KR20150107128A - Method for fabricating porous filter media using sludge - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정수 슬러지를 이용한 다공성 여과재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하수 슬러지에 대비하여 상대적으로 유기물 함량이 적은 정수 슬러지를 여과재의 원료로 사용하고, 정수 슬러지의 성형 및 소성 특성을 향상시킴과 여과재의 비표면적을 증가시키기 위해 소결조제를 부가함으로써 기계적 특성이 우수하고 미생물 활착 면적이 증대된 정수 슬러지를 이용한 다공성 여과재의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a porous filter material using purified water sludge, and more particularly, to a method for manufacturing a porous filter material using purified water sludge as a raw material for a filter material and relatively improving the molding and firing characteristics of a purified water sludge The present invention relates to a method for producing a porous filter material using purified water sludge having excellent mechanical properties and increased microbial activity area by adding a sintering aid to increase the specific surface area of the filtration material.
수중의 오염물질을 제거하는 방법으로 생물학적 제거방법, 응집-침전법, 결정법, 흡착법 등이 있으며 이 중, 생물학적 제거방법과 응집-침전법이 널리 이용되고 있다. 생물학적 제거방법은 처리수 내의 영양염류의 농도가 다소 높게 유지되고 처리효율이 낮은 단점이 있다. 또한, 응집제를 이용한 응집-침전법은 공정의 간편성과 높은 효율로 인해 가장 많이 사용되고 있으나, 과도한 응집제 사용이 문제가 되고 있다. Biological removal methods, coagulation - sedimentation method, crystallization method, and adsorption method are the methods to remove pollutants in water. Among them, biological removal method and coagulation - precipitation method are widely used. The biological removal method is disadvantageous in that the concentration of nutrients in the treated water is somewhat high and the treatment efficiency is low. In addition, the coagulation-precipitation method using coagulant is most widely used because of simplicity of process and high efficiency, but excessive use of coagulant is a problem.
흡착법은 담체를 이용하여 수중의 오염물질을 제거하는 방법으로, 대표적으로 황토 담체를 이용하여 하폐수의 질소 및 인 화합물을 제거하는 방법(한국등록특허 제537890호)이 있다. 그러나, 황토 담체는 사용 후 재활용이 어렵고 상당한 중량을 갖고 있어 취급상의 불편이 뒤따른다. The adsorption method is a method for removing contaminants from the water by using a carrier. Representatively, there is a method for removing nitrogen and phosphorus compounds from wastewater by using a yellow soil carrier (Korean Patent No. 537890). However, the yellowish carrier is difficult to recycle after use and has a considerable weight, resulting in handling inconvenience.
한편, 최근 음용수와 생활용수의 공급 확대로 정수처리장에서 배출되는 정수 슬러지의 양이 급격하게 증가하고 있다. 정수 슬러지는 상당수가 해양투기로 처리되어 왔으나, 런던협약의 발효로 2007년 이후로는 해양투기가 금지되어 매립이나 시멘트 제조원료로 처리되고 있다. 이러한 방법에 의한 정수 슬러지의 처리는 매립지 확보의 어려움, 매립지의 침출수로 인한 지하수 오염, 시멘트 제조공정에서의 에너지 비용상승 등의 문제점이 있어 정수 슬러지의 효과적인 활용 방안이 필요하다.
On the other hand, recently, the amount of purified water sludge discharged from a water treatment plant is rapidly increasing due to an increase in supply of drinking water and domestic water. Many water sludge have been treated as marine dumping, but since 2007, marine dumping has been banned due to the entry into effect of the London Convention and is being treated as raw material for landfill and cement. Treatment of purified water sludge by this method has problems such as difficulty in securing landfill, contamination of groundwater due to leachate in landfill, and increase of energy cost in cement manufacturing process, and effective utilization of purified water sludge is needed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 하수 슬러지에 대비하여 상대적으로 유기물 함량이 적은 정수 슬러지를 여과재의 원료로 사용하고, 정수 슬러지의 성형 및 소성 특성을 향상시킴과 여과재의 비표면적을 증가시키기 위해 소결조제를 부가함으로써 기계적 특성이 우수하고 미생물 활착 면적이 증대된 정수 슬러지를 이용한 다공성 여과재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a sludge filtration apparatus, which uses purified water sludge, It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a porous filter material using purified water sludge having excellent mechanical properties and increased microbial activated area by adding a sintering aid to increase the surface area.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정수 슬러지를 이용한 다공성 여과재 제조방법은 정수 슬러지를 열처리하여 슬러지 내의 수분 및 유기물을 제거하는 단계와, 열처리된 슬러지, SiO2-Na2CO3계 소결조제 및 팽윤제를 혼합하는 단계와, 혼합물을 성형하는 단계 및 성형체를 소성하여 다공성 여과재를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The porous filter medium manufacturing method using the constant sludge according to the present invention for achieving the above object is a method comprising thermally treating a constant sludge to remove water and organic matter in the sludge, the sludge heat treatment, SiO 2 -Na 2 CO 3 based sintering aid And a swelling agent, molding the mixture, and firing the molded body to produce a porous filter material.
상기 성형체의 소성시 소성온도는 상기 팽윤제의 기화를 만족시켜야 하며, 상기 소성온도는 800∼1100℃이다. 또한, 상기 SiO2-Na2CO3계 소결조제는 붕규산유리를 이용할 수 있으며, 상기 SiO2-Na2CO3계 소결조제는 상기 열처리된 슬러지의 중량 대비 5∼10wt% 첨가될 수 있고, 상기 팽윤제는 상기 SiO2-Na2CO3계 소결조제의 중량 대비 5∼15wt% 첨가될 수 있다. The firing temperature at the time of firing the molded article should satisfy the vaporization of the swelling agent, and the firing temperature is 800 to 1100 ° C. Also, the SiO 2 -Na 2 CO 3 sintering aid may be borosilicate glass, and the SiO 2 -Na 2 CO 3 sintering aid may be added in an amount of 5 to 10 wt% based on the weight of the heat-treated sludge, The swelling agent may be added in an amount of 5 to 15 wt% based on the weight of the SiO 2 -Na 2 CO 3 system sintering auxiliary.
상기 성형체의 소성시, 상기 SiO2-Na2CO3계 소결조제의 SiO2 성분은 슬러지 입자들간의 결합을 치밀화시키며, 상기 SiO2-Na2CO3계 소결조제의 Na2CO3 성분은 유리상 물질을 팽윤시킨다. Upon firing of the formed body, wherein the SiO 2 -Na 2 CO 3 SiO 2 based sintering aid is a component of a densification sikimyeo bond between the sludge particles, wherein the SiO 2 -Na 2 CO 3 Na 2 CO 3 based component of the sintering agent is a glassy Swell the material.
상기 팽윤제는 탄산칼슘(CaCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 탄화규소(SiC), 질화붕소(BN), 탄산나트륨(NaCO3) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
The swelling agent may be any one of calcium carbonate (CaCO 3 ), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), silicon carbide (SiC), boron nitride (BN) and sodium carbonate (NaCO 3 ) or a mixture thereof.
본 발명에 따른 정수 슬러지를 이용한 다공성 여과재의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The method for manufacturing a porous filter material using purified water sludge according to the present invention has the following effects.
정수장의 폐슬러지를 이용함에 따라 슬러지 처리비용을 절감할 수 있으며, 비표면적 특성이 우수한 다공질의 여과재를 저렴한 제조비용으로 제조할 수 있다.
Sludge treatment costs can be reduced by using waste sludge from a water treatment plant, and a porous filter material having excellent specific surface characteristics can be manufactured at a low manufacturing cost.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수 슬러지를 이용한 다공성 여과재의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 여과재의 사진.FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a porous filter material using purified water sludge according to an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 2 is a photograph of a porous filter medium prepared according to one embodiment of the present invention.
본 발명은 하수 슬러지에 비해 상대적으로 유기물 함량이 적은 정수 슬러지를 성형, 소성하여 생물학적 여과재를 제조하는 기술을 제시하며, 여과재의 기계적 특성을 강화함과 함께 미생물의 활착 면적을 증대시키기 위해 SiO2-Na2CO3계 소결조제(sintering agent)를 적용함에 특징이 있다. 소결조제의 SiO2 성분은 소성시 정수 슬러지 입자들간의 결합 특성을 향상시키는 역할을 하며, 소결조제의 Na2CO3 성분은 유리상 물질을 팽윤시켜 최종적으로 여과재의 비표면적을 증가시키는 역할을 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 정수 슬러지를 이용한 다공성 여과재의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. The present invention proposes a technique for producing a biological filter material by molding and sintering purified water sludge having a relatively small organic matter content as compared with sewage sludge. In order to enhance the mechanical properties of the filter material and to increase the microbial activity area, SiO 2 -Na 2 CO 3 system sintering agent. The SiO 2 component of the sintering aid serves to improve the binding characteristics between the purified sludge particles during firing and the Na 2 CO 3 component of the sintering aid swells the glass phase material to ultimately increase the specific surface area of the filter medium. Hereinafter, a method of manufacturing a porous filter material using purified water sludge according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1을 참조하면, 먼저 정수 슬러지를 준비하고, 정수 슬러지의 수분 및 유기물을 제거하는 슬러지 열처리 과정을 진행한다. 상기 정수 슬러지는 국내의 정수장에서 배출되는 슬러지를 이용할 수 있으며, 정수 슬러지는 하수처리장에서 배출되는 하수 슬러지에 대비하여 상대적으로 유기물 함량이 적은 특성이 있다. Referring to FIG. 1, a sludge heat treatment process for preparing purified sludge and removing moisture and organic matter from the purified sludge is performed. The purified sludge may be sludge discharged from a domestic water treatment plant, and the purified sludge may have a relatively low organic matter content as compared to sewage sludge discharged from a sewage treatment plant.
상기 슬러지 열처리 과정은 슬러지를 가열하여 슬러지 내에 포함되어 있는 수분 및 유기물을 제거하는 과정으로서, 잔류 유기물과 수분이 완전히 제거되도록 열처리를 진행하며, 이 때 열처리 온도는 600~700℃가 바람직하다. 상기 슬러지 열처리 과정은 회전 킬른(rotary kiln)을 이용하여 진행할 수 있으며, 상기 슬러지 열처리 과정을 진행하기 전에 회전 킬른의 폐열을 이용한 슬러지 건조 과정을 미리 적용하여 건조효율을 배가시킬 수도 있다. The sludge heat treatment process is a process of heating the sludge to remove moisture and organic substances contained in the sludge. The heat treatment is performed so that residual organic matter and moisture are completely removed. The heat treatment temperature is preferably 600 to 700 ° C. The sludge heat treatment process may be performed using a rotary kiln. The sludge drying process using the waste heat of the rotary kiln may be applied in advance before the sludge heat treatment process, thereby doubling the drying efficiency.
그런 다음, 열처리된 슬러지와 소결소제를 분쇄, 혼합하는 과정을 진행한다. 소결조제는 후술하는 소성 과정에서 슬러지 입자(grain)들간의 결합을 매개함과 함께 소결조제에 포함되어 있는 유리상 물질을 팽윤시켜 최종적으로 형성되는 여과재의 비표면적을 증대시키는 역할을 한다. 입자들간의 결합 및 팽윤 특성을 만족시키기 위해 상기 소결조제로는 SiO2-Na2CO3계 물질을 사용하며, 일 실시예로 붕규산유리(borosilicate glass)를 적용할 수 있다. 붕규산유리는 40∼60wt%의 SiO2와 1∼8wt%의 Na2CO3를 함유하고 있어, 슬러지와의 소성시 40∼60wt%의 SiO2가 슬러지 입자들의 결합을 촉진시키며 1∼8wt%의 Na2CO3는 소결조제가 유리화되는 과정에서 유리상 물질을 팽윤시키는 역할을 한다. Then, the heat-treated sludge and sintering agent are pulverized and mixed. The sintering aid acts to mediate the bond between the sludge grains in a sintering process described later and to swell the glassy material contained in the sintering aid to increase the specific surface area of the finally formed filter medium. In order to satisfy the bonding and swelling characteristics between the particles, SiO 2 -Na 2 CO 3 -based material is used as the sintering aid, and borosilicate glass can be applied as an example. The borosilicate glass contains 40 to 60 wt% of SiO 2 and 1 to 8 wt% of Na 2 CO 3 , and when sintered with sludge, 40 to 60 wt% of SiO 2 promotes the bonding of the sludge particles and 1 to 8 wt% Na 2 CO 3 serves to swell the glassy material during the vitrification of the sintering aid.
소성시 입자들간의 결합 및 팽윤 특성을 모두 만족시키기 위해서는 슬러지 중량 대비 5∼10wt%의 소결조제가 혼합되어야 한다. 소결조제의 양이 5wt% 이하이면 성형강도 및 팽윤성이 저하되는 특성이 나타나며, 소결조제의 양이 10wt% 이상이면 최종 여과재의 기계적 강도 특성이 떨어지는 문제점이 있다. In order to satisfy all the bonding and swelling characteristics between the particles at the time of firing, 5 to 10 wt% of the sintering aid should be mixed with the weight of the sludge. If the amount of the sintering aid is less than 5 wt%, the molding strength and the swelling property are lowered. If the amount of the sintering aid is more than 10 wt%, the mechanical strength characteristics of the final filter medium are deteriorated.
한편, 팽윤 특성을 강화하기 위해 즉, 여과재의 비표면적을 증대시키기 위해 상기 소결조제 이외에 추가적으로 팽윤제를 부가, 혼합할 수도 있다. 상기 팽윤제는 후술하는 소성시 온도에서 기체(gas phase)로 기화되는 물질이 바람직하다. 소성온도에서 기체로 기화되는 물질을 팽윤제로 적용하는 이유는, 해당 소성온도에서 팽윤제가 기화되면 액화되는 팽윤제에 대비하여 팽윤 특성이 증대되기 때문이다. 상기 팽윤제로는 탄산칼슘(CaCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 탄화규소(SiC), 질화붕소(BN), 탄산나트륨(NaCO3) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 적용할 수 있다. 또한, 상기 팽윤제는 소결조제 대비 5∼15wt% 첨가되며, 팽윤제가 15wt% 이상 첨가되면 성형강도가 저하되고 5wt% 이하 첨가되면 팽윤 특성이 나빠진다. On the other hand, in order to enhance the swelling property, that is, to increase the specific surface area of the filter material, a swelling agent may be additionally added and mixed in addition to the sintering auxiliary agent. The swelling agent is preferably a substance which is vaporized into a gas phase at a temperature at the time of firing described below. The reason why the gas-vaporized material is applied as a swelling agent at the firing temperature is that the swelling property is increased in comparison with the swelling agent which is liquefied when the swelling agent is vaporized at the firing temperature. As the swelling agent, any one of calcium carbonate (CaCO 3 ), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), silicon carbide (SiC), boron nitride (BN) and sodium carbonate (NaCO 3 ) . In addition, the swelling agent is added in an amount of 5 to 15 wt% relative to the sintering aid, and if the swelling agent is added in an amount of 15 wt% or more, the molding strength is lowered and when the swelling agent is added in an amount of 5 wt% or less, the swelling property is deteriorated.
열처리된 슬러지와 소결조제(및 팽윤제)를 볼 밀링(ball milling) 등의 방법을 이용하여 분쇄, 혼합한다. 그런 다음, 열처리된 슬러지와 소결조제(및 팽윤제)의 혼합물을 특정 형상의 형태로 성형한다. 성형 형태는 수중에서의 흡착 성능을 고려하여 링(ring) 형태 등으로 구현할 수 있다. 또한, 성형 방법은 압축성형 또는 압출성형 방법을 이용할 수 있다. The heat-treated sludge and sintering aids (and swelling agents) are pulverized and mixed by ball milling or the like. The mixture of the heat treated sludge and sintering aids (and swelling agents) is then shaped into the shape of a particular shape. The molding form can be realized in the form of a ring in consideration of the adsorption performance in water. The molding method may be compression molding or extrusion molding.
상기 성형 과정을 통해 성형된 성형체를 800∼1100℃의 온도에서 소성하여 최종적으로 다공성 여과재를 제조한다. 상기 소성에 의해 슬러지 입자들간의 결합이 치밀화되고 유리상 물질의 팽윤이 진행된다. 전술한 바와 같이, 슬러지 입자들간의 결합은 상기 소결조제의 SiO2 성분에 의해 진행되고, 소성시 유리상 물질의 팽윤은 소결조제에 포함되어 있는 Na2CO3 성분에 의해 가능하게 된다. 이 때, 상기 소성온도 800∼1100℃는 슬러지 입자들의 소결 및 팽윤 유도를 위한 최적의 온도이다. 또한, 소성시간은 1∼2시간 진행하며, 소성온도로의 승온은 5∼10℃/min 정도로 적용하는 것이 바람직하다. 소성을 장시간 진행할 경우 팽윤 후 기공의 함몰 및 이로 인한 여과재의 수축 현상이 발생할 수 있다. The formed body is fired at a temperature of 800 to 1100 占 폚 to form a porous filter medium. By the firing, the bond between the sludge particles is densified and the swelling of the glassy material proceeds. As described above, the bonding between the sludge particles proceeds by the SiO 2 component of the sintering aid, and the swelling of the glassy substance upon firing becomes possible by the Na 2 CO 3 component contained in the sintering aid. At this time, the sintering temperature of 800 to 1100 캜 is an optimal temperature for inducing sintering and swelling of the sludge particles. The firing time is 1 to 2 hours, and the temperature rise to the firing temperature is preferably about 5 to 10 占 폚 / min. When the firing is continued for a long time, depressions of the pores after the swelling and shrinkage of the filter material due to the depression may occur.
상기 소성을 통해 최종적으로 다공성 여과재가 제조되며, 상기 다공성 여과재 표면에는 팽윤에 의해 형성된 기공이 구비되며, 상기 기공들은 미생물의 활착 공간으로 적용되거나, 수중 오염물질을 흡착하는 공간을 이용될 수 있다. The porous filter medium is finally fabricated through the firing, and pores formed by swelling are provided on the surface of the porous filter medium. The pores may be applied to a space for activating microorganisms, or a space for adsorbing pollutants in water may be used.
다음으로, 본 발명의 일 실험예에 따른 정수 슬러지를 이용한 다공성 여과재의 제조방법을 설명하기로 한다.
Next, a method for manufacturing a porous filter material using purified water sludge according to an experimental example of the present invention will be described.
<실험예> <Experimental Example>
함수율이 60% 이상이고, 입자의 평균분포가 4.28㎛인 정수 슬러지를 회전 킬른에서 700℃의 온도로 3시간 동안 열처리하여 슬러지에 포함된 수분 및 유기물을 제거하였다. 이어, 열처리된 슬러지 중량 대비 10wt%의 붕규산유리와 팽윤제를 열처리된 슬러지와 혼합한 후, 10시간 이상 볼 밀링하였다. 그런 다음, 혼합물을 압축성형을 통해 링 형태로 성형하였으며, 최종적으로 성형체를 1100℃의 온도에서 1시간 동안 소성하여 다공성 여과재를 제조하였다. 도 2는 본 발명의 실험예를 통해 제조된 다공성 여과재의 사진이다.Water sludge having a water content of 60% or more and an average distribution of particles of 4.28 μm was heat treated in a rotary kiln at a temperature of 700 ° C. for 3 hours to remove moisture and organic substances contained in the sludge. Then, 10 wt% borosilicate glass and the swelling agent were mixed with the heat-treated sludge in relation to the weight of the heat-treated sludge, followed by ball milling for 10 hours or more. Then, the mixture was formed into a ring shape by compression molding, and finally the formed body was fired at a temperature of 1100 ° C for 1 hour to prepare a porous filter medium. FIG. 2 is a photograph of a porous filter material prepared through an experiment of the present invention. FIG.
Claims (8)
열처리된 슬러지, SiO2-Na2CO3계 소결조제 및 팽윤제를 혼합하는 단계;
혼합물을 성형하는 단계; 및
성형체를 소성하여 다공성 여과재를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수 슬러지를 이용한 다공성 여과재 제조방법.
Heat treating the purified sludge to remove moisture and organic matter in the sludge;
Mixing the heat-treated sludge, the SiO 2 -Na 2 CO 3 -based sintering aid, and the swelling agent;
Molding the mixture; And
And sintering the formed body to produce a porous filter material.
The method of claim 1, wherein the sintering temperature of the formed body satisfies the vaporization of the swelling agent.
The method of claim 2, wherein the sintering temperature is 800 to 1100 ° C.
The method of claim 1, wherein the SiO 2 -Na 2 CO 3 sintering aid is borosilicate glass.
The method of claim 1, wherein the SiO 2 -Na 2 CO 3 sintering aid is added in an amount of 5 to 10 wt% based on the weight of the heat-treated sludge.
The method of claim 1, wherein the swelling agent is added in an amount of 5 to 15 wt% based on the weight of the SiO 2 -Na 2 CO 3 system sintering auxiliary.
2. The method according to claim 1, wherein the SiO 2 component SiO 2 component of the SiO 2 -Na 2 CO 3 system sintering aid at the time of sintering the compact densifies the bond between the sludge particles and the SiO 2 -Na 2 CO 3 sintering Wherein the Na 2 CO 3 component of the preparation swells the glassy material.
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|---|---|---|---|---|
| KR101690639B1 (en) | 2016-07-13 | 2016-12-28 | 김훈 | Filtering media materials using industrial waste and method of manufacturing thereof |
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2014
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| KR101690639B1 (en) | 2016-07-13 | 2016-12-28 | 김훈 | Filtering media materials using industrial waste and method of manufacturing thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |