KR101853332B1 - 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물 서식을 위한 비표멱적을 증대시키는 동시에 미생물의 표면부착력을 향상시킬 수 있도록 한 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법에 관한 것으로, 중공체(20)의 내외측에 위치된 한 쌍의 와이어브러쉬(30)(32)를 서로 상반된 방향으로 회전시켜서 표면에 스크래치를 형성하고, 중공체(20)의 집중가열 부위를 서로 마주보는 방향으로 가압해서 중공체(20)를 "8"자 모양으로 성형함으로써 중공체(20)의 내부공간과 전체부피를 축소하는 동시에, 중공체(20) 내측에 위치된 내부결합후크(23)와 내부걸림리브(24)가 서로 맞물려 결합되도록 해서 중공체(20)의 벌어짐을 방지하는 가압성형공정(S16)을 포함한다.

Description

하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법{Method for Wastewater Treatment Microbial Carrier}

본 발명은 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미생물 서식을 위한 비표멱적을 증대시키는 동시에 미생물의 표면부착력을 향상시킬 수 있도록 한 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법에 관한 것이다.

하폐수 처리는 물에 함유되어 있는 오염물질을 물로부터 분리 또는 분해하여 무해한 물질로 변화시킴으로써 수질을 개선하는 처리이다. 하폐수의 처리 단계에는 일반적으로 1차, 2차 및 3차 처리가 있다. 1차 처리는 주로 물리적 방법으로 침전, 부상, 응집 등이 시용되며, 2차 처리에서는 생물학적 처리가 사용된다. 3차 처리에서는 화학적 방법으로 부착, 이온 교환, 역삼투법 등이 이용되고 있다.

물리적 방법으로 처리한 폐수라 할지라도 폐수내에서는 콜로이드성 및 용존성 유기물이나 무기물이 남아 있게 되는데, 생물학적 처리는 폐수내 유기물이나 질소, 인 등의 영양소를 미생물을 이용하여 제거하는 방법이다. 따라서, 생물학적 처리는 BOD(생물학적 산소요구량), TOC(유기물 총량), COD(화학적 산소요구량 등으로 표현되는 탄소유기물의 제거, 탈질화 및 안정화를 목적으로 채택된다.

상기 생물학적 처리방법은 폐수 중의 유기물을 미생물의 대사활동을 이용하여 분해하는 처리법으로서 미생물 대사에서 산소공급의 필요 여부에 따라 호기성 처리와 혐기성 처리로 구분되며, 미생물을 부유 상태로 사용하는가에 따라 현탁법과 생물막법으로 분류된다.

현재 생활하수나 일반 산업폐수를 처리하는데 가장 많이 쓰이는 방법에는 호기성 처리이면서 현탁법인 활성슬러지 방법이 있다. 이 방법은 폐수를 활성화된 미생물집단(활성 슬러지)과 혼합하여 폭기조에서 폭기시키는 것으로 미생물이 부유 상태에 있게 된다. 활성 슬러지는 처리된 폐수로부터 침전 분리시키며, 분리된 활성 슬러지 중 일부는 폭기조로 이송되어 다시 쓰이고 나머지는 폐기된다.

또, 활성 슬러지법은 종래부터 생활하수나 유기성 산업폐수의 BOD 처리에서 널리 이용되어 왔다. 그러나, 종래의 현탁식 활성오니법은 처리반응조(폭기조)의 미생물 농도가 낮아 반응 처리속도가 느리며 처리시간이 길어지기 때문에 처리시설의 대형화가 필요하고, 운전시 슬러지의 팽윤화, 잉여 슬러지의 다량 발생 등으로 인하여 그 처분에 막대한 비용이 소요되는 등의 문제점이 있다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 시도되어 온 방법이 부착 미생물을 이용한 생물막법이다. 이 방법은 현탁법과는 달리 폭기조내에 미생물 접촉재를 적당량 충전하는 것으로, 접촉재에 부착된 미생물이 폐수처리에 이용된다.

생물막법은 기존의 현탁식 활성 슬러지법에 비해 미생물의 종류가 다양하여 안정한 미생물의 상태가 형성되기 때문에 유입폐수의 수량 및 수질변동에 강하고, 미생물의 유출이 적으며 미생물을 계속 사용할 수 있어서 처리효율이 현탁식 활성 슬러지법보다 높다는 장점이 있다. 그러나, 실제 국내 폐수처리에서 생물막법 폐수처리는 큰 효과를 얻지 못하고 있는데, 그 이유는 기존 접촉재의 특성에 한계가 있기 때문이다.

현재 접촉재로 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 등과 같은 유기계 재질로 된 원판형, 판형, 호스 섬유상 등의 접촉재(특허공고 제10-1992-0002067호, 제10-1992-0002814호)와 세라믹 재질의 다공성 제올라이트, 입상 활성탄, 셀라이트 등의 접촉재가 사용되고 있다.(특허공고 제10-1992-0010805호, 제10-1992-0009788호, 제10-1995-0002112호) 이렇게 접촉재를 사용하는 생물막법은 종래의 현탁식 활성 슬러지법에 비해서는 향상된 처리효율을 나타내고 있다.

그러나, 유기계 재질의 원판, 판 및 호스 등은 단위무게 당 표면적, 즉 비표면적이 낮기 때문에 미생물 농도가 매우 낮으며 접촉재 표면에 붙어 있는 미생물이 쉽게 이탈되는 문제가 있었다.

한편, 폐수처리에 이용되는 미생물은 주로 0.1 내지 3μm 정도의 크기를 갖는데 기존의 세라믹 재질의 다공성 접촉재는 평균 기공크기가 1μm 이하이기 때문에 세라믹재질의 접촉재도 기공 내부에 까지 미생물이 부착되기는 어려운 단점이 있다. 섬유상 접촉재의 경우 플라스틱 원판이나 판, 호스 등 보다는 비표면적이 높으나(300m²/m³) 한계가 있으며 섬유 표면에 부착되므로 부착력이 부족하다. 이와 같이 현재 국내 폐수처리에서 사용되고 있는 부착 미생물에 의한 생물막 폐수처리법은 적절한 접촉재가 개발되어 있지 않기 때문에 큰 효과를 얻지 못하고 있는 실정이다.

특허공고 제10-1992-0009788호에서는 합성수지계 접촉재에 석탄을 충전하여 생물막 폐수처리에 이용하는 방법이 알려져 있는데, 이 방법에서는 접촉재와 석탄이 모두 생물막 접촉재로 사용되었다.

그러나, 합성수지계 접촉재는 비표면적이 매우 낮아 접촉여재로써의 특성은 매우 열세이며, 높은 표면조도를 갖는 금형을 이용 사출성형이나 압출성형에 의해 제조되기 때문에 성형된 표면이 매끄러워 미생물의 부착력이 현저하게 떨어지는 단점을 지니고 있었다.

대한민국 특허공고 제 10-1992-0002067호 대한민국 특허공고 제 10-1992-0002814호 대한민국 특허공고 제 10-1992-0010805호 대한민국 특허공고 제 10-1992-0009788호 대한민국 특허공고 제 10-1995-0002112호 대한민국 특허공고 제 10-1987-0001996호 대한민국 특허공고 제 10-1988-0000150호 대한민국 특허공고 제 10-1988-0000151호 대한민국 등록특허공보 제 10-0680899호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 미생물 서식을 위한 비표면적을 향상시키는 동시에 미생물의 부착력을 향상시킬 수 있는 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법은 내외측에 미생물부착리브를 갖는 중공체를 열가소성 합성수지로 압출 성형하는 공정; 미생물의 부착을 돕고 비표면적을 증대시키기 위해 상기 미생물부착리브의 표면에 스크래치를 형성하는 공정; 내부결합후크와 내부걸림리브가 위치된 중공체의 외측부위를 용융점 이하의 온도로 집중가열하여 중공체를 연질화 하는 공정을 포함하는 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법에 있어서,
상기 스크래치를 형성하는 공정은, 중공체의 내외측에 위치된 한 쌍의 와이어브러쉬를 서로 상반된 방향으로 회전시키는 과정을 포함하고; 상기 중공체를 연질화 하는 공정 후, 중공체의 집중가열 부위를 서로 마주보는 방향으로 가압해서 중공체를 "8"자 모양으로 성형함으로써 중공체의 내부공간과 전체부피를 축소하는 동시에, 중공체 내측에 위치된 내부결합후크와 내부걸림리브가 서로 맞물려 결합되도록 해서 중공체의 벌어짐을 방지하는 가압성형공정을 포함한다.

삭제

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 중공체의 내외측에 형성된 미생물부착리브 끝에 와이어브러쉬를 이용해서 스크래치를 형성하도록 되어 있기 때문에 미생물이 서식할 수 있는 비표면적이 증대되는 것은 물론이고, 매끄러운 표면을 거칠게 가공해서 미생물의 부착력이 향상되는 효과가 있다.

압출성형된 중공체를 가열해서 "8"자 모양으로 성형한 후 잘록한 허리부분 내측을 내부결합후크와 내부걸림리브에 의해 결합하도록 구성되어 있기 때문에 가압성형 후 형상유지력이 향상될 뿐만 아니라 중공체의 전체 체적이 줄어들면서 반응조에서 미생물 담체가 점유하는 공간이 줄어들게 되어 보다 많은 수의 미생물 담체를 반응조에 수용시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 중공체의 외부에 형성된 외부결합후크와 외부걸림리브를 이용해서 2개 이상 서로 이어붙일 수 있도록 되어 있기 때문에 중공체를 "8"자 모양으로 성형하면서 형성된 잘록한 허리부분을 미생물 서식공간으로 이용할 수 있는 효과가 있다.

원통형의 중공체를 압출성형 한 다음 가열 후 가압해서 "8"자 모양으로 성형하도록 되어 있기 때문에 압출성형이 곤란한 복잡한 모양을 보다 쉽게 성형할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하폐수 처리용 미생물 담체를 보인 정면도
도 2는 도 1의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 내외측 미생물부착리브에 스크래치를 형성하는 것을 개략적으로 보인 도면
도 4는 본 발명에 따른 중공체의 양쪽에서 열풍을 가해 집중 가열해서 연질화하는 것을 개략적으로 보인 도면
도 5는 본 발명에 따른 중공체를 가압 성형하는 것을 개략적으로 보인 도면
도 6은 본 발명에 따른 하폐수 처리용 미생물 담체를 2단으로 조립한 예를 보인 정면도
도 7은 도 6의 사시도
도 8은 본 발명에 따른 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법을 설명하기 위한 순서도

이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부도면 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 길이방향으로 연속해서 성형된 후 "8"자 모양으로 열가압 성형되는 속이 빈 중공체(20); 상기 중공체(20)의 내외측에 방사형으로 형성되고, 단부에 스크래치가 형성되는 미생물부착리브(21)(22)를 포함한다.

상기 중공체(20)는 예를 들면 일정한 두께를 갖도록 원통형으로 형성할 수 있으며, 미생물부착리브(21)(22)는 중공체(20)의 중심에서 방사모양을 이루고, 서로 일정한 간격을 이루도록 배치할 수 있다.

상기 중공체(20)의 내측에서 중심을 향해 형성되는 내부결합후크(23); 상기 중공체(20)의 내측에서 상기 내부결합후크(23)와 마주보는 방향으로 형성되어 중공체(20)를 "8"자 모양으로 열가압 성형할 때 상기 내부결합후크(23)와 서로 맞물려 결합되는 내부걸림리브(24)를 포함한다.

상기 내부결합후크(23)는 예를 들면 일방향으로 걸리도록 중공체(20)의 중심을 향해 화살표모양으로 형성할 수 있으며, 내부걸림리브(24)는 내부결합후크(23)와 서로 마주보는 위치에서 중공체(20)의 중심을 향해 형성할 수 있고, 내부걸림리브(24)의 끝부분에는 내부결합후크(23)가 일방향으로 걸리도록 끝 부분에 직각삼각형 모양의 턱을 형성할 수 있다.

상기 중공체(20)의 외측에 형성되는 외부걸림리브(25)(26); 상기 외부걸림리브(25)(26)와 대칭되는 위치인 중공체(20)의 외측에 형성되어 인접한 다른 중공체(20)에 형성된 외부걸림리브(25)(26)와 결합되는 외부결합후크(27)(28)를 포함한다.

중공체(20)의 외측면 양쪽에는 미생물부착리브(21)(22) 보다 긴 장리브(29a)(29b)를 형성하여 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 두 개 이상의 중공체(20)를 외부결합후크(27)(28)와 외부걸림리브(25)(26)를 이용해서 이어붙이는 경우 가압부위인 중공체(20)의 잘록한 부위에 형성된 공간을 장리브(29a)(29b)가 더 점유하도록 하여 미생물 서식에 필요한 비표면적을 향상시키도록 한다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 내부걸림리브(24)의 끝부분은 중공체(20)의 중심을 향하도록 약간 오므린 상태로 성형하며, 외부걸림리브(25)(26)의 끝부분은 방사형으로 약간 벌어진 상태로 성형해서 중공체(20)를 "8"자 모양으로 성형할 때 내부걸림리브(24)는 벌어지면서 평행을 이루고, 외부걸림리브(25)(26)는 오므라들면서 평행을 이루도록 할 수 있다.

또, 외부걸림리브(25)(26)의 끝부분을 "L"자 모양으로 형성하여 외부결합후크(27)(28)와 외부걸림리브(25)(26)가 서로 결합되었을 때 중공체(20)의 외측면에 접촉되는 외부걸림리브(25)(26)의 끝부분 접촉면적을 늘리도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법은 내외측에 미생물부착리브(21)(22)를 갖는 중공체(20)를 열가소성 합성수지로 압출 성형하는 공정(S10); 중공체(20)의 내외측에서 각각 회전하는 와이어브러쉬(30)(32)를 이용 미생물의 부착을 돕고 비표면적(比表面積)을 증대시키기 위한 표면 스크래치(scratch)를 상기 미생물부착리브(21)(22)에 형성하는 공정(S12)을 포함한다.

첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 물어서 회전시킬 수 있는 공구 중에 하나인 단동척(도시생략)에 중공체(20)를 물리고, 중공체(20)의 내외부에 와이어브러쉬(30)(32)를 집어넣어서 내외측의 미생물부착리브(21)(22) 끝에 와이어브러쉬(30)(32)를 각각 접촉시킨 다음 두 와이어브러쉬(30)(32)를 도 3에 나타낸 화살표방향과 같이 서로 상반된 방향으로 고속 회전시키고, 중공체(20)는 내측에 위치된 와이어브러쉬(30)와 반대되는 방향으로 저속으로 회전시키게 되면, 와이어브러쉬(30)(32)에 접촉된 미생물부착리브(21)(22) 끝에 스크래치가 형성된다.

이와 같이 미생물부착리브(21)(22) 끝에 형성된 스크래치는 미생물이 서식할 수 있는 비표면적을 증대시키고, 미생물의 부착력을 향상시키는 역할을 하게 된다.

내부결합후크(23)와 내부걸림리브(24)가 위치된 중공체(20)의 외측부위를 용융점 이하의 온도로 집중 가열하여 중공체(20)를 연질화 하는 공정(S14); 및 중공체(20)의 집중가열 부위를 서로 마주보는 방향으로 가압하여 중공체(20)를 "8"자 모양으로 성형하면서 동시에 중공체(20) 내측에 위치된 내부결합후크(23)와 내부걸림리브(24)가 서로 맞물려 결합되도록 하는 가압성형공정(S16)을 포함한다.

첨부도면 도 4에 나타낸 바와 같이 열풍기(40)(42)를 이용해서 중공체(20)의 양쪽에서 서로 마주보는 방향으로 가열하게 되면, 중공체(20)의 양쪽 중앙부위가 집중적으로 가열되어 연질화되고, 집중 가열부위로부터 점차적으로 멀어지는 중공체(20)의 주변부위도 가열된다.

이후 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 서로 마주보는 펀치(50)(52)를 이용해서 중공체(20)의 집중 가열부위인 양쪽을 도 5의 화살표방향인 서로 마주보는 방향으로 가압하게 되면, 중공체(20)의 집중 가열부위는 크게 변형되고 집중 가열부위로부터 점차 멀어지는 부위는 상대적으로 적은 변형을 일으키면서 중공체(20)의 전체 모양이 "8"자 모양으로 성형된다.

그 다음 도 8의 공정 "S18"에서 중공체(20)의 외측에 형성된 외부결합후크(27)(28)를 인접한 다른 중공체(20)의 외측에 형성된 외부걸림리브(25)(26)에 끼우게 되면, 첨부도면 도 6 및 도 7에서와 같이 두 중공체(20)가 하나로 결합된다.

이후 도 8의 공정 "S20"에서 날카로운 나이프나 톱을 이용해서 적당한 길이로 절단하게 되면, 하폐수 정화에 이용되는 미생물 담체가 얻어지게 된다.

이하 본 발명에 따른 작용을 첨부된 순서도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 8의 공정 "S10"에서 성형 재료 중에 하나인 열가소성 합성수지를 이용 압출 성형기에서 길이방향으로 연속해서 일직선으로 성형하게 되면, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 원통형의 중공체(20)와 미생물부착리브(21)(22), 내부결합후크(23), 내부걸림리브(24), 외부결합후크(27)(28), 외부걸림리브(25)(26), 장리브(29a)(29b)가 모두 일체로 성형된 기다란 제품을 얻을 수 있게 된다.

이후 도 8의 공정 "S12"와 도 3에 나타낸 바와 같이 물어서 회전시킬 수 있는 공구 중에 하나인 단동척(도시생략)에 중공체(20)를 물리고, 중공체(20)의 내외부에 와이어브러쉬(30)(32)를 집어넣어서 내외측의 미생물부착리브(21)(22) 끝에 와이어브러쉬(30)(32)를 각각 접촉시킨 다음 두 와이어브러쉬(30)(32)를 도 3에 나타낸 화살표방향과 같이 서로 상반된 방향으로 고속 회전시키고, 중공체(20)는 내측에 위치된 와이어브러쉬(30)와 반대되는 방향으로 저속으로 회전시키게 되면, 와이어브러쉬(30)(32)에 접촉된 미생물부착리브(21)(22) 끝에 스크래치가 형성된다.

이때 와이어브러쉬(30)(32) 끝에 접촉되는 내부결합후크(23), 내부걸림리브(24), 외부결합후크(27)(28), 외부걸림리브(25)(26), 장리브(29a)(29b)의 끝부분에도 스크래치가 형성되며, 만일 중공체(20)의 내외주면에도 와이어브러쉬(30)(32)가 접촉되면 중공체(20)의 내외주면에도 스크래치가 형성된다.

이와 같이 미생물부착리브(21)(22)를 비롯하여 내부결합후크(23), 내부걸림리브(24), 외부결합후크(27)(28), 외부걸림리브(25)(26), 장리브(29a)(29b)의 끝부분에 형성된 스크래치는 압출 성형시 형성된 매끄러운 표면을 거칠게 가공하여 미생물이 서식할 수 있는 비표면적을 증대시키는 역할을 하게 되는 동시에 거친 표면으로 인해 미생물 부착에도 도움을 주게 된다.

이후 도 8의 공정 "S14" 및 도 4에 나타낸 바와 같이 열풍기(40)(42)를 이용 중공체(20)의 양쪽 가운데 부분을 용융점 이하의 온도로 집중해서 가열하게 되면, 집중 가열된 중공체(20)의 양쪽 중앙부위는 온도가 높아 변형이 쉽게 되고, 집중가열부위로부터 먼 부위일수록 온도가 낮아 변형이 어렵게 된다.

그 다음 도 8의 공정 "S16" 및 도 5에 나타낸 바와 같이 펀치(50)(52)를 이용해서 집중 가열부위인 장리브(29a)(29b)가 형성된 부위를 도 5의 화살표방향인 서로 상반된 방향으로 가압하게 되면, 중공체(20)가 "8"자 모양으로 변형되는 동시에 중공체(20)의 내측에 형성된 내부결합후크(23)와 내부걸림리브(24)가 서로 맞물려서 결합된다.

이와 같이 중공체(20)를 "8"자 모양으로 성형하고 냉각한 다음 도 8의 공정 "S18"에서 중공체(20)의 외측에 형성된 외부결합후크(27)(28)를 인접한 다른 중공체(20)의 외측에 형성된 외부걸림리브(25)(26)에 끼우게 되면, 첨부도면 도 6 및 도 7에서와 같이 두 중공체(20)가 하나로 결합된다.

또, 도시된 예에서는 두 개의 중공체(20)를 이어붙이는 것으로 나타내었으나 필요에 따라 3개 이상 결합해서 하나의 미생물 담체로 만들어서 사용할 수도 있다.

이후 도 8의 공정 "S20"에서 날카로운 나이프나 톱을 이용해서 적당한 길이로 절단하게 되면, 하폐수 정화에 이용되는 미생물 담체가 얻어지게 되며, 이러한 절단공정은 와이어브러쉬(30)(32)에 의해 스크래치를 형성하는 공정 전 또는 후에 하거나 중공체(20)를 "8"자 모양으로 가압 성형하는 공정 전 또는 후에도 할 수 있으며, 또 절단공정은 중공체(20)를 2개 이상으로 조립하는 공정의 전 또는 후에도 할 수 있다.

20 : 중공체 21,22 : 미생물부착리브
23 : 내부결합후크 24 : 내부걸림리브
25,26 : 외부걸림리브 27,28 : 외부결합후크
29a,29b : 장리브 30,32 : 와이어브러쉬
40,42 : 열풍기 50,52 : 펀치

Claims (2)

1. 삭제
2. 내외측에 미생물부착리브(21)(22)를 갖는 중공체(20)를 열가소성 합성수지로 압출 성형하는 공정(S10);
   미생물의 부착을 돕고 비표면적(比表面積)을 증대시키기 위해 상기 미생물부착리브(21)(22)의 표면에 스크래치(scratch)를 형성하는 공정(S12);
   내부결합후크(23)와 내부걸림리브(24)가 위치된 중공체(20)의 외측부위를 용융점 이하의 온도로 집중가열하여 중공체(20)를 연질화 하는 공정(S14);
   을 포함하는 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법에 있어서,
   
   상기 스크래치(scratch)를 형성하는 공정(S12)은,
   중공체(20)의 내외측에 위치된 한 쌍의 와이어브러쉬(30)(32)를 서로 상반된 방향으로 회전시키는 과정을 포함하고;
   상기 중공체(20)를 연질화 하는 공정(S14) 후,
   중공체(20)의 집중가열 부위를 서로 마주보는 방향으로 가압해서 중공체(20)를 "8"자 모양으로 성형함으로써 중공체(20)의 내부공간과 전체부피를 축소하는 동시에,
   중공체(20) 내측에 위치된 내부결합후크(23)와 내부걸림리브(24)가 서로 맞물려 결합되도록 해서 중공체(20)의 벌어짐을 방지하는 가압성형공정(S16);
   을 포함하는 하폐수 처리용 미생물 담체 제조방법.

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