KR20050096866A - 유동상 생물막담체 및 열팽창과 냉각수축을 이용한 유동상생물막담체의 조립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물 배양조에 충전하는 유동상 생물막담체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 반응액이 통과될 수 있는 복수개의 관통구 또는 관상공극이 복수개 형성된 외곽용 담체에 구비된 삽입부에 비표면적과 공극율이 큰 미생물 접촉재를 충전하고, 복수개의 관통구 또는 관상공극이 형성된 내삽용 담체를 상기 미생물 접촉재가 충전된 삽입부의 입구에 삽입하여 이탈되지 않도록 결합시켜서 유동상 생물막담체를 조립하며, 상기 외곽용 담체와 내삽용 담체 또는 미생물 접촉재중 적어도 하나 이상은 비중이 상대적으로 큰 소재로 구성하고, 나머지 구성품은 비중이 상대적으로 작은 소재로 구성하여 비중을 조절할 수 있게 되어 있다. 그리고 상기 외곽용 담체를 고온에서 용융된 합성수지 소재로 사출성형하거나 또는 세라믹 소재를 고온에서 소결시켜서 냉각되기 전 열팽창 상태에서 삽입부에 미생물 접촉재를 충전하고, 접촉재가 충전된 삽입부의 입구에 상온으로 냉각되어 수축이 완료된 내삽용 담체를 삽입하여 외곽용 담체를 냉각시킴으로써 외곽용 담체가 상온으로 냉각수축되어 내삽용 담체와 밀착 결합되고 미생물 접촉재의 누출도 방지되는 유동상 생물막담체의 조립방법을 제공한다.

Description

유동상 생물막담체 및 열팽창과 냉각수축을 이용한 유동상 생물막담체의 조립방법{The Fluidized BioFilm Medias and Assembling Method thereof with Thermal Expansion and Cooling Contraction}

본 발명은 미생물 배양조에 충전하는 유동상 생물막담체 및 조립방법에 관한 것으로, 외곽용 담체의 내부에 섬유상, 세라믹 또는 활성탄 소재의 미생물 접촉재와 내삽용 담체를 순차적으로 충전 및 삽입하고, 상기 외곽용 담체와 상기 내삽용 담체가 열팽창 및 냉각수축에 의하여 견고하게 결합되는 유동상 생물막담체 및 조립방법에 관한 것이다.

생물막담체는 미생물이 부착 증식되어 하폐수중의 유기성 오염물질을 분해시키는 복합증식공정에 사용되는 것으로, 부유증식에 의한 단일증식 공정과 비교하여 슬러지 발생량과 부지 소요가 작고, 부하변동에 탄력적으로 대응할 수 있으며 처리수질이 안정되는 등 많은 장점을 발휘하며 고정상과 유동상으로 구분된다.

고정상 생물막담체는 시설비 소요가 크고, 생물막의 슬러지일령(Sludge Age)이 장기화되며, 추가 설치 또는 제거가 어려운 문제점이 있다. 반면에 유동상 생물막담체는 포기조내에 투입하는 것으로 설치가 완료되므로 설치가 용이하고, 필요에 따라 추가 투입 또는 제거가 용이하므로 충전량을 임의로 조절할 수 있고, 생물막의 슬러지일령이 저절로 조절되는 장점이 있다.

이와 같이 많은 장점을 보유한 유동상 생물막담체의 유동성을 확보하기 위해서는 담체를 성형하는 소재의 비중이 반응액의 비중과 유사한 비중 1.0 전후가 가장 바람직하다. 또한 강도, 내마모성, 내화학성, 생체친화성 및 성형성 등과 같은 물성과 소재의 가격 및 가공비 등과 같은 경제성면에서 세라믹 또는 합성수지 소재가 유동상 생물막담체의 제조에 적합하다. 그러나 PE, PP, Nylon 등의 합성수지 소재는 비중이 1.0보다 작기 때문에 수면에 부상하고 적층되어 유동성이 불량하고, PVC, PVDC, ABS, 우레탄 등과 같은 합성수지 소재와 세라믹 소재는 비중이 크므로 반응조 바닥에 퇴적되어 유동성이 불량하므로 한 종류의 합성수지 소재 또는 세라믹으로 유동성이 원활한 생물막담체의 실현이 어려운 문제점이 있다.

본 출원인은 상기 문제점을 개선하기 위하여 유동상 생물막담체를 지속적으로 연구하고 한국특허 제108262호 「비중조절이 가능한 오·폐수 처리용 미생물 접촉재 유니트」, 제274538호 「질소·인제거를 위한 유동상 생물막담체 및 하폐수처리방법」, 제350049호 「유동상 생물막담체 및 그 제조방법」, 제453233호 「비표면적, 생체친화성 및 유동성이 개선된 생물막담체」를 개발하고 특허등록 공개하였다.

상기 특허 제108262호에 따른 유동상 생물막담체는 망상구조의 합성수지 케이스로 구성되고, 조립핀과 수납구를 체결하는 방법으로 2개의 반구형 케이스가 조립된 구형 케이스의 내부공간에 충전된 미생물 접촉재 및 상기 케이스에 미생물이 부착 증식되며, 원활히 유동되도록 비중조절물체가 삽입되는 구성이다.

그러나 상기 유동상 생물막담체는 반구형 케이스에 성형된 조립핀과 수납구를 체결하여 조립하므로 유동하면서 반응조의 벽면과 충돌하고 조립핀이 수납구에서 이탈 및 해체되는 문제가 발생되었다.

상기 특허 제350049호는 상기 특허 제108262호에 따른 유동상 생물막담체의 결합 부위가 해체되는 문제를 해소하기 위한 것으로, 합성수지소재의 상하부 2개의 반구형 케이스를 서로 맞대어 열융착시켜서 구형 케이스로 견고하게 조립하는 구성이다. 상기 상하부 반구형 케이스를 열융착시키는 방법은 2개의 반구형 케이스를 서로 맞대고 회전시켜서 발생되는 마찰열에 의해 가열시키거나 또는 각각의 상하부 반구형 케이스의 융착부위를 전열판으로 가열시킨 후에 압착시키는 열융착방법을 사용하므로 접합부위가 넓고 견고하게 융착되므로 조립핀과 수납구를 결합시킨 종래 방식의 생물막담체가 해체 또는 문제를 해소할 수 있다.

그러나, 열융착 방법은 2개의 반구형 케이스의 결합부를 서로 맞대고 반대방향으로 고속 회전시켜서 발생되는 마찰열로 가열하거나 또는 상하부의 반구형 케이스의 결합부위를 전열판으로 직접 가열하고, 가열된 부위를 서로 압착기로 압착시켜서 조립하므로 회전형 가열장치 또는 전열장치등과 같은 가열장치와 압착기가 소요되고 회전과 가열을 위한 에너지와 인력소요가 큰 문제점이 있다.

상기 특허 제274539호에 따른 유동상 생물막담체는 복수개의 관상공극이 구비되고, 상기 관상공극의 내면에 생물막이 부착증식되어, 호기성 반응조에서도 상기 관상공극을 통과하는 반응액은 무산소조건 또는 혐기성조건으로 상이 전환될 수 있고 담체 내부에서 유기물 분해 및 탈질과 인방출 반응이 이루어지므로 무산소 내지 혐기성 반응조를 생략하고 호기성의 단일 반응조에서도 질소, 인을 제거할 수 있다. 또한 담체의 유동성을 확보하기 위하여 비중이 작은 합성수지로 성형된 담체의 내외부 표면에 비중이 상대적으로 큰 세라믹 소재로 피막을 형성하거나, 돌, 세라믹, 금속 등 비중이 큰 물질을 삽입 또는 결속시키거나, 또는 합성수지에 비중이 큰 세라믹 분말을 혼합하여 사출성형하여 담체의 비중을 조절하였다.

그러나 합성수지 소재의 담체 표면에 비중조절에 적절한 두께로 세라믹 피막을 형성하는 것은 복잡한 공정과 많은 비용이 소요되고 세라믹 피막이 탈리되어 반응조에 퇴적되기도 한다. 삽입 및 결속된 세라믹, 금속편 등과 같은 비중조절 물체는 별도의 재료와 공정이 추가 소요되는 반면에 비중조절기능외에 미생물이 부착 증식되는 담체로서의 기능을 거의 발휘하지 못한다. 또한 합성수지에 세라믹 분말을 혼합하여 용융후 사출성형하는 것은 용해된 혼합물의 유동성이 저하되므로 사출성형이 원활하지 못하고 완성된 담체의 인장강도가 저하되고 췌성이 증가되는 문제가 발생하였다.

상기 특허 제453233호에 따른 유동상 생물막담체에서의 섬유상 또는 스펀지상 미생물 접촉재는 그 표면에 세라믹을 부착시키거나 또는 세라믹과 합성수지를 혼합하여 발포하므로, 제조공정이 복잡하고 부착된 세라믹이 탈리되거나, 인장강도가 저하되고 췌성이 증가하는 문제가 발생하였다.

또한, 섬유상 또는 스펀지상의 미생물 접촉재와 망상의 합성수지 케이스 중에서 어느 하나는 비중이 상대적으로 큰 재질로 구성하고 다른 하나는 비중이 상대적으로 작은 재질로 구성하여 가중 평균비중을 조절하였다. 그러나, 유동상 생물막담체는 반응조내에서의 유동성 확보가 가장 우선되어야 한다. 따라서 종래 방식의 유동상 담체에서는 케이스와 형상이 전혀 다른 미생물 접촉재를 충전하고 비중차이를 조합하여 최적의 유동조건을 충족시켜야 되므로 케이스와 미생물 접촉재의 체적 구성비가 비중조절에 치중함에 따라 비표면적과 공극의 확보, 미생물 접촉재 내부로의 기질전달 등 미생물 증식을 고려한 생물막담체로서의 생물학적 조건의 최적화가 어려운 문제점이 발생되었다.

예를 들어 설명하면, 비중 0.9인 PE소재의 케이스 내부에 비중이 1.1인 PVDC재질의 스펀지상 미생물 접촉재를 충전하여 가중평균비중을 유동에 가장 적합한 1.0으로 조절하기 위해서는 케이스와 스펀지상 미생물 접촉재는 소재를 기준으로 하여 같은 체적이 조합되어야 한다. 내부에 많은 공극이 포함되어 부풀려지는 스펀지상 미생물 접촉재는 겉보기 비중이 매우 작기 때문에 케이스와 같은 중량 또는 체적의 소재를 발포한 경우에도 발포된 스펀지의 체적은 크게 증가하게 되므로 비중을 조절하기 위해서는 체적이 큰 스펀지상 미생물 접촉재를 케이스 내부에 충전시켜야 한다. 그러나 단위 체적이 큰 스펀지상 미생물 접촉재가 충전될 경우 표면으로부터 일정 두께까지의 공극에는 미생물이 부착 증식될 수 있으나 내부 공극에는 기질이 제대로 전달되지 못하고 미생물이 증식하지 못하므로 담체로서의 기능을 제대로 발휘하지 못하는 부분이 발생되며, 섬유상 미생물 접촉재의 경우에도 같은 문제점이 발생하였다.

이에 본 발명은 상술한 제 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로, 비중조절이 용이하고, 내구성이 증가되며, 미생물의 증식에 최적 조건을 갖추는 한편, 조립방법이 단순하고 경제적인 유동상 생물막담체와 그 조립방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유동상 생물막담체는 비표면적이 크고 다양한 형태의 관상공극 또는 관통구가 복수개 형성된 외곽용 담체 및 상기 외곽용 담체에 구비된 삽입부에 그 또한 비표면적이 크고 복수개의 관통구가 형성된 삽입용 담체를 삽입하여 서로 분리되지 않도록 견고하게 결합시켜서 유동상 생물막담체를 구성하고, 상기 외곽용 담체 또는 상기 내삽용 담체 중에서 어느 하나는 비중이 상대적으로 큰 폴리우레탄, PVC, PVDC, ABS, HDPP, HDPE 등과 같은 합성수지 소재 또는 세라믹 중 어느 하나의 소재로 성형하고, 다른 하나는 비중이 상대적으로 작은 PE, PP, Nylon 등과 같은 합성수지 소재 중 어느 하나의 소재로 성형하여, 서로 다른 소재의 비중과 구성비를 조절함으로써 조립이 완료된 생물막담체의 가중평균비중이 반응조에서 원활하게 유동되도록 조절하였다.

특히, 상기 외곽용 담체와 내삽용 담체의 형상은 서로 유사하므로 유동에 유리한 가중평균 비중을 쉽게 조절할 수 있음은 물론, 비표면적과 공극의 크기 및 담체의 체적과 규격등을 생물막담체 내부 공극까지의 기질 전달과 미생물의 증식 및 상의 전환, 유지등과 같은 생물학적인 기능면에서도 최적 조건을 갖춘 담체를 실현할 수 있다.

또한, 담체의 유동형태가 단순한 직선 또는 곡선의 궤적을 이루며 반응조에서 유동할 경우 반응액과 생물막의 접촉율이 높지 못한 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명에서는 담체가 유동하는 과정에서 요동치고 흔들리면서 유동하거나, 나선형으로 회전하면서 유동될 수 있도록, 상기 유동상 생물막담체의 무게 중심과 반응액에 침적된 상태에서 담체에 작용하는 부력중심을 서로 이격시켜서 편심이 발생되도록 하였다. 또한, 반응조내의 교반수류에 의하여 담체에 회전력이 발생되고 접촉효율이 증대될 수 있도록 평판, 스크류, 회전익 형태의 날개깃을 구비하여 접촉효율을 개선하였다.

또한, 본 발명에서는 열팽창과 냉각수축을 이용한 유동상 생물막담체의 조립방법으로, 고온에서 사출성형된 합성수지 소재 또는 성형후 고온에서 소결된 세라믹 소재의 외곽용 담체가 상온으로 냉각되어 수축이 완료되기 전에 열팽창된 상태에서 상기 외곽용 담체에 형성되어 그 또한 입구와 내부 공간이 넓게 확장되어 있는 삽입부에 내삽용 담체를 삽입하되, 상기 내삽용 담체는 사출 또는 소결후에 일정시간 방치하거나 냉각시켜서 상온으로 냉각 및 수축이 완료된 상태의 것을 삽입한다. 고온에서 열팽창 상태인 상기 외곽용 담체가 상온으로 냉각수축되면 삽입부도 따라서 축소되므로, 상기 삽입부에 삽입된 내삽용 담체와 상기 외곽용 담체는 서로 밀착되어 견고하게 결합될 수 있다. 이와 같이 외곽용 담체의 성형을 위하여 가해진 열에너지를 담체의 조립에 활용하므로써 융착부위의 가열을 위한 에너지가 생략되고, 인력이 절감되며, 융착장비가 불필요하므로 경제적이다.

또한, 본 발명에서는 비표면적이 크고 다양한 형태의 관상공극, 또는 관통구가 복수개 형성된 외곽용 담체에 형성된 삽입부에 비표면적과 공극율이 큰 형상의 미생물 접촉재를 충전하고, 상기 미생물 접촉재가 충전된 삽입부의 입구에는 그 또한 비표면적이 크고 복수개의 관통구가 형성된 내삽용 담체를 삽입하고 외곽용 담체와 내삽용 담체를 서로 견고하게 결합시켜서 미생물 접촉재가 외부로 누출되지 않는 구조의 유동상 생물막담체를 고안하였다.

여기서 상기 외곽용 담체와 상기 내삽용 담체 또는 미생물 접촉재중에서 어느 하나 이상은 비중이 상대적으로 큰 폴리우레탄, PVC, PVDC, ABS, HDPP, HDPE 등과 같은 합성수지 소재 또는 세라믹 소재 중 적어도 어느 하나 이상의 소재로 성형하고, 나머지 다른 하나 이상은 비중이 상대적으로 작은 PE, PP, Nylon 등과 같은 소재중 적어도 어느 하나 이상의 소재로 성형하여, 상기 유동상 생물막담체를 구성하는 3가지 구성품의 비중과 체적을 조절함으로써 조립이 완료된 유동상 생물막담체의 가중평균비중을 반응조에서 원활하게 유동될 수 있도록 조절하였다.

여기서, 상기 삽입부에 충전되는 미생물 접촉재는 상대적으로 비표면적과 공극율이 증대되도록 다공성으로 성형된 세라믹 또는 활성탄 소재이거나, 비표면적이 크고 다공성의 공극이 서로 연통되도록 발포된 스펀지 형상의 미생물 접촉재, 또는 비표면적과 공극율이 큰 형상으로 직조 또는 중첩시켜서 직포, 부직포, 섬모가 융기된 융, 또는 수세미(Lock)등과 같은 다양한 형상의 섬유상 미생물 접촉재중 적어도 어느 하나 이상이 포함된다.

비표면적과 공극율이 증대되도록 스펀지 또는 수세미형상의 미생물 접촉재와 합성수지로 성형된 망상의 접촉재 케이스로 구성되어 형상이 전혀 다른 2가지 요소를 조합하여 유동에 적합한 가중평균비중의 확보에 치중함에 따라 미생물 증식과 관련된 생물학적 기능면에서 최적조건의 확보가 어려운 종래 방식 유동상 생물막담체의 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명에서는 상기 외곽용 담체와 미생물 접촉재에 추가하여 제3의 요소로써 상기 외곽용 담체와 형상이 같고 비중이 다른 내삽용 담체를 조합시켜서 유동성을 보완한 것이다.

즉, 외곽용 담체의 크기 및 형상과 그 내부에 충전되는 미생물 접촉재의 충전량과 공극율 등을 기질의 전달과 미생물의 부착증식, 상의 전환 및 유지 등과 같은 생물학적 기능면에서 최적 조건을 우선적으로 확보하고, 유동성은 외곽용 담체의 삽입구에 삽입되는 상기 내삽용 담체의 비중과 체적을 조절하여 최종적으로 유동상 생물막담체의 전체 가중평균비중을 유동에 가장 적합한 비중으로 정교하게 조절하므로써 유동성과 생물학적 기능이 동시에 최적화된 유동상 생물막담체가 실현되도록 하였다.

미생물 접촉재가 충전된 유동상 생물막담체를 조립하는 방법으로, 합성수지 소재를 고온에서 용융시켜서 사출성형하고 상온으로 냉각되기 전에 고온에서 열팽창 상태인 상기 외곽용 담체에 구비되어 그 또한 입구와 내부 공간이 확장되어 있는 삽입부의 내부 공간에 미생물 접촉재를 충전하고, 대기중에 일정시간 방치하거나 냉각시켜서 상온으로 냉각시키면, 상기 외곽용 담체와 삽입부의 입구 및 내부 공간은 냉각수축이 이루어지는 반면에 더 이상 냉각수축이 이루어지지 않는 상온상태의 상기 삽입용 담체를 외곽용 담체가 밀착하면서 견고한 결합이 이루어지며, 상기 삽입부의 내부 공간에 충전된 미생물 접촉재도 외부로 누출되지 않고 내부공간에 포획된 유동상 생물막담체를 조립할 수 있다. 또한, 상기 외곽용 담체가 성형후 고온에서 소결된 세라믹 소재인 경우에도 같은 방법으로 조립된다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 유동상 생물막담체의 분리사시도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 외곽용 담체(1)는 다양한 형태의 관통구 또는 관상공극(4)이 복수개 형성되고 그 중심부분 또는 일측에는 삽입부(5)가 구비되며, 상기 관상공극(4)들은 그 단면을 원형, 다각형 등으로 성형할 수 있다. 또한 상기 외곽용 담체의 형태는 원통형, 구형, 타원형으로 제작할 수 있으며 측면에도 상기 관상공극(4)과 연통되는 관통구(도시생략)를 성형할 수 있다.

내삽용 담체(2)에는 관상공극(4a) 또는 관통구가 복수개 형성되며 상기 관상공극(2) 또는 관통구들은 그 단면을 원형, 다각형 등 다양한 형태로 성형할 수 있다. 도1에서의 내삽용 담체(2)는 측면의 외피를 삭제하고 상기 관상공극(4a)의 내부공간이 노출되어 외측부분의 관상공극이 그 내부에 길게 노출되도록 성형하므로써, 삽입용 담체(2)가 상기 외곽용 담체(1)에 구비된 상기 삽입부(5)의 내부공간에 삽입되면 상기 삽입부의 내부측면이 상기 개방된 관상공극(4a)들의 개방부위에 밀착하여 각개가 독립된 관상공극을 형성하게 된다. 이 실시예에 따른 외부 피복이 생략된 내삽용 담체는 삽입이 용이하고 내삽용 담체와 외곽용 담체의 피복이 중첩되는 것을 방지하므로 소재의 낭비가 없고 경제적이다.

도2는 본 발명에 따른 조립이 완료된 유동상 생물막담체 제1실시예의 결합사시도를 나타낸 것으로, 상기 외곽용 담체(1)에 구비된 삽입부(5)에 내삽용 담체(2)를 삽입하고 서로 분리되지 않도록 결합시켜서 복수개의 관상공극(4,4a)이 구비된 유동상 생물막담체로 조립한 것이다.

여기서 상기 외곽용 담체(1) 또는 상기 내삽용 담체(2) 중 어느 하나는 비중이 상대적으로 큰 폴리우레탄, PVC, PVDC, ABS, HDPP, HDPE 등과 같은 합성수지 소재 또는 세라믹 소재 중 어느 하나의 소재로 성형하고, 다른 하나는 비중이 상대적으로 작은 PE, PP, Nylon 등과 같은 소재중 어느 하나의 소재로 성형하여, 서로 다른 소재의 비중과 체적비를 조절함으로써 전체 가중평균비중이 반응조에서 원활하게 유동되도록 조절한 것이다.

상대적으로 비중이 큰 세라믹 소재는 일반적으로 인장강도가 작고 췌성이 크므로 외곽용 담체(1)의 내부에서 보호되는 내삽용 담체(2)의 성형에 이용하고, 외곽용 담체(1)는 물성이 우수하고 가벼운 PE, PP 등의 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 내마모성과 강도 등 물성이 우수하지 못한 재활용 합성수지등도 내삽용 담체(2)의 성형에 이용하고 외곽용 담체(1)는 물성이 우수한 소재를 이용하므로써 폐자원을 재활용할 수 있고 내구성이 우수한 유동상 생물막담체를 실현할 수 있다.

상기 제1실시예의 삽입부(5)는 외곽용 담체(1)의 중심 부분에 성형하였으나, 삽입부를 외곽용 담체의 어느 일측에 편중되도록 성형하고 비중이 상이한 내삽용 담체를 삽입하므로써, 무게 중심과 부력 중심이 서로 이격되어 편심이 발생되는 유동상 생물막담체를 실현할 수 있다.

도3은 본 발명에 따른 제1실시예의 유동상 생물막담체 조립방법의 흐름도이며, 내삽용 담체는 세라믹 소재이고 외곽용 담체는 합성수지 소재로 조립하는 실시예를 예시하였다.

합성수지 소재를 고온에서 용융후 사출성형시킨 외곽용 담체가 상온으로 냉각되기 전에 열팽창 상태에서 확장된 상기 외곽용 담체의 삽입부에, 세라믹 소재를 성형후 소결시켜서 상온으로 냉각수축된 내삽용 담체를 삽입하고, 고온에서 열팽창된 상태의 상기 외곽용 담체를 상온으로 냉각시키면, 상기 삽입부의 입구 및 내부 공간도 수축되므로 이미 상온으로 냉각되어 더 이상 냉각수축이 이루어지지 않는 상기 삽입용 담체의 외부 표면과 상기 삽입부의 내부 표면이 밀착되어 서로 견고하게 결합되는 과정을 나타낸 것이다. 또한, 상기 내삽용 담체가 고온에서 용융후 사출 성형된 합성수지 소재이거나 상기 외곽용 담체가 성형후 고온에서 소결된 세라믹 소재 경우에도 같은 방법으로 조립할 수 있다.

상기 외삽용 담체가 고온에서 열팽창된 상태에서 확장된 상기 삽입부에는 상기 내삽용 담체가 쉽게 삽입될 수 있고, 상기 외삽용 담체 및 삽입부가 상온으로 냉각수축시에 적절한 압력으로 서로 밀착되어 파손되거나 서로 이탈되지 않도록 상기 내삽용 담체의 외경과 상기 삽입부의 내경이 결정되어야 한다.

이 실시예에 따른 유동상 생물막담체의 조립방법은 다음 각 단계로 구성된다.

제1단계(S21)는 세라믹 소재를 성형하여 소결하거나 용융시킨 합성수지 소재를 사출성형하여 복수개의 관상공극 또는 관통구가 구비된 내삽용 담체를 성형하는 내삽용 담체의 성형하는 단계이다.

제2단계(S22)는 상기 성형단계에서 성형된 고온상태의 상기 내삽용 담체가 수축되도록 내삽용 담체를 대기중에 일정시간 방치하거나 또는 냉각시켜서 고온에서 상온으로 냉각하는 내삽용 담체의 냉각수축 단계이다.

제3단계(S23)는 세라믹 소재를 소결성형하거나, 용융시킨 합성수지 소재를 사출성형하여 복수개의 관상공극과 삽입부를 구비한 외곽용 담체를 성형하는 외곽용 담체의 성형 단계이다.

제4단계(S24)는 성형후 고온에서 열팽창되어 확장된 상태의 상기 외곽용 담체의 삽입부의 내부공간에, 냉각수축이 완료된 상기 내삽용 담체를 삽입하는 내삽용 담체의 삽입 단계이다.

제5단계(S25)는 삽입부안에 냉각수축된 내삽용 담체를 삽입한 상기 외곽용 담체를 대기중에 일정시간 방치하거나 또는 강제 냉각시켜서 상온으로 냉각수축시킴으로써, 상기 내삽용 담체와 상기 외곽용 담체가 서로 밀착되어 결합되도록 하는 냉각수축에 의한 결합 단계이다.

도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 생물막담체의 분리사시도이다.

이 실시예의 외곽용 담체(1a)는 삽입부(5a)의 바닥에 복수개의 관통구(6)가 형성된 망체가 구비되어 삽입부(5a)는 미생물 접촉재 등을 수용할 수 있는 용기형태이며, 외곽용 담체는 제1실시예에서와 같이 양측이 개방된 관통형의 삽입부가 구비되도록 성형할 수 있다.

이 실시예의 내삽용 담체(2a)는 복수개의 관통구(6a)가 구비된 망체의 형태이며 삽입부가 용기형태인 경우 삽입부(5a)의 입구측에 삽입하고, 관통형 삽입부의 경우 삽입부 양측 입구에 각각 삽입하므로써 삽입부의 내부공간에 충전된 미생물 접촉재(3)의 이탈을 방지할 수 있다.

또한, 상기 내삽용 담체(2a)는 스크류 또는 회전익 형태로 성형하여 담체에 회전력이 발생되도록 할 수 있다.

도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 유동상 생물막담체의 일부 절개 사시도를 나타낸 것으로, 상기 도4의 용기형태의 외곽용 담체(1a)에 구비된 삽입부(5a)의 내부 공간에 비표면적과 공극율이 큰 형상의 미생물 접촉재(3)를 충전하고 상기 삽입구(5a)의 입구에는 복수개의 관통구가 형성된 내삽용 담체(2a)를 삽입하고, 상기 외곽용 담체(1a)와 내삽용 담체(2a)를 결합시켜서 미생물 접촉재(3)가 외부로 누출되지 않는 유동상 생물막담체의 실시예이다.

여기서 상기 외곽용 담체(1a)와 내삽용 담체(2a) 및 상기 미생물 접촉재(3)중 어느 하나 이상은 비중이 상대적으로 큰 폴리우레탄, PVC, PVDC, ABS, HDPP, HDPE 등과 같은 합성수지 소재 또는 세라믹 소재 중 적어도 어느 하나 이상의 소재로 성형하고, 나머지 다른 하나 이상은 비중이 상대적으로 작은 PE, PP, Nylon 등과 같은 합성수지 소재중 적어도 어느 하나 이상의 소재로 성형하므로써, 서로 다른 소재의 비중과 체적 구성비를 조절하여 조립이 완료된 유동상 생물막담체의 가중평균비중이 반응조에서 원활하게 유동되도록 조절할 수 있다.

상기 미생물 접촉재(3)는 상대적으로 비표면적과 공극율이 증대되도록 다공성으로 성형된 세라믹 또는 활성탄 소재의 미생물 접촉재, 다공성이며 공극이 서로 연통되도록 발포된 스펀지 형상의 미생물 접촉재, 또는 비표면적과 공극율이 큰 형상으로 직조하거나 중첩시켜서 다양한 형태로 구성된 섬유상의 미생물 접촉재를 이용할 수 있다.

제1실시예와 제2실시예의 상기 외곽용 담체(1,1a)에서는 2겹의 관상공극이 구비된 실시예를 예시하였으나, 본 발명에 따른 상기 외곽용 담체는 관상공극에 국한되지 않고 복수개의 관통구가 형성된 한겹의 망체형태로 실시할 수 있다.

또한, 상기 삽입부를 외곽용 담체의 어느 일측에 편중되도록 성형하고 그 내부에 비중이 다른 미생물 접촉재와 내삽용 담체를 충전하므로써 조립이 완료된 유동상 생물막담체의 무게 중심과 부력 중심이 서로 이격되어 편심이 발생되도록 할 수 있다.

도6은 본 발명에 따른 제2실시예의 유동상 생물막담체 조립방법의 흐름도이다.

삽입부에 미생물 접촉재를 충전하는 과정이외의 과정은 도3의 흐름도와 동일하다. 또한, 양측이 관통되어 개방된 형태의 삽입부가 구비되도록 상기 외곽용 담체가 성형된 경우에는 미생물 접촉재가 충전된 삽입부의 양측 입구에 삽입용 담체를 각각 삽입하여야 한다. 이 실시예에 따른 유동상 생물막담체의 조립방법은 다음의 각 단계가 포함되는 구성이다.

제1단계(S41)는 세라믹 소재를 소결성형하거나, 용융시킨 합성수지 소재를 사출성형하여 복수개의 관상공극 또는 관통구가 구비된 내삽용 담체를 성형하는 내삽용 담체의 성형단계이다.

제2단계(S42)는 제1단계에서 성형된 고온상태의 상기 내삽용 담체를 대기중에 일정시간 방치하거나 또는 냉각시켜서 고온에서 상온으로 냉각되고 수축이 이루어지도록 하는 내삽용 담체의 냉각수축 단계이다.

제3단계(S43)는 세라믹 소재를 성형하여 소결하거나, 용융시킨 합성수지 소재를 사출성형하여 복수개의 관상공극이 성형되고, 양측이 관통된 형태이거나 또는 일측에 망체가 형성되어 용기형태의 삽입부가 구비된 외곽용 담체를 성형하는 외곽용 담체의 성형단계이다.

제4단계(S44)는 제1단계(S41)의 성형후 고온에서 열팽창되어 확장된 상태의 상기 외곽용 담체의 삽입부의 내부공간에, 비표면적과 공극율이 큰 미생물 접촉재를 충전하는 미생물 접촉재의 충전단계이다.

제5단계(S45)는 제4단계(S44)에서 미생물 접촉재를 충전하고 열팽창된 외곽용 담체의 삽입부의 일측 또는 양측 입구에, 제2단계에서 냉각수축이 완료된 내삽용 담체를 삽입하는 내삽용 담체의 삽입단계이다.

제6단계(S46)는 상기 제5단계(S45)를 거쳐 내삽용 담체가 삽입된 외곽용 담체를 일정시간 대기중에 방치하거나 또는 냉각시켜서 상온으로 냉각되고 냉각수축이 이루어지도록 함으로써, 상기 내삽용 담체와 상기 외곽용 담체가 서로 밀착되어 결합되도록 하고, 상기 삽입부의 내부공간에 충전된 미생물 접촉재의 이탈이 방지되도록 하는 냉각수축에 의한 결합단계이다.

도7은 본 발명에 따른 구형의 유동상 생물막담체의 사시도이다.

이 실시예에서와 같이 외부 형태가 구형인 유동상 생물막담체는 상기 제1 또는 제2실시예에서의 원기둥형 보다 모서리 부분의 파손과 마모를 완화시킬 수 있고 다양한 길이의 관상공극(4b)을 조합할 수 있는 장점이 있다.

도8은 본 발명에 따른 날개깃이 구비된 유동상 생물막담체의 개념도이다.

도8의 (a)에 도시된 바와 같이, 생물막담체의 외부 표면에 스크류형 날개깃(7), 도8의 (b)에서와 같이 생물막담체의 일측 또는 양측에 평판형 날개깃(7a)을 부착할 수 있다. 또한 도8의 (c)에서와 같이 외곽용 담체의 삽입부에 삽입되는 내삽용 담체 자체를 스크류형 또는 회전익 형태의 날개깃(7b)으로 성형하므로써 유동상 생물막담체가 반응액중에서 회전운동을 하거나 나선형 궤적을 이루게 되므로 기질과 생물막의 접촉효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 반응액이 관상공극을 통과할 때 회전력이 발생될 수 있도록 관상공극(4,4a,4b) 또는 관통구를 기울어지게 사선형태로 성형할 수 있다.

한편, 이상에서는 본 발명의 생물막담체가 유동상으로 사용되는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 생물막담체는 상기한 바와 같은 유동상에 국한되지 않고 물에 침적될 수 있도록 비중을 증가시킴에 따라 하천정화, 또는 살수여상(trickling filter) 등에 고정상 담체로도 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 생물막담체는 최적의 미생물 증식조건을 충족함과 동시에 비중을 정교하게 조절하여 최적의 유동조건을 충족할 수 있고, 반응액과 생물막의 접촉 빈도를 증대시켜 반응효율이 향상되며, 제조과정이 단순하여 경제적이고, 내구성이 반영구적이며, 생물학적 하폐수처리에 주로 이용되고 탈취탑과 세정탑의 충전재로도 이용할 수 있다. 또한 본 발명의 생물막담체는 침적될 수 있도록 비중을 증가시키면 하천정화 또는 살수여상 등에서 고정상 생물막담체로 사용될 수 있다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 유동상 생물막담체의 분리사시도,

도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 유동상 생물막담체의 결합사시도,

도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 유동상 생물막담체의 조립방법의 흐름도,

도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 유동상 생물막담체의 분리사시도,

도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 생물막담체의 일부 절개 사시도,

도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 생물막담체의 조립방법의 흐름도,

도7은 본 발명에 따른 구형 유동상 생물막담체의 사시도,

도8은 본 발명에 따른 날개깃이 구비된 유동상 생물막담체의 개략도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1a : 외곽용 담체 2,2a : 내삽용 담체

3 : 미생물 접촉재 4, 4a : 관상공극

5 : 삽입부 6 : 관통구

7, 7a, 7b : 날개깃

Claims (11)

1. 비표면적이 증대되도록 다양한 형태의 관통구 또는 관상공극이 복수개 형성되고 중심축 방향 또는 일측에 삽입부가 형성된 외곽용 담체와 비표면적이 증대되도록 다양한 형태의 관통구 또는 관상공극이 복수개 형성되고, 상기 삽입부에 삽입되어 서로 분리되지 않도록 결합되는 내삽용 담체를 포함하고, 상기 외곽용 담체 또는 상기 내삽용 담체중 어느 하나는 비중이 상대적으로 큰 합성수지 소재 또는 세라믹 소재중 어느 하나의 소재로 성형되고, 다른 하나는 비중이 상대적으로 작은 합성수지 소재로 성형되어, 비중이 서로 다른 소재의 체적 구성비를 조절하여 조립이 완료된 생물막담체의 가중평균비중을 조절하므로써 반응조에서의 유동성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 유동상 생물막담체.
2. 제1항에 있어서, 상기 유동상 생물막담체의 무게 중심점과 반응액에 침적된 상태에서 작용하는 부력 중심점은 서로 이격되어 편심이 발생되는 것을 특징으로 하는 유동상 생물막담체.
3. 제1항에 있어서, 상기 유동상 생물막담체에는 하나 이상의 날개깃이 구비되는 것을 특징으로 하는 유동상 생물막담체.
4. 세라믹 소재를 성형하여 소결하거나, 용융시킨 합성수지 소재를 사출성형하여 복수개의 관상공극 또는 관통구가 구비된 내삽용 담체를 성형하는 내삽용 담체의 성형 단계;

   성형된 고온상태의 상기 내삽용 담체를 대기중에 일정시간 방치하거나 또는 냉각시켜서 고온에서 상온으로 냉각되고 수축이 이루어지도록 하는 내삽용 담체의 냉각수축 단계;

   세라믹 소재를 성형하여 소결하거나, 용융시킨 합성수지 소재를 사출성형하여 복수개의 관상공극과 삽입부가 구비된 외곽용 담체를 성형하는 외곽용 담체의 성형 단계;

   성형후 고온에서 열팽창된 상태의 상기 외곽용 담체에 구비되어 그 또한 확장된 상태에 있는 상기 삽입부의 내부공간에 냉각수축이 완료된 상기 내삽용 담체를 삽입하는 내삽용 담체의 삽입 단계;

   상기 내삽용 담체가 삽입되고 고온에서 열팽창 상태인 상기 외곽용 담체를 대기중에 일정시간 방치하거나 또는 냉각시켜서 상온으로 냉각되고 냉각수축이 이루어지도록 하므로서, 상기 내삽용 담체와 상기 외곽용 담체가 서로 밀착되어 결합되도록 하는 냉각수축에 의한 결합 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열팽창과 냉각수축을 이용한 생물막담체의 조립방법.
5. 비표면적이 증대되도록 다양한 형태의 관통구 또는 관상공극이 복수개 형성되고 중심축 방향 또는 일측에는 하부에 복수개의 관통구가 형성된 망체가 구비되어 용기형태이거나 양측이 관통된 형태의 삽입부가 형성된 외곽용 담체와 상기 삽입부의 내부공간에 충전되고 비표면적과 공극율이 큰 형상의 미생물 접촉재와, 비표면적이 증대되도록 다양한 형태의 관통구 또는 관상공극이 복수개 형성되고 내부공간에 미생물 접촉재가 충전된 용기형태의 상기 삽입부의 입구 또는 관통된 형태의 상기 삽입부의 양측입구에 각각 삽입되어 상기 미생물 접촉재가 외부로 누출되지 않도록, 상기 외곽용 담체와 결합되는 내삽용 담체를 포함하고, 상기 외곽용 담체 및 상기 내삽용 담체 또는 상기 미생물 접촉재중 어느 하나 이상은 비중이 상대적으로 큰 합성수지 소재 또는 세라믹 소재 중 적어도 어느 하나 이상의 소재로 성형되고, 나머지 다른 하나 이상은 비중이 상대적으로 작은 합성수지 소재로 성형되어, 비중이 서로 다른 소재의 체적 구성비를 조절하여 조립이 완료된 생물막담체의 가중평균비중을 조절하므로써 반응조에서의 유동성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 유동상 생물막담체.
6. 제5항에 있어서, 상기 미생물 접촉재는 상대적으로 비표면적과 공극율이 증대되도록 다공성으로 성형된 세라믹 또는 활성탄중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동상 생물막담체.
7. 제5항에 있어서, 상기 미생물 접촉재는 상대적으로 비표면적과 공극율이 증대되도록 복수개 공극이 서로 연통되도록 발포된 스펀지 형상인 것을 특징으로 하는 유동상 생물막담체
8. 제5항에 있어서, 상기 미생물 접촉재는 상대적으로 비표면적이 증대되고 공극율이 큰 형상으로 섬유를 직조하거나 중첩시켜서 구성된 섬유상 미생물 접촉재인 것을 특징으로 하는 유동상 생물막담체.
9. 제5항에 있어서, 상기 유동상 생물막담체에는 하나 이상의 날개깃이 구비되는 것을 특징으로 하는 유동상 생물막담체.
10. 제5항에 있어서, 상기 유동상 생물막담체의 무게 중심점과 반응액에 침적된 상태에서 작용하는 부력의 중심점은 서로 이격되어 편심이 발생되는 것을 특징으로 하는 유동상 생물막담체.
11. 세라믹 소재를 성형하여 소결하거나, 용융시킨 합성수지 소재를 사출성형하여 복수개의 관상공극 또는 관통구가 구비된 내삽용 담체를 성형하는 내삽용 담체의 성형 단계;

    성형된 고온상태의 상기 내삽용 담체를 대기중에 일정시간 방치하거나 또는 냉각시켜서 고온에서 상온으로 냉각되고 수축이 이루어지도록 하는 내삽용 담체의 냉각수축 단계;

    세라믹 소재를 성형하여 소결하거나, 용융시킨 합성수지 소재를 사출성형하여 복수개의 관상공극이 성형되고, 양측이 관통된 형태이거나 또는 일측에 망체가 형성되어 용기형태의 삽입부가 구비된 외곽용 담체를 성형하는 외곽용 담체의 성형 단계;

    성형후 고온에서 열팽창된 상태의 상기 외곽용 담체에 구비되어 그 또한 확장된 상태에 있는 상기 삽입부의 내부공간에 비표면적과 공극율이 큰 미생물 접촉재를 충전하는 미생물 접촉재의 충전 단계;

    성형후 고온에서 열팽창된 상태의 상기 외곽용 담체에 구비되어 그 또한 내부공간이 확장된 상태에서 미생물 접촉재가 충전된 상기 삽입부의 일측 또는 양측 입구에 냉각수축이 완료된 상기 내삽용 담체를 삽입하는 내삽용 담체의 삽입 단계;

    상기 내삽용 담체가 삽입된 고온상태의 상기 외곽용 담체를 일정시간 대기중에 방치하거나 또는 냉각시켜서 상온으로 냉각되고 냉각수축이 이루어지도록 하므로써, 상기 내삽용 담체와 상기 외곽용 담체가 서로 밀착되어 결합되도록 하고, 상기 삽입부의 내부공간에 충전된 미생물 접촉재의 이탈이 방지되도록 하는 냉각수축에 의한 결합 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열팽창과 냉각수축을 이용한 생물막담체의 조립방법.