KR20130118596A - 수질 정화용 이끼 벽돌 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수질 정화용 이끼 벽돌 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이끼 벽돌은, 이끼를 채취하여 공극이 큰 시멘트-제올라이트 벽돌과 함께 성형 가압함으로써, 이끼를 포함하지 않은 벽돌에 비해 오염수에서 오염물질의 제거 효율이 우수하며, 특히 T-N, T-P의 제거 성능을 가지면서 용존 산소량에 큰 영향을 줄 수 있어 생물학적 정화 능력이 우수한 친환경 건축재료로써 적용 가능하다.

Description

수질 정화용 이끼 벽돌 및 이의 제조방법{Moss brick for purifying water and method for preparing the same}
본 발명은 수질 정화용 시멘트 벽돌 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
인간이 경제활동을 영위하면서 필연적으로 발생되는 각종 오염물질은 끊임없이 환경으로 배출되었으나 생활 양식이 단순하고 인구가 적었던 과거에는 환경의 자정능력에 의하여 제거되어 환경오염은 해결되어야 할 문제로 인식되지 않았다. 그러나 경제활동 규모가 확대되면서 그에 비례하여 환경으로 배출되는 오염물질이 늘어난 환경 오염과 자연파괴는 가속화되었고 최근에는 인류의 삶 자체를 위협하는 상황에 이르렀다. 우리나라는 1960년대부터 공업화를 추진하여 짧은 기간 동안 괄목할만한 경제성장을 이룩하였지만 그 이면에는 환경오염의 문제를 안고 있었고 특히 인구에 비해 국토가 좁아 환경오염 문제는 심화되었다. 이와 함께 공장폐수와 도시폐수의 배출량도 급속히 증가되어 1960년대 말엽부터는 주요 하천과 연안의 수질오염이 사회 문제화되기 시작하였다. 오늘날 공업화된 선진 각국에서는 자국 수역의 오염방지, 이미 오염된 수질의 복구를 위하여 연구·법적 규제·시설투자 등을 활발히 하고 있으며, 범지구적인 환경보전을 위하여 국제 간의 협력이 진행되고 있다.
심각해지는 수질오염을 해결하고자 친환경적이면서 경제적인 수질 개선 대책으로 미생물 혹은 생물의 다양한 기능을 이용한 생물학적 정화(bioremediation)가 주목받고 있어, 물리화학적 수단에서는 해결이 곤란한 환경 복구 및 개선에 효과적인 수단으로 이용 가능한 것으로 알려져 있다. 미생물의 기능을 이용한 환경 개선 방법은 원래 미생물이 자연에서 담당해 온 역할을 인위적으로 강화 촉진하는 것이므로 수질정화 미생물 선별, 기능발현, 복구 기능 강화 등이 중요하며 환경을 개선하고 조화되는 방식으로 수질정화가 가능하다고 생각되고 미생물을 이용시 수질정화의 기술은 앞으로 점점 더 중요해 질 것으로 보인다. 미생물을 이용한 생물학적 처리방법에는 회전원판법이나 살수여상과 같은 생물막법과 호기성 미생물을 혼합배양의 상태에서 적극적으로 이용하여 폐수 중의 유기물을 분해·제거하는 활성슬러지법 미생물을 고분자 물질에 고정화시켜서 사용하는 미생물 고정화법이 있다. 생물학적 처리기술은 저 농도로도 충격부하가 발생하여 미생물 소멸로 인한 효율을 저하시키는 등의 한계가 있어 아직까지 현장처리는 미비한 실정이지만 2차 오염원이 생기지 않는 친환경적인 기술이라는 장점이 있어 크게 각광받고 있다. 또한, 환경 친화적인 건설재료의 수요 증대로 인해 많은 건설재료가 개발되고 있는데 그 중에서 연속공극을 형성시켜 투수성, 투기성, 수질정화, 식생 및 조장 조성 능력을 갖는 다공성 콘크리트에 대한 개발과 식물이 건축 재료에 함께 공존이 가능한 식생 콘크리트, 식생 벽돌은 녹화 현상이 가능하여 단열 및 보온 효과, 에너지효율 증대, 정화 능력의 장점을 가지고 있다.
따라서, 이러한 다공성 콘크리트와 식물이 건축 재료에 함께 공존이 가능한 식생 벽돌에 대한 개발의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
본 발명자들은 생물학적 정화 방법으로 수질정화 효과를 극대화시킬 수 있는 시멘트 블록에 대해 연구하던 중, 이끼를 채취하여 공극이 큰 시멘트-제올라이트 벽돌과 함께 성형 가압함으로써, 이끼를 포함하지 않은 벽돌에 비해 오염수에서 오염물질의 제거 효율이 우수함을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 수질정화용 이끼 벽돌 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 이끼의 광합성으로 인해 폐수의 용존 산소에 이로운 영향과 미생물이 지니고 있는 자정 능력을 결합하여, 수질 정화 능력이 우수한 이끼 벽돌 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 수질정화용 이끼 벽돌은 이끼를 채취하여 공극이 큰 시멘트-제올라이트 벽돌과 함께 성형 가압함으로써, 이끼를 포함하지 않은 벽돌에 비해 오염수에서 오염물질의 제거 효율이 우수하며, 특히 총 질소(T-N), 총 인(T-P)의 제거 성능을 가지면서 용존 산소량에 큰 영향을 줄 수 있어 생물학적 정화 능력이 우수한 친환경 건축재료로써 적용 가능하다.
도1은 본 발명의 골재에 이끼 가루를 뿌려 가압 성형하여 제조된 이끼 벽돌을 나타낸 도이다.
도2는 본 발명의 이끼 벽돌 제올라이트 내에 미생물의 흡착 여부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 도이다[(a)미생물을 흡착하지 않은 제올라이트, (b)대구S환경사업소 미생물이 흡착된 제올라이트].
도3은 본 발명의 이끼 벽돌의 양생 및 미생물을 이끼 벽돌에 흡착시키는 과정을 나타낸 도이다.
도4는 본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 용존 산소(DO)의 농도 변화를 나타낸 도이다.
도5는 본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 pH의 농도 변화를 나타낸 도이다.
도6은 본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 부유물질(SS)의 제거 효율을 나타낸 도이다.
도7은 본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 화학적 산소 요구량(COD)의 제거 효율을 나타낸 도이다.
도8은 본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 생물학적 산소 요구량(BOD)의 제거 효율을 나타낸 도이다.
도9는 본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 총 질소(T-N)의 제거 효율을 나타낸 도이다.
도10은 본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 총 인(T-P)의 제거 효율을 나타낸 도이다.
본 발명은
1) 시멘트 1 중량부; 및 입도가 1~2㎜의 쇄석 75~85 중량%, 입도가 1㎜ 이하의 석분 1~10 중량%, 입도가 1~3㎜의 제올라이트 10~20 중량%로 이루어진 잔골재 2~5 중량부를 혼합하고, 여기에 물을 가하여 혼합하는 단계,
2) 상기 1)단계에서 제조한 혼합물과 상기 혼합물 총 중량에 대해 이끼 0.5~5 중량%를 혼합한 후, 가압 성형하여 이끼 벽돌을 제조하는 단계, 및
3) 상기 2)단계에서 제조한 이끼 벽돌을 미생물이 분산된 물에 담그고 양생하여 이끼 벽돌의 제올라이트 내에 미생물을 흡착하는 단계를 포함하는, 수질 정화용 이끼 벽돌의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 수질 정화용 이끼 벽돌을 제공한다.
이하, 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 수질 정화용 이끼 벽돌은, 시멘트 및 입도가 1~2㎜의 쇄석, 입도가 1㎜ 이하의 석분, 입도가 1~3㎜의 제올라이트로 이루어진 잔골재를 혼합하고, 여기에 물을 가하여 혼합한 다음 이를 이끼와 함께 가압 성형하여 이끼 벽돌을 제조한 후, 이를 미생물이 분산된 물에 담그고 양생하여 이끼 벽돌의 제올라이트에 미생물을 흡착시켜 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질 정화용 이끼 벽돌의 제조방법에 대해 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 1)단계는 시멘트, 잔골재 및 물을 혼합하는 단계로, 시멘트 1 중량부; 및 입도가 1~2㎜의 쇄석 75~85 중량%, 입도가 1㎜ 이하의 석분 1~10 중량%, 입도가 1~3㎜의 제올라이트 10~20 중량%로 이루어진 잔골재 2~5 중량부를 혼합하고, 여기에 물을 가하여 혼합한다. 이때, 물의 함량은 시멘트 총 중량에 대해 20~30 중량%인 것이 바람직하다.
상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 혼합 시멘트, 특수 시멘트 등을 포함하며, 상기 포틀랜드 시멘트로는 1종 보통 포틀랜드 시멘트, 2종 중용열 포틀랜드 시멘트, 3종 조강 포틀랜드 시멘트, 4종 저열 포틀랜드 시멘트, 5종 내황산염 포틀랜드 시멘트 등을 포함하며, 상기 혼합 시멘트는 고로 슬래그 시멘트(portland blast-furnace slag cement), 포틀랜드 포졸란 시멘트(portland pozzolan cement), 플라이애시 시멘트(portland fly-ash cement), 착색 시멘트(color cement) 등을 포함하고, 상기 특수 시멘트는 알루미나 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트, 초속경 시멘트, 팽창질석을 사용한 단열 시멘트(KS L 5216), 팽창성 수경시멘트(KS L 5217), 메이슨리 시멘트(KS L 5219), 초조강 시멘트 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 2)단계는 이끼 벽돌을 제조하는 단계로, 건물 외벽의 습한 곳에 녹화 현상으로 덮여있는 이끼를 채취하여 햇빛에 말린 후 36시간 건조시킨 이끼를 분말화한다. 그 다음, 상기 1)단계의 혼합물을 벽돌 제작 틀에 가득 채우고 표면에 이끼 분말을 뿌린 후, 뚜껑을 덮고 가압 성형하여 이끼 벽돌을 제조한다. 이 때, 이끼 분말은 1)단계에서 제조한 혼합물 총 중량에 대해 0.5~5 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 3)단계는 이끼 벽돌 내에 포함된 제올라이트에 미생물을 흡착하는 단계로, 가압 성형 24시간 후 미생물이 다량 분산되어 있는 물에 상기 2)단계에서 가압 성형한 이끼 벽돌을 담그고 일주일 동안 양생하여 제올라이트에 미생물을 흡착시킨다.
상기 미생물은 대구 S 환경사업소의 시료로부터 분리 및 동정한 미생물로, Bacillus amyloliquefaciens; Lysinibacillus fusiformis; Pseudochrobactrum saccharolyticum; Lysinibacillus sphaericus; Aeromonas encheleia; Klebsiella pneumoniae; Aeromonas media; Raoultella ornithinolytica; Comamonas thiooxidans 중에서 선택된 것이 바람직하나, 9종의 미생물을 함께 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 방법으로 제조된 이끼 벽돌은 이끼를 포함하지 않은 시멘트 벽돌에 비해 용존산소(DO)가 증가하고, 화학적 산소 요구량(COD) 및 총 인(T-P)의 제거 효율이 우수하게 나타난다.
특히, 미생물이 용존 산소량에 영향을 미치지 못하는데 비하여 이끼는 광합성이 가능하여, 총 질소(T-N), 총 인(T-P)의 제거 효율을 가지면서 용존 산소량에 우수한 영향을 미칠 수 있는 효과를 가진다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 수질 정화용 이끼 벽돌은 미생물이 지니고 있는 자정능력과 이끼 벽돌이 폐수의 용존 산소에 미치는 이로운 영향, 이 두 가지 요소가 서로 시너지 효과를 내어 수질 개선용 건축 재료로서 활용 가능성을 확인하였다. 따라서, 본 발명에 따른 이끼 벽돌은 친환경 건축 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 이끼 벽돌의 제조
1. 실험 재료
본 실시예에서 사용한 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 이의 물리적 성질은 하기 표 1에 나타내었다. 잔골재로는 입도가 1㎜ 이하의 석분, 입도가 1~2㎜의 쇄석, 입도가 1~3㎜의 제올라이트를 사용하였으며, 이들의 물리적 성질은 표 2에 나타내었고, 제올라이트의 화학적 성분은 표 3에 나타내었다.
본 실시예에서 사용한 배지는 TSA(trypic soy agar)를 사용하였으며, TSA 배지는 트립톤 15g, soytone 5g, 염화나트륨 5g, 아가 15g을 증류수 1ℓ에 녹여 pH 7.3±0.2로 조정한 후 121℃(15 pound/in2, 1.05㎏/㎠)에서 15분간 오토클레이브(autoclave) 멸균 처리하고 60℃ 정도로 냉각한 후 멸균된 배양 접시(petri-dish)에 약 15㎖씩 분주하여 사용하였다.
본 실시예에서 이끼는 건물 외벽의 습한 곳에 녹화 현상으로 덮여있는 이끼를 채취하여 햇빛에 말린 후 36시간 건조시킨 것을 이끼 벽돌의 제작에 사용하였다.
본 실시예에서 사용된 미생물은 대구 S 환경사업소에서 시료를 채취하여 시료 30g을 멸균 증류수 200㎖에 넣어서 교반한 후, 살균한 팁을 끼운 마이크로피펫으로 10㎖ 취하여 TSA 배지에 가하고, 여기에 살균한 콘라지봉(bend glass)을 이용한 도말법으로 접종하였다. 접종한 미생물을 16S rDNA 염기서열 분석법으로 분리하고 동정하였으며, 동정된 미생물들은 표 4에 나타내었다.
시멘트의 물리적 성질
응결시간(setting time)
(min)		 압축강도
(MPa)		 블레인(blaine)
(㎠/g)		 밀도
(g/㎥)
초결 (initial setting ) 종결 (initial setting ) 3d 7d 28d 3,318 3.15
240 340 22.5 31.1 40.0
석분, 쇄석, 제올라이트의 물리적 성질
모래 등급 밀도
(g/㎥)		 물 흡수율
(%)		 단위 용적 중량
(t/㎥)		 절대용적률
(%)
쇄석 1㎜ 이하 2.62 0.8 1.6 59.9
석분 1~2㎜ 2.59 1.7 1.4 56.9
제올라이트 1~3㎜ 1.97 13.8 0.973 56.2
제올라이트의 화학적 성분
화학적 성분 SiO2 Al2O3 K2O Fe2O2 Na2O2
함량(%) 66.8 13.2 3.02 1.68 1.16
대구 S 환경사업소의 시료로부터 분리 및 동정한 미생물
시료 균주 이름 유사도(%)
대구 S 환경사업소




 Bacillus amyloliquefaciens 99.86
Lysinibacillus fusiformis 99.59
Pseudochrobactrum saccharolyticum 99.92
Lysinibacillus sphaericus 99.86
Aeromonas encheleia 99.19
Klebsiella pneumoniae 94.52
Aeromonas media 99.44
Raoultella ornithinolytica 99.93
Comamonas thiooxidans 99.86
2. 이끼 벽돌의 제조
보통 포틀랜드 시멘트 2.5㎏, 입도가 1㎜ 이하의 쇄석 5.05㎏, 입도가 1~2㎜의 석분 0.315㎏, 입도가 1~3㎜의 제올라이트 0.945㎏를 혼합하고, 여기에 물 0.575㎏(시멘트에 대해 23%)을 가하여 혼합하였다. 채취한 이끼는 햇빛에 말리고 36시간 동안 건조 시킨 후, 상기 혼합물(1.82kg)을 벽돌 제작 틀에 가득 채우고 표면에 이끼 분말(24g)을 뿌린 다음 윗 뚜껑을 덮은 후, 뚜껑 위에 유압램 (10ton/10㎜)을 설치하고 유압램 쟈키를 연결하여 압력을 가하면서 가압 성형하여 이끼 벽돌을 제조하였다. 상기 제조된 이끼 벽돌은 도1에 나타내었다.
가압 성형 24시간 후, 상기 이끼 벽돌을 양생 및 미생물 흡착을 위해 물이 들어 있는 수조에 넣은 다음 도말법으로 접종한 상기 표 4에 기재된 미생물(배지 50개씩)을 다량 분산시키고 가압 성형한 이끼 벽돌을 담근 다음 일주일 동안 양생하여 이끼 벽돌에 미생물을 흡착시켰다. 이 때, 수조에는 물 속의 미생물이 자유롭게 순환 가능하도록 펌프를 설치하였고 미생물이 외부 온도로 소멸하지 않도록 수중히터를 26℃로 설정하였다. 이렇게 제조된 이끼 벽돌의 제올라이트 내에 미생물 흡착 여부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였으며, 흡착 결과는 도2에 나타내었고, 양생 및 미생물의 흡착원리는 도3에 나타내었다.
도 2에 나타난 바와 같이, 미생물을 흡착하지 않은 제올라이트(a)는 내부 구조가 미세 다공질로 이루어져 있어 우수한 흡착 기능을 가질 수 있다는 것을 확인할 수 있었으며, 미생물을 흡착시킨 제올라이트(b)는 미세 다공질의 구조에 미생물이 흡착되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
< 실험예1 > 본 발명의 이끼 벽돌의 수질 정화 능력 측정
본 발명의 이끼 벽돌의 수질 정화 능력을 확인하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
본 실험에 사용된 원수(raw water)는 대구 S 환경사업소에서 얻은 폐수 중 사석 및 협잡물을 제거한 것을 사용하였다. 본 실험의 폐수 처리에서 이용되는 반응조의 형태는 유량이 없고 반응조 내의 액체를 완전혼합하는 방식인 회분식 반응조(completely mixed batch reactor, CMB)를 사용하였다. 수질 정화 실험용 수조는 20ℓ 용량의 아크릴 수조를 사용하였으며, 반응조의 수량은 18ℓ로 조절하고 펌프를 사용하여 물을 순환시켰다. 5개의 반응조를 준비하고, 각각의 반응조에 1)원수(BLANK); 2)미생물을 흡착시키지 않은 시멘트 벽돌 (WB[원수 + 시멘트 벽돌]); 3)미생물을 흡착시킨 시멘트 벽돌(WB-S[원수 + 시멘트 벽돌 + 미생물]); 4)미생물을 흡착시키지 않은 이끼 벽돌(MB[원수 + 이끼 벽돌]); 및 5)미생물을 흡착시킨 이끼 벽돌(MB-S[원수 + 이끼 벽돌 + 미생물])을 수조 속에 넣고 수질정화 능력을 측정하였다.
수질정화 실험은 4주간 4회 7일 간격으로 실시하였으며, 용액의 용존 산소(DO)는 DO 미터(DO-30N), pH는 pH 미터(P15), 부유물질 (SS)은 SS 미터 (AL250), 화학적 산소 요구량(COD)은 reactor digestion(HS-2300Plus), 생물학적 산소 요구량(BOD)은 BOD 센서 시스템, 총 질소(T-N)는 크로모트로핀산 (chromotropic acid)(HS-2300Plus), 총 인(T-P)은 몰리브도 바나데이트 (molybdo vanadate)(HS-2300Plus)를 이용하여 측정하였다. 각 항목별로 수질 측정 키트 3개로 3번을 측정하여 평균값을 나타내었다. CODMn과 T-N, T-P는 수질 분석기의 신뢰도를 평가하기 위하여 CODMn(70㎎/ℓ), T-N(100㎎/ℓ), T-P(5㎎/ℓ)의 표준액으로 이 실험 방법과 동일하게 3번씩 측정하였으며, 그 결과 CODMn는 평균 69.3㎎/ℓ, T-N은 99.8㎎/ℓ, T-P는 5.2㎎/ℓ를 나타내었다. 각 항목의 분석 방법은 하기 표5에 나타내었다.
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 수질 정화 능력의 분석 항목 및 방법
분석 항목 방법
pH pH 미터(P15)
BOD BOD 센서 시스템6
DO DO 미터(DO-30N)
CODMN Reactor Digestion(HS-2300Plus)
T-N Chromatropic acid(HS-2300Plus)
T-P Molybdo Vanadate(HS-2300Plus)
SS SS 미터(AL250)
1. 용존 산소량의 농도 변화의 측정
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 용존 산소(DO)의 농도 변화를 DO미터(DO-30N)를 이용하여 측정하였다. 결과는 표6 및 도4에 나타내었다.
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 용존 산소(DO)의 농도 변화
날짜 원수(㎎/ℓ) WB(㎎/ℓ) WB-S(㎎/ℓ) MB(㎎/ℓ) MB-S(㎎/ℓ)
0 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8
7 4.0 5.9 7.5 10.1 10.5
14 4.7 7.7 7.8 10.9 12.1
21 7.4 10.3 10.1 11.3 13.8
28 5.6 11.5 12.1 10.4 13.4
표6 및 도4에서 나타난 바와 같이, 원수의 용존 산소의 농도는 불규칙적인 형태를 나타내면서 가장 낮은 수치를 보이고, WB, WB-S는 시간이 갈수록 농도가 높아지는 수치를 보이고 있으며, 이끼 벽돌을 적용한 MB, MB-S는 다른 종류의 대조군들보다 평균 1~5% 높은 수치를 나타내고 있음을 확인하였다. 따라서, 미생물을 적용한 WB-S와 MB-S는 특별한 반응을 보이지 않고 미생물을 적용하지 않은 대조군과 유사한 형태를 보이고 있어 용존 산소의 농도 변화는 미생물에 의한 영향은 없는 것으로 보이며, 이끼를 적용한 MB, MB-S는 벽돌에 부착되어 있는 이끼의 광합성 활동으로 인해 일차별로 높은 수치를 가지는 것을 확인하였다.
2. pH 의 농도 변화의 측정
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 pH의 농도 변화를 pH미터(P15)를 이용하여 측정하였다. 결과는 표7 및 도5에 나타내었다.
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 pH의 농도 변화
날짜 원수(㎎/ℓ) WB(㎎/ℓ) WB-S(㎎/ℓ) MB(㎎/ℓ) MB-S(㎎/ℓ)
0 7.3 7.3 7.3 7.3 7.3
7 7.5 10.5 11.1 9.9 10.1
14 8.1 10.4 10.8 10.3 10.5
21 8.2 10.3 10.6 11.2 10.8
28 8.2 10.1 10.5 11.2 10.5
표7 및 도5에 나타난 바와 같이, 원수를 제외한 나머지는 수치가 비슷하게 나타났는데, 이는 벽돌의 제작에 강알칼리성을 띈 시멘트가 첨가되고, 더욱이 MB, MB-S의 경우 벽돌 내.외부에 부착되었던 이끼가 광합성 활동을 하여 수중의 이산화탄소를 소비하기 때문에 공기 중에서 물 속으로 유입되는 이산화탄소량보다 이끼에 의한 소모량이 크기 때문일 것으로 사료된다.
3. 부유물질( SS )의 농도 변화의 측정
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 부유물질(SS)의 농도 변화를 SS미터(AL250)을 이용하여 측정하였다. 결과는 표8 및 도6에 나타내었다.
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 부유물질(SS)의 농도 변화
날짜 원수(㎎/ℓ) WB(㎎/ℓ) WB-S(㎎/ℓ) MB(㎎/ℓ) MB-S(㎎/ℓ)
0 91 91 91 91 91
7 19 17 15 18 18
14 14 13 11 13 16
21 15 10 9 14 13
28 19 11 7 12 9
표8 및 도6에 나타난 바와 같이, 원수 반응조를 살펴보면 부유물질 제거율이 7일 차부터 크게 상승하였다가 28일 차 이후부터는 다른 대조군들과 약 10%의 제거 효율 차이를 나타내는데, 이는 회분식 반응조의 특징이 영향을 미친 것으로 사료된다. 28일차 이후의 다른 대조군들과의 차이는 다공질의 제올라이트를 함유한 벽돌들이 비표면적이 크고 외부뿐만 아니라 내부에서도 부유물질 처리효율을 보일 수 있기 때문으로 보인다. MB-S의 경우 원수와의 제거율 차이는 10% 이상까지 나타났다.
4. 화학적 산소 요구량( COD )의 농도 변화의 측정
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 화학적 산소 요구량(COD)의 농도 변화를 Reactor Digestion(HS-2300Plus)를 이용하여 측정하였다. 결과는 표9 및 도7에 나타내었다.
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 화학적 산소 요구량(COD)의 농도 변화
날짜 원수(㎎/ℓ) WB(㎎/ℓ) WB-S(㎎/ℓ) MB(㎎/ℓ) MB-S(㎎/ℓ)
0 58.9 58.9 58.9 58.9 58.9
7 15.9 16.9 16.9 17.4 17.9
14 12.9 21.3 19.4 19.1 18.8
21 10.1 18.2 14.9 17.7 15.7
28 10.2 19.4 16.1 18.5 15.9
표9 및 도7에서 나타난 바와 같이, 원수 반응조를 살펴보면 제거율이 다른 대조군보다 높은 수치를 나타내는데 실험 기간동안 원수 자체에서의 생물학적 반응으로써 원수에 무기물 또는 유기물에 의한 자정작용이 발생하여 제거율에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 미생물을 적용한 WB-S와 MB-S는 미생물을 적용하지 않은 WB, MB와 작은 차이를 보이고 있다. WB-S와 MB-S는 14일 차의 제거율이 각 67%, 68%로 7일 차 시험보다 하락한 수치를 나타내고, 21,28일 차에서 높아진 제거 효율을 보이고 있다. 하지만 미생물을 적용하지 않은 WB, MB는 14,21,28일 차의 제거율이 7일 차와 큰 차이를 보이지 않고 유사한 수치를 가지게 되므로 WB-S, MB-S의 제거율 상승은 미생물에 의한 생물학적 반응으로 사료된다. 미생물의 적용 유무에 따라 약 4% 정도 높은 제거율을 나타내고 있지만 원수 자체의 자정작용으로 인한 제거 효율에는 미치지 못하므로 화학적 산소 요구량에는 큰 영향을 미치지 못하는 것을 확인하였다.
5. 생물학적 산소 요구량( BOD )의 농도 변화의 측정
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 생물학적 산소 요구량(BOD)의 농도 변화를 BOD센서 시스템6를 이용하여 측정하였다. 결과는 표10 및 도8에 나타내었다.
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 생물학적 산소 요구량(BOD)의 농도 변화
날짜 원수(㎎/ℓ) WB(㎎/ℓ) WB-S(㎎/ℓ) MB(㎎/ℓ) MB-S(㎎/ℓ)
0 72.7 72.7 72.7 72.7 72.7
7 45.2 26.9 24.3 30.8 21.3
14 41.0 20.3 16.7 27.4 17.4
21 31.6 17.6 13.4 21.6 15.1
28 17.6 15.9 9.5 13.1 10.0
표10 및 도8에 나타난 바와 같이, 원수의 제거 효율이 초기 7일 차 측정에서 가장 낮은 제거율을 보였고, 미생물을 적용한 WB-S, MB-S가 비슷한 양상 속에서도 28일 차에 86~86%의 가장 높은 제거율을 보였는데, 이는 미생물의 생물학적 반응으로 인해 생물학적 산소 요구량의 제거 효율을 높인 것으로 사료된다.
6. 총 질소(T-N)의 농도 변화의 측정
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 총 질소(T-N)의 농도 변화를 Chromatropic acid(HS-2300Plus)를 이용하여 측정하였다. 결과는 표11과 도9에 나타내었다.
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 총 질소(T-N)의 농도 변화
날짜 원수(㎎/ℓ) WB(㎎/ℓ) WB-S(㎎/ℓ) MB(㎎/ℓ) MB-S(㎎/ℓ)
0 22.68 22.68 22.68 22.68 22.68
7 18.91 16.54 10.62 14.82 10.91
14 17.15 12.83 5.43 7.73 7.43
21 17.24 11.12 4.24 7.12 5.91
28 17.31 11.44 4.34 7.54 5.14
표11 및 도9에 나타난 바와 같이, 원수의 경우 14일 차까지는 제거 효율을 25%까지 상승하였지만 14일 차 이후로는 동일한 수치를 나타내었다. WB의 경우 평균 제거 효율 34.4%로 다공성 콘크리트의 총 질소(T-N) 제거 효율과 유사한 수치를 나타내었고, 이는 다공성 제올라이트를 이용하여 제작한 벽돌들을 적용하였을 때 제거 효율이 유사함을 확인하였다. 미생물을 적용한 WB-S, MB-S는 7일 차부터 시작해 28일 차까지 평균 제거율 73%, 68%로 가장 높은 제거 효율을 나타내었다. 이러한 다공성 제올라이트와 함께 벽돌 속의 제올라이트 내, 외부 생물 막의 생성으로 인해 질소의 제거현상이 발생한 것으로 사료된다.
7. 총 인(T-P)의 농도 변화의 측정
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 총 인(T-P)의 농도 변화를 Molybdo Vanadate(HS-2300Plus)를 이용하여 측정하였다. 결과는 표12와 도10에 나타내었다.
본 발명의 이끼 벽돌을 적용한 원수의 총 인(T-P)의 농도 변화
날짜 원수(㎎/ℓ) WB(㎎/ℓ) WB-S(㎎/ℓ) MB(㎎/ℓ) MB-S(㎎/ℓ)
0 2.29 2.29 2.29 2.29 2.29
7 0.66 0.47 0.24 0.36 0.39
14 0.43 0.34 0.27 0.24 0.24
21 0.58 0.28 0.16 0.22 0.22
28 0.41 0.20 0.13 0.21 0.11
표12 및 도10에 나타난 바와 같이, 원수의 경우 14일 차까지는 제거 효율이 상승하였지만, 21일 차에 감소 후 28일 차에 다시 상승하고 있다. 불규칙적인 형태를 보이지만 초기 원수 값보다는 높은 제거효율을 보이고 있다. 하지만 WB, WB-S, MB, MB-S와는 평균 10%이상 제거 효율 차이를 보이고 있다. 원수를 제외한 나머지 4종류의 대조군들 중에서 미생물을 적용한 WB-S, MB-S는 평균 91%, 90%의 제거율을 보인 반면 미생물을 적용하지 않은 WB, MB에서는 평균 86%, 89%의 제거 효율을 나타냈다. 미생물을 적용한 WB-S, MB-S가 평균 1~5% 우수한 제거 효율을 나타내었다.

Claims (5)

1) 시멘트 1 중량부; 및 입도가 1~2㎜의 쇄석 75~85 중량%, 입도가 1㎜ 이하의 석분 1~10 중량%, 입도가 1~3㎜의 제올라이트 10~20 중량%로 이루어진 잔골재 2~5 중량부를 혼합하고, 여기에 물을 가하여 혼합하는 단계,
2) 상기 1)단계에서 제조한 혼합물과 상기 혼합물 총 중량에 대해 이끼 분말 0.5~5 중량%를 혼합한 후, 가압 성형하여 이끼 벽돌을 제조하는 단계, 및
3) 상기 2)단계에서 제조한 이끼 벽돌을 미생물이 분산된 물에 담그고 양생하여 이끼 벽돌의 제올라이트 내에 미생물을 흡착하는 단계;
를 포함하는, 수질 정화용 이끼 벽돌의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 1)단계에서 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트, 2종 중용열 포틀랜드 시멘트, 3종 조강 포틀랜드 시멘트, 4종 저열 포틀랜드 시멘트, 5종 내황산염 포틀랜드 시멘트, 고로 슬래그 시멘트(portland blast-furnace slag cement), 포틀랜드 포졸란 시멘트(portland pozzolan cement), 플라이애시 시멘트 (portland fly-ash cement), 착색 시멘트(color cement), 알루미나 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트, 초속경 시멘트, 팽창 질석을 사용한 단열 시멘트(KS L 5216), 팽창성 수경시멘트(KS L 5217), 메이슨리 시멘트(KS L 5219), 및 초조강 시멘트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수질 정화용 이끼 벽돌의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 1)단계에서 물의 함량은 시멘트 총 중량에 대해 20~30 중량%인 것을 특징으로 하는, 수질 정화용 이끼 벽돌의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 3)단계에서 미생물은 Bacillus amyloliquefaciens; Lysinibacillus fusiformis; Pseudochrobactrum saccharolyticum; Lysinibacillus sphaericus; Aeromonas encheleia; Klebsiella pneumoniae; Aeromonas media; Raoultella ornithinolytica; Comamonas thiooxidans로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수질 정화용 이끼 벽돌의 제조방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 수질 정화용 이끼 벽돌.
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