KR20230140742A - 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지 복합물 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수처리 공정 중 생물학적 처리공정에 사용되는 활성 슬러지의 표면과 내부에 미세 세라믹 입자를 도핑하여 폐수 내 함유된 염료, 미량오염물질 및 중금속 등의 오염물질에 대한 제거 효율을 극대화한 활성 슬러지 복합물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 활성 슬러지 복합물은 활성 슬러지 및 활성 슬러지의 표면과 내부에 분산되어 도핑된 미세 세라믹 입자를 포함하며, 염료, 미량오염물질 및 중금속에 대한 흡착능이 극대화된 것을 특징으로 한다.

Description

미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지 복합물 및 이의 제조방법{ACTIVATED SLUDGE COMPOSITE WITH SMALL SIZE CERAMIC PARTICLE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 수처리용 활성 슬러지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폐수처리 공정 중 생물학적 처리공정에 사용되는 활성 슬러지의 표면과 내부에 미세 세라믹 입자를 도핑하여 폐수 내 함유된 염료, 미량오염물질, 중금속 등의 오염물질에 대한 흡착능을 극대화한 활성 슬러지 복합물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

활성 슬러지(activated sludge)는 폐수를 먹고 자란 여러 가지 미생물과 미생물이 분비하는 세포외 중합체 물질(extracellular polymeric substances, EPS)이 엉켜서 형성된 일종의 물리적 덩어리로, 폐수처리 공정 중 생물학적 처리공정에 사용되어 폐수 내 함유된 오염물질을 제거하는 역할을 수행한다.

다만, 최근 도시화와 산업화 등의 이유로 수질이 급속하게 악화되면서 일반적인 활성 슬러지를 사용하는 것만으로는 오염물질, 특히 염료, 미량오염물질, 중금속 등과 같은 오염물질의 제거가 어려워졌으며, 이에 따라 염료, 미량오염물질, 중금속 등과 같은 오염물질이 우리가 접하는 각종 수질에 노출되어 있는 문제가 발생하고 있다.

이를 해결하기 위해 활성탄을 사용하여 활성 슬러지가 제거하지 못한 오염물질들을 제거하여주는 후공정이 추가적으로 수행되고 있으나, 활성탄 제조 시 많은 양의 온실가스가 배출된다는 점과 단가적인 면을 고려하면 활성탄의 사용 없이 활성 슬러지를 사용하는 것만으로도 염료, 미량오염물질, 중금속 등과 같은 오염물질의 제거가 가능한 기술이 요구되고 있다.

대한민국등록특허공보 제 10-0720161호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 활성 슬러지의 표면과 내부에 흡착능이 우수한 미세 세라믹 입자를 도핑함으로써, 기존 활성 슬러지 대비 폐수 내 함유된 염료, 미량오염물질, 중금속 등의 오염물질에 대한 흡착능이 극대화된 활성 슬러지 복합물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따라 활성 슬러지 및 활성 슬러지의 표면과 내부에 분산되어 도핑된 미세 세라믹 입자를 포함하며, 염료, 미량오염물질 및 중금속에 대한 흡착능이 극대화된 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물을 제공한다.

상기 미세 세라믹 입자는 300㎛ 이하의 입자크기를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 미세 세라믹 입자는 벤토나이트, 디카이트, 할로이사이트 및 규산 마그네슘 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 미세 세라믹 입자의 건조 중량은 활성 슬러지 복합물 전체 건조 중량에 대하여 30 내지 80중량%인 것을 특징으로 한다.

상기 활성 슬러지 복합물은 폭기 중인 활성 슬러지 조에 미세 세라믹 입자를 살포함으로써 제조되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따라 상기 활성 슬러지 복합물을 포함하는 수처리제를 제공한다.

또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 (a) 미세 세라믹 입자가 분산된 분산용액을 준비하는 단계, (b) 분산용액에 활성 슬러지를 투입하여 활성 슬러지의 표면과 내부에 미세 세라믹 입자를 도핑시키는 단계 및 (c) 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지를 수득하는 단계를 포함하며, 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지는 염료, 미량오염물질 및 중금속에 대한 흡착능이 극대화된 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물 제조방법을 제공한다.

상기 (b) 단계는, 분산용액에 활성 슬러지를 투입한 후 소정 기간 동안 혼합해줌으로써, 분산용액 내 분산되어 있는 미세 세라믹 입자를 활성 슬러지의 표면과 내부에 도핑시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 미세 세라믹 입자는 300㎛ 이하의 입자크기를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 미세 세라믹 입자는 벤토나이트, 디카이트, 할로이사이트 및 규산 마그네슘 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 활성 슬러지의 표면과 내부에 흡착능이 우수한 미세 세라믹 입자가 도핑된 형태의 본 발명의 활성 슬러지 복합물은 기존 활성 슬러지 대비 염료, 미량오염물질, 중금속 등의 오염물질에 대한 제거 효율이 향상된 효과가 있다.

따라서 본 발명의 활성 슬러지 복합물을 폐수처리 공정에 사용하면 기존 활성 슬러지를 사용하는 것만으로는 제거하기 어려웠던 염료, 미량오염물질, 중금속 등의 오염물질에 대한 제거가 가능해짐으로써, 활성탄을 사용한 후공정이 없어도 되는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 명세서 전반의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으나 명시적으로 언급되지 않은 다른 효과들 역시 포함한다.

도 1은 활성 슬러지에 미세 세라믹 입자가 도핑되어 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지 복합물이 제조되는 모습을 보여주는 그림이다.
도 2의 (A)는 미세 세라믹 입자가 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지를 건조시킨 모습이고, (B)는 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지 복합물을 건조시킨 모습이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지 복합물의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 실험예 1에 따라 규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물의 RBBR(Remazol Brilliant Blue R) 흡광도 변화를 측정한 결과 그래프이다.
도 5는 실험예 2에 따라 규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물의 Methylene blue 흡광도 변화를 측정한 결과 그래프이다.
도 6은 실험예 3에 따라 규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물의 아연 이온 제거 성능을 실험한 결과 그래프이다.
도 7은 실험예 4에 따라 규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물의 구리 이온 제거 성능을 실험한 결과 그래프이다.
도 8은 실험예 5에 따라 규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물의 총유기탄소(TOC) 제거 성능을 실험한 결과 그래프이다.
도 9는 실험예 5에 따라 규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물의 총질소(TN) 제거 성능을 실험한 결과 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 발명은 폐수처리 공정 시, 일반적인 활성 슬러지를 사용하는 것만으로는 폐수 내 함유된 난분해성 오염물질 예를 들면, RBBR(Remazol Brilliant Blue R), Methylene blue와 같은 염료, 아연(Zn), 구리(Cu)와 같은 중금속 이온, 미량오염물질(micropollutants), 질소(N), 인(P) 등을 제거하기 어려운 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 활성 슬러지를 개질시켜줌으로써 난분해성 오염물질에 대한 흡착능을 극대화한 것을 특징으로 한다.

구체적으로 본 발명에 따르면 본 발명의 활성 슬러지 복합물은 활성 슬러지 및 활성 슬러지의 표면과 내부에 분산되어 도핑된 미세 세라믹 입자를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 활성 슬러지에 미세 세라믹 입자가 도핑되어 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지 복합물이 제조되는 모습을 보여주는 그림으로, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 미세 세라믹 입자를 사용하여 활성 슬러지의 표면과 내부에 미세 세라믹 입자가 도핑되도록 함으로써 활성 슬러지를 개질시켜준다.

본 명세서 전체에서 사용되는 "도핑(doping)"이란 용어는 미세 세라믹 입자가 활성 슬러지의 곳곳에 광범위하게 분산되어 분포된 형태를 의미하며, 구체적으로 도 1과 같이 미세 세라믹 입자가 활성 슬러지의 표면에 위치하는 형태와 함께 활성 슬러지의 내부로도 침투하여 위치하는 형태도 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 폐수를 먹고 자란 여러 가지 미생물과 미생물이 분비하는 세포외 중합체 물질이 엉켜서 형성된 활성 슬러지는 거미줄과 구조를 가지고 있어 미세 세라믹 입자와 혼합되는 경우, 일종의 self-assembly와 같이 미세 세라믹 입자가 마치 트래핑(trapping)되듯 활성 슬러지의 표면과 내부에 물리적으로 강하게 부착될 수 있게 된다. 이때 미세 세라믹 입자가 활성 슬러지의 표면과 내부에 강한 부착력으로 도핑되기 위해서는 미세 세라믹 입자의 크기가 중요한 요인으로 작용하며, 작으면 작을수록 활성 슬러지의 내부로 쉽게 파고들기 때문에 강하게 부착될 수 있어 바람직하다. 또한, 미세 세라믹 입자의 크기는 염료, 미량오염물질 및 중금속에 대한 흡착능과도 연관되며, 흡착능 역시 미세 세라믹 입자의 크기가 작으면 작을수록 표면적이 넓어지기 때문에 흡착능이 향상되므로 바람직하다. 구체적으로 미세 세라믹 입자의 크기는 300㎛ 이하를 만족하는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로 100㎛ 이하, 더욱 구체적으로 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이를 벗어나는 범위에서는 미세 세라믹 입자가 활성 슬러지에 부착되기 어려워 원하는 양만큼 도핑시킬 수 없고(도핑 효율 저하), 도핑이 된다 하더라도 부착력이 약하여 쉽게 떨어져 처리 후 미세 세라믹 입자의 회수 및 재사용이 어려우며, 떨어진 미세 세라믹 입자가 물에 퍼져 물을 진흙과 같이 하여 흐름을 원활하지 못하게 하여 결과적으로 폐수처리를 방해하는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에 따르면 미세 세라믹 입자는 흡착능이 우수한 세라믹 계열의 입자라면 특별히 그 종류를 한정하지 않고 사용할 수 있으나, 구체적으로 카올린(kaolin)군 광물로서 카올리나이트(kaolinite)와 유사한 결정구조와 화학성분을 가지면서 층간에 물 분자가 존재하는 벤토나이트(bentonite), 디카이트(dickite), 할로이사이트(halloysite) 및 규산 마그네슘(magnesium silicate) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로 활성 슬러지에 도핑 시 부착력도 강하며, 동시에 염료, 미량오염물질 및 중금속에 대한 흡착능도 가장 우수한 규산 마그네슘을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 활성 슬러지에 도핑된 미세 세라믹 입자의 건조 중량은 활성 슬러지 복합물 전체 건조 중량에 대하여 1 내지 99중량%로 포함될 수 있으며, 이의 하한값을 벗어나는 범위에서는 미세 세라믹 입자가 가진 염료, 미량오염물질 및 중금속에 대한 흡착능 효과가 미비하며, 상한값을 벗어나는 범위에서는 활성 슬러지가 미세 세라믹 입자로 완전히 덮여져 활성 슬러지의 생물학적 처리능 효과가 미비할 수 있으며, 미처 활성 슬러지에 도핑되지 못한 미세 세라믹 입자가 폐수처리 공정 시 물의 흐름에 쉽게 떨어져 나와 물에 퍼져 물을 진흙과 같이 함으로써 흐름을 원활하지 못하게 하여 결과적으로 폐수처리를 방해하는 문제가 발생할 수 있다.

보다 구체적으로 도핑된 미세 세라믹 입자의 건조 중량은 활성 슬러지 복합물 전체 건조 중량에 대하여 30 내지 80중량%, 더욱 구체적으로 50 내지 80중량%를 차지하며 포함되는 것이 미세 세라믹 입자의 흡착능 효과가 충분히 발휘되면서도 동시에 활성 슬러지의 생물학적 처리능 효과도 발휘될 수 있다는 점에서 바람직하다.

실제 도 2의 (A)는 미세 세라믹 입자(규산 마그네슘)가 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지를 건조시킨 모습이고, (B)는 미세 세라믹 입자(규산 마그네슘)가 도핑된 본 발명의 활성 슬러지 복합물을 건조시킨 모습으로, 도 2에서 볼 수 있듯이 미세 세라믹 입자가 도핑될 경우 활성 슬러지의 외형적 색이 확연히 달라짐을 확인할 수 있으며, 이는 미세 세라믹 입자가 활성 슬러지의 표면과 내부에 도핑되어 나타나는 현상으로 판단할 수 있다. 또한 외형적 색뿐만 아니라 열중량 분석기(TGA)로 분석하였을 때 대부분이 미생물로 이루어져있어 유기물이 전체 건조 중량의 70% 이상을 차지하는 기존의 활성 슬러지와 달리 미세 세라믹 입자가 도핑된 본 발명의 활성 슬러지 복합물은 무기물이 전체 건조 중량의 절반 이상을 차지하는 것으로 확인되었다.

앞서 설명한 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지를 포함하는 본 발명의 활성 슬러지 복합물은 RBBR, Methylene blue와 같은 염료, 아연(Zn), 구리(Cu)와 같은 중금속 이온, 미량오염물질, 질소(N), 인(P) 등 난분해성 오염물질에 대한 흡착능이 극대화됨으로써, 활성탄을 사용한 후공정 없이도 상기 난분해성 오염물질에 대한 제거가 가능하다. 또한, 미세 세라믹 입자의 경우 활성탄에 비해 가격이 저렴하다는 장점이 있고, 세라믹 합성/채굴 공정이 활성탄 제조 공정에 온실가스가 적게 배출된다는 점에서 바람직한 측면이 있다.

또한, 본 발명의 활성 슬러지 복합물은 미세 세라믹 입자가 강한 부착력으로 활성 슬러지의 표면과 내부에 도핑되어 있는 형태이기 때문에 단순히 활성 슬러지와 미세 세라믹 입자 각각을 함께 사용하는 것과는 차이가 있다. 구체적으로 본 발명은 폐수처리 공정 중 물의 흐름에도 미세 세라믹 입자가 활성 슬러지로부터 떨어지지 않아 물의 흐름을 좋게 유지할 뿐 아니라 활성 슬러지와 동시에 회수되고 재사용도 가능한 장점이 있다. 반면에 단순히 함께 사용하게 되면, 미세 세라믹 입자가 물에 퍼져 물을 진흙과 같이 하여 흐름을 원활하지 못하게 하여 결과적으로 폐수처리를 방해하는 문제가 발생하며, 이는 흡착능을 극대화시키기 위해 더 작은 크기의 미세 세라믹 입자를 사용할수록 더욱 심각한 문제로 작용한다. 그러나 본 발명은 흡착능을 극대화시키기 위해 미세 수준의 입자크기를 갖는 미세 세라믹 입자를 사용하더라도 강한 부착력으로 활성 슬러지의 표면과 내부에 도핑되어 있어 상기와 같은 문제가 발생하지 않으므로 수처리제로 적용하기에 최적화된 형태라고 볼 수 있으며, 본 발명은 지금까지 설명한 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지를 포함하는 활성 슬러지 복합물을 포함하는 수처리제를 포함한다.

한편, 본 발명은 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지를 포함하는 활성 슬러지 복합물을 제조하는 방법을 포함한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지 복합물의 제조방법을 보여주는 순서도로, 도 3에 도시된 바와 같이 (a) 미세 세라믹 입자가 분산된 분산용액을 준비하는 단계, (b) 분산용액에 활성 슬러지를 투입하여 활성 슬러지의 표면과 내부에 미세 세라믹 입자를 도핑시키는 단계 및 (c) 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지를 수득하는 단계를 포함하여 진행된다. 이하, 각 단계에 대하여 구체적으로 설명한다.

상기 (a) 단계는 미세 세라믹 입자가 분산된 분산용액을 준비하는 단계로, 미세 세라믹 입자를 증류수 등의 용매에 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계를 포함하여 진행된다.

(a) 단계에서, 미세 세라믹 입자의 뭉침 현상을 방지하기 위해 분산용액의 pH와 온도를 적절히 조절하여 도핑 효율을 향상시킬 수 있다.

(a) 단계에서, 미세 세라믹 입자는 용매에 분산되기 전 한차례 이상 거름망에 걸러 불순물이 제거되고 입자크기가 균일화된 미세 세라믹 입자일 수 있다. 미세 세라믹 입자의 크기는 앞서 설명한 바와 동일하게 작으면 작을수록 바람직하되, 300㎛ 이하를 만족하는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로 100㎛ 이하, 더욱 구체적으로 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 미세 세라믹 입자는 앞서 설명한 바와 동일하게 흡착능이 우수한 세라믹 계열의 입자라면 특별히 그 종류를 한정하지 않고 사용할 수 있으나, 구체적으로 벤토나이트, 디카이트, 할로이사이트 및 규산 마그네슘 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로 규산 마그네슘을 포함하는 것이 바람직하다.

(a) 단계에서, 분산용액 내 미세 세라믹 입자의 농도는 활성 슬러지에 도핑하고자 하는 양에 따라 조절될 수 있다.

(a) 단계에서, 분산용액 제조 후 한차례 이상 거름망에 걸러 불순물 등을 제거하여줄 수 있다.

상기 (b) 단계는 분산용액에 활성 슬러지를 투입하여 활성 슬러지의 표면과 내부에 미세 세라믹 입자를 도핑시키는 단계로, 구체적으로 (a) 단계에서 제조한 분산용액에 활성 슬러지를 투입한 후 소정 기간 동안 혼합해줌으로써, 분산용액 내 분산되어 있는 미세 세라믹 입자를 활성 슬러지의 표면과 내부에 도핑시키는 단계를 포함하여 진행된다. 혼합하는 방식에는 교반기를 통해 외부적인 기계 에너지를 가해줌으로써 혼합하여 주는 교반 방식 또는 쉐이킹 장치를 통해 혼합하고자 하는 물질이 담긴 용기를 상하로 왕복 운동시키거나, 회전력을 가해줌으로써 혼합하여 주는 쉐이킹(shaking) 방식 등이 적용될 수 있으며, 미세 세라믹 입자를 활성 슬러지의 표면뿐만 아니라 내부로도 침투시켜야 한다는 점에서 쉐이킹 방식이 조금 더 바람직할 수 있다.

이처럼 단순히 분산용액에 활성 슬러지를 투입하는 것이 아닌 교반 또는 쉐이킹 방식 등의 혼합을 통해 물리적인 힘을 가해주어 미세 세라믹 입자가 활성 슬러지의 표면에 강한 부착력으로 부착되고 동시에 내부로도 침투하여 부착될 수 있도록 하며, 이를 통해 결과적으로 분산용액 내 분산되어 있는 미세 세라믹 입자 대부분이 활성 슬러지의 표면과 내부에 도핑되도록 하여 도핑 효율을 높이게 된다. 이러한 혼합은 12시간 이상 수행하여주는 것이 바람직하며, 24시간 이상 수행하여주는 것이 더욱 바람직하다. 또한 혼합은 200rpm 내지 1,000rpm으로 수행하여주는 것이 미세 세라믹 입자의 최적의 도핑 효율을 유도할 수 있다는 점에서 바람직하다.

(c) 단계는 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지를 수득하는 단계로, (b) 단계에서 혼합이 완료된 용액을 거름망에 걸러 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지를 수득하는 단계를 포함하여 진행된다.

(c) 단계에서, 거름망을 통해 걸러진 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지를 한차례 이상 증류수를 이용한 세척(washing) 과정을 통해 불순물 및 혹시 있을 수 있을 도핑되지 못한 미세 세라믹 입자를 제거하여줄 수 있으며, 세척 후 건조 과정을 진행해줄 수 있다.

한편, 앞서 설명한 제조방법 외에도 활성 슬러지에 미세 세라믹 입자가 도핑된 본 발명의 활성 슬러지 복합물은 폭기 중인 활성 슬러지 조에 미세 세라믹 입자를 직접 살포함으로써 제조될 수 있으며, 이러한 제조방법은 실제 폐수 처리장에서 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

[실시예 1]

10~50㎛의 규산 마그네슘 6,000mg을 증류수 250ml에 넣고 분산시켜 규산 마그네슘이 분산된 분산용액을 제조하였으며, 제조한 분산용액을 한차례 거름망에 걸러주었다. 이후 걸러진 분산용액 250ml에 활성 슬러지 50ml를 넣고 24시간 동안 200rpm으로 혼합하여 활성 슬러지에 규산 마그네슘을 도핑시켜주었다. 이후 혼합이 완료된 용액을 거름망에 걸러 규산 마그네슘이 도핑된 활성 슬러지를 수득하였으며, 증류수를 이용하여 세 차례 세척해주어 최종적으로 규산 마그네슘이 도핑된 활성 슬러지를 확보하였다. 이를 건조시킨 후 열중량 분석기(TGA)를 통해 확인한 결과, 확보한 활성 슬러지 복합물 내 규산 마그네슘은 활성 슬러지 복합물 전체 건조 중량에 대하여 55.5중량%의 건조 중량으로 도핑되어 있음을 확인하였다.

[실험예 1]

575nm에서 100ppm RBBR에 규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지(Undoped)와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물(Doped)을 각각 동일한 양으로 첨가하여 72시간 동안 흡광도 변화를 측정하였다. 도 4는 실험예 1의 결과를 보여주는 그래프이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1이 기존 활성 슬러지보다 흡광도 값이 더 낮은 것으로 보아 RBBR 염료에 대한 흡착능이 실시예 1이 더 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 실제 Biomass를 고려하여 각각의 흡착능(흡착율)을 계산한 결과, 실시예 1은 1mg 당 0.00234ppm, 기존 활성 슬러지는 1mg 당 0.00061ppm으로 약 3.8배 실시예 1이 더 높다는 것을 확인할 수 있었다.

[실험예 2]

670nm에서 400ppm Methylene blue에 규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지(Undoped)와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물(Doped)을 각각 동일한 양으로 첨가하여 4시간 동안 흡광도 변화를 측정하였다. 도 5는 실험예 2의 결과를 보여주는 그래프이다.

도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1이 기존 활성 슬러지보다 흡광도 값이 더 낮은 것으로 보아 Methylene blue 염료에 대한 흡착능이 실시예 1이 더 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 실제 Biomass를 고려하여 각각의 흡착능(흡착율)을 계산한 결과, 실시예 1은 1mg 당 2.45ppm, 기존 활성 슬러지는 1mg 당 1.62ppm으로 약 1.5배 실시예 1이 더 높다는 것을 확인할 수 있었다.

[실험예 3]

200ppm의 아연 이온이 함유된 수용액에 규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지(Undoped)와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물(Doped)을 각각 동일한 양으로 첨가하여 24시간 유지시켰다. 이후 상층액의 아연 이온 농도를 ICP-OES로 측정하여 아연 이온 제거 성능을 확인하였다. 도 6은 실험예 3의 결과를 보여주는 그래프이다.

도 6에 나타난 바와 같이, 실시예 1이 기존 활성 슬러지보다 상층액의 아연 이온 농도가 훨씬 더 낮은 것으로 보아 아연 이온에 대한 흡착능이 실시예 1이 더 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 실제 Biomass를 고려하여 각각의 아연 이온 제거 정도를 계산한 결과, 실시예 1은 1mg 당 6.99ppm, 기존 활성 슬러지는 1mg 당 1.47ppm으로 약 4.8배 실시예 1이 더 높다는 것을 확인할 수 있었다.

[실험예 4]

200ppm의 구리 이온이 함유된 수용액에 규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지(Undoped)와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물(Doped)을 각각 동일한 양으로 첨가하여 24시간 유지시켰다. 이후 상층액의 구리 이온 농도를 ICP-OES로 측정하여 구리 이온 제거 성능을 확인하였다. 도 7은 실험예 4의 결과를 보여주는 그래프이다.

도 7에 나타난 바와 같이, 실시예 1이 기존 활성 슬러지보다 상층액의 구리 이온 농도가 현저히 더 낮은 것으로 보아 구리 이온에 대한 흡착능이 실시예 1이 더 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 실제 Biomass를 고려하여 각각의 구리 이온 제거 정도를 계산한 결과, 실시예 1은 1mg 당 6.60ppm, 기존 활성 슬러지는 1mg 당 1.46ppm으로 약 4.5배 실시예 1이 더 높다는 것을 확인할 수 있었다.

[실험예 5]

규산 마그네슘이 도핑되지 않은 기존의 활성 슬러지(Undoped)와 실시예 1에 따라 제조된 활성 슬러지 복합물(Doped)을 각각 증류수로 세척(washing)하여 주었다. 이후 실제 하수 처리장의 폐수를 구해 13,000rpm으로 원심분리하여 얻은 상등액 25ml에 세척한 기존의 활성 슬러지와 실시예 1의 활성 슬러지 복합물을 각각 동일한 양으로 첨가하여 5일 동안 30℃ 배양기에서 배양해주었다. 이후 원심분리하여 상등액 8ml를 얻고, 증류수를 섞어 총 40ml를 만든 후(5배 희석) 총유기탄소(TOC; total organic carbon)와 총질소(TN; total nitrogen)를 측정하여 주었다. 활성 슬러지 건조 중량은 앞서 원심분리한 기존의 활성 슬러지와 활성 슬러지 복합물을 80℃ 오븐에서 건조시켜 확인하였다. 복합물에 함유된 규산 마그네슘의 양은 열중량 분석기(TGA)를 통해 측정하였다. 도 8은 실험예 5에 의해 도출된 제거된 TOC 측정 결과를 보여주는 그래프이고, 도 9는 실험예 5에 의해 도출된 제거된 TN 측정 결과를 보여주는 그래프이다. 참고로, 대조군(Control)의 경우 폐수를 동일 조건에서 배양한 후 원심분리하여 얻은 상등액을 동일방식으로 TOC와 TN을 측정한 결과이다.

도 8 및 도 9에 나타난 바와 같이, 실시예 1이 기존 활성 슬러지보다 제거한 TOC와 TN의 양이 현저히 많은 것으로 보아 총유기탄소와 총질소의 제거에 실시예 1이 더 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

1. 활성 슬러지; 및
   상기 활성 슬러지의 표면과 내부에 분산되어 도핑된 미세 세라믹 입자;
   를 포함하며,
   염료, 미량오염물질 및 중금속에 대한 흡착능이 극대화된 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 미세 세라믹 입자는 300㎛ 이하의 입자크기를 갖는 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 미세 세라믹 입자는 벤토나이트, 디카이트, 할로이사이트 및 규산 마그네슘 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 미세 세라믹 입자의 건조 중량은 활성 슬러지 복합물 전체 건조 중량에 대하여 30 내지 80중량%인 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물.
5. 제1항에 있어서,
   상기 활성 슬러지 복합물은 폭기 중인 활성 슬러지 조에 미세 세라믹 입자를 살포함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 활성 슬러지 복합물을 포함하는 수처리제.
7. (a) 미세 세라믹 입자가 분산된 분산용액을 준비하는 단계;
   (b) 상기 분산용액에 활성 슬러지를 투입하여 활성 슬러지의 표면과 내부에 미세 세라믹 입자를 도핑시키는 단계; 및
   (c) 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지를 수득하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 미세 세라믹 입자가 도핑된 활성 슬러지는 염료, 미량오염물질 및 중금속에 대한 흡착능이 극대화된 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 (b) 단계는,
   상기 분산용액에 활성 슬러지를 투입한 후 소정 기간 동안 혼합해줌으로써, 상기 분산용액 내 분산되어 있는 미세 세라믹 입자를 활성 슬러지의 표면과 내부에 도핑시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물 제조방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 미세 세라믹 입자는 300㎛ 이하의 입자크기를 갖는 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물 제조방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 미세 세라믹 입자는 벤토나이트, 디카이트, 할로이사이트 및 규산 마그네슘 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성 슬러지 복합물 제조방법.