KR100781712B1

KR100781712B1 - 생화학적 처리 담체 제조방법

Info

Publication number: KR100781712B1
Application number: KR20070017346A
Authority: KR
Inventors: 김원석
Original assignee: ㈜유성이엔티
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2007-12-03

Abstract

본 발명에 따른 생화학적 처리 담체 제조방법은, 혼합 밀에서 수산화알루미늄, 벤토나이트 및 황토 원료를 1차 혼합하는 단계; 상기 혼합원료를 탈수 및 건조시키는 단계; 상기 건조된 혼합원료를 혼합기에서 수분 및 바인더를 첨가하여 2차 혼합하는 단계; 상기 2차 혼합된 혼합물을 가압 성형하는 단계; 상기 성형된 혼합물을 건조 및 고온 소결시켜 다공성 여재를 형성하는 단계; 상기 다공성 여재 내에 방해석, 백운석, 폐유리, 인산염, 및 폴리비닐알콜의 혼합물로 이루어진 슬러리를 함침시켜 건조시키는 단계; 및 상기 슬러리가 함침된 다공성 여재를 저온 소결시켜 담체를 제조하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명은 다공성 여재를 제조한 후, 상기 다공성 여재에 석회석 슬러리를 함침하여 열처리하도록 된 생화학적 처리 담체 제조방법을 제공함으로써, 생물학적 처리와 화학적 처리가 병행되는 담체의 제조가 가능하게 되는 효과가 있다.

Description

생화학적 처리 담체 제조방법{Manufacturing Method for Carrier}

도 1은 본 발명의 1실시 예에 따른 생화학적 처리 담체 제조방법을 설명하기 위한 공정도.

도 2는 본 발명의 2실시 예에 따른 생화학적 처리 담체 제조방법을 설명하기 위한 공정도.

도 3은 본 발명에 의해 제조된 생화학적 처리 담체를 나타낸 현미경 사진.

도 4는 도 3의 부분 확대 사진.

본 발명은 다공성 여재를 제조한 후, 상기 다공성 여재에 석회석 슬러리를 함침하여 열처리하도록 된 생화학적 처리 담체 제조방법에 관한 것이다.

기존의 탈취용 담체를 제조함에 있어, 탈취기 내에 유입되는 황화수소 가스가 수분공급용 물과 접촉하여 황산으로 변화하여 미생물에 악영향을 주는 것을 중화하기 위하여 석회석을 첨가하는 공정을 사용하고 있다.

이때 사용되고 있는 석회석은 탄산칼슘이 그 화학조성으로서, 주로 방해석으로 이루어진다.

상기 방해석은 순수한 것은 투명하나 불순물이 포함되면 여러 가지 색깔을 띠게 되고, 망치로 가볍게 두들기면 능면체의 벽개편으로 깨지는 특성을 갖고 있다.

또한, 상기 방해석은 복굴절 및 편광을 발생시키는 광물로서 광학용으로 사용되는데, 완전한 결정체 상태의 무색투명한 것을 아이슬란드 스파아라고 한다.

이러한 석회석의 시멘트공업, 플라스틱공업. 유리공업, 도자기공업 등과 같은 거의 모든 무기재료공업에서 이용되고 있고, 무기재료공업 이외에는 제철, 카바이드공업, 소다공업, 석회질공업, 침강성 탄산칼슘공업 등에 사용된다.

이러한 석회석은 중화 작용이 뛰어나기 때문에 기존에 분말 혹은 괴 상태로 현장에서 폐수 중화용으로 사용되기도 하고 있으며 특히 광산 침출수 처리에 많이 사용되고 있기도 하다.

그러나, 원석을 그대로 사용하기 때문에 탈취기 내에 층을 구분하여 시공해야하는 번거로움이 있고, 비중이 크기 때문에 구조물에 부하가 많이 걸리는 문제가 있다.

대한민국 특허 제20~2001~0020664에 명시된 방법으로는 석회석 원석을 이용하여 수 처리용으로 사용한 예가 있으나, 이 또한 원석을 이용한 관계로 미생물 부착이 용이하지 않으며, 원석을 저장하는 구조물에 침하 현상 등이 유발되는 문제가 있었다.

상기 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다공성 여재를 제조한 후, 상기 다공성 여재에 석회석 슬러리를 함침하여 열처리하도록 된 생화학적 처리 담체 제조방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 미생물 부착이 용이하고, 또한 여재 내에 함침된 석회성분이 산성화된 폐수를 중화시켜 생물학적 처리와 화학적 처리를 병행하도록 된 생화학적 처리 담체를 제공함에 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 1실시 예에 따른 생화학적 처리 담체 제조방법은 혼합 밀에서 수산화알루미늄, 벤토나이트 및 황토 원료를 1차 혼합하는 단계; 상기 혼합원료를 탈수 및 건조시키는 단계; 상기 건조된 혼합원료를 혼합기에서 수분 및 바인더를 첨가하여 2차 혼합하는 단계; 상기 2차 혼합된 혼합물을 가압 성형하는 단계; 상기 성형된 혼합물을 건조 및 고온 소결시켜 다공성 여재를 형성하는 단계; 상기 다공성 여재 내에 방해석, 백운석, 폐유리, 인산염, 및 폴리비닐알콜의 혼합물로 이루어진 슬러리를 함침시켜 건조시키는 단계; 및 상기 슬러리가 함침된 다공성 여재를 저온 소결시켜 담체를 제조하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 혼합원료는 수산화알루미늄 30~60중량부, 벤토나이트 5~10중량 부, 및 황토 30~60중량부로 이루어진다.

또한, 상기 슬러리는 방해석 20~70중량부, 백운석 10~50중량부, 폐유리 30~50중량부, 인산염 5~10중량부, 및 폴리비닐알콜 5~10중량부로 이루어진 혼합원료에 증류수를 첨가시켜 20시간 습식 볼 밀링 하여 제조한다.

그리고, 상기 바인더는 유기바인더로서, PVA, PVB, CMC 중 어느 하나를 이용할 수 있다.

본 발명의 2실시 예에 따른 생화학적 처리 담체 제조방법은 혼합 밀에서 수산화알루미늄, 벤토나이트 및 황토 원료를 1차 혼합하는 단계; 상기 혼합원료를 탈수 및 건조시키는 단계; 상기 건조된 혼합원료를 혼합기 내에서 기공 형성제를 첨가하여 2차 혼합하는 단계; 상기 2차 혼합된 혼합물을 가압 성형하는 단계; 상기 성형물을 건조 및 고온 소결시켜 다공성 여재를 형성하는 단계; 상기 다공성 여재 내에 방해석, 백운석, 폐유리, 인산염, 및 폴리비닐알콜의 혼합물로 이루어진 슬러리를 함침시켜 건조시키는 단계; 및 상기 슬러리가 함침된 다공성 여재를 저온 소결시켜 담체를 제조하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 혼합원료는 수산화알루미늄 45중량부, 벤토나이트 5중량부, 및 황토 50중량부로 이루어진다.

그리고, 상기 함침용 슬러리는 방해석 45중량부, 백운석 10중량부, 폐유리 40중량부, 인산염 5중량부, 및 폴리비닐알콜 10중량부로 구성되고, 상기 혼합원료에 증류수를 고형분비가 55% 되도록 계량 후 20시간 습식 볼 밀링 하여 제조한다.

또한, 상기 기공형성제로는 폐이온교환수지로서, 20중량부를 첨가한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

<실시예 1>

도 1은 본 발명의 1실시 예에 따른 생화학적 처리 담체 제조방법을 설명하기 위한 공정도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 먼저, 혼합 밀에서 수산화알루미늄, 벤토나이트 및 황토 원료를 1차 혼합하는 단계(S11)를 수행한다.

이때, 상기 혼합원료는 수산화알루미늄 30~60중량부, 벤토나이트 5~10중량부, 및 황토 30~60중량부를 건식 혹은 습식 혼합 밀(Mill)에서 혼합하게 된다.

여기서, 밀(Mill)에 대해 간략히 설명하면, 파쇄기로 미리 거칠게 파쇄한 것을 미세하게 분쇄하기 위한 것으로서, 원통형인 회전통 속에 강구(鋼球)나 강봉(鋼棒)을 넣고, 암석이나 광석과 혼합해서 미세하게 분쇄하게 됨을 일컫는다.

이러한, 밀의 종류에는 그레이트식 볼밀, 로드밀, 원뿔형 볼밀, 트리콘 밀 등 여러 종류가 있고, 미분탄을 만드는 데는 아트리타 미쇄기가 사용되기도 한다.

여기서, 상기 수산화알루미늄과 황토에 대해 성분 및 특성에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 우선 수산화알루미늄은 비중이 2.423이며, 천연에서 깁사이트·다이아스포어로서 존재하고, 알루미늄염의 수용액에 암모니아수를 가하면 백색의 콜로 이드 상 침전이 일어난다. 또한, 1300℃에서 Al 2O3 으로 상전이가 일어나기 때문에 소결 조제로 첨가되는 황토와 반응시켜 저온 소결이 가능하다.

그리고, 상기 황토는 지표의 약 10%를 덮고 있는 점토로서, 다량의 탄산칼슘(CaCo3)을 함유하게 되는데, 탄산칼슘은 황토를 쉽게 부서지지 않는 점력을 지니도록 하여, 물을 가하면 찰흙으로 변하는 성질을 갖도록 한다.

상기 황토의 성분은 실리카(SIO2), 알루미나(Al2O3), 철분, 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 칼리 등으로 구성되어 있다. 이러한 성분비와 다양한 효소들로 조성된 황토는 동식물의 성장에 꼭 필요한 원적외선을 다량 방사함으로써 일명 황토를 살아있는 생명체라 부르기도 한다.

이와 같은 황토는 표면이 넓은 벌집 구조의 수많은 공간을 갖는 복층구조를 이루게 되는데, 상기 스펀지와 같은 수많은 구멍 안에는 원적외선이 다량흡수 저장되어 있고, 외부에서 열을 받으면 발산하여 다른 물체의 분자활동을 자극하게 된다.

이후, 상기와 같이 제조된 혼합원료를 탈수 및 건조시키는 단계(S12)를 수행하고, 상기 건조된 혼합원료를 회전날개가 부착된 혼합기(미도시) 내에서 수분 및 바인더를 첨가하여 2차 혼합하는 단계(S13)를 수행한다.

이때, 상기 수분은 10~20중량부로 첨가하고, 바인더는 유기 바인더로서, PVA, PVB, CMC 등을 첨가하게 된다.

상기 2차 혼합된 혼합물을 가압 성형하는 단계(S14)를 수행하게 되는데, 상 기 가압 성형은 프레스(PRESS) 혹은 압출기를 이용해 소정의 모양으로 성형하게 된다.

이때, 성형된 성형물의 모양과 크기는 크게 제한을 받지 않으며 여재로 사용되기에 적합한 다양한 형상과 크기로 제작될 수 있다.

예를 들어 50mm x 50mm 크기의 원통형상의 성형물을 생각할 수 있다.

다음, 상기 성형된 혼합물을 건조 및 고온 소결시켜 다공성 여재를 형성하는 단계(S15)를 수행한다.

이때, 상기 건조 및 고온 소결공정은 분당 2~5℃의 승온 속도로 900℃까지 60분간 상압 소결하게 된다.

상기 다공성 여재 내에 방해석, 백운석, 폐유리, 인산염, 및 폴리비닐알콜의 혼합물로 이루어진 슬러리를 함침시켜 건조시키는 단계(S16)를 수행하게 된다.

이때, 상기 함침용 슬러리는 방해석 20~70중량부, 백운석 10~50중량부, 폐유리 30~50중량부, 인산염 5~10중량부, 및 폴리비닐알콜 5~10중량부로 이루어진 혼합원료에 증류수를 첨가시켜 20시간 습식 볼 밀링토록 하여 제조한다.

다음, 상기 슬러리가 함침된 다공성 여재를 저온 소결시켜 담체를 제조하는 단계(S17)를 수행한다.

상기 저온 소결공정은 400~500℃ 온도에서 30분 동안 유지시켜 제조하게 된다.

<실시예 2>

도 2는 본 발명의 2실시 예에 따른 생화학적 처리 담체 제조방법을 설명하기 위한 공정도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 먼저, 혼합 밀에서 수산화알루미늄, 벤토나이트 및 황토 원료를 1차 혼합하는 단계(S21)수행하게 되는데, 상기 혼합원료는 수산화알루미늄 45중량부, 벤토나이트 5중량부, 및 황토 50중량부로 이루어지고, 이들을 건식 혼합하게 된다.

다음, 상기 혼합원료를 탈수 및 건조시키는 단계(S22)를 수행한 후, 상기 건조된 혼합원료를 혼합기 내에서 기공 형성제를 첨가하여 2차 혼합하는 단계(S23)하게 된다.

이때, 상기 기공형성제는 폐이온교환수지로서, 20중량부를 첨가하게 된다.

여기서, 상기 폐이온교환수지가 첨가되지 않더라도 황토가 소결조제로, 수산화알루미늄이 골격 형성제로서 작용하여 기공이 형성되지만, 폐이온 교환수지를 첨가하게 될 경우, 공정상 압력에 의한 변형이 없기 때문에 보다 큰 기공을 형성시킬 수 있게 되고, 또한 다량의 석회 슬러리를 함침할 수 있게 되는 장점이 있다.

다음으로, 상기 2차 혼합된 혼합물을 가압 성형하는 단계(S24)를 수행하게 되는데, 상기 가압 성형은 프레스(PRESS) 혹은 압출기를 이용해 소정의 모양으로 성형하는 것으로서, 성형된 성형물의 모양과 크기는 여재로 사용되기에 적합한 다양한 형상과 크기로 제작될 수 있는데, 일예로 50mm x 50mm 크기의 원통사이즈로 제작될 수 있다.

다음으로, 상기 성형물을 건조 및 고온 소결시켜 다공성 여재를 형성하는 단계(S25)를 수행하게 되는데, 성형물은 분당 2~5℃의 승온속도로 900℃까지 60분간 상압 소결하여 다공성 여재를 제조한다.

이와 같이 제조된 다공성 여재는 기공율이 50% 이상이며 평균 세공(細孔)크기는 100 ~ 1000㎛ 크기를 갖게 된다.

다음으로, 상기 다공성 여재 내에 방해석, 백운석, 폐유리, 인산염, 및 폴리비닐알콜의 혼합물로 이루어진 슬러리를 함침시켜 건조시키는 단계(S26)를 수행한다.

이때, 슬러리의 균질한 침투를 위해서 다공성 여재를 60℃로 유지시킨 상태에서 슬러리를 침투시켜 상온 건조하게 된다.

그리고, 상기 함침용 슬러리는 방해석 45중량부, 백운석 10중량부, 폐유리 40중량부, 인산염 5중량부, 및 폴리비닐알콜 10중량부로 이루어진 혼합원료에 증류수를 고형분비가 55% 되도록 계량 후 20시간 습식 볼 밀링 한 것이다.

이와 같이 제조된 함침용 슬러리는 평균 입경이 2~3㎛ 범위로 저온에서 반응하기에는 적당한 입경을 갖게 된다.

상기 슬러리가 함침된 다공성 여재를 저온 소결시켜 담체를 제조하는 단 계(S27)를 수행하는데, 상기 저온 소결공정은 슬러리가 함침된 다공성 여재를 건조 후, 430℃ 온도에서 30분 동안 유지시켜 담체를 제조한다.

앞서 설명된 바와 같은 제1실시 예 또는 제2실시 예를 통해 제조된 생화학적 처리 담체는 도 3 또는 도 4에서 보는 바와 같이 다공성 여재 내에 함침된 슬러리가 서서히 반응하면서 용출되어 수 처리 및 대기 처리 시의 미생물을 부착하게 되고, 또한 여재 내에 함침된 석회성분이 산성화된 폐수를 중화시켜 생물학적 처리와 화학적 처리를 병행할 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 방법으로 제조된 생화학적 처리 담체를 이용하게 되면, 수 처리 및 대기 처리에 광범위하게 사용될 수 있는 효과가 있다.

Claims

혼합 밀에서 수산화알루미늄, 벤토나이트 및 황토 원료를 1차 혼합하는 단계(S11);

상기 혼합원료를 탈수 및 건조시키는 단계(S12);

상기 건조된 혼합원료를 혼합기에서 수분 및 바인더를 첨가하여 2차 혼합하는 단계(S13);

상기 2차 혼합된 혼합물을 가압 성형하는 단계(S14);

상기 성형된 혼합물을 건조 및 고온 소결시켜 다공성 여재를 형성하는 단계(S15);

상기 다공성 여재 내에 방해석, 백운석, 폐유리, 인산염, 및 폴리비닐알콜의 혼합물로 이루어진 슬러리를 함침시켜 건조시키는 단계(S16); 및

상기 슬러리가 함침된 다공성 여재를 저온 소결시켜 담체를 제조하는 단계(S17);

를 포함하는 생화학적 처리 담체 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 혼합원료는 수산화알루미늄 30~60중량부, 벤토나이트 5~10중량부, 및 황토 30~60중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생화학적 처리 담체 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 슬러리는 방해석 20~70중량부, 백운석 10~50중량부, 폐유리 30~50중량부, 인산염 5~10중량부, 및 폴리비닐알콜 5~10중량부로 이루어진 혼합원료에 증류수를 첨가시켜 20시간 습식 볼 밀링 한 것을 특징으로 하는 생화학적 처리 담체 제조방법.
혼합 밀에서 수산화알루미늄, 벤토나이트 및 황토 원료를 1차 혼합하는 단계(S21);

상기 혼합원료를 탈수 및 건조시키는 단계(S22);

상기 건조된 혼합원료를 혼합기 내에서 기공 형성제를 첨가하여 2차 혼합하는 단계(S23);

상기 2차 혼합된 혼합물을 가압 성형하는 단계(S24);

상기 성형물을 건조 및 고온 소결시켜 다공성 여재를 형성하는 단계(S25);

상기 다공성 여재 내에 방해석, 백운석, 폐유리, 인산염, 및 폴리비닐알콜의 혼합물로 이루어진 슬러리를 함침시켜 건조시키는 단계(S26); 및

상기 슬러리가 함침된 다공성 여재를 저온 소결시켜 담체를 제조하는 단계(S27);

를 포함하는 생화학적 처리 담체 제조방법.
제 4항에 있어서,

상기 혼합원료는 수산화알루미늄 45중량부, 벤토나이트 5중량부, 및 황토 50중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생화학적 처리 담체 제조방법.
제 4항에 있어서,

상기 기공형성제로 폐이온교환수지 20중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 생화학적 처리 담체 제조방법.
제 1항 또는 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 건조 및 고온 소결단계는 성형물을 분당 2~5℃의 승온 속도로 900℃까지 60분간 상압 소결하는 것을 특징으로 하는 생화학적 처리 담체 제조방법.
제 1항 또는 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 다공성 여재를 저온 소결시키는 단계는 다공성 여재를 건조시킨 후, 400~500℃ 온도에서 30분 동안 유지시켜 담체를 제조하는 것을 특징으로 하는 생화학적 처리 담체 제조방법.
제 4항에 있어서,

상기 슬러리는 방해석 45중량부, 백운석 10중량부, 폐유리 40중량부, 인산염 5중량부, 및 폴리비닐알콜 10중량부로 구성되고, 상기 혼합원료에 증류수를 고형분비가 55% 되도록 계량 후 20시간 습식 볼 밀링 한 것을 특징으로 하는 생화학적 처리 담체 제조방법.
제 1항 내지 9항 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 생화학적 처리 담체.