KR100728696B1

KR100728696B1 - 미생물 부착을 위한 미세 기공을 갖는 투수성 콘크리트담체

Info

Publication number: KR100728696B1
Application number: KR1020070024865A
Authority: KR
Inventors: 김민철; 황규홍; 윤정배
Original assignee: 화남산업 주식회사
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2007-08-10

Abstract

본 발명은 투수성 콘크리트 혼합물 1㎥ 당 시멘트를 250~400 ㎏/㎥, 물을 80~150 ㎏/㎥, 입경 20㎜ 이하인 임팩팅 골재를 1,500~2,000 ㎏/㎥, 및 AE제를 상기 시멘트에 대하여 0.5~1.5중량%로 혼합하여 구성되는 투수성 콘크리트를 성형하여 제작된 담체에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 임팩팅 골재는 일반 골재를 둥근 형태에 가까운 다각형 형상으로 가공한 것으로, 입도는 13㎜의 크기체 통과중량이 100%, 10㎜의 크기체 통과중량이 85~100%, 5㎜의 크기체 통과중량이 10~47%, 2.5㎜의 크기체 통과중량이 0~10%이며, 성형된 담체를 0.1~0.3 진공기압하에서 1~5분간 탈진공처리 후 양생함으로써 투수성 콘크리트 표면에 미세 기공을 도입하는 것을 특징으로 한다.

투수성 콘크리트, 담체, 미생물, AE제, 탈진공처리

Description

미생물 부착을 위한 미세 기공을 갖는 투수성 콘크리트 담체 {Permeable Concrete Carrier having Micropore for Deposition of Microorganism}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 임팩팅 골재를 이용한 투수성 콘크리트 담체를 보여주는 사진이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 임팩팅 골재를 이용한 투수성 콘크리트 담체의 기공을 보여주는 확대 사진이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 기공에 미생물이 배양된 투수성 콘크리트 담체의 사진이다.

본 발명은 투수성 콘크리트 담체에 관한 것으로, 구체적으로는 콘크리트에 적절한 입도의 임팩팅 골재를 사용하여 투수성이 향상되고, AE제 등의 기포제를 사용하여 미세기공을 도입하며, 담체 성형 후 탈진공처리하여 담체 표면에 미세 기공을 도출함으로써 미생물을 안정적으로 배양할 수 있는 콘크리트 담체에 관한 것이 다.

최근 경제수준이 향상됨에 따라 환경에 대한 보전복원에 관심이 높아지면서 수질분야에서는 친수성 하천 공간 즉, 자연형 정비하천에 대한 논의가 활발해지고 있다. 이러한 자연형 정비하천에서는 수질 정화를 위한 환경기술의 개발이 가장 중요한 바, 최근 각광받고 있는 수질 정화방법은 미생물을 고농도로 일정 매체에 고정화하여 안정적으로 배양하고 성장할 수 있도록 유지시켜주는 방법이다. 따라서, 미생물을 고정화하고 배양시킬 수 있는 매체, 즉 담체의 역할이 매우 중요하다.

일반적으로 미생물을 담지할 수 있는 다공성 담체로는 천연재료와 고분자재료, 그리고 세라믹 등의 무기재료 등이 다양하게 이용되고 있다. 천연재료의 경우 미생물의 서식환경을 증진시키고 초기 흡착 및 영양물질을 제공하여 탈취효과를 향상시키는 특성을 가진 반면, 시간의 경과에 따라 탄화 및 압밀에 의한 압력 손실이 증가하여 흡착효능이 감소되는 단점이 있다.

고분자재료의 경우 미세구조의 제어가 용이하고, 미생물의 고정화 특성이 우수한 반면, 겔상으로 인한 압력 손실이 크며, 장기간 사용 시 담체 자체의 팽윤이나 자화에 의해 특성이 변질되고 경제성 측면에서도 무기물에 비해 불리한 단점이 있다.

세라믹스 등의 무기재료의 경우 미생물과의 우수한 친화성 및 우수한 내화학성과 성형성, 강도 등을 갖으나, 상대적으로 제조비용이 높은 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 담체 재료의 문제점들을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 골재의 크기를 조절하여 기공 분포를 다양하게 변화시키고 수질 정화에 요구되는 다양한 크기의 기공을 포함하는 투수성 콘크리트 담체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 기포제를 사용하고 양생 전에 탈진공처리함으로써 미생물이 서식할 수 있는 공간인 담체 표면에 미세 기공을 갖는 투수성 콘크리트 담체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 임팩팅 골재를 사용함으로써, 콘크리트 담체의 비표면적을 크게 하고, 표면에 요철을 형성하며, 담체 내부의 공극률을 증가시키는, 미생물의 부착 및 담지에 효과적인 투수성 콘크리트 담체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 콘크리트 혼합물 1㎥ 당 시멘트를 250~400 ㎏/㎥, 물을 80~150 ㎏/㎥, 입경 20㎜ 이하인 임팩팅 골재를 1,500~ 2,000 ㎏/㎥, AE제를 상기 시멘트에 대하여 0.5~1.5중량%로 혼합하여 구성되는 투수성 콘크리트를 성형하여 제작된 담체로, 상기 임팩팅 골재는 일반 골재를 둥근 형태에 가까운 다각형 형상으로 가공하여 제작되며, 입도는 13㎜의 크기체 통과중량이 100%, 10㎜의 크기체 통과중량이 85~100%, 5㎜의 크기체 통과중량이 10~47%, 2.5㎜의 크기체 통과중량이 0~10%이고, 상기 성형된 담체를 0.1~0.3 진공 기압하에서 1~5분간 탈진공처리 후 양생함으로써 투수성 콘크리트 표면에 미세 기공을 도입하는 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체가 제공된다.

또한, 본 발명에서 상기 임팩팅 골재의 입경이 19㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체를 제공한다.

또한, 상기한 본 발명에서 상기 임팩팅 골재의 입경이 13㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체를 제공한다.

또한, 본 발명에서 상기 임팩팅 골재의 입경이 5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체를 제공한다.

또한, 위와 같은 본 발명에서 상기 AE제를 상기 시멘트에 대하여 1중량%로 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체가 제공된다.

또한, 본 발명에서 상기 성형된 담체를 0.1~0.3 진공기압하에서 2~3분간 탈진공처리 후 양생하는 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체가 제공된다.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구성에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

미생물을 고정하기 위한 다공성 담체는 자체 표면에 처리대상 물질을 흡착 및 흡수시키는 능력이 가장 중요하므로 비표면적이 크고, 적절한 기공 분포 및 단위의 크기를 가진 요철 형태의 표면을 갖는 것이 효과적이다.

콘크리트의 투수성은 골재의 종류, 순도, 입도, 입경에 따라 다르다. 임팩팅 골재를 사용한 투수성 콘크리트의 공극은 독립 공극이 아닌 연속 공극으로, 공 간 형성이 매우 복잡하여 환경 조건에 따라 다중의 생물이 내부까지 생식하므로 다양한 생물상의 형성이 가능한 장점이 있다. 본 발명에서는 편석이 제거된 입경 20㎜ 이하의 임팩팅 골재를 1,500~2,000 ㎏/㎥ 사용하는데, 상기 임팩팅 골재는 일반 골재를 둥근 형태에 가까운 다각형 형상으로 가공한 것으로, 입도는 13㎜의 크기체 통과중량이 100%, 10㎜의 크기체 통과중량이 85~100%, 5㎜의 크기체 통과중량이 10~47%, 2.5㎜의 크기체 통과중량이 0~10%인 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 다양한 입경의 임팩팅 골재를 포함하는 담체의 사진이다. 도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 투수성 콘크리트 담체는 설치되는 장소의 특성, 설치 목적에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 도 1에서는 왼쪽부터 각각 19㎜ 이하, 13㎜ 이하, 5㎜ 이하 입경의 임팩팅 골재를 이용한 콘크리트 담체의 사진을 보여준다. 현재 사용되는 상용 골재는 입경에 따라 40㎜ 이하, 25㎜ 이하, 19㎜ 이하, 13㎜ 이하, 5㎜ 이하로 크게 분류·생산되며, 이를 활용하여 설치 목적 등에 따라 다양한 입경의 임팩팅 골재를 포함하는 투수성 콘크리트 담체를 제작할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 임팩팅 골재를 이용한 투수성 콘크리트 담체의 표면 기공을 보여주며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 담체 표면의 기공에 미생물이 배양된 것을 보여준다.

투수성 콘크리트 담체에서 투수율에 가장 큰 영향을 미치는 것은 공극으로, 공극률을 높이기 위하여 콘크리트의 강도를 해치지 않는 범위 내에서 골재와 골재 사이의 공극을 크게 하는 것이 좋다. 공극이 작으면 투수율이 떨어지고, 골재 사 이에 불순물이 끼거나, 토사, 모래 등에 의하여 막힐 수 있기 때문이다.

본 발명에서는 AE제를 상기 시멘트에 대하여 0.5~1.5중량%로 혼합하여 시멘트 페이스트 내에 공극을 형성한다. 시멘트 페이스트 내에 미세 기공을 도입하기 위하여 기포제 또는 발포제를 사용할 수 있으며, 종류는 AE제, AL파우더, 탄산수소나트륨, 중탄산나트륨, 알루미늄명반 등으로 다양하나, 실험 결과 AE제가 시멘트 페이스트 내의 미세 기공 형성에 가장 효과적인 것으로 나타났다. AE제를 0.5중량%보다 적게 넣는 경우는 미세기공이 잘 형성되지 않고, 1.5중량%보다 많이 넣는 경우는 콘크리트 강도가 급격히 감소되므로 0.5~1.5중량%가 적당하며, 시멘트에 대하여 1중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 성형된 담체를 0.1~0.3 진공기압하에서 1~5분간 탈진공처리 후 양생하는 과정을 포함한다. 진공 챔버를 통해 탈진공처리함으로써 담체 표면에 미세 기포를 형성시키며, 실험 결과 이는 고주파로 내부 공기층을 가열하여 표면에 미세 기포를 도출하는 방법보다 효과적인 것으로 나타났다. 이때, 탈진공처리 시간이 2분보다 짧거나 0.1 진공기압보다 높은 기압하에서 탈진공처리하는 경우 미세 기포가 표면으로 도출되지 않으며, 탈진공처리 시간이 3분보다 길거나 0.3 진공기압보다 낮은 기압하에서 탈진공처리하는 경우 페이스트 표면에 미세 공기가 과다하게 도출되어 크랙을 형성하게 되고, 이에 따른 담체의 강도 저하가 우려되므로, 0.1~0.3 진공기압하에서 2~3분간 탈진공처리 후 양생하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 투수성 콘크리트 담체를 블록 대신 자갈 형태로 제작하여 돌망태 및 블록공법에 이용함으로써 하천의 흐름을 조절하고 어류의 서식지를 제공하며 수질을 정화할 수 있다. 담체의 형상은 구형, 중공구조형, 유공형, 파이프형, 판상형, 버켓형 등으로 다양하게 할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 담체는 투수성 콘크리트를 재료로 함으로써 경제성을 향상시키고, 임팩팅 골재를 이용함으로써 비표면적이 증가하였으며, 담체 표면에 요철이 형성되어 미생물의 부착이 용이한 장점이 있다.

또한, 투수성 콘크리트와 AE제를 사용하고, 양생 전 탈진공처리를 함으로써 다양한 크기의 기공을 갖게 되므로, 식생식물이 부착할 수 있는 큰 기공을 통해서는 물이 자유롭게 드나들어 침적되는 먼지나 흙의 제거가 용이하고, 투수성 콘크리트의 연속 공극 속에 미세 공극이 존재하므로 미생물이 서식할 수 있는 공간이 형성되므로 미생물을 이용한 오·폐수 및 축산폐수 등의 처리가 가능하다.

또한, 투수성 콘크리트 담체의 형상을 자갈 형태로 제작하여 돌망태 및 블록공법에 사용함으로써 돌망태공법의 장점인 어류 서식지 및 산란처 제공, 하천의 흐름 조절 및 홍수 방지 효과를 갖는 동시에 다공질인 투수성 콘크리트를 사용함으로써 식생식물의 부착 및 수질정화 효과도 갖는다.

이외에도, 해안에서 수중어초로 사용될 경우, 담체 표면의 미세 기공으로 인한 요철부분에 수중식물의 뿌리나 포자가 부착하기 쉽고, 담체 내부에 연속 공극이 존재하므로 크기가 작은 해양 동물의 서식지 역할을 한다. 또한, 수중어초를 크게 제작할 경우, 크기가 큰 해양 동물의 산란처 및 도피처 역할을 할 수 있다.

Claims

콘크리트 혼합물 1㎥ 당 시멘트를 250~400 ㎏/㎥, 물을 80~150 ㎏/㎥, 입경 20㎜ 이하의 임팩팅 골재를 1,500~2,000 ㎏/㎥, 및 AE제를 상기 시멘트에 대하여 0.5~1.5 중량%로 혼합하여 구성되는 투수성 콘크리트를 성형하여 제작된 담체로,

상기 임팩팅 골재는 일반 골재를 둥근 형태에 가까운 다각형 형상으로 가공하여 제작되며, 입도는 13㎜의 크기체 통과중량이 100%, 10㎜의 크기체 통과중량이 85~100%, 5㎜의 크기체 통과중량이 10~47%, 2.5㎜의 크기체 통과중량이 0~10%이고,

상기 성형된 담체를 0.1~0.3 진공기압하에서 1~5분간 탈진공처리 후 양생함으로써 투수성 콘크리트 표면에 미세 기공을 도입하는 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체.
제1항에 있어서,

상기 임팩팅 골재의 입경이 19㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체.
제1항에 있어서,

상기 임팩팅 골재의 입경이 13㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리 트 담체.
제1항에 있어서,

상기 임팩팅 골재의 입경이 5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체.
제1항에 있어서,

상기 AE제를 상기 시멘트에 대하여 1중량%로 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체.
제5항에 있어서,

상기 성형된 담체를 0.1~0.3 진공기압하에서 2~3분간 탈진공처리 후 양생하는 것을 특징으로 하는 투수성 콘크리트 담체.