KR100886737B1 - Functional media and manufacture method for water purification using briquet ashes - Google Patents

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Abstract

A functional media for purifying water using briquette ashes is provided to coat a pore forming material and a functional material on a surface of briquette ashes, thereby improving porosity and specific surface area. A functional media for purifying water using briquette ashes comprises the following units. Briquette ashes(2) serves as a base material. A pore forming material(4) increases a pore and specific surface area on a surface of the briquette ashes. Poly vinyl alcohol(PVA) serves as a binder to adhere the pore forming material to the surface of the briquette ashes.

Description

연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아 및 그 제조 방법{Functional Media and Manufacture Method for Water Purification Using Briquet Ashes}Functional Media and Manufacturing Method for Water Purification Using Briquette Material {Functional Media and Manufacture Method for Water Purification Using Briquet Ashes}

본 발명은 하천, 호수, 강, 습지, 하폐수의 수질정화를 위한 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하천, 호소, 강, 습지, 하폐수에 포함되어 있는 오염물질 및 영양염류(질소, 인)의 처리가 향상되도록 연탄재 표면에 기공형성물과 기능성 소재조성물을 코팅하여 건조한 후 소성하여 미세 공극율과 비표면적을 증가시킨 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a functional media for water purification using briquettes for water purification of rivers, lakes, rivers, wetlands, and sewage, and a method for producing the same, and more specifically, pollution contained in rivers, lakes, rivers, wetlands, and sewage. Functional media for water purification using briquettes with increased porosity and specific surface area by coating pore formations and functional material compositions on the surface of the briquettes to improve the treatment of substances and nutrients (nitrogen, phosphorus) It is about.

최근 인구증가, 산업발달, 생활수준의 향상에 따라 생활오수, 산업폐수, 가축폐수를 비롯한 각종 유기성폐수 등의 배출량이 급속히 증가하여 이로 인한 강, 하천, 호수, 바다 등의 수질오염이 심각한 지경에 이르고 있다. 그 중에서도 질소(N)와 인(P)과 같은 영양염류가 자연계의 수중생태계에 과다하게 배출될 경우 부영양화(eutrophication)가 초래되어 조류(algae)의 증식에 의한 수질오염을 가중시킨 다. 이러게 오염된 강, 하천, 호소를 상수원으로 사용할 경우 상수의 맛과 냄새를 유발하여 상수원으로 부적합하게 만들뿐 만 아니라 수중의 용존산소가 감소시켜 하천의 자정작용(self-purification)에 악영향을 미치므로 어류와 같은 수중생물의 시식조차도 위태롭게 한다.With the recent increase in population, industrial development, and improvement of living standards, emissions of living wastewater, industrial wastewater, livestock wastewater, and various organic wastewaters have increased rapidly, resulting in severe water pollution of rivers, rivers, lakes, seas, etc. Is coming. Among them, when nutrients such as nitrogen (N) and phosphorus (P) are excessively discharged into the natural aquatic ecosystem, eutrophication is caused, which increases water pollution by the growth of algae. Using such polluted rivers, rivers and lakes as a source of water not only makes the water taste and smell unsuitable as a source of water, but also reduces the dissolved oxygen in the water, adversely affecting the self-purification of the river. As a result, even tasting of aquatic organisms such as fish is endangered.

공공 수역(하천, 호수, 강, 바다 등)에 유입되는 수질오염물질의 발생원은 크게 점오염원(point pollution source)과 비점오염원(nonpoint pollution source)으로 구분할 수 있다. Sources of water pollutants entering public waters (rivers, lakes, rivers, seas, etc.) can be largely classified into point pollution sources and nonpoint pollution sources.

점 오염원은 주로 가정 하수와 공장폐수로 구성되며, 비교적 일정한 지점에서 일정한 양이 지속적으로 발생되어 강우시나 비강우시 배출량에 큰 변동이 없는 특성을 가진다. The point pollutant is mainly composed of household sewage and factory wastewater, and a certain amount is continuously generated at a relatively constant point, so that there is no big change in discharge during rain or rain.

정부에서는 오수 및 하폐수처리장에서 물리화학적방법 및 생물학적 방법을 동원하여 수처리를 거친 후 청정한 처리수를 방류시키도록 규제하고 있다. 최근에는 각종 하폐수처리에서 녹조 및 적조의 원인물질로 알려진 질소 및 인의 배출기준이 강화되어 더욱 엄격해져 가고 있는 실정이다. The government regulates the discharge of clean treated water after physicochemical and biological methods at sewage and sewage treatment plants. Recently, the emission standards of nitrogen and phosphorus, which are known as causes of green algae and red tide, have been tightened in various wastewater treatments.

현재 하ㆍ폐수 고도처리시 많이 이용되는 생물학적 처리공정은 혐기성조와 호기성조를 직렬로 조합함으로써 질소와 인이 동시에 제거될 수 있는 처리공정이 확립되어 있기는 하나, 운전인자의 확립이 어렵고, 질소 및 인 제거 미생물의 생육 조건이 상반되므로 각각에 의해 분리된 반응조 및 반응기작이 필요하게 되어 시설비와 유지비가 많이 든다는 단점을 갖고 있다. 또한 우기시에는 하폐수내의 용존산소가 높아지면 혐기조에서 인 방출이 어려워지고, 유기물에 대응한 반응조 내의 미생물 농도 조정에 대해서도 고도의 기술을 요하고 있어 운전에 어려움을 겪고 있다. Currently, biological treatment processes that are widely used in advanced sewage and wastewater treatment have been established in which anaerobic and aerobic tanks are combined in series to remove nitrogen and phosphorus simultaneously, but it is difficult to establish operating factors. Since the growth conditions of the phosphorus-removing microorganisms are opposite, it is necessary to separate the reaction tank and the reactor operation by each, which has the disadvantage of high facility and maintenance costs. In addition, during the rainy season, when the dissolved oxygen in the sewage water becomes high, phosphorus emission from the anaerobic tank becomes difficult, and it is difficult to operate because it requires advanced technology for the adjustment of the concentration of microorganisms in the reaction tank corresponding to organic matter.

비점오염원은 주로 강우시 지표면 유출수와 함께 유출되거나 직접 수계에 유입되는 오염물질로서 농지에 살포된 비료나 농약, 토양침식물, 축사유출물, 교통오염물질, 도시지역의 먼지와 쓰레기, 자연동·식물의 잔여물, 지표면에 떨어진 대기오염물질 등이 공공수역으로 유입된다. Nonpoint source is mainly pollutant that flows out with the surface runoff during rainfall or directly enters the water, and fertilizers, pesticides, soil erosions, barn spills, traffic pollutants, urban dust and garbage, natural dong · Plant residues and air pollutants that fall to the surface are introduced into public waters.

우리나라 환경관리가 완전하고 오염원에 대하여 철저하게 관리 되고 있다고는 하나 아직도 비점오염원 현황 은 일부에서?환경관리가 미흡한 실정이다. Although Korea's environmental management is complete and the source of pollution is thoroughly managed, the status of non-point source is still inadequate.

또한, 총 배출부하량(BOD기준)으로는 비점오염원이 44.5%에 이르는 것으로 추정되어, 비점오염원이 수질오염에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났는데, 4대 수계에 속하는 금강, 낙동강, 영산강 수계도 이와 비슷한 양상을 보일 것으로 추정된다. 따라서 규제기준이 설정되어 있는 점오염원들에 대한 규제가 계속 강화되고 환경기초시설들이 확충됨에 따라 비점오염원이 수질에 미치는 영향력의 비중이 점차 증가하고 있다.In addition, the total discharge load (based on BOD) is estimated to reach 44.5% of nonpoint sources, indicating that nonpoint sources have a significant effect on water pollution. The watersheds in the four major water systems are similar to the Geum, Nakdong, and Youngsan rivers. It is expected to show a pattern. Therefore, as the regulations on point sources with regulatory standards have been strengthened and environmental foundations are expanded, the influence of nonpoint sources on water quality is gradually increasing.

상기에 기술한 여러 가지 문제점으로 인하여 최근에 질소는 생물학적 처리를 하고, 인의 경우에는 흡착제를 사용한 화학적 처리를 하여 각각에 대한 독립된 공정을 결합하는 방법이 상용되고 있다. Recently, due to various problems described above, nitrogen is biologically treated, and in the case of phosphorus, chemical treatment using an adsorbent has been commonly used to combine independent processes for each.

최근 오염을 줄이기 위한 대책으로 도시지역의 노면배수는 저류조(貯留槽)를 설치하여 초기에 내린 비로 인해 발생한 오염물질을 침전시킨 후 방류하도록 하고, 농경지에서 배출되는 비료·농약성분이 다량 함유된 농업배수는 공공수역(하천, 강, 호수, 바다)으로 직접 유입되지 않도록 저류조, 습지정화시설, 수초대(水草帶) 등을 조성하고 있다. 그러나 상기 조성된 시설에 식재된 수생식물에 의해 오염물질과 영양염류를 제거하는데는 한계가 있다. As a countermeasure to reduce pollution recently, road drainage in urban areas should be equipped with a storage tank to settle and discharge pollutants caused by the initial rains, and agriculture containing a large amount of fertilizers and pesticides discharged from agricultural land. Drainage is being made to create reservoirs, wetland purification facilities and water plants to prevent direct drainage into public waters (rivers, rivers, lakes, and seas). However, there is a limit in removing contaminants and nutrients by aquatic plants planted in the facility.

본 발명은 이상의 종래 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 본 발명은 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아(media)를 제조하여 그 구조적으로 폐색(clogging)의 염려가 적고 기능적 측면에서는 하천수, 호소, 강, 하폐수에 포함된 오염물질 및 영양염류(질소, 인)를 처리할 수 있도록 하여 수질정화기능을 극대화하도록 하는데 있다. 따라서 본 발명은 연탄재에 기공형성물과 기능성 소재조성물을 순차적으로 코팅하고 건조한 후 소성가공하여 수질정화용 기능성 메디아의 공극율과 비표면적을 증가시켜 오염물질 및 영양염류(질소, 인)를 여과ㆍ흡착처리 하는 기능을 가지는 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아 및 그 방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above conventional problems, the present invention is to produce a functional media (media) for water purification using briquettes, structurally less of the clogging (clogging) and functional aspects in river water, lakes, rivers, sewage water It is to maximize the water purification function by being able to process the contained pollutants and nutrients (nitrogen, phosphorus). Therefore, the present invention sequentially coated the briquettes and the functional material composition on briquettes, dried and calcined to increase the porosity and specific surface area of the functional media for water purification to filter and adsorb contaminants and nutrients (nitrogen, phosphorus). It is to provide a functional media for water purification using a briquette having a function to and a method thereof.

본 발명은 기공형성물인 활성탄(A.C; Activated Carbon)과 결합제수용액(3wt% PVA)을 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합하여 기공형성물결합제조성액을 조제한다. 기능성 소재조성물을 [표 1]에 제시한 바와 같이 산화칼슘(CaO), 산화제2철(Fe2O3), 알루미나(Al2O3), 지르코늄옥사이드(ZrO2), 산화마크네슘(MgO)을 일정비율로 혼합하여 총 중량을 100wt%으로 하고, 상기 기능성 소재조성물과 물(H2O)을 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합하여 기능성 소재조성물혼합액을 조제한다. In the present invention, a pore-forming activated carbon (AC) and a binder aqueous solution (3 wt% PVA) are mixed in a weight ratio of 1: 3 to 1: 5 to prepare a pore-forming binder preparation liquid. Functional material composition as shown in [Table 1] calcium oxide (CaO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), magnesium oxide (MgO) To a total ratio of 100wt% by mixing a predetermined ratio, and a functional material composition mixture is prepared by mixing the functional material composition and water (H 2 O) in a weight ratio of 1: 3 to 1: 5.

상기 연탄재 표면에 상기 기공형성물결합조성액을 코팅하여 대기상에서 건조하고, 그 다음에 상기 기능성 소재조성물혼합액을 코팅하여 건조시킨 후 700～1,200℃에서 2시간 동안 열처리하여 소성한 다음 상온까지 서냉하여 제조한 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아를 제공함으로써 위와 같은 본 발명의 과제를 해결하고자 한다.After coating the pore-forming compound composition on the surface of the briquettes and dried in the air, and then coated and dried the functional material composition mixture, and heat-treated at 700 ~ 1,200 ℃ for 2 hours and then fired to room temperature By providing a functional media for water purification using a briquette material to solve the problems of the present invention as described above.

[표 1]TABLE 1

성 분ingredient CaOCaO Fe2O3 Fe 2 O 3 Al2O3 Al 2 O 3 ZrO2 ZrO 2 MgOMgO 합계Sum 함량(wt%)Content (wt%) 60～7060-70 10～2010 to 20 10～2010 to 20 1～31 to 3 1～31 to 3 100100

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아는 기공형성물과 기능성 소재조성물을 연탄재 표면에 코팅하여 건조한 후 소성가공하므로써 수절정화용 기능성 메디아의 공극율과 비표면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 하천수, 강, 호소수 및 하폐수에 포함된 오염물질, 중금속 및 영양염류를 흡착처리하므로 수질을 효과적으로 정화처리할 수 있을 뿐만 아니라 수처리미생물의 부착 공간을 제공하여 유기물질을 산화분해처리하는 미생물에 의한 접촉수질정화효과를 얻을 수 있다. As described above, the functional media for water purification using the briquettes according to the present invention may increase the porosity and specific surface area of the functional media for water purification by coating the pore forming material and the functional material composition on the surface of the briquettes and drying the plastic. Accordingly, by adsorbing contaminants, heavy metals and nutrients contained in river water, river water, lake water and waste water, the water quality can be effectively purified and microbial oxidatively decomposes organic materials by providing an attachment space for microorganisms. The contact water purification effect can be obtained.

또한, 하천과 호수의 호안에 적용할 경우에 수질정화용 기능성 메디아 표면에 부착조류가 형성되어 수서생물들의 먹이원으로 활용되고 먹이피라미드의 하부계층이 풍부해져 어류생태계가 안정화, 다양화될 수 있다. In addition, when applied to the shores of rivers and lakes, attached algae are formed on the surface of the functional media for water purification, which is used as a food source for aquatic organisms, and the lower layer of the food pyramid is enriched, thereby stabilizing and diversifying the fish ecosystem.

또한, 버려진 폐자원인 연탄재를 재활용하므로 환경보전효과를 기대할 수 있다. In addition, the environmental protection effect can be expected by recycling the coal briquettes, which are discarded waste resources.

본 발명에서 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아를 활용하여 하천수, 강, 호소수, 습지 및 하폐수에 포함된 오염물질, 중금속 및 영양염류를 효과적으로 처리할 수 있도록 한 연탄재를 이용한 수질정화를 위한 기능성 메디아 및 그 제조방법은 다음과 같다. Functional media for water purification using briquettes to effectively treat pollutants, heavy metals and nutrients contained in river water, rivers, lakes, wetlands and sewage water by utilizing functional media for water purification using briquettes in the present invention The manufacturing method is as follows.

본 발명은 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아(1)의 내부 핵(core)을 이루는 모재(raw material)인 연탄재(2)와; 상기 연탄재(2) 표면에 미세공극과 비표면적을 증가시키기 위한 기공형성물(4)과; 상기 기공형성물(4)을 상기 연탄재 표면에 부착하기 위한 결합제(binder)(3)와; 상기 결합제(3)와 물을 혼합하여 제조한 결합제수용액과; 상기 기공형성물(4)과 상기 결합제수용액을 혼합하여 조제한 기공형성물결합제조성액과; 상기 연탄재 표면에 오염물질을 여과ㆍ흡착 처리하기 위해 코팅한 기능성 소재조성물(5)과: 상기 기능성 소재조성물(5)과 물을 혼합하여 조제한 기능성 소재조성물혼합액;을 구성하는 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아에 있어서, 상기 기능성 소재조성물은 산화칼슘(CaO), 산화제2철(Fe2O3), 알루미나(Al2O3), 지르코늄옥사이드(ZrO2), 산화마그네슘(MgO)을 일정비율로 혼합되어 섞인 것을 특징으로 하고, 상기 연탄재(2)의 표면에 상기 기공형성물(4)과 기능성 소재조성물(5)을 순차적으로 코팅하여 건조시킨 후 열처리하여 소성한 다음 상온까지 서냉하여 제조한 것을 특징으로 한다. The present invention provides a briquette (2) which is a raw material that forms an inner core of the functional media (1) for water purification using briquettes; A pore formation (4) for increasing micropores and specific surface area on the surface of the briquette material (2); A binder (3) for attaching the pore formation (4) to the briquette surface; Binder aqueous solution prepared by mixing the binder (3) and water; A pore-form binder preparation liquid prepared by mixing the pore-form (4) and the binder aqueous solution; Functional material composition (5) coated for filtering and adsorption treatment of contaminants on the surface of the briquettes: a functional material composition mixture prepared by mixing the functional material composition (5) and water; In the media, the functional material composition is mixed with calcium oxide (CaO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), magnesium oxide (MgO) in a certain ratio. It is characterized in that the mixture, the pore formation (4) and the functional material composition (5) is sequentially coated on the surface of the briquette (2), dried, heat treated and calcined, then produced by slow cooling to room temperature It is done.

이하에서는 본 발명에 따른 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아에 대한 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the functional media for water purification using briquettes according to the present invention will be described in more detail.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 단면도이고, 도2는 본 발명의 실시 예에 따른 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 소재조성물 코팅 전ㆍ후의 인(P)제거율을 비교하기 위한 그래표이며, 도3은 본 발명의 실시 예에 따른 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 소재조성물 코팅 전ㆍ후의 오염물질(DOC) 제거율을 비교하기 위하여 도시한 그래표이다.1 is a cross-sectional view of a functional media for water purification using briquettes according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a phosphorus (P) removal rate before and after coating the material composition of the functional media for water purification using a briquette according to an embodiment of the present invention Figure 3 is a graph for comparing, Figure 3 is a graph showing to compare the removal rate of contaminants (DOC) before and after coating the material composition of the functional media for water purification using the briquette according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아(1)는 모재인 연탄재(2), 결합제(3), 기공형성물(4), 기능성 소재조성물(5)으로 구성된다.As shown in Figure 1, the functional media for water purification using the briquette of the present invention (1) is composed of a briquette (2), a binder (3), a pore formation (4), a functional material composition (5) as a base material. .

상기 모재인 연탄재(2)는 각 가정에서 사용하고 버려진 폐연탄재로 이루어져 상기 수질정화용 기능성 메디아의 내부 핵(core)을 구성하는 역할을 하게 된다.The briquette 2, which is the base material, is made of waste coal briquettes used and discarded in each household, and serves to constitute an inner core of the functional media for water purification.

본 발명에 따르면, 상기 연탄재(2)는 폐연탄재의 소재로 구성되어 있으나, 이에 한정하지 않고 모래, 자갈, 호박돌, 잡석, 플라스틱 재질, 흙과 같이 핵(core)을 구성하는 재질을 사용할 수도 있다. According to the present invention, the briquette 2 is composed of a material of waste coal briquettes, but is not limited thereto, and may also use a material constituting a core such as sand, gravel, amber, rubble, plastic, and soil. .

상기 기공형성물(4)은 탄화물로 구성된 활성탄으로 고온에서 소성시 탄소성분은 회화되어 무기물형태로 남고, 이때 다공성의 기공(공극)이 형성되는 역할을 한다.The pore formation 4 is activated carbon composed of carbides, and when calcined at a high temperature, the carbon component is sintered to remain in the form of an inorganic material.

본 발명에 따르면, 상기 기공형성물(4)은 탄화물의 활성탄 소재로 구성되어 있으나, 이에 한정하지 않고 하수슬러지, 목재, 플라스틱 재질, 약품(NaOH, Ca화합물 등)과 같은 소재로 연소 후 다공성 공극을 형성할 수 있는 소재의 구성물로 사용할 수도 있다.According to the present invention, the pore forming material 4 is composed of an activated carbon material of carbide, but not limited thereto. Porous porosity after combustion with a material such as sewage sludge, wood, plastic material, chemicals (NaOH, Ca compound, etc.). It can also be used as a composition of the material capable of forming a.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 기공형성물(4)인 활성탄은 5 내지 150Å 크기의 많은 미세기공이 형성된 단위 질량당 비표면적(500 내지 1,500m2/g)이 큰 입자상의 활성탄으로 8 내지 30mesh 크기를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, the activated carbon as the pore formation 4 is a granular activated carbon having a large specific surface area (500 to 1500 m 2 / g) per unit mass in which many micropores having a size of 5 to 150 mm 3 are formed. It is preferable to use size.

상기 결합제(3)는 폴리비닐알콜(PVA; Poly Vinyl Alcohol)의 합성수용성고분자물질로 상기 기공형성물(4)을 상기 연탄재(2) 표면에 코팅시 부착시키는 역할을 한다. 상기 연탄재(2)에 코팅되어 부착된 결합제(3)인 폴리비닐알콜은 건조 소성과정을 거치면서 고화 및 융착됨으로써 이산화탄소(CO2)와 수증기(H2O)로 날아간다. 또한, 폴리비닐알콜과 같은 고분자 물질은 그 자체에 다공성 막을 형성할 수 있는 특징을 가지므로 개질제로서의 기능도 동시에 수행한다.The binder (3) is a synthetic water-soluble polymer of polyvinyl alcohol (PVA) and serves to attach the pore-form (4) on the surface of the briquette (2). The polyvinyl alcohol, which is a binder 3 coated and attached to the briquette 2, is solidified and fused while undergoing a dry firing process, and thus is blown into carbon dioxide (CO 2 ) and water vapor (H 2 O). In addition, the polymer material such as polyvinyl alcohol has a feature that can form a porous membrane on its own, and at the same time also functions as a modifier.

본 발명에 따르면, 상기 결합제(3)는 물과 혼합하여 2 내지 5wt%농도의 결합수용액을 조제하여 사용하는 것이 바람직하며, 그 이상이 되면 결합수용액의 점도가 높아 취급이 용이하지 못하고, 경제성 측면에서도 비용 상승하므로 바람직하지 못하다.According to the present invention, the binder (3) is preferably mixed with water to prepare a combined aqueous solution of 2 to 5wt% concentration, if more than that the viscosity of the combined aqueous solution is not easy to handle, economical aspects The cost rises at, so it is not desirable.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 결합제(3)는 폴리비닐알콜(PVA)을 사용하였으나, 이에 한정하지 않고 키토산, 셀롤로오스, 녹말과 같은 천연고분자물질과 폴리에틸렌옥사이드와 같은 합성수용성고분자물질을 사용할 수도 있다. In addition, according to the present invention, the binder (3) used polyvinyl alcohol (PVA), but is not limited to such natural polymer materials such as chitosan, cellulose, starch and synthetic water-soluble polymer materials such as polyethylene oxide. It may be.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 기공형성물(4)과 상기 결합수용액은 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합하고 10 내지 20분 동안 교반하여 슬러리상 기공형성물결조성액 조제 하여 사용하는 것이 바람직하며, 그 이상이 되면 농도가 묽어 코팅시 코팅두께가 얇고 많은 시간이 소요되고, 그 이하가 되면 기공형성물결합제조성액의 점도가 높아 취급하기 불편하다.In addition, according to the present invention, it is preferable to use the pore-form (4) and the binding aqueous solution by mixing in a weight ratio of 1: 3 to 1: 5 and stirring for 10 to 20 minutes to prepare a slurry-like pore-forming substance composition. And, if the concentration is thinner, the coating thickness is thin when coating, and it takes a lot of time, and when it is less than that, the viscosity of the pore-forming binder preparation liquid is high, which is inconvenient to handle.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 기공형성물(4)의 코팅 두께는 상기 연탄재 표면에 0.1 내지 1mm두께가 되도록 코팅하는 것이 바람직하다. 그 이상이 되면 소성시 상기 소재조성물이 탈각되어 기능이 떨어질 수 있다. In addition, according to the present invention, it is preferable that the coating thickness of the pore-forming material 4 is coated on the surface of the briquette material so as to have a thickness of 0.1 to 1 mm. If more than that, the material composition during firing may be shelled off, thereby degrading its function.

상기 기능성 소재조성물(5)은 산화칼슘(CaO) 60～70wt%, 산화제2철(Fe2O3) 10～20wt%, 알루미나(Al2O3) 10～20wt%, 지르코늄옥사이드(ZrO2) 1～3wt%, 산화마그네슘(MgO) 1～3wt%이 일정 비율로 혼합되어 총 중량이 100wt%으로 구성되는 기능성 소재로 이루어져 상기 연탄재(2)의 표면에 코팅시 공극과 비표면적을 증가시켜 하천수, 호소수 및 하폐수에 포함된 오염물질, 중금속 및 영양염류를 처리하는 역할을 한다.The functional material composition 5 is calcium oxide (CaO) 60-70wt%, ferric oxide (Fe 2 O 3 ) 10-20wt%, alumina (Al 2 O 3 ) 10-20wt%, zirconium oxide (ZrO 2 ) 1 ~ 3wt%, MgO (MgO) 1 ~ 3wt% is mixed in a certain ratio, and consists of functional material composed of 100wt% of total weight, and increases the void and specific surface area when coating the surface of the briquettes (2) It treats pollutants, heavy metals and nutrients contained in water, lake and sewage.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 기능성 소재조성물(5)과 물을 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합하고 20 내지 30분 동안 교반하여 슬러리상 소재조성물혼합액을 조제하여 사용하는 것이 바람직하며, 그 이상이 되면 용해도는 높으나 농도가 묽으며, 그 이하가 되면 소재조성물입자가 용해되지 않아 불용성상태로 남아 있을 뿐만 아니라 점도가 높아 취급하기가 불편하다.Further, according to the present invention, the functional material composition 5 and water are mixed at a weight ratio of 1: 3 to 1: 5 and stirred for 20 to 30 minutes to prepare a slurry-like material composition mixture, If it is higher than that, the solubility is high but the concentration is low. If it is less than that, the material composition particles are not dissolved and remain insoluble, and the viscosity is high, making it difficult to handle.

상기 기능성 소재조성물(5) 중 산화칼슘(CaO), 산화제2철(Fe2O3), 알루미나(Al2O3), 지르코늄옥사이드(ZrO2), 산화마그네슘(MgO) 성분들은 원자가 +2가 또는 +3가인 금 속성분이 포함된 소재로 수중에서 수화반응하여 금속수산화물인 수산화칼슘[Ca(OH)2], 수산화알루미늄[Al(OH)3], 수산화철[Fe(OH)2], 수산화마그네슘[Mg(OH)2]을 생성된다. 상기 금속수산화물은 수중에서 다시 칼슘(Ca), 철(Fe), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg)과 같은 금속이온과 수산화이온(OH-)으로 해리되는 과정을 반복하게 된다. 상기 금속이온은 하천수, 호소수, 하폐수 내의 포함된 인산염(PO4 3 -)과 접촉하여 불용성 인산화합물 형태로 처리된다. 상기 금속이온과 수중의 인(P)에 의한 반응식은 하기 식(1) 내지 식(4)와 같다.Calcium oxide (CaO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), magnesium oxide (MgO) components of the functional material composition (5) has a valence + Or hydride in water with a gold trivalent hydrate, which is a metal hydroxide [Ca (OH) 2 ], aluminum hydroxide [Al (OH) 3 ], iron hydroxide [Fe (OH) 2 ], magnesium hydroxide [ Mg (OH) 2 ] is produced. The metal hydroxide is again calcium (Ca), iron (Fe), aluminum (Al), zirconium (Zr), magnesium metal ion and a hydroxide ion (OH -), such as (Mg) among will repeat the process to be dissociated into . The metal ion is treated in the form of an insoluble phosphate compound by contact with phosphate (PO 4 3 − ) contained in river water, lake water, and waste water. Reaction formula by the said metal ion and phosphorus (P) in water is as following formula (1)-formula (4).

5Ca2 + + 3PO4 3 - + OH- → Ca5(PO4)3OH ↓ ------- 식(1) 5Ca 2 + + 3PO 4 3 - + OH - → Ca 5 (PO 4) 3 OH ↓ ------- formula (1)

Al3 + + PO4 3 - → AlPO4 ↓ ------- 식(2) Al 3 + + PO 4 3 - → AlPO 4 ↓ ------- Formula (2)

Fe3 + + PO4 3 - → FePO4 ↓ ------- 식(3) Fe 3 + + PO 4 3 - → FePO 4 ↓ ------- Formula (3)

Zr3 + + PO4 3 - → ZrPO4 ↓ ------- 식(4) Zr 3 + + PO 4 3 - → ZrPO 4 ↓ ------- Formula (4)

상기 식(1) 반응식에서 생성된 수산화아파타이트(Ca5(PO4)3OH)는 단백질계 유기물, 중금속의 흡착능력이 우수하다.Apatite hydroxide (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH) produced in the reaction formula (1) is excellent in the adsorption capacity of protein-based organic material, heavy metals.

상기 제조된 연탄재(2)를 이용한 수질정화용 기능성 메디아(1)를 하천과 호수의 호안에 적용할 경우에 메디아 표면에 부착조류가 형성되어 수서생물들의 먹이원를 제 공하는 매개체로 활용되고, 먹이피라미드의 하부계층이 풍부해져 어류생태계가 안정화, 다양화될 수 있을 뿐만 아니라 메디아의 밑과 공극에는 하루살이류 등의 초식성 수서곤충이 서식하는 서식처를 제공한다. 또한, 상기 메디아(1)를 형틀(철망, 게비언, 목틀, 플라스틱)에 충진하여 하천, 호소 및 습지 호안에 거석쌓기를 함으로써 수심과 유속이 다양하게 되어 생태적수질정화 효과는 물론 생물상이 다양해지는 효과를 갖는다. When the functional media (1) for water purification using the manufactured briquettes (2) is applied to lakes and lakes, the attached algae are formed on the surface of the media to provide a food source for aquatic organisms. Its richer substratum allows for a more stable and diversified fish ecosystem, as well as a habitat for herbivorous aquatic insects, including perennials, under the media and voids. In addition, by filling the media (1) in the mold (wire mesh, Gabion, wooden frame, plastic) to accumulate in the rivers, lakes and wetlands lakes, the depth and flow rate is varied, the ecological water purification effect, as well as the biological variety Has an effect.

또한, 하천과 호수의 호안에 적용할 경우에 수질정화용 기능성 메디아 표면에 부착조류가 형성되어 수서생물들의 먹이원으로 활용되고 먹이피라미드의 하부계층이 풍부해져 어류생태계가 안정화, 다양화될 수 있다. In addition, when applied to the shores of rivers and lakes, attached algae are formed on the surface of the functional media for water purification, which is used as a food source for aquatic organisms, and the lower layer of the food pyramid is enriched, thereby stabilizing and diversifying the fish ecosystem.

본 발명의 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아(1)의 제조 방법은, 상기 연탄재 표면에 상기 기공형성물(4)과 상기 결합제수용액을 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합한기공형성물결합제조성액을 코팅하여 대기상에서 3시간 동안 건조한다. 상기 기공형성물결합제조성액을 코팅한 후 건조된 메디아의 표면에 상기 기능성 소재조성물혼합액을 코팅하여 대기상에서 3시간 동안 건조시킨 후 로(furnace)에 투입하여 약 700 내지 1,200℃로 1 내지 3시간 동안 소성가공시켜 제조한다. In the method for producing a functional media for water purification using the briquette of the present invention, the pore-form binder in which the pore-form (4) and the binder aqueous solution are mixed in a weight ratio of 1: 3 to 1: 5 on the surface of the briquette. The composition is coated and dried in air for 3 hours. After coating the pore-forming binder preparation liquid, the functional material composition mixture was coated on the surface of the dried media and dried in the air for 3 hours, and then put into a furnace for about 1 hour to 3 hours at about 700 to 1,200 ° C. It is manufactured by plastic working.

본 발명의 연탄재를 이용한 수질정화를 위한 기능성 메디아(1)의 세부 제조방법은 다음과 같다.Detailed manufacturing method of the functional media (1) for water purification using the briquette material of the present invention is as follows.

수질정화용 기능성 메디아의 내부 핵(Core)을 이루는 모재인 연탄재를 선정하는 단계; Selecting a briquette which is a base material forming an internal core of the functional media for water purification;

상기 연탄재의 표면에 미세 기공을 형성시키기 위해 기공형성물(4)을 선정하는 단 계;Selecting pore formations (4) to form fine pores on the surface of the briquettes;

상기 연탄재 표면에 상기 기공형성물을 부착하기 위해 결합제인 폴리비닐알콜(PVA)과 물을 혼합하여 결합제수용액(3wt% PVA)을 제조하는 단계; Preparing a binder aqueous solution (3 wt% PVA) by mixing polyvinyl alcohol (PVA), which is a binder, and water to attach the pore-form to the briquette surface;

상기 기공형성물(4)과 상기 결합제수용액을 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합하여 슬러리상 기공형성물 결합제조성액을 제조하는 단계; Mixing the pore-form (4) and the binder aqueous solution in a weight ratio of 1: 3 to 1: 5 to prepare a slurry-like pore-form binder preparation solution;

상기 기능성 소재조성물(5)인 산화칼슘(CaO), 산화제2철(Fe2O3), 알루미나(Al2O3), 지르코늄옥사이드(ZrO2), 산화마그네슘(MgO)을 일정량을 취하여 총 중량이 100wt%가 되도록 혼합하는 단계;The total weight of the functional material composition (5) by taking a certain amount of calcium oxide (CaO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), magnesium oxide (MgO) Mixing to 100 wt%;

상기 기능성 소재조성물(5)과 물을 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합하고 20 내지 30분 동안 교반하여 슬러리상의 기능성 소재조성물혼합액을 제조는 단계; Mixing the functional material composition 5 with water in a weight ratio of 1: 3 to 1: 5 and stirring for 20 to 30 minutes to prepare a slurry-like functional material composition mixture;

상기 연탄재(2)의 표면에 상기 기공형성물결합제조성액을 코팅하여 대기상에서 3시간 동안 건조하고, 그 다음에 상기 기능성 소재조성물조성액을 코팅하여 대기상에서 3시간 동안 건조하는 단계;Coating the pore-forming binder composition on the surface of the briquette material (2) and drying for 3 hours in the air, and then coating the functional material composition for drying for 3 hours in the air;

상기 코팅하여 건조된 연탄재를 노(furnace; 화로, 전기로)에 투입하여 700 내지 1,200℃에서 2시간 동안 열처리하여 소성가공하는 가공단계;A processing step of subjecting the coated and dried briquettes to a furnace (furnace; electric furnace) and heat-processing at 700 to 1,200 ° C. for 2 hours for plastic processing;

상기 소성가공 후 서서히 서냉하는 단계;를 포함하는 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 제조방법을 제공한다. It provides a method of producing a functional media for water purification using a briquette material, including; slowly cooling slowly after the plastic working.

본 발명에 따르면, 소성가공은 승온속도를 1분에 5℃씩 오를 수 있도록 조절하면서 1,050℃까지 가열한 다음 1,050±50℃ 범위내에서 2시간 동안 열처리를 시행한 후 상온까지 감온속도를 1분에 3℃씩 하여 서냉하는 것이 바람직하다. According to the present invention, the plastic working is heated to 1,050 ℃ while adjusting the temperature increase rate by 5 ℃ per minute and then subjected to heat treatment for 2 hours in the range of 1,050 ± 50 ℃ 1 minute It is preferable to cool slowly by 3 degreeC each.

본 발명에 따르면, 상기 소성온도가 600℃이상이 되면 탄화물로 구성된 상기 기공형성물은 연소되어 무기물의 재(ash)만 남아서 회백색의 다공성을 형태를 띤다. According to the present invention, when the firing temperature is 600 ° C or higher, the pore-form formed of carbide is burned to form an off-white porosity, leaving only ash of the inorganic material.

본 발명에 따르면, 상기 기능성 소재조성물인 산화칼슘은 상기 소성온도 및 소성시간 조건에서 백색의 다공성을 형태를 띤다. 하지만 1,100℃를 초과하여 장시간 가열하게 되면 산화칼슘의 용융이 일어나게 되어 다공성 물질에서 딱딱한 백색의 결정성 물질이 되므로 오히려 비표면적이 감소하고 비중이 크게 상승하게 되어 흡착제로서의 기능이 떨어진다. According to the present invention, the functional material composition calcium oxide has a white porosity at the firing temperature and firing time conditions. However, when heated for more than 1,100 ℃ for a long time, the melting of calcium occurs, which becomes a hard white crystalline material in the porous material, rather the specific surface area is reduced and the specific gravity is increased significantly, so the function as an adsorbent is poor.

상기와 같은 방법으로 제조된 연탄재(2)를 이용한 수질정화용 기능성 메디아(1)는 고열에서 소성한 수질정화용 기능성 메디아로 흡수성 강하고, 그 일부는 수용성이다. 또한, 상기 메디아는 미세한 다공성의 소성체로 공극이 발달되고, 강도를 가지고 있어 외부의 물리적 적용에 대해 잘 부서지지 않고 흡착제로 적합하다. The water purification functional media 1 using the briquette material 2 produced by the above-described method is a water-repellent functional media that is calcined at high heat, and a part thereof is water-soluble. In addition, the media is a fine porous plastic body, the pores are developed, has a strength that is suitable for adsorbent without breaking well for external physical applications.

상기와 같이 제조된 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아(1)는 사용처와 사용용도에 따라 다양한 크기와 형태로 가공하여 다양한 용기(원형, 사각형, 타원형, 원통형, 다공형)에 넣어 수질정화용으로 사용할 수 있다. Functional media for water purification using the briquettes manufactured as described above can be processed into various sizes and shapes according to the intended use and use, and put into various containers (round, square, oval, cylindrical, porous) for use in water purification. have.

<실시 예 1><Example 1>

본 발명에서는 기공형성물인 활성탄과 결합제수용액(3wt% PVA)을 1:3의 중량비로 혼합하여 기공형성물결합제조성액을 조제한다. 기능성 소재조성물을 [표 1]에 제시 한 바와 같이 산화칼슘(CaO), 산화제2철(Fe2O3), 알루미나(Al2O3), 지르코늄옥사이드(ZrO2), 산화마그네슘(MgO)을 일정비율로 혼합하여 총 중량을 100wt%으로 하여 물을 1:3의 중량비로 혼합하여 기능성소재조성물혼합액을 제조한다. 연탄재의 표면에 상기 기공형성물결합제조성액을 코팅하여 대기상에서 3시간 동안 건조한다. 그 다음에 상기 기능성소재조성물혼합액을 코팅하여 대기상에서 3시간 동안 건조시킨 후 1,050℃에서 2시간 동안 열처리하여 소성한 다음 상온까지 서냉하여 수질정화용 기능성 메디아를 제조하였다. In the present invention, the pore-forming binder preparation solution is prepared by mixing a pore-forming activated carbon and a binder aqueous solution (3 wt% PVA) in a weight ratio of 1: 3. As shown in [Table 1], the functional material composition includes calcium oxide (CaO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and magnesium oxide (MgO). The mixture is mixed at a constant ratio to make the total weight 100wt%, and water is mixed at a weight ratio of 1: 3 to prepare a functional material composition mixture. The pore-forming binder composition is coated on the surface of the briquettes and dried for 3 hours in the air. Then, the functional material composition mixture was coated, dried for 3 hours in the air, and then calcined by heat treatment at 1,050 ° C. for 2 hours, and then cooled slowly to room temperature to prepare a functional media for water purification.

[표 1] TABLE 1

구 분division 기능성 소재조성물 혼합비(%)Functional Material Composition Mixing Ratio (%) 산화칼슘 (CaO)Calcium Oxide (CaO) 산화 제2철 (Fe2O3)Ferric oxide (Fe 2 O 3 ) 알루미나 (Al2O3)Alumina (Al 2 O 3 ) 지르코늄옥사이드 (ZrO2)Zirconium Oxide (ZrO 2 ) 산화마그네슘 (MgO)Magnesium Oxide (MgO) 합계Sum 실시예 1Example 1 5050 2525 2020 33 22 100100 실시예 2Example 2 6060 2020 1515 33 22 100100 실시예 3Example 3 7070 1515 1010 33 22 100100 실시예 4Example 4 8080 1010 55 33 22 100100

표2는 연탄재 표면에 코팅된 소재조성물 혼합비에 따른 수질변화를 나타내었다. 실시예 1～4에서 제조된 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 성능을 비교하기 위해 기능성 메디아 50 g를 각각 1 L의 용액(하천수)에 투입한 후 1시간 동안 흡착시킨 다음 용액(하천수)을 채수하여 수질을 분석하였으며, 그 결과를 다음에 제시하였다. Table 2 shows the water quality change according to the mixing ratio of the material composition coated on the briquette surface. In order to compare the performance of functional media for water purification using briquettes prepared in Examples 1 to 4, 50 g of functional media were added to 1 L of solution (river water), and then adsorbed for 1 hour, followed by collecting the solution (river water). The water quality was analyzed and the results are presented below.

[표 2]TABLE 2

구 분division pHpH 전기전도도 (us/cm)Conductivity (us / cm) 탁도 (NTU)Turbidity (NTU) 칼슘경도 (mg/L)Calcium hardness (mg / L) 알칼리도 (mg/L)Alkalinity (mg / L) 하천수River water 7.17.1 210210 1.51.5 4545 4040 실시예 1Example 1 7.57.5 7878 1.81.8 5151 4545 실시예 2Example 2 7.97.9 8585 2.22.2 5454 4848 실시예 3Example 3 8.78.7 9090 2.82.8 6666 5353 실시예 4Example 4 9.49.4 110110 3.53.5 7575 5858

표 1에 제시된 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 4로 제조된 수질정화용 기능성 메디아의 기능성 소재조성물 중 산화칼슘(CaO) 함량이 증가함에 따라 수질인자(pH, 전기전도도, 칼슘경도, 알칼리도)가 점차 증가함을 알 수 있다. As shown in Table 1, the water quality factors (pH, electrical conductivity, calcium hardness, alkalinity) gradually increase as the content of calcium oxide (CaO) increases in the functional material composition of the functional media for water purification prepared in Examples 1 to 4. It can be seen that the increase.

표 3은 소성온도에 따라 제조된 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 물성(공극율, 비표면)을 평가한 것으로, [표 1]에 제시한 바와 같이 실시예 3의 조성으로 제조된 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아와 상기 기능성 소재조성물이 코팅되지 않은 연탄재와 비교하기 위해서 공극율 및 비표면적을 측정하여 그 결과를 제시한 것이다. Table 3 is an evaluation of the physical properties (porosity, specific surface) of the functional media for water purification using the briquettes produced according to the firing temperature, the water quality using the briquettes prepared in the composition of Example 3 as shown in [Table 1] In order to compare the functional media for purification with the briquette material without the functional material composition, porosity and specific surface area were measured and the results are presented.

[표 3] TABLE 3

구 분division 소성온도 (℃)Firing temperature (℃) 공극율 (%)Porosity (%) 비표면적 (m2/g)Specific surface area (m 2 / g) 비 고Remarks 연탄재Briquettes 35.8435.84 4.864.86 코팅 전Before coating 실시예 3Example 3 700700 35.3035.30 6.886.88 코팅 후After coating 800800 40.2540.25 8.128.12 900900 44.5044.50 9.529.52 1,0001,000 50.6050.60 10.9210.92 1,1001,100 52.9752.97 11.8411.84 1,2001,200 52.9552.95 11.8011.80

표 3에 제시된 바와 같이, 공극율과 비표면적은 소성온도가 700℃에서 1,000℃로 높아짐에 따라 증가하였고, 1,100℃이상이 되면 오히려 감소함을 알 수 있었다.As shown in Table 3, the porosity and specific surface area increased as the firing temperature was increased from 700 ° C to 1,000 ° C, and it was found to decrease rather than 1,100 ° C.

표 4는 소성온도(700 내지 1,200℃)에 따른 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 표면에 융착된 기능성 소재조성물의 융착강도를 나타낸 것으로, 융착강도는 기능성 메디아를 유체가 포함된 반응기에 일정량 투입한 후 교반기를 활용하여 교반강도를 주어 융착된 기능성 소재조성물을 탈착시켜 실험전ㆍ후 기능성 메디아의 무게를 측정하였다. 실험방법은 실험전(a)에 50g(건조 중량)의 수질정화용 기능성 메디아를 비이커에 넣어 물을 주입하여 전량을 1L로 조정한 후 교반기를 활용하여 150RPM의 교반강도로 10분간 교반하였다. 상기 기능성 메디아를 채취하여 건조기(dry oven)에서 건조한 다음 무게를 측정(b)하여 실험전(a)과 기능성 메디아의 무게변화(a-b)를 측정하여 비교하였다. Table 4 shows the fusion strength of the functional material composition fused to the surface of the functional media for water purification using briquettes according to the firing temperature (700 to 1,200 ℃), the fusion strength is a certain amount of the functional media into the reactor containing the fluid After using the stirrer to give a stirring strength to decompose the fused functional material composition was measured the weight of the functional media before and after the experiment. In the experimental method, 50 g (dry weight) of functional media for water purification were put in a beaker before the experiment (a) and water was adjusted to 1 L, followed by stirring for 10 minutes with a stirring strength of 150 RPM using a stirrer. The functional media were taken and dried in a dry oven, and then weighed (b) to compare the weight change (a-b) of the functional media before the experiment (a).

[표 4]TABLE 4

구 분division 소성온도 (℃)Firing temperature (℃) 융착강도Welding strength 비 고Remarks 실험전 무게(a)Weight before experiment (a) 실험후 무게(b)Post Test Weight (b) 무게차(a-b)Weight difference (a-b) 실시예 3Example 3 700700 200200 190.52190.52 9.489.48 800800 200200 193.70193.70 6.306.30 900900 200200 195.45195.45 4.554.55 1,0001,000 200200 197.50197.50 2.502.50 1,1001,100 200200 198.45198.45 1.551.55 1,2001,200 200200 198.90198.90 1.101.10

표 4에 제시된 바와 같이, 소성온도에 따라 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 융착강도를 측정한 결과, 소성온도가 높아짐에 따라 융착강도가 강함을 확인할 수 있었다. 융착강도는 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 표면에 융착된 기능성 소재조성물의 부착정도를 나타낸다. As shown in Table 4, as a result of measuring the fusion strength of the functional media for water purification using the briquettes according to the firing temperature, it was confirmed that the fusion strength is stronger as the firing temperature is increased. The welding strength indicates the adhesion degree of the functional material composition fused to the surface of the functional media for water purification using briquette materials.

한편, 상기와 같은 효과를 정량적으로 확인하기 위해서 다음과 같이 실험을 하였다.On the other hand, in order to quantitatively confirm the effect as described above was performed as follows.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 동일 조건하에서 기능성 소재조성물을 모재표면에 코팅한 후 열처리하여 소성한 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아(①)와, 그렇지 않은 메디아(②)의 각각을 유체(물)의 흐름이 있는 반응장치에 투입하여 수질정화정도를 측정하였고, 그 실험 결과는 도 2와 도 3에 도시되어 있다. 도 2와 도3에서는 유입수의 수질정화처리 전ㆍ후 인(phosphate)과 용존유기물(DOC; Dissolved Organic Carbon)의 비율과 접촉시간과의 상관관계를 나타내었다. 먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아(①)의 인(P)제거효율이 그렇지 않은 메디아(②)에 비해 우수하다는 것을 알 수 있다. 도3에서는 유입수의 수질정화처리 전ㆍ후 용존유기물(DOC; Dissolved Organic Carbon)의 비율과 접촉시간과의 상관관계를 나타내었다. 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 수질정화용 기능성 메디아(①)의 용존유기물질(DOC)제거효율이 그렇지 않은 메디아(②)에 비해 우수하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 수질정화용 기능성 메디아에 있어서는, 기능성 소재조성물을 모재표면에 코팅시킴으로써 그렇지 않은 경우에 비해 공극율과 비표면적을 증가시켜 단시간에 오염물질과 영양염류의 처리효율을 향상시킬 수 있다는 사실을 확인할 수 있다.As shown in Figures 2 and 3, under the same conditions, each of the functional media (①) and the media (②) for water purification using a briquette material calcined by coating the functional material composition on the surface of the base material and calcined by heat treatment. Into the reactor with the flow of (water) was measured the degree of water purification, the experimental results are shown in Figures 2 and 3. 2 and 3 show the correlation between the contact time and the ratio of phosphate and dissolved organic carbon (DOC) before and after the water purification treatment of influent. First, as shown in Figure 2, it can be seen that the phosphorus (P) removal efficiency of the functional media for water purification (①) using the briquette material prepared according to the present invention is superior to the media (②) not. Figure 3 shows the correlation between the contact time and the ratio of dissolved organic carbon (DOC) before and after the water purification treatment of influent. As shown in Figure 3, it can be seen that the dissolved organic matter (DOC) removal efficiency of the functional media (1) for water purification according to the present invention is superior to the media (2) that is not. Therefore, in the functional media for water purification prepared according to the present invention, by coating the functional material composition on the base material surface, it is possible to increase the porosity and specific surface area compared with the other case to improve the treatment efficiency of contaminants and nutrients in a short time. You can see that it exists.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. Is obvious.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 단면도1 is a cross-sectional view of a functional media for water purification using briquettes according to an embodiment of the present invention.

도2는 본 발명의 실시 예에 따른 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 조성물 코팅 전ㆍ후의 인(P)제거율을 비교하기 위한 그래표Figure 2 is a graph for comparing the phosphorus (P) removal rate before and after coating the composition of the functional media for water purification using briquettes according to an embodiment of the present invention

도3은 본 발명의 실시 예에 따른 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 조성물 코팅 전ㆍ후의 오염물질(DOC) 제거율을 비교하기 위한 그래표도Figure 3 is a graph for comparing the removal rate of contaminants (DOC) before and after coating the composition of the functional media for water purification using briquettes according to an embodiment of the present invention

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1. 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아(media)1. Functional media for water purification using briquettes

2. 연탄재2. Briquettes

3. 결합제(binder)3. Binder

4. 기공형성물4. Pore Formation

5. 기능성 소재조성물5. Functional material composition

Claims (5)

본 발명은 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 내부 핵(core)을 이루는 모재(raw material)인 연탄재와; 상기 연탄재 표면에 미세공극과 비표면적을 증가시키기 위한 기공형성물과; 상기 기공형성물을 상기 연탄재 표면에 부착하기 위한 결합제(binder)인 폴리비닐알콜(PVA)와; 상기 결합제인 폴리비닐알콜과 물을 혼합하여 3wt%로 조제한 결합제수용액과; 상기 기공형성물과 상기 결합제수용액을 혼합하여 1:3 내지 1:5의 중량비로 조제한 기공형성물결합제조성액과; 상기 연탄재 표면에 오염물질을 여과ㆍ흡착 처리하기 위해 코팅한 기능성 소재조성물과; 상기 기능성 소재조성물과 물을 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합하여 조제한 기능성 소재조성물혼합액;을 구성하는 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아에 있어서, 상기 기능성 소재조성물은 산화칼슘(CaO) 60～70wt%, 산화제2철(Fe2O3) 10～20wt%, 알루미나(Al2O3) 10～20wt%, 지르코늄옥사이드(ZrO2) 1～3wt%, 산화마그네슘(MgO) 1～3wt%을 일정비율로 혼합되어 총 중량이 100wt%가 되도록 함량이 구성되는 것을 특징으로 하고, 상기 연탄재의 표면에 상기 기공형성물과 기능성 소재조성물을 순차적으로 코팅하여 대기상에서 3시간 동안 건조시킨 후 1050±50℃ 범위에서 2시간 동안 열처리하여 소성한 다음 상온까지 서냉하여 제조한 것을 특징으로 하는 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아.The present invention provides a briquette which is a raw material which forms an inner core of a functional media for water purification using briquettes; A pore formation for increasing micropores and specific surface area on the briquette material surface; Polyvinyl alcohol (PVA), which is a binder for attaching the pore-forms to the surface of the briquettes; A binder aqueous solution prepared by mixing 3% by weight of polyvinyl alcohol and water; A pore-formation binder preparation solution prepared by mixing the pore-former and the binder aqueous solution at a weight ratio of 1: 3 to 1: 5; A functional material composition coated on the surface of the briquettes to filter and adsorb contaminants; In the functional media for water purification using briquettes, the functional material composition is prepared by mixing the functional material composition and water in a weight ratio of 1: 3 to 1: 5. The functional material composition is calcium oxide (CaO) 60∼ 70 wt%, 10-20 wt% ferric oxide (Fe 2 O 3 ), 10-20 wt% alumina (Al 2 O 3 ), 1-3 wt% zirconium oxide (ZrO 2 ), 1-3 wt% magnesium oxide (MgO) The composition is characterized in that the content is configured so that the total weight is 100wt% by mixing at a predetermined ratio, and the pore formation and the functional material composition are sequentially coated on the surface of the briquettes and dried in the air for 3 hours and then 1050 ± 50 Functional media for water purification using briquettes, characterized in that produced by heat-treating for 2 hours in the range ℃ ℃ slow cooling to room temperature. 제 1항에 있어서, 상기 기공형성물은 8 내지 35mesh크기의 활성탄으로 구성되어 연탄재 표면에 0.1 내지 1mm두께로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아.The method of claim 1, wherein the pore-forming material is made of activated carbon of 8 to 35 mesh size, the functional media for water purification using briquettes, characterized in that the coating on the surface of the briquettes with a thickness of 0.1 to 1mm. 제 1항에 있어서, 상기 기능성 소재조성물은 물을 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합하여 슬러리상으로 제조되어 연탄재 표면에 0.1 내지 2mm두께로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아.The method of claim 1, wherein the functional material composition is prepared in a slurry form by mixing water in a weight ratio of 1: 3 to 1: 5 and for coating the water quality using briquettes, characterized in that coated on the surface of the briquettes 0.1 to 2mm thickness Functional media. 삭제delete 수질정화용 기능성 메디아의 내부 핵(Core)을 이루는 모재인 연탄재를 선정하는 단계; Selecting a briquette which is a base material forming an internal core of the functional media for water purification; 상기 연탄재의 표면에 미세 기공을 형성시키기 위해 기공형성물을 선정하는 단계;Selecting a pore formation to form fine pores on the surface of the briquettes; 상기 연탄재 표면에 상기 기공형성물을 부착하기 위해 결합제인 폴리비닐알콜(PVA)과 물을 혼합하여 결합제수용액(3wt% PVA)을 제조하는 단계; Preparing a binder aqueous solution (3 wt% PVA) by mixing polyvinyl alcohol (PVA), which is a binder, and water to attach the pore-form to the briquette surface; 상기 기공형성물과 상기 결합제수용액을 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합하여 슬러리상 기공형성물 결합제조성액을 제조하는 단계; Preparing a slurry-like pore-form binder preparation by mixing the pore-form and the binder aqueous solution in a weight ratio of 1: 3 to 1: 5; 상기 기능성 소재조성물인 산화칼슘(CaO), 산화제2철(Fe2O3), 알루미나(Al2O3), 지르코늄옥사이드(ZrO2), 산화마그네슘(MgO)을 일정량을 취하여 총 중량이 100wt%가 되도록 하여 혼합하는 단계;The functional material composition calcium oxide (CaO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), magnesium oxide (MgO) to take a certain amount of total weight 100wt% Mixing to become; 상기 기능성 소재조성물과 물을 1:3 내지 1:5의 중량비로 혼합하고 20 내지 30분 동안 교반하여 슬러리상의 기능성 소재조성물혼합액을 제조는 단계; Mixing the functional material composition with water in a weight ratio of 1: 3 to 1: 5 and stirring for 20 to 30 minutes to prepare a slurry-like functional material composition mixture; 상기 연탄재 표면에 상기 기공형성물결합제조성액을 코팅하여 대기상에서 3시간 동안 건조하는 단계;Coating the pore-forming binder composition on the surface of the briquettes and drying for 3 hours in the air; 상기 기공형성물 결합제조성액이 건조된 연탄재 표면에 상기 기능성 소재조성물수용액을 코팅하여 3시간 동안 건조하는 단계;Coating the functional material composition aqueous solution on the surface of the briquette material in which the pore-form binder composition is dried, and drying for 3 hours; 상기 기능성 소재조성물수용액을 코팅하여 건조된 연탄재를 노(furnace; 화로, 전기로)에 투입하여 700 내지 1,200℃에서 2시간 동안 열처리하여 소성가공하는 가공단계;Coating the functional material composition aqueous solution into a furnace (furnace; furnace) to heat dried at 700 to 1,200 ° C. for 2 hours to process the plastic working; 상기 열처리 소성가공한 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아를 상온까지 서냉하여 냉각시키는 단계;를 거쳐 제조하는 것을 특징으로 하는 연탄재를 이용한 수질정화용 기능성 메디아의 제조방법.And cooling the functional media for water purification using the briquette material processed by heat treatment and plasticizing at room temperature by slowly cooling the mixture to produce a functional media for water purification using briquette materials.
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