렌 호모폴리머, 고결정성 폴리프로필렌 블록코폴리머, 폴리프로필렌 터폴리머(terpolymer), 폴리프로필렌 랜덤코폴리머 또는 이들의 혼합물 등을 말하는데, 프로필렌 반복단위를 포함한다면 반드시 이에 한정되지는 않는다.

열가소성수지를 용융시키기 위한 방법 및 장치로서는 플라스틱 가공분야에서 사용되는 방법 및 장치가 모두 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에서는, 압출장치(1) 내에 열가소성수지 용융장치가 구비될 수도 있다. 압출장치(1) 내부에는 스크류와 같은 가압이송수단이 구비되어 있으며, 상기 수단에 의하여 용융된 열가소성수지는 압출부(3)로 가압이송된다.

압출부에는 노즐몸체(4)가 부착되어 있고 노즐몸체(4)에는 복수의 노즐(5)이 구비되어 있다. 압출부(3)를 통과한 용융 열가소성수지는 노즐(5)을 통하여 필라멘트 형태로 연속적으로 방사된다. 노즐(5)의 직경, 갯수 및 배열방식은 최종적으로 얻고자 하는 폐수처리용 미생물 담체의 사양에 따라 결정될 수 있으며, 이는 당업자에게 용이한 일이다. 따라서 노즐의 형상, 직경, 갯수 및 배열방식에 어떠한 변형을 가하더라도 본 발명의 기술적 사상의 범위내에 속하게 된다. 예를 들면, 시트(sheet) 형태의 담체를 얻기 위해서는, 노즐몸체(4)에 구비된 노즐(5) 군집의 전체적인 윤곽이 장방형을 이루는 것이 바람직할 것이다. 또한 노즐 배열방식의 예를 들면, 인접한 노즐이 삼각형, 사각형 또는 육각형을 이루도록 하거나 심지어는 랜덤한 배열방식을 가지도록 할 수도 있으며, 기타 다양한 변형이 가능하다. 또한, 노즐(5) 자체의 형상 및 크기 역시 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다. 바람직한 노즐의 직경은 0.1 ~ 0.8 mm 이다.

노즐몸체(4)의 하부에는 에어갭(6)을 사이에 두고 응고매체(8)를 담고 있는 응고조(9)가 위치한다. 에어갭(6)은 노즐몸체(4)의 하단 및 응고매체의 수면 사이에 형성된 공간을 의미한다. 용융방사된 열가소성수지 필라멘트(10)는 미응고된 상태로 에어갭을 연속적으로 통과한다. 에어갭(10)을 통과한 필라멘트(10)는 외부응고조(9)에 담겨 있는 응고매체(11) 속으로 진입함으로써 비로소 응고된다.

이때, 에어갭(6)을 통과하는 필라멘트(10)의 이동속도, 즉 방사속도는 응고매체 내에서의 응고된 필라멘트(8)의 이동속도 보다 크도록 조절된다. 이러한 이동속도의 차이, 부력 등에 의하여 응고매체의 수면(7)의 직상부에서 미응고된 필라멘트(10)가 버클링되는 현상이 발생하게 된다. 그리하여 동일 필라멘트의 선행부와 후행부의 간헐적 접촉 및 인접 필라멘트 간의 간헐적 접촉이 발생한다. 이때의 접촉은 필라멘트가 미응고된 상태에서 이루어지기 때문에 접촉된 부위는 융착된다(도 2 참조). 이러한 융착부를 갖는 복수의 필라멘트는 응고매체(11) 속으로 진입하여 응고 되고, 상기 융착부는 견고한 접합력을 발휘하게 된다(도 3 참조). 결국, 응고매체(11) 속에서 복수의 필라멘트는 상기 융착부를 접점으로 하는 불규칙한 망상구조체를 형성하게 된다. 상기 불규칙한 망상구조체는 권취수단 등에 의하여 외부응고조(9) 밖으로 인출된다. 도 1에는 인출수단이 나타나 있지 않지만, 통상적으로 사용되는 모든 인출수단이 이용될 수 있다.

이러한 과정이 효과적으로 구현되기 위해서는, 에어갭의 거리, 미응고 필라멘트(6)의 이동속도 및 응고된 필라멘트(8)의 이동속도를 적절히 조절하여야 한다.

미응고 필라멘트(6)의 이동속도는 방사속도에 의하여 조절되고, 응고된 필라멘트(8)의 이동속도는 응고매체 속의 불규칙한 망상구조체를 인출하는 속도에 의하여 조절될 수 있다.

미응고 필라멘트(6)의 이동속도에 비하여 에어갭(6)의 거리가 너무 길면, 응고매체의 수면(7)의 직상부에 도달하기 전에 필라멘트의 냉각이 과도하게 되어 견고한 융착이 이루어질 수 없다.

한편, 미응고 필라멘트(6)의 이동속도와 응고된 필라멘트(8)의 이동속도의 차이가 너무 크면 응고매체의 수면(7)에서의 미응고 필라멘트의 축적이 발생하고, 반면에 그 차이가 너무 작으면 융착부의 수가 과도하게 감소하므로 망상구조체의 강도가 약해진다. 바람직하게는, 상기 응고매체 속에서의 상기 불규칙한 망상구조체의 이동속도는 상기 방사속도의 0.2 ~ 0.5 배 정도로 한다.

본 발명의 일구현예로서, 폴리프로필렌계 수지를 사용하는 경우, 노즐 통과전의 용융 폴리프로필렌계 수지의 온도는 200 내지 250 ℃이고, 이때 상기 에어갭의 거리는 3 내지 7 cm인 것이 바람직하다. 또한, 상기 노즐에서의 방사속도는 80 ~ 110 cm/min이고, 상기 응고매체 속에서의 상기 불규칙한 망상구조체의 이동속도는 상기 방사속도의 0.2 ~ 0.5 배인 것이 바람직하다.

다른 열가소성수지를 사용하는 경우에는 상기 폴리프로필렌계 수지를 사용하는 구현예에서의 조건과 다른 조건을 사용하는 것이 바람직할 것이나, 최적의 수치를 찾는 것은 당업자에게는 용이한 일이다. 따라서 상기의 수치와 다른 수치를 사용하는 것 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위내에 있다 할 것이다.

한편, 상기 응고매체로서는 물 또는 염화나트륨 수용액 등이 사용될 수 있으며, 상기 물의 온도는 10 ~ 50 ℃인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는, 복수의 연속된 열가소성수지 필라멘트를 포함하며, 상기 필라멘트는 길이방향에 걸쳐서 불규칙하게 버클링되어 있으며, 동일 필라멘트의 길이 방향의 서로 다른 지점간의 간헐적 융착부 및 서로 다른 필라멘트 사이의 간헐적 융착부를 갖는 불규칙한 망상구조체를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 미생물 담체를 제공한다. 상기 담체에 사용되는 열가소성수지로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리에스테르계, 나일론계, 염화폴리비닐리덴계, 염화폴리비닐계 또는 폴리비닐포르말계 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 특히, 폴리프로필렌계 수지라 함은, 예를 들면, 일반적인 폴리프로필렌 호모폴리머 뿐만아니라, 고결정성 폴리프로필렌 호모폴리머, 고결정성 폴리프로필렌 블록코폴리머, 폴리프로필렌 터폴리머(terpolymer), 폴리프로필렌 랜덤코폴리머 또는 이들의 혼합물 등을 말하는데, 프로필렌 반복단위를 포함한다면 반드시 이에 한정되지는 않는다.

앞에서 상세히 설명된 본 발명의 폐수처리용 미생물 담체 제조 방법을 사용한다면, 본 발명의 불규칙한 망상구조체 형태의 폐수처리용 미생물 담체는 효과적으로 제공될 수 있다.

실시예

폴리프로필렌계 수지로서, 대한유화공업(주)의 생산제품인 폴리프로필렌 블록코폴리머 SB9530과 F8208을 85:15의 중량비로 혼합한 것을 사용하였다.

상기 수지의 용융온도는 약 220℃로 하였으며, 에어갭의 거리는 약 5cm로 조절하였다. 바람의 영향을 방지하기 위하여 상기 에어갭의 주위에 바람막이를 설치하였다. 응고매체로서는 약 25 ℃의 물을 사용하였다.

사용한 노즐의 직경은 약 0.5mm, 노즐에서의 방사속도는 약 100 cm/min, 응고매체 속에서의 망상구조체의 이동속도는 약 30 cm/min 으로 하였다.

이러한 조건하에서 본 발명의 제조 방법을 실행시킴으로써, 접착제를 사용하지 않고도 폐수처리용 미생물 담체를 얻을 수 있었다. 이렇게 얻어진 담체의 시편(두께 약 25mm, 가로 약 14cm, 세로 약 14cm)에 대하여 스트립법에 의한 인장강도를 측정한 결과 약 41 [kg_f/전폭]의 결과를 얻었다. 이는 담체의 취급 및 사용에 지장이 없을 정도로 충분한 수치이다.

본 발명의 개선된 담체 제조 방법을 사용함으로써, 간단한 공정과 간단한 제조설비 만으로 폐수처리용 담체를 제조할 수 있게 되었다.

또한, 본 발명의 개선된 담체 제조 방법을 사용함으로써, 접착제를 사용하지 않고도 기계적 강도가 우수한 폐수처리용 담체를 제공할 수 있게 되었다.

더우기, 본 발명의 폐수처리용 담체의 기계적 강도는 폐수와 접촉하는 동안에도 접착제를 사용한 담체보다 훨씬 더 오랫동안 유지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 폐수처리용 담체 제조 방법에 대한 개념도이다.

도 2는 응고매체 수면의 직상부에서 발생하는 융착의 예를 나타낸다.

도 3은 응고매체 내에서의 융착부의 응고과정을 나타낸다.

Claims (6)

1. (a) 용융된 열가소성 수지를 서로 인접하여 배치된 복수의 노즐을 통하여 압출함으로써, 상기 노즐의 하방으로 용융 열가소성 수지의 필라멘트를 연속적으로 방사하는 단계; 및

   (b) 상기 (a) 단계에서 연속적으로 방사된 열가소성 수지의 미응고된 복수의 필라멘트를, 먼저 에어갭을 주행시킨 후, 응고조 내의 응고매체 속으로 연속적으로 도입시키는 단계를 포함하며,

   상기 응고매체 속에서의 필라멘트의 진행 속도를 상기 에어갭에서의 필라멘트의 진행속도의 0.2 내지 0.5배로 함으로써, 상기 응고매체 수면의 직상부에서, 필라멘트의 버클링 현상이 발생하고, 그에 따라 동일 필라멘트의 선행부와 후행부의 간헐적 접합 및 인접 필라멘트 간의 간헐적 접합이 발생하도록 하여, 복수의 필라멘트가 불규칙한 망상구조체를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 미생물 담체 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성수지는 폴리프로필렌계 수지인 것을 특징으로 하는 폐수처리용 미생물 담체 제조 방법.
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4. 제 1 항에 있어서, 상기 응고매체는 물인 것을 특징으로 하는 폐수처리용 미생물 담체 제조 방법.
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