KR20180007872A - 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물, 이를 이용한 흡착제의 제조방법, 흡착제의 재생방법 및 흡착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제에 관한 것으로, 감마 알루미나, 바텀애쉬 또는 현무암 폐석분, 고로슬래그 및 바인더를 포함하며, 관상어 수족관이나 양식장 등의 수질 개선 및 유지 관리를 위한 흡착제 조성물, 이를 이용한 흡착제를 제조하는 방법, 사용 후 흡착제를 재생하는 방법 및 흡착장치에 관한 것이다.

Description

수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물, 이를 이용한 흡착제의 제조방법, 흡착제의 재생방법 및 흡착장치{ABSORBENT COMPOSITION FOR REMOVING PHOSPHORUS OF UNDERWATER, METHODS OF MANUFACTURING AND RECYCLING THE SAME AND ABSORBENT DEVICE}

본 발명은 수중의 인을 제거하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 흡착제 조성물, 이를 이용한 흡착제를 제조하는 방법, 사용 후 흡착제를 재생하는 방법 및 흡착장치에 관한 것이다.

인(phosphorus)은 지구상에 존재하는 모든 생명체의 필수 영양염류로서 생물 내의 ATP, 인지질, 핵산(DNA 또는 RNA) 등을 구성하는 성분이다.

산업이 발전함에 따라 인의 사용량 또한 증가하는 경향을 보이고 있으며, 사용 후에 하수나 폐수에 포함되어 하천으로 유출되는 인에 의하여 하천의 조류가 번성하고 호소가 부영양화되는 등의 문제가 부각되고 있다.

뿐만 아니라, 관상어 수족관이나 양식장 등에서도 인이 문제가 되는데, 이러한 인은 조류가 증식하기 위한 영양염류로 작용하여 녹조 발생의 원인이 되기도 한다.

관상어 수족관이나 양식장의 수생태 환경은 일반 연못이나 저수지 등과 유사하며, 수중의 잔존 사료 및 배설물에 의해 질소나 인의 농도가 증가할 때 부영양화가 발생하게 된다.

현재까지의 어류 사육 방법은 수질관리를 위해 깨끗한 물로 교환하거나, 미생물 배양액과 같은 수질 개선제를 투입하는 방법으로 시도되고 있으나, 여름철 고온 상황에서는 수질 개선의 효과가 미비하고, 일시적인 방편에 해당하여 큰 개선의 효과가 없다.

수질 개선을 위해 제거되어야 할 가장 중요한 요소는 수중의 질소 및 인이며, 질소는 부영양화에 따른 COD, BOD 상승의 요인이 되어 이러한 질소를 제거하기 위한 여재로서 천연제올라이트, 황토비드 등 다양한 제품이 출시되고 있다.

특히, 수중의 인은 식물 플랑크톤의 주 영양분으로 녹조가 생성되는 주요 원인으로 작용하며, 이는 바이러스나 질병의 원인이 되므로 반드시 제거될 필요가 있다.

한편, 해양 수자원의 한계로 인해 양식업의 중요성이 커지고 있는데, 육상 양식장 피해 중에서는 인 관리 부실로 인한 녹조 피해가 가장 큰 것으로 나타나고 있다.

이를 예방하기 위해 관상어 수족관이나 양식장의 수질 문제를 해결하기 위해 여과식을 이용하여 수질을 관리하고 있으나, 넓은 부지를 필요로 하는 여과조 시설과 설치 비용이나 유지관리 비용 부담으로 인해 활용에 한계가 있다.

또한, 순환여과방식을 채택하면 암모니아, 아질산 및 질산염의 농도를 제어할 수 있으나, 녹조발생의 원인이 되는 인의 제어가 불가능하다는 단점이 있어, 녹조발생과 병원균의 원인이 되지 않도록 무기질계 인 관리용 흡착제 개발이 시급한 실정이다.

관련 기술에는 대한민국등록특허공보 제10-1466088호 "인 흡착용 흡착제의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 흡착제"(공고일자: 2014년 11월 21일)가 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 감마 알루미나, 바텀애쉬 또는 현무암 폐석분, 고로슬래그 및 바인더를 포함하는 흡착제 조성물을 제공함으로써 관상어 수족관이나 양식장 등의 수질 개선 및 유지 관리를 위한 흡착제를 제공하고자 함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물은 감마 알루미나, 바텀애쉬 또는 현무암 폐석분, 고로슬래그 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 감마 알루미나는 30~60 중량부, 상기 바텀애쉬 또는 상기 현무암 폐석분은 15~45 중량부로 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 고로슬래그는 15 중량부, 상기 바인더는 10 중량부로 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 감마 알루미나, 상기 바텀애쉬 또는 현무암 폐석분, 및 상기 고로슬래그의 입경은 50~150μm인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 바인더는 액상이며, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 및 메틸셀룰로오스(Methyl cellulose, MC)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 폴리비닐알코올 및 상기 메틸셀룰로오스의 중량비가 1:1 내지 0.7:1.3인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 제조방법은 흡착제 조성물을 혼합하여 흡착제용 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 과립 성형하여 과립물을 형성하는 단계, 상기 과립물을 건조하는 단계 및 상기 건조된 과립물을 열처리하여 흡착제를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 열처리는 300~400℃로 30분~1시간 동안 소성 처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 열처리는 370℃로 30분 동안 소성 처리한 후 400℃에서 10분 동안 소성 처리하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치는 상술한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 및 내부에 상기 흡착제를 포함하며 상기 흡착제가 외부로 유출되는 것을 방지하면서 인을 통과시키기 위한 여과 주머니를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치는 상기 여과 주머니와 줄에 의해 연결되며 상기 여과 주머니를 부착시키기 위한 압착 고무를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치는 상술한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제, 내부에 상기 흡착제를 포함하기 위한 공간을 제공하는 수용부, 상기 수용부의 일단에 형성되며 수중의 물을 유입하기 위한 유입구 및 상기 수용부의 타단에 형성되며 상기 유입된 물을 여과시켜 배출하기 위한 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 재생방법은 상술한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제가 수중에서 사용되어 인이 흡착된 흡착제를 회수하는 단계, 상기 회수한 흡착제를 미세조류 배양기에 투입하여 미세조류를 배양하는 단계, 상기 미세조류가 배양된 흡착제에서 미세조류를 추출하여 제거하는 단계, 상기 미세조류가 제거된 흡착제를 세척하는 단계 및 상기 세척된 흡착제를 재사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 미세조류가 제거된 흡착제를 세척하는 단계는 과산화수소 또는 오존을 이용하여 세척한 후 일반수로 세척하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 감마 알루미나, 바텀애쉬 또는 현무암 폐석분, 고로슬래그 및 바인더를 포함하는 흡착제 조성물을 제공함으로써 관상어 수족관이나 양식장 등의 수질 개선 및 유지 관리를 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 미세조류 배양기를 이용하여 수명이 종료된 흡착제의 재생방법을 제안함으로써 흡착제의 재활용이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수중의 인 제거를 위한 흡착제의 다양한 활용방안을 제안함으로써 수족관이나 양식장 등에 실제로 응용될 수 있는 흡착장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 감마 알루미나의 인 제거 실험 결과를 나타내기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 바텀애쉬의 인 제거 실험 결과를 나타내기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 바텀애쉬의 인 제거 성능을 시간의 경과에 따라 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 고로슬래그의 인 제거 실험 결과를 나타내기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 고로슬래그의 인 제거 성능을 시간의 경과에 따라 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치를 나타낸 것이다.
도 8은 도 7의 흡착장치의 사용 상태도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 재생방법을 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

일 관점에서, 본 발명은 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물에 관한 것이다. 여기서, 수중은 관상어 수족관이나 양식장 등의 물을 모두 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제 조성물은 감마 알루미나, 바텀애쉬 또는 현무암 폐석분, 고로슬래그 및 바인더 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 감마 알루미나는 보헤마이트를 300~400도 소성을 통해 제조될 수 있으며, 인 흡착제로 활용 가능하다.

구체적으로, 감마 알루미나는 감마 알루미나 전구체, 구체적으로 알루미늄 알콕사이드, 알카리 토금속염, 바람직하게는 수산화알루미늄을 열처리하여 입자 분말로서 소성 실시하여 제조될 수 있다. 여기에서 소성(燒成)이란, 분말을 소결 형성하는 조작을 말한다.

예를 들면, 수산화알루미늄은 가열됨에 따라 탈수반응이 일어나고, 보헤마이트를 거치고 알루미늄 산화물로 변한다. 이러한 상변화 과정에서 탈수되면서 미세한 메조 기공이 형성되는데 적절히 메조 기공의 기공크기와 양을 제어함으로써 전술한 감마 알루미나가 제조될 수 있다. 다만, 이러한 감마 알루미나의 제조 방법은 일례에 해당되는 것이지 이에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술분야에서 알려진 감마 알루미나의 제조 방법 모두를 채용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 감마 알루미나의 인 제거 실험 결과를 나타내기 위한 그래프이다.

이때, 감마 알루미나의 입경은 50~150μm이고, 흡착 시간은 1시간, 교반 속도는 200rpm, 시험수는 100ml, 인 시약은 KH₂PO₄이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 감마 알루미나의 중량이 대략 0.1%가 되기 전까지 인 제거율이 급격히 상승하고, 감마 알루미나의 중량이 증가함에 따라 100%에 서서히 수렴하는 것을 알 수 있으며, 인 농도는 이와 반대로 급격히 감소한 후 감마 알루미나의 중량이 증가함에 따라 0%로 서서히 수렴하는 것을 알 수 있는바, 이를 통해 본 발명에 따른 감마 알루미나의 인 흡착 성능을 확인할 수 있다.

성분	SiO2	Al2O3	Fe2O	CaO	K2O	MgO
함유율(%)	50~60%	20~25%	8~12%	3~8%	3~4%	1~3%

상기 표 1은 본 발명에 따른 바텀애쉬의 화학적 조성을 나타낸 표인데, 바텀애쉬(Bottom-ash)는 석탄의 연소과정에서 발생하는 석탄회의 일종이며, 석탄회는 포집되는 장소에 따라 플라이애쉬, 신더애쉬, 바텀애쉬로 구분될 수 있다.

여기서, 바텀애쉬의 경우에는 보일로 노벽, 과열기, 재열기 등에 부착해 있다가 자중에 의해 보일러 바닥에 떨어진 애쉬로서 플라이애쉬에 비해 입도가 굵으며 총 석탄회 발생량의 약 10~15%를 차지하는 것으로 알려져 있다.

상기 표 1을 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 바텀애쉬는 화력발전소에서 석탄연료 사용 후 폐기되는 것으로서 1300도 이상의 내부 온도에서 연소됨에 따라 중금속 등을 포함하지 않는다.

참고로, 연소과정에서 기화되는 중금속은 집진필터에서 집진되며 플라이애쉬에 다량으로 함유된다.

본 발명에 따른 바텀애쉬는 공기냉각이나, 담수 또는 해수를 활용한 수냉각 공정을 이용하여 냉각된 것이 바람직하다.

현무암 폐석분은 현무암을 이용하는 석재 가공에 의해 발생하는 폐석분을 나타내는 것으로 바텀애쉬와 동일한 기능을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 바텀애쉬의 인 제거 실험 결과를 나타내기 위한 그래프이다.

이때, 바텀애쉬의 입경은 50~150μm이고, 흡착 시간은 1시간, 교반 속도는 200rpm, 시험수는 100ml, 인 시약은 KH₂PO₄이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 바텀애쉬의 중량이 증가함에 따라 인 제거율도 이와 거의 비례하여 증가하는 것을 알 수 있으며, 인 농도는 이와 반대로 감소하는 것을 알 수 있는바, 이를 통해 본 발명에 따른 바텀애쉬의 인 흡착 성능을 확인할 수 있다.

시간	T-P 수용액 10ppm	T-P 수용액 20ppm	T-P 수용액 30ppm
0	10	20	30
1	6.8	13.4	20.2
2	5	10.7	16.2
3	3.4	7.9	12.5
6	1.7	4.6	7.9
9	1.4	2.1	4.1
12	1.2	1.4	3.4
18	1.1	1.3	3.1
24	1.1	1.3	2.9

도 3 및 상기 표 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 바텀애쉬의 인 제거 성능을 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다.

이때, 바텀애쉬의 입경은 50~150μm이고, 바텀애쉬의 시료 사용량은 100g이고, 인 시약은 KH₂PO₄이고, 인 시약의 사용량은 10ppm 100ml, 20ppm 100ml, 30ppm 100ml이다.

도 3 및 상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 바텀애쉬가 투입되는 경우 T-P 수용액 10ppm 내지 30ppm 모두 인 농도가 급격히 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 24시간 경과 후에는 매우 낮은 수치로 존재하는 것을 확인할 있는바, 이를 통해 본 발명에 따른 바텀애쉬의 인 흡착 성능을 확인할 수 있다.

성분	SiO2	CaO	Al2O3	Total Fe	MgO	S	MnO
함유율(%)	33.4	41.0	14.5	0.4	6.0	1.0	0.7

상기 표 3은 본 발명에 따른 고로슬래그의 화학적 조성을 나타낸 표인데, 고로슬래그는 제철소에서 선철을 제조할 때 발생하는 용융 슬래그를 용광로에서 꺼내어 서서히 식혀 고화된 서냉 슬래그이며, 냉각수로 급냉시켜 유리질로 된 작은 모래 모양의 급냉 슬래그를 미분쇄하여 시멘트에 적당량으로 혼합한 것이다.

상기 표 3을 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 고로슬래그는 인의 화학적 흡착 제거에 필요한 Al₂O₃, MgO, Fe, CaO 성분을 함유함에 따라 수중의 인 제거에 탁월한 효과가 있다.

[산화 마그네슘과 제1 인산암모늄 반응식]

MgO + NH₄H₂PO₄ + 5H₂O -> NH₄MgPO₄·H₂O

MgO + NH₄H₂PO₄ -> NH₄MgPO₄·H₂O

NH₄MgPO₄·6H₂O -> NH₄MgPO₄·H₂O + 5H₂O

[Fe^{3 +}, Al^{3 +}, 5Ca^{2 +}에 의한 인 제거 반응식]

Fe^{3 +} + PO₄ ^{3 -} = FePO₄

Al^{3 +} + PO₄ ^{3 -} = AlPO₄

5Ca^{2 +} + 3PO₄ ^{3 -} + OH- = Ca₅(PO₄)₃(OH)

위 화학 반응식은 산화 마그네슘과 제1 인산암모늄의 화학 반응식과, Fe^{3 +}, Al³⁺, 5Ca^{2 +}에 의한 인의 제거 반응식을 나타낸 것이다. 위와 같이, 본 발명에 따른 고로슬래그는 인을 제거하기 위한 주요 성분들을 함유함에 따라 수중의 인 제거를 가능하게 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 고로슬래그의 인 제거 실험 결과를 나타내기 위한 그래프이다.

이때, 고로슬래그의 입경은 50~150μm이고, 흡착 시간은 1시간, 교반 속도는 200rpm, 시험수는 100ml, 인 시약은 KH₂PO₄이다.

도 4를 통해 알 수 있듯이, 고로슬래그의 중량이 증가함에 따라 인 제거율도 이와 비례하여 증가하는 것을 알 수 있으며, 인 농도는 이와 반대로 감소하는 것을 알 수 있는바, 이를 통해 본 발명에 따른 고로슬래그의 인 흡착 성능을 확인할 수 있다.

시간	T-P 수용액 10ppm	T-P 수용액 20ppm	T-P 수용액 30ppm
0	10	20	30
1	5.9	11.4	18.6
2	4.3	9.8	13.3
3	2.2	6.2	10.2
6	1.3	3.3	5.4
9	0.5	1.2	2.2
12	0.1	0.2	0.9
18	0	0	0.2
24	0	0	0

도 5 및 상기 표 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 고로슬래그의 인 제거 성능을 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다.

이때, 고로슬래그의 입경은 50~150μm이고, 고로슬래그의 시료 사용량은 100g이고, 인 시약은 KH₂PO₄이고, 인 시약의 사용량은 10ppm 100ml, 20ppm 100ml, 30ppm 100ml이다.

도 5 및 상기 표 4에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 바텀애쉬가 투입되는 경우 T-P 수용액 10ppm, 20ppm, 30ppm 모두 인 농도가 급격히 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 24시간 경과 후에는 인이 완전히 제거된 것을 확인할 수 있는바, 이를 통해 본 발명에 따른 고로슬래그의 인 흡착 성능을 확인할 수 있다.

바인더는 액상바인더로서 전술한 감마 알루미나, 바텀애쉬 또는 현무암 폐석분 및 고로슬래그를 결합시키기 위한 유기 결합제이며, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 및 메틸셀룰로오스(Methyl cellulose, MC)를 포함하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이때, 상기 폴리비닐알코올 및 상기 메틸셀룰로오스의 중량비는 1:1 내지 0.7:1.3인 것이 바람직하다.

전체 배합비와 관련해서는, 상기 감마 알루미나는 약 20~70 중량부, 바람직하게 30~60 중량부로 포함될 수 있으며, 상기 바텀애쉬 또는 상기 현무암 폐석분은 약 10~50 중량부, 바람직하게 15~45 중량부로 포함될 수 있으며, 상기 고로슬래그는 약 10~20 중량부, 바람직하게 15 중량부로 포함될 수 있으며, 상기 바인더는 약 5~15 중량부, 바람직하게 10 중량부로 포함될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 먼저 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물을 혼합하여 흡착제용 혼합물을 제조한다.

흡착제 조성물에 대해서는 상술한 내용을 모두 포함하며, 전처리를 통해 배합 재료를 준비한 후 이를 교반기에 투입하여 혼합시킨다.

그 다음, 제환기에 투입하여 과립 성형을 통한 과립물을 형성할 수 있다.

이러한 과립물은 건조기에 투입하여 건조시킬 수 있는데, 110℃에서 3시간 이상 건조시키는 것이 바람직하다.

건조된 과립물은 열처리를 통해 인 제거용 흡착제로 제조될 수 있는데, 구체적으로, 300~400℃에서 30분~1시간 동안 소성 처리에 의해 실시될 수 있다(로터리 킬른 상압조건). 더욱 바람직하게, 상기 열처리는 370℃로 30분 동안 소성 처리한 후 400℃에서 10분 동안 소성 처리할 수 있다.

상기 인 제거용 흡착제는 후술할 티백형 흡착제나 여과기 충진용 흡착제로 활용될 수 있다.

구분	감마 알루미나 (wt%)	액상바인더 (wt%)		바텀애쉬 또는 현무암 폐석분 (wt%)	고로슬래그 (wt%)
		PVA	MC
실시예1	30	5	5	45	15
실시예2	40	5	5	35	15
실시예3	50	5	5	25	15
실시예4	60	5	5	15	15

구분	인 최대 흡착량(mg/L)				강도			비표면적(m2/g)
	1회	2회	3회	4회	300℃	350℃	400℃	300℃	350℃	400℃
실시예1	169	178	165	172	4.5	4.7	4.9	150	224	280
실시예2	234	242	246	243	5.3	5.3	5.5	180	236	272
실시예3	352	366	362	360	5.9	6.0	6.2	260	274	279
실시예4	399	406	410	402	6.2	6.2	6.4	290	310	330

상기 표 5는 본 발명의 실시예1 내지 4에 따른 흡착제 조성물의 조성비를 나타낸 표이고, 상기 표 6은 상기 표 5의 조성물의 조성비를 적용하여 제조한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 인 흡착 성능 및 물성을 측정한 결과이다.

상기 표를 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예1 내지 4인 흡착 성능이 우수한 성분으로 배합됨에 따라 인 흡착 성능이 모두 우수한 것을 확인할 수 있다.

또한, 실시예1 내지 4를 비교하면, 감마 알루미나의 함량이 높을수록 강도와 비표면적이 높아지는 것을 확인할 수 있는데, 비표면적의 증가는 다공성 특성이 향상되는 것을 의미하는바, 실시예4의 비표면적이 가장 크고, 다공성 특성으로 인한 인 최대 흡착량 또한 가장 높은 것으로 확인되었다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치를 나타낸 것이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치(10)는 상술한 제조방법에 의해 제조된 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제(100), 및 내부에 상기 흡착제(100)를 포함하며 상기 흡착제(100)가 외부로 유출되는 것을 방지하면서 인을 통과시키기 위한 여과 주머니(110)를 포함하는 티백형 흡착장치인 것이 바람직하다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치(10)는 상기 여과 주머니(110)와 줄(120)에 의해 연결되며 상기 여과 주머니(110)를 부착시키기 위한 압착 고무(130)를 더 포함할 수 있다.

상기 압착 고무(130)는 수족관의 유리벽이나 양식장 내벽에도 견고하게 압착하여 고정될 수 있는 큐방인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 벽에 압착시키기 위한 모든 압착 장치를 포함할 수 있다.

여과 주머니(110)는 물의 유입과 유출이 원활한 여과지로 구성될 수 있으며, 이에 따라 수중의 인이 상기 여과 주머니(110) 내부의 흡착제(100)에 흡착되는 과정이 지속적으로 구현될 수 있다.

도 8은 도 7의 흡착장치의 사용 상태도를 나타낸 도면으로, 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착장치(10)는 수족관의 내벽(10a)에 장착될 수 있으며, 수중의 인이 여과 주머니(110) 내부로 투입되어 흡착제(100)에 흡착됨으로써 제거될 수 있다.

수중의 인이 여과 주머니(110) 내부의 흡착제(100)에 흡착됨에 따라 미세조류가 상기 흡착제(100) 주변에서 발생하게 되며, 흡착되는 양이 기준을 넘어서면 미세조류가 발생한 티백형 흡착장치를 제거하고 새로운 티백형 흡착장치로 교체하여 사용할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중의 인 제거용 흡착장치를 나타낸 것이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치는 일반적인 수족관에 사용되는 여과기(30)에 적용될 수 있는데, 구체적으로는 상술한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제(100), 내부에 상기 흡착제(100)를 포함하기 위한 공간을 제공하는 수용부(140), 상기 수용부(140)의 일단에 형성되며 수중의 물을 유입하기 위한 유입구(150), 및 상기 수용부(140)의 타단에 형성되며 상기 유입된 물을 여과시켜 배출하기 위한 배출구(160)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 수용부(140) 내에는 어류의 배설물을 제거하기 위한 스펀지 셀 구조물(170)이 구비될 수 있으며, 상기 스펀지 셀 구조물(170) 양쪽으로 볼 타입 또는 링 타입의 본 발명에 따른 흡착제(100)를 배치하여 사용할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 재생방법을 나타낸 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 먼저 상술한 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제가 수중에서 사용되어 인이 흡착된 흡착제를 회수한다.

이때, 양식장이나 수족관을 보유하고 있는 고객으로부터 택배 또는 방문을 통해 사용된 흡착제를 회수할 수 있다.

그 다음, 회수한 흡착제를 미세조류 배양기에 투입하여 미세조류를 배양한다.

재생 공정상의 미세조류 배양기는 기존에 알려진 장비를 활용할 수 있으며, 가시광을 조사하여 30~36℃로 7~10일간 유지하여 미세조류를 최대로 확산시킬 수 있다.

그 다음, 미세조류가 배양된 흡착제에서 미세조류를 추출하여 제거하며, 이때, 역세조 방식으로 미세조류를 추출하여 제거하는 것이 가능하다.

추출된 미세조류는 건조 후 비료화 또는 폐기물 처리하거나, 초음파나 오존 산화를 통해 제거할 수 있다.

그 다음, 미세조류가 제거된 흡착제를 세척한다. 세척하기에 앞서 미세조류가 제거된 흡착제를 오존 산화조에 투입 후 오존을 10g/hr로 1시간 주입할 수 있다.

이때, 미세조류가 제거된 흡착제를 세척하기 위해 과산화수소 또는 오존을 이용하여 세척한 후 일반수로 세척할 수 있으며, 상기 일반수의 pH는 6~8 범위인 경우 건조 후 재생 여부 확인을 하는 것이 바람직하다.

최종적으로, 세척된 흡착제를 재사용할 수 있으며, 상술한 바와 같이 여과 주머니에 투입하여 티백형 흡착장치로 사용하거나 여과기 충진용으로 사용할 수 있다.

구분	인 최대 흡착량(mg/L)
	1회 재생	재생률(%)	2회 재생	재생률(%)	3회 재생	재생률(%)
실시예1	157.4	92	125.4	73.3	100.8	58.9
실시예2	222.3	92.1	177.6	73.6	142.6	59.1
실시예3	330.6	91.8	263.9	73.3	210.4	58.4
실시예4	370.4	91.6	289.7	71.7	230.8	57.1

상기 표 7은 상기 표 5의 조성물의 조성비를 적용한 샘플의 재생 여부를 확인한 결과이다.

상기 표 7을 통해 알 수 있듯이, 1회 재생에 따른 인 최대 흡착력이 매우 우수하게 측정되었으며, 이를 토대로 재생률이 실시예1 내지 4 모두 90% 이상의 우수한 결과를 얻을 수 있었다.

2회 재생 및 3회 재생을 추가로 실시할 때마다 재생률이 계속적으로 감소되었으나, 3회 재생에도 불구하고 실시예1 내지 4 모두 50% 이상의 결과를 얻을 수 있었다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 흡착장치
10a: 내벽
20: 수족관
30: 여과기
100: 흡착제
110: 여과 주머니
120: 줄
130: 압착 고무
140: 수용부
150: 유입구
160: 배출구
170: 스펀지 셀 구조물

Claims (14)

1. 감마 알루미나;
   바텀애쉬 또는 현무암 폐석분;
   고로슬래그; 및
   바인더를 포함하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 감마 알루미나는 30~60 중량부, 상기 바텀애쉬 또는 상기 현무암 폐석분은 15~45 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 고로슬래그는 15 중량부, 상기 바인더는 10 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 감마 알루미나, 상기 바텀애쉬 또는 현무암 폐석분, 및 상기 고로슬래그의 입경은 50~150μm인 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 바인더는 액상이며, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 및 메틸셀룰로오스(Methyl cellulose, MC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 폴리비닐알코올 및 상기 메틸셀룰로오스의 중량비가 1:1 내지 0.7:1.3인 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제 조성물.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 흡착제 조성물을 혼합하여 흡착제용 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 혼합물을 과립 성형하여 과립물을 형성하는 단계;
   상기 과립물을 건조하는 단계; 및
   상기 건조된 과립물을 열처리하여 흡착제를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 제조방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 열처리는 300~400℃로 30분~1시간 동안 소성 처리하는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 제조방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 열처리는,
   370℃로 30분 동안 소성 처리한 후 400℃에서 10분 동안 소성 처리하는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 제조방법.
   
10. 제7항의 제조방법에 의해 제조된 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제; 및
    내부에 상기 흡착제를 포함하며 상기 흡착제가 외부로 유출되는 것을 방지하면서 인을 통과시키기 위한 여과 주머니를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 여과 주머니와 줄에 의해 연결되며 상기 여과 주머니를 부착시키기 위한 압착 고무를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치.
    
12. 제7항의 제조방법에 의해 제조된 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제;
    내부에 상기 흡착제를 포함하기 위한 공간을 제공하는 수용부;
    상기 수용부의 일단에 형성되며 수중의 물을 유입하기 위한 유입구; 및
    상기 수용부의 타단에 형성되며 상기 유입된 물을 여과시켜 배출하기 위한 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착장치.
    
13. 제7항의 제조방법에 의해 제조된 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제가 수중에서 사용되어 인이 흡착된 흡착제를 회수하는 단계;
    상기 회수한 흡착제를 미세조류 배양기에 투입하여 미세조류를 배양하는 단계;
    상기 미세조류가 배양된 흡착제에서 미세조류를 추출하여 제거하는 단계;
    상기 미세조류가 제거된 흡착제를 세척하는 단계; 및
    상기 세척된 흡착제를 재사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 재생방법.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 미세조류가 제거된 흡착제를 세척하는 단계는,
    과산화수소 또는 오존을 이용하여 세척한 후 일반수로 세척하는 것을 특징으로 하는 수중의 인을 제거하기 위한 흡착제의 재생방법.

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