KR100458497B1

KR100458497B1 - 변성목편 담체

Info

Publication number: KR100458497B1
Application number: KR10-2001-0074152A
Authority: KR
Inventors: 최철호; 엄기현
Original assignee: 주식회사 거화; 최철호
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2004-12-03
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: KR20030043134A

Abstract

본 발명은 변성톱밥 또는 목편을 재료로 하는 변성목편 담체에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 변성목편 제조방법은, 톱밥 또는 목편을 포함하는 목질여재에서 헤미섬유소를 황산 0~5중량%용액, 염산 0~5 중량%용액과 황산 0-5중량%용액 + 염산 0-5중량% 혼합용액 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 용액을 사용하여 100~150℃에서 0~30분 동안 가수분해를 실시하고, 반응이 끝난 시료를 세척, 건조시킨 변성 헤미섬유소여재로 구성되고, 또는 리그닌을 가성소오다 0~5 중량%, 가성소오다 0~5중량% + 니트로벤젠 0~6중량%, 가성소오다 0~5중량% + Na₂S·9H₂O 0~4중량%와 메탄올 0~5중량% + 염산 0~5 중량%의 혼합용액 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 용액을 사용하여 100~150℃에서 0~2 시간동안 변형시키며, 반응이 끝난 시료를 세척, 건조시켜 제조한 변성 리그닌 여재로 구성시킨 것을 특징으로 한다.

Description

변성목편 담체{MICROBIAL MEDIA OF MICROBIAL MEDIA}

최근, 산업화와 도시화로 인하여 환경오염이 급속도로 확대되어 육상, 대기뿐만 아니라 수자원까지 위험한 수준으로 황폐화되고 있다. 특히, 산업수준의 고도화, 특성화로 각종 중금속 이온및 유해물질이 다량으로 방출되고 있고, 그 결과 음용수에 대한 오염도 확산되고 있다. 현재 사용되고 있는 중금속 제거용 흡착제로는 탄소질(활성탄과 골탄등), 키토산계, 실리카, 알루미나계, 합성 제오라이트등이 있고, 그 중에서 특히 입상활성탄은 제거 성능이 우수하여 고차 처리용으로 가장 널리 사용되고 있다.

그러나, 활성탄은 제조공정이 비교적 까다롭고 가격이 높아 상하수 처리등 대량의 흡착제가 필요한 공정에서는 그 사용예가 지극히 제한되고 있다. 고도의 오염물질을 배출하고 있는 국내 산업특성상 흡착제의 수요량은 구준히 증가할 것으로예측되어 활성탄등 종래의 흡착제를 대체할 수 있는 값싼 대체물질의 개발이 시급하다. 활성탄을 비롯하여 다공성 플라스틱류, 폴리우레탄 발포수지, 폐요구르트 공병, 인조섬유사, 입상규조토등 많은 종류의 여재를 미생물 서식용 담체를 사용하여 폐수에 포함한 중금속이나 유기물을 제거하는 연구가 활발히 진행되고 있고, 음용수에 포함된 발암물질이나 난분해성 유기물등의 제거를 위한 고차 처리용으로도 이용되고 있다.

종래의 기술로서는 대한민국 특허등록 제277017호(발명의 명칭 : 폐수처리용 담체, 그 처리방법및 이 담체를 이용한 폐수처리방법)에는 유기폐수의 처리시 미생물의 안정한 서식처로서 작용할 수 있는 담체로서 미분활성탄을 포함하고 있는 담체및 이 담체를 이용하여 폐수를 처리하는 방법이 게재되어 있다.

대한민국 특허등록 제227472호(발명의 명칭 : 폐수처리용 담체및 그 제조방법)에는 목면 유래 장섬유를 미리 판형으로 성형한 다음 폴리비닐알콜, 가교제및 발포체를 함유하는 발포조성물에 함침시킨 후 발포시킴으로서, 발포제를 얻은 다음 이 발포체에 폴리비닐알콜과 가교제를 함유하는 강화제 조성물을 처리함으로써 강도가 개선되는 폐수처리용 담체는 표면에 양전하를 가지고 있어 질산화균및 저성장성 미생물의 부착이 용이하게 이루어질 수 있고, 미생물의 탈리현상이 쉽게 발생하지 않는다고 게재되어 있다.

특허출원번호 1997-9291(발명의 명칭 : 생물학적 폐수처리용 미생물에 대한 담체및 그 제조방법)에는 폐수를 생물학적으로 처리하는 데 이용되는 미생물에게 적합한 담체와 그 제조방법으로, 폐수의 생물학적 처리에 이용되는 미생물 균주의 서식처로서 사용되기에 적합한 담체및 그 제조방법으로 게재되어 있다.

특허등록 제257203호(발명의 명칭 : 오폐수 정화처리시설의 오수정화조용 접촉여재)에는 중,소규모의 단독또는 합병처리된 분뇨및 생활잡집수의 처리에 적합한 오폐수 정화처리시설에서 오폐수를 침전, 산화, 여과시키는 오수정화조내에 적재되는 접촉여재에 관한 것으로서, 이 접촉여재를 재활용수지로 성형하여 취급이 용이하며 오수의 처리효율을 극대화시켜, 합성수지재로 된 본체의 내부에 다수의 공극을 형성시키는 것으로 게재되어 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 사정등을 감안하여 발명한 것으로, 화학적으로 변성시켜 공극률을 향상시킨 목편 담체및 분말상 톱밥 또는 나무껍질 여재를 다공성 용기에 충진하여 제조한 담체를 사용하여 미생물 접촉산화 방식의 반응기의 협기및 호기조에 충진하여 사용할 경우 담체의 기공속에 미생물이 강하게 부착하여 막을 형성함으로서 미생물의 유출및 탈리를 방지하고 유기성 오염물질이나 영양염류의 제거를 촉진할 수 있는 변성 톱밥 또는 목편을 재료로 하는 담체를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 및 도 2 는 본 발명의 실시예에 관한 변성 헤미섬유소톱밥 담체의 주사전자 현미경의 변성전후사진,

도 3 및 도 4 는 본 발명의 실시예에 관한 변성리그닌 나무껍질 담체의 주사전자 현미경의 변성전후사진이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변성목편 담체 또는 톱밥의 재료는 수입목, 잡목, 목재 폐자재, 간벌재, 나무껍질등을 포함하고, 목질 재료를 톱밥제조기로 분쇄하여 입경 1 - 20Cm의 무정형, 사면체, 타원형등의 형태로 구성되는 목편담체, 입경 0.1 - 0.5Cm의 분말상으로 만들어진 톱밥여재, 또는 분말상 톱밥 여재를 다공성 용기에 충진하여 만든 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 변성목편 담체의 제조방법은, 톱밥 또는 목편을 포함하는 목질여재에서 헤미섬유소를 황산 0~5중량%용액, 염산 0~5중량%용액과 황산 0-5중량%용액 + 염산 0-5중량% 혼합용액 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 용액을 사용하여 100~150℃에서 0~30분 동안 가수분해를 실시하고, 반응이 끝난 시료를 세척, 건조시킨 변성 헤미섬유소여재로 구성되고, 리그닌을 가성소오다 0~5 중량%, 가성소오다 0~5중량% + 니트로벤젠 0~6중량%, 가성소오다 0~5중량% + Na₂S·9H₂O 0~4중량%와 메탄올 0~5중량% + 염산 0~5중량%의 혼합용액 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 용액을 사용하여 100~150℃에서 0~2 시간동안 변형시키며, 반응이 끝난 시료를 세척, 건조시켜 제조한 변성 리그닌 여재로 구성시킨 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 상세히 설명하고, 본 발명의 범위가 실시예로만 제한되는 것은 아니다.

먼저, 톱밥 또는 목편을 이루고 있는 목질의 주성분은 섬유소(CELLULOSE) 40- 55 %, 헤미섬유소 24 - 40%, 리그닌 18 - 35%의 3 가지 성분으로 이루어져 있다. 그 중에서 리그닌은 1 차 세포벽을 구성하고 있고, 2 차 세포벽을 구성하는 섬유소의 사이에 세포간 물질로서 헤미섬유소가 존재하고 있으며, 리그닌과 섬유소를 연결해주는 역할을 한다.

목질은 섬유소간의 망상결합에 의해 밀집된 크리스탈 구조로 되어 있어, 그대로 미생물 담체 또는 오염물질 제거용 여재로 사용할 경우 미생물이 부착하여 오염물질을 산화, 제거시킬 수 있는 표면적이 적어 그 효율이 떨어지게 되고 쉽게 폐색이 된다. 헤미섬유소나 리그닌은 화학적으로 쉽게 변형가능하여 이 물질을 제거 또는 변형시켜 기공을 넓히고 표면적을 증대시킴으로서 미생물이 부착하여 서식할 수 있는 공간을 넓혀 줌으로 오폐수에 존재하는 오염물질의 제거 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 목질을 화학적으로 변성시켜 슬폰기, 아민기, 카르복실기, 수산기등 미생물 또는 오염물질 입자를 화학적으로 부착시킬 수 있는 작용기를 목질 담체의 표면에 많이 생성시켜 미생물과 오염물질간의 접촉 산화기회가 증가하게 되고, 담체의 기공속에 미생물이 강하게 부착하여 막을 형성함으로 미생물의 탈리현상을 막고 산알칼리 폐수등 악성 오폐수의 유입에 강한 환경조건을 유지시키게 된다.

(실시예1)

* 변성 헤미섬유소 담체제조

입경이 0.1 - 0.5Cm의 크기 조성으로 별취한 톱밥 또는 나무껍질, 입경이 1 - 20Cm의 크기조성으로 별취한 목편을 탈헤미섬유소 용제를 사용하여 헤미섬유소의 구조를 변형시킨다. 사용되는 화학용제로서 황산 0 - 5 중량%, 염산 0 - 5 중량%와, 황산 0-5중량% + 염산 0-5중량%의 혼합용액들 중에서 어느 하나를 사용하여 100 - 150℃에서 0 - 30분간 가수분해를 실시하고, 반응이 끝난 시료를 세척, 건조후 변성 헤미섬유소 담체를 제조한다.

(실시예2)

* 변성 리그닌 담체제조

입경이 0.1 - 0.5Cm의 크기 조성으로 별취한 톱밥 또는 나무껍질, 입경이 1 - 20Cm의 크기조성으로 별취한 목편을 탈리그닌 용제를 사용하여 리그닌의 구조를 변형시킨다. 사용되는 화학용제로서 가성소오다 0 - 5 중량%, 가성소오다 0 - 5 중량% + 니트로벤젠 0 - 6 중량%, 가성소오다 0 - 5 중량% + Na₂S · 9H₂O 0 - 4 중량%와 메탄올 0 - 5 중량% + 염산 0 - 5 중량%의 혼합용액들 중에서 어느 하나를 사용하여 100 - 150 ℃에서 0 - 2 시간동안 변형시키며, 반응이 끝난 시료를 세척, 건조후 변성 리그닌 여재를 제조한다.

(실시예3)

* 변성 헤미섬유소톱밥 담체의 주사전자 현미경 사진

입경이 0.1 - 0.5Cm의 크기 조성으로 별취한 톱밥 시료 10 중량%를 90 중량%의 2 중량% 황산용액에 섞은 후 121℃에서 30분간 고온 반응시켜 톱밥의 헤미섬유소를 변형시키고 냉수로 충분히 세척, 건조시킨다. 변성된 시료의 구조상 특성을관찰하기 위해 주사전자 현미경(SEM)을 100배로 확대하여 시료의 표면을 촬영한 결과, 변성전의 사진(도 1 참조)에는 톱밥시료가 발생될 때 기계적 마찰로 인하여 표면의 기공이 문드러져 일부가 막혀있으나, 30분 동안 반응시킨 후 변성시료의 표면(도 2 참조)은 이러한 막힘현상이 사라졌고 세포벽 사이사이에 작은 기공이 많이 발생하고 표면끝에 들쭉날쭉한 부분이 많아져 미생물의 부착에 필요한 표면적이 넓어짐을 알 수 있다.

(실시예4)

* 변성리그닌 나무껍질 담체의 주사전자 현미경 사진

입경이 0.1 - 0.5Cm의 크기 조성으로 별취한 나무껍질 시료 10 중량%를 90 중량%의 2 노르말 NaOH용액에 섞은 후 121℃에서 2시간동안 변형시키고, 반응이 끝난 시료를 냉수로 세척, 건조시켜 변성 리그닌 담체를 제조한다. 변성된 시료의 구조상 특성을 관찰하기 위해 주사전자 현미경(SEM)을 100배로 확대하여 시료의 표면을 촬영한 결과, 변성전 나무껍질 담체(도 3 참조)에는 표면의 기공이 없고 평면구조로 되어있으나, 변성시킨 시료의 표면(도 4 참조)은 기공이 많이 발생하고 3 차원 구조로 변해 미생물 서식에 필요한 표면적이 넓어짐을 알 수 있다.

(실시예5)

* 변성목편 담체를 오폐수 처리에 적용한 예는 다음과 같다.

생활 오폐수를 유입수로하여 실험실 규모의 실험장치에서 유기물질 제거및영양염 제거특성을 파악할수 있도록 6 개월간 연속적으로 진행한다. 본 실험에 사용한 미생물 접촉산화반응기는 유입조, 혐기성 반응조, 호기성 반응조(1실, 2실), 침전조 순으로 배치하고, 반응조의 부피는 각각 6ℓ, 12ℓ, 12ℓ, 12ℓ, 6ℓ로 하고 그 중 혐기, 호기조에 변성리그린 목편 담체를 충전시킨다. 담체 충전율은 담체의 겉보기 부피로 반응조 부피를 기준하여 혐기조와 호기조에 각각 40% 충진한다.

호기성 반응조에서는 20ℓ/min용량의 블로워를 이용하여 반응기 하부에서 공기를 공급할 수 있도록 하고, 에어리프트 펌프를 이용하여 침전조 하부로부터 침전된 슬러지를 유입조로 외부반송비를 0.5 - 1로 고정하여 반송한다.

미생물 접촉산화 반응기에서 오폐수의 수리학적 체류시간(HRT)을 24 시간으로 하고, 슬러지 외부반송비를 0.5로 고정하여 2 개월간 운전한 적용예는 표 1과 같다.

항 목	유입수농도(ppm)	유출수 농도(ppm)	제거율(%)
SS	198 - 256	16 - 24	88 - 92.5
BOD	145 - 235	15 - 25	86.2 - 92.8
COD	152 - 256	24 - 40	77.2 - 89.2
T-N	38.2 - 43.3	14.7 - 26.9	35.6 - 65.9

미생물 접촉산화 반응기에서 오폐수의 수리학적 체류시간(HRT)을 12 시간으로 하고, 슬러지 외부반송비를 0.5로 고정하여 2 개월간 운전한 적용예는 표 2 와 같다.

항 목	유입수농도(ppm)	유출수 농도(ppm)	제거율(%)
SS	72 - 196	12 - 24	88.3 - 90.8
BOD	95 - 205	20 - 35	80.5 - 89.4
COD	112 - 232	24 - 64	70 - 84.6
T-N	25.6 - 40.5	22.4 - 33.6	20.5 - 24.7

미생물 접촉산화 반응기에서 오폐수의 수리학적 체류시간(HRT)을 12 시간으로 하고, 슬러지 외부반송비를 1.0로 고정하여 2 개월간 운전한 적용예는 표 3 과 같다.

항 목	유입수농도(ppm)	유출수 농도(ppm)	제거율(%)
SS	88 - 236	12 - 20	87.5 - 93.8
BOD	85 - 215	15 - 20	80.9 - 93
COD	96 - 240	18 - 32	78.5 - 88.7
T-N	21.8 - 41.5	15.8 - 29.6	33.4 - 37.7

상기 표 1 내지 표 3 의 항목에서 SS 는 탁도, BOD 는 생물학적 산소요구량, COD 는 화학적 산소요구량, T-N 은 총질소량을 나타난다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공극률이 향상된 변성목편 담체및 분말상 톱밥 또는 나무껍질 여재를 다공성 용기에 충진하여 제조한 담체를 사용하여 미생물 접촉산화 방식의 반응기의 협기및 호기조에 충진하여 사용할 경우 담체의 기공속에 미생물이 강하게 부착하여 막을 형성함으로서 미생물의 유출및 탈리를 방지하고 유기성 오염물질이나 영양염류의 제거를 촉진할 뿐만 아니라, 산알칼리폐수등 악성 오폐수의 유입에 강한 환경조건을 유지할 수 있어 기존 재래식 처리장의 처리효율 개선및 본 발명을 응용한 신공정 개발이 용이하여 공공 수익의 수질향상에 기여할 수 있다.

Claims

변성톱밥의 재료는 수입목, 잡목, 목재 폐자재, 간벌재, 나무껍질등을 포함하고, 이 톱밥이 황산 0~5중량%용액, 염산 0~5중량%용액과 황산 0~5중량% + 염산 0~5중량% 혼합용액 중에서 적어도 하나 이상 사용하여 처리되는 변성 헤미섬유소와, 가성소오다 0~5중량%용액, 가성소오다 0~5중량% + 니트로벤젠 0~6중량%, 가성소오다 0~5중량% + Na ₂ S·9H ₂ O 0~4중량%와 메탄올 0~5중량% + 염산 0~5중량%의 혼합용액 중에서 적어도 하나 이상 사용하여 변성리그닌들로 구성되고, 그 입경이 0.1~0.5㎝의 분말상으로 하여 다공성 용기에 충진하여 만든 것을 특징으로 하는 변성목편 담체.
변성목편의 재료는 수입목, 잡목, 목재 폐자재, 간벌재, 나무껍질등을 포함 하 고, 이 목편이 황산 0~5중량%용액, 염산 0~5중량%용액과 황산 0~5중량% + 염산 0~5중량% 혼합용액 중에서 적어도 하나 이상 사용하여 처리되는 변성 헤미섬유소와, 가성소오다 0~5중량%용액, 가성소오다 0~5중량% + 니트로벤젠 0~6중량%, 가성소오다 0~5중량% + Na ₂ S·9H ₂ O 0~4중량%와 메탄올 0~5중량% + 염산 0~5중량%의 혼합용액 중에서 적어도 하나 이상 사용하여 변성리그닌을 갖도록 처리되고, 그 입경이 1~20㎝로 하여 다공성 용기에 충진되며, 그 형태가 무정형, 사면체 및 타원체 등으로 된 것을 특징으로 하는 변성목편 담체.
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