KR20140023043A

KR20140023043A - 하수 슬러지를 이용한 오폐수 정화용 담체 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20140023043A
Application number: KR20120089468A
Authority: KR
Inventors: 이해연
Original assignee: 이해연
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2014-02-26
Also published as: KR101492833B1

Abstract

본 발명은 오폐수 정화용 담체 및 이의 제조방법에 관한 것으로 하수 슬러지 30 내지 80 중량%, 글라스 비드 10 내지 60 중량% 및 발포제 0.5 내지 10 중량%를 포함하여 제조된 후 액상 종균제에 침지시킴으로써, 폐기물인 하수 슬러지를 이용하므로 재활용도가 증대되어 환경오염이 감소되고 미생물의 부착이 증대되어 오폐수의 정화능력이 더욱 향상될 수 있다.

Description

하수 슬러지를 이용한 오폐수 정화용 담체 및 이의 제조방법{Media For Wastewater Treatment Using Sewage Sludge And Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 오폐수 중에 포함된 질소, 인, 유기물을 생물학적으로 처리하여 오폐수를 정화하는 생물막을 형성시키는 오폐수 정화용 담체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

급속한 산업의 발달과 도시 인구의 폭증으로 인한 각종 산업 폐수, 생활 하·폐수, 정화조 폐수 및 축산폐수의 배출량이 증가함에 따라 각종 환경문제, 특히 수질오염이 극심해지고 사회적인 문제점으로 대두됨에 따라 경제적이고 효율적인 오폐수 처리방법의 개발이 요구되고 있다.

이와 같은 각종 오폐수에는 최근 문제시되고 있는 질소나 인과 같은 영양염류가 많이 함유되어 하천, 호수, 연안바다의 부영양화(녹조 및 적조 등)의 원인이 된다.

pH가 과도하게 중성에서 벗어나거나 유해성분이 함유된 산업폐수 외에는 각종 오폐수처리시 생물학적인 방법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있으며 생물학적인 방법은 활성슬러지 공법과 생물막 공법으로 대별할 수 있다. 활성슬러지 공법은 처리대상의 오폐수에 유용한 각종 미생물을 투입, 현탁 상태로 부유시켜서 미생물이 오폐수 중의 오염물질을 처리하도록 하는 방법으로서 혐기조, 무산소조 및 폭기조(산소공급) 등의 반응조를 이용할 수 있다.

이러한 활성슬러지 공법은 대량의 오폐수를 저렴하게 처리할 수 있는 장점이 있으나, 반응조의 미생물 농도가 낮으므로 처리속도가 느리고 처리시간이 길어져 다량의 미생물을 확보하기 위하여 대용량의 처리조가 필요하며 슬러지의 팽화현상 발생 및 다량의 잉여 슬러지의 발생으로 인하여 처리비용이 급증되는 문제가 있다. 또한, 유입 오폐수의 부하변동에 대한 대처능력이 미흡하다.

이와 같은 문제점들은 생물막법, 예컨대 담체를 이용하여 해결할 수 있다.

상기 담체는 정화시설의 생물학적 처리조 등에 일정량 투입되어 오폐수를 정화시키게 된다. 예컨대, 오폐수 중에 포함된 질소, 인, 유기물 등을 제거하는 기능을 가진 미생물이 생존하는 생물학적 처리조 등에 담체가 투입되어 설치되는데, 이때 다량의 미생물이 부착될 수 있도록 넓은 표면적으로 성형된 담체가 생물학적 처리조의 흐르는 유체에 일정깊이로 투입되어 고정된다.

종래 담체는 주원료로 제올라이트를 많이 사용하였는데, 상기 제올라이트는 미세한 다공질의 결정구조를 가지는 이온교환성 화합물로서 양이온 교환특성, 흡착 및 분자체 특성, 촉매특성, 탈수 및 재흡수 특성이 다른 물질에 비해 높아 오폐수 내의 질소, 인, 유기물 등을 제거하는 미생물이 용이하게 부착되어 오폐수를 효율적으로 정화시키는 장점을 가지고 있다. 그러나 재료의 원가가 높아 제조비용이 증대되고, 자원 훼손에 대한 문제점이 지적되어 왔다.

현재, 환경오염의 문제가 나날이 심각해짐에 따라 인류의 생존권이라는 차원에서 여러 산업분야에서 각종 폐기물을 재활용하여 환경오염을 감소시킬 뿐만 아니라, 자원을 보다 효율적으로 활용하려는 시도들이 진행되고 있는바, 오폐수를 정화

시키는 담체의 제조에 있어서도 각종 폐기물을 활용하려는 연구들이 현재 진행되고 있는 실정이다.

종래 폐기물을 재활용한 담체(담체)로 한국공개특허 제2011-0084706호에는 활성 슬러지를 처리한 후 발생된 잉여 슬러지에 활성탄, 세라믹 및 점토류를 포함하는 분체를 건조 및 분쇄한 후 상기 분쇄물에 폐플라스틱 분말, 폐타이어 분말, 친수성 고분자 및 분산제를 첨가하여 저온에서 성형함으로써 제조된 다공성 담체가 개시되어 있다. 상기 다공성 담체는 폐기물을 사용하여 환경 친화적이기는 하지만 기공이 적게 형성되어 하수 및 오폐수의 정화능력이 우수하지 못한 문제가 있다.

따라서 폐기물을 재활용할 뿐만 아니라 다량의 기공을 형성하여 우수한 하수 및 오폐수의 정화능력을 갖는 담체가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 폐기물인 하수 슬러지를 이용하며 오폐수의 정화능력이 우수한 오폐수 정화용 담체를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 오폐수 정화용 담체를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오폐수 정화용 담체는 건조 하수 슬러지 30 내지 80 중량%, 글라스 비드 10 내지 60 중량% 및 발포제 0.5 내지 10 중량%를 포함한다.

상기 담체의 기공율은 75 내지 85%이고, 비표면적은 25 내지 40 m²/g이며, 특히 마이크로포아 영역의 기공부피는 0.05 내지 0.5 ㎤/g, 메소포아영역의 기공부피는 0.1 내지 0.5 ㎤/g이다. 또한, 상기 담체의 평균 기공크기는 10 내지 30 Å이다.

상기 담체는 액상 종균제에 침지된 것이다.

상기 건조 하수 슬러지의 수분함량은 10 내지 15%이고, 글라스 비드의 평균입경은 100 내지 150 메쉬이며, 상기 발포제는 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 산화안티몬, 탄산나트륨, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종이다.

또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오폐수 정화용 담체의 제조방법은 (a)하수 슬러지 30 내지 80 중량%, 글라스 비드 10 내지 60 중량% 및 발포제 0.5 내지 10 중량%를 혼합하여 성형한 후 건조하는 단계, (b)상기 건조된 담체 혼합물을 800 내지 950 ℃의 고온에서 소성하는 단계 및 (c)상기 소성된 담체 혼합물을 액상 종균제에 침지하는 단계를 포함한다.

상기 (a)단계에서 하수 슬러지의 수분함량은 10 내지 15%이며, 건조된 담체 혼합물의 수분함량은 2 내지 8%이다.

상기 (a)단계에서 글라스 비드의 평균입경은 100 내지 150 메쉬이며, 발포제는 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 산화안티몬, 탄산나트륨, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.

상기 (c)단계 이후에 액상 종균제가 침지된 물질의 표면을 거칠게 가공처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 오폐수 정화용 담체는 하수 슬러지를 재활용함으로써 폐기물의 재활용도를 높이며, 폐기물을 이용하므로 제조비용이 감소되어 경제적일 뿐만 아니라 환경을 오염시키지 않으면서 효율적으로 하수 슬러지를 처리할 수 있다. 또한, 하수 슬러지는 주변의 하수처리시설에서 손쉽게 구할 수 있으므로 담체 제조시 재료조달이 용이하다.

또한, 본 발명의 담체는 다수의 기공으로 인하여 표면적이 넓어 부착되는 미생물의 양이 극대화되므로 오폐수의 정화능력이 우수하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 하수 슬러지를 이용한 담체를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 담체를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.

본 발명은 폐기물인 하수 슬러지를 이용하므로 재활용도가 증대되어 친환경적이며 미생물의 부착이 증대되어 오폐수의 정화능력이 더욱 향상될 수 있는 오폐수 정화용 담체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 담체는 하수 슬러지, 글라스 비드 및 발포제를 포함한 것으로서, 다수의 기공으로 이루어지며 미생물의 부착을 증대시키기 위하여 액상 종균제에 침지된 것이다.

상기 하수 슬러지는 활성 슬러지를 처리한 후 발생된 슬러지로서, 다량의 유기질이 함유된 미생물 자체이기 때문에 미생물의 친화도가 우수하다. 본 발명에 사용되는 하수 슬러지의 수분함량은 10 내지 15%인 것이 바람직한데, 수분함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 원료의 점도가 약해져 강도가 약하고 생물막이 형성되지 않을 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 글라스 비드 및 발포제와 균일하게 혼합되지 발포제의 의한 발포가 제대로 이루어지지 않아 담체의 기공율 및 비표면적이 낮아질 수 있다.

하수 슬러지의 함량은 30 내지 80 중량%, 바람직하게는 50 내지 70 중량%이다. 하수 슬러지의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 담체의 기공 수량이 적어져 부착되는 생물막이 형성되지 않을 수 있으며, 함량이 상기 상한치 초과인 경우에는 발포제의 의한 발포가 제대로 이루어지지 않고 강도가 약해져 파손될 수 있다.

상기 글라스 비드는 담체가 흐르는 유체에 의하여 부서지는 것을 방지하기 위하여 하수 슬러지끼리 결합시키는 결합제로서, 평균입경은 100 내지 150 메쉬(mesh), 바람직하게는 100 내지 130 메쉬이다. 글라스 비드의 평균입경이 상기 하한치 미만인 경우에는 녹지 않고 남은 비드에 의하여 담체의 강도가 저하되고 비표면적이 감소할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 원가가 높아진다.

또한, 상기 글라스 비드의 함량은 10 내지 60 중량%, 바람직하게는 29 내지 49 중량%이다. 글라스 비드의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 유체의 바인더 역할이 부족하여 쉽게 부서질 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 담체에 형성된 기공율 및 비표면적이 낮아질 수 있다.

상기 발포제는 담체에 다수의 미세한 기공이 형성될 수 있도록 하는 것으로서, 구체적으로는 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 산화안티몬, 탄산나트륨, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 들 수 있으며, 바람직하기로는 탄산칼슘을 들 수 있다.

이러한 발포제는 800 내지 950 ℃, 바람직하게는 820 내지 900 ℃의 고온에서 발포되어 담체 표면에 다수의 미세한 기공을 형성한다.

상기 발포제의 함량은 0.5 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 3 중량%이다. 발포제의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 담체의 표면에 다수의 기공이 형성되지 않을 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 너무 많은 기공이 연속적으로 형성되어 담체의 강도가 약할 수 있다.

상기 액상 종균제는 미생물의 부착을 증대시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하기로는 바실러스균이다.

본 발명의 담체는 기공율이 75 내지 85%이고, 비표면적이 25 내지 40 m²/g이며, 마이크로포아 영역의 기공부피가 0.05 내지 0.5 ㎤/g, 메소포아영역의 기공부피가 0.1 내지 0.5 ㎤/g이다. 또한, 상기 담체의 평균 기공크기는 10 내지 30 Å이다.

생물학적 처리조에 설치된 본 발명의 담체는 생물학적 처리조에 생존하는 미생물이 점차 상기 담체의 표면에 부착 고정되어 성장하므로 다량으로 담체에 부착된 미생물들이 서로 생물막을 형성하여 오폐수 중의 질소, 인, 유기물 등을 효과적으로 분해시키면서 오폐수를 정화시킨다.

또한, 담체에 부착된 미생물에 의하여 형성된 생물막의 내부는 산소의 투과를 차단하여 혐기성을 이루고, 외부는 산소를 흡수하여 호기성을 이루므로 오폐수 중의 질소, 인, 유기물 등의 처리효율이 높다.

또한, 본 발명은 하수 슬러지를 이용한 오폐수 정화용 담체의 제조방법을 제공하며, 도 1을 참조하여 설명한다.

본 발명의 담체의 제조방법은 (a)건조 하수 슬러지, 글라스 비드 및 발포제를 혼합하여 성형한 후 건조하는 단계, (b)상기 건조된 담체혼합물을 고온에서 소성하는 단계 및 (c)상기 소성된 담체혼합물을 액상 종균제에 침지하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 (c)단계 이후에 액상 종균제가 침지된 물질의 표면을 거칠게 가공처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

먼저, 상기 (a)단계에서는 건조 하수 슬러지 30 내지 80 중량%, 글라스 비드 10 내지 60 중량% 및 발포제 0.5 내지 10 중량%를 혼합하여 20 내지 35 mm로 성형한 후 수분함량이 2 내지 8%, 바람직하게는 2 내지 5%가 되도록 90 내지 130 ℃로 건조한다. 건조된 담체 혼합물의 수분함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 소성 후 담체 혼합물이 부서질 수 있으며, 수분함량이 상기 상한치 초과인 경우에는 소성시 발포가 제대로 이루어지지 않아 기공율이 낮아지며, 특히 마이크로포아 기공부피가 적어져 기공면적이 낮아질 수 있다.

다음으로, 상기 (b)단계에서는 건조된 담체 혼합물을 800 내지 950 ℃, 바람직하게는 800 내지 900 ℃의 고온에서 1 내지 5시간, 바람직하게는 2 내지 3시간 동안 소성한다. 담체 혼합물을 소성하면 발포제에 의하여 발포되어 다수의 미세한 기공이 형성된다.

소성온도가 상기 하한치 미만인 경우에는 담체의 발포가 저하되며 기공율이 낮아질 수 있으며, 소성온도가 상기 상한치 초과인 경우에는 담체 혼합물에 포함된 하수 슬러지가 연소될 수 있다.

또한, 소성시간이 상기 하한치 미만인 경우에는 기공율이 낮아질 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 기공의 수가 더 이상 증가되지 않아 에너지가 낭비되며, 하수 슬러지가 연소될 수 있다.

다음으로, 상기 (c)단계에서는 소성된 담체 혼합물의 열기를 5 내지 6시간 정도 상온에 방치하여 식힌 후 액상 종균제에 4 내지 7시간, 바람직하게는 6시간 동안 침지시켜 담체를 제조한다.

액상 종균제에 침지된 담체는 미생물의 부착이 증대된다.

다음으로, 상기 (d)단계에서는 상기 액상 종균제에 침지된 담체의 표면을 거칠게 가공처리한다. 상기 담체의 표면을 거칠게 가공처리하면 생물학적 처리조에서 생존하고 있는 미생물이 담체를 통과시 유체와 함께 담체의 표면에 쉽게 부착된다.

또한, 담체의 거친 표면은 담체에 부착된 미생물이 흐르는 유체에 의하여 탈리되는 것을 억제한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

실시예 1.

수분함량이 15%인 건조 하수 슬러지 64 중량%(고형분 함량 54.4g), 평균입경이 120 메쉬인 글라스 비드 35 중량% 및 탄산칼슘 1 중량%를 혼합한 후 20 mm 크기로 성형하고 6시간 동안 60℃로 건조하였다. 그 후 건조된 담체 혼합물을 860 ℃의 고온에서 3시간 동안 소성하면서 혼합물이 발포되어 다수의 기공이 형성되었다. 기공이 형성된 물질의 5시간 동안 상온에 방치하여 열기를 식힌 후 액상 종균제에 6시간 동안 침지하고 이를 건조하여 담체를 제조하였다.

실시예 2.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 건조 하수 슬러지 80 중량%, 평균입경이 140 메쉬인 글라스 비드 15 중량% 및 탄산칼슘 5 중량%를 혼합한 혼합물을 이용하여 담체를 제조하였다.

비교예 1.

슬러지 1,000kg에 활성탄 22kg, 제올라이트 99kg, 황토 99kg 및 건조된 미분체 220kg을 혼합하여 혼합물의 함수율이 45~55%가 되도록 조절하였다. 상기 혼합물을 기류건조분쇄기에서 건조 분쇄하여 5%이하의 함수율 및 100메쉬 입도를 갖는 미분체를 제조하였다. 제조된 미분체 21kg에 폐플라스틱 분말(비중 0.95) 44kg, 폴리비닐알코올 2.1kg 및 폐타이어 분말 4.9kg를 혼합하고, 혼합물 70kg에 폴리옥시에틸렌알킬에테르 3.5kg를 추가하여 120℃로 20분 동안 혼련하였다. 상기 혼련기를 이용하여 혼련된 혼합물은 120℃로 압출기로 성형한 다음, 상기 성형된 혼합물을 20℃의 물로 냉각시킨 후에 원통형 튜브 모양으로 절단하여 담체를 제조하였다.

비교예 2.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하수 슬러지 90 중량%, 평균입경이 160 메쉬인 글라스 비드 8 중량% 및 탄산칼슘 2 중량%를 혼합한 혼합물을 이용하여 담체를 제조하였다.

비교예 3.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 수분함량이 15%인 건조 하수 슬러지 대신에 수분함량이 60%인 하수 슬러지 136g(고형분 함량 54.4g), 하수 슬러지의 고형분 함량 100 중량부에 대하여 글라스 비드 64.3 중량부, 탄산칼슘 1.84 중량부로 하여 담체를 제조하였다.

비교예 4.

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 소성된 물질을 액상 종균제에 침지하지 않고 담체를 제조하였다.

시험예 .

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 담체로 시험하였으며, 이의 측정값을 표 1에 나타내었다.

1. 기공율(%): 소재 전체의 부피에 대한 기공의 부피를 측정하였다.

2. 평균 기공크기(Å): 상분석기(Image-Pro Plus, Media Cybernetics, Inc., Silver Spring, Md, USA)를 사용하여 측정하였다.

3. 비표면적(m²/g): 비표면적 측정기(HM model-1201)을 이용하여 측정하였다.

4. 강도: 100시간 동안 30 m/s의 유속에 의해 담체의 일부가 탈리되는 정도를 육안으로 측정하였다.

◎: 담체의 일부가 탈리되지 않음

○: 담체의 면적 중 5% 이하가 탈리됨

□: 담체의 면적 중 15% 이하가 탈리됨

△: 담체의 면적 중 30% 이하가 탈리됨

×: 담체의 면적 중 50% 이하가 탈리됨

	실시예1	실시예2	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
기공율(%)	92	89	81	85	70	92
평균기공크기(Å)	24.04	26.79	46.40	38.71	30.96	25.77
비표면적(m²/g)	37.5	33.7	29.4	24.6	19.9	36.9
강도	◎	○	○	□	△	◎

위 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 2에 의하여 제조된 담체는 기공율, 기공크기, 비표면적 및 강도가 우수한 것을 확인되었다. 또한, 실시예 1에 의하여 제조된 담체를 주사전자현미경으로 촬영한 결과, 표면과 내부에 기공이 잘 형성된 무정형의 구조인 것을 확인하였다(도 2).

반면, 수분함량이 높은 하수 슬러지를 사용한 비교예 3은 기공율, 평균기공크기 및 비표면적이 우수하지 못하며, 강도도 낮은 것으로 확인되었다.

시험예 2.

탈질, 탈인의 정도를 측정하기 위하여 담체가 구비된 처리조로 유입되기 전과 후의 유출입 오수 내의 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소, 총질소, 인산염 인 및 총인을 스탠다드 방법(APAH, 1995)의 분석 방법에 의거하여 정량분석하였으며, 알고 있는 농도의 물질로 조제된 표준 시료로부터 얻어진 표준 검량선을 이용해서 농도를 측정하였고, 이를 이용하여 제거율을 구하였다.

1. 암모니아성 질소: 암모니아성 질소는 페네이트(Phenate)방법을 이용하여 정량 분석하였고, 시료(유출입 오수) 10 mL에 0.4 mL의 페놀 용액과 0.4 mL의 소듐 나이트로푸르시드(sodium nitroprusside)용액, 1.0 mL의 산화제(oxidizing agent)를 첨가한 후 1 시간 정도 빛이 차단된 곳에서 발색시켜 암모니아가 하이포아염소산염 (hypochlorite)과 페놀의 촉매하에 소듐나이트로푸르시드와 반응하여 푸른색의 인도페놀을 형성하게 되며 이를 640 nm의 분광광도계(spectrophotometer)로 측정하였다.

2. 아질산성 질소: 열량계방법(calometric method)을 이용하여 정량분석하였으며, 시료(유출입 오수) 50 mL를 pH가 5 내지 9 사이에 있도록 HCl 또는 NaOH로 보정하여 보정된 시료에 N-(1-나프틸)-에틸렌디아민디하이드로클로라이드 (N-(1-naphthyl)-ethylenedia mine dihydrochloride:NED) 시약 1 mL를 넣은 후 10 분 동안 발색시키고, 2 시간 내에 분광 광도계를 이용하여 543 nm에서 흡광도를 측정하였다.

3. 질산성 질소: UV-분광광도계 스크린(spectrophotometric screening)방법을 이용하여 정량 분석하였고, 시료(유출입 오수) 25 mL에 1 N HCl 용액을 첨가하여 시료의 pH를 2에서 3 사이가 되도록 맞춘 후 UV-가시 분광광도계(visible spectrophotometer)를 이용하여 220 nm와 275 nm에서의 흡광도를 각각 측정하였다. 측정된 값은 A 220 nm - 2 (A 275 nm)의 식에 대입, 계산하여 실제 질산성 질소의 농도를 정량적으로 분석하였다.

4. 총 질소: 퍼설페이트(Persulfate) 방법을 이용하여 시료(유출입 오수) 안에 있는 모든 질소성분을 질산염으로 산화시킨 후 정량 분석하였는바, 시료 mL 당 5 mL의 소화시약 (digest ion reagent)을 첨가한 후 오토클레이브(autoclave)에서 30 분간 가열하면 시료의 질소성분이 질산염 형태로 산화되는데 이를 질산염 측정법을 이용하여 정량하였다.

5. 인산염: 스탠뉴어스 클로라이드(Stannous chloride) 방법을 이용하여 정량 분석하였는바, 20 mL의 시료(유출입 오수)에 1 mL의 몰리브데이트 시약(molybdate reagent)과 2방울의 스탠뉴어스 클로라이드 시약을 첨가하면 스탠뉴어스 클로라이드 시약이 시료 안의 인산염 인과 반응하여 파란색 침전을 만드는데, 이를 690 nm의 UV-가시 분광광도계 (visible spectrophotometer)를 이용하여 정량하였다. 이때 발색반응이 온도와 시간에 따라 차이가 나므로 상온에서 스탠뉴어스 클로라이드 시약을 넣은 후 정확히 10 내지 12 분 사이에 흡광도를 측정하였다.

6. 총 인: 퍼설페이트 소화(Persulfate digestion) 방법을 이용하여 정량 분석하였으며, 시료(유출입 오수) 50 mL에 페놀프탈레인 지시약(phenolphthalein indicator)을 한 방울 넣고 붉은 색이 나타나면 황산용액을 무색이 되도록 첨가한 후, 1 mL의 황산용액을 추가로 첨가하였고 여기에 0.5 g의 과황산 칼륨(potassium persulfate)를 넣고 오토클레이브에서 30분간 가열하여 소화(digest)하면 시료의 모든 인 성분이 인산염 형태로 산화되고, 이를 인산염 인 정량분석 방법에 준하여 분석하였다.

7. 생화학적 산소 요구량(BOD; Biochemical Oxygen Demand): 3개의 BOD병에 시료(유출입 오수)를 담고 그 중 하나의 병에서 아지드 수정(azide modification)방법을 이용하여 초기 용존산소량(DO initial)을 측정하고, 다른 두 병을 20 ℃ 배양기에 넣고 빛이 없는 상태에서 5일간 배양시킨 후 최종 용존산소량(DO final)을 측정하여, 초기 용존산소량과 최종 용존산소량의 차이로부터 생화학적 산소 요구량(BOD)을 측정하였다. 아지드 수정(Azide modifica tion) 방법에서는 BOD병에 담겨있는 시료에 황산망간(manganous sulfate) 용액과 알칼리-아이오다이드-아지드 시약(alkali-iodide-azide reagent)을 각각 1 mL씩 넣은 후 흔들어 섞으면 갈색 침전이 형성되는데 침전이 반쯤 가라앉았을 때, 진한 황산용액을 1 mL 넣어 흔들어 섞어 완전히 녹였으며, 이 시료 중 200 mL를 다른 플라스크에 부은 후 지시약으로 전분(starch) 용액을 몇 방울 떨어뜨리면 푸른색이 나타나는데 티오설페이트(thiosulfate) 적정액으로 무색이 될 때까지 적정하였으며, 이때 사용된 적정액의 양으로 시료의 용존산소량(mg/L)을 얻었다.

8. 화학적 산소 요구량(COD; Chemical Oxygen Demand)은 수중의 유기물을 화학적으로 산화시킬 때 소비되는 산소량으로 정의하며 단위는 mg/L로 표시하는바, 본 실험에서는 오픈 리플럭스(open reflux) 방법을 사용하였으며 그 방법은 우선 500 mL 환류 플라스크에 50 mL의 시료(유출입 오수)를 담고 황산수은(mercuric sulfate) 1 g을 넣은 후 황산 시약 (sulfuric acid reagent) 5 mL를 천천히 가하여 차갑게 식힌 후, 니크롬산칼륨(potassium dichromate) 용액을 25 mL 넣고 70 mL의 황산 지시약(sulfuric acid reagent)을 넣은 후, 끝이 열려있는 컨덴서(condenser)를 연결하고 2 시간 동안 가열기에서 끓인 다음 식히고, 페로인(ferroin) 지시약을 0.15 mL 넣은 후 철 황산염 암모늄(ferrous ammonium sulfate(FAS)) 적정액으로 적정하였으며 이때 소비된 적정액의 양을 하기의 수학식 1에 대입하여 화학적 산소요구량(mg/L)을 구하였다.

9. 부유물질(SS): 우선 사용할 여과지(glass fiber filter, 90 mm dia., 0.7 um pore size)로 증류수를 여과한 후, 103 내지 105 ℃의 건조기에서 일정시간 건조시키고 이를 황산 데시케이터에서 식히고 무게를 정량하고 그 다음 여과지로 일정량의 시료를 여과하고, 이를 건조기에서 일정시간 건조한 후 앞의 방법에 따라 무게를 측정하여 여과 후 여과지의 무게와 여과 전 여과지의 무게의 차이로부터 부유물질의 양(mg/L)을 측정하였다.

상기의 시험방법에 따라 얻은 시험결과는 표 2와 같다.

구분		실시예1	실시예2	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
평균 유입수(㎎/ℓ)		59.7	59.7	59.7	59.7	59.7	59.7
평균 유출수(㎎/ℓ)		3.8	3.8	3.8	3.8	3.8	3.8
제거율(%)	SS	94.5	82.6	87.1	74.7	71.2	60.7
	BOD	93.7	90.7	89.3	79.2	68.2	61.5
	COD	91.9	90.8	85.3	81.5	68.9	64.9
	총 질소	87.3	87.5	79.2	85.3	60.1	55.2
	총 인	85.6	84.9	80.6	78.8	59.8	51.8

상기 제거율은 상기 시험방법에 따라 본 발명의 실시예 1 및 2로 제조된 담체를 통과하여 제거된 오수의 SS, BOD, COD, 총질소 및 총인을 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예 1 및 2에 따라 제조된 담체는 SS, BOD, COD, 총질소 및 총인의 제거율이 높았지만, 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 담체는 SS, BOD, COD, 총질소 및 총인의 제거율이 낮은 것으로 확인되었다.

Claims

건조 하수 슬러지 30 내지 80 중량%, 글라스 비드 10 내지 60 중량% 및 발포제 0.5 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체.
제1항에 있어서, 상기 담체의 기공율은 75 내지 85%인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체.
제1항에 있어서, 상기 담체의 비표면적은 25 내지 40 m²/g인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체.
제1항에 있어서, 상기 담체는 마이크로포아 영역의 기공부피가 0.05 내지 0.5 ㎤/g, 메소포아영역의 기공부피가 0.1 내지 0.5 ㎤/g인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체.
제1항에 있어서, 상기 담체의 평균 기공크기는 10 내지 30 Å인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체.
제1항에 있어서, 상기 담체는 액상 종균제에 침지된 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체.
제1항에 있어서, 상기 건조 하수 슬러지의 수분함량은 10 내지 15%인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체.
제1항에 있어서, 상기 글라스 비드의 평균입경은 100 내지 150 메쉬인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체.
제1항에 있어서, 상기 발포제는 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 산화안티몬, 탄산나트륨, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체.
(a)건조 하수 슬러지 30 내지 80 중량%, 글라스 비드 10 내지 60 중량% 및 발포제 0.5 내지 10 중량%를 혼합하여 성형한 후 건조하는 단계;
(b)상기 건조된 담체 혼합물을 800 내지 950 ℃의 고온에서 소성하는 단계 및
(c)상기 소성된 담체 혼합물을 액상 종균제에 침지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 (a)단계에서 하수 슬러지의 수분함량은 10 내지 15%이며, 건조된 담체 혼합물의 수분함량은 2 내지 8%인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 (a)단계에서 글라스 비드의 평균입경은 100 내지 150 메쉬인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 (a)단계에서 발포제는 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 산화안티몬, 탄산나트륨, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 (c)단계 이후에 액상 종균제가 침지된 물질의 표면을 거칠게 가공처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 정화용 담체의 제조방법.