KR101682907B1 - Adsorbent media, the preparation method thereof, circulation adsorption column for removing the nitrogen and phosphorus compounds - Google Patents

Adsorbent media, the preparation method thereof, circulation adsorption column for removing the nitrogen and phosphorus compounds Download PDF

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Abstract

Disclosed are an adsorption filter material for removing nitrogen and phosphorus, a method for manufacturing the same, and a circulation adsorption column containing the same. The adsorption filter material according to an embodiment of the present invention contains a plasticized mixture of 90-95 parts by weight of zeolite and 5-10 parts by weight of gamma-alumina. Accordingly, the present invention provides the adsorption filter material which improves sewage treatment efficiency by simultaneously removing nitrogen and phosphorus in polluted sewage.

Description

질소 및 인 동시제거용 흡착 여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 순환식 흡착 컬럼{ADSORBENT MEDIA, THE PREPARATION METHOD THEREOF, CIRCULATION ADSORPTION COLUMN FOR REMOVING THE NITROGEN AND PHOSPHORUS COMPOUNDS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an adsorption filter material for simultaneous removal of nitrogen and phosphorus, a method for producing the same, and a circulation adsorption column containing the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 흡착 여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 순환식 흡착 컬럼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질소 및 인을 동시제거하기 위한 흡착 여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 순환식 흡착 컬럼에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a sorbed material for simultaneous removal of nitrogen and phosphorus, a method for producing the sorbed material, and a circulating adsorption column comprising the sorbed material, the method for producing the same, and the circulating adsorption column .

오염된 유입수에는 유기물, 무기물(특히, 질소 및 인) 등의 많은 영양 물질이 함유되고, 이에 따라 원생동물, 식물성 종류(algae), 균류(bacteria)의 증식이 활발하다. 이는 부영양화의 원인으로 작용하여 녹조 또는 적조 현상을 발생시키는 바, 환경에 큰 영향을 미친다. 국가 차원에서 수질 기준 및 규정 등을 정하고, 하수처리에 있어 이들 기준, 규정 등을 만족시키기를 요구하는 이유다. 이에 따라 질소나 인을 포함하는 영양염류들을 처리하기 위한 다양한 방법 및 장치들이 개발되어 왔다. Contaminated inflow water contains many nutrients such as organic matter and minerals (especially nitrogen and phosphorus), and thus proliferation of protozoan, algae, and bacteria is active. This causes eutrophication and causes green tide or red tide phenomenon, which greatly affects the environment. It is the reason why the water quality standards and regulations are set at the national level and the sewage treatment is required to satisfy these standards and regulations. Accordingly, various methods and apparatuses have been developed for treating nutrients including nitrogen and phosphorus.

일반적으로, 대부분의 하수처리장에서는 유기물 제거에 목적을 둔 활성슬러지공법이 이용되고 있다. 하지만 활성슬러지공법은 유기물질의 제거효율은 양호한 편이나 미생물의 성장이나 증식에 필요한 영양소만 제거되므로 무기물인 질소와 인의 제거율이 현저히 낮은 편이다. 따라서 고도하수처리와 같은 3차 처리공정이 요구되며, 일반적으로 생물학적 방법을 이용하여 질소 및 인을 제거하기 위한 각종 반응조들(무산소조, 혐기조, 호기조 등)이 이용되고 있다. 그러나 이와 같이 생물학적 방법을 이용한 처리공정의 경우에는 미생물을 이용하는 특성상 하수 유입수내의 오염물 부하량이 증가할 경우에는 처리장 운전이 원활하지 못하여 처리시간이 오래 걸리고 처리효율이 낮다는 단점이 있다. Generally, in most sewage treatment plants, an activated sludge process for the purpose of removing organic matter is used. However, the removal efficiency of organic materials is good, but only the nutrients necessary for growth and growth of microorganisms are removed. Therefore, the removal rates of nitrogen and phosphorus, which are minerals, are remarkably low. Therefore, a tertiary treatment process such as an advanced sewage treatment is required, and various reaction vessels (anoxic tank, anaerobic tank, aerobic tank, etc.) are generally used for removing nitrogen and phosphorus by biological methods. However, in the case of the biological treatment method, when the pollutant load in the sewage inflow water is increased due to the nature of using the microorganisms, the treatment time is long and the treatment efficiency is low because the treatment plant is not operated smoothly.

이에 따라, 하수처리시설에 있어 처리시간을 줄이고 처리효율 등을 높이기 위한 방안이 지속적으로 연구개발되고 있으며, 이러한 방안의 일환으로 질소 및 인을 동시 제거하기 위한 방법, 소재, 장치 등의 대한 연구가 진행되고 있다(하기 선행기술문헌 참고).As a result, researches on methods, materials and devices for simultaneous removal of nitrogen and phosphorus have been carried out in order to reduce the treatment time and increase the treatment efficiency in sewage treatment facilities. (See the following prior art documents).

특허문헌 1: 한국등록특허 제1,478,305호(2014.12.24 등록)Patent Document 1: Korean Patent No. 1,478,305 (registered on December 24, 2014) 특허문헌 2: 한국등록특허 제1,167,488호(2012.07.13 등록)Patent Document 2: Korean Patent No. 1,167,488 (Registered on July 13, 2012) 특허문헌 3: 한국등록특허 제1,135,011호(2012.04.03 등록)Patent Document 3: Korean Patent No. 1,135,011 (Registered on Apr. 03, 2012)

본 발명은 오염 하수의 질소 및 인을 동시에 제거함으로써 하수처리효율을 향상시키는 흡착 여재를 제공하고자 한다. The present invention aims at providing an adsorbent filter material which simultaneously removes nitrogen and phosphorus in contaminated sewage to improve sewage treatment efficiency.

또한, 상기 흡착 여재의 제조방법을 제공하고자 한다. The present invention also provides a method for producing the adsorbent material.

또한, 상기 흡착 여재가 적용된 순환식 흡착 컬럼을 제공하고자 한다.Further, it is intended to provide a circulating adsorption column to which the adsorption filter medium is applied.

본 발명의 일 측면에 따르면, 제올라이트 및 감마알루미나가 혼합된 혼합물의 소성물로 구성되고, 상기 제올라이트는 90 내지 95 중량부 및 감마알루미나는 5 내지 10 중량부로 혼합되는 흡착 여재가 제공될 수 있다. According to an aspect of the present invention, an adsorbent material composed of a mixture of zeolite and gamma alumina mixed with a mixture of 90 to 95 parts by weight of zeolite and 5 to 10 parts by weight of gamma alumina may be provided.

또한, 5 내지 10 중량부의 이산화티탄이 상기 혼합물의 표면에 코팅될 수 있다. In addition, 5 to 10 parts by weight of titanium dioxide can be coated on the surface of the mixture.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 제올라이트 및 감마알루미나를 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 물과 알루미나 보헤마이트 졸을 첨가하고 반죽하는 단계; 상기 반죽물을 가공하여 구형으로 형성하는 단계; 상기 가공물을 이산화티탄 졸에 함침시켜 상기 가공물 표면을 이산화티탄으로 코팅하는 단계; 및 상기 이산화티탄이 표면에 코팅된 가공물을 열처리하여 소성하는 단계;를 포함하는 흡착 여재 제조방법이 제공될 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a zeolite comprising mixing zeolite and gamma alumina; Adding water and alumina boehmite sol to the mixture and kneading; Shaping the kneaded product into a spherical shape; Impregnating the workpiece with titanium dioxide sol to coat the surface of the workpiece with titanium dioxide; And a step of heat-treating the workpiece coated with the titanium dioxide on the surface thereof and firing the workpiece.

이 때, 상기 제올라이트는 90 내지 95 중량부 및 감마알루미나는 5 내지 10 중량부로 혼합될 수 있다. In this case, the zeolite may be mixed in an amount of 90 to 95 parts by weight and the gamma alumina may be added in an amount of 5 to 10 parts by weight.

또한, 상기 흡착 여재, 알루미나 보헤마이트 졸 및 물의 비율은 중량비를 기준으로 8:2:1 내지 9:1:1일 수 있다. Also, the ratio of the adsorbent material, alumina boehmite sol and water may be 8: 2: 1 to 9: 1: 1 based on the weight ratio.

또한, 상기 제올라이트 및 감마알루미나를 혼합하는 단계 이전에 상기 제올라이트를 제조하는 단계를 더 포함하고, 상기 제올라이트를 제조하는 단계는, 현무암 광물을 마이크로미터급 크기로 분쇄한 후, 염화나트륨 또는 탄산나트륨과 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 열처리한 후, 증류수에 첨가한 후 교반하여 제올라이트 전구체를 용출시키는 단계; 상기 용출된 제올라이트 전구체 용액에 NaAlO2를 첨가하여 반응시켜 반응물을 형성하는 단계; 및 상기 반응물을 열처리하여 제올라이트 결정화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. The method may further comprise preparing the zeolite prior to mixing the zeolite and gamma alumina, wherein the step of preparing the zeolite comprises grinding the basalt mineral to a micrometer scale size, mixing it with sodium chloride or sodium carbonate step; Heat-treating the mixture, adding it to distilled water and stirring to elute the zeolite precursor; Adding NaAlO 2 to the eluted zeolite precursor solution to form a reactant; And heat-treating the reactant to perform zeolite crystallization.

또한, 상기 제올라이트 전구체를 용출시키는 단계는, 상기 증류수에 산용액을 첨가하여 상기 제올라이트 전구체의 용출시에 불순물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. The step of eluting the zeolite precursor may further include the step of adding an acid solution to the distilled water to remove impurities from the zeolite precursor.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 하수처리장치의 반응조의 전단 및 후단 중 적어도 한 곳 이상에 설치되는 순환식 흡착 컬럼에 있어서, 상기 순환식 흡착 컬럼은, 하수가 입출입 가능하도록 구성되는 컬럼 몸체부; 상기 컬럼 몸체부에 충진되는 복수의 흡착 여재; 상기 컬럼 몸체부의 하단으로 배출되는 상기 흡착 여재들을 상기 컬럼 몸체부의 상단으로 순환시키는 순환장치부; 및 상기 컬럼 몸체부의 상단에 위치하여 상기 순환장치부에 의해 공급되는 상기 흡착 여재들을 세척하는 세척부를 포함하고, 상기 흡착 여재는 제올라이트는 90 내지 95 중량부 및 감마알루미나는 5 내지 10 중량부로 혼합되는 혼합물의 소성물로 구성되는 순환식 흡착 컬럼이 제공될 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a circulating adsorption column installed at least one of a front end and a rear end of a reaction tank of a sewage treatment apparatus, wherein the circulating adsorption column includes a column body portion ; A plurality of adsorption media filled in the column body; A circulation unit for circulating the adsorption media discharged to the lower end of the column body to an upper end of the column body; And a washing unit located at an upper end of the column body and washing the adsorption media fed by the circulation unit, wherein the adsorption media is mixed with 90 to 95 parts by weight of zeolite and 5 to 10 parts by weight of gamma alumina A circulating adsorption column composed of the calcined product of the mixture may be provided.

또한, 상기 흡착 여재는 5 내지 10 중량부의 이산화티탄이 상기 혼합물의 표면에 코팅되고, 상기 순환식 흡착 컬럼은 상기 컬럼 몸체부 내부에 설치되는 자외선 램프를 더 포함할 수 있다.In addition, the adsorption filter medium may further include an ultraviolet lamp, wherein 5 to 10 parts by weight of titanium dioxide is coated on the surface of the mixture, and the circulating adsorption column is installed inside the column body.

본 발명의 구체예들에 따른 흡착 여재와, 흡착 여재 제조방법에 의해 제조되는 흡착 여재는 질소를 제거하는 제올라이트와 인을 제거하는 감마알루미나를 포함하여 복합화 한 복합소재로, 하수처리에 이용될 경우 질소 및 인을 동시 제거 가능하다. The adsorbent material produced by the adsorbent material according to embodiments of the present invention and the adsorbent material produced by the adsorbent material manufacturing method is a composite material composed of zeolite for removing nitrogen and gamma alumina for removing phosphor. Nitrogen and phosphorus simultaneously.

또한, 본 발명의 구체예들에 따른 순환식 흡착 컬럼은 본 발명의 구체예들에 따른 흡착 여재를 충진함으로써, 하수처리장치의 반응조에 추가 설치되어 질소 및 인의 제거효율을 향상시킬 수 있다.Further, the circulating adsorption column according to the embodiments of the present invention can be additionally provided in the reaction tank of the sewage treatment apparatus by filling the adsorption filter material according to the embodiments of the present invention, thereby improving the removal efficiency of nitrogen and phosphorus.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 흡착 여재 제조방법의 순서도이다.
도 2는 도 1의 S20 단계 이전 단계의 순서도이다.
도 3은 제올라이트 제조 공정에 있어 제올라이트 전구체 용출시 산처리 유무에 따른 FE-SEM 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따라 제조된 흡착 여재의 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 순환식 흡착 컬럼을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 흡착 여재의 질소 및 인 처리 시간을 나타내는 그래프이다.
Fig. 1 is a flowchart of a method for manufacturing an adsorbent material according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of steps before step S20 in FIG.
Fig. 3 is an FE-SEM image of zeolite precursor elution with or without acid treatment in the zeolite production process.
4 is an image of adsorbent material prepared according to one embodiment of the present invention.
5 is a schematic view of a circulating adsorption column according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing nitrogen and phosphorus treatment times of the adsorbent material according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 하기의 설명은 본 발명을 구체적인 예시를 들어 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술적 사상이 하기의 설명에 한정되는 것은 아니다. 그리고 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the following description is illustrative of the present invention, and the technical spirit of the present invention is not limited to the following description. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

흡착 여재Adsorbed filter media

본 발명은 흡착 여재를 제공한다. 본 발명에 따른 흡착 여재(이하, 흡착 여재라고 함)는 하수처리장치 등에 사용되어, 오염 하수 내의 질소 및 인을 동시에 제거 할 수 있다. The present invention provides adsorptive filter media. The adsorbent material (hereinafter referred to as adsorbent material) according to the present invention can be used in a sewage treatment apparatus or the like to simultaneously remove nitrogen and phosphorus in contaminated sewage.

일 구체예에 있어서, 흡착 여재는 제올라이트 및 감마알루미나가 혼합된 혼합물의 소성물로 구성될 수 있다. 즉, 흡착 여재는 제올라이트 및 감마알루미나를 포함하는 복합소재이다. 흡착 여재의 구체적 제조방법에 대해서는 후술하기로 하고, 본 부분에서는 흡착 여재를 구성하는 소재 위주로 기술하도록 한다. In one embodiment, the adsorptive filter media may consist of a calcined mixture of a mixture of zeolite and gamma alumina. That is, the adsorbent material is a composite material containing zeolite and gamma alumina. The specific manufacturing method of the adsorbent material will be described later. In this section, description is made on the material constituting the adsorbent material.

상기 제올라이트는 천연제올라이트; 제올라이트 4A급, 제올라이트 13X, 제올라이트 Y 등과 같은 상용 제올라이트를 사용할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 제올라이트는 현무암 광물을 기반으로 후술할 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 것일 수 있다. 이 때, 상기 현무암 광물은 철원지역 현무암 광물일 수 있으며, 현무암 광물을 활용한 산업에서 가공이 끝난 현무암 광미(석분)일수도 있다. 시험 결과 상기 철원지역 현무암 광물 등을 기반으로 제올라이트를 제조하는 경우에 결정화도, 비표면적 및 양이온 교환능이 상용 제올라이트에 비해 상대적으로 높은 것으로 나타났다. 제올라이트는 양이온교환능을 가지고 있어 NH4 +에 대한 선택성이 높은 바, 하수처리분야에서 질소를 제거하기 위한 소재로 많이 이용되고 있다. The zeolite may be natural zeolite; Zeolite 4A grade, zeolite 13X, zeolite Y and the like can be used. In one embodiment, the zeolite may be one produced according to the method according to the present invention, which will be described later on the basis of a basalt mineral. At this time, the basalt mineral may be a basalt mineral in the Cheolwon area, and may be a processed basalt mineral (stone) in an industry using basalt minerals. As a result, the crystallinity, specific surface area, and cation exchange capacity of zeolite were relatively higher than those of commercial zeolite. Since zeolite has a cation exchange capacity and is highly selective for NH 4 + , it is widely used as a material for removing nitrogen in the sewage treatment field.

상기 감마알루미나는 상용 감마알루미나를 사용할 수 있으며, 공지의 방법으로 제조한 감마알루미나를 사용할 수도 있다. 감마알루미나는 금속산화물의 일종으로 담지체이며, 인을 흡착시키는 기능을 할 수 있다. The gamma alumina may be a commercial gamma alumina or a gamma alumina prepared by a known method. Gamma alumina is a kind of metal oxide which is a carrier and can adsorb phosphorus.

흡착 여재는 상술한 것과 같이 제올라이트 및 감마알루미나가 혼합된 혼합물의 소성물로 구성되는데, 이 때, 상기 제올라이트는 90 내지 95 중량부 및 감마알루미나는 5 내지 10 중량부로 혼합될 수 있다(제올라이트 중량 기준). 이러한 중량비는 하수/폐수의 성상에 따라 달라질 수 있다. 단, 흡착 여재가 본 범위를 벗어나는 제올라이트 및 감마알루미나의 혼합비율을 갖는 경우에는 질소 제거율 측면에서 바람직하지 않으며, 이에 대해서는 후술할 시험예에서 확인될 것이다. The adsorbent material is composed of a calcined mixture of a mixture of zeolite and gamma alumina as described above. The zeolite may be mixed in an amount of 90 to 95 parts by weight and the gamma alumina may be mixed in an amount of 5 to 10 parts by weight ). This weight ratio may vary depending on the properties of the sewage / wastewater. However, when the adsorbing material has a mixing ratio of zeolite and gamma-alumina that is outside the range, it is not preferable from the viewpoint of the nitrogen removal rate, which will be confirmed in a test example described later.

일 구체예에 있어서 흡착 여재는 구형, 비드형으로 형성될 수 있다. 구형이나 비드형 형상을 갖는 흡착 여재는 강도나 구성 소재의 응집정도의 측면에서 보다 바람직할 수 있다. 이때, 상기 구형이 완전한 구형만을 의미하는 것은 아니다. 또한, 흡착 여재는 직경이 수 밀리미터에 해당하는 크기를 가질 수 있다. 구형, 비드형의 흡착 여재는 하수처리장치에 배치되는 반응장치(컬럼장치 등) 내에 복수개 충진되어 유입되는 하수의 질소 및 인을 제거하는데 이용될 수 있다. In one embodiment, the adsorbent material may be formed into a spherical shape or a bead shape. The adsorbent material having a spherical or bead shape may be more preferable in terms of strength and degree of agglomeration of constituent materials. At this time, the spherical shape does not mean a complete spherical shape. In addition, the adsorbent material may have a size corresponding to a diameter of several millimeters. A spherical or bead type adsorbent filter material can be used to remove nitrogen and phosphorus in the sewage water filled in a plurality of reaction devices (column devices, etc.) disposed in the sewage treatment device.

일 구체예에 있어서, 흡착 여재의 표면에는 이산화티탄(TiO2)이 코팅될 수 있다. 이산화티탄은 결정구조에 따라 루타일, 아나타제, 티타니아 등으로 구분될 수 있으며, 본 발명에 있어서는 광촉매 활성이 우수한 아나타제를 사용하는 것이 바람직하다. 이산화티탄은 광촉매로 이용되는 대표적 소재로 흡착 여재에 광촉매 기능을 부여할 수 있다. 즉, 이산화티탄이 표면에 코팅된 흡착 여재를 사용하는 경우, 조사된 광에 의해 반응하여 슈퍼옥사이드 이온(O2 -) 및 하이드록시 라디칼(-OH)을 생성할 수 있는 바, 하수처리 효율을 향상시킬 수 있다. 광촉매 반응은 공지의 반응인 바, 구체적인 반응 매커니즘에 대해서는 설명을 생략하도록 한다. In one embodiment, the surface of the sorbed media can be coated with titanium dioxide (TiO 2 ). The titanium dioxide can be classified into rutile, anatase, titania and the like depending on the crystal structure, and in the present invention, an anatase having excellent photocatalytic activity is preferably used. Titanium dioxide is a typical material used as a photocatalyst, and it can impart a photocatalytic function to adsorbed filter media. That is, when an adsorption filter material coated with titanium dioxide is used, superoxide ions (O 2 - ) and hydroxy radicals (-OH) can be generated by the reaction with irradiated light, Can be improved. Since the photocatalytic reaction is a known reaction, a detailed description of the reaction mechanism is omitted.

상기 이산화티탄은 상기 재올라이트 중량을 기준으로 5 내지 10 중량부가 코팅될 수 있다. 상기 중량비는 하수/폐수의 성상에 따라 달라질 수 있다. The titanium dioxide may be coated in an amount of 5 to 10 parts by weight based on the weight of the zeolite. The weight ratio may vary depending on the characteristics of the sewage / wastewater.

흡착 여재 제조방법Adsorption filter material manufacturing method

본 발명은 흡착 여재 제조방법을 추가적으로 제공한다. 본 발명에 따른 흡착 여재 제조방법에 따라 제조되는 흡착 여재는 하수처리장치 등에 사용되어, 오염 하수 내의 질소 및 인을 동시에 제거할 수 있다. The present invention further provides a method for producing adsorbent material. The adsorbent material produced according to the adsorbent material manufacturing method according to the present invention can be used in a sewage treatment apparatus and the like to simultaneously remove nitrogen and phosphorus in contaminated sewage.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 흡착 여재 제조방법의 순서도이다. 도 1을 참조하면, 흡착 여재 제조방법은 제올라이트 및 감마알루미나를 혼합하는 S20 단계, 상기 혼합물에 물과 알루미나 보헤마이트 졸을 첨가하고 반죽하는 S30 단계, 상기 반죽물을 가공하여 구형으로 형성하는 S40 단계를 포함할 수 있다. 그리고 상기 가공물을 이산화티탄 졸에 함침시켜 상기 가공물 표면을 이산화티탄으로 코팅하는 S50 단계를 더 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명한다.Fig. 1 is a flowchart of a method for manufacturing an adsorbent material according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the adsorbent material manufacturing method includes a step S20 of mixing zeolite and gamma alumina, a step S30 of adding water and alumina boehmite sol to the mixture and kneading the mixture, a step S40 . ≪ / RTI > Further, the method may further include a step S50 of impregnating the titanium dioxide sol with the workpiece to coat the surface of the workpiece with titanium dioxide. Hereinafter, each step will be described in detail.

S20 단계에서 제올라이트 및 감마알루미나를 혼합한다. 제올라이트 및 감마알루미나에 대해서는 전술한 것과 동일 또는 유사하므로, 중복 설명은 생략하도록 한다. 구체적으로는 입자크기가 500nm 내지 3㎛를 갖는 제올라이트 입자와 감마알루미나 입자를 3D 믹서 또는 볼밀 등을 사용하여 혼합하여 혼합물을 형성할 수 있다. 혼합시간은 특정되지 않으며, 예컨대 1시간 가량일 수 있다. 또한, 상기 제올라이트는 90 내지 95 중량부 및 감마알루미나는 5 내지 10 중량부로 혼합될 수 있다(제올라이트 중량 기준). In step S20, zeolite and gamma alumina are mixed. Since zeolite and gamma alumina are the same as or similar to those described above, duplicate descriptions are omitted. Specifically, zeolite particles having a particle size of 500 nm to 3 占 퐉 and gamma alumina particles can be mixed using a 3D mixer, a ball mill or the like to form a mixture. The mixing time is not specified, and can be, for example, about 1 hour. The zeolite may be mixed in an amount of 90 to 95 parts by weight and the gamma alumina may be mixed in an amount of 5 to 10 parts by weight (based on the weight of the zeolite).

S30 단계에서 상기 혼합물에 물(NaOH를 함유하는 물이 보다 바람직함)과 알루미나 보헤마이트 졸을 첨가하고 반죽하여 반죽물을 형성한다. 반죽물의 형성은 공지의 방법을 통해 이루어질 수 있으며, 예컨대 통상의 혼합기를 사용할 수 있다. 한편, 상기 알루미나 보헤마이트 졸 및 물의 첨가량은, 중량을 기준으로 할 때 흡착 여재, 알루미나 보헤마이트 졸 및 물의 비율이 9:1:1 내지 8:2:1일 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 혼합물의 바인더로 기능하는 알루미나 보헤마이트 졸의 첨가량이 상기 범위보다 작아지는 경우에는 흡착 여재의 기계적 강도가 떨어져 소성 후에 흡착 여재의 형태가 유지되지 않는 단점이 있으며, 알루미나 보헤마이트 졸의 첨가량이 상기 범위보다 커지는 경우에는 흡착 여재의 비표면적이 작아지는 단점이 있다. 후술할 시험예에서 확인될 것이지만, 흡착 여재, 알루미나 보헤마이트 졸 및 물의 비율이 9:1:1일 때에 흡착 여재의 비표면적이 가장 커지므로 바람직하다. In step S30, water (NaOH-containing water is more preferable) and alumina bohemite sol are added to the mixture and kneaded to form a kneaded product. The kneaded product may be formed through a known method, for example, a conventional mixer may be used. On the other hand, the alumina boehmite sol and water may be added in an amount of 9: 1: 1 to 8: 2: 1 based on the weight of the adsorbent material, alumina boehmite sol and water. In one embodiment, when the amount of the alumina boehmite sol serving as the binder of the mixture is less than the above range, the mechanical strength of the adsorbent media is lowered and the shape of the adsorbent media is not maintained after the firing, When the addition amount of the mite sol is larger than the above range, the specific surface area of the adsorbed filter medium is reduced. Although it will be confirmed in a test example to be described later, it is preferable since the specific surface area of the adsorbent material is the largest when the ratio of the adsorbent material, alumina boehmite sol and water is 9: 1: 1.

본 발명의 일 특징은 S30 단계에서 무기 바인더인 알루미나 보헤마이트 졸을 이용한다는 것이다. 알루미나 보헤마이트 졸은 제1수화물(Al2O3 ·H2O) 이기 때문에 제3수화물(Al2O3H2O)에 비하여 소성시 발생되는 질량의 감소를 줄일 수 있고, 특히 제올라이트 및 감마알루미나와의 결합이 용이한 형태로 수화시 쉽게 금속산화물과의 옥소레이션(-M-O-M-) 또는 올레이션(-M-OH-M-) 결합될 뿐더러, 열처리시에는 상대적으로 저온에서 감마알루미나로 상전이를 하므로 저온 열처리를 가능케 한다는 장점을 갖는다. 또한 통상의 유기 바인더가 아니므로 안정성 측면에서도 우수하다.One feature of the present invention is that alumina boehmite sol, which is an inorganic binder, is used in step S30. Alumina, boehmite sols can be reduced to the monohydrate (Al 2 O 3 · H 2 O) is due to the trihydrate (Al 2 O 3 · 3H 2 O) reduction of the mass is generated upon firing as compared to, in particular, zeolites and (-MOM-) or oligo (-M-OH-M-) bonds with metal oxides when hydration is easily carried out in a form that is easy to bond to gamma alumina. In addition, in the heat treatment, Phase transition, and thus has a merit of allowing a low-temperature heat treatment. In addition, since it is not an ordinary organic binder, it is also excellent in stability.

알루미나 보헤마이트 졸을 대체하여 점토나 고로슬레그와 같은 무기 바인더를 이용하는 것도 가능은 하지만, 이들 대체물은 마그네슘, 칼륨, 철 등과 같은 다른 불순물들을 많이 포함하여 상기 불순물들은 질소 제거에 있어 방해물질로 작용하게 되므로 바람직하지 않다. It is also possible to use an inorganic binder such as clay or blast furnace slag instead of alumina boehmite sol, but these alternatives contain a lot of other impurities such as magnesium, potassium, iron and the like, and the impurities act as an obstructing substance in nitrogen removal So that it is not preferable.

S40 단계에서 상기 반죽물을 가공하여 구형(비드형)으로 형성한다. 본 공정은 구형 가공을 위한 공지의 장치들을 이용할 수 있다. 예를 들어 상기 반죽물을 통상의 압출기를 통해 장환으로 압출하고, 통상의 정환기를 사용하여 정환으로 가공할 수 있다. In step S40, the kneaded product is processed into a spherical shape (bead shape). This process can use known devices for spherical machining. For example, the kneaded product may be extruded through a conventional extruder and processed into a ring by using a conventional ringer.

S50 단계에서 상기 가공물을 이산화티탄 졸에 함침시켜 상기 가공물 표면을 이산화티탄으로 코팅한다. 이산화티탄으로 표면을 코팅하는 이유는 흡착 여재에 광촉매 기능을 부여하기 위함이다. 일 구체예에 있어서, 10nm 급의 이산화티탄 졸 용액에 상기 가공물을 함침시키고, 100℃에서 24시간 가량 건조시킴으로써 코팅할 수 있다. In step S50, the workpiece is impregnated with titanium dioxide sol, and the surface of the workpiece is coated with titanium dioxide. The reason for coating the surface with titanium dioxide is to give a photocatalytic function to the adsorbed filter media. In one embodiment, the titanium dioxide sol solution of 10 nm in size is impregnated with the workpiece and dried at 100 DEG C for about 24 hours.

이후, 300℃ 초과 내지 400℃ 범위의 온도에서 1시간 가량 열처리를 함으로써 흡착 여재를 제조할 수 있다. 300℃ 이하 온도에서 열처리가 이루어지는 경우에는 소성 후에 흡착 여재가 그 형태를 유지하지 못하는 단점이 있고 온도가 필요 이상 높은 경우에는 비표면적이 낮아지는 문제가 있다. 후술할 시험예에서 확인될 것이지만, 열처리 온도가 350℃ 정도일 때에 형태유지 및 비표면적 측면에서 가장 바람직하다.Thereafter, the adsorbent material can be produced by performing the heat treatment at a temperature in the range of more than 300 DEG C to 400 DEG C for about 1 hour. When the heat treatment is carried out at a temperature of 300 ° C or less, there is a disadvantage in that the adsorbed filter material can not maintain its shape after firing, and when the temperature is higher than necessary, the specific surface area is lowered. It is most preferable in terms of shape maintenance and specific surface area when the heat treatment temperature is about 350 캜.

이상의 단계들을 거치면, 흡착 여재를 제조할 수 있다. Through the above steps, adsorbent material can be produced.

한편, S20 단계에서 이용되는 제올라이트는 현무암 광물을 기반으로 제조할 수 있다. 관련하여 도 2는 도 1의 S20 단계 이전 단계의 순서도이다. 도 2를 참조하면, 흡착 여재 제조방법은 S20 단계 이전에 제올라이트를 제조하는 단계를 더 포함하고, 상기 제올라이트를 제조하는 단계는 현무암 광물을 마이크로미터 크기로 분쇄한 후, 염화나트륨 또는 탄산나트륨과 혼합하는 S11단계; 상기 혼합물을 열처리한 후, 증류수에 첨가한 후 교반하여 제올라이트 전구체를 용출시키는 S12단계; 상기 용출된 제올라이트 전구체 용액에 NaAlO2를 첨가하여 반응시켜 반응물을 형성하는 S13단계; 그리고 상기 반응물을 열처리하여 제올라이트 결정화를 수행하는 S14 단계를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명한다. On the other hand, the zeolite used in step S20 can be produced based on basalt minerals. 2 is a flowchart of steps before step S20 in FIG. Referring to FIG. 2, the adsorbent material manufacturing method further includes a step of preparing a zeolite before the step S20, wherein the step of preparing the zeolite comprises pulverizing the basalt mineral into a micrometer size, and then mixing S12 step; S12: heat-treating the mixture, adding it to distilled water and stirring to elute the zeolite precursor; It was reacted by the addition of NaAlO 2 in the eluted S13 zeolite precursor solution to form a reaction product; And performing a heat treatment on the reactant to perform zeolite crystallization. Hereinafter, each step will be described in detail.

S11 단계에서 현무암 광물을 분쇄 후, 염화나트륨 또는 탄산나트륨과 혼합하여 혼합물을 형성한다. 이 때, 상기 현무암 광물은 철원지역 현무암 광물일 수 있으며, 현무암 광물을 활용한 산업에서 가공이 끝난 현무암 광미(석분)일수도 있다. 현무암 광물의 분쇄는 통상의 분쇄기(예컨대 조크러셔)를 사용하여 이루어질 수 있으며, 현무암 광물을 수십 ㎛의 직경을 갖는 크기로 분쇄할 수 있다(예컨대 10㎛). 이후, 염화나트륨 또는 탄산나트륨과 1:1의 비율로 혼합하고 3D 믹서와 같은 통상의 혼합장치로 1시간 가량 혼합할 수 있다. In step S11, the basalt mineral is ground and mixed with sodium chloride or sodium carbonate to form a mixture. At this time, the basalt mineral may be a basalt mineral in the Cheolwon area, and may be a processed basalt mineral (stone) in an industry using basalt minerals. The crushing of the basalt mineral may be carried out using a conventional crusher (e.g., a jaw crusher), and the basalt mineral may be crushed to a size having a diameter of several tens of 탆 (e.g., 10 탆). Thereafter, the mixture may be mixed with sodium chloride or sodium carbonate at a ratio of 1: 1 and mixed for about 1 hour by a conventional mixing device such as a 3D mixer.

S12 단계에서 상기 혼합물을 1차적으로 열처리할 수 있다. 상기 열처리는 로타리 킬른과 같은 통상의 혼합/열처리 장치를 이용하여 수행될 수 있다(예를 들어 로타리 킬른에서 500℃의 온도에서 30분 열처리). 이후 증류수에 상기 혼합물을 첨가한 후(예를 들어 40wt%) 교반하여(예를 들어 2시간 300rpm) 제올라이트 전구체를 용출시킬 수 있다. 이 때, 상기 증류수에 산용액(예를 들어, 2M HCl)을 첨가하여 상기 제올라이트 전구체의 용출시의 Fe나 Ca와 같은 불순물을 제거할 수 있다. 관련하여 도 3은 산처리 유무에 따른 FE-SEM 이미지이다. 좌측 이미지는 산처리를 수행한 경우이고, 우측 이미지는 산처리를 수행하지 않은 경우다. 산처리를 수행하지 않은 경우에는 제조된 제올라이트의 결정화도가 훨씬 낮음을 확인할 수 있다. In step S12, the mixture may be primarily heat treated. The heat treatment may be performed using a conventional mixing / heat treating apparatus such as a rotary kiln (for example, heat treatment in a rotary kiln at a temperature of 500 DEG C for 30 minutes). The zeolite precursor may then be eluted by adding the mixture to the distilled water (for example 40 wt%) and stirring (for example 2 hours 300 rpm). At this time, an acid solution (for example, 2M HCl) may be added to the distilled water to remove impurities such as Fe and Ca in the release of the zeolite precursor. 3 is an FE-SEM image showing the presence or absence of an acid treatment. The left image is the case where the acid processing is performed, and the right image is the case where the acid processing is not performed. When the acid treatment is not carried out, it can be confirmed that the crystallinity of the produced zeolite is much lower.

S13 단계에서 상기 용출된 제올라이트 전구체 용액에 NaAlO2를 첨가하여 이후 제올라이트의 결정화시에 부족한 Al이나 양이온 Na+를 보충할 수 있다. 이 때, Si:Al:Na의 전체 반응 몰비를 조정함으로써 다른 종류의 합성 제올라이트를 제조할 수 있다. 예를 들어, Si:Al의 비(ratio)가 1 이하일 때에는 제올라이트 2.5A가 제조될 수 있으며, 상기 비가 1 이상일 때에는 제올라이트 13X가 제조될 수 있다. 또한, 상기 반응에 있어 상용 제올라이트 4A급을 일정량(예컨대 5wt%) 첨가하는 경우에는 반응수율을 향상시킬 수 있다. NaAlO 2 may be added to the eluted zeolite precursor solution in step S 13 to supplement the deficient Al or Na + in crystallization of the zeolite. At this time, other kinds of synthetic zeolite can be prepared by adjusting the total reaction molar ratio of Si: Al: Na. For example, when the ratio of Si: Al is 1 or less, zeolite 2.5A can be prepared, and when the ratio is 1 or more, zeolite 13X can be produced. In addition, the reaction yield can be improved when a certain amount (for example, 5 wt%) of the commercial zeolite 4A class is added in the above reaction.

S14 단계에서 상기 반응물을 80℃에서 교반하여(예컨대 3시간 300rpm) 열처리함으로써 제올라이트 결정화를 수행할 수 있다. 80℃ 미만의 온도에서 결정화를 시킬 경우에는 결정화가 필요이상 지체되는 바, 결정화 시간이 오래걸리는 문제가 있으며 반응온도가 80℃를 초과하는 경우에는 제올라이트 13X가 형성되지 않을 수 있어 바람직하지 않다. 한편 반응시간이 3시간을 초과하는 경우에는 제올라이트 2.5A가 제조될 수 있다. In step S14, zeolite crystallization may be performed by heat-treating the reaction product at 80 DEG C (for example, 300 rpm for 3 hours). When crystallization is carried out at a temperature lower than 80 DEG C, crystallization is delayed more than necessary, which results in a long crystallization time. When the reaction temperature exceeds 80 DEG C, zeolite 13X may not be formed. On the other hand, when the reaction time exceeds 3 hours, zeolite 2.5A can be prepared.

이후, 결정화된 제올라이트를 증류수에 세척하고 건조(예컨대 100℃에서 24시간) 및 안정화시키면 제올라이트 제조가 마무리될 수 있다. The crystallized zeolite may then be washed in distilled water and dried (e.g. at 100 DEG C for 24 hours) and stabilized to complete the zeolite preparation.

이하, 본 발명에 따른 흡착 여재 및 흡착 여재 제조방법의 시험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 본 발명이 하기 시험예로 한정되지 않음은 자명하다. Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to test examples of adsorbent and adsorbent materials according to the present invention. However, it is apparent that the present invention is not limited to the following test examples.

시험예Test Example

본 발명에 따른 흡착여재 제조방법에 따라 흡착 여재를 제조하였다. Adsorbent filter media were prepared according to the adsorbent filter manufacturing method according to the present invention.

제올라이트 4A급(입자크기 1㎛ 가량)과 감마알루미나(입자크기 1㎛ 가량)를 3D 믹서에서 대략 1시간 가량 혼합하였다. 제올라이트 및 감마알루미나의 혼합비율은 중량을 기준으로 9:1 이었다. 이후, NaOH가 함유된 물과 알루미나 보헤마이트 졸을 첨가하여 반죽물을 형성한 후, 압출 및 정환하여 비드 형태의 흡착 여재를 제조하였다. 이후, 상기 흡착 여재를 10nm급 이산화티탄 졸 용액(흡착 여재 중량의 10wt%)에 30분간 함침 하고, 100℃에서 24시간 동안 건조하였다. 이후 1시간동안 열처리함으로써 직경 5mm 가량의 흡착 여재를 완성하였다. 관련하여 도 3은 흡착 여재의 이미지이다. 좌측 이미지는 흡착 여재의 일반 이미지이며, 우측 이미지는 FE-SEM 이미지(히타치 S-4800)이다. A zeolite 4A grade (about 1 탆 particle size) and gamma alumina (about 1 탆 particle size) were mixed in a 3D mixer for about 1 hour. The mixing ratio of zeolite and gamma alumina was 9: 1 by weight. Then, water containing NaOH and alumina boehmite sol were added to form a kneaded product, which was extruded and recycled to prepare a bead-shaped adsorbent material. Then, the adsorption filter medium was impregnated with a 10 nm titanium dioxide sol solution (10 wt% of the adsorbent media weight) for 30 minutes and dried at 100 ° C for 24 hours. Thereafter, the adsorbent material was heat-treated for 1 hour to complete adsorption media having a diameter of about 5 mm. 3 is an image of the adsorbent material. The left image is the general image of the adsorbent media, and the right image is the FE-SEM image (Hitachi S-4800).

(1) 바인더 배합비에 따른 형태유지 및 비표면적 시험(1) Shape maintenance and specific surface area test according to the proportion of binder

상기 흡착 여재 제조 과정에 있어서, 알루미나 보헤마이트 졸과 물의 배합비를 달리하여 흡착 여재를 제조하였고 상기 흡착 여재들의 비표면적과 소성 후 형태를 관찰하였다. 제올라이트, 감마알루미나 및 이산화티탄 졸의 배합비는 중량을 기준으로 9:1:1로 동일하였다. 비표면적은 BET법을 이용해 측정하였으며, 형태 관찰은 제조된 흡착 여재를 증류수에 30wt% 가량 첨가한 후에 500rpm으로 1시간 교반시킴으로써 풀림 및 파쇄 정도를 육안으로 확인하였다. 결과는 하기 [표 1]과 같았다.In the process of preparing the adsorbent material, the adsorbent material was prepared by varying the mixing ratio of alumina boehmite sol and water. The specific surface area and the morphology of the adsorbent materials were observed. The blend ratio of zeolite, gamma alumina and titanium dioxide sol was 9: 1: 1 by weight. The specific surface area was measured by the BET method. The morphological observation was performed by adding 30wt% of the adsorbent material to distilled water, and then visually confirming the degree of loosening and breaking by stirring at 500rpm for 1 hour. The results are shown in Table 1 below.

흡착 여재: 알루미나 보헤마이트 졸: 물의 비율Adsorbed filter material: alumina boehmite sol: ratio of water 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 / g) 형태유지Maintain shape 1One 9.5:0.5:19.5: 0.5: 1 250.7250.7 ×× 22 9:1:19: 1: 1 233.9233.9 OO 33 8.5:1.5:18.5: 1.5: 1 184.3184.3 OO 44 8:2:18: 2: 1 150.5150.5 OO

상기 [표 1]을 참조하면, 흡착 여재: 알루미나 보헤마이트 졸: 물의 배합비가 9:1:1(2번) 내지 8:2:1(4번)인 경우에는 형태가 유지되는 반면에, 상기 배합비가 9.5:0.5:1(1번)인 경우에는 형태가 유지되지 못함을 확인할 수 있다. 이에 따라 흡착 여재, 알루미나 보헤마이트 졸, 물의 배합비를 도출하였으며, 특히 상기 배합비가 9:1:1인 경우 비표면적이 가장 높음을 알 수 있었다. Referring to Table 1, when the ratio of the adsorbent material: alumina bohemite sol: water is 9: 1: 1 (No. 2) to 8: 2: 1 (No. 4) When the blending ratio is 9.5: 0.5: 1 (no. 1), it can be confirmed that the shape is not maintained. As a result, the mixing ratio of the adsorbent material, alumina boehmite sol and water was determined. In particular, when the mixing ratio was 9: 1: 1, the specific surface area was the highest.

(2) 열처리온도(소성온도)에 따른 형태유지 및 비표면적 시험(2) Shape maintenance and specific surface area test according to heat treatment temperature (sintering temperature)

상기 흡착 여재 제조 과정에 있어서, 최종 단계의 열처리온도(소성온도)를 달리하여(열처리시간은 1시간으로 동일) 흡착 여재를 제조하였고 상기 흡착 여재들의 비표면적과 소성 후 형태를 관찰하였다. 제올라이트, 감마알루미나 및 이산화티탄 졸의 배합비는 중량을 기준으로 9:1:1로 동일하였으며, 알루미나 보헤마이트 졸과 물의 배합비도 흡착여재 중량을 8이라 할 때에 각각 1:1로 동일하였다. 결과는 하기 [표 2]와 같았다.In the process of preparing the adsorbent material, the adsorbent material was manufactured by varying the heat treatment temperature (firing temperature) at the final stage (the heat treatment time was 1 hour), and the specific surface area and the post-calcination form of the adsorbent materials were observed. The mixing ratio of zeolite, gamma alumina and titanium dioxide sol was 9: 1: 1 by weight, and the mixing ratio of alumina boehmite sol and water was 1: 1, respectively, when the weight of adsorbed filter media was 8. The results are shown in Table 2 below.

열처리온도(소성온도, ℃)Heat treatment temperature (sintering temperature, 占 폚) 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 / g) 형태유지Maintain shape 1One 250250 273.8273.8 ×× 22 300300 250.1250.1 ×× 33 350350 233.9233.9 OO 44 400400 198.3198.3 OO

상기 [표 2]를 참조하면, 열처리온도가 300℃ 이하인 경우에는 형태유지에 실패하였는 바, 소성온도가 300℃를 초과해야 함을 확인하였고 비표면적을 고려할 때에는 350℃가 최적 소성 온도임을 확인하였다. Referring to Table 2, when the heat treatment temperature was 300 ° C or less, it was confirmed that the sintering temperature had to be higher than 300 ° C because it failed to maintain its shape. When considering the specific surface area, 350 ° C was the optimum sintering temperature .

(3) 질소 및 인 제거 효율 측정(3) Measurement of nitrogen and phosphorus removal efficiency

상기 흡착 여재 제조 과정에 있어서, 제올라이트와 감마알루미나의 혼합비율을 달리하여 4종류의 흡착 여재를 제조하였다. 상기 혼합비율을 제외한 다른 제조 공정조건들은 통제되었다. 이후, 상기 흡착 여재를 표준용액(암모니아성 질소 20ppm 및 인 2ppm)과 실제 폐수(강원도 주문진 하수처리장 폐수 샘플, 총질소 18ppm, 총인 1.5ppm)에 각각 투입한 후에 질소 및 인 제거율을 측정하였다. 투여량의 경우, 표준용액의 경우에는 5wt%, 실제 폐수의 경우에는 1 wt%(이상 w/v)이었으며, pH는 두 경우 모두 3으로 조정되었다. 결과는 하기 [표 3]과 같았다.In the process of preparing the adsorbent material, four kinds of adsorbent materials were prepared by varying the mixing ratio of zeolite and gamma alumina. Other manufacturing process conditions were controlled except for the mixing ratio. After that, the adsorbent was added to standard solutions (ammonia nitrogen 20 ppm and phosphorus 2 ppm) and actual wastewater (Kangwondo Jumunjin wastewater treatment plant wastewater sample, total nitrogen 18 ppm, total phosphorus 1.5 ppm), and nitrogen and phosphorus removal ratios were measured. The dose was 5 wt% for the standard solution and 1 wt% (w / v) for the actual wastewater, and the pH was adjusted to 3 in both cases. The results are shown in Table 3 below.

제올라이트 및 감마알루미나의 혼합비율Mixing ratio of zeolite and gamma alumina 종류Kinds 질소 제거율
(표준용액은 암모니아성 질소 제거율이고, 폐수는 총 질소 제거율)
Nitrogen removal rate
(The standard solution is the ammonia nitrogen removal rate, and the wastewater is the total nitrogen removal rate)
인 제거율
(표준용액은 인산염인 제거율이고, 폐수는 총 인 제거율)
Phosphorus removal rate
(The standard solution is the phosphorus removal rate, the wastewater is the total phosphorus removal rate)
1
One
7:3
7: 3
표준용액Standard solution 84%84% 100%100%
폐수Wastewater 73%73% 100%100% 2
2
8:2
8: 2
표준용액Standard solution 90%90% 100%100%
폐수Wastewater 84%84% 100%100% 3
3
9:1
9: 1
표준용액Standard solution 91%91% 96%96%
폐수Wastewater 85%85% 100%100% 4
4
9.5:0.5
9.5: 0.5
표준용액폐수Standard solution wastewater 92%92% 84%84%
폐수Wastewater 88%88% 100%100%

상기 [표 3]을 참조하면, 표준용액의 경우에는 제올라이트와 감마알루미나의 혼합비율이 8:2일 때 가장 우수한 질소 및 인 제거율을 보였으며, 폐수의 경우에는 제올라이트와 감마알루미나의 혼합비율이 9.5:0.5일 때 가장 우수한 질소 및 인 제거율을 보였다. 한편, 상기 혼합비율이 7:3인 경우에는 표준용액과 폐수 모두에서 가장 질소 및 인 제거율이 낮은 결과를 보였는 바, 본 발명 범위에 적절하지 않음을 확인하였다. Referring to Table 3, when the mixing ratio of zeolite to gamma alumina was 8: 2, the removal efficiency of nitrogen and phosphorus was the best in the case of the standard solution. In the case of wastewater, the mixing ratio of zeolite and gamma- : 0.5 showed the best nitrogen and phosphorus removal rate. On the other hand, when the mixing ratio was 7: 3, the nitrogen and phosphorus removal rates were the lowest in both the standard solution and the wastewater, and thus it was not suitable for the scope of the present invention.

순환식 흡착 컬럼Circulating adsorption column

본 발명은 하수처리장치에 추가 설치되는 순환식 흡착 컬럼을 추가적으로 제공한다. 본 발명에 따른 순환식 흡착 컬럼은 본 발명에 따른 흡착 여재가 충진되고, 상기 흡착 여재를 순환식으로 처리하여 재생공정을 단순화시키고 연속 운전을 가능케 하는 바 질소 및 인의 제거의 처리효율이 높아질 수 있다. 상기 순환식 흡착 컬럼은 하수처리장치의 반응조의 전단 및 후단 중 적어도 한 곳 이상에 설치됨으로써 유입되는 하수에 포함되는 질소 및 인의 부하량을 감소시키는 기능을 할 수 있다. The present invention further provides a circulating adsorption column additionally provided in the sewage treatment apparatus. The circulating adsorption column according to the present invention is filled with the adsorbent material according to the present invention and the adsorbent material can be circulated to simplify the regeneration process and improve the treatment efficiency of removal of nitrogen and phosphorus . The circulating adsorption column may be installed at least one of the front end and the rear end of the reaction tank of the sewage treatment apparatus, thereby reducing the load of nitrogen and phosphorus contained in the sewage introduced.

도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 순환식 흡착 컬럼(100)을 개략적으로 도시한 도면이다. 순환식 흡착 컬럼(100)은 컬럼 몸체부(110), 복수의 흡착 여재(120), 순환장치부(130), 세척부(140)를 포함할 수 있다. 5 is a schematic view of a circulating adsorption column 100 according to one embodiment of the present invention. The circulating adsorption column 100 may include a column body 110, a plurality of adsorption filter media 120, a circulating device 130, and a cleaning unit 140.

컬럼 몸체부(110)는 하수가 입출입 가능하도록 구성된다. 컬럼 몸체부(110)의 내부에는 복수의 흡착 여재(120)가 충진된다. 흡착 여재(120)는 앞에서 설명한 본 발명에 따른 흡착 여재 내지 본 발명에 따른 흡착 여재 제조방법에 따라 제조되는 흡착 여재이다. 흡착 여재나 제조방법에 대한 설명은 전술하였으므로, 중복 설명은 생략하도록 한다. 충진되는 양은 특정되지 않으며, 예컨대 컬럼 몸체부(110)의 40% 가량을 채울 수 있는 정도의 양이 충진될 수 있다. The column body 110 is constructed so that sewage can be input and output. A plurality of adsorption filter media (120) are filled in the inside of the column body part (110). The adsorbent material 120 is an adsorbent material prepared according to the above-described adsorbent material according to the present invention or the adsorbent material according to the present invention. Descriptions of the adsorbent material and the manufacturing method have been described above, so redundant description will be omitted. The amount to be filled is not specified, and can be filled to such an extent that about 40% of the column body portion 110 can be filled, for example.

순환장치부(130)는 컬럼 몸체부(110)의 하단부 및 상단부와 연통되는 것으로, 컬럼 몸체부(110)의 하단으로 배출되는 흡착 여재(120)들을 컬럼 몸체부(110)의 상단으로 순환시키는 기능을 할 수 있다. 이를 위해 순환장치부(130)는 컬럼 몸체부(110)의 하단부로부터 상단부를 연결시키는 관(미표기)과, 상기 관을 통해 흡착 여재(120)를 이동시킬 수 있는 구동원(미도시, 모터 등)을 포함하여 구성될 수 있으며, 통상의 장치들을 조합하여 제조할 수 있다. 또한 도 5에 도시되어 있지는 않지만 순환장치부(130)에는 흡착 여재를 재생시키는 재생장치가 추가적으로 장착될 수 있다. 상기 재생장치는 흡착 여재를 화학적 방법 또는 열처리 방법등으로 사용된 흡착 여재를 재생시키게 된다. 즉, 사용된 흡착 여재(120)는 컬럼 몸체부(110)의 하단으로 배출되어 순환장치부(130)를 통해 다시 컬럼 몸체부(110)의 상단으로 주입되며, 상기 이동 과정에서 흡착 여재(120)의 재생이 이루어질 수 있다. 세척부(140)는 컬럼 몸체부(110)의 상단에 결합되어 순환장치부(130)에 의해 공급되는 흡착 여재(120)들을 세척하는 기능을 수행할 수 있다. The circulation unit 130 communicates with the lower end and the upper end of the column body 110 and circulates the adsorption media 120 discharged to the lower end of the column body 110 toward the upper end of the column body 110 Function. The circulation unit 130 includes a tube for connecting the upper end of the column body 110 to the upper end of the column body 110 and a driving source (not shown) for moving the adsorption filter medium 120 through the tube, And may be manufactured by combining conventional devices. Although not shown in FIG. 5, a recycling apparatus for regenerating the adsorbent material may be additionally installed in the circulation unit 130. The regenerating apparatus regenerates the adsorbent material used for the adsorbent material by a chemical method or a heat treatment method. That is, the used adsorbing material 120 is discharged to the lower end of the column body 110 and then injected into the upper end of the column body 110 through the circulation unit 130. In the course of the adsorption, Can be performed. The cleaning unit 140 may be coupled to the upper end of the column body 110 to perform a function of cleaning the adsorption media 120 supplied by the circulation unit 130.

한편, 도 5에 구체적으로 도시되고 있지는 않으나, 컬럼 몸체부(110)에는 흡착 여재(120)의 유동을 위한 블로워 등이 추가적으로 설치될 수 있다. 상술한 것과 같은 순환식 흡착 컬럼은 고정식 흡착 컬럼에 비해 운전효율이 높다는 장점이 있다. 고정식 흡착 칼럼의 경우 흡착 여재의 흡착이 종료되면 흡착 컬럼의 운전을 멈추고 상기 흡착 여재를 회수하여 재생을 하는 공정이 추가적으로 요구됨에 반해, 순환식 흡착 컬럼의 경우에는 흡착이 종료된 흡착 여재를 배출시키고 다시 주입시키기까지의 이동경로상에서 흡착 여재를 재생시키는 바, 연속적인 하수처리가 가능하기 때문이다. 5, a blower or the like for flowing the adsorption filter medium 120 may be further installed in the column body 110. [ The circulating adsorption column as described above has an advantage that it is higher in operation efficiency than the fixed adsorption column. In the case of a stationary adsorption column, when the adsorption of the adsorption filter medium is terminated, the operation of the adsorption column is stopped, and the adsorption filter medium is further recovered to recover the adsorbed adsorption media. In the case of the circulation adsorption column, The adsorbed filter medium is regenerated on the moving path from the inlet to the re-injection, and continuous sewage treatment is possible.

한편, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 흡착 여재는 광촉매로 기능하는 이산화티탄이 표면에 코팅될 수 있는 바, 순환식 흡착 컬럼(100)의 컬럼 몸체부(110) 내부에는 자외선 램프(150)가 설치될 수 있다. 자외선 램프(150)는 광촉매 반응을 일으키는 통상의 UV 램프로 구성될 수 있으며, 컬럼 몸체부(110)의 내부에 1 이상 설치될 수 있다. 일 구체예에 있어서 도 5에서와 같이 한 쌍의 자외선 램프(150)가 컬럼 몸체부(110) 내부에 길이 방향으로 각각 설치될 수 있다. 흡착 여재(120)의 흡착 동안 자외선 램프(150)에서 조사된 광에 의해 흡착 여재(120)의 표면에 코팅된 이산화티탄이 반응을 일으켜 하이드록시 라디칼을 생성할 수 있는 바, 하수처리 시간을 단축시킬 수 있다. 관련하여 도 6은 본 발명에 따른 흡착 여재의 질소 및 인 처리 시간을 나타내는 그래프이다. 상기 흡착 여재는 제올라이트 4A: 감마알루미나: 이산화티탄 졸의 배합비가 9:1:1이었고, 적용된 시료는 실제 폐수(강원도 주문진 하수처리장 폐수 샘플, 총질소 18ppm, 총인 1.5ppm)였다. 투여량은 1wt%(w/v)이었고, pH는 3으로 조정되었으며, 설치된 UV 램프는 30W였다. 도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 흡착 여재의 경우 광촉매 기능이 더해짐으로 인해 일반 여재에 비해 총 질소나 총 인을 제거하는데 걸리는 시간이 보다 짧음을 확인할 수 있다. As described above, since the adsorbent material according to the present invention can be coated on the surface of the titanium dioxide functioning as a photocatalyst, the ultraviolet lamp 150 is disposed inside the column body 110 of the circulating adsorption column 100 Can be installed. The ultraviolet lamp 150 may be a conventional UV lamp that generates a photocatalytic reaction, and may be installed in the column body 110. In one embodiment, as shown in FIG. 5, a pair of ultraviolet lamps 150 may be installed in the column body 110 in the longitudinal direction. The titanium dioxide coated on the surface of the adsorbing filter medium 120 can be reacted by the light irradiated from the ultraviolet lamp 150 during the adsorption of the adsorption filter media 120 to generate hydroxy radicals, . 6 is a graph showing the nitrogen and phosphorus treatment times of adsorbent media according to the present invention. The adsorption filter material was a mixture of zeolite 4A: gamma alumina: titanium dioxide sol of 9: 1: 1, and the applied sample was actual wastewater (sample of wastewater from Kangwondo Jumunjin sewage treatment plant, total nitrogen 18ppm, total content 1.5ppm). The dose was 1 wt% (w / v), the pH was adjusted to 3, and the UV lamp installed was 30 W. Referring to FIG. 6, it can be seen that the adsorption filter material according to the present invention has a shorter photocatalytic function, and therefore, the time taken to remove total nitrogen or total phosphorus is shorter than that of the general filter media.

상술한 바와 같이, 본 발명의 구체예들에 따른 흡착 여재와, 흡착 여재 제조방법에 의해 제조되는 흡착 여재는 질소를 제거하는 제올라이트와 인을 제거하는 감마알루미나를 포함하여 복합화 한 복합소재로, 하수처리에 이용될 경우 질소 및 인을 동시 제거 가능하다. 또한, 본 발명의 구체예들에 따른 순환식 흡착 컬럼은 본 발명의 구체예들에 따른 흡착 여재를 충진함으로써, 하수처리장치의 반응조에 추가 설치되어 질소 및 인의 제거효율을 향상시킬 수 있다.As described above, the adsorbent media produced by the adsorbent media according to the embodiments of the present invention and the adsorbent media produced by the adsorbent media production method are composite materials composed of zeolite for removing nitrogen and gamma alumina for removing phosphorus, When used for treatment, it is possible to remove nitrogen and phosphorus at the same time. Further, the circulating adsorption column according to the embodiments of the present invention can be additionally provided in the reaction tank of the sewage treatment apparatus by filling the adsorption filter material according to the embodiments of the present invention, thereby improving the removal efficiency of nitrogen and phosphorus.

이상, 본 발명의 구현예들에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술의 구체적 적용에 따른 단순한 설계변경, 일부 구성요소의 생략, 단순한 용도의 변경 등 본 발명을 다양하게 변형할 수 있을 것이며, 이러한 변형 역시 본 발명의 권리범위 내에 포함됨은 자명하다.Embodiments of the present invention have been described above. However, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. It will be understood that various modifications may be made in the invention, and that such modifications are also included within the scope of the present invention.

100: 순환식 흡착 컬럼 110: 컬럼 몸체부
120: 흡착 여재 130: 순환장치부
140: 세척부 150: 자외선 램프
100: circulating adsorption column 110: column body part
120: adsorption filter media 130: circulation device
140: Cleaning part 150: Ultraviolet lamp

Claims (9)

제올라이트 및 감마알루미나가 혼합된 혼합물의 소성물로 구성되고,
상기 제올라이트는 90 내지 95 중량부 및 감마알루미나는 5 내지 10 중량부로 혼합되는 흡착 여재.
Zeolite, and gamma alumina,
Wherein the zeolite is mixed with 90 to 95 parts by weight and the gamma alumina with 5 to 10 parts by weight.
청구항 1에 있어서,
5 내지 10 중량부의 이산화티탄이 상기 혼합물의 표면에 코팅되는 흡착 여재.
The method according to claim 1,
5 to 10 parts by weight of titanium dioxide is coated on the surface of the mixture.
제올라이트 및 감마알루미나를 혼합하는 단계;
상기 혼합물에 물과 알루미나 보헤마이트 졸을 첨가하고 반죽하는 단계;
상기 반죽물을 가공하여 구형으로 형성하는 단계;
상기 가공물을 이산화티탄 졸에 함침시켜 상기 가공물 표면을 이산화티탄으로 코팅하는 단계; 및
상기 이산화티탄이 표면에 코팅된 가공물을 열처리하여 소성하는 단계;
를 포함하는 흡착 여재 제조방법.
Mixing zeolite and gamma alumina;
Adding water and alumina boehmite sol to the mixture and kneading;
Shaping the kneaded product into a spherical shape;
Impregnating the workpiece with titanium dioxide sol to coat the surface of the workpiece with titanium dioxide; And
Heat treating the workpiece coated with the titanium dioxide on the surface thereof and firing the workpiece;
Wherein the adsorbent material is adsorbed on the adsorbent.
청구항 3에 있어서,
상기 제올라이트는 90 내지 95 중량부 및 감마알루미나는 5 내지 10 중량부로 혼합되는 흡착 여재 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the zeolite is mixed at 90 to 95 parts by weight and the gamma alumina is mixed at 5 to 10 parts by weight.
청구항 4에 있어서,
상기 흡착 여재, 알루미나 보헤마이트 졸 및 물의 비율은 중량비를 기준으로 8:2:1 내지 9:1:1인 흡착 여재 제조방법.
The method of claim 4,
Wherein the ratio of the adsorbent material, alumina boehmite sol and water is 8: 2: 1 to 9: 1: 1 based on the weight ratio.
청구항 3에 있어서,
상기 제올라이트 및 감마알루미나를 혼합하는 단계 이전에 상기 제올라이트를 제조하는 단계를 더 포함하고,
상기 제올라이트를 제조하는 단계는,
현무암 광물을 마이크로미터급 크기로 분쇄한 후, 염화나트륨 또는 탄산나트륨과 혼합하는 단계;
상기 혼합물을 열처리한 후, 증류수에 첨가한 후 교반하여 제올라이트 전구체를 용출시키는 단계;
상기 용출된 제올라이트 전구체 용액에 NaAlO2를 첨가하여 반응시켜 반응물을 형성하는 단계; 및
상기 반응물을 열처리하여 제올라이트 결정화를 수행하는 단계를 포함하는 흡착 여재 제조방법.
The method of claim 3,
Further comprising the step of preparing the zeolite prior to mixing the zeolite and gamma alumina,
The step of preparing the zeolite comprises:
Pulverizing the basalt mineral to a micrometer-scale size, and then mixing with sodium chloride or sodium carbonate;
Heat-treating the mixture, adding it to distilled water and stirring to elute the zeolite precursor;
Adding NaAlO 2 to the eluted zeolite precursor solution to form a reactant; And
And heat treating the reactant to perform zeolite crystallization.
청구항 6에 있어서,
상기 제올라이트 전구체를 용출시키는 단계는,
상기 증류수에 산용액을 첨가하여 상기 제올라이트 전구체의 용출시에 불순물을 제거하는 단계를 더 포함하는 흡착 여재 제조방법.
The method of claim 6,
The step of eluting the zeolite precursor comprises:
Further comprising the step of adding an acid solution to the distilled water to remove impurities from the zeolite precursor.
하수처리장치의 반응조의 전단 및 후단 중 적어도 한 곳 이상에 설치되는 순환식 흡착 컬럼에 있어서,
상기 순환식 흡착 컬럼은,
하수가 입출입 가능하도록 구성되는 컬럼 몸체부;
상기 컬럼 몸체부에 충진되는 복수의 흡착 여재;
상기 컬럼 몸체부의 하단으로 배출되는 상기 흡착 여재들을 상기 컬럼 몸체부의 상단으로 순환시키는 순환장치부; 및
상기 컬럼 몸체부의 상단에 위치하여 상기 순환장치부에 의해 공급되는 상기 흡착 여재들을 세척하는 세척부를 포함하고,
상기 흡착 여재는 제올라이트는 90 내지 95 중량부 및 감마알루미나는 5 내지 10 중량부로 혼합되는 혼합물의 소성물로 구성되는 순환식 흡착 컬럼.
A circulating adsorption column installed at least one of a front end and a rear end of a reaction tank of a sewage treatment apparatus,
Wherein the circulating adsorption column comprises:
A column body configured to allow sewage to flow in and out;
A plurality of adsorption media filled in the column body;
A circulation unit for circulating the adsorption media discharged to the lower end of the column body to an upper end of the column body; And
And a washing unit located at an upper end of the column body and washing the adsorption media fed by the circulation unit,
Wherein the adsorbing material is composed of a calcined mixture of 90 to 95 parts by weight of zeolite and 5 to 10 parts by weight of gamma alumina.
청구항 8에 있어서,
상기 흡착 여재는 5 내지 10 중량부의 이산화티탄이 상기 혼합물의 표면에 코팅되고,
상기 순환식 흡착 컬럼은 상기 컬럼 몸체부 내부에 설치되는 자외선 램프를 더 포함하는 순환식 흡착 컬럼.
The method of claim 8,
Wherein the adsorbing material is coated with 5 to 10 parts by weight of titanium dioxide on the surface of the mixture,
Wherein the circulating adsorption column further comprises an ultraviolet lamp installed inside the column body.
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