KR100596366B1 - Hydrophilic immobilized media for immobilizing microbe for the wastewater treatment and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

폐수처리를 위한 친수성 미생물 고정화 담체로서, 상기 담체는, 폴리에틸렌글리콜 성분이 중합되어 형성된 폴리에틸렌글리콜계 중합체분자 백본(backbone) 사이에 가교결합이 형성되어 있는 3차원 망목구조의 폴리에틸렌글리콜계 중합체를 포함하며, 또한 폐수를 정화하는 미생물이 고정화되고 폐수가 확산되어 출입할 수 있는 복수의 기공들을 구비하며, 상기 기공들은 서로 연장되어 망상 구조의 네트웍 유로(reticulated network of flow channels)를 형성하는 것을 특징으로 하는 친수성 미생물 고정화 담체 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 친수성 미생물 고정화 담체는 폐수 처리용 미생물에 대한 독성이 없으며, 미생물이 효율적으로 다량 포괄 고정화될 수 있으며, 내부에 형성된 망상 구조의 네트웍 유로를 구비하고 있어서 물질확산이 잘 이루어진다. 따라서 생물학적 방법으로 폐수를 효율적으로 처리할 수 있다. A hydrophilic microorganism immobilization carrier for wastewater treatment, the carrier comprises a polyethylene glycol polymer of three-dimensional network structure in which crosslinking is formed between a polyethylene glycol polymer molecule backbone formed by polymerization of a polyethylene glycol component. In addition, the microorganisms to purify the waste water is immobilized and the waste water is provided with a plurality of pores that can enter and exit, the pores are extended to each other to form a reticulated network of flow channels (reticulated network of flow channels) A hydrophilic microorganism immobilization carrier and a method of manufacturing the same are disclosed. The hydrophilic microorganism immobilization carrier according to the present invention is not toxic to wastewater treatment microorganisms, and microorganisms can be efficiently encapsulated in large quantities, and has a network flow path having a network structure formed therein, so that material diffusion is well performed. Therefore, wastewater can be efficiently treated by biological methods.

Description

폐수처리를 위한 친수성 미생물 고정화 담체 및 그 제조방법{Hydrophilic immobilized media for immobilizing microbe for the wastewater treatment and manufacturing method thereof}Hydrophilic immobilized media for immobilized media for immobilizing microbe for the wastewater treatment and manufacturing method

도 1은 슬러리를 포함하지 않는 담체, 0.5% 질산화담체 및 0.5%의 활성슬러지 담체(0.5% Ad. AS 담체)에 있어서 각 담체 중심에서의 시간에 따른 물질확산 정도의 변화를 나타낸다. FIG. 1 shows the change in the degree of mass diffusion with respect to the center of each carrier in a carrier that does not contain a slurry, 0.5% nitrifier and 0.5% activated sludge carrier (0.5% Ad. AS carrier).

도 2는 폐수처리 전후의 0.5% Ad.AS 담체 중심에서의 시간에 따른 물질확산 속도의 변화를 나타낸다.Figure 2 shows the change of mass diffusion rate with time at the center of 0.5% Ad.AS carrier before and after wastewater treatment.

도 3은 실시예 1 내지 10의 PEG 담체의 표면 SEM 사진(2,000배율)을 나타내는데, 도 3a 내지 도 3j는 각각 실시예 1 내지 10의 PEG 담체의 표면 SEM 사진이다.3 shows surface SEM pictures (2,000 magnification) of the PEG carriers of Examples 1 to 10, and FIGS. 3A to 3J are surface SEM pictures of the PEG carriers of Examples 1 to 10, respectively.

도 4는 실시예 1의 소비톨 가교제를 이용하여 합성한 직후의 PEG-1 담체, 질산화균을 고정화시킨 직후의 PEG-1 담체에 대한 WET SEM 사진 및 질산화균을 고정화시킨 후 약 70일간 운전한 후의 PEG-1 담체에 대한 WET SEM 또는 SEM 사진을 나타낸다.FIG. 4 shows a PEG-1 carrier immediately after synthesis using the sorbitol crosslinking agent of Example 1, a WET SEM photograph of the PEG-1 carrier immediately after immobilization of nitrifying bacteria, and an operation for about 70 days after immobilization. The WET SEM or SEM photograph of the following PEG-1 carrier is shown.

도 5a는 시간에 따른 암모니아성 질소부하 변화 및 0.5% 및 1%의 질산화균이 고정화된 PEG-1 담체의 질산화 처리 효율 시험 결과를 나타낸다. Figure 5a shows the results of the nitrification treatment efficiency test of PEG-1 carrier immobilized ammonia nitrogen load over time and 0.5% and 1% nitrification bacteria.

도 5b는 시간 경과에 따른 유입수, 0.5% 질산화균 고정화 PEG-1 담체가 충진된 반응조, 및 1.0% 질산화균 고정화 PEG-1 담체가 충진된 반응조의 암모니아성 질소 농도변화를 기록한 것이다.Figure 5b records the change in ammonia nitrogen concentration of the influent, the reactor filled with 0.5% nitrifying immobilized PEG-1 carrier, and the reactor filled with 1.0% nitrifying immobilized PEG-1 carrier over time.

본 발명은 친수성 미생물 고정화 담체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 처리대상 유기물의 분해균주를 미리 포괄 고정화함으로써 하ㆍ폐수를 생물학적 방법으로 효과적으로 처리할 수 있는 친수성 미생물 고정화 담체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrophilic microorganism immobilization carrier and a method for producing the same, and more particularly, to a hydrophilic microorganism immobilization carrier capable of effectively treating sewage and wastewater by a biological method by comprehensively fixing and decomposing strains of organic substances to be treated, and a method of manufacturing the same. It is about.

하ㆍ폐수(이하, 간단히 "폐수"라고 함)에 포함되어 있는 오염물질중의 하나인 유기물은 생물처리의 관점에서 크게 생분해성 유기물(Readily Biodegradable Organics), 난분해성 유기물(Slowly or Hardly Biodegradable Organics) 및 미생물 불분해성 유기물(Non Biodegradable Organics)로 구분된다. 생분해성 유기물은 일반 미생물이 쉽게 분해할 수 있는 유기물이며, 난분해성 유기물은 미생물에 의해 분해는 가능하나 분해속도가 느려 분해되는데 장시간을 소요하는 유기물이며, 미생물 불분해성 유기물은 미생물에 의해 분해되지 않는 유기물을 의미한다.One of the contaminants contained in sewage and waste water (hereinafter referred to simply as "waste water") is organically biodegradable organics (Slowly or Hardly Biodegradable Organics). And Non Biodegradable Organics. Biodegradable organic material is an organic material that can be easily decomposed by ordinary microorganisms, and hardly decomposable organic material is an organic material that can be decomposed by microorganisms but takes a long time to decompose due to a slow decomposition rate. It means organic matter.

난분해성 유기물은 일반적으로 물리ㆍ화학적 방법에 의하여 처리되는데, 이를 특정 미생물을 이용하여 처리할 수 있다면 물리ㆍ화학적 처리에 소요되는 많은 비용을 절감할 수 있어서 바람직하다. 특히 염색폐수 및 제지공장폐수 등은 많은 난분해성 유기물을 포함하고 있기에 이러한 염색폐수 등을 물리화학적 방법이 아닌 생물학적 방법으로 처리하고자 하는 시도가 있어 왔다.Hardly decomposable organic matters are generally treated by physical and chemical methods, and if they can be treated with specific microorganisms, it is preferable because they can reduce a lot of costs for physical and chemical treatments. In particular, since dyeing wastewater and paper mill wastewater contain many hardly decomposable organic substances, there have been attempts to treat such dyeing wastewater by biological methods rather than physicochemical methods.

그러나, 생물학적 처리방법중 현재에도 많이 사용되고 있는 활성슬러지법으로 대표되는 미생물 부유현탁법은 미생물의 반응조로부터의 유출문제가 심각하여 유기물을 분해하는 미생물을 반응조 내의 고농도로 축적시키기 어려운 단점이 있다.However, the microbial suspension method represented by the activated sludge method, which is still widely used among biological treatment methods, has a drawback problem in that it is difficult to accumulate microorganisms that decompose organic matters at a high concentration in the reaction tank due to the serious problem of leakage from the reaction tank of the microorganisms.

따라서, 생물막 담체를 이용하는 생물학적 처리방법이 유기물을 효과적으로 분해할 수 있는 기술로서 주목받고 있다. 생물막 담체를 이용하는 생물학적 처리방법으로서는 생물막법, 포괄고정화법, 자기조립법 등이 있다. 특히, 포괄고정화법은 특정 미생물 또는 효소 등을 담체중에 고농도로 고정화시킬 수 있어서 처리효율이 높아 염색폐수 또는 제지폐수 등의 난분해성 유기물의 생물학적 처리도 가능하고 슬러지 발생량의 저하를 기대할 수 있어서 주목받고 있다. 포괄고정화법은 또한 수질, 수량, 온도, 농도 등의 외부 환경의 변동에 강한 장점이 있다.Therefore, a biological treatment method using a biofilm carrier has attracted attention as a technique capable of effectively decomposing organic matter. Examples of biological treatment methods using a biofilm carrier include a biofilm method, a comprehensive fixation method, and a self-assembly method. In particular, the comprehensive immobilization method can immobilize a specific microorganism or enzyme in a high concentration in a carrier, and thus the treatment efficiency is high, and biological treatment of hardly degradable organic substances such as dyeing wastewater or papermaking wastewater is also possible, and sludge generation can be expected to be attracting attention. have. The comprehensive fixation method also has a strong advantage against fluctuations in the external environment such as water quality, quantity, temperature and concentration.

그런데, 상기한 포괄고정화법에서도 유기물 분해에 이용되는 미생물에 독성이 없으며, 기계적 물성 및 내구성이 우수한 담체 개발이 필수적이다.However, even in the above-mentioned immobilization method, it is not toxic to microorganisms used for decomposition of organic matter, and it is essential to develop a carrier having excellent mechanical properties and durability.

따라서 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안하여 질산화 미생물, 탈질미생물 등의 각종 미생물을 효율적으로 포괄고정화할 수 있는 친수성 미생물 고정화 담체를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem of the present invention is to provide a hydrophilic microorganism immobilization carrier capable of efficiently encompassing and immobilizing various microorganisms such as nitrifying microorganisms and denitrification microorganisms.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 친수성 미생물 고정화 담체의 제조방법 을 제공하는 것이다.Another technical problem of the present invention is to provide a method for preparing the hydrophilic microorganism immobilization support.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는, One embodiment of the present invention to achieve the above technical problem,

폐수처리를 위한 친수성 미생물 고정화 담체로서, 상기 담체는,Hydrophilic microbial immobilization carrier for wastewater treatment, the carrier,

폴리(에틸렌글리콜) 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디비닐 에테르, 폴리(에틸렌글리콜) 에틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 메타아크릴레이트, 및 폴리(에틸렌글리콜) 페닐 에테르 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 폴리에틸렌글리콜 성분이 중합되어 형성된 중합체 분자 백본(backbone) 사이에 가교결합이 형성되어 있는 3차원 망목구조의 폴리에틸렌글리콜계 중합체를 포함하며,Poly (ethylene glycol) acrylate, poly (ethylene glycol) diacrylate, poly (ethylene glycol) methacrylate, poly (ethylene glycol) dimethacrylate, poly (ethylene glycol) divinyl ether, poly (ethylene glycol) At least one polyethylene glycol component selected from the group consisting of ethyl ether methacrylate, poly (ethylene glycol) methyl ether acrylate, poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, and poly (ethylene glycol) phenyl ether acrylate It comprises a polyethylene glycol polymer of the three-dimensional network structure is cross-linked between the polymer molecule backbone formed by polymerization,

또한 폐수를 정화하는 미생물이 고정화되고, 폐수가 확산되어 출입할 수 있는 복수의 기공들을 구비하며, 상기 기공들은 서로 연장되어 망상 구조의 네트웍 유로(reticulated network of flow channels)를 형성하는 것을 특징으로 하는 친수성 미생물 고정화 담체를 제공한다.In addition, the microorganisms to purify the waste water is immobilized, and the waste water is provided with a plurality of pores that can enter and exit, the pores are extended to each other to form a reticulated network of flow channels (reticulated network of flow channels) A hydrophilic microbial immobilization carrier is provided.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 구현예는,Another embodiment of the present invention to achieve the above another technical problem,

친수성 미생물 고정화 담체의 제조방법으로서,As a method for producing a hydrophilic microorganism immobilization carrier,

(a) 수성용매 및 중합개시제가 존재하는 반응용기내에서, 폴리에틸렌글리콜 성분 및 가교제를 혼합하고 교반하여 상기 폴리에틸렌글리콜 성분을 중합시키고 또한 상기 폴리에틸렌글리콜 성분의 중합체 백본 사이에 가교결합을 형성함으로써 3차원 망목구조의 폴리에틸렌글리콜계 중합체를 형성하는 단계;(a) in a reaction vessel in which an aqueous solvent and a polymerization initiator are present, the polyethylene glycol component and the crosslinking agent are mixed and stirred to polymerize the polyethylene glycol component and form crosslinks between the polymer backbones of the polyethylene glycol component. Forming a polyethylene glycol polymer of a network structure;

(b) 상기 폴리에틸렌글리콜 중합체 용액을 중화하여 상기 용액의 pH를 6 내지 8의 범위로 조정하고 또한 상기 중합체 용액을 겔상태로 전환시키는 단계; 및(b) neutralizing the polyethylene glycol polymer solution to adjust the pH of the solution in the range of 6 to 8 and converting the polymer solution into a gel state; And

(c) 상기 겔상태의 폴리에틸렌글리콜 중합체 용액을 압출하여 서로 연장되어 망상 구조의 네트웍 유로(reticulated network of flow channels)를 형성하는 복수의 기공을 구비한 담체를 얻는 단계를 포함하는 담체의 제조방법을 제공한다.(c) extruding the gelled polyethylene glycol polymer solution to obtain a carrier having a plurality of pores extending from each other to form a reticulated network of flow channels. to provide.

본 발명에 따른 친수성 미생물 고정화 담체는 폐수 처리용 미생물에 대한 독성이 없으며, 미생물이 효율적으로 다량 포괄 고정화될 수 있으며, 내부에 형성된 망상 구조의 네트웍 유로(reticulated network of flow channels)를 구비하고 있어서 물질확산이 잘 이루어진다. 따라서 염색폐수, 제지폐수 등의 난분해성 유기물을 다량 함유하는 폐수도 생물학적 방법으로 효율적으로 처리할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 친수성 고정화 담체는 압축강도, 탄성이 충분하여 장기간 폐수처리에 사용될 수 있을 정도의 내구성을 갖는다. 본 발명에 따른 친수성 고정화 담체는 또한 열적특성 및 유기용매에 대한 난용성도 우수하므로 장기간 폐수처리에 이용될 수 있다.The hydrophilic microorganism immobilization carrier according to the present invention is not toxic to wastewater treatment microorganisms, and microorganisms can be efficiently encapsulated in large quantities, and have a network structure of a reticulated network of flow channels (reticulated network of flow channels) formed therein. Diffusion works well. Therefore, wastewater containing a large amount of hardly degradable organic matter such as dyeing wastewater and papermaking wastewater can be efficiently treated by biological methods. In addition, the hydrophilic immobilized carrier according to the present invention has sufficient compressive strength and elasticity so that it can be used for long-term wastewater treatment. The hydrophilic immobilized carrier according to the present invention is also excellent in thermal properties and poorly soluble in organic solvents and thus can be used for long-term wastewater treatment.

이하, 본 발명의 친수성 미생물 고정화 담체 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the hydrophilic microorganism immobilization support of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail.

먼저, 본 발명의 친수성 미생물 고정화 담체에 대하여 설명한다.First, the hydrophilic microorganism immobilization carrier of the present invention will be described.

본 발명의 일 구현예에 따른 폐수처리를 위한 친수성 미생물 고정화 담체는, 폴리에틸렌글리콜 성분이 중합되어 형성된 중합체 분자 백본(backbone) 사이에 가교결합이 형성되어 있는 3차원 망목구조의 폴리에틸렌글리콜계 중합체인 것을 특징으로 한다.Hydrophilic microbial immobilization support for wastewater treatment according to an embodiment of the present invention, the polyethylene glycol component is a polyethylene glycol polymer of a three-dimensional network structure crosslinking is formed between the backbone (polymer) formed by polymerizing the polyethylene glycol component It features.

상기 폴리에틸렌글리콜 성분으로서는 비닐기, 아크릴레이트기 등과 같은 중합능이 있는 하나 이상의 에틸렌성 불포화기에 폴리에틸렌글리콜 단위가 결합되어 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는데, 그 구체적인 예로서는 폴리(에틸렌글리콜) 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디비닐 에테르, 폴리(에틸렌글리콜) 에틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 메타아크릴레이트, 또는 폴리(에틸렌글리콜) 페닐 에테르 아크릴레이트 등을 들 수 있다.The polyethylene glycol component is not particularly limited as long as the polyethylene glycol unit is bonded to at least one ethylenically unsaturated group having a polymerization capability such as vinyl group, acrylate group, and the like, and specific examples thereof include poly (ethylene glycol) acrylate and poly (ethylene glycol). ) Diacrylate, poly (ethylene glycol) methacrylate, poly (ethylene glycol) dimethacrylate, poly (ethylene glycol) divinyl ether, poly (ethylene glycol) ethyl ether methacrylate, poly (ethylene glycol) methyl Ether acrylate, poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, poly (ethylene glycol) phenyl ether acrylate and the like.

상기 아크릴레이트기 등과 같은 중합능이 있는 에틸렌성 불포화기는 개시제에 의하여 중합되어 중합체가 담체를 형성하기에 충분한 분자량을 갖게 하며, 폴리에티렌글리콜 단위는 담체에 충분한 친수성을 부여하여 미생물이 용이하게 포괄 고정화되게 하는 역할을 한다.The polymerizable ethylenically unsaturated group such as the acrylate group is polymerized by the initiator to have a molecular weight sufficient for the polymer to form a carrier, and the polystyrene glycol unit imparts sufficient hydrophilicity to the carrier so that the microorganism is easily encapsulated and immobilized. Play a role.

한편, 폴리에틸렌글리콜 성분만을 단독 또는 혼합하여 중합시킨 중합체도 담체로서 기능할 수 있지만, 중합체 분자 백본(backbone) 사이에 친수성 가교결합이 형성되어 있는 3차원 망목구조를 이루는 것이 미생물 포괄고정, 내구성, 탄성 증가 등의 측면에서 바람직하다.On the other hand, a polymer obtained by polymerizing only the polyethylene glycol component alone or mixed may also function as a carrier, but forming a three-dimensional network structure in which hydrophilic crosslinks are formed between the polymer molecular backbones may include microorganism inclusion, durability, and elasticity. It is preferable in terms of the increase.

상기 친수성 가교결합은 1개 내지 6개의 관능기를 포함하는 가교제가 폴리에 틸렌글리콜 중합체 분자 사이에서 분자간 또는 분자내 가교결합을 형성하여 유래되는 것이다. 이러한 목적으로 본 발명에서 사용될 수 있는 가교제는 소비톨, N,N'-디알릴타르타르디아미드, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 디알릴 푸마레이트, 1,5-헥사디엔-3-올, 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다. 이외에 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트, 디(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 트리알릴 1,2,4-벤젠트리카르복실레이트, 디알릴아민, 테트라알릴옥시에탄, 디비닐벤젠, 디알릴 프탈레이트 등도 가교제로서 시험되었으나 내구성, 미생물에 대한 독성 등의 측면에서 바람직하지 않았다.The hydrophilic crosslinking is obtained by forming an intermolecular or intramolecular crosslinking between a polystyrene glycol polymer molecule by a crosslinking agent containing 1 to 6 functional groups. The crosslinking agent which can be used in the present invention for this purpose is sorbitol, N, N'-diallyl tardiamide, N, N'-methylenebisacrylamide, diallyl fumarate, 1,5-hexadien-3-ol Or a mixture thereof. In addition to N, N'-methylenebisacrylamide, trimethylolpropane triacrylate, di (ethylene glycol) diacrylate, triallyl 1,2,4-benzenetricarboxylate, diallylamine, tetraallyloxyethane, Divinylbenzene, diallyl phthalate, and the like have also been tested as crosslinking agents, but are not preferred in terms of durability, toxicity to microorganisms, and the like.

상기 가교결합의 함량은 상기 폴리에틸렌글리콜 성분 100 중량부를 기준으로 4 내지 6 중량부의 가교제가 반응하여 형성된 함량이 바람직하다. 가교제 함량이 4 중량부 미만이면 담체 강도가 약해지는 문제점이 있고, 6중량부를 초과하면 겔이 지나치게 빨리 형성되는 문제점이 있다.The content of the crosslinking is preferably formed by reacting 4 to 6 parts by weight of the crosslinking agent based on 100 parts by weight of the polyethylene glycol component. If the content of the crosslinking agent is less than 4 parts by weight, there is a problem in that the strength of the carrier is weakened.

본 발명의 담체는 또한 서로 연장되어 망상 구조의 네트웍 유로(reticulated network of flow channels)를 형성하는 많은 기공들을 구비한다. 이 기공내에 폐수를 처리하는 미생물이 포괄 고정화되며, 이 기공내의 유로를 통하여 폐수가 확산되어 출입할 수 있다.The carrier of the present invention also has many pores extending from one another to form a reticulated network of flow channels. Microorganisms for treating wastewater are fixed and fixed in these pores, and the wastewater diffuses in and out through the passage in the pores.

본 발명의 담체내에 고정화될 수 있는 미생물로서는 통상적인 질산화균, 탈질균, 유기물 제거미생물 뿐만 아니라 염색폐수, 제지폐수 등의 난분해성 유기물을 다량 함유하는 폐수도 처리할 수 있는 슈도모나스 푸티다, 슈도모나스 에어로지노사, 슈도모나스 sp, 슈도모나스 알칼리칸스, 바실러스 등과 같은 미생물 등을 들 수 있다.Microorganisms that can be immobilized in the carrier of the present invention include Pseudomonas putida and Pseudomonas aerosol, which can treat not only conventional nitrifying bacteria, denitrifying bacteria, organic matter removing microorganisms, but also wastewater containing a large amount of hardly degradable organic substances such as dyeing wastewater and papermaking wastewater. Microorganisms, such as Ginosa, Pseudomonas sp, Pseudomonas alkalicans, Bacillus, etc. are mentioned.

본 발명의 담체는 또한 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트와 반응하여 붕소-산소 결합을 더 구비한 것이 탄성증가 등의 측면에서 바람직하다.The carrier of the present invention is also preferably further equipped with a boron-oxygen bond by reacting with sodium tetraborate decahydrate in terms of elasticity increase and the like.

이어서, 본 발명의 친수성 미생물 고정화 담체의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Next, the manufacturing method of the hydrophilic microorganism immobilization support of this invention is demonstrated in detail.

먼저, 수성용매 및 중합개시제가 존재하는 반응용기내에서, 폴리에틸렌글리콜 성분 및 가교제를 혼합하고 교반하여 상기 폴리에틸렌글리콜 성분을 중합시키고 또한 상기 폴리에틸렌글리콜 성분의 중합체 백본 사이에 가교결합을 형성함으로써 3차원 망목구조의 폴리에틸렌글리콜계 중합체를 형성한다.First, in a reaction vessel in which an aqueous solvent and a polymerization initiator are present, the polyethylene glycol component and the crosslinking agent are mixed and stirred to polymerize the polyethylene glycol component and form crosslinks between the polymer backbones of the polyethylene glycol component. To form a polyethylene glycol polymer.

상기 수성용매로서는 물, 메탄올 또는 에탄올과 물의 혼합용매 등이 사용될 수 있지만 경제성 및 용매회수의 측면에서 물을 사용하는 것이 바람직하다. 이 중합반응은 50 ~ 60℃ 이상의 비교적 고온에서도 진행될 수 있지만 촉진제를 더 첨가하여 폴리에틸렌글리콜 성분의 중합이 실온에서 진행될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 촉진제로서는 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민, β-메틸아미드프로피오니트릴 등이 사용될 수 있으나, 경제성 등의 측면에서 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민을 사용하는 것이 바람직하다.As the aqueous solvent, water, methanol, or a mixed solvent of ethanol and water may be used, but it is preferable to use water in view of economical efficiency and solvent recovery. This polymerization can proceed even at relatively high temperatures of 50 to 60 ° C. or higher, but it is preferable to further add an accelerator so that the polymerization of the polyethylene glycol component can proceed at room temperature. As such accelerators, N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine, β-methylamide propionitrile and the like may be used. However, N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine in terms of economical efficiency Preference is given to using.

상기 폴리에틸렌글리콜 성분 및 가교제의 사용비는 상기 폴리에틸렌글리콜 성분 100 중량부를 기준으로 4 내지 6 중량부의 가교제가 혼합되는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기한 바와 같다. 상기 가교제의 사용량이 4 중량부 미만이면 담체 강도가 약해지는 문제점이 있고, 6중량부를 초과하면 겔이 지나치게 빨리 형성되는 문제점이 있다.The use ratio of the polyethylene glycol component and the crosslinking agent is preferably 4 to 6 parts by weight of the crosslinking agent is mixed based on 100 parts by weight of the polyethylene glycol component. The reason is as described above. If the amount of the crosslinking agent is less than 4 parts by weight, there is a problem that the strength of the carrier is weakened. If the amount of the crosslinking agent is more than 6 parts by weight, the gel is formed too quickly.

용매중의 폴리에틸렌글리콜 성분 및 가교제의 총농도는 15 ~ 21 중량%로 조절되는 것이 바람직하다. 상기 총농도가 15중량% 미만이면 담체강도가 불충분한 문제점이 있고, 21중량%를 초과한 경우에는 담체 강도는 증가하나 반응생성물의 점도가 너무 증가하여 담체내의 기질 투과율이 낮아지며 미생물의 활성 저하 등의 문제점이 있다.The total concentration of the polyethylene glycol component and the crosslinking agent in the solvent is preferably adjusted to 15 to 21% by weight. If the total concentration is less than 15% by weight, there is a problem of insufficient carrier strength. If the total concentration is more than 21% by weight, the carrier strength is increased, but the viscosity of the reaction product is increased so that the substrate permeability in the carrier is lowered and the activity of the microorganism is decreased. There is a problem.

이와 같이 하여 폴리에틸렌글리콜 성분 및 가교제를 혼합하고 교반하면 폴리에틸렌 글리콜 성분의 중합반응과 성장하는 중합체와 가교제 사이의 분자간 및 분자내 가교결합이 동시에 일어나 결과적으로 3차원 망목구조의 가교 중합체가 형성된다. 이때 반응용기내에, 얻어진 중합체 담체의 탄성을 증가시키기 위하여 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트를 더 투입하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 성장중인 중합체의 가교제 부분과 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트와 반응하여 담체의 탄성을 증가시키는 붕소-산소 결합을 생성하게 된다.When the polyethylene glycol component and the crosslinking agent are mixed and stirred in this manner, the polymerization reaction of the polyethylene glycol component and the intermolecular and intramolecular crosslinking between the growing polymer and the crosslinking agent occur simultaneously, and as a result, a crosslinked polymer having a three-dimensional network structure is formed. At this time, it is preferable to further add sodium tetraborate decahydrate in order to increase the elasticity of the obtained polymer carrier. This will react with the crosslinker portion of the growing polymer and sodium tetraborate decahydrate to produce boron-oxygen bonds that increase the elasticity of the carrier.

중합반응은 폴리에틸렌글리콜 성분, 가교제, 및 촉진제가 모두 혼합된 후 약 1 분 정도 교반하면 완료된다. 교반속도는 특별히 한정되지 않지만 통상 약 600 rpm 내지 약 1,200 rpm 정도이면 충분하다.The polymerization reaction is completed by stirring for about 1 minute after the polyethylene glycol component, the crosslinking agent, and the accelerator are all mixed. The stirring speed is not particularly limited, but usually about 600 rpm to about 1,200 rpm is sufficient.

이어서, 상기 폴리에틸렌글리콜 중합체 용액을 중화하여 상기 용액의 pH를 6 내지 8의 범위로 조정하고, 이렇게 하여 중화된 중합체 용액을 겔상태로 전환시킨다. 이때, 중합체 용액의 pH를 6 내지 8의 범위로 조정한 후, 포괄 고정화하고자 하는 미생물을 포함하는 슬러지를 반응용기내에 투입하고 숙성시킴으로써 담체내의 기공에 소정의 미생물을 효과적으로 포괄 고정화시킬 수 있다. 중화된 중합체 용액을 밀폐된 용기내에 채운후 실온의 인큐베이터내에 서 소정시간 숙성시키면 용액은 졸상태에서 겔상태로 상태변화를 일으켜 압출하기 적합한 상태로 된다.Subsequently, the polyethylene glycol polymer solution is neutralized to adjust the pH of the solution in the range of 6 to 8, thereby converting the neutralized polymer solution into a gel state. At this time, after adjusting the pH of the polymer solution in the range of 6 to 8, it is possible to effectively encapsulate the predetermined microorganisms in the pores in the carrier by injecting and aging the sludge containing the microorganisms to be encapsulated immobilized in the reaction vessel. When the neutralized polymer solution is filled into a sealed container and aged for a predetermined time in an incubator at room temperature, the solution changes state from sol state to gel state and is suitable for extruding.

겔상태의 폴리에틸렌글리콜 중합체 용액을 적당한 직경의 구멍(orifice)를 통하여 압출하면, 서로 연장되어 망상 구조의 네트웍 유로(reticulated network of flow channels)를 형성하는 복수의 기공을 구비한 담체를 얻을 수 있다. 압출은 겔상태의 중합체 용액을 공기중 또는 황산나트륨, 황산아연, 염화나트륨 등의 무기염을 포함하는 수용액중으로 밀어내는 방식으로 이루어진다. 압출된 담체는 필라멘트상 또는 봉상의 형태를 하고 있으며, 이를 일정한 길이로 절단하여 펠렛화하면 소망하는 담체를 얻을 수 있다.Extrusion of the gelled polyethylene glycol polymer solution through an appropriate diameter orifice provides a carrier having a plurality of pores extending from one another to form a reticulated network of flow channels. The extrusion is carried out by pushing the gel polymer solution into the air or into an aqueous solution containing inorganic salts such as sodium sulfate, zinc sulfate and sodium chloride. The extruded carrier is in the form of a filament or a rod, and the desired carrier can be obtained by cutting the pellet into a predetermined length and pelletizing it.

상기한 바와 같이 미생물의 포괄 고정화는 중합체 중합후 압출공정 이전에 이루어지는 것이 공정의 연속성, 용이성 등의 측면에서 바람직하지만, 압출공정에 의하여 담체형상을 완성한 후 미생물을 포함하는 슬러지내에 일정기간 방치함으로써 담체의 기공내에 미생물을 포괄고정화할 수 도 있다.As described above, the incorporation and immobilization of the microorganism is preferably performed in the aspect of continuity, ease, etc. of the process after the polymer polymerization and before the extrusion process, but after completion of the carrier shape by the extrusion process, the carrier is left in the sludge containing the microorganism for a certain period of time. Microorganisms can also be encapsulated and fixed within the pores.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이는 본 발명의 실시태양을 예시하기 위한 것이며, 본 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아님은 물론이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. This is for illustrating an embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the embodiment.

실시예 1 : PEG-1 담체의 합성  Example 1 Synthesis of PEG-1 Carrier

먼저, 물 740ml에 수평균분자량 700의 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 수용액 (미원상사, 18w/v%, 상품명: MIRAMER M286) 180g(161ml), 개시제인 포타슘 퍼 설페이트 수용액(동양제철화학, 0.25w/v%) 2.5g을 반응기에 투입한 후, 반응기를 600rpm으로 3분정도 교반시켜 중합시켰다.First, 180 g (161 ml) of polyethylene glycol diacrylate aqueous solution (MIWON Corporation, 18 w / v%, trade name: MIRAMER M286) in water 740 ml, aqueous solution of potassium persulfate as an initiator (Dongyang Steel Chemical, 0.25 w / v) %) 2.5 g was added to the reactor, and the reactor was stirred at 600 rpm for 3 minutes to polymerize.

이어서, 가교제인 소비톨 수용액(동양화학공업, 0.9w/v% 수용액) 9g을 넣고 1분간 교반시킨 후, 담체의 탄성을 증진시키기 위한 탄성보강제인 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트(동양제철화학, STB, 0.16 w/v%) 수용액 1.6g, 및 라디칼중합을 실온에서 가능케하는 촉진제인 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민(일본 신요사, 0.25w/v% 수용액) 2.5g을 더 투입하였다. 계속해서, 이에 아세트산 10% 수용액을 적정량 혼합하여 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트의 중합체가 후에 담체로서 담지할 미생물의 생존환경에 적합하도록 pH를 6 ~ 8의 범위로 중화한후 질산화균 을 포함하는 질산화 슬러지 또는 여러가기 미생물을 포함하는 활성 슬러지를 포괄하고 약 30초 동안 균일하게 교반하였다. 이렇게 하여 조정된 결과물을 시린지를 이용하여 PVC 튜브에 채운 후 25℃ 항온조에서 약 10분 동안 숙성하였다. 숙성과정에서 졸상태의 반응결과물이 겔상태로 고화되는데, 이를 시린지를 이용하여 압출하여 직경 약 4mm의 원통상의 고화된 고분자 겔담체를 얻고, 이를 4㎜ 간격으로 절단하여 PEG 담체(PEG-1 담체)를 얻었다.Subsequently, 9 g of sorbitol aqueous solution (Dongyang Chemical Co., Ltd., 0.9w / v% aqueous solution), which is a crosslinking agent, was stirred for 1 minute, and sodium tetraborate decahydrate (Dongyang Steel Chemical, STB, 0.16 w / v%) 1.6 g of aqueous solution, and 2.5 g of N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (Shinyo Corp., 0.25 w / v% aqueous solution), which are accelerators for enabling radical polymerization at room temperature, are further added. Input. Subsequently, an appropriate amount of 10% acetic acid solution was mixed and the pH of the polyethylene glycol diacrylate was neutralized in the range of 6 to 8 so as to be suitable for the living environment of the microorganisms to be later supported as a carrier, followed by nitrifying sludge containing nitrifying bacteria. Or activated sludge containing several microorganisms and stirred uniformly for about 30 seconds. The resultant adjusted in this way was filled in a PVC tube using a syringe and aged for about 10 minutes in a 25 ℃ thermostat. During the aging process, the sol reaction product is solidified in a gel state, and is extruded using a syringe to obtain a cylindrical solidified polymer gel carrier having a diameter of about 4 mm, which is cut at intervals of 4 mm to form a PEG carrier (PEG-1). Carrier).

고정화시킨 미생물의 농도는 0.5%(w/v) 또는 1.0%(w/v)로 슬러지의 MLSS 농도가 5000mg/l 라면 원심분리기로 10배 농축시켜 100ml로 만들어서 중성의 pH 조건상에서 혼합하였다.The concentration of the immobilized microorganisms was 0.5% (w / v) or 1.0% (w / v). If the MLSS concentration of the sludge was 5000 mg / l, the mixture was concentrated to 10 ml by centrifugation and mixed at neutral pH conditions.

실시예 2 : PEG-2 담체의 합성  Example 2 Synthesis of PEG-2 Carrier

가교제로서 소비톨 대신 N,N'-디알릴타르타르디아미드(알드리치, 1 w/v%) 10g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 PEG 담체(PEG-2 담체)를 얻었다.A PEG carrier (PEG-2 carrier) was obtained in the same manner as in Example 1, except that 10 g of N, N'-diallyl tardiamide (Aldrich, 1 w / v%) was used instead of sorbitol as a crosslinking agent. .

실시예 3 : PEG-3 담체의 합성  Example 3 Synthesis of PEG-3 Carrier

가교제로서 소비톨 대신 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드(알드리치, 1 w/v%) 10g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 PEG 담체(PEG-3 담체)를 얻었다.A PEG carrier (PEG-3 carrier) was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10 g of N, N'-methylenebisacrylamide (Aldrich, 1 w / v%) was used instead of sorbitol as a crosslinking agent.

실시예 4 : PEG-4 담체의 합성  Example 4 Synthesis of PEG-4 Carrier

가교제로서 소비톨 대신 디알릴 푸마레이트(diallyl fumarate)(알드리치, 1 w/v%) 10g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 PEG 담체(PEG-4 담체)를 얻었다.A PEG carrier (PEG-4 carrier) was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10 g of diallyl fumarate (Aldrich, 1 w / v%) was used instead of sorbitol as a crosslinking agent.

실시예 5 : PEG-5 담체의 합성  Example 5 Synthesis of PEG-5 Carrier

가교제로서 소비톨 대신 1,5-헥사디엔-3-올(알드리치, 1 w/v%) 10g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 PEG 담체(PEG-5 담체)를 얻었다.A PEG carrier (PEG-5 carrier) was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10 g of 1,5-hexadien-3-ol (Aldrich, 1 w / v%) was used instead of sorbitol as a crosslinking agent. .

실시예 6 : PEG-6 담체의 합성  Example 6 Synthesis of PEG-6 Carrier

탄성보강제인 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트(STB)를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 PEG 담체(PEG-6 담체)를 얻었다.A PEG carrier (PEG-6 carrier) was obtained in the same manner as in Example 1 except that sodium tetraborate decahydrate (STB), which was an elastic modifier, was not used.

실시예 7 : PEG-7 담체의 합성  Example 7 Synthesis of PEG-7 Carrier

탄성보강제인 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트(STB)를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 PEG 담체(PEG-6 담체)를 얻었 다.A PEG carrier (PEG-6 carrier) was obtained in the same manner as in Example 2 except that sodium tetraborate decahydrate (STB), which was an elastic modifier, was not used.

실시예 8 : PEG-8 담체의 합성  Example 8 Synthesis of PEG-8 Carrier

탄성보강제인 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트(STB)를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법에 따라 PEG 담체(PEG-8 담체)를 얻었다.A PEG carrier (PEG-8 carrier) was obtained in the same manner as in Example 3 except that sodium tetraborate decahydrate (STB), which was an elastic modifier, was not used.

실시예 9 : PEG-9 담체의 합성  Example 9 Synthesis of PEG-9 Carrier

탄성보강제인 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트(STB)를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법에 따라 PEG 담체(PEG-9 담체)를 얻었다.A PEG carrier (PEG-9 carrier) was obtained in the same manner as in Example 4 except that sodium tetraborate decahydrate (STB), which was an elastic modifier, was not used.

실시예 10 : PEG-10 담체의 합성  Example 10 Synthesis of PEG-10 Carrier

탄성보강제인 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트(STB)를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법에 따라 PEG 담체(PEG-10 담체)를 얻었다.A PEG carrier (PEG-10 carrier) was obtained in the same manner as in Example 5 except that sodium tetraborate decahydrate (STB), which was an elastic modifier, was not used.

(표 1)PEG 담체 조성비율Table 1 PEG carrier composition ratio

폴리올성분Polyol component 가교제Crosslinking agent 탄성보강제Elastic reinforcement 개시제Initiator 촉진제accelerant 종류Kinds 사용량(g)Usage (g) 종류Kinds 사용량 (g)Usage (g) 종류Kinds 사용량 (g)Usage (g) 종류Kinds 사용량 (g)Usage (g) 종류Kinds 사용량 (g)Usage (g) 실시예 1Example 1 MIRAMER M286MIRAMER M286 180180 소비톨Sorbitol 99 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트 (STB)Sodium Tetraborate Decahydrate (STB) 1.61.6 포타슘 퍼설페이트Potassium persulfate 2.52.5 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine 2.52.5 실시예 2Example 2 "" "" N,N'-디알릴타르타르디아미드N, N'-diallyl tardiamide "" "" "" "" "" "" "" 실시예 3Example 3 "" "" N,N'-메틸렌비스아크릴아미드N, N'-methylenebisacrylamide "" "" "" "" "" "" "" 실시예 4Example 4 "" "" 디알릴 푸마레이트Diallyl fumarate "" "" "" "" "" "" "" 실시예 5Example 5 "" "" 1,5-헥사디엔-3-올1,5-hexadiene-3-ol "" "" "" "" "" "" "" 실시예 6Example 6 "" "" 소비톨Sorbitol "" -- -- "" "" "" "" 실시예 7Example 7 "" "" N,N'-디알릴타르타르디아미드N, N'-diallyl tardiamide "" -- -- "" "" "" "" 실시예 8Example 8 "" "" N,N'-메틸렌비스아크릴아미드N, N'-methylenebisacrylamide "" -- -- "" "" "" "" 실시예 9Example 9 "" "" 디알릴 푸마레이트Diallyl fumarate "" -- -- "" "" "" "" 실시예 10Example 10 "" "" 1,5-헥사디엔-3-올1,5-hexadiene-3-ol "" -- -- "" "" "" ""

압축강도 측정  Compressive strength measurement

압축강도는 담체의 내구성의 척도로서 사용수명을 결정하는 중요한 인자중의 하나이다. 따라서 PEG 담체의 탄성보강제인 STB의 포함유무에 따른 압축강도 변화 를 측정하였다.Compressive strength is one of the important factors that determine the service life as a measure of the durability of the carrier. Therefore, the change of compressive strength according to the presence or absence of STB, an elastic modifier of PEG carrier, was measured.

압축강도는 SMS(Stable Micro Systems)사의 Texture Analyser(TA-XT2)기기를 사용하여 측정하였다. 즉, 내경이 4mm인 원통상의 담체를 4mm 간격으로 절단된 PEG 담체를 수분이 포함된 상태에서 무작위로 10개씩 선택하여 압축강도를 측정한 평균값을 산출하였다. 압축강도는 다음 식으로부터 구하였다.Compressive strength was measured using SMS (Stable Micro Systems) Texture Analyser (TA-XT2). That is, the average value of compressive strength was calculated by randomly selecting 10 PEG carriers cut at intervals of 4 mm for cylindrical carriers having an inner diameter of 4 mm at random in the state of containing water. The compressive strength was obtained from the following equation.

F = P/SF = P / S

상기식에서 F는 압축강도, P는 담체가 파열되기 시작할 때의 하중(N)이고, S는 하중을 받는 담체의 단면적(0.1257 ㎠)을 나타낸다.Where F is the compressive strength, P is the load (N) when the carrier starts to rupture, and S is the cross-sectional area of the carrier under load (0.1257 cm 2).

표 2는 실시예 1 내지 10에서 얻은 PEG 담체에 대한 압축강도 측정 결과를 종합한 것이다.Table 2 summarizes the compressive strength measurement results for the PEG carriers obtained in Examples 1 to 10.

(표 2)가교제 종류 및 탄성보강제 종류에 따른 압축강도의 변화(Table 2) Compressive strength change according to crosslinking agent type and elastic reinforcing agent type

압축강도(kg/cm2)Compressive strength (kg / cm2) 실시예 1Example 1 4.8694.869 실시예 2Example 2 5.9785.978 실시예 3Example 3 3.7823.782 실시예 4Example 4 4.9834.983 실시예 5Example 5 3.1523.152 실시예 6Example 6 3.9783.978 실시예 7Example 7 4.0674.067 실시예 8Example 8 6.2856.285 실시예 9Example 9 4.1624.162 실시예 10Example 10 3.3463.346

표 2를 참조하면, STB의 포함여부에 관계없이 실시예 1 내지 10의 담체는 모두 압축강도가 충분하다는 것을 알 수 있는데, 그중에서도 특히 STB가 분자구조중에 포함된 실시예 1 내지 5의 경우가 대체로 실시예 6 내지 10의 경우 보다 압축강도가 증가된 것을 알 수 있다. 특히, 가교제로서 N,N'-디알릴타르타르다이미드(실시예 2), 디알릴 푸마레이트(실시예 4), 및 소비톨(실시예 1)을 사용하였을 때 압 축강도가 우수한 것을 알 수 있다. 본 발명자들은 STB의 첨가는 내구성 외에 탄성에도 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.Referring to Table 2, it can be seen that all of the carriers of Examples 1 to 10 had sufficient compressive strength regardless of whether STB was included. Among them, Examples 1 to 5, in which STB was included in the molecular structure, were generally used. In the case of Examples 6 to 10 it can be seen that the increased compressive strength. In particular, it can be seen that the compressive strength is excellent when N, N'- diallyl tar tarimide (Example 2), diallyl fumarate (Example 4), and sorbitol (Example 1) are used as the crosslinking agent. . The inventors found that addition of STB affects elasticity as well as durability.

물질확산 측정  Mass Diffusion Measurement

담체 내부로의 물질확산은 담체가 갖추어야 할 중요한 특성중의 하나이다. 담체내부의 기공을 통하여 물질확산이 잘 이루어져야만 미생물을 포함하고 있는 담체 내부로 산소확산이 많아지고, 또한 처리되어야 할 폐기물의 투과성도 좋아져 생물학적 처리 효율이 향상되기 때문이다.The diffusion of material into the carrier is one of the important characteristics of the carrier. This is because oxygen diffusion increases into the carrier containing microorganisms only when the material diffuses well through the pores in the carrier, and the permeability of the waste to be treated is also improved, thereby improving biological treatment efficiency.

슬러지를 포함하지 않는 PEG 고정화 담체 및 질산화 슬러지와 여러가지 미생물의 집단을 포함하는 활성 슬러지를 포함한 PEG 포괄 고정화 담체를 합성하여 담체 내부로의 물질확산 정도를 테스트하였다. 고정화 담체의 경우, 슬러지의 포함 여부에 따라 기공 사이즈가 달라지기 때문에 물질확산에 영향을 미치리라 예상되어 슬러지를 포함하지 않은 담체 자체만의 물질확산 정도와 슬러지를 포함한 포괄 담체의 물질확산 정도를 나누어 비교실험하였으며, 슬러지의 종류에 따른 물질확산 정도의 변화도 비교실험하였다.PEG-immobilized carriers containing no sludge and PEG-immobilized carriers including nitrified sludge and activated sludge containing various populations of microorganisms were synthesized and tested for the extent of mass diffusion into the carrier. In the case of the immobilized carrier, the pore size is different depending on whether the sludge is included, and thus it is expected to affect the material diffusion. Thus, the degree of material diffusion of the carrier itself, which does not contain the sludge, and the degree of material diffusion of the comprehensive carrier including sludge are divided. Comparative experiments were also made for the variation of the degree of material diffusion according to the type of sludge.

질산화 슬러지를 포함한 담체 합성의 경우 MLSS 2700∼3000ppm의 슬러지를 이용하였으며, 활성 슬러지를 포함한 담체 합성의 경우 MLSS 5500ppm의 슬러지를 이용하였다. 두 담체의 pH는 6.5∼7.0 사이의 중성인 슬러지를 사용하였으며, 원심분리기를 이용하여 3000rpm에서 10분간 분리시켜 상등액은 제거하고, 10배 농축된 슬러지를 0.5% 포괄 고정화시켜 담체를 합성하였다.For carrier synthesis including nitrified sludge, MLSS 2700 ~ 3000ppm sludge was used, and for carrier synthesis including activated sludge, MLSS 5500ppm sludge was used. The pH of the two carriers was neutral sludge between 6.5 and 7.0, and the supernatant was removed by centrifugation at 3000 rpm for 10 minutes to remove supernatant, and the carrier was synthesized by encapsulating 10% concentrated sludge 0.5%.

물질확산측정은 형광반응제(fluorescence reagent)로는 최대 흡수 파장 영역 인 493.5nm와 460nm에서 그린 칼라를 발생시키는 플루오레신(Fluorescein, FW: 332.3)을 사용하였다. 형광용액(fluorescence solution)은 pH 7.4의 PBS(phosphate buffered saline) 완충액에 플루오레신을 용해시켜 50 μmol로 제조하여 사용하였다. 상기 PBS 완충액은 3차 증류수에 NaCl, KCl, Na2HPO4, KH2PO 4를 일정량 용해시킨 후 1N의 HCl을 이용하여 pH를 7.4로 조절하여 제조하였다.Material diffusion measurement was used as fluorescence reagent (Fluorescein, FW: 332.3) to generate a green color in the maximum absorption wavelength range of 493.5nm and 460nm. Fluorescence solution (fluorescence solution) was prepared by dissolving fluorescein in PBS (phosphate buffered saline) buffer at pH 7.4 to 50 μmol. The PBS buffer was prepared by dissolving a certain amount of NaCl, KCl, Na 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 in tertiary distilled water and adjusting the pH to 7.4 using 1N HCl.

질산화 슬러지와 활성 슬러지를 각각 0.5% 포함한 담체, 및 슬러지를 포함하지 않은 담체의 3 종류의 담체에 대하여 물질확산 측정실험을 다음과 같이 실시하었다. 즉, 바이얼(vial) 11개에 상기 플루오레신 용액 2ml씩 준비하고 담체(직경 4×길이 4mm)를 5개씩 넣은 후 각각 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 60 분 동안 담가 놓음으로써 담체 내부로 형광 물질인 플루오레신을 확산, 착색시켰다.Material diffusion measurement experiments were carried out on three types of carriers: a carrier containing 0.5% of nitrified sludge and activated sludge, and a carrier not containing sludge. In other words, 2 ml of the fluorescein solution was prepared in 11 vials and 5 carriers (diameter 4 × length 4mm) were added, and then 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, and 25, respectively. After soaking for 30 to 60 minutes, the fluorescent material fluorescein was diffused and colored into the carrier.

각 바이얼마다 3개씩의 원통형 담체 시료를 꺼내서 면도날을 이용하여 시료중앙부를 1mm 두께의 원판형으로 절단하여 확산정도를 측정하였다. 확산 관찰은 Fluorescence Microscope(OLYMPUS사, 모델명: IX71)를 이용하였으며, 플루오레신의 최대 흡수 파장 영역을 고려하여 460∼490nm의 검출범위를 갖는 필터를 이용하였다. 광원으로서는 100W의 수은 버너(mercury burner)를 사용하였으며, CCD 디텍터를 이용하여 확산정도를 시간에 따라 모니터링하였다.Three cylindrical carrier samples were taken for each vial, and the degree of diffusion was measured by cutting the central portion of the sample into a 1 mm thick disk using a razor blade. Diffusion observation was performed using a Fluorescence Microscope (OLYMPUS, model name: IX71), and a filter having a detection range of 460 to 490 nm was used in consideration of the maximum absorption wavelength region of fluorescein. As a light source, a mercury burner of 100 W was used, and the degree of diffusion was monitored over time using a CCD detector.

미생물의 증식과 그에 따른 부산물, 폐수 중의 흡착물들로 예상되는 물질들에 의해 기공사이즈 및 기공수가 감소되어 담체 내부로 물질이 확산되는데 악영향을 미칠 수 있으므로 이러한 영향을 평가하기 위하여 일정기간동안 폐수처리에 사 용된 후의 0.5%의 활성 슬러지로 포괄된 담체(0.5% Ad.AS 담체) 내부로의 물질확산정도를 모니터링하였다.The growth of microorganisms, and by-products and adsorbates in the wastewater can reduce the pore size and pore water, which can adversely affect the diffusion of the material into the carrier. The extent of mass diffusion into the carrier (0.5% Ad.AS carrier) covered with 0.5% activated sludge after use was monitored.

시료는 폐수처리 전과 폐수처리적용후 107일 경과 및 169일 경과된 0.5% Ad.AS 담체의 3가지를 이용하였다. 실험방법은 플루오레신을 이용하여 담체 내부로의 물질확산 테스트의 방법과 동일하게 수행하였다.Three samples were used: 0.5% Ad.AS carrier 107 days before and 169 days after the wastewater treatment. Experimental method was carried out in the same manner as the method of mass diffusion test into the carrier using fluorescein.

도 1은 담체 중심(2,000㎛)에서의 시간에 따른 물질확산 정도의 변화를 나타낸다. 이 결과로부터 확산계수를 구하였다. 도 1에서 알 수 있듯이, 도 1a의 질산화 슬러지를 포함하지 않은 담체의 경우 D = 3.178 × 10-9 m2/s, 도 1b의 0.5% 질산화 슬러지 담체의 경우 D = 3.99 × 10-8m2/s, 도 1c의 0.5% 활성 슬러지 담체의 경우 D = 1.122 × 10-8m2/s 로 나타났다. 이로부터 슬러지를 포함하지 않은 경우와 슬러지를 포함한 경우는 확산계수가 약 10 배정도 차이가 나는 것을 알 수 있다. 슬러지의 종류에 따라서도 소프트한 질산화 슬러지를 포함한 담체의 경우가 좀 더 하드한 활성 슬러지를 포함한 담체의 경우보다 물질확산 속도가 약 3배 빠른 것을 알 수 있다. 이로부터, 슬러지의 종류에 따라서도 담체 내부로의 물질확산 정도가 달라짐을 확인할 수 있다.1 shows the variation of the degree of mass diffusion with time at the carrier center (2,000 μm). From this result, the diffusion coefficient was calculated. As can be seen in Figure 1, D = 3.178 × 10 -9 m 2 / s for the carrier not containing nitrified sludge of Figure 1a, D = 3.99 × 10 -8 m 2 for the 0.5% nitrified sludge carrier of Figure 1b / s, D = 1.122 x 10 -8 m 2 / s for the 0.5% activated sludge carrier of FIG. 1c. From this, it can be seen that there is a difference of about 10 times in the diffusion coefficient between sludge and sludge. Depending on the type of sludge, it can be seen that the carrier containing soft nitrate sludge is about 3 times faster than the carrier containing harder activated sludge. From this, it can be seen that the degree of material diffusion into the carrier also varies depending on the type of sludge.

도 2는 폐수처리 전후의 0.5% Ad.AS 담체 중심에서의 시간에 따른 물질확산 속도의 변화를 나타낸다. 이 결과를 기초로 하여 확산계수를 구하였다. 도 2에서 알 수 있듯이, 도 2a의 폐수처리 전, 0.5% Ad.AS 담체의 경우 D = 1.122 × 10- 8m2/s, 도 2b의 폐수처리 후, 107일 경과된 0.5% Ad.AS 담체의 경우 D = 4.373 × 10-9m2/s, 도 2c의 폐수처리 후, 169일 경과된 0.5% Ad.AS 담체의 경우 D = 3.483 × 10-9m2/s로 산출되었다.Figure 2 shows the change of mass diffusion rate with time at the center of 0.5% Ad.AS carrier before and after wastewater treatment. Based on these results, diffusion coefficients were obtained. As can be seen in Figure 2, the waste water treatment of Figure 2a before and 0.5% of Ad.AS carrier D = 1.122 × 10 - 8 m 2 / s, even after water treatment of 2b, the elapsed 107 days 0.5% Ad.AS for the carrier D = 4.373 × 10 -9 m 2 / s, were calculated in Figure 2c after waste water treatment in, the case of 0.5% Ad.AS carrier elapsed 169 days D = 3.483 × 10 -9 m 2 / s.

이 결과를 비교하면, 폐수처리 전, 0.5% Ad.AS 담체의 경우(도 2a) 폐수처리 기간이 늘어남에 따라 확산속도가 느려짐을 확인할 수 있고, 4개월부터 6개월 사이(도 2b, 도 2c)에는 확산계수의 큰 변화없이 유사한 값을 유지하는 것을 알 수 있다. 또한, 폐수처리 전ㆍ후의 확산계수 차이는 매우 적으며, 이 값은 슬러지를 포함하지 않은 담체의 확산계수인 D = 3.178 × 10-9m2/s 보다 큰 값인 것을 알 수 있다. 따라서 6개월 이상 폐수처리에 사용된 이후에도 담체의 물질확산속도는 실질적으로 영향을 받지 않는 것을 알 수 있다.Comparing these results, before the wastewater treatment, in the case of 0.5% Ad.AS carrier (Fig. 2a), it can be seen that the diffusion rate is slowed as the wastewater treatment period is increased, and between 4 months and 6 months (Figs. ), It can be seen that similar values are maintained without significant change in diffusion coefficient. In addition, the difference in diffusion coefficient before and after the wastewater treatment is very small, and it can be seen that this value is larger than the diffusion coefficient D = 3.178 × 10 −9 m 2 / s of the carrier without sludge. Therefore, even after being used for wastewater treatment for more than six months, it can be seen that the material diffusion rate of the carrier is not substantially affected.

표면분석  Surface analysis

이는 합성된 담체의 표면구조를 확인하기 위한 것이다. 미생물이 포괄된 담체의 경우에는 젖어있는 상태로 WETSEM으로 관찰하였다.This is to confirm the surface structure of the synthesized carrier. In the case of a carrier containing microorganisms, the wet state was observed by WETSEM.

주사형 전자현미경(Topcon사, SM-300 SEM)을 이용하여 PEG 담체의 표면분석을 하였다. 이때 담체는 액체질소로 급랭시킨 후 진공을 걸어 동결건조기에서 3일간 건조시킨 것을 사용하였다. 각각의 건조된 시료를 시료 고정대에 고정시키고 금 (Au) 파우더로 코팅시켜 표면에 도전처리를 하여 분석하였다. 15kv 조건하에서 2000배로 표면의 기공 유무 및 기공사이즈를 확인하였다. The surface of the PEG carrier was analyzed using a scanning electron microscope (Topcon, SM-300 SEM). At this time, the carrier was quenched with liquid nitrogen and vacuum-dried for 3 days in a freeze dryer. Each dried sample was fixed to a sample holder and coated with gold (Au) powder to conduct a surface conduction analysis. The pore size and pore size of the surface were confirmed at 2000 times under 15kv condition.

질산화 슬러지를 혼합하여 만들어진 담체의 경우에는 Phillips Electron Optics사의 XL30 ESEM(Environmental Scanning Electron Microscope)를 사용하여 수분이 포함된 상태에서 표면분석을 하였다. 담체의 전체 표면 상태를 확인하기 위해 저배율인 200배와 1000배로 측정하였으며, 질산화 테스트로 암모니아 합성폐수에서 70일간 운전된 담체를 증류수에서 세척한 다음 물기를 어느 정도 제거한 후 코팅없이 압력을 조절하여 시료를 분석하였다. 질산화 테스트를 진행한 동일한 담체를 동결 건조시켜 SEM으로도 확인해 보았다.In the case of the carrier made by mixing nitrate sludge, the surface analysis was performed in the state of containing water using the XL30 ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope) of Phillips Electron Optics. In order to check the overall surface state of the carrier, the measurement was performed at 200 and 1000 times, which is a low magnification. The carrier was operated for 70 days in an ammonia synthesis wastewater by nitrification test, and then washed with distilled water. Was analyzed. The same carrier undergoing nitrification was lyophilized and confirmed by SEM.

도 3은 실시예 1 내지 10의 PEG 담체의 표면 SEM 사진을 나타낸다. 도 3에서, 도 3a 내지 도 3j는 각각 실시예 1 내지 10의 PEG 담체의 표면 SEM 사진이다. 이 사진의 측정배율은 모두 2,000배로 고정되었다.Figure 3 shows a SEM image of the surface of the PEG carrier of Examples 1 to 10. 3A to 3J are surface SEM photographs of the PEG carriers of Examples 1 to 10, respectively. All the magnifications of this photo were fixed at 2,000 times.

도 3a 내지 도 3j에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1 내지 10의 담체는 모두 정도의 차이는 있지만 모두 많은 미세한 주름을 갖고 있어서 미생물들이 담체 표면에 잘 고정화될 수 있는 환경인 것을 확인하였다.As can be seen in Figures 3a to 3j, the carriers of Examples 1 to 10 of the present invention all have a degree of difference, but all have a lot of fine wrinkles it was confirmed that the microorganisms can be well immobilized on the surface of the carrier.

도 4는 실시예 1의 소비톨 가교제를 이용하여 합성한 직후의 PEG-1 담체, 질산화균을 고정화시킨 직후의 PEG-1 담체에 대한 WET SEM 사진 및 질산화균을 고정화시킨 후 약 70일간 운전한 후의 PEG-1 담체에 대한 WET SEM 또는 SEM 사진을 나타낸다. 구체적으로는, 도 4a는 질산화균이 고정되지 않은 PEG-1 담체(1000배율), 도 4b는 질산화균이 고정화된 직후의 PEG-1 담체(1000배율), 도 4c는 0.5% 질산화균이 고정화된 후 하기 표 5의 합성폐수 내에서 약 70일간 운전한 후의 PEG-1 담체(1000배율), 및 도 4d는 0.5% 질산화균이 고정화된 후 하기 표 5의 합성폐수 내에서 약 70일간 운전한 후의 PEG-1 담체(2000배율)의 표면상태를 나타낸다.FIG. 4 shows a PEG-1 carrier immediately after synthesis using the sorbitol crosslinking agent of Example 1, a WET SEM photograph of the PEG-1 carrier immediately after immobilization of nitrifying bacteria, and an operation for about 70 days after immobilization. The WET SEM or SEM photograph of the following PEG-1 carrier is shown. Specifically, FIG. 4A shows a PEG-1 carrier (1000x magnification) without nitrifying bacteria, FIG. 4B shows a PEG-1 carrier (1000x magnification) immediately after nitrifying bacteria are immobilized, and FIG. After the operation for about 70 days in the synthetic wastewater of Table 5, and PEG-1 carrier (1000 magnification), and Figure 4d is operated for about 70 days in the synthetic wastewater of Table 5 after 0.5% nitrification is immobilized The surface state of the following PEG-1 support (2000 magnification) is shown.

도 4를 참조하면, 질산화균을 고정화한 담체(도 4b)는 질산화균을 고정화하지 않은 담체(도 4a) 보다 담체 표면에 기공이 많이 형성된 것을 알 수 있으며, 평균기공사이즈는 약 5㎛인 것을 확인할 수 있었다. 이들 담체를 합성폐수에서 약 70일 운전한 후 관찰한 결과(도 4c, 도 4d)는 전체적으로 처음 고정화했을 때 보다 미생물이 많이 증식하여 담체 표면을 많이 덮어 싸고 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the carrier having immobilized nitrifying bacteria (FIG. 4B) has more pores formed on the surface of the carrier than the carrier having not immobilized nitrifying bacteria (FIG. 4A), and the average pore size is about 5 μm. I could confirm it. After operating these carriers for about 70 days in synthetic wastewater (FIGS. 4C, 4D), it can be seen that the microorganisms multiply and cover the surface of the carrier much more than when initially immobilized.

용해도  Solubility

이는 담체의 유기용매에 대한 난용성을 평가하기 위한 것이다. 실제 담체가 난분해성물질을 포함한 폐수처리장에 적용되는 경우 폐수중에 혼합된 다양한 유기용매와 접할 수 있으므로 이에 대한 내성을 평가할 필요가 있다.This is to evaluate the poor solubility of the carrier in the organic solvent. When the actual carrier is applied to a wastewater treatment plant containing hardly decomposable substances, it is necessary to evaluate the resistance to various organic solvents mixed in the wastewater.

일반적으로 하페수에 많이 포함될 수 있는 유기용매 11 종류에 대한 용해도 테스트를 시행하였다. 즉, 일정량의 담체를 유기용매가 동일 부피로 채워진 튜브에 넣은 후, 튜브를 믹서에(독일 Eppendorf사, Thermomixer 5436)에 넣고 1200rpm으로 30℃ 에서 5일간 교반시켜 용해도를 측정하였다.In general, solubility tests were conducted for 11 organic solvents that could be included in Hape water. That is, a certain amount of the carrier was put in a tube filled with the same volume of the organic solvent, the tube was placed in a mixer (Thermomixer 5436, Eppendorf, Germany) and stirred for 5 days at 30 ℃ at 1200rpm to measure the solubility.

표 3은 이 유기 용매에 대한 용해도 시험 결과를 나타낸다.Table 3 shows the solubility test results for this organic solvent.

(표 3)Table 3

실시예 1의 담체Carrier of Example 1 실시예 2의 담체Carrier of Example 2 실시예 3의 담체Carrier of Example 3 실시예 4의 담체Carrier of Example 4 실시예 5의 담체Carrier of Example 5 water XX XX XX XX XX 메탄올Methanol XX XX XX XX XX 아세톤Acetone XX XX XX XX 1.74% 중량감소1.74% weight reduction 에틸 아세테이트Ethyl acetate XX XX XX XX XX 디메틸술폭사이드(DMSO)Dimethyl Sulfoxide (DMSO) XX XX 0.99% 중량감소0.99% weight reduction 4.76% 중량감소4.76% weight loss 5.90% 중량감소5.90% weight reduction 클로로포름chloroform XX XX XX XX XX 벤젠benzene XX XX XX XX XX 톨루엔toluene XX XX XX XX XX 디메틸포름아미드(DMF)Dimethylformamide (DMF) XX XX XX XX XX 테트라하이드로퓨란(THF)Tetrahydrofuran (THF) XX 2.36% 중량감소2.36% Weight Reduction XX 1.28% 중량감소1.28% weight reduction 6.72% 중량감소6.72% Weight Reduction 메틸렌 클로라이드Methylene chloride XX XX XX XX XX

X : 중량감소 없음.X: No weight loss.

표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5의 PEG 담체는 대부분의 유기용매에서 용해가 일어나지 않은 것으로부터 유기용매에 대한 안정성이 우수한 것을 알 수 있다. 다만, DMSO, THF 용매에서 용해가 약간 일어나는 것을 알 수 있는데, 실제의 하폐수에서 이러한 용매의 농도는 높지 않다. 따라서, 본 발명에 따른 PEG 담체는 실제 하폐수 처리시 유기 용매에 대한 안정성이 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the PEG carriers of Examples 1 to 5 according to the present invention have excellent stability to organic solvents because dissolution does not occur in most organic solvents. However, it can be seen that the dissolution occurs slightly in the solvent DMSO, THF, the concentration of such solvent in the actual wastewater is not high. Therefore, it can be confirmed that the PEG carrier according to the present invention has excellent stability to organic solvents in actual wastewater treatment.

열분석  Thermal analysis

합성된 PEG 담체의 열적 안정성 평가를 위하여 시차 주사 열량분석장치(TA Instruments.co, DSC-2010)를 사용하여 담체의 융점(Tm)과 유리전이온도(Tg)를 측정하였다. 이를 위하여, 담체 시료 10±0.5mg을 알루미늄 팬에 넣고 압축하여 시료준비를 한 후 질소기류(60 ml/min)하에서 -100 ~ 200℃ 까지 10℃/min의 승온속도 로 운전하여 각 시료의 DSC 써모그램을 얻었다.To evaluate the thermal stability of the synthesized PEG carrier, the melting point (Tm) and glass transition temperature (Tg) of the carrier were measured using a differential scanning calorimetry apparatus (TA Instruments.co, DSC-2010). To do this, put 10 ± 0.5mg of carrier sample into an aluminum pan and compress the sample to prepare the sample, and then operate at a temperature increase rate of 10 ° C / min from -100 to 200 ° C under nitrogen stream (60 ml / min) for each DSC A thermogram was obtained.

또한, PEG 담체의 5% 중량 감소온도를 확인하기 위해서 열중량분석시험을 실시하였다. 이를 위하여, 실시예 1 내지 10의 PEG 담체에 대하여 일본 Shimadzu사의 모델명 TGA-50 장치를 이용하여 질소기류(50ml/min)하에 상온에서 700℃ 까지 승온속도 10℃/min으로 하여 열중량분석시험을 하였다.In addition, thermogravimetric analysis was conducted to confirm the 5% weight reduction temperature of the PEG carrier. To this end, thermogravimetric analysis was carried out on the PEG carriers of Examples 1 to 10 using a model name TGA-50 manufactured by Shimadzu, Japan, at a temperature rising rate of 10 ° C./min from room temperature to 700 ° C. under nitrogen stream (50 ml / min). It was.

표 4는 이러한 실시예 1 내지 10의 담체에 대한 열분석 결과를 종합한 것이다.Table 4 summarizes the thermal analysis results for the carriers of Examples 1 to 10.

(표 4)Table 4

Tg(℃ )Tg (℃) Tm(℃ )Tm (℃) △H(W/g)ΔH (W / g) 실시예 1Example 1 -46.63-46.63 139.34139.34 81.4381.43 실시예 2Example 2 -44.40-44.40 131.93131.93 66.0866.08 실시예 3Example 3 -43.22-43.22 135.65135.65 62.9762.97 실시예 4Example 4 -48.66-48.66 123.34123.34 59.6359.63 실시예 5Example 5 -48.66-48.66 129.38129.38 67.1867.18 실시예 6Example 6 -49.96-49.96 135.84135.84 77.3877.38 실시예 7Example 7 -48.50-48.50 135.87135.87 63.6763.67 실시예 8Example 8 -46.30-46.30 134.05134.05 59.4459.44 실시예 9Example 9 -53.90-53.90 123.51123.51 52.7052.70 실시예 10Example 10 -50.77-50.77 126.23126.23 50.6650.66

표 4를 참조하면, 실시예 1 내지 10의 본 발명의 담체들의 열적특성은 담체로서 사용하기 충분한 것을 확인하였다. 탄성보강제인 STB를 포함하는 실시예 1 내지 5의 경우가 STB를 포함하지 않는 실시예 6 내지 10의 경우보다 전반적으로 Tg와 Tm 모두 증가하는 것을 확인하였다. 담체가 용해되는데 소요된 엔탈피 △H의 경우에도 유사한 거동을 보였다. 이로부터, 실시예 1 내지 10의 본 발명에 따른 담체는 모두 담체로서 사용되기에 충분하지만 그중에서도 탄성보강제인 STB를 포함하는 실시예 1 내지 5의 경우가 열성특성이 낳은 것을 알 수 있다. 이는 탄성보강제인 STB의 포함에 의하여 PEG 담체들이 압축강도가 증가한 것과 같이 분자구조에 STB의 포 함에 의하여 강성이 향상된 것을 의미하는 것으로 판단된다.Referring to Table 4, it was confirmed that the thermal properties of the carriers of the present invention of Examples 1 to 10 were sufficient to be used as the carrier. In the case of Examples 1 to 5 including the STB as an elastic reinforcing agent, it was confirmed that both Tg and Tm were increased as compared with Examples 6 to 10 without the STB. The enthalpy ΔH required to dissolve the carrier showed similar behavior. From this, it can be seen that all of the carriers according to the present invention of Examples 1 to 10 are sufficient to be used as carriers, but among them, Examples 1 to 5 including STB, which is an elastic reinforcing agent, resulted in thermal properties. This is believed to mean that the rigidity is enhanced by the inclusion of STB in the molecular structure, such as the increase in the compressive strength of PEG carriers by the inclusion of STB, an elastic reinforcing agent.

독성 테스트  Toxicity test

담체의 자체 독성을 평가하기 위해 저성장균이면서 저점성균인 질산화균을 고정화시킨 실시예 1의 PEG-1 담체를 이용하여 암모니아성 합성폐수에서 질산화처리 효율 테스트를 하였다. 왜냐하면 고정화 담체는 담체내에 미생물을 포괄하는 것이므로 담체가 미생물에 독성을 나타내면 생물학적 처리 효율을 증대시킬 수 없기 때문이다.In order to evaluate the self-toxicity of the carrier, the efficiency of nitrification was tested in the ammonia-based synthetic wastewater using the PEG-1 carrier of Example 1 immobilized with low growth bacteria and low viscosity bacteria. This is because the immobilized carrier encompasses the microorganisms in the carrier, and thus, if the carrier is toxic to the microorganism, the biological treatment efficiency cannot be increased.

시험조건은 다음과 같았다. 70일간 4L의 2개의 반응조에 질산화균이 각각 0.5% 및 1%로 고정화된 실시예 1의 PEG-담체를 각각 10%씩 충진시키고 4L/min으로 폭기시키면서, 내부 반응조 온도를 25±1℃로 조절하여 독성테스트 실험하였다. 시뮬레이션된 암모니아 합성폐수의 조성은 표 5와 같았다. 시간이 흐름에 따라 암모니아 합성폐수의 유량을 증가시켜 암모니아성 질소부하 NH4-N를 증가시켰다.The test conditions were as follows. The internal reactor temperature was adjusted to 25 ± 1 ° C., while filling 4 L / min of the reactor with 10% of PEG-carrier of Example 1 immobilized at 0.5% and 1%, respectively, for 4 days. Toxicity test experiment was adjusted. The composition of the simulated ammonia synthesis wastewater is shown in Table 5. Over time, the ammonia nitrogen load NH4-N was increased by increasing the flow rate of ammonia synthesis wastewater.

(표 5)Table 5

암모니아 합성폐수의 조성Composition of Ammonia Synthetic Wastewater

화합물compound 농도(mg/L) Concentration (mg / L) NH4HCO3NH4HCO3 564.29 as NH4+564.29 as NH4 + NaHCO3NaHCO3 1147.09 as Alkalinity1147.09 as Alkalinity K2HPO4K2HPO4 85.40 as P85.40 as P CaCl2CaCl2 3.90 AS Ca3.90 AS Ca MgSO4.7H2OMgSO4.7H2O 34.00 as Mg34.00 as Mg MnSO4.H2OMnSO4.H2O 5.00 as Mn5.00 as Mn FeSO4.7H2OFeSO4.7H2O 2.30 as Fe2.30 as Fe KClKCl 7.10 as K7.10 as K

이와 같이 하여 상기 질산화균이 담체의 중량대비 각각 0.5% 및 1% 고정화된 PEG-1 담체의 질산화 처리 효율을 비교하였다.Thus, the nitrification efficiency of the PEG-1 carrier was 0.5% and 1% immobilized to the weight of the carrier, respectively.

실험 초기에는 NH4-N을 0.1kg/m3/day로 부하시켰으며, 담체가 적응함에 따른 질산화 능력을 평가하기 위해 유입되는 유량을 점차로 증가시켜 수리학적 체류시간(HRT)을 단축하는 방법으로 암모니아성 질소부하를 약 10일에서 약 20일 마다 0.1kg/m3/day 씩 증가시켜 마지막에는 0.9kg/m3/day까지 증가시켰다(도 5a). At the beginning of the experiment, NH4-N was loaded at 0.1 kg / m 3 / day, and ammonia was reduced by gradually increasing the flow rate to evaluate the nitrification capacity as the carrier was adapted. Sex nitrogen was increased by 0.1kg / m 3 / day every 10 to about 20 days and finally increased to 0.9kg / m 3 / day (FIG. 5A).

도 5a는 시간에 따른 암모니아성 질소부하 변화 및 0.5% 및 1%의 질산화균이 고정화된 PEG-1 담체의 질산화 처리 효율 시험 결과를 나타낸다. 도 5a를 참조하면, 초기 0 ~ 약 12일 사이의 암모니아성 질소부하가 0.1kg/m3/day인 구간에서는 0.5% 질산화균을 고정화시킨 담체가 1%의 질산화균을 고정화시킨 담체보다 질산화균이 적응하는 시간이 길어 초기 질산화 처리효율이 낮은 것을 알 수 있다. 그러나, 시간이 흐름에 따라 담체가 합성폐수에 적응하면 암모니아성 질소부하가 증가하여도 약 70일 정도 운전한 후에는 비슷한 처리효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서, 미생물의 고정량은 담체 중량 대비 0.5% 정도가 적당함을 알 수 있다. 도 5a로부터 알 수 있듯이, 질산화균으로 고정화된 PEG-1 담체의 한계부하는 0.7kg NH4-N/㎥/day임을 확인 할 수 있다. 하기 표 6은 0.5% 질산화균으로 고정화된 PEG-1 담체에 대한 도 5a의 결과를 도표화한 것이다.Figure 5a shows the results of the nitrification treatment efficiency test of PEG-1 carrier immobilized ammonia nitrogen load over time and 0.5% and 1% nitrification bacteria. Referring to FIG. 5A, in a section in which the ammonia nitrogen load is 0.1 kg / m 3 / day between the initial 0 days and about 12 days, the carrier which immobilized 0.5% nitrifier was higher than the carrier which immobilized 1% nitrifier. This adaptation time is long, it can be seen that the initial nitrification treatment efficiency is low. However, as the carrier adapts to the synthetic wastewater over time, it can be seen that after about 70 days of operation, even if the ammonia nitrogen load increases, the carrier shows similar treatment efficiency. Therefore, it can be seen that the fixed amount of the microorganism is about 0.5% relative to the weight of the carrier. As can be seen from Figure 5a, it can be seen that the limit load of the PEG-1 carrier immobilized with nitrifying bacteria is 0.7kg NH4-N / ㎥ / day. Table 6 below plots the results of FIG. 5A for PEG-1 carriers immobilized with 0.5% nitrifier.

질소부하(kg NH4-N/㎥/day)Nitrogen Load (kg NH4-N / ㎥ / day) 질산화효율(%)Nitrification Efficiency (%) 0.10.1 9999 0.20.2 9999 0.30.3 9999 0.40.4 9797 0.50.5 9595 0.60.6 9595 0.70.7 9393 0.80.8 8585 0.90.9 7575

도 5b는 시간 경과에 따른 유입수, 0.5% 질산화균 고정화 PEG-1 담체가 충진된 반응조, 및 1.0% 질산화균 고정화 PEG-1 담체가 충진된 반응조의 암모니아성 질소 농도변화를 기록한 것이다.Figure 5b records the change in ammonia nitrogen concentration of the influent, the reactor filled with 0.5% nitrifying immobilized PEG-1 carrier, and the reactor filled with 1.0% nitrifying immobilized PEG-1 carrier over time.

도 5b를 참조하면, 110일이 경과해도 질산화균 고정화 PEG-1 담체의 처리효율이 유지되는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 5b, it can be seen that even after 110 days the treatment efficiency of the nitrifying bacteria immobilized PEG-1 carrier is maintained.

상기한 바와 같이 본 발명의 친수성 고정화 담체는 다음과 같은 기술적 효과를 발휘할 수 있다.As described above, the hydrophilic immobilized carrier of the present invention can exhibit the following technical effects.

(1) 본 발명에 따른 친수성 미생물 고정화 담체는 폐수 처리용 미생물에 대한 독성이 없으며, 미생물이 효율적으로 다량 포괄 고정화될 수 있으며, 내부에 형성된 망상 구조의 네트웍 유로(reticulated network of flow channels)를 구비하고 있어서 물질확산이 잘 이루어진다. 따라서 생물학적 방법으로 하폐수를 효율적으로 처리할 수 있다.(1) The hydrophilic microorganism immobilization carrier according to the present invention is not toxic to wastewater treatment microorganisms, and microorganisms can be efficiently encapsulated in large quantities, and has a network structure of a reticulated network formed therein. Material diffusion is good. Therefore, it is possible to treat wastewater efficiently by biological method.

(2) 본 발명에 따른 친수성 미생물 고정화 담체는 압축강도, 탄성이 충분하여 장기간 폐수처리에 사용될 수 있을 정도의 내구성을 갖는다. 본 발명에 따른 친수성 고정화 담체는 또한 열적특성 및 유기용매에 대한 난용성도 우수하므로 장기 간 폐수처리에 이용될 수 있다.(2) The hydrophilic microorganism immobilization carrier according to the present invention has sufficient compressive strength and elasticity, and has durability enough to be used for long-term wastewater treatment. The hydrophilic immobilized carrier according to the present invention is also excellent in thermal properties and poor solubility in organic solvents, and thus can be used for long-term wastewater treatment.

(3) 본 발명에 따른 담체제조방법에 따르면 여러가지 미생물을 담체제조과정중에 포괄할 수 있으므로 반응조에서 담체를 투입하여 이 담체내에 소망하는 미생물이 일정량 이상의 고정될 때까지 소요되는 시간을 절약할 수 있는 이점이 있다.(3) According to the method for producing a carrier according to the present invention, since various microorganisms can be included in the carrier manufacturing process, a carrier can be put in a reaction tank to save time required until the desired microorganism in the carrier is fixed to a predetermined amount or more. There is an advantage.

Claims (11)

폐수처리를 위한 친수성 미생물 고정화 담체로서, 상기 담체는,Hydrophilic microbial immobilization carrier for wastewater treatment, the carrier, 폴리(에틸렌글리콜) 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디비닐 에테르, 폴리(에틸렌글리콜) 에틸 에테르 메타아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 메타아크릴레이트, 및 폴리(에틸렌글리콜) 페닐 에테르 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 폴리에틸렌글리콜 성분이 중합되어 형성된 폴리에틸렌글리콜계 중합체분자 백본(backbone) 사이에 가교결합이 형성되어 있는 3차원 망목구조의 폴리에틸렌글리콜계 중합체를 포함하며, 또한 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트와 반응하여 담체의 탄성을 증가시키는 붕소-산소 결합을 구비하며,Poly (ethylene glycol) acrylate, poly (ethylene glycol) diacrylate, poly (ethylene glycol) methacrylate, poly (ethylene glycol) dimethacrylate, poly (ethylene glycol) divinyl ether, poly (ethylene glycol) At least one polyethylene glycol component selected from the group consisting of ethyl ether methacrylate, poly (ethylene glycol) methyl ether acrylate, poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, and poly (ethylene glycol) phenyl ether acrylate Boron-containing polyethylene glycol-based polymer having a three-dimensional network structure crosslinked between the polyethylene glycol-based polymer molecule backbone formed by polymerization and reacting with sodium tetraborate decahydrate to increase the elasticity of the carrier. With oxygen bonds, 또한 폐수를 정화하는 미생물이 고정화되고 폐수가 확산되어 출입할 수 있는 복수의 기공들을 구비하며, 상기 기공들은 서로 연장되어 망상 구조의 네트웍 유로(reticulated network of flow channels)를 형성하는 것을 특징으로 하는 다공성의 친수성 미생물 고정화 담체.In addition, the microorganisms to purify the waste water is immobilized and the waste water has a plurality of pores that can enter and exit, the pores are characterized in that extending to each other to form a reticulated network of flow channels (reticulated network of flow channels) Hydrophilic microbial immobilization carrier. 제1항에 있어서, 상기 가교결합은 1개 내지 6개의 관능기를 포함하는 가교제로부터 유래된 것을 특징으로 하는 친수성 미생물 고정화 담체.The hydrophilic microorganism immobilization carrier according to claim 1, wherein the crosslink is derived from a crosslinking agent comprising 1 to 6 functional groups. 제2항에 있어서, 상기 가교제는 소비톨, N,N'-디알릴타르타르디아미드, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 디알릴 푸마레이트, 1,5-헥사디엔-3-올, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 친수성 미생물 고정화 담체.The method of claim 2, wherein the crosslinking agent is sorbitol, N, N'- diallyl tardiamide, N, N'- methylenebisacrylamide, diallyl fumarate, 1,5-hexadien-3-ol, or A hydrophilic microorganism immobilization carrier, characterized in that a mixture thereof. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 담체는 상기 망상 구조의 네트웍 유로내에 고정화된 폐수중의 유기물 또는 질소성분 정화용 미생물을 포함하는 것을 특징으로 하는 친수성 미생물 고정화 담체.The hydrophilic microorganism immobilization carrier according to claim 1, wherein the carrier comprises microorganisms for purifying organic matter or nitrogen components in wastewater immobilized in the network flow path of the network structure. 제1항에 있어서, 상기 가교결합의 함량은 상기 플리에틸렌글리콜 성분 100 중량부를 기준으로 4 내지 6 중량부의 가교제가 반응하여 형성된 것을 특징으로 하는 친수성 미생물 고정화 담체.The hydrophilic microorganism immobilization carrier according to claim 1, wherein the crosslinking content is formed by reacting 4 to 6 parts by weight of the crosslinking agent based on 100 parts by weight of the polyethylene glycol component. 친수성 미생물 고정화 담체의 제조방법으로서,As a method for producing a hydrophilic microorganism immobilization carrier, (a) 수성용매 및 중합개시제가 존재하는 반응용기내에서, 폴리에틸렌글리콜 성분 및 가교제를 혼합하고 교반하여 상기 폴리에틸렌글리콜 성분을 중합시키고 또한 상기 폴리에틸렌글리콜 성분의 중합체 백본 사이에 가교결합을 형성함으로써 3차원 망목구조의 폴리에틸렌글리콜계 중합체를 형성하는 단계로서, 상기 반응용기내에는 얻어진 담체의 탄성을 증가시키기 위하여 소디움 테트라보레이트 데카하이드레이트를 포함하는 단계;(a) in a reaction vessel in which an aqueous solvent and a polymerization initiator are present, the polyethylene glycol component and the crosslinking agent are mixed and stirred to polymerize the polyethylene glycol component and form crosslinks between the polymer backbones of the polyethylene glycol component. Forming a polyethylene glycol polymer having a network structure, the reaction vessel including sodium tetraborate decahydrate to increase elasticity of the obtained carrier; (b) 상기 폴리에틸렌글리콜 중합체 용액을 중화하여 상기 용액의 pH를 6 내지 8의 범위로 조정하고 또한 상기 중합체 용액을 겔상태로 전환시키는 단계; 및(b) neutralizing the polyethylene glycol polymer solution to adjust the pH of the solution in the range of 6 to 8 and converting the polymer solution into a gel state; And (c) 상기 겔상태의 폴리에틸렌글리콜 중합체 용액을 압출하여 서로 연장되어 망상 구조의 네트웍 유로(reticulated network of flow channels)를 형성하는 복수의 기공을 구비한 담체를 얻는 단계를 포함하는 담체 제조방법.(c) extruding the gelled polyethylene glycol polymer solution to obtain a carrier having a plurality of pores extending from each other to form a reticulated network of flow channels. 삭제delete 제7항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 pH를 6 내지 8의 범위로 조정한 후, 미생물을 포함하는 슬러지를 반응용기내에 투입하고 숙성시킴으로써 담체내의 기공에 상기 미생물을 포괄시키는 조작을 더 실시하는 것을 특징으로 하는 담체 제조방법.The method according to claim 7, further comprising the step of adjusting the pH to a range of 6 to 8 in the step (b), and then enclosing the microorganisms in the pores of the carrier by injecting and aging the sludge containing the microorganisms into the reaction vessel. Carrier production method characterized in that. 제7항에 있어서, 상기 (a) 단계의 반응용기는 라디칼 중합이 실온에서 진행될 수 있도록 하는 촉진제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the reaction vessel of step (a) further comprises an accelerator for allowing radical polymerization to proceed at room temperature. 제7항에 있어서, 상기 폴리에틸렌글리콜 성분 및 가교제는 상기 폴리에틸렌글리콜 성분 100 중량부를 기준으로 4 내지 6 중량부의 가교제가 혼합되는 것을 특징으로 하는 담체 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the polyethylene glycol component and the crosslinking agent are mixed with 4 to 6 parts by weight of the crosslinking agent based on 100 parts by weight of the polyethylene glycol component.
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