KR100583328B1 - 탈취용 미생물 담체 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

생물친화성 소재와 각종 첨가제들을 적정조성으로 혼합하고 성형하여 일정한 형상으로 제조한 후 고온에서 소결함으로써 높은 강도와 내구성을 갖는 동시에 큰 비표면적의 대기정화용 미생물 담체 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 담체는 40 ~ 50중량%의 알루미나분말과, 35 ~ 40중량%의 규회석분말과, 각각 5 ~ 10중량%의 활석 및 벤토나이트분말에 물을 첨가하여 교반기에서 반습식으로 혼합하여 슬러리 형태로 형성한 후, 혼합원료를 X축, Y축, Z축의 방향으로 연장되면서 중공된 3차원기둥형상을 갖도록 성형용 몰드로 압출성형한 후, 성형체를 130 ~ 150℃의 열풍으로 건조하여 초벌경화시킨 후, 초벌경화된 성형체를 로에 장입하여 소결온도인 1350℃에서 2시간이상 가열한 후, 가열된 성형체를 상온에 도달할 때까지 로내에서 서냉시켜 제조한다. 여기에서 슬러리 형태로 형성할 때 카본이 첨가될 수 있으며, 첨가된 카본에 의해 로내의 고온에서 연소반응이 일어나 탄화가스로 변화하면서 그 자리에 기공이 형성된다.

Description

탈취용 미생물 담체 및 이의 제조방법{Carrier and manufacturing method for thereof}

도 1은 본 발명에 따른 담체의 형상을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 담체 110 : 3차원기둥

112 : 관통홀

본 발명은 산업현장 등지에서 발생하는 각종 악취가스나 유해가스를 효과적으로 제거할 수 있는 생물탈취용 미생물 담체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생물친화성 소재와 각종 첨가제들을 적정조성으로 혼합하고 성형하여 일정한 형상으로 제조한 후 고온에서 소결함으로써 높은 강도와 내구성을 갖는 동시에 큰 비표면적의 대기정화용 미생물 담체에 관한 것이다.

일반적으로 탈취기술은 크게 물리, 화학적인 탈취와 생물학적 탈취로 구분되며, 이제까지는 국내에서 주로 활성탄 흡착이나 약액세정 등 주로 물리, 화학적 탈취기술이 사용되었으나 약품, 재료비 등 운영비의 문제들이 대두되었다. 생물학적 방법은 토양미생물을 이용하는 토양탈취법, 폭기조 내의 활성슬러지를 이용하여 악취물질을 제거하는 폭기조 탈취법 등이 있었으나 압력손실이 높아 동력비가 많이 소요되고 많은 부지면적을 필요로 하는 단점이 있다. 따라서 최근 적은 공간에서 적은 비용으로 운영할 수 있으며 탈취효율도 높은 미생물담체를 이용하는 충전형 미생물 탈취법이 많이 연구 개발되고 있다.

담체충전형 미생물 탈취방법은 미생물을 고정화시킨 적당한 담체로 채워진 충전탑을 통하여 악취가스를 유입시키면서 제거하는 방법으로서, 충전탑속의 미생물은 악취가스의 분해로 발생되는 에너지와 소량의 영양분에 의해 생장이 유지된다. 충전물로 사용되는 미생물 고정화담체는 일정한 공간내에서 미생물들이 연속적으로 가스의 산화반응을 수행할 수 있도록 하는 큰 비표면적, 높은 흡수율과 기공률을 가진 생물친화성 담체인 것이 바람직하다.

일반적으로 미생물을 이용한 생물학적인 방법으로 오, 폐수를 처리하고 있으나 최근에는 악취제거공정까지 그 활용성이 증대되고 있다. 이러한 대기분야에서의 처리기술들은 모두 미생물을 고농도로 일정매체에 고정화하여 안정적으로 배양하고 성장할 수 있도록 유지하는데 주안점이 있다. 따라서 미생물을 고정화하기 위한 매체, 즉 담체의 역할은 매우 중요하다고 할 수 있다.

미생물을 담지할 수 있는 다공성 담체로는 천연재료와 고분자재료 그리고 세라믹등의 무기재료 등 다양하게 이용되고 있다. 천연재료들은 미생물의 서식환경을 증진시키고 초기흡착 및 영양물질을 제공하여 탈취효과를 향상시키는 특징을 가진 반면 시간의 경과에 따라 탄화 및 압밀에 의한 압력손실이 증가하여 흡착효능이 감 소되는 단점이 있다. 고분자재료의 경우 미세구조의 제어가 용이하고 미생물의 고정화특성이 우수한 반면 겔상으로 인한 압력손실이 크며 장기간 사용시 담체 자체의 팽윤이나 자화에 의해 특성이 변질되고, 경제적 측면에서도 무기물에 비해 불리하다. 이에 반해 무기재료는 미생물과의 우수한 친화성 및 우수한 내화학성과 성형성, 강도, 미생물 친화성 등이 이미 밝혀진 바 있다.

종래의 담체는 탈취기 내부에 담체층을 구비하여 상부에서 수분공급장치의 노즐을 통하여 충분한 수분을 공급받아 미생물을 증식하게 하여 여기에 악취가스를 외부로부터 통과시켜 악취가스를 제거하게 된다. 즉 악취가스를 인간에게 무해한 물과 이산화탄소로 분해하는 원리이다.

담체는 수분을 잘 흡수하고 미생물의 생존공간을 제공하여 미생물이 증식 할 수 있어야 하며 기공률, 비표면적, 기공의 크기에 따라 처리효율이 현저히 달라지므로 미생물의 부착기능이 우수한 다공성 세라믹 재질로 이루어지도록 하였다. 또한 바이오 탈취기에 사용되는 미생물은 악취농도에 따라 그 수가 증감하는 특징을 갖고 있어 고농도의 악취가스가 발생될 경우 과다증식으로 인하여 담체 주위에 미생물이 부착하는 클로깅(Clogging)현상이 발생되어 기공이 폐쇄되며 이때 담체의 기능이 저하되는데, 이 경우 과다 증식된 미생물을 동력으로 털어내거나 산기장치를 이용하여 폭기시킴으로써 탈리시키는데 문제점이 있었다.

또한 종래의 담체는 표면거칠기가 낮아 미생물 막의 초기 형성이 용이치 않았고 물의 흐름에 의한 전단력에 의해서 미생물의 이탈이 발생하여 초기에는 잘 처리되다가도 일정한 시간이 지나면 그 기능이 떨어지는 문제점이 발생된다.

또한 종래의 담체는 임의의 형상으로 제작되어 모양이 각각이어서 공극률이 일정하지 않고 담체량에 따른 탈취기능을 가늠하기가 용이치 않았고 이로 인하여 성능에 따른 차등설계가 쉽지 않았다. 또한 사용된 담체의 재질은 PVC, Polypropylene, Cellulose와 폐타이어 등의 유기담체와 천연광물, Zeolite, 석탄회, 폐주물사, 폐유리를 이용한 무기질 세라믹 담체 등이 사용되고 있다. 또는 최근에는 담체표면이 이산화티탄 등의 촉매물질로 코팅된 고기능성 담체가 개발되고 있다. 그러나 일부에서 그 기능과 담체의 물성관계를 검토 없이 제작된 비 규격화된 담체가 악취강도에 의해서 부스러지거나 녹아 없어지는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탈취기의 담체층에서 미생물의 서식처를 제공하여 고농도의 미생물 유지가 가능하도록 폐하(pH) 및 부하변동, 온도의 변화에 강하고 고도의 처리효율을 발휘할 수 있는 담체이며, 담체의 형상 및 기공의 구조 등으로 인하여 담체의 투입량에 따라 탈취성능을 최적화 할 수 있는 탈취용 미생물 담체 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

40 ~ 50중량%의 알루미나와, 35 ~ 40중량%의 규회석과, 5 ~ 10중량%의 활석과, 5 ~ 10중량%의 벤토나이트로 이루어진 조성물인 것을 특징으로 하는 탈취용 미생물 담체를 제공한다.

여기에서, 담체는 X축, Y축, Z축의 방향으로 연장되면서 중공된 3차원기둥형상을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은,

알루미나와, 규회석과, 활석과 벤토나이트를 100mesh이하로 분쇄하여 분말로 준비하는 단계;

알루미나분말 40 ~ 50중량%와, 규회석분말 35 ~ 40중량%와, 활석분말 5 ~ 10중량%와, 벤토나이트분말 5 ~ 10중량%에 물을 첨가하여 교반기에서 반습식으로 혼합하여 슬러리 형태로 형성하는 단계;

혼합원료를 X축, Y축, Z축의 방향으로 연장되면서 중공된 3차원기둥형상을 갖도록 성형용 몰드로 압출성형하는 단계;

성형체를 130 ~ 150℃의 열풍으로 건조하여 초벌경화시키는 단계;

초벌경화된 성형체를 로에 장입하여 소결온도인 1350℃에서 2시간이상 가열하는 단계; 그리고

가열된 성형체를 상온에 도달할 때까지 로내에서 서냉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈취용 미생물 담체의 제조방법을 제공한다.

이때, 슬러리 형태로 형성하는 단계에서는 카본이 첨가될 수 있으며, 첨가된 카본에 의해 로내의 고온에서 연소반응이 일어나 탄화가스로 변화하면서 그 자리에 기공이 형성된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탈취용 미생물 담체 및 이의 제조방법에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 담체의 형상을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 탈취용 미생물 담체(100)는 도 1에서 보는 바와 같이 X축, Y축, Z축의 방향으로 연장되는 3차원기둥(110)이 일체로 형성되고, 그 3차원기둥(110)의 내부에는 길이방향으로 관통되는 관통홀(112)이 형성된다. 이와 같은 탈취용 미생물 담체(100)는 40 ~ 50중량%의 알루미나와, 35 ~ 40중량%의 규회석과, 5 ~ 10중량%의 활석과, 5 ~ 10중량%의 벤토나이트로 이루어진 조성물이다.

상기와 같은 탈취용 미생물 담체의 제조방법은 먼저, 상기한 원료인 알루미나와, 규회석과 활석과 벤토나이트를 150㎛(100mesh)이하의 크기로 분쇄한 분말로 준비한다.

이와 같이 준비된 원료분말은 알루미나 40 ~ 50중량%와, 규회석 35 ~ 40중량%와, 활석 및 벤토나이트가 각각 5 ~ 10중량%에 물을 첨가한 후 교반기에서 반습식으로 혼합하여 슬러리 형태로 형성한다. 여기에서 물의 첨가량은 전체 혼합원료의 30 ~ 40%이다. 그리고 첨가되는 알루미나는 내화도 및 강도를 개선시키는데 있고, 벤토나이트는 물과 혼합하면 높은 점성을 가지는 반죽을 형성할 수 있으며, 성형건조시 건조강도가 높아 담체의 강도를 높이는 강화제의 역할도 한다. 이때 기공형성을 위해 카본 등을 첨가할 수 있다. 첨가되는 카본의 양은 전체 혼합원료의 중량대비 5 ~ 10%가 첨가된다.

다음은 혼합된 슬러리 형태의 재료를 일정한 형태의 성형용 몰드로 압출성형한다. 여기에서 압출성형되는 형태는 X축, Y축, Z축의 방향으로 연장되는 3차원구조를 가지며, 원기둥형태로 연장되는 것이 바람직하다. 그리고 3차원원기둥의 내부 에는 그 길이방향으로 관통되도록 중공된 형태를 갖는다.

이와 같은 성형체는 130 ~ 150℃에서 3시간 이상 건조하여 수분을 제거한다. 이때, 열풍으로 담체 내부의 수분을 제거하여 초벌경화 시킨다.

건조된 성형체를 로에 장입하고 소결온도인 1350℃에서 2시간 이상 가열한 후 상온에 도달할때까지 로내에서 10시간이상 서냉한다. 이는 고온에서 소성된 담체는 경도가 높고 열충격에 민감하므로 균열이 발생되기 쉽기 때문이다. 이 과정에서 탄소성분을 첨가하였다면 1000℃이상의 고온에서 연소반응이 일어나 탄화가스로 변화하면서 그 자리에 기공이 형성된다. 이와 더불어 일정하게 분포되어 있는 탄소성분은 소성경화작용을 촉진하는 촉진제로도 작용한다.

전술한 바와 같이 형성된 탈취용 미생물 담체는 연속기공비율이 높아 운전이 용이하고 기공구조가 연속성이므로 기공 내부의 미생물과 외부기질의 물질전달이 용이한 잇점이 있다.

또한 본 담체는 기존 발포성 담체보다 기공률, 크기, 기공의 형태와 비표면적이 변화되지 않는 장점이 있다.

또한, 본 담체는 담체층에 무작위로 투입하여도 담체의 형상 및 기공구조 등의 기본물성을 갖도록 되어 있어 유체의 원활한 흐름을 유지할 수 있도록 제작되었으며, 비표면적의 증가로 생물막이 형성되기에 적합한 구조이며, 이로 인한 슬러지 발생량을 현저히 줄일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 40 ~ 50중량%의 알루미나와, 35 ~ 40중량%의 규회석과, 5 ~ 10중량%의 활석과, 5 ~ 10중량%의 벤토나이트로 이루어진 통상의 조성물인 탈취용 미생물 담체에 있어서,

   상기 담체는 X축, Y축, Z축의 방향으로 연장되는 3차원기둥형상을 가지면서 상기 3차원기둥의 내부에는 중공된 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 탈취용 미생물 담체.
2. 삭제
3. 삭제
4. 알루미나와, 규회석과, 활석과 벤토나이트를 100mesh이하로 분쇄하여 분말로 준비하는 단계;

   상기 알루미나분말 40 ~ 50중량%와, 상기 규회석분말 35 ~ 40중량%와, 상기 활석분말 5 ~ 10중량%와, 상기 벤토나이트분말 5 ~ 10중량%에 물을 첨가하여 교반기에서 반습식으로 혼합하여 슬러리 형태로 형성하는 단계;

   상기 혼합원료를 X축, Y축, Z축의 방향으로 연장되면서 중공된 3차원기둥형상을 갖도록 성형용 몰드로 압출성형하는 단계;

   상기 성형체를 130 ~ 150℃의 열풍으로 건조하여 초벌경화시키는 단계;

   상기 초벌경화된 성형체를 로에 장입하여 소결온도인 1350℃에서 2시간이상 가열하는 단계; 그리고

   상기 가열된 성형체를 상온에 도달할 때까지 로내에서 서냉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈취용 미생물 담체의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 슬러리 형태로 형성하는 단계에서 전체 혼합원료 대비 5 ~ 10%의 카본이 첨가되며, 첨가된 카본에 의해 상기 로내의 고온에서 연소반응이 일어나 탄화가스로 변화하면서 그 자리에 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 탈취용 미생물 담체의 제조방법.

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