KR100277017B1 - 폐수처리용담체,그제조방법및이담체를이용한폐수처리방법 - Google Patents

Abstract

발포 고분자와 상기 발포 고분자에 부착되어 있는 미분활성탄 및 상기 미분활성탄을 상기 발포 고분자에 부착시키는 접착제를 포함하는 본 발명의 폐수처리용 담체는 수중에서 미생물이 부착되어 서식하기에 적합하며, 미분활성탄이나 미생물의 탈리가 적어서, 다양한 폐수처리장에서 적절하게 이용될 수 있다.

Description

폐수처리용 담체, 그 제조방법 및 이 담체를 이용한 폐수처리방법{Media for wastewater treatment, manufacturing method thereof and wastewater treatment method using the media}

본 발명은 폐수를 처리하는데 이용되는 담체와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기물을 함유하는 폐수의 처리시 폐수 중의 유기물 등의 분해를 담당하는 미생물의 서식처로서 이용될 수 있는 담체와 그 제조방법에 관한 것이다.

유기폐수의 처리방법으로서 활성슬러지법이 매우 보편적으로 또한 기본적으로 이용되어 왔는데, 활성슬러지법은 1차 처리된 폐수의 2차 처리를 위해서 또는 1차 처리를 거치지 않은 폐수를 호기적으로 완전처리하기 위하여 채택되는 폐수처리방법이다. 일반적인 활성슬러지법에 따르면, 폐수가 폭기조(aeration tank)로 계속 주입됨에 따라 미생물이 폐수 중의 유기물을 섭취분해하여 성장하게 되고, 이렇게 성장된 미생물은 응결되어 종말침전지에서 침전되는데, 침전체의 일부는 활성슬러지의 형태로 다시 폭기조로 반송되고 일부는 폐슬러지로 폐기됨으로써 폭기조내의 미생물의 량이 적절한 수준으로 유지되면서 폐수 중의 유기물의 분해와 함께 질소, 인 등의 제거가 이루어지게 된다.

이러한 활성슬러지법은 유기폐수의 처리방법으로서 그 효과가 오랫동안 인정되어 왔다. 그러나, 고농도의 유기물과 질소를 함유한 폐수로부터 유기물과 질소를 동시에 효과적으로 제거하기에는 부적합하고 잉여슬러지의 양도 증가되는 등 많은 문제점을 안고 있으며, 특히 유기물 부하가 높은 폐수가 유입되면 침전조에서 벌킹(bulking)이 발생하여 폐수처리효율이 저하되게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 다량의 미생물을 담체에 부착시켜 고정화시킨 상태로 이용하는 생물막공법이 개발되었다. 이 방법에서는, 특히 폭기조내에서 폐수처리에 이용되는 미생물을 적절한 수준으로 계속 유지시켜야 될 필요가 있으며, 이를 위해서는 미생물의 부유성장 또는 부착성장을 위해 미생물 부착용 담체가 필수적이라고 할 수 있다. 이러한 담체로는 여러 가지가 있으며, 그 재질로는 주로 다공성 플라스틱류 (최성용 등, 수질보전학회지, 6권, 1호, 31페이지, 1990), 활성탄소섬유 (일본특허출원 평성5-167820호), 폴리비닐알콜과 활성탄 (일본특허출원 평성5-186723호)가 알려져 있다. 이러한 재질의 담체는 친수성이 작거나 그다지 크지 않기 때문에 부유되어 있는 미생물을 부착시키기가 쉽지 않고 부착되지 못한 미생물은 성장속도가 낮아서 폐수처리조를 연속적으로 가동시키는 경우에는 폭기조 밖으로 유출되는 문제가 발생한다.

상기와 같은 재질로 된 담체를 이용하는 방법 중에서도 비교적 쉽게 적용할 수 있는 방법으로서는 활성탄을 이용하는 방법을 들 수 있다. 특히 미분활성탄을 이용하여 폐수처리를 하는 경우에는, 폭기조내에 투입된 미분활성탄에 유기물이 흡착되고 흡착된 유기물이 미생물에 의해 분해되는 과정을 통해서 유기물의 처리효율이 종래의 활성슬러지법에 비해 매우 증가하게 되고, 순간적으로 높은 농도의 폐수가 유입되는 충격부하에도 강하며, 독성물질이 유입되는 경우에도 안정적인 처리가 가능하며, 정확한 메카니즘은 밝혀져 있지 않지만 미생물의 활성도 개선되는 것으로 나타났다. 또한, 슬러지의 벌킹문제도 발생하지 않는 장점이 있다. 그러나, 폭기조에 투입된 미분활성탄이 슬러지의 폐기시 함께 유출되므로 폭기조 내에 미분활성탄의 농도를 일정하게 유지하기 위해서는 미분활성탄을 지속적으로 투입하여야 하며, 폐슬러지로부터 미분활성탄을 분리시켜 재생시키려면 이를 위한 분리 및 재생장치가 필요하며, 슬러지 반송시 슬러지 내의 미분활성탄이 펌프의 고장을 일으키는 등의 문제가 있었다.

따라서, 본 발명에서는 유기폐수의 처리시 미생물의 안정한 서식처로서 작용할 수 있는 담체로서 미분활성탄을 포함하고 있지만 종래와 같은 단점을 가지고 있지 않은 담체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 담체의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 담체를 이용하여 폐수를 처리하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 발포 고분자와 상기 발포 고분자에 부착되어 있는 미분활성탄 및 상기 미분활성탄을 상기 발포 고분자에 부착시키는 접착제를 포함하는 폐수처리용 담체가 제공된다.

상기 발포 고분자는 스폰지 폼 또는 부직포 구조로 되어 있으며, 그 재질은 폴리우레탄, 폴리스티렌 또는 폴리에틸렌인 것이 바람직하다.

상기 접착제는 아크릴 수지와 스티렌/부타디엔 라텍스 (S/B 라텍스)의 70:30 내지 90:10 혼합물로 되어 있는 것이 바람직하다.

상기 미분활성탄과 상기 접착제는 40:60 내지 50:50의 중량비로 존재하는 것이 바람직하다.

상기 미분활성탄의 입자 크기는 작을수록 바람직하며, 특히 평균입경이 200 메시 이하인 것이 바람직하다.

상기 담체는 그 형태 및 크기가 특별히 제한되지 않으나, 가로, 세로, 높이가 각각 0.8cm 내지 2cm인 육면체 형태인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 (a) 접착제용액과 미분활성탄을 90:10 내지 70:30의 중량비로 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계, (b) 상기 슬러리를 발포 고분자에 코팅한 다음 열처리하여 상기 접착제용액 중의 용매를 증발시키는 단계 및 (c) 상기 (b)단계에서 얻은 결과물을 성형하는 단계를 포함하는 폐수처리용 담체의 제조방법이 제공된다.

상기 (b) 단계의 열처리시 70 내지 95℃에서 2 내지 3시간 실시하는 것이 바람직하며, 코팅은 로울러를 이용하여 실시하는 것이 바람직하다.

상기 성형단계에서는 가로, 세로, 높이가 각각 0.8cm 내지 2cm인 육면체 형태로 성형하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 목적은 폭기조를 포함하는 폐수처리장치를 이용하여 폐수를 처리하는 방법에 있어서, 상기 폭기조에 상기 폐수처리용 담체를 투입한 다음 폐수를 폐수처리장치에 유입시켜 처리하는 과정을 통해 세정수를 얻는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법에 의해 달성된다.

바람직하기로는, 상기 폭기조에 투입되는 담체의 총 용적은 상기 폭기조의 용적에 대해 10 내지 30용적%이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 폐수처리용 담체는 다음과 같은 방법에 따라 제조된다.

먼저, 통상 폐수처리에 이용되는 미분활성탄을 아크릴수지와 S/B 라텍스의 혼합물로 된 접착제용액에 첨가하여 교반하에 완전히 혼합하여 슬러리를 만든다. 상기 미분활성탄의 입자크기는 작을수록 좋으며, 특히 200메시 이하인 것이 충분한 다공성의 제공면에서 바람직하다. 또한, 접착제용액과 미분활성탄은 90:10 내지 70:30의 중량비로 혼합하는 것이 바람직한데, 그 결과 건조중량으로서 접착제와 미분활성탄이 60:40 내지 50:50으로 혼합되어 있는 담체가 얻어지게 된다. 이때, 미분활성탄의 함량이 상기 범위보다 많아지면 접착제와의 결합효율이 떨어지게 되며, 상기 범위보다 적은 경우에는 미분활성탄의 흡착성이 떨어지게 된다. 즉, 상기와 같은 범위로 미분활성탄과 접착제용액이 혼합될 때, 제조되는 담체가 일정 수준 이상의 강도, 내마모성 및 흡착성을 가질 수 있고, 장시간 운전시에도 미분활성탄의 탈리가 일어나지 않게 되어 수년동안 사용할 수 있다.

이어서, 상기 슬러리를 발포 고분자에 코팅한다. 코팅방법으로는 로울러를 이용하여 상기 슬러리를 발포 고분자에 접착시키는 방식으로 실시하는 것이 바람직하다. 코팅시, 발포 고분자 내부의 기공에까지 슬러리를 침투시켜 균일한 코팅이 이루어지도록 하는 것이 바람직하지만 다른 통상적인 코팅방법을 이용해도 무방하다. 그런 다음, 슬러리로 코팅된 발포 고분자를 70 내지 95℃에서 2 내지 3시간 열처리하여 용매를 제거하는데, 이 과정에서 미분활성탄과 접착제 성분간에 경화반응이 일어나게 된다. 이어서, 얻어진 결과물을 적당한 크기로 절단하는 성형공정을 거쳐 본 발명의 담체를 얻게 된다. 이때, 담체의 크기나 모양은 특별히 제한되지는 않는데, 육면체 형태로서 가로, 세로, 높이가 모두 0.8 내지 2.0cm인 것이 바람직하다.

상기 담체를 폐수처리에 이용하는 경우, 폐수처리장치 중의 폭기조에 담체를 투여하는데, 그 투여량은 폭기조의 용적에 대해 10 내지 30%가 되도록 한다. 투여량이 이보다 적은 경우에는 미생물의 부착용적이 적합한 수준에 미치지 못하게 되며, 이보다 많은 경우에는 담체가 차지하는 용적이 과도하게 되어 폭기조 내에서 담체의 순환이 원활하게 이루어지기가 곤란하여 폐수의 효율적인 처리가 어렵게 된다. 그런 다음, 통상적인 폐수처리공정에 따라 폐수를 처리하는데, 예를 들어, 폐수를 폐수처리장치로 유입시켜 먼저 전처리조에서 부유고형물을 제거한 다음 폭기조에서 일정시간 동안 폭기하면서 폐수중의 유기물 등을 분해하고 이어서 침전조에서 침전된 슬러지의 일부를 폭기조로 반송시키고 나머지 슬러지를 폐슬러지로서 폐기함으로써 상등액을 처리수로서 얻는 방법을 이용할 수 있다.

본 발명의 폐수처리방법에 의하면, 종래에 가장 문제가 되었던 벌킹문제를 해결할 수 있고 단시간에 많은 양의 폐수를 처리할 수 있어서 폐수처리장치의 소형화 및 고성능화가 가능하므로 폐수 중의 유기물 부하가 변동되어도 안정적으로 대응할 수 있다. 또한, 폐수처리장치를 장시간 가동시키는 경우에도 미분활성탄의 탈리가 거의 일어나지 않는다.

이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 하는데, 본 발명의 범위가 하기 실시예로만 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1>

먼저, 아크릴수지에멀젼 (주식회사오로라화학) 160g (아크릴수지 고체중량으로서 64g)과 S/B 라텍스 (주식회사금호석유화학) 40g (S/B 라텍스 고체중량으로서 16g)을 완전히 혼합한 후, 미분활성탄(주식회사유니온, 입자크기 200메시) 60g을 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 로울러를 이용하여 상기 슬러리를 스폰지 구조의 폴리우레탄에 수차례 코팅 접착시킨 다음 약 75℃에서 약 2시간 동안 열처리하였다. 이렇게 하여 얻은 결과물을 상온으로 냉각한 다음 가로, 세로, 높이가 각각 약 1cm인 육면체 형태로 절단하여 본 발명의 담체를 얻었다.

상기 담체를 일반적인 유기폐수의 처리장치로 이용되는 폐수처리장치로서, 1차 침전조, 폭기조, 2차침전조로 이루어진 폐수처리장치 중의 폭기조에 20용적%의 양으로 투입하였다.

이어서, 폐수처리장치에 폐수를 유입시켜 폐수를 처리하였는데, 이 때 유입폐수의 COD(화학적 산소요구량)는 1000mg/ℓ로 하였고 총체류시간은 6시간으로 하였다. 폐수처리장치를 통과하여 유출되는 유출수의 COD를 측정하여 COD 제거율을 계산하여 하기 표 1에 나타내었는데, COD는 표준공정시험방법에 따라 측정하였다. 또한, 일주일 연속 작동시 미분활성탄의 탈리가 일어나는 지의 여부와 벌킹이 발생하는 지의 여부에 대해서도 조사하고 미생물의 탈리현상의 발생정도에 대해서도 측정하여 그 결과를 상대적으로 평가하였다.

<비교예 1>

비교를 위해, 담체를 사용하지 않은 채 활성오니법에 따라 실시예와 동일한 조건하에 유기폐수를 처리하여 그 처리결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<비교예 2>

비교를 위해, 종래의 담체로서 고정상 담체인 사란 록(Saran Lock, 구레하 화학공업주식회사제조, 일본)을 폭기조에 투입한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 조건하에 유기폐수를 처리하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<비교예 3>

비교를 위해, 종래의 담체로서 유동상 담체인 린포르(Linpor, 린데사 제조, 독일)을 폭기조에 투입한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 조건하에서 유기폐수를 처리하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	COD 제거율 (%)	벌킹발생	미분활성탄 탈리	미생물의 탈리
실시예 1	95	없음	거의 없음	거의 없음
비교예 1	12	있음	미분활성탄 미사용	적음
비교예 2	89	없음	미분활성탄 미사용	보통
비교예 3	62	있음	미분활성탄 미사용	적음

상기 표 1에 나타나 있는 바와 같이, 종래의 담체를 이용하는 경우에도 COD의 제거율이 일반적인 활성슬러지법을 이용하는 경우에 비해서는 매우 높지만, 본 발명에 따라 제조된 담체를 이용하여 폐수를 처리하는 경우에 비해서는 여전히 떨어지고 있다. 또한, 미분활성탄의 탈리와 미생물의 탈리가 거의 발생되지 않았으며, 벌킹발생도 없었다.

<실시예 2>

미분활성탄이 그 자체로서 사용되지 않고 본 발명에서와 같이 발포고분자에 코팅된 상태로 사용되는 경우에도 흡착성을 가지는 지에 대해 알아보는 실험으로서, 실시예 1에서와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 담체에 대해 실시예 1에서와 동일한 폐수처리장치를 사용하여 흡착성 테스트를 실시하였다. 이때, 표준방법에 따라 측정된 유입폐수의 페놀 농도는 450mg/l 이었다. 2시간 후, 동일한 방법에 따라 처리수의 페놀 농도를 측정한 결과 45mg/l에 불과하였다. 즉, 페놀 제거율이 90%에 이르렀다.

이러한 결과로부터, 본 발명의 담체는 미분활성탄이 발포고분자에 코팅되어 있는 상태에서도 여전히 높은 흡착특성을 지니고 있어서 미생물의 서식처로서 적합할 뿐만아니라 폐수 중에 존재하는 화학물질을 강하게 흡착시킬 수 있다. 따라서, 유기물 부하변동이 큰 폐수가 유입되는 경우에도 효과적으로 사용될 수 있다.

이상 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 담체는 미분활성탄이 접착제에 의해 발포고분자에 강하게 부착되어 있어서, 미분활성탄의 탈리가 거의 발생되지 않으므로 미분활성탄의 탈리로 인한 문제발생을 방지할 수 있고, 여전히 높은 흡착성을 지니고 있어서 미생물의 서식처로서 적합하며 유기물 부하변동이 큰 폐수가 유입되는 경우에도 효과적으로 사용될 수 있다. 따라서, 대부분의 하수 및 오수처리장, 분뇨처리장, 축산 및 산업폐수처리장 등의 폐수처장에서 적절하게 이용될 수 있다.

Claims (10)

1. 발포 고분자에 미분활성탄이, 아크릴 수지와 스티렌/부타디엔 라텍스 (S/B 라텍스)의 70:30 내지 90:10 혼합물을 포함하는 접착제에 의해 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 담체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 발포 고분자는 스폰지 폼 또는 부직포 구조의 폴리우레탄, 폴리스티렌 또는 폴리에틸렌으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 담체.
3. 제 1항에 있어서, 상기 미분활성탄과 상기 접착제는 40:60 내지 50:50의 중량비로 존재하는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 담체.
4. 제 1항에 있어서, 상기 미분활성탄의 평균입경이 200 메시 이하인 것을 특징으로 하는 폐수처리용 담체.
5. 제 1항에 있어서, 가로, 세로, 높이가 각각 0.8 내지 2.0cm인 육면체 형태인 것을 특징으로 하는 폐수처리용 담체.
6. (a) 아크릴 수지와 스티렌/부타디엔 라텍스 (S/B 라텍스)의 70:30 내지 90:10 혼합물을 포함하는 접착제 용액과 미분활성탄을 90:10 내지 70:30의 중량비로 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계,

   (b) 상기 슬러리를 발포 고분자에 코팅한 다음 열처리하여 상기 접착제용액 중의 용매를 증발시키는 단계, 및

   (c) 상기 (b)단계에서 얻은 결과물을 성형하는 단계를 포함하는 폐수처리용 담체의 제조방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 열처리단계에서는 70 내지 95℃에서 2 내지 3시간 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 담체의 제조방법.
8. 제 6항에 있어서, 상기 (b) 단계의 코팅은 로울러를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 담체의 제조방법.
9. 폭기조를 포함하는 폐수처리장치를 이용하여 폐수를 처리하는 방법에 있어서, 상기 폭기조에 제1항의 폐수처리용 담체를 투입한 다음 폐수를 폐수처리장치에 유입시켜 처리하는 과정을 통해 세정수를 얻는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 담체를 상기 폭기조 용적에 대해 10 내지 30용적% 투입하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.