KR100918587B1 - 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체 제조방법 및 이로부터 제조된 담체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체(擔體) 제조방법 및 이로부터 제조된 담체에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 오ㆍ폐수의 생물학적 처리를 위한 담체 제조방법에 있어서, 최소의 제조비용으로 담체의 표면에 공극을 형성하고, 제조된 담체의 비중이 물과 유사하게 되도록 하는, 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체 제조방법 및 이로부터 제조된 담체에 관한 것이다.

본 발명에 따른 방법으로 제조된, 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체는 종래의 담체에 비하여 적은 비용으로 제작이 가능하고, 비중이 물과 비슷하여 오ㆍ폐수 처리 시 담체가 수중 전체에 골고루 분산되므로 폐수처리효율이 높고, 처리용량에 비하여 시설의 규모를 줄일 수 있으므로 시설투자비가 절감되는 효과가 있다.

담체, 황토, 수지, 비중, 초음파

Description

황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체 제조방법 및 이로부터 제조된 담체{Method for manufacturing porous biological film microbic carrier containing yellow ocher, and carrier produced thereby}

본 발명은 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체(擔體) 제조방법 및 이로부터 제조된 담체에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 오ㆍ폐수의 생물학적 처리를 위한 담체 제조방법에 있어서, 최소의 제조비용으로 담체의 표면에 공극을 형성하고, 제조된 담체의 비중이 물과 유사하게 되도록 하는, 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체 제조방법 및 이로부터 제조된 담체에 관한 것이다.

일상생활에서 배출되는 생활 오ㆍ폐수 및 산업현장에서 발생하는 각종 오ㆍ폐수로 인해 수질오염이 야기되고 이것이 환경문제로 대두됨에 따라, 효율적이고 경제적인 폐수처리 방법의 개발이 요구되고 있다.

오ㆍ폐수의 처리에는 일반적으로 물리적, 화학적, 생물학적 처리 방법이 있는데, 그 중에서 미생물을 배양시켜 각종 오염물질을 제거하는 생물학적인 방법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있으며, 상기 배양된 미생물은 오ㆍ폐수의 유기물을 섭취ㆍ제거하는 형태로서 오염물질을 제거하게 된다.

상기의 생물학적 처리 방법은 다시 활성오니 공법과 생물막 공법으로 분류할 수 있으며, 상기 활성오니 공법은, 산소가 공급되는 환경에서 처리할 폐수를 호기성 미생물의 먹이로 하여 폐수를 처리하는 방식으로서, 이러한 활성오니법은 대량의 오ㆍ폐수를 값싸게 처리할 수 있는 장점이 있지만, 처리속도가 늦어서 대용량의 처리조가 필요하므로 설비비가 높고 다량의 슬러지의 발생으로 인한 처리비용의 상승 및 유입 폐수의 부하변동에 대한 대처능력이 미흡한 것 등과 같은 문제점이 있다.

반면에 상기 생물막 공법은, 미생물이 담체의 표면에 부착, 생장하면서 오ㆍ폐수를 처리하는 방식으로서, 유입폐수의 수량 및 수질변동에 능동적으로 대처할 수 있고 미생물의 유출이 적어서 미생물을 계속 사용할 수 있으므로 처리효율이 높다.

상기의 미생물이 부착하는 담체의 재질로는 유기물계와 무기물계가 있으며 유기물로는 각종 고분자 재질이 있으며 무기물로는 각종 화인세라믹과 광물, 유리, 모래, 자갈 그리고 활성탄소 등이 이용되고 있다.

상기 유기물 재질의 담체는 상기 무기물계 담체에 비하여 다루기가 쉽고 제조공정이 간단하며 가격이 비교적 저렴하다는 장점이 있으나, 미생물이 부착ㆍ생장할 수 있는 표면적 및 공극이 상기 무기물계 담체에 비하여 적고, 부착된 미생물의 이탈이 빈번하게 발생할 뿐만 아니라 폐기 슬러지 발생량이 많고, 통상 비중이 물보다 작아서 오ㆍ폐수 처리 시에 담체가 수면으로 부상하게 되므로 담체의 비중을 조절하는 공정이 추가로 필요하게 되는 단점이 있다.

또한, 상기 무기물계 담체로서 천연암석은 표면공극이 없으므로 표면적이 적고, 미생물과의 친화력이 작아 부착된 미생물이 쉽게 이탈되는 현상이 발생하며, 이로 인해 미생물 배양에 많은 시간이 소요되고 또한 오ㆍ폐수 처리효율도 떨어지는 단점이 있으며, 이를 극복하기 위한 방안으로 발포제를 이용하여 발포하는 방안이 제시되고 있으나 이를 위해서는 제조공정이 복잡해지고 제조원가가 상승하는 등 여러 가지 문제점들이 발생하였다.

한국공개특허공보 제2005-0103071호에는 굴패각 분말, 황토를 포함하는 천연무기물 분말, 탄소화합물 분말 및 고분자 분말을 혼합하여 제조하는 수처리제(담체)에 관한 발명이 개시되어 있다. 또한, 한국등록특허공보 제0759833호에는 황토와 폐기물 재료로 구성되는 무기물질을 이용하여 제조하는 담체에 관한 발명이 개시되어 있다.

그런데 상기 공보들에 의하면, 담체를 제조하기 위해서는 선별분리공정, 소성공정, 분쇄공정, 혼합공정, 반응공정 및 성형공정 등 복잡한 공정이 필요하므로 설비투자 및 운전비용이 과다하여 제조원가가 상승하고, 제조된 담체의 비중이 물과 상이하므로 오ㆍ폐수 처리시설에 적용 시 담체가 처리시설 전체에 고루 분산되지 않으므로 폐수처리효율이 저하되는 등 실제 산업현장에서 사용하기에는 문제점이 있다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여는 담체에 미생물이 부착ㆍ생장할 수 있는 표면적과 공극율을 극대화하고, 오ㆍ폐수 처리 시 담체가 수중 전체에 골고루 분산될 수 있도록 담체의 비중을 물과 비슷하게 제작하는 동시에, 제조 공정이 간단하여 제조비용을 최소화할 수 있는 담체 제조방법의 개발이 절실하게 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 담체의 표면에 공극을 형성하고 담체의 비중을 물과 유사하게 제조하는 동시에 제조원가를 최소화하여, 제조된 담체의 산업현장에서의 활용도를 극대화할 수 있는 담체 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 황토에 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지를 혼합하여, 황토 5~20중량%가 되도록 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 200~250℃로 가열하여 상기 수지를 용융시키는 단계; 상기 가열된 혼합물을, 지름 또는 대향하는 변 간의 길이 기준 10~25㎜의 단면크기로 압출ㆍ성형하여 성형물을 제조하는 단계; 상기 성형물을 냉각시키고 초음파로 상기 성형물 표면의 황토입자를 제거하는 단계; 및 상기 표면의 황토입자가 제거된 성형물을 일정 길이로 절단하는 단계를 포함하는, 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체 제조방법을 제공한다.

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또한, 본 발명은 상기의 방법에 의해 제조되는, 황토를 함유한 다공성 생물 막 미생물 담체를 제공한다.

본 발명에 따른 방법으로 제조된, 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체는 종래의 담체에 비하여 적은 비용으로 제작이 가능하고, 비중이 물과 비슷하여 오ㆍ폐수 처리 시 담체가 수중 전체에 골고루 분산되므로 폐수처리효율이 높고, 처리용량에 비하여 시설의 규모를 줄일 수 있으므로 시설투자비가 절감되는 효과가 있다.

본 발명에 따른 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체는 수지에 분말 황토를 혼합하고 압출 성형한 다음 표면의 황토를 제거함으로써 다공성(多孔性)을 부여하는 동시에 담체의 비중을 물과 비슷하게 조절할 수 있게 된다.

먼저 폴리에틸렌(polyethylene : PE), 폴리프로필렌(polypropylene : PP) 등의 수지에 황토분말을 혼합하고 완전히 섞이도록 교반기를 이용하여 충분히 교반한다.

우리나라는 약 20%의 토양이 황토로 구성되어 있고 황토로 만든 도기는 공극률이 비교적 크며, 황토에는 토양층, 모래층 및 이들과 유사한 물질들이 포함되어 있다. 일반적인 황토입자의 크기는 약 10~50㎛ 정도로 나타나며, 특징적으로는 탄산칼슘에 의해 쉽게 부서지지 않는 점성을 지니고 있고, 물을 가하면 찰흙으로 변하는 특성이 있다. 황토 내의 수분 함량은 10~15％로 낮으며, 공극률이 감소함에 따라 증가한다. 황토의 공극률은 50~55％이며, 황토 내에 점토가 풍부하면 공극률 은 34~45％로 감소한다. 사질 황토의 공극률은 약 60％이고 밀도는 1.5g/㎤이며, 비중은 평균 2.7이며, 높은 양이온 치환용량(cation exchange capacity : CEC)을 보유하고 다양한 기타 장점들이 있는 것으로 알려져 있다.

상기의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 수지는 시중에 유통되는 일반 제품이면 사용에 제약받지 아니하나, 폴리에틸렌의 경우 저밀도 폴리에틸렌보다 연화점(軟化點), 굳기, 강도 및 비중이 큰 고밀도 폴리에틸렌이 좀더 바람직하다.

상기의 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 비중은 각각 0.96 및 0.91 내외로서 물보다 가볍고 황토는 물보다 무거우므로, 본 발명에 따라 제조되는 담체의 비중이 물과 비슷하게 되도록 하기 위하여, 상기 첨가되는 황토분말의 양은 수지와 황토 혼합물 전체중량에 대하여 5~20중량%인 것이 바람직하다.

이는 본 발명에 따라 제조된 담체의 비중이 물과 비슷하게 되도록 하여 오ㆍ폐수 처리 시 담체가 수중의 바닥에 가라앉거나 수면(水面)으로 부유하지 않고 수중 전체에 골고루 분산되도록 함으로써, 담체의 폐수처리효율을 높일 수 있도록 하기 위함이다.

상기에서 충분히 혼합된 수지와 황토분말의 혼합물을 압출기에 투입하여 상기 수지를 녹인다.

통상 시중에 유통되는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 수지 원료는 펠릿(pellet) 형태로 유통되므로, 이를 압출기에서 용융시켜 황토와 충분히 혼합되도록 한 후 압출ㆍ성형하여 성형물을 제조한다.

상기 압출기의 운전온도는 200~250℃가 바람직하다. 상기 온도범위에서는 황 토의 물성이 아무런 영향을 받지 않으면서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 수지 원료가 충분히 용융되는 온도이다.

상기 용융된 수지와 황토 혼합물은 상기 압출기에 설치된 압출금형을 통과하면서 상기 압출금형의 형태에 따라 성형물의 형태가 결정되고 상기 압출기로부터 토출되어 수(水) 냉각기로 인입된다.

상기 성형물의 형태는 압출금형을 적절히 선택함으로써 원형 또는 다각형 등 다양한 모양으로 성형될 수 있다. 상기 압출금형의 구경(口徑) 크기는 지름 또는 대향하는 변(邊) 간의 길이 기준 10~25㎜가 적당하며, 이는 오ㆍ폐수 처리 시 담체의 유동성을 적절하게 부여하기 위함이며, 처리시설의 규모에 따라 구경 크기를 적절히 선택한다.

상기 수 냉각기의 내부에는 냉수가 담겨 있고, 초음파 세척기가 장착되어 있다. 상기 초음파 세척기는 진동수 30,000~40,000㎐의 초음파를 물속에서 발생시켜 물체를 세척하는 장치로서, 일반적으로 의료 기구의 소독 등에 많이 사용되고 있다.

상기 수 냉각기에 인입된 상기 성형물은 수 냉각기의 냉수를 통과하면서 고형화되고, 상기 고형화된 성형물은 상기 초음파 세척기에 의하여 성형물 표면의 황토입자가 성형물 표면으로부터 이탈되어 물속으로 유출된다.

상기와 같이 성형물 표면의 황토입자가 제거됨으로써 성형물 표면의 황토입자가 있던 자리에 공극이 형성되고, 상기 공극에 미생물이 용이하게 부착ㆍ생장할 수 있는 공간이 마련되며, 상기 성형물 내부에 분포되어 있는 황토는 상기 수지에 의해 상기 성형물 내부에 고정되므로, 본 발명에 의해 제조되는 담체의 비중을 조절하는 역할을 하게 된다.

이와 같이 황토를 이용하여 성형물 표면에 공극을 형성함과 동시에 성형물의 비중을 조절할 수 있게 됨으로써, 간단한 공정을 통하여 담체를 제조할 수가 있다.

또한, 황토분말의 입자크기에 따라 상기 공극의 크기조절도 제한적으로 가능하다.

상기 표면의 황토가 제거된 성형물을 사용처에 따라 적당한 길이로 절단하면 본 발명에 따른 담체 제조가 완성된다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

<실시예>

본 발명에 따른 담체를 제조하기 위한 장치의 바람직한 일례가 도면부호 100으로서 도 1에 도시되어 있다.

상기 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 담체 제조장치(100)는 압출기(10), 수 냉각기(20), 인취기(30) 및 절단기(40)로 구성되어 있다.

상기 압출기(10)는 담체 제조원료를 일정한 형상으로 압출ㆍ성형하는 장치로서, 상기 압출기(10)의 일단에는 원료가 투입되는 원료투입부(11)가 설치되고 상기 압출기(10)의 타단, 즉 토출부에는 대향하는 변 간의 길이가 15㎜ 구경인 정육각형의 단면을 가진 압출금형(12)이 설치되어 있고, 상기 압출기(10)의 토출부 방향의 연장선상에는 수 냉각기(20)가 설치되어 있다.

상기 수 냉각기(20)는 상기 압출기(10)에서 압출ㆍ성형된 성형물(50)을 냉각하는 장치로서, 상기 수 냉각기(20)에는 내부공간이 형성되어 있고, 상기 내부공간에는 냉수가 담겨있으며, 상기 냉수는 상기 수 냉각기(20)를 통하여 연속적으로 흐르도록 되어 있다. 또한, 상기 수 냉각기(20)의 내부 바닥면에는 진동수 35,000㎐의 초음파 세척기(21)가 설치되어 있다.

상기 수 냉각기(20)의 토출부 방향의 연장선상에는 상기 수 냉각기(20)에서 냉각된 성형물(50)을 인취하는 인취기(30)가 설치되고, 상기 인취기(30)의 토출부 방향의 연장선상에는 상기 냉각된 성형물(50)을 필요한 길이로 절단하는 절단기(40)가 설치되어 있다.

이하에서는 상기의 담체 제조장치(100)를 이용하여 본 발명에 따른 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체 제조방법을 자세히 설명한다.

먼저 밀도 0.96g/㎤의 펠릿 형태의 고밀도 폴리에틸렌 수지 50㎏에 입경 30㎛의 황토분말 5㎏을 혼합한 후 교반기를 이용하여 충분히 교반하였다.

상기의 고밀도 폴리에틸렌 수지와 황토분말의 혼합물을 상기 압출기(10)의 원료투입부(11)에 투입하고, 상기 원료투입부(11)의 운전온도를 230℃로 조정하여 상기 수지가 충분히 용해되도록 하였다.

상기 압출기(10)에서 용해된 고밀도 폴리에틸렌 수지와 황토분말의 혼합물을 상기 대향하는 변 간의 길이가 15㎜ 구경인 정육각형의 단면을 가진 압출금형(12)을 통하여 토출되도록 하여 단면이 정육각형인 형상으로 성형시킨 다음 상기 수 냉각기(20)로 인입되도록 하였다.

상기 성형된 성형물(50)은 상기 수 냉각기(20)의 냉수에 의해 냉각되어 굳어지고, 초음파 세척기(21)에서 발생되는 초음파에 의해 상기 성형물(50)의 표면상에 존재하는 황토분말이 상기 성형물(50)의 표면으로부터 이탈되어 물속으로 유출되도록 하였다.

표면상의 황토분말이 제거된 상기 성형물(50)은 상기 인취기(30)에 의하여 인취되고 절단기(40)에서 10㎜ 길이로 절단됨으로써 본 발명에 따른 담체의 제조가 완성되었다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체 제조방법은 종래의 담체 제조방법에 비하여 공정이 간단하므로 제작비용이 저렴하고, 제작된 담체의 비중이 물과 비슷하여 오ㆍ폐수 처리 시 담체가 수중 전체에 골고루 분산되므로 폐수처리효율이 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 담체를 제조하기 위한 장치의 바람직한 일례를 나타낸 도면이다.

Claims (6)

1. 황토에 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지를 혼합하여, 황토 5~20중량%가 되도록 혼합물을 제조하는 단계;

   상기 혼합물을 200~250℃로 가열하여 상기 수지를 용융시키는 단계;

   상기 가열된 혼합물을, 지름 또는 대향하는 변 간의 길이 기준 10~25㎜의 단면크기로 압출ㆍ성형하여 성형물을 제조하는 단계;

   상기 성형물을 냉각시키고 초음파로 상기 성형물 표면의 황토입자를 제거하는 단계; 및

   상기 표면의 황토입자가 제거된 성형물을 일정 길이로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체 제조방법.
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6. 제 1항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체.

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