KR100844141B1 - Silica or alumina ceramic diffuser for generating microbubbles, method for manufacturing the same and method for air-floatation using the same - Google Patents

Silica or alumina ceramic diffuser for generating microbubbles, method for manufacturing the same and method for air-floatation using the same Download PDF

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최용수
이상협
홍석원
박찬혁
김승호
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한국과학기술연구원
주식회사 코리아세라믹
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Abstract

A silica or alumina ceramic diffuser comprising particles that are dense and uniform and have an ideal particle size distribution is provided to generate microbubbles constantly, a method for manufacturing the silica or alumina ceramic diffuser is provided, and a method for floating contaminants using the silica or alumina ceramic diffuser is provided. A silica or alumina ceramic diffuser for generating microbubbles is characterized in that the diffuser is manufactured by firing a silica powder or alumina powder compact, used for the flotation of contaminants from sewage or wastewater, and formed in the form of a pipe having a length of 16 to 100 cm. In a manufacturing method of a pipe type silica or alumina ceramic diffuser, a method for manufacturing a silica or alumina ceramic diffuser for generating microbubbles comprises: a first step of preparing a wet silica or alumina powder; a second step of injecting the wet powder into an extruder; a third step of installing an oscillator on a nozzle of the extruder; a fourth step of applying vibration to the powder by the oscillator and pressurizing the powder to subject the powder to extrusion molding; and a fifth step of firing a molded article extruded from the nozzle in an oxidation atmospheric heat treatment furnace.

Description

미세기포 발생용 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관, 그의 제조방법 및 그를 이용하는 오염물질 부상방법 {Silica or alumina ceramic diffuser for generating microbubbles, method for manufacturing the same and method for air-floatation using the same}Silica or alumina ceramic diffuser for producing microbubbles, its manufacturing method and contaminant flotation method using the same {Silica or alumina ceramic diffuser for generating microbubbles, method for manufacturing the same and method for air-floatation using the same}

도 1a는 본 발명에 의한 디스크형 세라믹 산기관의 완성 제품을 나타내는 사진이다.1A is a photograph showing a finished product of a disc-shaped ceramic diffuser according to the present invention.

도 1b는 본 발명에 의한 파이프형 세라믹 산기관의 완성 제품을 나타내는 사진이다.1B is a photograph showing a finished product of the pipe-shaped ceramic diffuser according to the present invention.

도 1c는 본 발명에 의한 디스크형 세라믹 산기관의 단면도이다.1C is a cross-sectional view of a disk-shaped ceramic diffuser according to the present invention.

도 2a는 본 발명에 의한 디스크형 세라믹 산기관의 기포 발생 모습을 나타내는 개략도이다.Figure 2a is a schematic diagram showing the appearance of bubbles in the disk-shaped ceramic diffuser according to the present invention.

도 2b는 본 발명에 의한 디스크형 세라믹 산기관의 기포 발생 모습을 나타내는 사진이다. Figure 2b is a photograph showing the appearance of bubbles in the disk-shaped ceramic diffuser according to the present invention.

도 2c는 본 발명에 의한 파이프형 세라믹 산기관의 기포 발생 모습을 나타내는 개략도이다.Figure 2c is a schematic diagram showing the appearance of bubbles in the pipe-shaped ceramic diffuser according to the present invention.

도 2d는 본 발명에 의한 파이프형 세라믹 산기관의 기포 발생 모습을 나타내는 사진이다. Figure 2d is a photograph showing the appearance of bubbles in the pipe-shaped ceramic diffuser according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 디스크형(形) 세라믹 산기관의 제조를 위한 장치의 작동 상태를 도시한 종단면도이다.3 is a longitudinal sectional view showing an operating state of the apparatus for producing a disc-shaped ceramic diffuser according to the present invention.

도 4a는 본 발명의 실시예 1의 미세기포에 의한 부상분리에서 슬러지 유입 직후의 결과를 확인한 사진이다.Figure 4a is a photograph confirming the result immediately after the sludge flow in the flotation separation by the microbubble of Example 1 of the present invention.

도 4b는 본 발명의 실시예 1의 미세기포에 의한 부상분리에서 슬러지 유입 5분 후의 결과를 확인한 사진이다.Figure 4b is a photograph confirming the result 5 minutes after the sludge inflow in the flotation separation by the microbubble of Example 1 of the present invention.

도 4c는 본 발명의 실시예 1의 미세기포에 의한 부상분리에서 슬러지 유입 10분 후의 결과를 확인한 사진이다.Figure 4c is a photograph confirming the result 10 minutes after the sludge inflow in the flotation separation by the microbubble of Example 1 of the present invention.

도 4d는 본 발명의 실시예 1의 미세기포에 의한 부상분리에서 슬러지 고액분리 후의 상층부를 나타내는 사진이다.Figure 4d is a photograph showing the upper layer after the sludge solid-liquid separation in the flotation separation by the microbubble of Example 1 of the present invention.

도 5는 본 발명의 비교예 1에서 전극판의 배치를 나타내는 평면도이다.5 is a plan view showing an arrangement of electrode plates in Comparative Example 1 of the present invention.

도 6은 본 발명의 비교예 1에서 스케일이 생성된 전극판(좌), 스케일이 생성되기 전의 전극판(우)을 나타내는 사진이다.FIG. 6 is a photograph showing an electrode plate (left) on which scale is generated and an electrode plate (right) before scale is generated in Comparative Example 1 of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 암금형1: female mold

2 : 숫금형 2: male mold

11 : 초음파 진동자 11: ultrasonic vibrator

12 : 진동분리부재12: vibration separating member

21 : 피스톤 21: piston

22 : 지지대22: support

23 : 프레스23: press

31 : 전극판31 electrode plate

본 발명은 수중의 오염물질을 부상시켜 고액분리하기 위한 미세기포를 발생시키는 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관(ceramic diffuser), 그 제조방법 및 상기 산기관을 이용하는 오염물질 부상방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silica or alumina ceramic diffuser for producing fine bubbles for solid-liquid separation by floating contaminants in water, a method for manufacturing the same, and a method for raising contaminants using the acid pipe.

기존의 미세 필터(Membrane Filter)는 미세 공극을 통해 수중의 오염물질, 유기물 및 세균 등의 미생물 입자 등을 여과 및 분리시켜 음용수 및 정수처리 개념으로 수처리에서 광범위하게 사용하였으나, 고농도 오염물질로 인하여 공극이 막히는 현상(Fouling)이 일어나는 문제가 있었다. Existing fine filter (Membrane Filter) is widely used in water treatment as a concept of drinking water and purified water by filtering and separating microorganism particles such as pollutants, organic matter and bacteria in water through fine pores, but due to high concentration of pollutants There was a problem with this fouling.

부상분리법을 이용한 방법은 BOD(Biological Oxygen Demand) 및 SS(Suspended Solid) 농도가 높은 유기 폐수나 폭기조 폐슬러지의 폐기처리시에 자주 사용되는 방법으로서, 용존 공기를 이용하는 용존공기부상법 (Dissolved Air Flotation: DAF)이 현재까지 가장 널리 사용되고 있다. 이와 같은 용존공기부상법은 대한민국 등록특허 제10-0155482호 및 대한민국 등록특허 제10-0351111호 등에서 선행기술로 사용되고 있지만, 용존공기 공급을 위해 4-5기압의 높은 압력을 요구하기 때문에 대용량의 공기 압축장치를 필요로 하고, 설치면적 증가와 유지비가 증가하는 등의 단점을 가지고 있었다. Flotation separation method is a method frequently used for the disposal of organic wastewater or aeration tank waste sludge with high concentrations of Biological Oxygen Demand (BOD) and Suspended Solid (SS), and dissolved air flotation method using dissolved air. : DAF) is the most widely used to date. This dissolved air flotation method is used as a prior art in the Republic of Korea Patent No. 10-0155482 and Republic of Korea Patent No. 10-0351111, but because of the high pressure of 4-5 atm for supplying dissolved air, Compression device is required, and installation area and maintenance cost are increased.

이러한 단점을 극복하기 위해 최근 사용되는 방법인 미세기포부상법은 가압하여 과용해시킨 용존공기를 이용하여 기포를 발생시키는 대신, 인위적으로 발생시킨 미세 공기방울(Microbubble)을 정화하고자 하는 물에 공급하여 오염물을 부상시키고, 고액분리된 물질을 스키머 등으로 이송, 제거하는 방법이다. In order to overcome these disadvantages, the micro-bubble flotation method is a method used to purify artificially generated microbubbles to water to purify the contaminants instead of generating bubbles by using dissolved air pressurized and overdissolved. This method is to injure and transfer the solid-liquid separated material to a skimmer or the like.

미세기포부상법에서 가장 중요한 것은 고형물(solid)을 부상시키기 위해 매우 미세한 기포를 일정하게 생성시켜야 한다는 것이다. 미세기포 발생방법에 관한 기술로는 대한민국 등록특허 제10-0315903호 및 대한민국 등록실용 제20-0359766호 등이 있으나, 미세기포 발생장치 자체의 복잡함으로 인한 유지관리 문제와 고압가압펌프 또는 가압탱크의 사용으로 인한 경제성문제 및 기포 크기 조절기능을 가지지 못하는 등 응용성이 작다는 문제점을 가지고 있다. 또한, 전극판을 이용하여 미세기포를 발생시키는 전해부상법(electro-flotation: EF)을 이용하려는 시도가 있었지만, 이 방법은 정류기 등의 전기시스템을 별도로 사용하기 때문에 설치비용이 증가하고, 장시간 운전시 전극판에 이물질(스케일)이 생성되어 부착하게 되는 문제가 있었다. The most important thing in the microbubble flotation method is that a very fine bubble must be generated constantly in order to float a solid. Techniques related to the micro bubble generation method include the Republic of Korea Patent Registration No. 10-0315903 and the Republic of Korea Registered Room No. 20-0359766, but the maintenance problems due to the complexity of the microbubble generator itself and the high pressure pump or pressurized tank There is a problem that the applicability is small, such as economic problems due to use and lack of bubble size control. In addition, there have been attempts to use an electro-flotation (EF) method for generating microbubbles using an electrode plate. However, this method uses an electric system such as a rectifier separately, resulting in increased installation costs and long time operation. There was a problem in that foreign matter (scale) is generated and attached to the electrode plate.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 미립자가 조밀하고 균일하며 이상적인 입도 분포를 가짐으로써 미세한 기포를 일정하게 생성시킬 수 있는 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems as described above, an object of the present invention is to provide a silica or alumina ceramic diffuser and a method for producing the same, by which the fine particles have a dense, uniform, and ideal particle size distribution, which can constantly produce fine bubbles. .

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실리카 분말 또는 알루미나 분말 성형체를 소성한 것이고, 하폐수의 오염물질 부상분리에 사용하기 위한 것임을 특징으로 하는 미세기포 발생용 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a silica or alumina ceramic diffuser for microbubble generation, characterized in that the firing of the silica powder or alumina powder compact, and is used for the separation of contaminants floating in the sewage water. .

본 발명의 산기관에 있어서, 상기 산기관은 표면 부분의 미립자 입경이 작고 내부로 갈수록 입경이 커지는 입도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 산기관의 기공 크기는 0.001㎛ 내지 0.05㎛인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 산기관은 디스크형 또는 파이프형인 것을 특징으로 하고, 상기 파이프형 산기관은 16 내지 100 cm의 길이를 가지는 것을 특징으로 한다.In the diffuser of the present invention, the diffuser is characterized by forming a particle size distribution in which the particle size of the surface portion is small and the particle size increases toward the inside, and the pore size of the diffuser is 0.001 μm to 0.05 μm. It is done. In addition, the diffuser is characterized in that the disk or pipe type, the pipe diffuser is characterized in that it has a length of 16 to 100 cm.

본 발명의 산기관에 있어서, 상기 산기관으로부터 발생하는 미세기포의 크기는 1 내지 100μm, 바람직하게는 40 내지 60μm인 것을 특징으로 한다.In the diffuser of the present invention, the size of the micro-bubble generated from the diffuser is characterized in that 1 to 100μm, preferably 40 to 60μm.

또한 본 발명은 파이프형 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관의 제조방법에 있어서, 습윤성 실리카 또는 알루미나 분말을 준비하는 제1단계; 상기 습윤성 분말을 압출기에 주입하는 제2단계; 상기 압출기의 노즐에 진동자를 설치하는 제3단계; 상기 진동자로 진동을 부여하며 가압하여 상기 분말을 압출성형하는 제4단계; 및 상기 노즐로부터 압출된 성형품을 산화분위기 열처리 로에서 소성하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생용 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a pipe-type silica or alumina ceramic diffuser, the first step of preparing a wet silica or alumina powder; Injecting the wettable powder into an extruder; Installing a vibrator in a nozzle of the extruder; A fourth step of extruding the powder by applying vibration to the vibrator and pressing the vibrator; And a fifth step of firing the molded article extruded from the nozzle in an oxidizing atmosphere heat treatment furnace, to provide a method for producing silica or alumina ceramic diffuser for microbubble generation.

본 발명의 산기관 제조방법에 있어서, 상기 진동을 동반한 가압(제4단계)은 300 내지 600톤으로 행해지는 것을 특징으로 한다.In the diffuser manufacturing method of the present invention, the pressurization with vibration (fourth step) is characterized in that it is carried out at 300 to 600 tons.

본 발명은 디스크형 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관의 제조방법에 있어서, 습윤성 실리카 또는 알루미나 분말을 준비하는 제1단계; 상기 습윤성 분말을 프레스 금형의 암금형(1)에 1차 주입하는 제2단계; 상기 1차 주입 후, 유기물 소재 필름을 삽입하는 제3단계; 상기 필름 위에 상기 습윤성 분말을 2차 주입하는 제4단계; 상기 2차 주입된 습윤성 분말의 상층부 평면을 고르게 하는 제5단계; 프레스 금형의 숫금형(2)으로 가압하여 가성형하는 제6단계; 상기 가성형된 성형품에 대해 프레스 금형에 설치된 초음파 진동자(11)로 진동을 부여하며 가압하는 제7단계; 및 금형으로부터 상기 성형품을 탈형하여 산화분위기 열처리 로에서 소성하는 제8단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생용 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a disk-type silica or alumina ceramic diffuser, the first step of preparing a wet silica or alumina powder; A second step of first injecting the wettable powder into the female mold 1 of the press mold; A third step of inserting an organic material film after the first injection; A fourth step of secondly injecting the wettable powder onto the film; A fifth step of leveling the upper plane of the second injected wettable powder; A sixth step of pressing and pressing into the male mold 2 of the press die; A seventh step of applying vibration to and pressing the ultrasonic vibrator 11 installed on the press mold with respect to the provisional molded article; And an eighth step of demolding the molded product from a mold and firing the same in an oxidizing atmosphere heat treatment furnace, to provide a method for manufacturing silica or alumina ceramic diffuser for microbubble generation.

본 발명의 산기관 제조방법에 있어서, 상기 필름은 0.25 내지 0.5mm 의 두께인 것을 특징으로 하고, 상기 초음파 진동자(11)는 상기 암금형(1)이 고정 설치된 지지대(22) 내부, 숫금형(2)의 내부, 또는 두 군데 각각에 설치된 것을 특징으로 하며, 상기 지지대(22) 내부에 포함된 초음파 진동자(11)와 지지대(22)의 인접부위에 진동분리부재(12)가 더 포함되어 지지대(22)로의 진동 전달을 차단하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 성형품의 탈형은 승하강 작동하는 액튜에이터에 연결된 피스톤(21)에 의한 것임을 특징으로 하고, 상기 프레스에 연결된 숫금형(2)에 의한 가압(제6단계)은 100 내지 200톤이고, 상기 진동을 동반한 가압(제7단계)은 10 내지 30톤으로 행해지는 것을 특징으로 한다.In the diffuser manufacturing method of the present invention, the film is characterized in that the thickness of 0.25 to 0.5mm, the ultrasonic vibrator 11 is inside the support 22, the female mold (1) is fixed, the male mold ( It is characterized in that it is installed in each of the two, or two places, and the vibration separating member 12 is further included in the adjacent portion of the ultrasonic vibrator 11 and the support 22 included in the support 22, the support It is characterized by blocking the transmission of vibration to (22). In addition, the demoulding of the molded product is characterized in that the piston 21 is connected to the actuator for lifting and lowering operation, the pressure (sixth step) by the male mold (2) connected to the press is 100 to 200 tons, the vibration Pressurization (seventh step) is characterized in that it is carried out in 10 to 30 tons.

본 발명의 산기관 제조방법에 있어서, 상기 산화분위기 열처리 로의 온도는 900 내지 1,300℃인 것을 특징으로 하고, 상기 습윤성 분말은 세라믹 산기관의 조성물인 실리카 또는 알루미나 분말에 점결재 수용액을 혼합한 것임을 특징으로 한다. 상기 진동(제8항의 제4단계 또는 제10항의 제7단계)은 초당 20,000 내지 25,000회로 행해지는 것을 특징으로 한다.In the acid engine manufacturing method of the present invention, the oxidation atmosphere heat treatment furnace is characterized in that the temperature is 900 to 1,300 ℃, the wettable powder is characterized in that the binder solution is mixed with silica or alumina powder of the composition of the ceramic acid engine. It is done. The vibration (fourth step of claim 8 or seventh step of claim 10) is characterized in that it is performed 20,000 to 25,000 times per second.

본 발명은 상기 세라믹 산기관으로부터 발생되는 미세기포를 이용하여 오염물질을 부상 분리하는 것을 특징으로 하는 오염물질 부상방법을 제공한다. 상기 오염물질 부상방법에 있어서, 상기 산기관으로 0.8 내지 1.2기압의 공기를 주입하는 것을 특징으로 한다. The present invention provides a contaminant floating method, characterized in that the contaminant is separated and separated using the microbubbles generated from the ceramic diffuser. In the contaminant floating method, it is characterized in that the air of 0.8 to 1.2 atm pressure is injected into the diffuser.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명의 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관은 오염 물질을 부상분리하기 위한 미세기포를 발생하기 위한 것이다. The silica or alumina ceramic diffuser of the present invention is for generating microbubbles for floating separation of contaminants.

상기 미세기포 발생용 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관은 발생시키고자 하는 기포의 크기에 따라 그 기공 크기를 0.001㎛ 내지 0.05㎛의 범위에서 선택한다. 상기 산기관으로부터 발생하는 미세기포의 크기는 1 내지 100μm, 바람직하게는 40 내지 60μm인 것이 바람직하다. 기포의 크기가 커지는 경우에는 효과적으로 부상분리를 시키지 못하여 정화 능력이 급격히 떨어지기 때문이다. The micro-bubble silica or alumina ceramic diffuser selects the pore size in the range of 0.001 μm to 0.05 μm according to the size of bubbles to be generated. The size of the micro bubbles generated from the diffuser is preferably 1 to 100 μm, preferably 40 to 60 μm. This is because if the size of the bubble is large, the separation ability is not effectively separated and the purification ability is drastically reduced.

상기 미세기포 발생용 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관은 디스크형 또는 파이프형인 것이 바람직하다. 특히, 파이프형인 경우 그 길이는 16 내지 100 cm가 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는 산기관을 통과하는 내부 공기의 압력 이 불균일하게 되기 때문이다.The micro-bubble silica or alumina ceramic diffuser is preferably a disk or pipe. In particular, the length of the pipe is preferably 16 to 100 cm. If outside the above range because the pressure of the internal air passing through the diffuser becomes uneven.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 의한 디스크형 세라믹 산기관의 완성 제품 사진이고, 도 1b는 본 발명의 일실시예에 의한 파이프형 세라믹 산기관의 완성 제품 사진이다. 디스크형 세라믹 산기관의 직경은 15.8cm이었고, 산기관 내부 채널 안으로 공기압을 가하기 위하여 공기를 주입하는 공간(도 1a의 가운데 원)은 직경 1 in(인치), 두께 0.8cm이었다. 파이프형 세라믹 산기관은 외부직경이 4.0cm, 길이는 18cm이었다. 도 1c는 본 발명의 일실시예에 의한 디스크형 세라믹 산기관의 단면도이다. Figure 1a is a picture of the finished product of the disk-shaped ceramic diffuser according to an embodiment of the present invention, Figure 1b is a picture of the finished product of a pipe-type ceramic diffuser according to an embodiment of the present invention. The diameter of the disk-shaped ceramic diffuser was 15.8 cm, and the space for injecting air to apply air pressure into the diffuser internal channel (center circle in FIG. 1A) was 1 in (inch) in diameter and 0.8 cm thick. The pipe-shaped ceramic diffuser had an outer diameter of 4.0 cm and a length of 18 cm. Figure 1c is a cross-sectional view of a disk-shaped ceramic diffuser according to an embodiment of the present invention.

도 2a은 본 발명의 일실시예에 의한 디스크형 세라믹 산기관을 반응기에 적용하여 실제로 기포를 발생시키는 모습을 나타내는 개략도이고 도 2b는 이에 대응하는 사진이다. 디스크형 산기관 4개가 연결되어 있는 중앙 구조물은 공기가 들어가는 관이다. 이 관을 통하여 들어간 공기는 도 1c에 표시된 산기관 내부 채널 안으로 공기압을 가하여 산기관 표면 전체에서 기포를 발생시킨다. 도 2c는 본 발명의 일실시예에 의한 파이프형 세라믹 산기관의 기포 발생 모습을 나타내는 개략도이고 도 2d는 이에 대응하는 사진이다.Figure 2a is a schematic diagram showing the appearance of actually generating bubbles by applying the disk-shaped ceramic diffuser according to an embodiment of the present invention and Figure 2b is a photograph corresponding thereto. The central structure, which is connected to four disc diffusers, is a tube into which air enters. Air entering through this tube exerts air pressure into the diffuser internal channel shown in FIG. 1C to generate bubbles throughout the diffuser surface. Figure 2c is a schematic diagram showing the appearance of bubbles generated in the pipe-shaped ceramic diffuser according to an embodiment of the present invention and Figure 2d is a photograph corresponding thereto.

본 발명의 세라믹 산기관은, 진동자를 금형 또는 노즐에 설치하여 산기관 성형품의 표면으로부터 진동이 전달되도록 함으로써, 전체 실리카 또는 알루미나 미립자의 밀도가 치밀함은 물론 표면 부분의 미립자의 크기는 작고 내부로 갈수록 크기가 커지는 이상적인 입도 분포를 갖도록 제조된다. 또한 본 발명의 세라믹 산기관은 반건식방법에 의한 성형과 고온 소성으로써 산기관 조직의 평균 입도 및 입자 배열이 조밀하고 균일하도록 제조된다.In the ceramic diffuser of the present invention, the vibrator is installed in a mold or a nozzle so that vibration is transmitted from the surface of the diffuser molded article, so that the density of the entire silica or alumina fine particles is not only dense but also the size of the fine particles of the surface portion is small It is manufactured to have an ideal particle size distribution that increases in size. In addition, the ceramic diffuser of the present invention is manufactured so that the average particle size and particle arrangement of the diffuser structure are compact and uniform by molding and high temperature firing by the semi-dry method.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 디스크형 세라믹 산기관을 제조하기 위한 장치의 작동 상태를 도시한 종단면도이다. 3 is a longitudinal sectional view showing an operating state of an apparatus for manufacturing a disc-shaped ceramic diffuser according to an embodiment of the present invention.

먼저 이물질이 포함되지 않은 고순도의 실리카 또는 알루미나를 분말상태의 미립자로 만든 후, PVA 등의 유기점결재를 용해한 수용액을 혼합하여 성형에 적합한 습윤성 분말을 조성한다. 알루미나 분말로 제조한 산기관은 실리카 분말로 제조한 산기관에 비하여 강도가 우수하고, 더욱 미세한 기포를 발생시킬 수 있으나, 공기압을 비교적 크게 가해야 한다. 반면, 실리카 분말로 제조한 산기관은 공기압을 작게 가하여도 사용할 수 있어 경제적이고, 알루미나 분말로 제조한 산기관에 비하여 강도가 떨어지지만 하폐수 슬러지 부상용으로 사용하기에는 적당한 강도를 가지므로 두 가지 산기관 모두 고액 부상분리을 위하여 미세기포를 발생시키는 용도로 바람직하다.First, high purity silica or alumina containing no foreign matter is made into fine particles in powder form, and then, an aqueous solution in which organic binders such as PVA are dissolved is mixed to form a wettable powder suitable for molding. The acid engine made of alumina powder is superior in strength to the acid engine made of silica powder, and can generate finer bubbles, but requires a relatively large air pressure. On the other hand, acid pipes made of silica powder are economical because they can be used even under low air pressure, and they are less powerful than acid pipes made of alumina powder, but they are suitable for use in sewage sludge flotation. All are preferable for the purpose of generating microbubbles for solid-liquid separation.

1) 디스크형 산기관의 경우1) In case of disc diffuser

그 후 암금형(1)에 습윤성 분말을 1차 주입하고, PVC 등의 유기물 소재인 0.25~0.5mm 두께의 필름을 삽입한다. 이 때 필름의 두께는 전체 산기관의 두께를 결정지을 수 있는 요인 중의 하나이다. 두께가 두꺼워지면 원료 분말의 양이 증가하게 되어 경제성이 떨어지므로, 원료 분말의 양을 최적화하고 발생되는 기포 분포를 최적화하기 위하여 0.25~0.5mm 두께가 바람직하다. 그리고 나서 상기 필름 위에 습윤성 분말을 2차 주입하고 상층부를 평평하고 고르게 한다. 그 후, 숫금형(2)을 구동하여 100~200톤의 가압용 프레스로 1차 압착하여 미소성된 세라믹 산기관 성형품을 가성형시킨다. 이때 상기 압력이 100톤 미만이면 실리카 또는 알루미나 분자가 덜 압축되므로 발생되는 기포의 크기가 커지고, 200톤을 초과하면 고온 성형시 산기관이 깨지는 현상이 발생하기 때문에 100~200톤이 바람직하다. Thereafter, the wet mold powder is first injected into the female mold 1, and a film having a thickness of 0.25 mm to 0.5 mm, which is an organic material such as PVC, is inserted. At this time, the thickness of the film is one of the factors that can determine the thickness of the entire diffuser. If the thickness is increased, the amount of the raw material powder is increased, so the economic efficiency is low, and in order to optimize the amount of the raw material powder and optimize the bubble distribution generated, the thickness is preferably 0.25 to 0.5 mm. The wettable powder is then injected second onto the film and the top layer is flat and even. Thereafter, the male mold 2 is driven and first pressed by a press for 100 to 200 tons to temporarily mold the unfired ceramic diffuser molded article. At this time, if the pressure is less than 100 tons, the size of bubbles generated due to less compression of silica or alumina molecules is increased, and if it exceeds 200 tons, 100 to 200 tons are preferable because a phenomenon occurs in which an acid pipe is broken during high temperature molding.

다음 단계에서는, 프레스 금형에 설치된 초음파 진동자(11)를 작동시켜 상기 가성형된 세라믹 산기관 성형품에 대하여 초음파 진동을 부여하면서 10~30톤의 압력으로 압착함으로써 소성된 세라믹 산기관의 성형품을 얻는다. 상기 압력 범위 내에서는 초음파 진동자(11)가 산기관을 잡아 고정시킬 수 있으며, 분말이 바깥쪽으로 흩어지지 않고 고르게 분포되어 기포가 고르게 생산되므로 상기 압력 범위가 바람직하다. 상기 초음파 진동은 암금형(1) 및 숫금형(2)을 통해 성형품의 표면으로부터 전달되어지는 바, 상기 원료 분말은 미립자의 입경차 및 그에 의한 중량차에 의해 작은 미립자가 진동원쪽으로 이동하므로, 성형품 표면 부분의 미립자 입경이 작고 내부로 갈수록 입경이 커지는 입도 분포를 형성하며 이상적인 세라믹 산기관으로 성형되어진다. 최종 단계에서는, 먼저 숫금형(2)을 제거한 후, 피스톤(21)을 상승 작동시킴으로써 암금형(1)으로부터 상기 성형된 세라믹 산기관을 취출한다. In the next step, the ultrasonic vibrator 11 installed in the press die is operated to compress the molded ceramic diffuser molded article at a pressure of 10 to 30 tons while applying ultrasonic vibration to the molded moldable ceramic diffuser molded article. Within the pressure range, the ultrasonic vibrator 11 can catch and fix the diffuser, and since the powder is distributed evenly without scattering to the outside, bubbles are produced evenly, so the pressure range is preferable. The ultrasonic vibration is transmitted from the surface of the molded article through the female mold (1) and the male mold (2), since the raw material powder is moved to the vibration source by the small particles due to the particle size difference and the weight difference thereof, Particle particle size of the surface part of the molded part is small, and the particle size distribution becomes larger as it goes inside, and is molded into an ideal ceramic diffuser. In the final step, the male mold 2 is first removed, and then the shaped ceramic diffuser is taken out from the female mold 1 by raising the piston 21.

2) 파이프형 산기관의 경우2) For pipe type diffuser

압출성형방법이 분당 4m까지 생산이 가능하여 생산성 면에서 경제적이므로 압출성형방법을 이용한다. Extrusion can be produced up to 4m / min and is economical in terms of productivity.

준비된 습윤성 분말을 압출기에 주입하고 압출기의 노즐에 초음파 진동자를 설치한다. 그리고 상기 진동자로 진동을 부여하며 300-600톤의 압력으로 가압하여 상기 분말을 압출성형한다. 상기 압력 범위 밖에서는 분말이 균일하게 분포되지 않아 기포가 고르게 생산될 수 없으므로 상기 압력 범위가 바람직하다. The prepared wettable powder is injected into the extruder and an ultrasonic vibrator is installed in the nozzle of the extruder. And extrudes the powder by applying a vibration to the vibrator and pressing at a pressure of 300-600 tons. The pressure range is preferable because the powder is not uniformly distributed outside the pressure range and bubbles cannot be produced evenly.

디스크형 및 파이프형 산기관의 성형이 완료된 후, 상기 성형품은 900~1,300℃ 온도의 산화분위기 로(爐)에서 소성을 거쳐 본 발명에 의한 세라믹 산기관으로 완성된다. 실리카 분말의 경우 약 1,200℃, 알루미나 분말의 경우 약 1,400℃가 상기 분말이 녹아 성형될 수 있는 최대한계온도로서, 이와 같은 고온에서 원료 분말이 녹아야 미세한 공극을 가질 수 있고 그 결과 미세 기포를 발생시킬 수 있다. 한편, 본 발명에 의한 산기관은 하수처리용 침전조 하부에 장착되므로, 침전조에 채워지는 물에 의한 수압을 견뎌야 하고, 동시에 기포를 발생시키는 힘을 가져야 하며, 공기를 주입할 때의 압력을 견뎌야 하는데, 상기 온도 범위 내에서는 원료 분말이 최적으로 압착 성형되어 필요한 정도의 견고함을 유지할 수 있다. 위와 같은 이유로 상기 온도 범위에서 소성하는 것이 바람직하다. 이 때, 소성 방법은 한정되지 않는다.After the molding of the disk-type and pipe-type diffuser is completed, the molded article is fired in an oxidizing atmosphere furnace at a temperature of 900 to 1,300 ° C., and completed with the ceramic diffuser according to the present invention. In the case of silica powder, about 1,200 ° C, and in the case of alumina powder, about 1,400 ° C is the maximum temperature at which the powder can be melted and molded, and at this high temperature, the raw material powder must melt to have fine pores, resulting in fine bubbles. You can. On the other hand, since the acid pipe according to the present invention is mounted under the sewage treatment sedimentation tank, it must withstand the water pressure caused by the water filled in the sedimentation tank, at the same time have the force to generate air bubbles, and must withstand the pressure when injecting air. Within the above temperature range, the raw powder may be optimally press-molded to maintain the required degree of firmness. It is preferable to bake in the above temperature range for the same reason as above. At this time, the baking method is not limited.

본 발명의 세라믹 산기관 제조시, 미립자 형태의 원료 분말을 사용하지 않고 비교적 입경이 크면서 저렴한 원료를 사용하더라도, 상기 초음파 진동에 의하면 이상적인 입도 분포를 갖게 된다. 주파수의 진동 및 진동 부여시간은 미립자의 형상이나 입경 등의 특성에 따라 적절하게 결정할 수 있으나, 미립자 형태의 실리카 또는 알루미나 분말을 사용하는 경우 초당 20,000 내지 25,000회의 진동이 바람직하다. In the manufacture of the ceramic diffuser of the present invention, even if a raw material powder in the form of fine particles is used without using a relatively large particle diameter, the ultrasonic vibration has an ideal particle size distribution. The vibration of the frequency and the time for applying the vibration can be appropriately determined according to the characteristics such as the shape and particle size of the fine particles, but when using silica or alumina powder in the form of fine particles, 20,000 to 25,000 vibrations per second are preferable.

이하, 하기 구체예들을 참조하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 예들은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 예시된 것으로, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following embodiments. However, the following examples are illustrated to aid the understanding of the present invention, and the present invention is not limited only to these examples.

<실시예 1: 미세기포 발생용 세라믹 산기관을 이용한 오염물질의 부상분리><Example 1: Floating separation of contaminants using ceramic diffuser for microbubble generation>

세라믹 산기관으로부터 발생된 미세기포를 이용하여 70L 반응기에서 오염물질 부상 정도를 확인하였다. The degree of contaminant injuries in the 70L reactor was confirmed using the microbubbles generated from the ceramic diffuser.

오염물질로는 일반 활성슬러지 공정의 폭기조 내 슬러지 (Mixed Liquor Suspended Solids, "MLSS") ≒ 3,000mg/L)를 사용하였으며, 산기관 내 0.8bar의 공기압을 넣어 미세기포를 발생시켰다. 70L 반응기 밑부분에 디스크형의 산기관을 세로로 4개 설치하였으며, 수면으로부터 약 1m 정도의 깊이에서 부상시켰다. As a contaminant, sludge (Mixed Liquor Suspended Solids, “MLSS”) mg 3,000 mg / L) was used as a contaminant, and microbubbles were generated by applying an air pressure of 0.8 bar in the diffuser. Four disc-shaped diffusers were installed at the bottom of the 70L reactor and were floated at a depth of about 1m from the surface of the water.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 세라믹 산기관으로부터 발생된 미세기포에 의한 부상실험을 약 10분간 진행하면서 확인되는 슬러지 부상 상태를 나타낸 사진이다. 사진에서와 같이, 슬러지 유입 후 10분 정도의 공기유입이 진행되면, 반응조 내 고액분리가 효과적으로 이루어졌다. 4A to 4D are photographs showing the sludge injured state confirmed while performing the flotation test by the microbubble generated from the ceramic diffuser of the present invention for about 10 minutes. As shown in the photograph, when the inflow of air for about 10 minutes after the sludge inflow, solid-liquid separation in the reaction vessel was effectively made.

<비교예 1: 전극판을 이용한 전해부상분리>Comparative Example 1: Separation of Electrolytic Flotation Using an Electrode Plate

알루미늄 또는 철 전극판의 전기분해에 의해 발생된 미세기포를 이용하여 70L 반응기에서 오염물질 부상 정도를 확인하였다. 오염물질로는 일반 활성슬러지 공정의 폭기조 내 슬러지 (MLSS ≒ 3,000mg/L)를 사용하였다. 전극판(31)을 도 5와 같이 양극 1개와 음극 2개를 유닛으로 하여 2열로 70L 반응기 밑부분에 배치시켰으 며, 수면으로부터 약 1m 정도의 깊이에서 부상시켰다. The degree of contamination was confirmed in the 70L reactor using the microbubbles generated by the electrolysis of the aluminum or iron electrode plate. As contaminants, sludge in the aeration tank of the general activated sludge process (MLSS 의 3,000 mg / L) was used. As shown in FIG. 5, the electrode plate 31 was disposed at the bottom of the 70L reactor in two rows using one anode and two cathodes, and floated at a depth of about 1m from the surface of the water.

<실험예 1: 발생되는 미세기포 크기 측정><Experimental Example 1: Measurement of the generated microbubble size>

실시예 1과 비교예 1에서 발생하는 미세기포의 크기를 측정하였다. 발생된 기포의 크기와 고액분리의 대상이 되는 입자의 크기와의 관계는 충돌 효율을 결정하여 부상능력에 영향을 줄 수 있다. 발생 기포의 크기는 입자계수기(LaserTrac Model PC 2400D, Hemtrac)를 이용하여 측정하였다. The size of the micro bubbles generated in Example 1 and Comparative Example 1 was measured. The relationship between the size of bubbles generated and the size of particles subject to solid-liquid separation can affect the flotation capacity by determining the collision efficiency. The bubble size was measured using a particle counter (LaserTrac Model PC 2400D, Hemtrac).

실시예 1에서 세라믹 산기관으로부터 발생된 미세기포의 크기는 0.8bar의 압력 하에서 평균 51.67 μm ± 0.51 이었고, 비교예 1에서 전극판으로부터 발생된 미세기포의 크기는 전압 220V, 전류량 450mA , 전류밀도 89.52A/m2 에서 34.43 μm ± 0.51이었다. 두 경우 모두 효과적인 부상분리에 적합한 크기의 미세기포를 발생시켰다. 그러나 비교예 1의 경우 장시간 운전시 도 6과 같이 전극판에 스케일이 생성되어 전극의 효율이 감소되므로 미세기포의 발생량이 감소하고 부상분리 성능이 감소한다. In Example 1, the size of the microbubbles generated from the ceramic diffuser was 51.67 μm ± 0.51 on average under a pressure of 0.8 bar. In Comparative Example 1, the size of the microbubbles generated from the electrode plate was 220 V, current 450 mA, and current density 89.52. It was 34.43 μm ± 0.51 at A / m 2 . In both cases, microbubbles of a size suitable for effective flotation were generated. However, in the case of Comparative Example 1, since the scale is generated on the electrode plate as shown in FIG. 6 during a long time operation, the efficiency of the electrode is reduced, so that the amount of fine bubbles is reduced and floating separation performance is reduced.

<실험예 2: 상부에 농축된 슬러지 농도 및 유출수의 슬러지 농도 측정>Experimental Example 2 Measurement of Sludge Concentration and Sludge Concentration of Effluent Concentrated on Top

실시예 1 및 비교예 1에서 발생된 미세기포에 의하여 부상되어 상부에 농축된 슬러지의 농도 및 유출수의 슬러지 농도를 측정하였다. 이 때, 고형물 부하량(surface loading rate; 슬러지가 유입되는 침전조의 표면적/침전조로 유입되는 시간당 슬러지량)은 실시예 1의 경우 0.21 g/cm2·hr, 비교예 1의 경우 0.23 g/cm2·hr로 비슷한 수준이었다. The sludge concentration and the effluent sludge concentration were measured by flotation caused by the microbubbles generated in Example 1 and Comparative Example 1. At this time, the surface loading rate (surface loading rate of the sludge inflow / sludge amount per hour flowing into the settling tank) is 0.21 g / cm 2 · hr for Example 1, 0.23 g / cm 2 for Comparative Example 1 Hr was a similar level.

실시예 1의 경우, 농축 슬러지 농도는 14,660 - 23,4000 mg/L, 유출수 슬러지 농도는 3 - 10 mg/L 였고, 비교예 1의 경우, 18,760 - 26,760 mg/L, 4 - 10 mg/L 이었다. A/S 비(air/solid ratio; 슬러지 부상효율과 관련)는 실시예 1의 경우 0.004-0.009, 비교예 1의 경우 0.005-0.01로서, 비슷한 수준이었다. 즉, 두 경우 모두 오염물질이 고농도로 부상분리되는 효과를 보였다. 그러나 비교예 1의 경우 장시간 운전시 전극판에 스케일이 생성되어 미세기포의 발생량이 감소하므로 부상분리 성능이 급격히 감소하여 유출수의 SS농도는 약 90 mg/L 까지 증가하였다. 이 경우, 방류수 수질기준을 지속적으로 만족시키기 어렵다. For Example 1, the concentrated sludge concentration was 14,660-23,4000 mg / L, the effluent sludge concentration was 3-10 mg / L, and in Comparative Example 1, 18,760-26,760 mg / L, 4-10 mg / L It was. The air / solid ratio (related to sludge flotation efficiency) was 0.004-0.009 for Example 1 and 0.005-0.01 for Comparative Example 1, which were similar levels. In other words, in both cases, pollutants were separated at high concentrations. However, in the case of Comparative Example 1, the scale is generated on the electrode plate during a long time operation, so the amount of fine bubbles is reduced, so that the floating separation performance is drastically reduced, and the SS concentration of the effluent is increased to about 90 mg / L. In this case, it is difficult to continuously satisfy the discharged water quality standards.

위와 같이 비교예 1의 경우 전극판에 생성되는 스케일 때문에 부상분리 성능이 감소하게 되므로 전극판을 정기적으로 교체해야 한다. 이로 인하여 비교예 1의 경우 유지관리비용이 증가하게 된다. 실제로 하루 100톤 처리 규모에서 전극판을 3개월에 한 번씩 교체해주면 비교예 1의 유지관리비용은 전력비를 포함하여 연간 3,543천원이 소요된다. 이는 실시예 1의 연간 유지관리비용인 789천원에 비하여 약 4.5배에 달하는 비용이다. In the case of Comparative Example 1 as described above, because the floating separation performance is reduced due to the scale generated in the electrode plate, the electrode plate should be replaced regularly. This increases the maintenance cost in the case of Comparative Example 1. In fact, if the electrode plate is replaced every three months in the 100-ton processing scale per day, the maintenance cost of Comparative Example 1 will include 3,543,000 won per year, including the electricity cost. This is about 4.5 times that of the annual maintenance cost of Example 1, 789 thousand won.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 세라믹 산기관은 진동을 부여하며 가압하여 제조됨으로써, 실리카 또는 알루미나 분말 미립자가 표면에서 내부 중심으로 갈수록 크기가 커지는 분포를 형성하게 된다. 따라서 1기압 내외의 작은 공기압만 적용해도 미세기포를 균일하면서도 일정하게 공급하여 수중의 오염물질을 빠르고 확실하게 부상시킬 수 있다. 또한, 전극판을 이용하는 전해부상분리법과는 달리 본 발명의 세라믹 산기관을 이용하여 부상분리하는 경우에는 이물질이 형성되지 않으므로 세라믹 산기관의 반영구적 사용이 가능하고 유지관리가 편리하며 경제성이 우수하다. 더욱이, 본 발명에 의한 압출성형 제조방법으로 인한 생산성 향상으로 비용의 절감을 실현할 수 있다.As described above, the ceramic diffuser of the present invention is manufactured by applying pressure while applying vibration, thereby forming a distribution in which the silica or alumina powder fine particles grow in size from the surface to the inner center. Therefore, even if only a small air pressure of about 1 atm can be applied evenly and uniformly microbubbles can be quickly and surely float the contaminants in the water. In addition, unlike the electrolytic flotation method using an electrode plate, when the floating separation using the ceramic diffuser of the present invention, no foreign matter is formed, so that the semi-permanent use of the ceramic diffuser is possible, and the maintenance and convenience are excellent. Moreover, the cost reduction can be realized by improving productivity due to the extrusion molding method according to the present invention.

Claims (20)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 실리카 분말 또는 알루미나 분말 성형체를 소성한 것이고,The calcined silica powder or alumina powder compact, 하폐수의 오염물질 부상분리에 사용하기 위한 것이며,For use in segregation of contaminants in sewage water, 16 내지 100 cm의 길이를 가지는 파이프형인 것을 특징으로 하는 미세기포 발생용 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관.Silica or alumina ceramic diffuser for micro-bubble generation, characterized in that the pipe having a length of 16 to 100 cm. 삭제delete 삭제delete 파이프형 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관의 제조방법에 있어서, In the method for producing a pipe-type silica or alumina ceramic diffuser, 습윤성 실리카 또는 알루미나 분말을 준비하는 제1단계;Preparing a wet silica or alumina powder; 상기 습윤성 분말을 압출기에 주입하는 제2단계;Injecting the wettable powder into an extruder; 상기 압출기의 노즐에 진동자를 설치하는 제3단계;Installing a vibrator in a nozzle of the extruder; 상기 진동자로 진동을 부여하며 가압하여 상기 분말을 압출성형하는 제4단계; 및A fourth step of extruding the powder by applying vibration to the vibrator and pressing the vibrator; And 상기 노즐로부터 압출된 성형품을 산화분위기 열처리 로에서 소성하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생용 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관 제조방법.And a fifth step of firing the molded article extruded from the nozzle in an oxidizing atmosphere heat treatment furnace. 제8항에 있어서, 상기 진동을 동반한 가압(제4단계)은 300 내지 600톤으로 행해지는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생용 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관 제조방법. The method of claim 8, wherein the pressurization (fourth step) accompanied by the vibration is performed at 300 to 600 tons. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 진동(제8항의 제4단계)은 초당 20,000 내지 25,000회로 행해지는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생용 실리카 또는 알루미나 세라믹 산기관 제조방법. 10. The method according to claim 8 or 9, wherein the vibration (fourth step of claim 8) is performed 20,000 to 25,000 times per second. 제5항에 의한 세라믹 산기관으로부터 발생되는 미세기포를 이용하여 오염물질을 부상 분리하는 것을 특징으로 하는 오염물질 부상방법. The contaminant flotation method of claim 5, wherein the contaminant is floated and separated using the microbubbles generated from the ceramic diffuser according to claim 5. 제19항에 있어서, 상기 산기관으로 0.8 내지 1.2기압의 공기를 주입하는 것을 특징으로 하는 오염물질 부상방법. 20. The method of claim 19, wherein 0.8 to 1.2 atm of air is injected into the diffuser.
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