KR101169563B1

KR101169563B1 - 폐석고, 불가사리 분말, 패각류 껍질 분말 및 점토광물을 포함하는 무기계 응집제

Info

Publication number: KR101169563B1
Application number: KR1020120014332A
Authority: KR
Inventors: 박영구
Original assignee: 박영구
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2012-07-27
Anticipated expiration: 2032-02-13

Abstract

본 발명은 폐석고 50-200중량부, 불가사리 분말 50-200중량부, 패각류 껍질 50-200중량부, 및 점토광물 30-70중량부로 이루어지는 폐수 처리용 무기계 응집 침전용 조성물에 관한 것이다.

Description

폐석고, 불가사리 분말, 패각류 껍질 분말 및 점토광물을 포함하는 무기계 응집제{AN INORGANIC COAGULANT COMPRISING WASTE PLASTER, STARFISH POWDER, SHELL POWDER AND CLAY MINERAL}

본 발명은 폐석고, 불가사리 분말, 패각류, 난각류 및 복족류 껍질 및 점토광물로 이루어진 응집제에 관한 것이다. 보다 상세히, 본 발명은 제조되는 응집제 전체 중량에 대하여 폐석고 50~200중량부, 불가사리 분말 50~200중량부, 패각류 껍질 분말 50-200중량부, 및 점토광물 30-70중량부로 이루어지는 폐수 처리용 무기계 응집 침전용 조성물에 관한 것이다.

강우 유출량을 인구수로 나누어 1인당 물 사용 가능량이 1000㎥ 미만은 물 기근국가, 1000㎥ 이상에서 1700㎥ 미만은 물 부족국가, 1700㎥ 이상은 물 풍요국가로 분류한다. 국제인구행동연구소(PAI；Population Action International) 분석 자료에 따르면, 한국의 경우 1993년 1인당 물 사용가능량이 1470㎥로 물 부족국가에 해당하고, 2000년 사용가능량도 1488㎥로 역시 물 부족국가에 해당하는 한편, 2025년에는 많게는 1327㎥, 적게는 1199㎥가 될 것으로 분석되는 등 갈수록 물사정이 어려워질 것이라고 전망했다. 특히 한국은 연간 강수량이 세계 평균인 973㎜보다 많은 1283㎜이지만, 국토의 70% 정도가 급경사의 산지로 이루어져 있고, 강수량의 대부분이 여름철에 집중적으로 내림으로써 많은 양이 바다로 흘러가는 한편, 높은 인구밀도로 인해 1인당 강수량은 세계 평균의 12%에 지나지 않는 것으로 나타났다.

이러한 배경 및 각종 폐수의 처리 및 재활용에 대해 관심이 집중되면서 폐수 처리용 응집제의 개발에 많은 연구 및 특허출원이 이루어지고 있는 상황이다.

오수나 산업폐수, 축산폐수, 생활하수, 등의 폐수 처리에 있어서, 생물학적 처리 소요시간은 최소 5.5시간~최대 45시간이 소요된다. 그리고 무기계응결제인 알루미늄염의 경우에는 pH 4.5~8.0 범위로 조절해야 하는데, pH 5.5 이하에서 현탁입자의 하전중화능력은 뛰어나지만 플럭(floc)형성은 중성이나 약알칼리에서 강하게 나타나는 현상이 있기 때문에 폐수의 성상에 따라 변화를 주어야 하는 결점이 있으며, pH 조정제와 무기응결제의 투입순서에 따라 플럭형성은 소규모로 일어나는 단점이 있다. 그리고 유기물을 많이 함유하고 있는 음식물폐수는 변화가 다양하다. 음식물 폐수의 성상에 대한 변동율은 계절에 따른 요인과 명절 전후, 주중과 주말에 따라 변동 요인이 되고 시장경제에 따른 음식재료 소비재 가격 변동에 따라 변화가 많은 것이 현실이다

따라서 pH 조정제와 무기응결제의 투입순서에 따라 콜로이드성으로 변화되는 것이 아니라 에멀젼화 되는 경우도 간혹 발생하여 폐수처리에 문제가 심각한 것으로 판단된다.

현재 일반적으로 사용하는 방법은 무기계응결제와 유기계응결제를 동시에 첨가하여 플럭 조대화의 효율을 높이지만 무기계응결제는 4~5시간 소요 되고 유기계응집제는 1.5~2시간 만에 효과를 나타내고 있지만 이것으로 해결하지 못하는 폐수는 고분자응집제를 소량 첨가하여 사용하고 있다. 그러나 유기 고분자응집제는 응집효과도 뛰어나고 슬러지 발생량도 적고 2차 오염물의 생성 슬러지 양이 크지 않으나 수상생태계에서는 응집력을 향상시키기 위해 점성을 향상시켜 폐수 중 입자간의 가교역활을 하는 순기능적 역할도 있으나, 점성으로 인하여 수중어류의 아가미에 붙어 모세혈관에서 산소를 흡수하는 기능을 떨어뜨리는 단점이 있고, 점성에 의한 막이 생겨 식물성 플랑크톤의 광합성 작용을 방해하기도 한다. 그리고 저장 공간과 이를 희석 사용하는데 많은 공간과 에너지가 필요하고 가격도 고가이다. 또 발생하는 슬러지의 상태가 끈끈한 점막으로 남게 되어 원심분리기를 통한 탈수케익 처리에 많은 어려움이 발생한다.

현재 하수종말처리장이나 기타 폐수처리장의 현실은 유입폐수 또한 다양하게 유입되고 처리설비 또한 대용량이며 시설설치 비용과 폐수의 다양화로 유기계응결제와 무기계응결제가 많이 투입되어 기본비용은 증가하지만 효율은 떨어지고 2차 오염원이 되는 것이 현실이며, 1차로 폐수나 하수, 오수를 정화 처리해서 배출하는 기준이 높아서 그대로 하천으로 방류한다면 하천수 오염이 증가 될 것은 당연하다.

예컨대 축산폐수 하수 및 폐수종말 처리시설의 방류수 수질기준은 각각 아래의 표 1과 표2와 같이 높기 때문에, 상기와 같은 유기응결제와 무기응결제를 사용할 경우 만족할만한 방류수질을 얻을 수 없어서 이들을 사용한 방류수가 오히려 1차 오염원의 원인이 되기도 한다.

축산폐수 처리시설의 방류수 수질기준

지역	항목	축산폐수배출시설의 설치허가를 받은 자가 설치한 축산폐수처리시설	축산폐수배출시설의 설치신고를 한 자가 설치한 축산폐수처리시설
특정지역	생물화학적 산소요구량 (㎎/ℓ)	50이하	150이하
	부유물질량 (㎎/ℓ)	50이하	150이하
	총 질 소 (㎎/ℓ)	260이하	-
	총 인 (㎎/ℓ)	50이하	-
기타지역	생물화학적 산소요구량 (㎎/ℓ)	150이하	-
기타지역	부유물질량 (㎎/ℓ)	150이하	350이하

하수 및 폐수종말 처리시설 방류수 수질기준

구 분	생물화학적 산소요구량 (㎎/ℓ)	화학적 산소요구량 (㎎/ℓ)	부유물질량 (㎎/ℓ)	기 타 (㎎/ℓ)
하수종말처리시설	20 이하	40 이하	20 이하	총질소:60이하 총 인:8이하
폐수종말처리시설 (농공단지 오?폐수종말처리시설 포함)	30 이하	40 이하	30 이하	총질소:60이하 총 인:8이하

한편, 석고는 국내에서 거의 생산되지 않기 때문에 대부분 고가로 수입하여 화학비료공장, 화력발전소의 연소로 내부와 배기가스 정화 등에서 사용되고 있는데, 사용되고 남은 폐석고는 일반폐기물로 분류되어 매립되고 있으며, 일부는 건축자제인 석고보드 원료 및 시멘트공장에서 응결 지연제로 재활용될 뿐 대부분은 생성장소에 방치되어 주변 환경을 오염시키는 등 환경오염의 주범이 되고 있는 실정이다. 따라서 이러한 폐석고를 자원 재활용 및 환경정화의 차원에서 재활용 할 필요성이 있다. 본원에서 사용하는 폐석고는 인산부생석고, 배연탈황석고, 불산석고, 티탄석고, 비스코스레이온석고 등을 포함한다. 석고의 주성분은 주지하다시피 황산칼슘(CaSO₄)이다.

불가사리는 우리나라 해역에서 가장 흔하게 볼 수 있는 것은 토착종 별불가사리, 캄차카와 홋카이도 등 추운 지역에서 건너온 아무르불가사리, 바다의 지렁이라 불리는 거미불가사리와 빨강불가사리 등의 4종이다. 제주도 남부를 제외한 우리나라 전 연안에 분포하며 조간대에서부터 조하대의 암반이나 진흙 바닥 등지에 광범위하게 분포하며 먹이가 있는 곳은 기질의 종류를 가리지 않고 집단으로 서식한다. 먹이는 대형 이매패류뿐만 아니라 고둥류, 게류, 따개비류를 포함해 먹을 수 있는 먹이는 모두 먹어치우는 강력한 포식활동으로 수산물 양식장 등에 심각한 피해를 준다.

이중 아무르불가사리는 수온이 낮은 겨울에 활발한 움직임을 보이고 여름철에는 수온이 낮은 깊은 바다에서 여름잠을 자는 것이 특징이며, 하루에 원삭동물과 연체동물 그리고 해초류 등을 자기 몸의 3배 이상 거뜬히 먹어 치우는 대식가이다. 일반적으로 불가사리는 어망에 걸린 생선이나 어구로 사용되는 통발에 들어가 있는 문어를 포식하는 등 국내 어촌과 패류 양식사업에 큰 피해를 주고 있다. 정부에서는 실비로 일 년 중 어획량이 저조한 때나 산란기 때 포획된 불가사리를 kg로 계산해서 어민을 지원해주고 있지만 그럼에도 불구하고 불가사리로 인한 인근 해양어촌에 피해가 대단히 큰 것이 현 실정이다.

토종인 거미불가사리와 빨강불가사리, 별불가사리는 지상의 지렁이와 같이 역기능보다는 순기능이 더 많아 해양환경에 유익한 극피동물이지만, 개체수가 많아지면 기초 해양생태계에 문제가 발생하게 된다. 주성분으로 칼슘을 풍부히 포함하고 있는 이런 유해한 불가사리를 원료로 하여 침전응집조성제로 활용할 가치가 클 것이다. 불가사리의 주성분은 탄산칼슘(CaCO₃)이 38%이며 불가사리에서 추출한 콜라겐을 본 발명에 의한 응집제에서 사용할 수도 있는데, 현재 불가사리에서 추출한 콜라겐을 이용한 화장품도 출시되어 있다.

패각은 다판류, 부족류, 난각류 및 복족류의 외피로서 그 성분은 탄산칼슘(CaCO3), 인산칼슘(Ca3CO3(PO4)2), 탄산마그네슘 (MgCO3)가 90%이상. 코키올리 2 내지 7% 및 기타 유기물로 구성되어있다. 조개껍질, 굴껍질과 같은 패각류 껍질은 40-43%의 탄산칼슘이 주성분이며, 이들은 식후에 버려져서 또한 환경오염의 한 가지 원인이 되고 있다.

점토광물의 특성인 풍부한 이온교환성과 다공성 및 팽창성, 유기흡착성, 수화탈수성, 콜로이드성, 표면활성 등으로 인하여 폐수처리용 응집제로서의 활용이 다각도로 가능하다.

본 발명의 목적은 응집제로서 사용가능한 황산칼슘을 풍부히 포함하며 환경오염원이 되고 있는 폐석고 및 패각류 껍질을 활용하고, 또한 탄산칼슘을 주성분으로 하면서 수산물 양식장에 피해를 주는 불가사리를 원료로 사용하며, 이온교환능과 다공성을 가지는 점토광물을 포함하는 무기계 응집제를 제공하는 것에 있다. 본원에서 사용하는 용어 "패각류 껍질"은 일반 폐기물로 분류되는 난각류 껍질 및 복족류 껍질도 포함한다.

본 발명의 다른 목적은 불가사리에서 추출한 해양성 콜라겐으로 코팅된 응집제를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐수의 성상에 따라 무기계 응결제를 추가적으로 포함하는 응집제를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 제조되는 응집제 전체 중량에 대하여 폐석고 50-200중량부, 불가사리 분말 50-200중량부, 패각류 껍질 50-200중량부, 및 점토광물 30-70중량부로 이루어지는 폐수 처리용 무기계 응집 침전용 조성물에 관한 것이다.

이때 폐석고, 불가사리 분말, 패각류 껍질 분말은 모두 1차 재생가공 공정을 마친 상태에서 제시된 중량부이다.

상기에서 제시한 중량부보다 과대 투입 시에는 미반응 한 무기계 응집제 성분이 다량 존재하게 되어 그 자체가 친수성이 강하므로 보호콜로이드 기능을 발휘하게 되어 현탁입자에 둘러싸서 현탁입자를 분산 상태로 존재하게 하므로 응집효과를 저하시킬 수 있다. 상기 중량부보다 적게 사용하면 콜로이드성 입자와 일부 중금속 및 불용성인 화합물 등과의 응결 기능이 저하된다는 단점이 있다.

본 발명에서 사용하는 폐석고는 인산부생석고, 배연탈황석고, 불산석고, 티탄석고 비스코스레이온석고 등의 화학석고를 원료로 하여 응집침전조성물의 원료인 경석고, 소석고, 석고로 재생하여 응집침전 조성물의 원료로 사용한다.

석고는 결정수에 따라 CaSO4?2H2O(석고), CaSO40.5H2O, CaSO4(무수석고)로 불려지고 있으며, CaSO4?2H2O를 가열온도에 따라서 일부의 결정수를 잃은 CaSO4?0.5H2O가 되기도 하고, 무수석고(CaSO4)가 되기도 한다. 무수물은 경석고?무수석고라고도 하며, 그밖에 2수화물을 석고, 반수화물을 소석고라고 한다. 무수물은 무색의 결정으로 천연으로 산출되는 것은 불순물이 혼입하여 착색되어 있다.

폐석고는 주성분이 산화칼슘(CaO)과 무수황산(SO 3 ), 결정수(H 2 O)로 구성되어져 수처리용 무기 급속 응결응집 침강제를 제조함에 있어 최적의 원료라 할 것이다. 체적이 작은 입자/체적이 큰 입자 및 산/염기 개념에 의해, 보다 체적이 큰 Ca2+ 이온은 보다 체적이 큰 음하전을 띠고 있는 이물질과, 그리고 보다 체적이 작은 Al3+ 는 체적이 작은 음하전을 띠고 있는 이물질과, 또한 SO42- 이온은 양하전을 띠고 있는 금속류 이물질과 서로 하전상의 상호작용으로 흡착 및 응집을 한다. 부생석고의 성분 중에는 산화규소(SiO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), MgO가 있는데, 알루미늄염, 규산염은 -이온 교환능을 가진다.

폐석고는 본 발명의 응집제 전체 중량에 대하여 50-200중량부를 포함하는데, 폐석고 분말의 양이 50중량부 이하이면 콜로이드성 입자와 일부 중금속 및 불용성인 화합물 등과의 응결 기능이 저하되고 200중량부 이상이면 생성된 플럭에 응집제 성분이 엷은 회색 덩어리 상태로 잔존하게 되어 발생 슬러지 양이 많아지는 단점을 갖기 때문이다.

폐석고를 건조하여 석고로 회수하는 방법에는 습식방법과 건식방법이 있다.

습식방법은 폐석고를 분쇄하여 온도가 100℃~140℃ 정도가 되게 하여 건조시킨 후 건조된 폐석고를 물에 5wt%~15wt% 정도로 교반ㆍ혼합하여 수온을 18℃~22℃를 유지하여 2시간 정도 침전 시킨다. 침전된 폐석고를 고액 분리하여 분리된 폐석고의 용액을 20wt%로 만들어 온도를 100℃ 이하의 수중온도가 되도록 가열시켜 2시간 정도 1차 숙성시킨다. 1차 숙성된 폐석고를 급하게 분리하여 60-70℃로 냉각시킨 후 20분 내지 1시간 정도 입자상태를 안정시켜 2차로 숙성시킨다. 2차 숙성된 폐석고를 압착기로 수분을 탈리하고 다시 탈리된 석고를 깨끗한 중성수 100리터에 20% 투입하고 Na2SO4를 10wt%로 첨가하고 pH5~6 정도로 유지하면서 혼합교반 후에 석고 위에 있는 불순물을 제거하면 순도가 99%가 되고 석고의 회수율은 93.9%로 수질정화에 성능이 뛰어난 재생석고를 생산할 수 있다. 이때 교반시간은 30분-4시간 정도가 적당하지만 최적의 시간은 2시간이다. 탈수석고들이 충분히 수화되어 미립화 되는 온도는 5℃~45.5℃이다. 상기와 같이 생산된 석고를 열풍건조나 자연건조시켜 폐석고를 포함한 본 발명의 응집제 원료를 얻는다.

건식방법은 폐석고를 가열해서 140-160℃까지 상승시킨다. 건조방법 소요 시간은 160℃에서 90분-3시간, 140℃에서는 3시간-6시간, 120℃에서는 5시간-10시간, 100℃에서는 8시간~16시간 정도소요 된다. 평면건조로에서는 수분이 제거된 이수석고와 소석고와 경석고를 얻을 수 있다. 회전건조로에서는 소석고와 경석고를 얻을 수 있다.

또한 마이크로파를 이용하여 건조하는 방법인데, 가열 마이크로파 영역은 2.45GHz가 전파법에 허용되어 있고 국내에서 생산되고 있는 마이크로파 발생장치 300-1,700W정도 발생하는 것을 사용한다. 폐석고를 두께 5Cm 이하로 펴서 마이크로파를 조사시킴으로써 수분을 증발시켜 생산 하는 방법이다. 이때 마그네트론의 출력이 증가되어 강력한 마이크로파가 발생될수록 건조시간은 30분~3분 이내로 단축되어 일반 소석고는 물론이고 베타형 소석고까지 생산할 수 있다.

이렇게 생산된 재생석고의 수중 용출시험은 용출허용치의 1/10이하로 여러 폐석고의 중금속 용출 우려는 아주 작다. 순수한 석고를 기준으로 하고, 폐석고에서 이수석고 ->소석고 ->경석고로 변화할 때 수분증발로 인한 감량이 일어난다.

이렇게 만들어진 소석고와 경석고 모두 침전 응집 조성물로 사용할 수 있다.

불가사리 분말을 수득하는 공정은 다음과 같다.

불가사리가 부패될 때에는 대단히 역한 냄새가 난다. 불가사리가 부패되기 전에 불가사리에 함유된 해양성 콜라겐을 추출한다. 구체적으로 불가사리를 맑은 물에 3~5회 반복 세척하여 불순물과 염분을 제거하고 물기를 뺀 다음 토막 내어 유압식 압착기로 불가사리 체액을 채취한다. 중공사막 정밀여과장치를 사용하여 불가사리 체액을 여과시켜 막을 통과한 액상을 열 건조 또는 냉동 건조하여 콜라겐을 확보한다. 남은 폐기물을 시중에서 판매되는 전기 또는 액체연료를 사용하는 열풍건조기를 사용하여 100℃~250℃ 온도로 2시간~5시간 정도 건조시켜 응집제 원료로 사용할 수 있다. 자연건조 시킨 불가사리에서 미량의 키틴과 다량의 칼슘를 이용하기 위하여 900℃ 이상 소성시켜 소성된 불가사리를 분쇄기로 120-325메쉬 이하로 분쇄한다. 통상적으로 150메쉬가 적당하다. 이렇게 분쇄되어 분말화된 분말을 본 발명의 응집제로 사용한다.

상기에서 추출된 콜라겐은 불가사리 분말, 패각류 분말, 폐석고에서 생성된 소석고와 경석고, 및 점토광물을 배합하여 만든 원료를 혼합할 때 불가사리 체액에서 채취한 해양성 콜라겐성분으로 코팅하여 불가사리에서 수득한 콜라겐 성분과 불가사리 체액을 건조하여 분말로 만들어 응집 조성물의 코팅제로 사용하여 수분에 의한 성능저하를 감소시킬 수 있어서 저장성을 향상시킬 수 있다.

불가사리 자체에는 칼슘이 281.68mg/g 함유되어 있어 재생 산화칼슘을 생산하기에 충분하다. 불가사리 몸체에는 키틴성분과 사포닌 성분 그리고 미량의 생체독소가 있는데, 생체독소를 활용하여 조류성장억제제의 역할을 할 수 있으며, 천연 미네랄 성분을 공급하는 역할을 할 수도 있다. 불가사리의 독소는 식품위생 기준치 (마비성 패류독소 80mg/100g 테트로톡신 10mu/g)를 초과하지 않으나, 음용수에서는 수질안전성 확보 측면에서 이를 제거하기 위한 공정이 필수적이라고 사료되지만 본 발명에 의한 응집제로 폐수를 처리하고 곧 바로 방류한다면 하천수나 각 종 폐수 중에 잔존하는 미생물들의 괴사에 큰 영향을 줄 수 있다. 하지만 불가사리에 존재하는 독소 성분은 독소가 합성되기 전이기 때문에 수생생태계에 미치는 악영향은 대단히 작다.

건조로에 투입하기 전에 토막 낸 불가사리를 고압 압착작업으로 회수한 콜라겐은 불가사리 근섬유에서 추출된다. 추출된 액은 폐수처리 용도에 따라 처리 방법이 다양하다. 일반적으로 추출된 체액을 바로 건조하여 사용하거나 MF필터로 처리하고 건조하여 사용하지만, 풀장이나 중수시스템에 사용되는 응집제는 오존처리 후 정밀여과 (microfiltration: MF) 필터처리 및 냄새제거용 활성탄을 거쳐 사용하는 경우도 있다. 액상이나 분말로 생산된다.

본 발명에서 불가사리는 응집제 전체 중량에 대하여 50-200중량부 사용한다. 불가사리 분말의 양이 50중량부 이하이면 콜로이드성 입자와 일부 중 금속 및 불용성인 화합물 등과의 응결 기능이 저하되고 200중량부 이상이면 생성된 발생슬러지양이 많아지는 단점을 갖기 때문이다.

패각류 껍질을 분말화하는 공정은, 이미 활용된 조개나 굴껍질을 약 80℃-120℃ 이상 가열 공정을 거쳐 건조 가공된 된 패각류 껍질을, 건조로에 약 900℃이상 가열하면, 이산화탄소(CO2)가 공기 중으로 흡수되고 산화칼슘(CaO)만 남게 되는데 이때 남는 것은 산화칼슘(CaO), 즉, 생석회이다. 이를 g단위로 표시하면 다음과 같다. 예를 들어 석회석 즉 탄산칼슘CaCO3 100g을 가열하면 생석회(산화칼슘CaO) 56g + 이산화탄소CO₂ 44g 이 생산된다. 이상에서는 조개나 굴껍질을 예로 들었지만, 패각류 껍질은 다슬기 등 민물 패각류 껍질도 포함된다.

상기에서 수득한 석고, 소석고, 경석고, 불가사리의 건조 분말, 및 패각류(난각류 및 복족류 포함) 껍질을 분말로 고온으로 가공하여 수득한 생석회, CaSO₄와 CaSO₄0.5H2O, 황산칼슘 무수화물을 만들어 상기 석고, 소석고, 경석고에 투입하여 재생폐석고의 효능을 높여 부유물과 세균류, 원생동물 등의 생물과 수중의 철, 알루미늄, 마그네슘의 수산화물 등에 함유하고 있는 여러 가지 유기물이 신속하게 침전하도록 할 수 있다.

본 발명에서 패각류 껍질 분말은 응집제 전체 중량에 대하여 50-200중량부 사용한다. 패각류 껍질 분말의 양이 50중량부 이하이면 콜로이드성 입자와 일부 중 금속 및 불용성인 화합물 등과의 응결 기능이 저하되고 200중량부 이상이면 생성된 플럭이 굳어지고 발생 슬러지 양이 많아지는 단점을 갖기 때문이다.

상기 재생된 재생 석고류와 불가사리 분말 및 패각류(난각류, 복족류 포함) 분말로 이루어지는 응집제에 응집 보조제로서 점토광물을 첨가할 수 있다.

수중의 오염입자는 점토와 작용하게 되면 오염입자 표면의 음전하가 상당량 소멸되어 오염입자간의 반발력이 감소되어 서로 응결응집이 용이하게 된다. 또한 형성된 플럭 표면은 소수화가 진행되어 탈수가 용이하게 되는 특징을 갖는다. 그리고 일단 형성된 플럭표면은 절단력 같은 외부의 힘이 가해지더라도 쉽게 파괴되지 않는 장점이 있다. 상기 점토의 첨가량은 전체 응집제 중량에 대하여 30-70중량부가 적당한데 30중량부 이하 사용하면 점토광물의 특성인 점성이 나타나지 않고 70중량부 이상 과다하게 첨가하게 되면 오히려 폐수 중 현탁입자의 증가로 응집제 효율이 떨어지는 단점이 발생하게 된다.

본 발명에서 사용하는 점토광물은 다공성의 성질을 갖고 있고 다양한 성분의 여러 물질로 구성되어 있음이 알려져 있다. 이들 광물 중, 예컨대, 맥반석의 구성성분에 관한 것으로서 주성분은 SiO₂이며, 그 외에 Al2O3, Fe2O3, Na2O, 그리고 K2O등이 일부 존재하며 Na2O와 K2O등이 물에 용해되어 알카리성을 띄운다. 이러한 금속산화물이 물에 녹게 되면 K나 Na가 불어있던 자리에 중금속이 이온교환되어 들어가 불용성인 일종의 착화물을 형성하게 되어, 본 발명의 목적중의 하나인 폐수중의 중금속을 제거할 수 있다. 이들 점토광물들이 중금속을 제거할 수 있는 기능은 점토광물의 이온교환성 및 다공성에 의한 흡착 작용의 결과로 보인다. 또한, SiO2 를 비롯한 금속산화물이 흡착능력을 가지고 있음은 이미 잘 알려진 사실이며, 이들 광물질에 존재하는 Al2O3, Fe2O3등이 산에 녹아 이중 Al3+와 Fe3+를 녹여내고 그 자리에 다른 중금속 이온이 교환되어 들어갈 수 있다. 더욱, 이러한 광물분자가 물에 녹게 되면 K나 Na가 불어있던 자리에 중금속이 이온교환되어 들어가 불용성인 일종의 착화물을 형성하게 되어, 본 발명의 목적중의 하나인 폐수중의 중금속을 제거할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 점토광물로는 기본적으로 일나이트 계열, 스멕타이트 계열, 카올린 계열을 사용하는데, 그 외 광물은 처리해야 될 폐수의 성상에 따라 광물의 특성을 고려하여 가감, 첨가 및 생략된다. 폐수 성상에 따라 첨가되는 양은 변화 될 수 있으며, 응집제 전체 중량에 대하여 30-70중량부 사용된다.

본 발명자의 실험에 의하면 응집제 전체 중량에 대하여 폐석고 분말 50-200중량부, 패각류 껍질 분말 50-200중량부, 불가사리 분말 50-200중량부, 및 점토광물 30-70중량부의 조성비가 가장 좋은 응집효과를 나타내었다.

폐수의 성상에 따라 첨가될 경우, 일라이트 계열은 첨가되는 점토광물 전체 중량에 대하여 3-20중량부, 스멕타이트 계열은 5-25중량부, 카올린 계열은 3-20중량부를 첨가하고, 포졸란 계열은 5-20중량부를 넘지 말아야 하고 슬러지의 숙성을 신속히 해야 할 때 천연 포졸란 분말이나 인조포졸란이라 불리는 플라이애쉬가 첨가 될 수 있다. 상기 비율은 본 발명자가 이하의 실시예들에서 나타낸 음식물 폐수처리, 축산분뇨 폐수처리, 및 오염된 하천수 처리의 결과 가장 효과를 나타낸 비율에서 기인된 것이다.

주로 사용되는 점토광물과 첨가량은 폐수의 성상에 따라 적의 첨가될 수 있는데, 예컨대, 음식물 폐수의 경우는 유기물이 많으므로, 칼슘성분이 많은 석회석과 방해석 분말을 응집제에 첨가하고, 동식물성 지방을 흡수하기 위해 활석과 적철석을 첨가하고, 돌로마이트, 버미클라이트을 첨가한다.

공장폐수의 경우는 산성이나 염기성이 대부분이므로 수소이온농도와 폐수에 함유되어 있는 무기물의 성정 변화를 주기 위해 산성일 때 산화철이 함유되어 있는 적철석 분말을 첨가하고 염기성일 때는 명반석을 첨가하며 감람석과 각섬석 분말을 첨가한다. 축산폐수의 경우는 염기성이 강하므로 중성으로 변화를 주기위해 고령토와 형석을 첨가한다.

본 발명의 응집제에 첨가되는 광물은 오수와 폐수에는 일반적으로 소듐벤토나이트, 고령토, 일라이트 등으로 이루어지는 점토광물을 기본으로 첨가한다. 또한 제올라이트, 황산칼슘 반수화물, 산화칼슘, 규조토도 첨가할 수 있다. 포졸란 계열은 본 발명 응집제의 성능을 향상시키며 발생된 플럭이 단단해 지도록 한다. 이러한 점토광물 중에서 하나 이상을 폐수의 성상에 따라서 응집제 전체 중량 대비 30-70중량부 사용한다. 선택되는 각 점토광물은 사용되는 양이 폐수의 성상에 따라서 적의 변경될 수 있으나 전체 응집제 조성물 중량에 대하여 각 각 0.2~5중량부 사용하면 충분함이 실험에 의하여 입증되었다.

일나이트 계열로는 견운모, 홍운모, 및 진왈다이트가 있다.

스멕타이트 계열 점토광물로는 몬모릴로나이트.베이델라이트,논트로나이트, 세포나이트, 헥토라니트, 소디움벤트나이트, attapulgite가 있다.

카올린 계열로는 고령토, 카올리나이트, 할로이사이트가 있다.

포졸란 계열은 화산회 등의 광물질 분말로 시멘트 성질이 거의 또는 전혀 없는 규조토질 또는 규조토의 알루미늄질 재료로서, 세립자이며 수분을 만나면 상온에서 수산화칼슘과 화학적 반응을 일으켜 시멘트 성질을 가지는 화합물을 형성하는데, 포졸란계열로는 용성 백토, 규조토, 규산 백토, 응회암과 섬록암, 인공포졸란인 플라이애쉬 등이 있다.

셀레스타이트(celestite,SrSO4)와 스트론티아나이트(strontianite, SrCO3)는 칼슘보다 무르고 물에 대한 반응성은 칼슘보다 더 커서 쉽게 수소를 발생한다.

해록석은 철, 칼륨 등의 함수규산염으로 분류상 운모에 가까운데 항상 미세한 입상 또는 토상(土狀)이며, 이온교환제로서 경수(硬水)의 연화나, 칼륨비료로서 이용된다.

녹니석은 단사정계(單斜晶系)에 속하는 광물로서, 클로라이트라 하며 알루미늄, 철, 마그네슘을 주성분으로 하는 함수(含水) 규산염이다

규조토는 높은 기공성으로 인한 강흡수성과 화학적 안정성이 특징으로, 건조 슬러지의 강도 증진효과에 탁월하다.

소듐벤토나이트, attapulgite, sepiolite중 스멕타이트질 점토에서 가장 뛰어난 벤토나이트는 팽윤성이 크고 2사면체나 1팔면체 구조단위를 갖는 것이 특징이다. 일반적으로 Na-벤토나이트를 말한다. Na-벤토나이트는 부피를 7~20배로 팽윤하며, 분산성 및 이온교환성이 높다. 함수량 150%에서 점착력이 생기고 500%의 함수량에서 점착력을 잃으며 내부 마찰 저항이 작다. 소다회나 Na₂CO₃로 인위적인 양이온 치환된 치환형 소듐벤트나이트를 대체품으로 사용할 수 있다. 일반적으로 벤토나이트는 물속에서의 강력한 팽창으로 4-5%의 비교적 낮은 농도에서 겔 유사구조를 형성하고 매우 안정한 현탁액을 유지한다. 이는 음료수나 폐수에서의 탈오염처리, 광물처리, 화장품 및 제약 공정, 그리고 미생물의 상호작용과 부착과 같은 광범위한 분야에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

또한, 벤토나이트는 화학성분이 (AI, Mg)2Si4O10(OH)2ㆍ4H2O인 점토 광물의 일종으로, 괴상 또는 토상을 이루며, 굳기 1 ～ 1.5, 비중 2 ～ 2.5, 굴절률 1.48 ～ 1.6이다. 수분을 흡수하여 원래 부피의 7 ～ 10배로 팽윤하는 성질이 있으며, 이온 교환성이 높고, 함수량 150%에서 점착력이 생기고 약 500%의 함수량에서 점착력을 잃으며, 내부 마찰저항이 작은 점 등 특수한 성질을 가진 점토이다.

천연제올라이트, 합성제올라이트는 양이온 교환능력이 가장 우수하다. 함수 알루미늄 규산염 광물의 일종으로 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)으로 이뤄진 다공성 결정으로 강한 산성을 띠어 다양한 화학 반응의 촉매로 활용된다. 제올라이트는 다이아몬드형 사면체구조가 무한으로 연결한 삼차원 망상구조 중의 Si의 일부가 Al에 의해서 치환된 것인 데에 반해 망상구조가 올바른 규칙이 깨어져 골격에 빈틈이 생겨 다량의 물을 흡착할 수 있다. 양이온의 작용에 의해 불포화 탄화수소나 극성물질을 선택적으로 강하게 흡착하는 성질이 있다. 분자체 효과와 이온교환성을 갖는다.

버미큘라이트는 운모질의 점토광물이며 화학식은 (Mg,Fe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2.4H2O이다. 알루미늄 ? 마그네슘? 철의 수산화규산염으로 된 점토광물이다. 산(酸)에 쉽게 분해되고 무기이온 교환제로양이온 교환능력이 크다. 무게는 모래의 1/15정도로 가볍고 다공질이며 흡수 능력이 뛰어난 팽창판자형 제 2차 토양 점토광물의 일종이며 질석을 약 1,000℃로 구워서 흑운모가 분해된 것으로 무균상태이다.

방해석의 화학성분은 CaCO3로, 탄산무수염광물의 일종이며, 묽은 염산에서 이산화탄소를 발생시킨다.

돌로마이트는 백운석(白雲石)ㅇ고회석(苦灰石)이라고도 한다. 화학성분은 CaMg(CO3)2이다. 탄산석회와 탄산마그네슘이 1:1로 복탄산염을 이룬다. 산성토양개량제로 활용이 되며 마그네슘 석회석이다.

일나이트는 일반적으로 견운모라고 하는데, 광물 성상은 견운모와 다르기 때문에 별도 명칭으로 사용한다. 운모와 유사한 점토광물을 통칭하는 용어이다. 양이온 교환능력은 다른 점토광물에 비해 약하고 팽창성은 낮으나 유기물질의 흡수 및 흡착이 매우 뛰어나고 다른 이온과의 흡착경쟁성, 유해중금속 흡착성, 층간양이온의 탈착 (K+를 함유해서 Cs세슘과 같은 +1가 방사성 양이온과 치환능력), 독성물질을 효과적으로 제거한다.

홍운모는 Lepidolite 리튬을 함유한다.

진왈다이트 [zinnwaldite ]는 철과 리튬이 주성분인 운모이다

카올린은 규산4면체 층과 알루미나8면체 층이 1 : 1로 되는 구조를 가지는 점토광물로 고령토, 카올리나이트, 할로이사이트가 대표적이다.

고령토는 카올린, 고릉석이라고도 하며 고령석 또는 카올리나이트(kaolinite)와 할로이사이트가 주성분이다. 점토광물 중 알루미늄의 수분을 포함한 규산염 광물이다. 흡수성이 높기 때문에 달라붙는 성질이 있고, 특유의 냄새를 가진다. 사면체나 팔면체 구조단위로 인한 음전하, 층간 결손 보장을 위해 양이온과 물도 함께 있는 층간구조와 양이온교환성, 수화 및 탈수성, 팽윤성, 유기흡착성, 콜로이드성 요변성 등이 변화가 다양한 것이 특징이다.

활석은 점토광물로써 동물성 식물성 광물성 유분제거용으로 소량 첨가된다.

(赤鐵石) - 일반적으로 철광석이라 한다. 주로 산화철이며 적갈색을 띠며 토양의 색을 적색으로 만드는 요인이 되며, 자성를 띠며 흡유성이 있다.

형석은 알루미늄 환원조의 용융 전해제이고 황과 인을 제거용으로 사용한다.

전기석은 일명 토르마린이라 한다. 철, 마그네슘, 알칼이 금속 등의 성분으로 마찰을 주면 전기가 발생하며, 가열하면 전기석 양단에 전하가 발생 한다.

영구적인 전기에너지를 띠는 광석으로 음이온과 원적외선 효과가 매우 높은 광물이다. 응집제 투여 시 여러 성분의 응집 첨가제와 이동 중의마찰로 인해 각 종 폐수 속에 존재하는 중금속과 유기물을 이온화 작용을 상승시켜 응집제의 침전능력을 향상 시키기 위해 미랑 첨가한다. 또 다른 방법은 공처럼 만들어 교반 날개에 고정시키거나 교반 날개를 이중으로 만들어 날개 속에 5~10씩 넣어 자체적으로 음이온과 결정의 양단에서 직류0.06㎃의 전류를 생성케 한다. 태양을 출발한 ±전자 중에는 대기권을 통과 할 수 있는 전자는 -전자이다. 대기권을 통과한 -전자는 전기석의 +전극에 흡수되어 음이온 한 개가 전기석 -부분으로 흐르게 되면서 영구적인 전자 흐름에 의해 미세 전기가 발생하는 것이다. 이러한 원리로 폐수를 전기분해하여 플로톤인 H+와 수산이온인 OH-가 되어 수소를 발생하고 강력한 살균작용을 하는 하이드록실 이온이 되어 살균작용과 계면활성작용으로 세정 및 탈취작용을 한다. 또한 물의 클러스트를 세분화 하여 물 분자 주변에 있는 찌꺼기인 각 종 침전물의 침전능력을 향상시킨다. 특히 음식물 폐수에 함유되어 있는 NaCl 저감에 일조한다.

명반석은 염기성인데 반해 산에 의해 기포가 발생하지 않으며 황산이온이 있는 폐수에는 반응하여 수산화알루미늄을 생성하여 침전된다.

또한, 벤토나이트, 일라이트(Illite), 카올리나이트(Kaolinite)등의 점토광물에 의한 농약의 흡착 등이 잘 알려져 있어서 대략 점토광물 g당 0.02-0.14㎎의 2.4-D와 유도체인 이소프로필(Isopropyl), 부틸(Butyl), 이소부틸 에스테르(Isobbctyl ester)가 흡착되어 캡탄(Captan) DDT, BHC, 디엘드린(Dieldrin), 알드린(Aldrin)등의 유기염소, 농약도 점토광물에 의해 쉽게 흡착되는 것으로 알려지고 있으며 중금속 용액에 대한 이온교환반응 뿐만 아니라 CN-과 같은 물질의 흡착제거, 색도의 흡착 및 벤젠링을 포함하고 있는 유기화합물의 제거 등 본 발명 제품의 탁월한 성능을 가지는 것으로 알려져 있다.

본 발명에 따른 고속 응집제 조성물은 소듐시트레이트하이드레이트, 규산나트륨, 탄산나트륨, 인산나트륨 3염기 무수화물, 소듐하이드록사이드, 칼륨하이드록사이드 및 리튬하이드록사이드,아크릴산 중합체 나트륨 염, 설파민산, 알류미늄계 응결제, 철염계의 무기응집제, 탄산마그네슘, 합성하이드로탈사이트 등을 첨가할 수 있다. 이들 성분을 미량 첨가함으로써 본 발명에 의한 응집제의 성능 개선에 일조할 수 있다. 상기 성분 중 소디움시트레이트하이드레이트는 파이프내의 스케일을 제거할 때 첨가된다.

소듐시트레이트하이드레이트(Na3C6H5O7)은 구연산(시트르산)으로서 부패와 변질을 방비, 소독과 세정, 악취제거, 묵은 때 제거, 탈색방지 등을 한다. 시트르산은 환경 친화적인 청소제로 쓰이며, 커피포트 등에 굳은 석회질을 녹이는데도 쓰인다. 구연산, 칼슘, 인산염의 용액으로 토양의 중금속 안정화에 효과가 크다. 이는 토착미생물 신진대사 활성화를 통해서 토양 내 혐기성 환원 조건을 제공하기 때문이다. 응집조성물에 1차 2차 투여 교반 후에 다음 공정으로 가기 전에 구연산을 투여하여 석회질 성분을 녹이고 세정 및 악취와 탈색방지 하며 묵은 때까지도 세정한다.

소듐실리케이트(규산나트륨)의 수소이온지수는 11~12이고, 분자식은 Ma2O.nSIO2.xH2O이며 농도가 높으면 점도가 상승된다. 즉 몰비를 높이면 점도가 상승한다. 온도가 상승할 때 점도는 하향한다. Mg,Al,Ca,Ba 등의 금속이온들과 반응하여 불용성 규산염 금속의 수산화물과 규산을 동시에 생성하여 겔화 된다.

탄산나트륨, 인산나트륨은 pH완충제로 사용하고 경도를 없애주며 이산화탄소 흡수제로 이용하고 칼슘 및 중금속의 응집을 유도한다.

포타슘하이드록사이드(KOH, 수산화칼륨)는 계면활성제, pH 조절제로 이산화탄소를 흡수하는 힘도 수산화나트륨보다 강하며 pH를 높여 준다.

소듐하이드록사이드, 칼륨하이드록사이드 및 리튬하이드록사이드로 이루어진 군에서 폐수 성상에 따라 1종-3종 무기계 겔화 촉진제 선택하여 사용한다. 일반적으로는 소듐실리게이트를 사용한다.

소석회는 황산이온에 의해 산성이 된 액성을 중화시켜주는 역할을 한다. 석회가 물과 반응하여 경수로 바뀌고 수산화칼슘과 이산화탄소의 반응이 일어난다.

CaCO3 + H2O -->Ca(OH)2 + CO2

수산화칼슘을 물에 녹인 것을 흔히 석회수라 하며 염기성이므로 pH조정제가 된다.

아크릴산 중합체는 폴리아크릴산나트륨이라고도 한다. 음이온에 의한 이온현상으로 분자가 늘어나 고점도 용액이 된다.

설파민산은 수소이온농도가 1.18의 강산성이므로 녹을 때 강한 산이 되어 pH조절제와 아질산 이온제거용으로 사용한다.

알류미늄계 응결제는 황산칼슘 반수화염(半水化鹽)을 경화시키는데 사용되며 폐수성분 중에 용존하는 금속이온과 질소화합물과 반응하여 응결 촉진시키며 폐수 중 현탁입자와 반응하여 불용성으로 석출물을 유도하여 생성된다. 넓은 의미로는 Al이 2~3가 금속인 Fe, Cr, Mn으로, K가 1가의 원자가를 갖는 Na, Rb, (NH)4로 치환된 것이 가장 효과적이다. 주로 폴리염화알루미늄(PAC)이나 황산알루미늄을 사용한다.

철염계의 무기응집제로는 염화철(FeCl₃), 황산철(FeSO₄), 수산화철(Fe(OH)2와 Fe(OH)3)이 있으며 산에도 잘 녹는다. 또 보통 알칼리에는 녹지 않지만, 진한 수산화알칼리에는 착염을 만들고 녹는다. 2가의 철염은 강한 환원제로 질산염을 암모니아로, 나이트로벤젠을 아닐린으로 환원시키며, Fe(OH)3)물에는 약간 녹으며, 간단히 콜로이드용액이 된다. 침전은 3가의 철염에 수산화알칼리나 암모니아수를 작용시키면 생긴다. 아비산을 잘 흡착하므로 비소의 해독제로 사용된다.

탄산마그네슘은 백색의 가볍고 무른 덩어리거나 또는 분말. 공기 중에서는 안정하다. 물, 에탄올에는 거의 녹지 않고 산류와 같은 염소와 격렬하게 화합하여 거품이 일어 녹고, 또 그 밖의 할로겐? 황? 인? 비소나 금속원소 등과도 화합한다. 가열하면 질소와 반응하여 질소화합물을 만든다. 마그네슘염에 수산화알칼리를 작용시키면 무색의 콜로이드상 침전물로서 생긴다.

합성하이드로탈사이트는 부식을 일으키는 이산화질소의 흡착에 탁월하며 하이드로탈사이트'는 염소계 촉매 중화제로 사용된다.

상기와 같은 성분들로 이루어진 응집제를 응집조성물 100중량부 대비 불가사리에서 추출한 해양성 콜라겐 0.2-1중량부로 코팅한다. 0.2중량부 이하를 사용하면 응집제의 코팅이 충분히 이루어지지 않고, 1중량부 이상 사용하면 응집제의 점성이 높아져 또 다른 오염원이 될 수 있다. 응집제를 코팅하는 이유는 응집제 제조 및 포장 또는 유통단계나 최종적으로 투입 되는 공간에서 대기 중에 잔존하는 수분 흡수를 방지하거나 습도가 대단히 높은 상황에서 수분을 먼저 흡수하여 응집침전물의 성능을 유지하는데 있으며, 각 종 폐수를 처리하고 하천에 직접 방류 할 때 방류수에 각 종 미네랄을 잔존하게 하여 수중 생태계 유지하게 하며, 풀장의 물을 정화처리 할 때 염소계 소독이 아닌 본 발명의 응집제만으로도 소독이 가능하다. 그리고 각 종 발암물질인 트리할로메탈의 생성을 미연에 방지하며, 각 종 미네랄이 수중에 잔존함으로 인체 피부손상을 줄일 수 있으며, 하수를 다시 재사용하는 중수에서는 세척이나 세탁시에 계면활성제의 효용을 높여 세척력을 높이는 데 있다. 이렇게 코팅된 응집제는 1-2급수 이상 상태로 방류 할 때 사용 하거나, 처리수를 재사용하는 중수의 사용 범위를 넓게 할 수 있기 때문에 맑은 물이 필요로 하는 광범위한 목적으로 할 때 사용된다.

본 발명에 따른 불가사리와 패각류, 폐석고 및 점토광물로 이루어진 응집제는 적정한 비율의 선정에 의하여 2차 오염이 없고 각종 폐수와 응집현상을 빠르게 반응하여 플럭을 형성하기 때문에 각종 폐수의 오염부하량을 신속하게 저감시키며 불가사리의 체액에서 축출한 각종미네랄 성분을 함유하고 있어 방류 후에 조류성장억제, 미생물의 괴사 등 수상생태계에 유익한 요소가 많은 것이 특징이다. 특히 유기물 폐수처리 공정상으로 볼 때 생물학적 처리에 비해 경제성이 우수하고 공간활용 면에서도 탁월하다. 또한 악취를 발생하는 폐수의 악취요인을 각종 이온성 첨가제로 인해 악취 입자가 응집제 성분으로 코팅되어 침전시키므로 악취로 인한 수처리 작업장의 환경개선에도 일조할 수 있다.

도 1은 오염원의 정화과정을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 응집제를 사용하여 음식물 폐수처리 과정을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 응집제를 사용하여 축산물 분뇨 폐수처리 과정을 나타낸 도이다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 다만 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되지 아니한다.

실시예 1 : 응집제의 제조

인천 동양화학공업(주)에서 불순물이 많은 인산 폐석고 20kg을 구해서 열 건조기에 95℃로 30분간 가열하여 불순물 처리와 수분을 증발시시켜 17.8kg의 폐석고를 얻었다. 이중 건조 폐석고 5kg을 분리하여 평면 전기 건조기를 160℃ 온도에서 3시간 건조하여 4.6kg의 재생석고를 확보하였다. 확보 된 재생석고를 분쇄기(핀크라사, 성창기계, 대한민국)로 1차 조분쇄하고 2차 미분쇄를 하여 120메쉬~325메쉬로 5회 나누어 분쇄하였다.

전남 완도군 고금면에서 입수한 반 건조 된 불가사리 10kg과 강원도 양양군 현북면 하조대 부근에서 불가사리 10kg 을 구해서 깨끗한 물로 5회 반복 세척하여 염분을 제거한 후 전기 열풍기로 3분간 불가사리 표면에 있는 수분을 제거하였다. 그런 후 수분이 제거 된 불가사리 성체 20 kg을 커팅기로 세밀하게 절단하여 부직포에 담고 철망으로 다시 보강하고 착유기(DB-3000 동방착유기, 대한민국 대구)로 10분간 압착하여 체액을 탈수 한 후 18.5kg의 불가사리 덩어리를 만들었다.

불가사리 덩어리를 95～105℃에서 45～90분 간 열탕처리하여 부직포 망으로 된 원심분리기를 이용하여 고체와 액체를 분리한 후 만들어진 액체를 5℃로 냉각시켜 수용성 콜라겐을 확보하였다. 만들어진 수용성콜라겐 액상을 약산성 0.5중량% 정도의 맑은 용액에 넣고 단백질 분해효소인 파파인 효소(립신, 펩신, 바실러스 서브틸러스 등도 사용될 수 있다)를 0.5중량%를 첨가하여 50℃로 8시간 분해시키고 착유기로 압착해서 수득한 불가사리 체액을 혼합하여 온도를 82℃이하로 1시간 유지하여 콜라겐 성분을 활성화 시켰다. 약간의 악취가 발생하기 때문에 탈취 목적으로 유기계 분말활성탄에 걸러서 탈취하고 탈취된 용액은 분무건조기를 사용하여 건조 콜라겐을 확보하였다. 이렇게 해양성 콜라겐 1.5kg을 확보하였다.

상기 원심분리기에서 분리 된 불가사리 덩어리를 평면 선반 전기 건조기(한국건조기, 대한민국 인천)를 사용하여 95℃로 30분 건조하였다. 건조 된 불가사리 조각 10kg을 전기 가마(GK-1230, ㈜에스티아이, 대한민국 )에 1차 350℃ 온도로 1시간 유지하고, 2차 850℃로 하여 5시간 소성하고 자연 냉각시켜 총 3.8kg의 소성된 불가사리 응집제 원료를 확보하였다. 확보 된 불가사리 구운 덩어리를 상기 핀크라사 분쇄기로 150메쉬-200메쉬로 3회 나누어 분쇄하여 응집제 원료를 확보하였다.

일반적인 동물성 콜라겐의 분자량은 평균적으로 30만 Da이지만 불가사리 콜라겐은 4000Da(± 1000) 정도로 작어서 중공사막 정밀여과장치를 사용하여도 많은 양의 불가사리 체액을 여과시킬 수 있었다. 위와 같이 정밀여과장치를 통과한 액상 콜라겐을 열 건조 또는 냉동 건조하여 건조 콜라겐을 확보하여 이하 실시예 2에서 본 발명에 의해 제조된 응집제를 코팅하였다. 이렇게 확보한 콜라겐으로 본 발명의 응집제를 코팅하여 처리한 물은 공업용 처리수 리사이클 시스템에서는 사용하지 아니하고 배출 등급 2급수 정도 하천방류 전용일 때나 풀장 같이 사람이 사용하는 수질 정화시에 사용하는 것이 바람직하다.

서울 가락동 수산시장에서 굴껍질을 7kg을 구하여 이를 수돗물에 5회 반복 세척하여 불순물과 NaCl성분을 세정하고 건조기에 95℃로 설정하여 건조하여 분쇄기로 50메쉬로 분쇄하여 비이커에 800ml 눈금까지 담고 식초를 1000ml 눈금에 맞추어 25rpm 으로 저속 교반을 하여 기포를 발생시켜 화학반응을 유도하였다. 이 때 약 알카리성인 탄산칼슘이 주 원료인 굴껍질의 탄산성분과 식초의 초산성분이 반응하여 탄소가스를 방출하는 치환반응이 일어나 기포를 발생하게 된다. 기포발생이 중단되면 산성칼슘용액이 완성된 것이다. 이는 강산성을 띠는 음식물폐수, 중산성을 띠는 하수, 중성을 띠는 오수에는 응집작용력이 약하지만 염색폐수나 축산분뇨와 같이 염기성폐수에 특히 잘 적용 되어 응집제의 응집성능을 향상시키는데 매우 효과적이다.

이러한 과정을 통하여 이온화 칼슘이 풍부한 산성 칼슘 수용액을 확보하였다. 이를 통상의 분무 건조 방법에 따라 이온성이 풍부한 칼슘 분말 1kg를 확보하였다.

폐수처리를 위하여 녹니석, 활석, 적철석, 석회석, 방해석, 돌로마이트, 버미큘라이트, 소듐벤토나이트, 고령토, 일라이트, 제올라이트, 황산칼슘반수화물, 규조토, 산화칼슘을 각 10kg을 서울 중구 회현동에 소재하는 세라믹뱅크에서 광물시료를 구입하여 대한민국 경기도 남양주시 진건읍에 주소를 둔 성창기계에서 생산되는 핀크라사 분쇄기로 각각 3kg씩 3회 나누어 분쇄하여 각 광물별로 입자의 크기를 180메쉬, 250메쉬, 325메쉬로 나누어 분쇄하였다. 분쇄된 광물분말을 골고루 혼합하여 응집제 원료를 확보하였다.

음식물폐수를 비롯하여 각종 폐수를 정화처리 하고자 폐석고 분말 150g, 불가사리 분말 150g, 패각류 분말 80g, 고령토 5g, 일라이트 5g, 제올라이트 5g, 황산칼슘반수화물 5g, 규조토 3g, 산화칼슘 5g, 소듐벤토나이트 5g을 충남 당진군에 본사를 둔 (주)세지테크에서 제작된 F-20 무중력혼합기에 넣고 2분간 고속과 저속으로 혼합하여 기본 응집제 혼합물 413g을 준비하였다.

실시예 2 : 응집제의 코팅

불가사리 체액을 건조 분말하여 응집제 제조시에 완성된 응집제 중량 대비 0.5중량% 첨가하여 상기 실시예 1의 무중력혼합기에 넣어 2분간 고속과 저속으로 다시 혼합하였다.

실시예 3 : 음식물 폐수의 처리

음식물폐수 처리를 하기 위하여 폐석고 분말 150g, 불가사리 분말 150g, 패각류 분말 80g, 고령토 5g, 일라이트 5g, 제올라이트 5g, 황산칼슘반수화물 5g, 규조토 3g, 산화칼슘 5g, 소듐벤토나이트 5g을 기본 응집제 혼합물 413g을 준비하고, 상기 응집제 원료에 녹니석 5g, 활석 2g, 적철석 1g, 석회석 1g, 방해석 3g, 돌로마이트 3g, 버미큘라이트 1g, 및 명반석 2g, 수산화나트륨 2g, 황산알뉴미륨 1g, 염화제1철 0.2g, 폴리아크릴산나트륨 0.1g, 소디움시트레이트하이드레이트 0.1g을 첨가하여 실시예 1과 같은 방법으로 응집제를 제조하였다. 음식물폐수의 수소이온농도는 보통 3.5-4.5 pH 이므로 미량의 수산화나트륨과 염화제1철로 염기성을 낮추었다.

공주시 의당면 소재 청명산업에서 얻은 음식물 폐수에 대하여 자르 테스트(Jar test)를 실시하였다. 상기 음식물 폐수 50g을 200ml 비이커에 넣고 물을 100g 가수하여 150g의 희석된 폐수를 만들었다.

원수와 물이 혼합되도록 10초 급속교반을 시킨 후 상기에서 제조된 응집제 0.2g을 투입하여 1분간 급속교반 하였다. 그 후 상기에서 제조된 응집제 0.2g을 2차로 투입하여 1분간 급속교반으로 총 2분간 급속교반을 하고, 2분간 완속교반 후에 20분간 정치시키고 상기 비이커의 상징수를 채취한 결과 표 3과 같은 결과치를 얻었다. 아래 항목은 수질 오염공정시험 기준에 따라 분석된 자료이다.

음식물 폐수 처리 결과

시 험 항 목	단 위	원수	응집제처리수
수소이온농도(pH)	-	4.03	6.58
부유물질(SS)	mg/L	19200	7.50
화학적산소요구량(COD)	mg/L	3657	18.42
생물학적산소요구량(BOD)	mg/L	43500	76.785
총 질소(T-N)	mg/L	2119	9.365
총 인(T-P)	mg/L	333.420	0.198
총 n-H추출물질	mg/L	3930	9.58
색 도	도	1444	46
탁 도	NTU	6250	15
대장균 수	개/mL	불검출	불검출

상기 표 3의 결과에 의하면 COD 및 BOD가 90%이상 감소하였음을 알 수 있고, SS는 매우 미량으로 나타났고, 총 질소 및 총 인의 양도 놀라울 정도로 감소하였다. 응집제의 투입에 의하여 pH는 높아져 거의 중성을 나타내었다. 표로써 나타내지는 않았으나, 악취도 20분 정치 후 거의 나타나지 아니하였고, 원수의 색상은 주홍색을 나타내었으나 1차 처리에서 무색에 가까운 옅은 회색 처리수를 얻었고 2차 처리에서는 무색에 가까운 처리수를 얻을 수 있었다. 이 시험과정을 도 2에 나타내었다

실시예 4 : 축산분뇨의 처리

폐석고 분말 150g, 불가사리 분말 150g, 패각류 분말 80g, 고령토 5g, 일라이트 5g, 제올라이트 5g, 황산칼슘반수화물 5g, 규조토 3g, 산화칼슘 5g, 소듐벤토나이트 5g을 사용하여 기본 응집제 혼합물 413g을 준비하고 여기에 명반석 5g, 형석 3g, 소듐벤토나이트 8g, 황산알루미늄 20g을 추가로 혼합하여 응집제를 실시예 1과 같이 제조하고, 경남 산청군 소재 우성농장에서 축산분뇨를 얻어 이를 상기 응집제를 사용하여 물을 2배 가수하고 실시예 1에서 설명 한 농축 칼슘 이온액을 분무 건조된 분말 5g을 혼합 교반하여 실시예 3과 같은 자르 테스트를 실시한 결과 다음 표 4와 같은 결과를 얻었다.

축산분뇨의 처리

시 험 항 목	단 위	원수	응집제처리수
수소이온농도(pH)	-	8.75	7.51
부유물질(SS)	mg/L	9733	3.60
화학적산소요구량(COD)	mg/L	5205	27.11
생물학적산소요구량(BOD)	mg/L	4350	38.18
총 질소(T-N)	mg/L	3143	12.837
총 인(T-P)	mg/L	156.530	0.083
색 도	도	3065	30
탁 도	NTU	14800	7
대장균 수	개/mL	10000이상	30

상기 표 4의 결과에 의하면 COD 및 BOD가 90%이상 감소하였음을 알 수 있고, SS는 매우 미량으로 나타났고, 총질소 및 총인의 양도 놀라울 정도로 감소하였다. 응집제의 투입에 의하여 pH는 낮아져 거의 중성을 나타내었다. 표로써 나타내지는 않았으나, 악취도 20분 정치 후 거의 나타나지 아니하였고, 원수의 색상은 검은색을 나타내었으나 1차 처리 이후 2차 처리에서는 무색에 가까운 처리수를 얻을 수 있었다. 이 시험과정을 도 3에 나타내었다.

실시예 5 : 양재동 하수 처리

폐석고 분말 150g, 불가사리 분말 150g, 패각류 분말 80g, 고령토 5g, 일라이트 5g, 제올라이트 5g, 황산칼슘반수화물 5g, 규조토 3g, 산화칼슘 5g, 소듐벤토나이트 5g을 기본 응집제 혼합물 413g을 준비하고 형석 3g, 황산알루미늄 5g 및 수산화나트륨 7g 을 실시예 1과 같이 제조하고, 서울 양재천에서 하수를 수거하여 농축 칼슘 이온액 2g을 하수에 넣어 혼합하고 이를 상기 응집제를 사용하여 실시예 3과 같은 자르 테스트를 실시한 결과 다음 표 5와 같은 결과를 얻었다.

양재천 하수처리

시 험 항 목	단 위	원수	응집제처리수
수소이온농도(pH)	-	6.59	7.09
부유물질(SS)	mg/L	288.00	33.33
화학적산소요구량(COD)	mg/L	70.20	53.92
생물학적산소요구량(BOD)	mg/L	199.80	56.60
총 질소(T-N)	mg/L	60.000	28.914
총 인(T-P)	mg/L	4.247	0.055
색 도	도	80	27
탁 도	NTU	229	11
대장균 수		10000이상	40

상기 표 5의 결과에 의하면 COD 및 BOD가 90%이상 감소하였음을 알 수 있고, SS는 매우 미량으로 나타났고, 총질소 및 총인의 양도 놀라울 정도로 감소하였다.응집제의 투입에 의하여 pH는 약간 높아져 거의 중성을 나타내었다. 표로써 나타내지는 않았으나, 악취도 20분 정치 후 거의 나타나지 아니하였고, 원수의 색상은 약간 검은색을 나타내었으나 무색에 가까운 처리수를 얻을 수 있었다.

Claims

폐석고 분말 50-200중량부, 불가사리 분말 50-200중량부, 패각류 분말 50-100중량부, 및 점토광물 30-70중량부로 이루어짐을 특징으로 하는 무기계 폐수처리용 응집조성물.
상기 청구항 1에 있어서,
상기 점토광물은 주성분이 SiO2이며, Al2O3, Fe2O3 , Na2O, 및 K2O를
일부 포함함을 특징으로 하는 무기계 폐수처리용 응집조성물.
상기 청구항 1 또는 청구항 2의 응집조성물을 응집조성물 100중량부 대비 불가사리에서 채취한 해양성 콜라겐0.2-1중량부로 코팅함을 특징으로 하는 무기계 폐수처리용 응집조성물.
폐석고 분말 50-200중량부, 불가사리 분말 50-200중량부, 패각류 분말 50-200중량부, 및 고령토, 일라이트, 제올라이트, 황산칼슘반수화물, 규조토, 산화칼슘, 소듐벤토나이트, 녹니석, 활석, 적철석, 석회석, 방해석, 돌로마이트, 버미큘라이트, 명반석, 수산화나트륨, 황산알루미늄, 염화제1철, 폴리아크릴산나트륨, 및 소디움시트레이트하이드레이트의 합이 30-70중량부로 이루어짐을 특징으로 하는 음식물 폐수처리용 무기계 응집조성물.
폐석고 분말 50-200중량부, 불가사리 분말 50-200중량부, 패각류 분말 50-200중량부, 고령토, 일라이트, 제올라이트, 황산칼슘반수화물, 규조토, 산화칼슘, 소듐벤토나이트, 명반석, 형석, 및 황산알루미늄의 합이 30-70중량부 이루어짐을 특징으로 하는 축산분뇨 폐수처리용 무기계 응집조성물.
폐석고 분말 50-200중량부, 불가사리 분말 50-200중량부, 패각류 분말 50-200중량부, 및 고령토, 일라이트, 제올라이트, 황산칼슘반수화물, 규조토, 산화칼슘, 소듐벤토나이트, 형석, 황산알루미늄, 및 수산화나트륨의 합이 30-70중량부로 이루어짐을 특징으로 하는 하천 폐수처리용 무기계 응집조성물.
상기 청구항 4 내지 청구항 6항중 어느 한 항의 응집조성물을 응집조성물 100중량부 대비 불가사리에서 채취한 해양성 콜라겐 0.2-1중량부로 코팅함을 특징으로 하는 무기계 폐수처리용 응집조성물.