KR20010053796A - 생물막접촉 담체의 제조방법 - Google Patents

생물막접촉 담체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 저가의 고효율 세라믹 담체를 제공하는 것이다.
본 발명은 점토와 활석(TALK)로 이루어진 무기 세라믹 원료 및 무기물 결합제에 물을 첨가하여 혼합하고 수분에 의하여 입상화한 원료에 물리적인 외력을 가하여 가소성을 부여한 후 벌집 형태로 성형하여 건조 및 소성을 실시한 후 표면에 미세한 요철구조의 다공성 세라믹을 형성하는 방법으로 구성되는 세라믹 담체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

생물막접촉 담체의 제조방법{Producing method of media for contacting the biomembrane}
본 발명은 생물막접촉 담체의 제조방법및 그 제조방법에 의해 제조된 생물막접촉 담체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미생물 부착을 용이하게 하기위한 세라믹 담체의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 세라믹 담체에 관한 것이다.
급속한 산업화의 발달로 오폐수 및 대기악취문제가 사회적 문제로 크게 대두되고있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 여러가지 방법 중, 현재 가장 보편화 되어있는 방법은 생물막을 이용한 오폐수 처리 및 악취제거 기술이다. 하지만 생물막을 고정화 시키기 위한 많은 노력에도 불구하고 물리적 특성인 강도가 약하고 충분한 기공을 갖지 못한 제품들이 주로 소개되어 오고있으며 플라스틱이나 섬모상의 고분자 제품들이 많이 사용 되어오고 있다.
특히 이러한 여재들은 기존 활성슬러지 방법으로 설계된 시스템에는 적용하는데 많은 비용이 소모되고 대형 구조물 공사가 이루어져야 하기 때문에 경제적으로나 시간적으로 많은 손실을 초래한다. 일반적인 세라믹 담체 및 천연석(石)을 이용 할 경우 폭기조 내에서 마찰에 의한 마모로 인해 문제점이 있고 플라스틱 여재의 경우 부유하기 때문에 시공에 많은 어려움을 격고 있는 실정이며 섬모상 고분자의 경우 시공 및 해체수거에 많은 비용이 발생하며 처리시 2차오염원이 될 수 있는 문제점이 있다..
따라서, 본 발명의 목적은 비교적 저가의 고효율 세라믹 담체를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 생물막 접촉 담체의 일례의 단면도 및 측면도.
도 2는 본 발명의 생물막 접촉 담체의 다른 예의 단면도 및 측면도.
상기 본 발명의 목적은 점토와 활석(TALK)로 이루어진 무기 세라믹 원료 및 무기물 결합제에 물을 첨가하여 혼합하고 수분에 의하여 입상화한 원료에 물리적인 외력을 가하여 가소성을 부여한 후 벌집 형태로 성형하여 건조 및 소성을 실시한 후 표면에 미세한 요철구조의 다공성 세라믹을 형성하는 방법으로 구성되는 세라믹 담체의 제조방법에 의해 달성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 본 발명의 세라믹 담체 원료로 사용된 출발 원료에 대한 특징은 다음과 같다.
본 발명에 사용된 무기원료 및 무기물 결합제는 점토와 활석(TALC)이며 점토는 일정한 화학성분을 갖는 균일한 혼합체로 가소성을 갖는다. 점토는 크게 결정질점토광물과 비정질 점토 광물이 있으며 전자는 층상규산염 광물이고 후자는 알로펜,힌게나이트 등이 있다. 층상규산염광물의 구조는 SiO4 4면체가 3정점을 연결하여 이차원적으로 넓혀진 육각 망목상의 Si-O층을 골격으로 하고 나머지 한 개의 정점은 그 층상격자 사이에 들어가는 Mg,Fe,Al등의 양이온이 산소 혹은 수산기의 음이온을 6 배위한 8면체층과 결합되어 있다. 4면체층과 8면체층의 결합방식에 따라 1:1형,2:1형,2:1:1형의 세가지 형태를 취한다. 1:1형의 대표적인 광물은 카올린 할로이사이트 등이 있고, 2:1광물은 엽납석 몬로린나이트 운모 등이 있다. 2:1:1의 대표적인 광물로는 녹니석(Chlorite)이 있다.
본 발명에서는 주 점토 광물인 카올린 및 산성백토, 제올라이트, 도석 등이 사용되었으며 일반적인 조성비를 갖고 있다. 이러한 화합물들이 무기물 결합제로 사용된다.
활석(TALC)은 2:1형 점토광물의 대표적인 것으로서 3팔면체 형으로 Mg3Si4O10(OH)2의 이상식을 갖으며 극소량의 Al이 사면체에 들어 있고 팔면체의 Mg로 Fe,Al 등에의해 치환되어 있다. 백색 혹은 녹색의 괴상 혹은 엽편상으로 산출되며 경도 1, 2.7-2.8의 비중을 갖는다. 본 발명에 사용된 활석의 조성 성분 및 특징은 다음 표 1. 과같다.
표 1. 활석의 특성
구 분 시료 1 시료 2
SiO2 55.4 61.27
MgO 25.82 31.72
Fe2O3 1.79 0.18
Al2O3 1.55 0.3
CaO 7.93 0.27
백색도 80.5 97
비중 2.7 2.7
pH 8.9 8.2
평균입도(㎛) 120-200 120-200
상기 활석과 점토의 혼합 비율은 강도 및 가소성을 고려하여 1 : 0.5-2.0의 중량비로 하는 것이 바람직하다.
내화도 및 강도를 개선시킬 목적으로 상기 원료 100중량부에 대해 입도가 50-100㎛ 산화알루미늄(Al2O3)20-40 중량부를 첨가할 수 있다.
본 발명의 무기물 원료 및 무기물 결합제에는 초기강도 부여를 위한 유기결합제로 폴리비닐알콜 등의 유기고분자 화합물이 사용될 수 있고, 기공형성제로 카아본이 첨가될 수도 있다.
본 발명의 세라믹 담체의 제조방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 혼합, 가소성 부여, 성형, 건조 및 소성 공정은 일반적인 혼합공정, 즉 건식 혼합 또는 볼밀(BALL MILL)을 이용한 습식 혼합, 필터 프레스(FILTER PRESS) 및 건조공정을 이용한 수분조절 후 혼합 리딩기 등을 이용한 가소성 부여 및 압출 성형 등의 성형공정을 이용할 수 있고 각 공정을 특정 방법으로 제한하지 않는다.
단, 성형공정에서 성형되는 세라믹 담체의 형태는 도 1 및 도 2와 같다. 이는 유체의 원활한 흐름과 비표면적의 증가로 생물막이 형성되기에 적합한 구조이며이로 인하여 슬러지 발생량을 현저하게 줄일 수 있다.
상기와 같이 성형된 제품은 40-60℃의 건조로 에서 건조되며 이렇게 성형된 제품은 높은 강도를 갖는다. 첨가원료의 조성비와는 관계 없이 소성공정은 매시 분당 2-3℃의 승온 속도로 500℃에서 30분 유지시켜준다. 최고 소성온도는 900-1100℃이며 이는 조성비에 따라서 다르게 작용한다. 본 발명에 따른 세라믹 담체는 화학적으로 안정하고 물리적 특성이 우수하여 미생물 부착능이 우수하고 폭기조 내에서 마모율이 작고 연속적으로 이루어진 폼 내에서부터 외부까지 고르게 생물막이 형성되어 있어 오폐수 처리 및 탈취 효율을 높일 수 있다.
이하 본 발명에 따른 다공질 세라믹 담체의 제조방법을 실시예를 들어 상세하게 설명하지만, 하기 실시예 들은 본 발명을 한정 하거나 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
120㎛의 입도분포를 갖는 1:1형 점토 60중량부와 ,120 ㎛ 활석 40중량부로 구성된 조성물을 지름이 1M인 볼밀(Ball mill)에서 습식 혼합하여 필터 프레스(FILTER PRESS)를 이용 탈수 시켰다. 이렇게 해서 얻은 케이크는 수분 함량이 60% 이상이므로 충분히 건조 시킨후, 건조된 분말을 혼합 리딩기에서 넣고 수분을 첨가하여 압출에 필요한 가소성을 부여하였다. 이렇게 해서 얻은 배토는 탈기실이 부착된 압출기에 넣어 허니콤 모양으로 압출하여(도1), 충분한 강도를 갖도록 건조시켰다..
성형된 제품을 배기 시설이 갖추어진 소성로 내에서 분당 2-3℃의 승온 속도로 500℃ 까지 1차 가열한뒤 다시 950℃ 의 온도로 소성하였다.
이렇게 해서 얻은 시료에 대한 물리적 특성을 다음 표 2에 기재하였다.
표 2.
구 분 시 험 결 과
겉보기비중(g/cc) 2.6
공극 크기(η) 10-100
압축하중(kgf) 300
소결체의 주 결정상은 코디어라이트(Cordierite)로 구성되며 소성온도 폭이 좁고 열팽창 계수가 작다.
실시예 2
실시예 1 에서 내화도 및 강도를 개선시킬 목적으로 입도가 50-100㎛ 산화알루미늄(Al2O3)20-40 중량부를 첨가한 것과 소성 온도를 1100-1300℃로 소성하는 것을 제외 하고는 실시예1과 동일한 방법으로 세라믹 담체를 제조 하였다.
상기 본 발명의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 제조된 세라믹 담체는 강도가 강하고 충분한 기공을 갖는 특성이 있다. 또한, 저가의 원료와 경제적인 공장으로 고효율의 세라믹 담체를 제조할 수 있다.
본 발명의 세라믹 담체는 폭기조 내에서 마찰에 의한 마모로 인한 문제점이 없어 생물막 접촉 담체로 적합하다.

Claims (5)

  1. 점토와 활석(TALK)으로 이루어진 무기 세라믹 원료 및 무기물 결합제에 물을 첨가하여 혼합하고 수분에 의하여 입상화한 원료에 물리적인 외력을 가하여 가소성을 부여한 후 벌집 형태로 성형하여 건조 및 소성을 실시한 후 표면에 미세한 요철구조의 다공성 세라믹을 형성하는 방법으로 구성되는 세라믹 담체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 활석과 점토의 혼합 비율은 1 : 0.5-2.0의 중량비인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 원료 100중량부에 대해 입도가 50-100㎛ 산화알루미늄(Al2O3)20-40 중량부가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 원료에 유기결합제로 폴리비닐알콜을 더 부가하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 원료에 기공형성제로 카아본을 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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