KR20070046810A - 슬러지 탄화물을 담지한 악취 및 휘발성유기화합물 처리용다공성 폴리우레탄 폼 담체의 제조방법 및 그에 의해제조된 다공성 폴리우레탄 폼 담체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지 탄화물을 담지한 악취 및 휘발성유기화합물 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼에 관한 것으로, 각종 하 · 폐수 처리 공정에서 발생되는 슬러지를 고온에서 탄화시켜 생성한 탄화물을 담체의 원료로 사용함으로써, 산업부산물을 효율적으로 재활용할 수 있으며, 탄화물을 이용하여 제조된 다공성 고분자 담체를 바이오필터에 적용하여 악취를 효과적으로 제거할 수 있는 특징이 있다.

본 발명은 크게 세 공정으로 구성되는바, 슬러지를 200 내지 550℃에서 탄화시켜 탄화물을 제조하는 탄화물 제조공정(S1)과; 폴리우레탄 프리폴리머를 계량하여 수용액을 만든 다음, 상기 탄화물과 일정비율로 혼합하는 혼합공정(S2)과; 상기 혼합된 혼합물에 계면활성제 용액을 첨가하여 발포시키는 발포공정(S3)으로 구성되어, 발포비중과 내구성이 증가된 다공성 폴리우레탄 폼 담체를 제조하도록 한 대략적인 구성을 갖는다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 각종 하 · 폐수 처리 공정에서 발생되는 슬러지를 200 내지 550℃에서 탄화시킨 탄화물을 폴리우레탄 프리폴리머 수용액에 혼합한 후, 이에 계면활성제를 첨가하여 악취물질 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체를 제조함으로써, 미생물 부착효율이 뛰어나고, 내구성이 강화되며, 고농도의 악취 물질과 휘발성유기화합물을 효율적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 표면적 확대물질로는 육상매립이 전면 금지되고, 「런던협약 의정서(1996)의 발효에 따라 2012년부터 해양투기가 전면 금지될 예정인 슬러지를 탄화시킨 탄화물을 사용함으로써, 산업 폐기물의 재활용도를 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 환경보호 측면에 있어서도 유익을 도모할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

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Description

슬러지 탄화물을 담지한 악취 및 휘발성유기화합물 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼 담체 { The manufacturing method for porous polyurethane foam media containing carbonaceous materials obtained from carbonization of sludges and the foam media thereof }

도 1은 본 발명의 공정 순서도

도 2a는 본 발명에 의해 제조된 슬러지 탄화물을 담지한 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 사진

도 2b는 본 발명의 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 담체를 자른 사진

도 3a는 본 발명에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 SEM사진

도 3b는 본 발명에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼 담체를 악취물질 처리를 위해 바이오필터에 충전시켜 운전한 후의 SEM사진

도 4는 본 발명에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼 담체를 이용하는 바이오필터의 공정도

도 5a는 본 발명의 실험 예에 따른 암모니아의 유입 및 유출 농도를 나타낸 그래프

도 5b는 본 발명의 실험 예에 따른 암모니아의 처리효율을 나타낸 그래프

도 6a는 본 발명의 실험 예에 따른 휘발성 유기화합물의 유입 및 유출 농도를 나타낸 그래프

도 6b는 본 발명의 실험 예에 따른 휘발성 유기화합물의 처리효율을 나타낸 그래프

본 발명은 악취처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼 담체에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 각종 산업시설이나 환경 위생시설 등에서 배출되는 악취물질을 미생물을 이용하여 물, 미생물, 이산화탄소 등의 무해한 물질로 분해하여 제거할 수 있는 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼 담체에 관한 것으로, 각종 하 · 폐수 처리 공정에서 발생되는 슬러지를 고온에서 탄화시켜 생성한 탄화물을 담체의 원료로 사용함으로써, 산업부산물을 효율적으로 재활용할 수 있으며, 악취를 효과적으로 제거할 수 있는 슬러지 탄화물을 담지한 악취처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.

일반적으로 악취라 함은, 인간이 감지할 수 있는 불쾌한 냄새를 지칭하는 것으로, 통상 주위 환경에서 발생하고 있는 악취의 근원물질은 많은 종류가 있다.

악취는 여러 가지 악취물질의 복합작용에 의해 나타나며 각각의 발생원으로는 일반 공장을 제외하고도 하수처리장, 위생처리장, 또한 근래 들어 지속적으로 문제가 되고 있는 음식물류 폐기물 자원화 시설 등을 들 수 있다.

근래에 들어 이러한 악취로 인한 민원발생건수가 증가하고 있으며, 발생원이 되는 시설에서는 주변과의 대응에 고충을 겪고 있어서 악취를 제거하는 방법에 대해서 다양한 각도로 노력하고 있는 것이 현실이다.

현재 국내의 악취 규제물질은 암모니아와 메틸메르캅탄, 황화메틸, 이황화메틸, 트리메틸아민, 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, 노르말 부틸 알데히드, 이소 부틸알데히드 및 스틸렌 등 12가지 항목이 지정되어 있으며, 2010년까지 모두 22가지 항목으로 확대할 예정으로 있어 더욱 악취제거를 위한 노력이 시급한 실정이다.

이러한 악취물질의 제거 방법에는 크게 물리적, 화학적 악취제거와 생물학적 악취제거로 구분되는바, 물리적인 악취제거로는 물로 세척하거나, 활성탄, 제올라이트, 실리카겔, 활성백토 등의 흡착제로 흡착제거 하는 방법 등이 있고, 화학적인 악취제거방법으로는 마스터킹법과 중화법 등이 있으며 생물학적인 방법으로는 biofilter, bioscrubber, biotrickling filter 등이 있다.

이중, 현재 가장 많이 사용되고 있는 방법은 물리적인 악취제거와 화학적인 악취제거를 결합한 방법이다. 그러나 물리 · 화학적인 방법은 높은 운영비, 일정 사용기간이 지나면 새로운 물질로의 대체, 세척수나 세정에 사용된 산 · 알칼리의 처리가 요구되어지며, 이에 따른 2차 환경오염을 유발하는 문제점을 내포하고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 각종 하 · 폐수 처리 공정에서 발생되는 슬러지를 200 내지 550℃에서 탄화시킨 탄화물을 폴리우레탄 프리폴리머 수용액에 혼합한 후, 이에 계면활성제를 첨가하여 악취물질 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체를 제조함으로써, 미생물 부착효율이 뛰어나고, 내구성이 강화되며, 고농도의 악취물질 및 휘발성유기화합물을 효율적으로 처리할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 표면적 확대물질로는 산업공해를 야기시키는 슬러지를 탄화시킨 탄화물을 사용함으로써, 산업부산물의 재활용도를 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 환경보호 측면에 있어서도 유익을 도모할 수 있도록 함을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 슬러지 탄화물을 담지한 악취 및 휘발성유기화합물 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼에 관한 것으로, 각종 하 · 폐수 처리 공정에서 발생되는 슬러지를 고온에서 탄화시켜 생성한 탄화물을 담체의 원료로 사용함으로써, 산업부산물을 효율적으로 재활용할 수 있으며, 악취를 효과적으로 제거할 수 있는 특징이 있다.

본 발명은 크게 세 공정으로 구성되는바, 슬러지를 200 내지 550℃에서 탄화시켜 탄화물을 제조하는 탄화물 제조공정(S1)과; 폴리우레탄 프리폴리머를 계량하여 수용액을 만든 다음, 상기 탄화물과 일정비율로 혼합하는 혼합공정(S2)과; 상기 혼합된 혼합물에 계면활성제 용액을 첨가하여 발포시키는 발포공정(S3)으로 구성되어, 발포비중과 내구성이 증가된 다공성 폴리우레탄 폼 담체를 제조하도록 한 대략적인 구성을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 공정 순서도를 나타낸 것이고, 도 2a는 본 발명에 의해 제조된 슬러지 탄화물을 담지한 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 사진이며, 도 2b는 본 발명의 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 담체를 자른 사진이고, 도 3a는 본 발명에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 SEM사진이고, 도 3b는 본 발명에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼 담체를 악취물질 처리를 위해 바이오필터에 충전시켜 운전한 후의 SEM사진이며, 도 4는 본 발명에 의해 제조된 다공성 폴리우레탄 폼 담 체를 이용하는 바이오필터의 공정도이고, 도 5a는 본 발명의 실험 예에 따른 암모니아의 유입 및 유출 농도를 나타낸 그래프이며, 도 5b는 본 발명의 실험 예에 따른 암모니아의 처리효율을 나타낸 그래프이고, 도 6a는 본 발명의 실험 예에 따른 휘발성 유기화합물의 유입 및 유출 농도를 나타낸 그래프이며, 도 6b는 본 발명의 실험 예에 따른 휘발성 유기화합물의 처리효율을 나타낸 그래프이다.

우선, 본 발명의 제 1공정인 탄화물 제조공정(S1)을 살펴보면, 각종 하수 및 폐수 처리공정에서 발생되는 슬러지를 수거하여 이를 탄화기에 투입한 후, 200 내지 550℃에서 탄화시킨 다음, 상온에서 건조시켜 미세분말의 형태로 탄화물 제조를 완료한다.

상기 탄화물은 그 입자의 크기를 약 250㎛로 균일하게 채질하여 사용하는 것이 바람직하다.

그 후 행해지는 제 2공정은, 폴리우레탄 프리폴리머를 일정비율로 계량하여 수용액을 만든 후, 그에 상기 제조된 탄화물을 혼합하는 혼합공정(S2)을 완료한다.

상기 사용되는 폴리우레탄 프리폴리머는, 통상적으로 사용되는 비스클로로포르메이트(bischloroformate) 화합물을 디아민 화합물과 반응시켜 제조된 폴리우레탄 프리폴리머, 또는 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 등의 폴리올 화합물과 디이소시아네이트(diisocyanate) 화합물을 주성분으로 한 폴리우레탄 프리폴리머로서, 예를 들어, MDI(4,4'-methylenebis (phenylisocyatae)) 또는 TDI(toluene diisocyanate) 등이 있으며, 상업적으로는 Dow chemical社의 Hypol 3000을 구입하여 사용하여도 무방하다 할 것이다.

상기 폴리우레탄 프리폴리머는 1리터당 90 내지 110g의 수용액으로 구성되며, 상기 폴리우레탄 프리폴리머 수용액에 10 내지 30g의 탄화물을 혼합하는 것이 바람직하다.

마지막 공정인 제 3공정은, 상기 혼합된 혼합물에 계면활성제를 첨가하여 발포시키는 발포공정(S3)을 완료한다.

상기 계면활성제는 비이온성 계면활성제 또는 음이온 계면활성제를 사용할 수 있는바, 바람직하기로는 비이온성 계면활성제를 사용토록 하며, 상업적으로 구입할 수 있는 Tween 80을 사용하는 것도 무방하다.

상기 계면활성제의 첨가량은, 상기 폴리우레탄 프리폴리머와 탄화물 수용액에 90 내지 110g의 계면활성제를 첨가하여 비중이 0.9 내지 1.2인 담체를 완성하는 구성을 갖는다.

상기와 같이 제조방법으로 얻어진 본 발명의 담체의 구성을 도 2 및 도 3을 통해 살펴보면, 대략적인 형태가 원기둥 형태로 발포된 필터의 형태로, 비표면적이 50㎡/g 이상이고, 비중이 0.9 내지 1.2로 구성되되, 폴리우레탄 프리폴리머 44 내지 47 중량%와, 탄화물 6 내지 12 중량% 및 계면활성제 44 내지 47 중량%로 구성된다.

탄화물 함량(g)	염색, 피혁 슬러지가 혼합된 폴리우레탄 폼 담체의 비표면적	하수 슬러지가 혼합된 폴리우레탄 폼 담체의 비표면적
10g	57.4㎡/g	53.7㎡/g
20g	58.3㎡/g	59.5㎡/g
30g	55.7㎡/g	57.1㎡/g

<슬러지가 혼합된 폴리우레탄 폼 담체의 비표면적 비교표>

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 슬러지 탄화물의 함량에 따른 담체의 비표면적의 변화는 크지 않은 것을 알 수 있으며, 통상적으로 사용되는 활성탄이 함유된 담체의 비표면적이 55 내지 60㎡/g임을 감안할 때, 바이오 필터의 미생물용 담체로 사용 가능한 구성을 갖는다.

상기와 같이 구성된 담체의 사용은, 도 4에 도시한 바와 같이 통상적인 바이오필터의 사용과 동일한바, 담체의 표면에 미생물을 고농도로 부착 성장시켜 각종 산업시설에서 대기 중으로 배출되는 악취물질 또는 휘발성유기화합물의 배출구에 필터로 사용함으로써, 배출되는 악취물질이 미생물의 분해작용에 의해 물, 미생물, 이산화탄소, 질소, 황 등의 무해한 물질로 분해 제거되는 구성을 갖는다.

본 발명의 실시 예에 따른 실험 예와 그 결과를 살펴보면 다음과 같다.

실시 예> 슬러지 탄화물을 담지한 폴리우레탄 폼 담체의 제조.

폴리우레탄 프리폴리머 110g을 1ℓ 용기에 넣은 다음, 10g의 슬러지 탄화물을 혼합하여 수용액을 제조한 후, 그에 비이온성 계면활성제 용액을 110g 첨가 발포시켜 비중과 내구성이 증대된 다공성 폴리우레탄 폼 담체를 제조하였다.

실험 예1> 암모니아 제거 효율의 측정.

상기 실시 예를 통해 제조된 폴리우레탄 폼 담체를 실험장치를 통해 도 5a와 같이 하루 24시간씩 총 68일 동안 운전하였으며, 이때 유입되는 암모니아 가스의 농도 범위는 20 내지 200ppm_v로 점차 증가시켰으며, 공탑체류시간(Empty bed residence time)은 2분으로 운전하였다. 유입부와 유출부의 암모니아 농도를 GC-FID(HP 6890 series)로 측정하여 처리효율을 알아보았다.

그 결과 도 5b에 도시된 바와 같이, 암모니아의 처리 효율이 95% 이상을 나타내는 결과를 얻을 수 있었으며, 암모니아 유입의 농도가 급격히 증대될 때 일부 80%대로 낮아지는 경향을 보였지만 전체적으로 양호한 처리 효율을 보임을 알 수 있었다.

실시 예2> 휘발성유기화합물(VOC_s) 제거 효율의 측정.

상기 실시 예를 통해 제조된 폴리우레탄 폼 담체를 실험장치를 통해 도 6a와 같이 하루 24시간씩 총 68일 동안 운전하였으며, 이때 유입되는 벤젠의 농도 범위는 약 50 내지 400ppm_v로 점차 증가시켰으며, 공탑체류시간(Empty bed residence time)은 3분으로 운전하였다. 유입부와 유출부의 벤젠 농도를 GC-FID(HP 6890 series)로 측정하여 처리효율을 알아보았다.

그 결과 도 6b에 도시된 바와 같이, 벤젠의 처리 효율이 95% 이상을 나타내는 결과를 얻을 수 있었으며, 벤젠 유입의 농도가 급격히 증대될 때 일부 70%대로 낮아지는 경향을 보였지만 전체적으로 양호한 처리 효율을 보임을 알 수 있었다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 각종 하 · 폐수 처리 공정에서 발생되는 슬러지를 200 내지 550℃에서 탄화시킨 탄화물을 폴리우레탄 프리폴리머 수용액에 혼합한 후, 이에 계면활성제를 첨가하여 악취물질 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체를 제조함으로써, 미생물 부착효율이 뛰어나고, 내구성이 강화되며, 고농도의 악취물질과 휘발성유기화합물을 효율적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 표면적 확대물질로는 산업공해를 야기시키는 슬러지를 탄화시킨 탄화물을 사용함으로써, 산업부산물의 재활용도를 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 환경보호 측면에 있어서도 유익을 도모할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

Claims (3)

1. 악취 및 휘발성유기화합물 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 제조방법에 있어서,

   슬러지를 200 내지 550℃에서 탄화시켜 탄화물을 제조하는 탄화물 제조공정(S1)과;

   폴리우레탄 프리폴리머를 계량하여 수용액을 만든 다음, 상기 탄화물과 일정비율로 혼합하는 혼합공정(S2)과;

   상기 혼합된 혼합물에 계면활성제 용액을 첨가하여 발포시키는 발포공정(S3)으로 구성됨을 특징으로 하는 슬러지 탄화물을 담지한 악취 및 휘발성유기화합물 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   혼합공정(S2)은, 폴리우레탄 프리폴리머를 물 1ℓ당 90 내지 110g의 비율로 수용액으로 제작한 후, 슬러지 탄화물 10 내지 30g과 혼합하도록 구성되며,

   발포공정(S3)은, 계면활성제를 상기 폴리우레탄 프리폴리머와 탄화물 혼합액에 90 내지 110g 첨가하여 발포하도록 구성됨을 특징으로 하는 슬러지 탄화물을 담지한 악취 및 휘발성유기화합물 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체의 제조방법.
3. 악취 및 휘발성유기화합물 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체에 있어서,

   원기둥 형태로 발포된 필터의 형태로, 비표면적이 50 내지 60㎡/g이고, 비중이 0.9 내지 1.2로 구성되되, 폴리우레탄 프리폴리머 44 내지 47 중량%와, 슬러지 탄화물 6 내지 12 중량% 및 계면활성제 44 내지 47 중량%으로 구성됨을 특징으로 하는 슬러지 탄화물을 담지한 악취 및 휘발성유기화합물 처리용 다공성 폴리우레탄 폼 담체.

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