KR20060090546A - The manufacturing method of environmental-friendly concrete block and fabric using the microorganisms and its product - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미생물의 고정화를 이용한 친환경적인 콘크리트 블록 및 구조물의 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 수중이나 수변에 설치되는 콘크리트블록 및 구조물의 표면에 유기물 분해가 탁월하고 환경에 적응성이 탁월한 것으로 알려진 미생물을 고정화하여 친환경적인 콘크리트 블록 및 구조물을 제조함으로써 수질정화는 물론 주변 환경을 정화할 수 있는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for manufacturing environmentally friendly concrete blocks and structures using immobilization of microorganisms, and more particularly, microorganisms known to have excellent organic decomposition and excellent adaptability to the environment of concrete blocks and structures installed in water or waterside. By fixing the eco-friendly concrete blocks and structures to be characterized by being able to purify the water as well as the surrounding environment.
생물막, 친환경 콘크리트 블록, 구조물 Biofilm, eco-friendly concrete block, structure
Description
제 1 도는 분해균주의 포도당 분해능 실험 결과이다.1 is a result of glucose resolution experiment of the strain strain.
제 2 도는 분해균수의 COD분해 실험 결과를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the results of the COD decomposition experiments of the decomposed bacteria.
제 3 도는 콘크리트 블록 표면에 미생물과 수용성다당류를 사용하여 생물막을 형성한 것을 나타낸 것이다.3 shows the formation of a biofilm using microorganisms and water-soluble polysaccharides on the concrete block surface.
제 4 도는 일반 콘크리트 바닥표면에 생물막을 형성한 것을 나타낸 것이다.4 shows a biofilm formed on a general concrete floor surface.
문명이 발달하고 사람들의 수준이 급격히 향상되어 감에 따라 사람들이 사용하는 물의 양도 급격히 증가하고 있다. 사람들이 사용하고 버리는 물은 가정에서 배출되는 하수와 공장 등에서 산업활동 후에 버리는 폐수로 구분되는데 이러한 하수와 폐수 속에는 유기물과 기타 무기물을 함유하고 있다. 인구가 도시로 집중하고 산업이 발달함에 따라 대규모의 인구밀집지역과 공장밀집 단지가 형성되어 막대한 양의 하수와 폐수를 배출하게 되었으며 자연 스스로의 정화능력을 넘어서서 환경오 염 문제를 초래하게 되었다.As civilization develops and the level of people rises sharply, the amount of water that people use increases rapidly. The water that people use and throw away is divided into sewage discharged from households and wastewater discarded after industrial activities in factories, etc. These sewage and wastewater contain organic and other inorganic substances. As the population concentrates into cities and industry develops, large-scale population centers and factory clusters are formed, which generates huge amounts of sewage and wastewater, causing environmental pollution problems beyond the natural self-purification capacity.
현재 여러 가지 방법에 의한 대규모 수질개선 처리시설을 만들어 처리하고는 있지만 간헐적으로 정부관계부서나 환경단체의 이목을 피해 오염물질을 처리하지 않고 그대로 방류하고 있는 곳도 있기 때문에 자연의 자기정화능력을 초과하게 되어 부패하고 오염된 시냇물이나 하천수가 그대로 강을 오염시키며, 나아가 해양오염의 주범이 될 수 있다.Currently, large-scale water quality improvement treatment facilities are made and treated, but some of them are discharged without interfering with pollutants, avoiding the attention of government departments or environmental organizations intermittently. Corrupt and polluted streams or river water can contaminate rivers, and can be a major contributor to marine pollution.
또한 일반적으로 국토개발과 보전의 목적으로 하천법에 의해 하천공사를 하게 되는데 이러한 하천공사는 어떠한 경우에도 수로의 생물환경을 변하게 한다. 특히 하천공사에서 치수공사 중 하도개수공사는 현하도(現河道)가 계획고수유량(計畵高水流量)을 수용하지 못한다면 유로를 정리하여 하천 폭을 넓히고 하상(河床)을 굴착해서 최대홍수량의 계획고수위로 흐를 수 있게 하며, 홍수량이 원활하게 흐르지 않을 때는 수로를 더 만들거나 분류·합류공사를 하고, 또 하도의 곡류(曲流)에는 첩수로 (捷水路:short cut)를 만들며, 현하도의 부담을 경감하기 위해서는 방수로를 굴착하게 된다. 개수하천에서는 대부분의 경우 저수로와 고수로가 있는 복합단면수로로 끝마감하고 제방을 구축하게 된다.In addition, river construction is generally carried out by the River Act for the purpose of land development and conservation, which in any case changes the biological environment of waterways. In particular, during the construction of the river, the sewer renovation works to reduce the flow of rivers by dividing the flow path and excavate the river bed if the prefectural road fails to accommodate the planned high flow rate. If the floodwater does not flow smoothly, make more waterways or sort and join the construction, and make short cuts in the grains of the roadway. To alleviate the burden, waterways are excavated. In the repaired rivers, in most cases, it is completed with a composite sectional channel with a reservoir and a channel.
현재 이렇게 수로의 여러 곳을 수정하고 보안하는 과정에서 견고하고 빠른 공사를 위해서 일반적으로 콘크리트 구조물로 설치하고 있으나 이것은 수중의 유기물을 분해할 수 있는 수중미생물과 수로의 수생동식물이 살 수 없는 척박한 환경으로 변화시키는 것이며 따라서 수로의 자연정화능력은 급격히 떨어질 수밖에 없다. 수로의 자연정화능력이 떨어지면 수로에 다수의 유기물퇴적층이 생기며 수면에는 거품과 부유물이 떠다니고 주변에는 악취가 심하게 발생하여 주위환경을 오염시킨다.Currently, in the process of modifying and securing various places in the waterway, it is generally installed as a concrete structure for solid and fast construction. However, this is a poor environment where aquatic microorganisms capable of decomposing organic matter and aquatic plants and animals in the waterway cannot live. As a result, the natural purification capacity of the waterway can not but fall sharply. When the water purification capacity is reduced, a large number of organic deposits are formed on the waterway, bubbles and floats float on the water surface, and bad smell is generated around the water, polluting the surrounding environment.
이렇게 오염원이나 하천공사로 한 번 파괴된 생태계가 자연정화능력으로 복원되기 위해서는 오랜 시간이 걸리며 만약 이를 인위적으로 복원하려면 상당한 비용을 소요해야만 한다.It takes a long time for ecosystems once destroyed by pollutants or river construction to be restored to natural purification capacity.
종래 인위적으로 하천의 자연정화능력을 개선하거나 향상시키기 위한 방법과 관련하여 대한민국 출원번호 10-1999-0031378호, 동 10-2002-0064719호과 특1997-003920호 등에서는 미생물 접촉여재를 통하여 수중에서 접촉여재들 사이의 공기와 물의 흐름을 원활히 하여 미생물의 성장을 촉진할 뿐만 아니라 미생물의 탈리를 감소시켜 하천정화효율을 높이는 것에 대해 제안하였으며, 출원번호 10-1999-0038889호, 동 20-2003-0013378호와 동 20-2004-0017199호 등에서는 기능성 천연재료로 처리된 생태블록이나 하천의 설치구조물의 형태를 수변 및 수중의 수생 동식물이 서식하기에 적절한 환경으로 변형하고 개선하여 자연정화능력을 향상시키는 것에 대해 제안하였고 특 10-04449414호 등에서는 폐활성탄과 참숯칩에 미생물을 흡착시켜 콘크리트 구조물의 조성물로 사용함으로써 하수정화효율을 높이는 것에 대해 제안하였다.Regarding methods for artificially improving or improving the natural purification ability of rivers, Korean Patent Application Nos. 10-1999-0031378, 10-2002-0064719 and 1997-003920, etc., contact underwater in microorganism contact media. Promoting the growth of the microorganisms by smoothing the flow of air and water between the media, as well as reducing the desorption of microorganisms has been proposed to increase the stream purification efficiency, Patent Application No. 10-1999-0038889, East 20-2003-0013378 Howa-dong 20-2004-0017199, etc., improves natural purification ability by transforming and improving the shape of ecological blocks or river installation structures that are treated with functional natural materials into environments suitable for habitation of waterside and aquatic animals and plants. And 10-04449414, etc., by adsorbing microorganisms on waste activated carbon and charcoal chips, Proposed modifications angry about improving the efficiency.
그러나 상기 제안된 방식들로는 오염원이나 하천공사로 한 번 파괴된 생태계의 자연정화능력을 복원시키기에는 미흡한 점이 많으며, 특히 시간적인 측면에서는 접촉여제나 기능성 구조물을 설치하더라도 즉각적으로 수중미생물이 흡착되어 정착하거나 수생 동식물이 정착하는 것이 아니기 때문에 수중 및 수변의 자연 정화력이 복원되기까지 흘러가는 오염원은 방치될 수밖에 없다. 또한 미생물이 흡착되어 있더라도 유속에 따른 미생물의 탈리 현상으로 정화능률이 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다.However, the proposed methods are not sufficient to restore the natural purification capacity of the ecosystem once destroyed by pollutant or river construction. Especially, in terms of time, even if a contact filter or a functional structure is installed, underwater microorganisms are immediately adsorbed and settled or Since aquatic flora and fauna do not settle down, pollutants flowing until the natural cleansing power of water and watersides are restored are inevitable. In addition, even if the microorganism is adsorbed there is a problem that the purification efficiency is deteriorated due to the desorption phenomenon of the microorganism according to the flow rate.
본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 극복하는 것으로, 유기물 분해가 탁월하고 환경에 적응성이 탁월한 것으로 알려진 그 지역의 미생물들을 추출 동정 배양하여 수중이나 수변에 설치되는 콘크리트 블록 및 구조물에 흡착하여 생물막(Biofilm)을 형성함으로써 콘크리트 블록 및 구조물에 고정화된 유효미생물들에 의해 오염원인 다량의 유기물질을 신속하고 지속적으로 분해하는 친환경 콘크리트 블록 및 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention overcomes the above-mentioned problems in the prior art, extracting, identifying and cultivating microorganisms in the region known to be excellent in organic decomposition and excellent in adaptability to the environment, and adsorbed onto concrete blocks and structures installed in water or watersides to form biofilms ( The purpose of the present invention is to provide an eco-friendly concrete block and structure that quickly and continuously decomposes a large amount of organic material, which is a source of contamination by effective microorganisms immobilized on the concrete block and the structure by forming a biofilm.
본 발명은 콘크리트 블록 및 구조물의 표면에 유효미생물들을 고정화함으로써 생물막(Biofilm)을 형성하여 수중 및 수변의 오염원을 신속하며 지속적으로 분해하는 친환경 콘크리트 블록 및 구조물을 제공하는 것이다.The present invention provides an eco-friendly concrete block and structure that forms a biofilm by immobilizing effective microorganisms on the surface of the concrete block and the structure to rapidly and continuously decompose pollutants in water and water.
생물막은 미생물과 고체표면에 부착된 체외 고분자 층형(Layerlike) 응집이며, 자연 상태에서 흔히 발생하고 또한 오염원을 관리하기 위한 공정에서는 그 중요성이 증가하고 있다. 연구보고에 따르면 대부분 수중에 자유롭게 존재하는 미생물의 수보다 수중 바닥표면에 부착되어 존재하는 미생물 수가 많다는 것이며, 미생물 집합체가 기질의 농도 및 pH와 같은 환경을 바꾸기도 한다고 한다.Biofilms are extracellular layered agglomerates attached to microorganisms and solid surfaces, which are common in nature and of increasing importance in processes for managing pollutants. According to research reports, the number of microorganisms attached to the bottom surface of the water is larger than the number of microorganisms freely present in the water, and the microbial aggregates also change the environment such as the concentration and pH of the substrate.
따라서 자연정화능력이 저하되어 있는 수중이나 수변에는 인위적으로 생물막 을 형성하여 자연정화능력을 향상시켜야 하며, 수로의 개선과 보수공사에 가장 많이 사용되는 콘크리트블록이나 구조물들이 수중이나 수변과 접촉이 가장 많이 이루어지므로 자연정화능력을 향상시키기 위해서는 충분히 이들을 활용할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to artificially form a biofilm in the water or waterside where the natural purification capacity is degraded to improve the natural purification ability. The concrete blocks or structures which are most used for waterway improvement and repair work are most frequently in contact with the water or waterside. It is necessary to utilize them sufficiently to improve natural purification ability.
이하 본 발명의 콘크리트 블록 및 구조물의 표면에 미생물을 고정화하여 생물막을 형성하는 것에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter will be described in more detail with respect to the formation of a biofilm by fixing the microorganisms on the surface of the concrete block and the structure of the present invention.
본 발명의 고정화를 위한 피복물질은 흡수성, 분산성, 점착성이 우수한 수용성 다당류를 사용한다.The coating material for immobilization of the present invention uses a water-soluble polysaccharide excellent in absorbency, dispersibility, and adhesion.
본 발명에서 사용가능한 수용성 다당류는 전분, 한천, 카라기난, 알긴산, 알긴산 나트륨(sodium alginate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymetacrylate), 소맥단백, 대두단백을 비롯하여, 메틸셀룰로오스(methylcellulose), 하이드록시프로필셀룰로오스(hydroxylpropylcellulose), 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(hydroxyl-propylmethylcellulose) 등의 셀룰로오스 유도체, 잔탄검(xanthan gum), 아라비아검(arabic gum), 로커스트콩검(locust bean gum), 구아검(guar gum), 타마린드검(tamarind gum), 타라검(Tara gum), 카라야검(karaya gum), 트라가칸검(tragacanth gum), 가티검(ghatti gum) 등의 검류, 그리고 젤란(gellan), 잔탄(xanthan), 펙틴(LM, HM type), 덱스트란(dextran), 글루칸(glucan), 글루코만난(glucomannan), 아라비노갈락탄(arabino galactan), 퍼셀레란(furcelleran), 풀루란(pullulan), 글루코사민(glucosamine), 젤라틴(gelatin), 카제인(casein) 중 선택된 하나 이상이 될 수 있다.The water-soluble polysaccharides usable in the present invention include starch, agar, carrageenan, alginic acid, sodium alginate, polymethylacrylate, polyprotein acrylate, soy protein, methylcellulose, hydroxypropylcellulose cellulose derivatives such as (hydroxylpropylcellulose) and hydroxyl-propylmethylcellulose, xanthan gum, arabic gum, locust bean gum, guar gum, tamarind Gums such as tamarind gum, tara gum, karaya gum, tragacanth gum, ghatti gum, and gellan, xanthan, pectin (LM, HM type), dextran, glucan, glucanannan, glucomannan, arabino galactan, furcelleran, pullulan, glucosamine, Gelatin, casein It may be one or more selected.
본 발명의 고정화시 피복물질의 양은 용도 및 목적에 따라 그 양을 적절하게 가감할 수 있으며, 미생물을 기준으로 하여 일반적으로 사용되는 범위인 1∼80 중량% 범위의 양으로 사용하는 것이 좋다.The amount of coating material upon immobilization of the present invention may be appropriately added or subtracted according to the purpose and purpose, and it is preferable to use the amount in the range of 1 to 80% by weight, which is generally used based on microorganisms.
본 발명의 피복물질로는 상기 수용성 다당류 외에도, 방출제어효과를 높이거나 용해도를 높이기 위해 일반적으로 사용되는 코팅 물질들을 추가로 포함할 수 있다.In addition to the water-soluble polysaccharide, the coating material of the present invention may further include coating materials generally used to increase the release control effect or increase the solubility.
또한 본 발명의 피복물질에는 필요에 따라 미생물의 활성도를 높이고 생존율를 높이고 개체수를 늘리는 영양제 및 보조제를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the coating material of the present invention may further include nutrients and supplements to increase the activity of the microorganisms, increase the survival rate and increase the population as necessary.
본 발명의 생물막(Biofilm) 형성 방법은 통상적으로 사용되는 고정화 방법 중 적절한 방법을 택하여 사용할 수 있다. 예를 들면 본 발명의 생물막(Biofilm)을 형성하는 방법은 사용 균체의 수용액에 수용성 다당류를 첨가하여 다당류 수용액을 만드는 공정, 경화제와 반응제의 수용액을 만드는 공정, 콘크리트 블록의 표면에 다당류 수용액을 도포하는 공정, 그리고 경화제와 반응제의 수용액을 도포하여 다당류막을 경화시키는 공정을 포함하는 일반적인 생물막(Biofilm) 제조공정으로 이루어진다.The biofilm forming method of the present invention may be used by selecting an appropriate method from among commonly used immobilization methods. For example, the method of forming the biofilm of the present invention is a process of making a polysaccharide solution by adding a water-soluble polysaccharide to the aqueous solution of the cells used, a process of making an aqueous solution of a curing agent and a reactant, applying a polysaccharide solution to the surface of the concrete block It consists of a general biofilm manufacturing process comprising a step of applying, and a step of curing the polysaccharide film by applying an aqueous solution of a curing agent and a reactive agent.
상기 사용되는 미생물은 유기물분해 능력이 탁월한 균주를 선택하며, 자연정화력 및 친화력을 향상시키고자 할 경우 설치하고자 하는 지역의 미생물을 분리하여 사용하면 더욱 좋다.The microorganism to be used is selected a strain excellent in organic decomposition ability, it is better to separate the microorganism of the region to be installed if you want to improve the natural purification and affinity.
이하 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위를 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.Although the following examples will be described in more detail, the scope of the present invention is not limited only to these examples.
실시에 1 : 콘크리트에 고정화 할 미생물 중 유기물 분해력이 탁월한 미생물 을 선발하기 위하여 바실러스속 미생물 4종류를 대상으로 다당류 분해효소와 단백질 분해 효소의 생산에 대해 표준 실험 방법을 사용한 배양액에서 효소의 활성을 측정함으로써 확인하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.Example 1 In order to select microorganisms having excellent organic degradability among the microorganisms to be immobilized on concrete, the enzyme activity was measured in the culture medium using standard experimental methods for the production of polysaccharide degrading enzyme and protease from 4 kinds of Bacillus microorganisms. This was confirmed by, and the results are shown in Table 1.
[표 1]TABLE 1
실시예 2 : 콘크리트시료 10g에 실시예 1에서 선발된 균주를 부착시키고 30℃에서 일정한 시간 배양후 DNS법을 이용하여 글루코스 분해능을 비교하여 나타난 결과는 도 1과 같다. 그 중에서 글루코스 분해능이 가장 우수한 균주 A를 선별하고, 선발된 균주 A에 대해서 기본 염류배지에서 글루코스(COD 3,000ppm)과 분해력을 측정하여 나타난 결과는 도 2와 같다. 또한, 이 미생물을 균체지방산 분석을 통해 동정한 결과 Bacillus로 나타났으며, 이 균주를 Bacillus MB 43이라 명명하였다.Example 2 After attaching the strain selected in Example 1 to 10g of the concrete sample and incubated for a predetermined time at 30 ℃ by comparing the glucose resolution using the DNS method is shown in FIG. Among them, strain A having the best glucose resolution was selected, and glucose (COD 3,000 ppm) and degradation power in basic salt medium were selected for the selected strain A, as shown in FIG. 2. In addition, the microorganisms were identified as Bacillus as a result of cell fatty acid analysis, and the strain was named Bacillus MB 43.
실시예 3 : 도 3에서와 같이 콘크리트의 연속공극률을 높이기 위해 자갈 8Kg, 모래 2Kg, 시멘트 3Kg, 물 0.53Kg으로 압착하여 콘크리트 블록을 제조하였다. 또한 pH 10 이하로 저알카리를 맞추기 위해 염화칼슘을 처리해 pH를 낮추도록 하는 등 미생물이 고정화될 수 있도록 제작하였다. 이렇게 만들어진 표면에 Bacillus MB 43에 1% 알긴산나트륨이 첨가된 수용액을 살포하여 피막을 입히고 그 위에 1.5% 염 화칼슘 수용액을 살포하여 고정화하여 샘플 1을 만들고, 대조구에는 미생물로 코팅하지 않았다. 이들을 동일한 조건으로 30℃에서 7일경과 후, 14일 경과 후의 2차례에 걸쳐 콘크리트 블록 표면의 미생물 존재 여부를 실험한 결과는 표 2와 같다.Example 3 In order to increase the continuous porosity of the concrete, as shown in FIG. 3, concrete blocks were prepared by pressing with 8Kg of gravel, 2Kg of sand, 3Kg of cement, and 0.53Kg of water. In addition, in order to adjust the low alkali to less than pH 10, calcium chloride was treated to lower the pH, so that the microorganisms could be immobilized. The surface was made by spraying an aqueous solution containing 1% sodium alginate added to Bacillus MB 43 and coated with a 1.5% calcium chloride solution thereon to immobilize it to make Sample 1, and the control was not coated with microorganisms. These experiments were carried out at 30 ° C. for 7 days and 14 days after the same conditions.
[표 2]TABLE 2
실시예 4 : 일반 콘크리트 바닥 표면에 Bacillus MB 43과 소듐알지네이트(sodium alginate)로 고정화하여 생물막이 형성된 것을 나타낸 것으로 도 4와 같으며 형성된 고정화막의 생존 미생물 생균수를 실험측정하기 위해서 상온에서 24시간 건조 후 3곳에서 랜덤샘플링하여 미생물 생균수를 측정한 결과는 다음 표 3과 같다.Example 4 shows that the biofilm is formed by immobilization with Bacillus MB 43 and sodium alginate on a general concrete floor surface as shown in FIG. 4, and dried at room temperature for 24 hours to experimentally measure the viable microbial cell count of the formed immobilization film. The results of measuring the microbial bioburden by random sampling at three places are shown in Table 3 below.
[표 3]TABLE 3
본 발명은 수로 개선과 보수공사에 가장 많이 사용되는 콘크리트블록이나 구조물의 표면에 미생물을 사용하여 생물막을 형성함으로써 탈리 현상을 현저히 줄일 수가 있으며, 오염원이나 하천공사로 한 번 파괴된 생태계의 자연정화능력을 빠르 고 지속적으로 향상시켜 수질정화 및 수생 동·식물의 생태계를 보호하고 하천정화 효율의 효과를 향상 시킬 뿐만이 아니라 이미 설치되어 있거나 설치해야만 하는 콘크리트블록 및 구조물을 활용함으로써 경제적인 소요비용을 줄이는 효과가 있다.The present invention can significantly reduce the desorption phenomenon by forming a biofilm using microorganisms on the surface of concrete blocks or structures which are most used for waterway improvement and repair work, and the natural purification ability of the ecosystem once destroyed by pollutant or river construction. Fast and continually improve the quality of water, protect the ecosystem of aquatic animals and plants, improve the efficiency of river purification efficiency, and reduce the economic cost by utilizing concrete blocks and structures that are already installed or must be installed. There is.
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