KR20030033884A - Porous ceramic support for microbes fixation and method of preparation thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기성 폐수의 생물학적 처리시 용이하게 미생물을 고정시키기 위한 미생물 고정화용 다공성 세라믹 담체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 원료와 함수 폐기물을 적절히 혼합하여 성형시킴으로써 제조되는 미생물 고정화용 다공성 세라믹 담체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous ceramic carrier for immobilizing microorganisms for easily fixing microorganisms during biological treatment of organic wastewater, and more particularly, to a microorganism immobilization prepared by appropriately mixing and molding a ceramic raw material and a hydrous waste. A porous ceramic carrier and a method for producing the same.
일반적으로, 유기성 폐수를 미생물의 대사 활동을 이용하여 분해하는 생물학적 처리법은 미생물 대사에서 산소 공급의 필요 여부에 따라 호기성 처리와 혐기성 처리로 구분되며, 미생물을 부유 상태로 사용하는가에 따라 현탁법과 생물막법으로 구분된다. 이러한 생물학적 처리 공정은 BOD(생물학적 산소 요구량), TOC(유기물 총량), COD(화학적 산소 요구량) 등으로 표현되는 탄소 유기물의 제거, 탈질화 및 안정화 등을 목적으로 개발, 이용되고 있다.In general, biological treatments that decompose organic wastewater using microbial metabolic activity are divided into aerobic treatment and anaerobic treatment according to the need for oxygen supply in microbial metabolism, depending on whether the microorganisms are suspended in suspension and biofilm methods. Separated by. Such biological treatment processes have been developed and used for the purpose of removing, denitrifying and stabilizing carbon organic matter represented by BOD (biological oxygen demand), TOC (total amount of organic matter), COD (chemical oxygen demand), and the like.
현재 가장 널리 이용되는 생물학적 폐수 처리 방법은 호기성 처리이면서 현탁법인 활성 슬러지법이다. 활성 슬러지법에 있어서, 폭기조로 유입된 폐수를 활성화된 미생물 집단(활성 슬러지)과 혼합하여 폭기조에서 폭기시켜 미생물을 부유 상태로 만든 다음, 상기 활성 슬러지를 폭기조 다음의 침전조에서 침전시켜 폐수로부터 분리시키며, 분리된 활성 슬러지 중 일부를 폭기조로 반송하여 재사용하고 나머지는 폐기한다. 그러나, 상기 활성 슬러지법은 처리 반응조(폭기조)의 미생물 농도가 낮기 때문에 폐수의 처리 속도가 느리고 처리 시간이 길어져 처리 시설의 대형화가 요구되며, 장치의 운전시 슬러지의 팽화 발생 및 침전조에서의 잉여 슬러지(폐기물)의 다량 발생 등으로 인하여 그 처리에 막대한 비용이 소요되는 등의 문제점이 있다.Currently, the most widely used biological wastewater treatment method is activated sludge method which is an aerobic treatment and suspension method. In the activated sludge method, the wastewater introduced into the aeration tank is mixed with the activated microbial population (activated sludge) and aerated in the aeration tank to make the microorganisms suspended, and then the activated sludge is precipitated in the settling tank next to the aeration tank to separate from the wastewater. Some of the separated activated sludge is returned to the aeration tank for reuse and the rest is discarded. However, since the activated sludge method has a low microbial concentration in the treatment reaction tank (aeration tank), the treatment speed of the waste water is slow and the treatment time is long, so that the treatment facility needs to be enlarged, and the sludge is generated during operation of the apparatus and excess sludge in the settling tank. Due to the large amount of (waste), etc., there is a problem that a huge cost is required for the treatment.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 부착 미생물을 이용한 생물막법이 개발되었다. 상기 생물막법은 기존의 현탁법과는 달리 폭기조 내에 담체를 적당량 충전하여 미생물을 상기 담체에 고정화시켜서 폭기조 내로 유입된 폐수를 처리하는데 부착된 미생물을 이용하는 방법이다. 상기 생물막법은 종래의 현탁식 활성 슬러지법에 비해 다양하고 안정한 미생물의 상태가 형성되기 때문에 유입 폐수의 수량 및 수질 변동에 용이하게 대처할 수 있으며, 담체로부터의 미생물의 유출이 적고, 폭기조 다음의 침전조를 없애거나 그 부피를 줄일 수 있으며, 오니의 발생이 거의 없어 폐기물 처리 비용을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 미생물을 계속 사용할 수 있으므로 폐수 처리 효율이 활성 슬러지법보다 높다는 장점이 있다.In order to solve this problem, a biofilm method using adherent microorganisms has been developed. Unlike the conventional suspension method, the biofilm method is a method of using a microorganism attached to treat a wastewater introduced into the aeration tank by immobilizing a suitable amount of carrier in the aeration tank to fix the microorganism to the carrier. Since the biofilm method has a variety of stable microorganisms than conventional suspension activated sludge method, it is easy to cope with fluctuations in the quantity and water quality of the inflow wastewater, and the microorganisms from the carrier are little, and the precipitation tank following the aeration tank is used. It is possible to reduce the volume or reduce the volume of the sludge, and to reduce the waste treatment cost since there is almost no generation of sludge, and the waste water treatment efficiency is higher than that of the activated sludge method because microorganisms can be continuously used.
일반적으로 미생물 고정화용 담체로는 미생물의 담지 성능을 향상시키고, 활성이 조기에 나타나게 하기 위하여 유기계, 무기계, 또는 유기-무기 복합계 물질을 사용한 담체가 개발되어 있으나, 종래 제시되어 왔던 미생물 담체의 특성상의 한계로 인하여 현재의 폐수 처리에서는 상기 생물막에 의한 폐수 처리는 큰 효과를 얻지 못하고 있는 실정이다. 미생물 고정화용 담체로는 대부분이 자연에서 산출되는 자갈, 화산석 등과 같은 많은 기공을 가지고 있고 비표면적이 큰 물질을 사용하거나, 플라스틱 등과 같은 고분자 물질을 사용하여 다양한 형상의 유기재료 담체를 제작하여 사용하여 왔다. 그러나 이러한 고분자 플라스틱 담체는 표면 상태가 매끄럽고 비표면적이 작으며 미생물과 친화력이 부족하고, 또한 장기간 사용시 담체 재료 자체가 폐수에 의하여 화학적 침식을 받아 강도 저하, 열화, 내구성 등에 문제가 생기는 등 담체의 특성이 변질되는 단점을 안고 있다.In general, a carrier using an organic, inorganic, or organic-inorganic composite material has been developed as a carrier for immobilization of microorganisms in order to improve the supporting performance of microorganisms and to show early activity, but in view of the characteristics of microbial carriers that have been conventionally proposed. Due to the limitation of the present invention, the wastewater treatment by the biofilm does not have a great effect in the current wastewater treatment. As the carrier for immobilization of microorganisms, most of them have many pores such as gravel, volcanic stone, etc. which are produced in nature, and use materials with large specific surface area or polymer materials such as plastic, etc. come. However, these polymer plastic carriers have a smooth surface, have a small specific surface area, lack of affinity with microorganisms, and have a problem of deterioration in strength, deterioration, durability, etc. due to chemical erosion by the waste water upon long-term use. This has the disadvantage of being deteriorated.
이에 본 발명자는 내열성, 내구성 및 내화학성 등이 우수한 미생물 담체에 대한 연구를 지속적으로 진행하여 화학적 침식에 대한 내식성이 우수하고, 미생물고정화에 적합한 기공 구조를 가지며, 비표면적(미생물 담지 면적)이 크고 기계적 강도가 우수하여 장기간 사용에 적합할 뿐 아니라 열처리에 의한 담체 재생이 가능하여 반영구적으로 사용할 수 있는 미생물 고정화용 다공성 세라믹 담체를 완성하였다.Accordingly, the present inventors continue to study microbial carriers excellent in heat resistance, durability, and chemical resistance, and have excellent corrosion resistance against chemical erosion, have a pore structure suitable for microbial fixation, and have a large specific surface area (microbial supporting area). Excellent mechanical strength is suitable for long-term use as well as regenerating the carrier by heat treatment to complete a porous ceramic carrier for microbial immobilization that can be used semi-permanently.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고농도의 유기성 폐수를 생물학적으로 처리하는 데 있어서 미생물의 부착 성장에 적당한 기공 구조를 가지고 있어 미생물과의 친화성이 우수하며, 뛰어난 기계적 강도를 가질 뿐만 아니라, 장기간 사용하여도 열화가 생기지 않는 다공성 세라믹 담체를 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention has a pore structure suitable for the growth of microorganisms in the biological treatment of high concentration organic wastewater, excellent affinity with microorganisms, excellent mechanical It is to provide a porous ceramic carrier which not only has strength but also does not deteriorate even after long-term use.
또한, 본 발명의 목적은 생산 원가가 매우 저렴한 세라믹 원료를 주성분으로 사용함으로써 제조 비용이 저렴하면서도 미생물 고정화에 적합한 기공 구조를 갖는, 원형 막대 형상 ㆍ튜브 형상 ㆍ기어 형상의 다공성 세라믹 담체를 제공하는 데 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a porous rod-shaped, tubular, gear-shaped porous ceramic carrier having a porous structure suitable for microorganism immobilization while having a low manufacturing cost by using a ceramic raw material having a very low production cost as a main component. have.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 다공성 세라믹 담체를 제조하는 데 특히 적합한 다공성 세라믹 담체의 제조 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for producing a porous ceramic carrier which is particularly suitable for producing the porous ceramic carrier.
도 1은 다공성 세라믹 담체의 형상((a) 원형 막대 형상, (b) 튜브 형상, (c) 기어 형상)을 나타낸다.1 shows the shape of a porous ceramic support ((a) circular rod shape, (b) tube shape, (c) gear shape).
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 다공성 세라믹 담체 단면의 전자 현미경 사진이다.2 is an electron micrograph of a cross section of a porous ceramic carrier according to Example 1 of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 다공성 세라믹 담체 단면의 전자 현미경 사진이다.3 is an electron micrograph of a cross section of a porous ceramic carrier according to Example 2 of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 다공성 세라믹 담체 단면의 전자 현미경 사진이다.4 is an electron micrograph of a cross section of a porous ceramic carrier according to Example 3 of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 다공성 세라믹 담체 단면의 전자 현미경 사진이다.5 is an electron micrograph of a cross section of a porous ceramic carrier according to Example 4 of the present invention.
본 발명은 규산질 원료, 알루미나질 원료와 점토질 원료 중에서 선택된 하나 이상의 원료를 포함하는 세라믹 원료 조성물 및 함수 폐기물을 포함하여 이루어진 미생물 고정화용 다공성 세라믹 담체를 제공한다. 여기서, 상기 미생물 고정화용다공성 세라믹 담체는 원형 막대 형상, 튜브 형상 또는 기어 형상일 수 있다.The present invention provides a porous ceramic carrier for immobilizing microorganisms comprising a ceramic raw material composition comprising at least one raw material selected from siliceous raw material, alumina raw material and clay raw material and water-containing waste. Here, the microorganism immobilization porous ceramic carrier may be a circular rod shape, tube shape or gear shape.
하나의 구체예에 있어, 본 발명은 규산질 원료 15-40 중량부, 알루미나질 원료 40-70 중량부와 점토질 원료 5-40 중량부를 포함하는 세라믹 원료 조성물 및 함수 폐기물 60-160 중량부를 포함하여 이루어진 미생물 고정화용 다공성 세라믹 담체를 제공한다.In one embodiment, the present invention comprises a ceramic raw material composition comprising 15-40 parts by weight of siliceous raw material, 40-70 parts by weight of alumina raw material and 5-40 parts by weight of clay raw material and 60-160 parts by weight of hydrous waste. Provided is a porous ceramic carrier for microbial immobilization.
본 발명에서 세라믹 원료 조성물로 사용된 규산질 원료, 알루미나질 원료 및 점토질 원료는 가격이 저렴하고 국내에서 용이하게 입수할 수 있다는 잇점이 있으며, 상기 세라믹 원료를 적당한 비율로 혼합함으로써 보다 값싼 세라믹 담체를 제조할 수 있다.The siliceous raw material, alumina raw material and clay raw material used as the ceramic raw material composition in the present invention have the advantage of low price and easy availability in Korea, and a cheaper ceramic carrier is prepared by mixing the ceramic raw material at an appropriate ratio. can do.
함수 폐기물(탈수 케이크)는 폐수 처리장에서 발생되는 폐기물로서, 담체의 기공 형성을 위한 발포제의 역할을 수행하며, 함수 폐기물의 수분 함량은 60-95 중량%일 수 있다. 통상 생물학적 폐수 처리 공정에서 발생되는 잉여 오니(탈수 케이크)는 (함수)폐기물로서 소각 또는 매립시 막대한 처리 비용이 소요되는 바, 본 발명에서 이를 기공 형성제로 사용하여 폐기물 처리 비용을 크게 줄일 수 있다. 또한 본 발명은 1200 ℃∼1400 ℃의 고온에서 열처리시켜 담체를 제작하므로 향후 탈수 케이크에 포함된 중금속 등 오염 물질이 누출될 우려가 없으며, 또한 1200 ℃ 이상의 고온에서 열처리시키므로 소각시 발생되는 다이옥신 발생도 없다. 또한 탈수 케이크는 약 55 중량%∼65 중량%의 유기물과 35 중량%∼45 중량%의 무기물을 함유하고 있으므로 기공 형성제 성분으로 세라믹스 원료에 혼합된 후 1200∼1400 ℃에서열처리하면 유기물은 모두 연소되어 제거되고 나머지는 SiO2, Al2O3, CaO 등의 산화물이 되어 세라믹 원료의 일부로서 대체할 수 있는 장점이 있다.Water waste (dewatered cake) is a waste generated in a wastewater treatment plant, and serves as a blowing agent for the formation of pores of the carrier, the water content of the water waste may be 60-95% by weight. Surplus sludge (dewatering cake), which is usually generated in a biological wastewater treatment process, requires a huge disposal cost when incinerated or landfilled as a (function) waste. In the present invention, it can be used as a pore former to greatly reduce the waste disposal cost. In addition, since the present invention manufactures the carrier by heat treatment at a high temperature of 1200 ℃ to 1400 ℃, there is no risk of leakage of contaminants such as heavy metals contained in the dehydrated cake in the future, and since the heat treatment at a high temperature of 1200 ℃ or more, the generation of dioxins generated during incineration none. In addition, the dehydrated cake contains about 55% to 65% by weight of organic matter and 35% to 45% by weight of inorganic matter, so that the organic matter is burned when mixed with the ceramic raw material as a pore-forming component and heat treated at 1200 to 1400 ° C. And the remainder are oxides such as SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, etc., which can be replaced as part of a ceramic raw material.
본 발명에 따른 다공성 세라믹 담체는 규산질 원료, 알루미나질 원료와 점토질 원료 및 함수 폐기물 외에 CaO를 추가로 포함할 수 있다. Ca0는 함수 폐기물의 수분 함량을 조절하는 역할을 하고, 소성 후 Ca는 담체의 일부가 되어 유기성 폐수 중의 영양 염류 제거에도 기여할 수 있다. 폐수 처리장에서 발생되는 폐기물은 보통 수분이 60 중량%∼95 중량%를 함유하고 있으므로, CaO를 소량 첨가함으로써 폐수 처리장에서 발생되는 탈수 케이크의 수분 함량을 조절하여 성형에 적당한 슬러리 농도를 얻을 수 있다.The porous ceramic carrier according to the present invention may further include CaO in addition to siliceous raw materials, alumina raw materials and clay raw materials and water waste. Ca0 plays a role in controlling the water content of the hydrous waste, and after firing, Ca becomes part of the carrier, which may contribute to the removal of nutrients from the organic wastewater. Since the wastes generated in the wastewater treatment plant usually contain 60% by weight to 95% by weight of water, by adding a small amount of CaO, it is possible to adjust the water content of the dewatered cake generated in the wastewater treatment plant to obtain a slurry concentration suitable for molding.
본 발명에 따른 미생물 고정화용 다공성 세라믹 담체는 원형 막대 형상, 튜브 형상 또는 기어 형상의 담체 형상일 수 있으며, 각각 그 직경은 3-45 mm이고 길이는 2-45 mm일 수 있다.The porous ceramic carrier for microorganism immobilization according to the present invention may have a circular rod shape, a tube shape or a gear shape carrier shape, each having a diameter of 3-45 mm and a length of 2-45 mm.
또한 본 발명은In addition, the present invention
(가)규산질 원료 15-40 중량부, 알루미나질 원료 40-70 중량부와 점토질 원료 5-40 중량부로 이루어진 세라믹 원료 조성물에, 함수 폐기물 60-160 중량부를 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;(A) preparing a slurry by uniformly mixing 60-160 parts by weight of hydrous waste in a ceramic raw material composition consisting of 15-40 parts by weight of siliceous material, 40-70 parts by weight of alumina material and 5-40 parts by weight of clay material;
(나)상기 슬러리를 압출하여 성형체를 형성하는 단계; 및(B) extruding the slurry to form a compact; And
(다)상기 성형체를 건조 후 소결시키는 단계를 포함하는 미생물 고정화용 다공성 세라믹 담체의 제조 방법을 제공한다.(C) It provides a method for producing a porous ceramic carrier for microbial immobilization comprising the step of drying and sintering the molded body.
구체적으로, 상기 슬러리를 압출하여 성형체를 형성하는 단계는, 1-50㎏/㎠의 압력으로 일축 가압 성형기 또는 압출기를 이용하여 성형체를 형성하는 단계를 포함한다. 또한 상기 슬러리를 압출하여 성형체를 형성하는 단계는, 상기 슬러리를 압출하여 원형 막대 형상, 튜브 형상 또는 기어 형상을 갖는 성형체를 형성하는 단계를 포함한다. 또한 기어 형상의 담체를 제조하는 데 있어서는, 압출기를 이용하여 성형체를 형성하는 것이 생산성 측면에서 효과적이다.Specifically, the step of extruding the slurry to form a molded body, comprising the step of forming a molded body using a uniaxial pressure molding machine or an extruder at a pressure of 1-50kg / ㎠. In addition, the step of extruding the slurry to form a molded body, comprising the step of extruding the slurry to form a molded body having a circular rod shape, tube shape or gear shape. In producing a gear carrier, it is effective in terms of productivity to form a molded body using an extruder.
상기 성형체를 건조 후 소결시키는 단계는, 상기 성형체를 15-30 ℃에서 48시간 동안 건조시킨 다음, 이를 소성로에 적재하고 약 1-4 ℃/분의 승온 속도로 약 450 ℃까지 소성로의 온도를 상승시킨 후, 450 ℃에서 1200-1400 ℃까지는 약 2-5 ℃/분의 승온 속도롤 소성로의 온도를 상승시켜, 0.5-5시간 동안 유지시키는 단계를 포함한다.In the step of drying and sintering the molded product, the molded product is dried at 15-30 ° C. for 48 hours, then loaded into the firing furnace, and the temperature of the firing furnace is raised to about 450 ° C. at a temperature increase rate of about 1-4 ° C./min. After the increase, the temperature of the baking furnace at a temperature increase rate of about 2-5 ° C./min from 450 ° C. to 1200-1400 ° C. is included, and the step is maintained for 0.5-5 hours.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 세라믹 담체의 제조 방법을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a porous ceramic carrier according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
규산질 원료 15∼40 중량부, 알루미나질 원료 40 ∼70 중량부, 점토질 원료 5∼40 중량부를 혼합하여 기본 원료로 하며, 이러한 기본 조성물을 볼밀(ball-mill)에서 균일하게 혼합한 후 기공 형성제로서 생물학적 폐수 처리장에서 발생되는 잉여 오니의 탈수 케이크를 사용할 수 있다.15 to 40 parts by weight of siliceous raw material, 40 to 70 parts by weight of alumina raw material, and 5 to 40 parts by weight of clay raw material are mixed to form a basic raw material. The base composition is uniformly mixed in a ball mill, and then a pore former As a dewatering cake of surplus sludge generated in a biological wastewater treatment plant can be used.
세라믹 원료에 대한 무게비로 60∼160 중량%의 탈수 오니 케이크(함수율 60-95%)를 첨가한 후, 믹서에서 균일하게 혼합하여 슬러리 상태로 제조한다.60 to 160% by weight of dehydrated sludge cake (water content of 60 to 95%) is added in a weight ratio to the ceramic raw material, and then uniformly mixed in a mixer to prepare a slurry.
그런 다음, 일축가압 성형기 (1∼50kgf/㎠의 압력) 또는 압출기로 습식 성형을 하여 지름 3∼45 ㎜의 원형 막대, 튜브 및 기어 형상으로 성형체를 제작하고, 온도 15∼30℃와 상대 습도 45∼70% 범위에서 균열 없이 완전 건조시킨다. 건조가 완료된 길이 2∼43㎜의 원형 막대, 튜브 및 기어 형상 성형체를 소성로에 적재하고, 상온에서 450℃까지는 1∼4℃/분의 승온 속도로 소성로의 온도를 상승시킨 후, 450℃에서 1200∼1400℃까지는 2∼5℃/분의 승온 속도로 소성로의 온도를 상승시켜, 30분∼5시간 유지시킴으로써 다공성 세라믹 담체를 제조할 수 있다.Thereafter, wet molding was carried out using a single screw press molding machine (pressure of 1 to 50 kgf / cm 2) or an extruder to form a molded body in the shape of a circular rod, tube, and gear having a diameter of 3 to 45 mm. Completely dry without cracking in the range of -70%. After drying, the circular rod, tube, and gear-shaped molded body having a length of 2 to 43 mm are loaded into the firing furnace, and the temperature of the firing furnace is raised at a temperature increase rate of 1 to 4 ° C / min from room temperature to 450 ° C, and then at 1200 ° C at 1200 ° C. The porous ceramic support can be manufactured by raising the temperature of a kiln to a temperature increase rate of 2-5 degree-C / min, and holding it for 30 minutes-5 hours to -1400 degreeC.
상기와 같이 제조된 세라믹 담체는 50∼80%의 기공을 가지며 2∼300 ㎛의 평균 기공 크기 분포를 나타낸다. 도 1는 (a) 원형 막대 형상 (b) 튜브 형상 및 (c) 기어 형상의 담체 형상 예를 도시하고 있다. 미생물 담지용 세라믹스 담체는 기공 크기 및 비표면적이 중요한 역할을 하지만 실제 미생물이 담지되는 부분은 담체의 표면 부분이므로 가능한 한 같은 용적에 대한 표면적이 클수록 미생물 담지 능력이 우수하다. 도 1(a)의 원형 막대 형상에 비하여 (b)의 튜브 형상이 외부에 노출되어 있는 표면적이 훨씬 크며, (c)의 기어 형상은 (b)의 튜브 형상에 비하여 비표면적(㎡/g)은 비슷하여도 미생물이 담지될 수 있는 면적은 약 2배 이상이다. 도 1(c)의 기어 형상은 각각의 담체가 기어 사이로 맞물려 들어가지 않게 설계되어 담체와 담체가 접촉하는 면적을 최소화시키는 것이 중요하다. 또한 기어 형상의 구조를 갖게 됨으로써 에어레이션(aeration)을 행할 때 공기 흐름의 통로를 확보할 수 있는 장점이 있다.The ceramic carrier prepared as described above has a pore of 50 to 80% and shows an average pore size distribution of 2 to 300 μm. Fig. 1 shows an example of a carrier shape of (a) circular rod shape (b) tube shape and (c) gear shape. The microorganism supporting ceramic carrier plays an important role in pore size and specific surface area, but since the actual microbial loading is the surface portion of the carrier, the larger the surface area for the same volume as possible, the better the microorganism supporting ability. Compared with the circular rod shape of FIG. 1 (a), the surface area of the tube shape of (b) is exposed to the outside, and the gear shape of (c) has a specific surface area (m 2 / g) compared to the tube shape of (b). Even though silver is similar, the area in which microorganisms can be supported is about two times or more. It is important that the gear shape of Fig. 1 (c) is designed so that each carrier does not engage between the gears, so as to minimize the area where the carrier contacts with the carrier. In addition, having a gear-shaped structure has the advantage of ensuring the passage of the air flow when performing aeration (aeration).
이하 실시예들을 중심으로 본 발명을 상세하게 설명하겠으나, 이는 본 발명을 한정하거나 제한하고자 하는 의도는 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples, which are not intended to limit or limit the present invention.
실시예 1Example 1
규산질 원료 100 g, 알루미나질 원료 350 g, 점토질 원료 25 g, CaO 25 g과 기공 형성제(발포제)로 폐기물 탈수 케이크 300 g을 믹서에서 균일하게 혼합하여 성형에 적당한 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 50 kg/㎠의 압력으로 일축 가압 성형기를 이용하여 다음 25 ℃에서 48 시간 동안 건조시킨 후 1250 ℃에서 열처리하여 최종 담체를 제조하였다.100 g of siliceous raw material, 350 g of alumina raw material, 25 g of clay raw material, 25 g of CaO and 300 g of waste dewatering cake were uniformly mixed in a mixer to prepare a slurry suitable for molding. The slurry was dried at 25 ° C. for 48 hours using a uniaxial pressure molding machine at a pressure of 50 kg / cm 2, and then heat treated at 1250 ° C. to prepare a final carrier.
하기 표 1은 본 실시예에 따른 다공성 세라믹 담체의 물리적 특성을 나타낸 것이며 도 2는 상기 세라믹 담체의 전자현미경 사진으로서 미세 구조의 특성을 보여준다.Table 1 shows physical properties of the porous ceramic support according to the present embodiment, and FIG. 2 shows the microstructure as an electron micrograph of the ceramic support.
상기 담체를 일반적인 고농도 유기 폐수의 처리 장치로 이용되는 폐수 처리 장치로서, 1차 침전조, 폭기조, 2차 침전조로 이루어진 실험실 규모의 폐수 처리 장치 중의 폭기조에 40 용적%의 양으로 투입하였다. 실험실 규모의 폐수 처리 장치에 폐수를 유입시켜 폐수를 처리할 때 유입 폐수의 BOD(생물화학적 산소요구량)와 COD(화학적 산소요구량)는 각각 310 mg/L와 1400∼17000 mg/L였다. 그 결과 1일 이내에 95% 이상의 BOD가 제거되고, CODCr제거율 또한 90% 이상이었으며, 총질소 제거율은 최고 70% 이상, 총인 제거율은 75%∼93%이었다.As the wastewater treatment apparatus used as a general high concentration organic wastewater treatment apparatus, the carrier was introduced in an amount of 40% by volume into an aeration tank in a laboratory scale wastewater treatment apparatus consisting of a primary sedimentation tank, an aeration tank, and a secondary sedimentation tank. When the wastewater was introduced into a laboratory-scale wastewater treatment system, the BOD (biochemical oxygen demand) and COD (chemical oxygen demand) of the influent wastewater were 310 mg / L and 1400-17000 mg / L, respectively. As a result, more than 95% of BOD was removed within 1 day, COD Cr removal rate was over 90%, total nitrogen removal rate was up to 70% and total phosphorus removal rate was 75% to 93%.
실시예 2Example 2
규산질 원료 125 g, 알루미나질 원료 300 g, 점토질 원료 50 g, CaO 25 g과 기공 형성제(발포제)로 폐기물 탈수 케이크 450 g을 믹서에서 균일하게 혼합하여 성형에 적당한 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리의 수분을 조절한 다음 압출기에서 성형시킨 다음 25 ℃에서 48 시간 동안 건조시킨 후 1250 ℃에서 열처리하여 최종 담체를 제조하였으며, 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.125 g of siliceous material, 300 g of alumina material, 50 g of clay material, 25 g of CaO and 450 g of waste dewatering cake were uniformly mixed in a mixer to prepare a slurry suitable for molding. After controlling the moisture of the slurry was molded in an extruder and dried for 48 hours at 25 ℃ and heat-treated at 1250 ℃ to prepare a final carrier, the other conditions were the same as in Example 1.
하기 표 2는 본 실시예에 따른 다공성 세라믹 담체의 물리적 특성을 나타낸 것이며 도 3은 상기 세라믹 담체의 전자현미경 사진으로서 미세 구조의 특성을 보여준다.Table 2 shows the physical properties of the porous ceramic carrier according to the present embodiment and Figure 3 shows the characteristics of the microstructure as an electron micrograph of the ceramic carrier.
실시예 3Example 3
규산질 원료 150 g, 알루미나질 원료 250 g, 점토질 원료 75 g, CaO 25 g과 기공 형성제(발포제)로 폐기물 탈수 케이크 600 g을 믹서에서 균일하게 혼합하여 성형에 적당한 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 일축 가압 성형기를 이용하여 50 kgf/㎠의 압력으로 성형시킨 다음 25 ℃에서 48 시간 동안 건조시킨 후 1250 ℃에서 열처리하여 최종 담체를 제조하였으며, 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.150 g of siliceous material, 250 g of alumina material, 75 g of clay material, 25 g of CaO and 600 g of waste dewatering cake were mixed uniformly in a mixer to prepare a slurry suitable for molding. The slurry was molded at a pressure of 50 kg f / ㎠ using a uniaxial pressure molding machine, dried at 25 ° C. for 48 hours, and then heat treated at 1250 ° C. to prepare a final carrier, and the other conditions were the same as in Example 1. .
하기 표 3은 본 실시예에 따른 다공성 세라믹 담체의 물리적 특성을 나타낸 것이며 도 4는 상기 세라믹 담체의 전자현미경 사진으로서 미세 구조의 특성을 보여준다.Table 3 below shows the physical properties of the porous ceramic support according to the present embodiment, and FIG. 4 shows the microstructure as an electron micrograph of the ceramic support.
실시예 4Example 4
규산질 원료 175 g, 알루미나질 원료 200 g, 점토질 원료 100 g, CaO 25 g과 기공 형성제(발포제)로 폐기물 탈수 케이크 750 g을 믹서에서 균일하게 혼합하여 성형에 적당한 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 압출기에서 성형시킨 다음 25 ℃에서 48 시간 동안 건조시킨 후 1250 ℃에서 열처리하여 최종 담체를 제조하였으며, 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.175 g of siliceous raw material, 200 g of alumina raw material, 100 g of clay raw material, 25 g of CaO and pore-forming agent (foaming agent) were uniformly mixed in a mixer to prepare a slurry suitable for molding. The slurry was molded in an extruder and then dried at 25 ° C. for 48 hours, followed by heat treatment at 1250 ° C. to prepare a final carrier, and the other conditions were the same as in Example 1.
하기 표 4는 본 실시예에 따른 다공성 세라믹 담체의 물리적 특성을 나타낸 것이며 도 5는 상기 세라믹 담체의 전자현미경 사진으로서 미세 구조의 특성을 보여준다.Table 4 below shows the physical properties of the porous ceramic support according to the present embodiment, and FIG. 5 shows the microstructure as an electron micrograph of the ceramic support.
본 발명에 따른 미생물 고정화용 다공성 세라믹 담체는, 원형 막대 형상ㆍ튜브 형상ㆍ기어 형상의 담체 형상을 가지도록 제조되어 높은 기계적 강도를 가짐과 동시에 미생물 고정화에 적합한 기공 구조와 표면적이 넓은 구조를 가짐으로써, 미생물이 상기 세라믹 담체에 용이하게 부착 성장할 수 있으므로 미생물을 이용한 유기성 폐수 처리에 있어서 그 처리 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 값싼 세라믹 원료 조성물을 사용함으로써 저비용의 담체를 제조할 수 있고, 함수 폐기물을 사용함으로써 폐기물 처리 비용까지 아울러 크게 줄일 수 있다.The porous ceramic carrier for microorganism immobilization according to the present invention is manufactured to have a circular rod shape, a tube shape and a gear shape carrier shape, and has a high mechanical strength and a pore structure and a wide surface area suitable for microorganism immobilization. Since microorganisms can easily adhere to and grow on the ceramic carrier, the treatment efficiency can be greatly improved in organic wastewater treatment using microorganisms. In addition, low-cost carriers can be produced by using inexpensive ceramic raw material compositions, and waste treatment costs can be greatly reduced by using hydrous waste.
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