KR101249545B1 - 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치 - Google Patents

기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치에 관한 것으로 생물친화적인 황토, 일라이트 등에 기공형성제를 첨가한 기포바이오세라믹을 이용하여 수질오염물질을 제거하도록 하기 위하여, 탱크형태로 형성되며, 유입부를 통해 유입된 오폐수가 액체 및 고형물로 분리되는 혐기조; 상기 혐기조에 연결 구비되어 오폐수가 이동되는 탱크형태로 형성되며, 황토 100 중량부에 대하여 10 내지 300 중량부의 일라이트를 혼합하여 혼합분말을 얻고, 상기 혼합분말 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부의 기공형성제인 폴리비닐알콜(PVA) 및 5 내지 120 중량부의 물을 혼합한 후 교반하여 반죽을 얻은 다음, 상기 반죽을 성형한 후 건조하여 성형체를 얻고, 상기 성형체를 열처리하여 상기 기공형성제인 폴리비닐알콜(PVA)의 산화 분해에 의한 미세 기공이 형성된 소성체의 기포바이오세라믹 담체가 수용된 담체통을 투입하여 오폐수를 1차 정화시키는 포기조; 상기 포기조에 연결 구비되어 1차 정화된 오폐수가 이동되며, 몸체의 내부 하부측에 제1정화부재 및 제2정화부재가 적층 구비되어 오폐수를 2차 정화시키는 기포바이오세라믹흡착탑으로 구성되어 이루어진다.

Description

기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치{Water pollutants removing apparatus using porous bio-ceramic substrate}
본 발명은 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치에 관한 것으로서, 특히 생물친화적인 황토, 일라이트 등에 기공형성제를 첨가한 기포바이오세라믹을 이용하여 수질오염물질을 제거하도록 하는 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치에 관한 것이다.
근래 산업화 및 인구의 도시집중화로 인해 수질환경의 악화로 환경피해가 가중되고 있으며, 이에 따라 배출수의 처리기준이 강화되고 하천의 수질개선에 대한 연구가 이루어지고 있다.
이러한 수질환경 개선을 위해 최근에는 미생물을 이용한 생물학적 수처리 방법이 상용화 되고 있는데, 그 방법 중 가장 많이 이용되는 생물학적 수처리방법은 호기성처리이면서 현탁법인 활성슬러지법이다. 하지만 활성슬러지법은 폐수의 처리속도가 느리고 미생물의 농도가 낮아 처리 가능한 오염의 정도가 낮으며, 잉여슬러지가 다량으로 발생하여 고비용이 소요되는 단점이 있다.
이러한 상기 문제점을 해결하기 위해 근래에는 부착미생물을 이용한 생물막법이 개발되었으며, 상기 생물막법은 폭기조 내에 미생물이 부착된 다공성담체를 충전하여 고정화된 미생물을 이용하여 폐수를 처리토록하는 수질개선 방법이다. 미생물이 다공성 담체에 고정화되어 안정적으로 성장 가능하므로, 고농도의 폐수를 빠르게 처리할 수 있는 장점이 있으며, 잉여 슬러지의 발생을 미미하게 할 수 있고, 장시간 사용이 가능한 장점이 있다.
상기 다공성담체로 사용하기 위한 담체는 미생물이 부착되어 생존 가능한 충분한 표면 거칠기 및 큰 비표면적을 가져야 하며, 오폐수 또는 하천에서 장기간 안정적으로 사용할 수 있도록 물리적, 화학적으로 안정적이어야 하며, 담체로부터 독성이 유출되지 않아야 한다. 또한 일정한 강도가 필요하며, 실질적인 활용에 걸림돌로 작용하고 있는 높은 제조 단가 및 담체 교환주기를 고려하여 가격 경쟁력이 확보되어야 한다.
이에 본 출원의 발명자가 이미 출원하여 등록받은 국내등록특허 제10-0915710호에서 수질환경개선을 위한 미생물 담지용 기포바이오세라믹 제조방법을 제안한 바 있다. 후술될 본 발명에서는 상기 미생물 담지용 기포바이오세라믹 제조방법으로 제조된 기포바이오세라믹을 이용하여 수질오염물질을 제거할 수 있는 장치를 제안하려 한다.
등록특허 제10-0915710호 공개특허 제10-2003-0033884호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 생물친화적인 황토, 일라이트 등에 기공형성제를 첨가한 기포바이오세라믹을 이용하여 수질오염물질을 제거하도록 하는 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 탱크형태로 형성되며, 유입부를 통해 유입된 오폐수가 액체 및 고형물로 분리되는 혐기조; 상기 혐기조에 연결 구비되어 오폐수가 이동되는 탱크형태로 형성되며, 황토 100 중량부에 대하여 10 내지 300 중량부의 일라이트를 혼합하여 혼합분말을 얻고, 상기 혼합분말 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부의 기공형성제인 폴리비닐알콜(PVA) 및 5 내지 120 중량부의 물을 혼합한 후 교반하여 반죽을 얻은 다음, 상기 반죽을 성형한 후 건조하여 성형체를 얻고, 상기 성형체를 열처리하여 상기 기공형성제인 폴리비닐알콜(PVA)의 산화 분해에 의한 미세 기공이 형성된 소성체의 기포바이오세라믹 담체가 수용된 담체통을 투입하여 오폐수를 1차 정화시키는 포기조; 상기 포기조에 연결 구비되어 1차 정화된 오폐수가 이동되며, 몸체의 내부 하부측에 제1정화부재 및 제2정화부재가 적층 구비되어 오폐수를 2차 정화시키는 기포바이오세라믹흡착탑으로 구성되어 이루어짐을 특징으로 하는 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치를 제공한다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치는 생물친화적인 황토, 일라이트 등의 자연물에 기공형성제를 첨가한 기포바이오세라믹을 이용하여 수질환경을 개선토록 함으로써 미생물의 부착 및 번식을 활성화하는데 효과적이며, 독성이 없고 미생물의 생존 및 성장에 도움이 되며, 미세기공을 형성시켜 미생물의 부착 및 성장 가능한 비표면적을 극대화하여 높은 비표면적을 가지고 있어서 친환경적으로 수질환경을 개선할 수 있다.
또한 성형에 탁월하여 다양한 형태로 제조가 가능하며, 미생물이 다공성담체에 고정화되어 안정적으로 성장 가능하므로 고농도의 폐수를 빠르게 처리할 수 있고, 잉여슬러지의 발생을 미미할 정도로 낮게 유지할 수 있어 슬러지 발생량을 종래에 비해 1/3∼1/2 수준으로 줄일 수 있으며, 유기오염물질의 제거효율을 극대화 시킬 있고, 처리수 내에서 발생되는 인의 제거 및 조류의 발생을 억제시킴으로써 전체적으로 수질환경을 개선하여 환경오염을 최소화 할 수 있어 고도처리장치로도 사용이 적합한 이점이 있다.
또한 기존에 설치된 오폐수처리장치의 개선시 뿐만 아니라, 신규 오폐수처리장치 시설 시공시에도 사용성이 보장되며, 특히 담체통 및 기포바이오세라믹흡착탑에 에어공급호스를 연결하여 그 내부로 에어를 공급함으로써 전체수질의 개선효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치의 전체 흐름 측면도,
도 2는 본 발명에 의한 담체통의 측면도,
도 3은 본 발명에 의한 기포바이오세라믹흡착탑의 측면도,
도 4는 본 발명에 의한 기포바이오세라믹 담체의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 보면 본 발명에 의한 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치는 혐기조(10), 포기조(20) 및 기포바이오세라믹흡착탑(30)으로 이루어진다.
상기 혐기조(10)는 탱크형태로 형성되며, 상부 또는 측부에 형성되는 유입부(11)를 통해 유입된 오폐수가 액체 및 고형물로 분리되도록 구성된다.
상기 혐기조(10)에 연결 구비되어 오폐수가 이동되는 포기조(20)는 동일 구조의 탱크형태로 형성되며, 그 내부에 기포바이오세라믹 담체를 투입하여 오폐수를 1차 정화시키도록 구성된다.
기포바이오세라믹 담체는 본 출원인이 국내등록특허 제10-0915710호에서 등록 받은 수질환경개선을 위한 미생물 담지용 기포바이오세라믹 제조방법을 통해 제조된 기포바이오세라믹 담체를 이용한다.
상기 기포바이오세라믹 담체는 등록특허에서 기술하였듯이 황토 100 중량부에 대하여 10 내지 300 중량부의 일라이트를 혼합하여 혼합분말을 얻고, 상기 혼합분말 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부의 기공형성제인 폴리비닐알콜(PVA) 및 5 내지 120 중량부의 물을 혼합한 후 교반하여 반죽을 얻은 다음, 상기 반죽을 성형한 후 건조하여 성형체를 얻고, 상기 성형체를 열처리하여 상기 기공형성제인 폴리비닐알콜(PVA)의 산화 분해에 의한 미세 기공이 형성된 소성체를 얻어 형성되며, 상기와 같이 형성된 기포바이오세라믹 담체를 담체통(40)에 수용하여 사용한다.
기포바이오세라믹 담체의 제조방법은 도 4에서와 같이 황토 및 일라이트를 건조 분쇄한 후 체거름을 통해 얻어진 황토분말과 일라이트 분말을 믹서(mixer) 또는 볼밀(ball-milling)을 이용하여 균일하게 혼합시켜 혼합분말을 제조하고(제1공정-S1), 제조된 혼합분말에 기공형성제 및 물을 혼합 및 교반하고 필요에 따라 토련 및 숙성과정을 거쳐 반죽을 제조한다(제2공정-S2). 제조된 반죽은 오폐수 또는 하천의 정화에 적합한 일정한 형상으로 성형된 후, 20∼40℃의 온도에서 건조된다(제3공정-S3). 건조된 성형체는 산소를 함유하는 분위기하에서 700∼1,000℃의 온도로 30분∼4시간 동안 열처리되어 미생물 담지용 기포바이오세라믹 소성체가 제조된다(제4공정-S4).
이때 상기 기공형성제는 폴리비닐알콜(PVA:PolyVinyl Alcohol)인 것이 바람직하며, 상기 반죽의 제조시 폴리비닐알콜이 용해된 폴리비닐알콜 수용액 상으로 첨가되는 것이 바람직하다. 액상의 기공형성제를 사용함으로써 기공형성제과 상기 혼합분말과의 균일한 혼합이 용이하며, 열처리시 기공형성제의 산화 및 분해에 의해 대량의 미세기공이 형성되고, 생성되는 미세기공이 소성체 전반에 걸쳐 매우 균일하게 생성된다.
상기 S2공정인 제조된 혼합분말에 기공형성제 및 물은 혼합하고 교반하는 공정에서 폴리실록산(Polysiloxane)을 첨가할 수 있다. 첨가되는 폴리실록산은 반죽의 성형성을 증가시켜 반죽을 제조하기 위한 혼합과정에서 생성되는 매크로 기공을 방지하고, 슬립 특성을 향상시켜 임의의 형상을 갖는 성형체의 제조시 파손율을 감소시킴과 동시에 외부 습도 조건과 무관하게 건조시 수분의 휘발 및 수축에 의한 미세 크랙을 방지하게 된다.
상기와 같이 폴리비닐알콜 수용액 및 폴리실록산을 이용함으로써 대량의 미세기공에 의한 비표면적의 증가와 함께, 상대적으로 낮은 온도로 열처리하여 치밀화에 의한 기공의 소멸을 방지하고, 황토와 일라이트를 구성하는 광물 입자의 입자 성장을 억제하여 높은 표면 조도를 얻을 수 있어 미생물이 용이하게 부착할 수 있게 된다. 또한, 뭉침이 없는 균일한 미세기공을 형성시키고 혼합, 성형, 건조시 발생하는 미세 크랙 및 불규칙한 형상의 매크로 기공의 생성을 방지하여 세라믹 성형체의 강도를 저하시키는 가장 큰 원인인 응력 집중에 의한 강도의 저하를 방지하며, 실리카에 의한 광물 입자간의 물리적 결합에 의해 상대적으로 낮은 열처리임에도 높은 강도를 얻을 수 있다.
상기 성형체는 오폐수 또는 하천수의 수질 개선을 위해 일정한 형상으로 성형되는데, 바람직하게는 볼형, 판형 또는 관형의 형태로 성형되어 미생물의 부착, 생존 및 성장에 용이하여 강도, 고비표면적을 갖는 다공성 볼, 다공성 판 또는 다공성 관을 제조할 수 있다. 제조된 소성체는 생물친화적인 자연물이며, 생물의 생존 및 번식에 유리한 황토 및 일라이트로 구성되어 친환경적이며 독성이 없고 미생물에 최적의 환경을 제공함과 동시에 황토 및 일라이트 자체가 중금속 및 각종 유해물질을 흡착 제거하여 이중의 수질개선 효과를 얻을 수 있다. 또한 열처리 온도를 낮춰 치밀화를 억제함과 동시에 광물 입자들에 의한 높은 표면조도를 가지며 인위적인 미세기공을 형성시켜 높은 비표면적을 가지며, 높은 내구성 및 강도를 갖게 된다.
상기한 제조방법으로 제조된 기포바이오세라믹 담체는 성근 망 등에 넣어 담체통(40) 내에 투입한다.
상기 담체통(40)은 도 2에서와 같이 몸체(41)의 표면에 다수의 통공(42)이 형성되며, 몸체(41)의 상부측에 개폐뚜껑(43)이 볼트(44) 결합구조로 형성되고, 개폐뚜껑(43)의 상부에 인양연결고리(45)가 구비되며, 몸체(41)의 하부측에 포기조(20) 바닥면에 고정을 위한 다수의 고정다리(47)가 구비되어 구성되며, 그 재질은 스테인레스 스틸재로 형성되게 하는 것이 바람직하다.
이때, 담체통(40) 내에 마련되는 기포바이오세라믹 담체의 수질개선효과를 극대화하도록 하기 위해 몸체(41)의 하부측에 몸체(41) 내부로 에어를 공급하는 에어공급호스(50)를 연결 구비한다.
상기 기포바이오세라믹흡착탑(30)은 도 1에서와 같이 포기조(20)에 연결 구비되어 1차 정화된 오폐수가 이동되며, 몸체(31)의 내부 하부측에 제1정화부재(36) 및 제2정화부재(37)가 적층 구비되어 오폐수를 2차 정화시키도록 구성된다.
이를 구현하기 위하여 기포바이오세라믹흡착탑(30)은 도 3에서와 같이 상부측에 개폐뚜껑(32)이 볼트(33) 결합구조로 형성되며, 몸체(31)의 상부측에 입구댐퍼(34)가 형성되고, 몸체(31)의 하부측에 출구댐퍼(35)가 형성되어 구성된다.
이때, 기포바이오세라믹흡착탑(30)은 상기 담체통(40)의 구조와 같이 몸체(31)의 하부측에는 지면 고정을 위한 다수의 고정다리(38)가 구비되고, 기포바이오세라믹흡착탑(30) 내에 마련되는 기포바이오세라믹 담체의 수질개선효과를 극대화하도록 하기 위해 몸체(31)의 하부측에 몸체(31) 내부로 에어를 공급하는 에어공급호스(50)를 연결 구비한다.
기포바이오세라믹흡착탑(30)의 몸체(31) 내부에는 오폐수를 2차 정화하기 위한 상술된 바와 같이 제1정화부재(36) 및 제2정화부재(37)가 적층 구비되어 있으며, 외부에서 내부 상황을 용이하게 관찰하기 위하여 몸체(31) 상에 내부관찰용 투시창(39)을 설치하여 구성한다.
10 : 혐기조 11 : 유입부
20 : 포기조 30 : 기포바이오세라믹흡착탑
31 : 몸체 32 : 개폐뚜껑
33 : 볼트 34 : 입구댐퍼
35 : 출구댐퍼 36 : 제1정화부재
37 : 제2정화부재 38 : 고정다리
39 : 투시창 40 : 담체통
41 : 몸체 42 : 통공
43 : 개폐뚜껑 44 : 볼트
45 : 인양연결고리 47 : 고정다리
50 : 에어공급라인

Claims (7)

  1. 탱크형태로 형성되며, 유입부(11)를 통해 유입된 오폐수가 액체 및 고형물로 분리되는 혐기조(10);
    상기 혐기조(10)에 연결 구비되어 오폐수가 이동되는 탱크형태로 형성되며, 황토 100 중량부에 대하여 10 내지 300 중량부의 일라이트를 혼합하여 혼합분말을 얻고, 상기 혼합분말 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부의 기공형성제인 폴리비닐알콜(PVA) 및 5 내지 120 중량부의 물을 혼합한 후 교반하여 반죽을 얻은 다음, 상기 반죽을 성형한 후 건조하여 성형체를 얻고, 상기 성형체를 열처리하여 상기 기공형성제인 폴리비닐알콜(PVA)의 산화 분해에 의한 미세 기공이 형성된 소성체의 기포바이오세라믹 담체가 수용된 담체통(40)을 투입하여 오폐수를 1차 정화시키는 포기조(20);
    상기 포기조(20)에 연결 구비되어 1차 정화된 오폐수가 이동되며, 몸체(31)의 내부 하부측에 제1정화부재(36) 및 제2정화부재(37)가 적층 구비되어 오폐수를 2차 정화시키는 기포바이오세라믹흡착탑(30)으로 구성되어 이루어짐을 특징으로 하는 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 담체통(40)은 몸체(41)의 표면에 다수의 통공(42)이 형성되며, 몸체(41)의 상부측에 개폐뚜껑(43)이 볼트(44) 결합구조로 형성되고, 개폐뚜껑(43)의 상부에 인양연결고리(45)가 구비되며, 몸체(41)의 하부측에 몸체(41) 내부로 에어를 공급하는 에어공급호스(50)가 연결 구비되고, 몸체(41)의 하부측에 다수의 고정다리(47)가 구비됨을 특징으로 하는 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기포바이오세라믹흡착탑(30)은 상부측에 개폐뚜껑(32)이 볼트(33) 결합구조로 형성되며, 몸체(31)의 상부측에 입구댐퍼(34)가 형성되고, 몸체(31)의 하부측에 출구댐퍼(35)가 형성되며, 몸체(31)의 하부측에 몸체(31) 내부로 에어를 공급하는 에어공급호스(50)가 연결 구비되고, 몸체(31)의 하부측에 다수의 고정다리(38)가 구비됨을 특징으로 하는 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기포바이오세라믹흡착탑(30)은 몸체(31) 상에 내부관찰용 투시창(39)을 설치하여 구성함을 특징으로 하는 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기포바이오세라믹 담체는,
    황토 및 일라이트를 건조 분쇄한 후 체거름을 통해 얻어진 황토분말과 일라이트 분말을 믹서(mixer) 또는 볼밀(ball-milling)을 이용하여 균일하게 혼합시켜 혼합분말을 제조하고, 상기 제조된 혼합분말에 기공형성제 및 물을 혼합 및 교반하고 필요에 따라 토련 및 숙성과정을 거쳐 반죽을 제조하며, 상기 제조된 반죽을 오폐수 또는 하천의 정화에 적합한 일정한 형상으로 성형한 후, 20∼40℃의 온도에서 건조하고, 상기 건조된 성형체를 산소를 함유하는 분위기하에서 700∼1,000℃의 온도로 30분∼4시간 동안 열처리하여 미생물 담지용 기포바이오세라믹 소성체를 제조하여 얻도록 구성함을 특징으로 하는 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기공형성제는 폴리비닐알콜이며, 상기 기공형성제(폴리비닐알콜) 및 물을 혼합 및 교반하는 과정에서 폴리실록산을 첨가 사용토록 구성함을 특징으로 하는 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 성형체는 볼형, 판형 또는 관형의 형태로 형성됨을 특징으로 하는 기포바이오세라믹 담체를 이용한 수질오염물질 제거장치.
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