KR20160064838A - 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 및 이로부터 제조된 평관형 세라믹 분리막 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 및 이로부터 제조된 평관형 세라믹 분리막에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내마모성, 내화학성 및 내열성이 우수하면서도 넓은 pH 범위, 고온 공정, 고농도 및 고점도의 축산폐수를 효율적으로 정화시킬 수 있고, 폐수를 처리할 수 있는 큰 단면적과 분리막을 설치하는 장치의 소형화가 가능한 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 및 이로부터 제조된 평관형 세라믹 분리막에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 및 이로부터 제조된 평관형 세라믹 분리막에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내마모성, 내화학성 및 내열성이 우수하면서도 넓은 pH 범위, 고온 공정, 고농도 및 고점도의 축산폐수를 효율적으로 정화시킬 수 있고, 폐수를 처리할 수 있는 큰 단면적과 분리막을 설치하는 장치의 소형화가 가능한 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 및 이로부터 제조된 평관형 세라믹 분리막에 관한 것이다.
일반적으로, 축산폐수는 생활하수가 가지고 있는 오염물질 보다 수백 배 내지 많게는 수만 배를 넘는 고농도의 오염물질을 함유하고 있다. 축산폐수에 함유된 고형물, 유기물질 및 질소 농도는 수처리 공정의 효율을 저해할 뿐만 아니라 시설의 유지관리 및 보수에 많은 어려움을 준다.
축산폐수에 함유된 고형물은 전체 오염물질 부하의 약 80% 내지 85%를 차지하고 있어 축산폐수를 고형물과 액상물로 분리하는 고액분리 공정은 축산폐수 처리시스템에서 중요한 역할을 수행한다. 기존의 축산폐수 처리시스템은 고농도 폐수를 고형물과 액상물로 분리하기 위하여 이를 응집한 후 원심분리하고 있다. 하지만, 이러한 경우, 고액분리된 액상물 내 부유오염 물질이 수천 ppm에 이를 정도로 효율이 낮으며 분리된 고형물의 함수율도 약 80%로서 이를 퇴비의 원료로 사용하기에 어려움이 많다.
또한 폐수에 함유된 유기물질의 경우 생물학적 방법을 이용하여 메탄으로 전환하는 혐기소화 공정이 많이 이용된다. 하지만, 부유 고형물이 많은 폐수의 경우, 혐기조의 유지관리 면에서 기계적 고장, 배관 및 펌프 막힘과 같은 문제들이 발생한다.
또한 축산폐수는 일반적으로 수천 ppm의 높은 암모니아성 질소가 함유되어 있다. 이렇게 고농도로 함유된 암모니아성 질소의 경우, 생물학적으로 처리하는 것에는 한계가 있으며 높은 암모니아성 질소 농도는 질소 제거 미생물의 활동 자체에 저해 작용을 하는 것으로 보고되고 있다. 따라서 이에 대한 해결책으로 폐수를 희석함으로써 농도를 낮추는 방법과 물리화학적 탈질 방법이 이용되고 있다.
한편, 물을 정화시키는데 사용되는 종래의 분리막 재질들은 PS, PES, PVDF 등 폴리머 재질로 이루어진 고분자 분리막들이 주로 활용되고 있다. 이러한 분리막들은 일반적인 정수공정, 해수담수화 공정, 초순수 생산 공정, 하수처리공정 등에 널리 활용되고 있다.
분리막 기술은 현재 위와 같은 공정과 같은 일반화된 공정 외에 정밀화학 공정, 축산폐수처리공정, 산업폐수 처리공정, 식품 정제공정, 제약 정제공정, 바이오가스발전 공정 등에 분리, 정제 및 농축 분야에 다양하게 막을 이용할 수 있는 농축 기술의 적용이 요구되고 있다.
그러나 새로운 농축 기술의 적용이 요구되는 분야, 특히 축산폐수에서는 넓은 pH 범위, 고온 공정, 고농도 및 고점도 시료 특성들에 의해 기존의 폴리머 재질의 경우 마모 문제, 내화학성, 내열성이 약하여 사용의 한계가 있어 그 적용에 한계점이 있고, 고농도 시료의 농축을 위한 소재의 다변화가 긴급하게 요구되고 있다.
또한, 종래의 분리막은 구조에 있어 평관형(도 5 참조), 튜브형(도 6 참조)이 대부분인데, 이는 폐수를 처리할 수 있는 단면적이 적고 장치의 부피가 매우 큰 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 내마모성, 내화학성 및 내열성이 우수하면서도 넓은 pH 범위, 고온 공정, 고농도 및 고점도의 축산폐수를 효율적으로 정화시킬 수 있고, 폐수를 처리할 수 있는 큰 단면적과 분리막을 설치하는 장치의 소형화가 가능한 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 및 이로부터 제조된 평관형 세라믹 분리막을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.
상기 목적은, 평관형 세라믹 지지체를 제조하는 제1단계(S10)와 평관형 세라믹 지지체를 코팅할 코팅액을 혼합하여 제조하는 제2단계(S20)와, 제1단계에서 제조된 평관형 세라믹 지지체에 제2단계에서 제조된 코팅액을 도포하기 위해 Dip 코팅하여 분리막을 제조하는 제3단계(S30)와 제3단계에서 제조된 분리막을 건조시키는 제4단계(S40)와 제4단계에서 건조된 분리막을 소성시켜 세라믹 분리막을 제조하는 제5단계(S50)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1단계는, 세라믹 지지체를 구성하는 원료를 혼합하는 제1공정(S11)과 제1공정에서 혼합된 혼합물을 혼련하는 제2공정(S12)과, 제2공정에서 혼련된 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 평관형의 압출체를 제조하는 제3공정(S13)와 제3공정에서 압출된 압출체를 건조시키는 제4공정(S14)과 제4공정에서 건조된 압출체를 소성시켜 평관형 세라믹 지지체를 제조하는 제5공정(S15)을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1공정(S11)의 원료는 Al2O3, SiO2, clay 및 M/C binder를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2단계(S20)의 상기 코팅액은, Al2O3, M/C binder, 증류수 및 에탄올을 혼합하여 제조된 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 분리막을 대기 분위기 상태인 소성로에서 1,250℃의 온도로 2시간 정도 소성시킨 것일 수 있다.
또한 상기 목적은, 상술한 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는, 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막에 의해 달성된다.
여기서, 상기 분리막은 평관 형상이되, 평관의 내부에 길이 방향으로 긴 동공을 다수개 구비하고 있는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 내마모성, 내화학성 및 내열성이 우수하면서도 넓은 pH 범위, 고온 공정, 고농도 및 고점도의 축산폐수를 효율적으로 정화시킬 수 있고, 폐수를 처리할 수 있는 큰 단면적과 분리막을 설치하는 장치의 소형화가 가능한 등의 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막을 제조하는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 평관형 세라믹 지지체를 제조하는 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막을 보여주는 사진이다.
도 4는 도 3을 확대한 사진이다.
도 5는 종래의 평관형 폴리머 분리막을 보여주는 사진이다.
도 6은 종래의 다른 튜브형 세라믹 분리막을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 평관형 세라믹 지지체를 제조하는 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막을 보여주는 사진이다.
도 4는 도 3을 확대한 사진이다.
도 5는 종래의 평관형 폴리머 분리막을 보여주는 사진이다.
도 6은 종래의 다른 튜브형 세라믹 분리막을 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막을 제조하는 공정도인 도 1을 참조하면, 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법은 평관형 세라믹 지지체를 제조하는 제1단계(S10)와 평관형 세라믹 지지체를 코팅할 코팅액을 혼합하여 제조하는 제2단계(S20)와, 제1단계에서 제조된 평관형 세라믹 지지체에 제2단계에서 제조된 코팅액을 도포하기 위해 Dip 코팅하여 분리막을 제조하는 제3단계(S30)와 제3단계에서 제조된 분리막을 건조시키는 제4단계(S40)와 제4단계에서 건조된 분리막을 소성시켜 세라믹 분리막을 제조하는 제5단계(S50)를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 중 제1단계(S10)는 평관형 세라믹 지지체를 제조하는 단계로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 지지체를 제조하는 공정도인 도 2로부터 제조한다.
본 명세서에서 "평관형"이라 함은, 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막을 보여주는 사진인 도 3과 도 3을 확대한 사진인 도 4를 참조하면, 편평한 관의 형태로 이루어진 것을 의미한다.
먼저, 세라믹 지지체를 구성하는 원료를 혼합하는 제1공정(S11)과 제1공정에서 혼합된 혼합물을 혼련하는 제2공정(S12)과, 제2공정에서 혼련된 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 평관형의 압출체를 제조하는 제3공정(S13)와 제3공정에서 압출된 압출체를 건조시키는 제4공정(S14)과 제4공정에서 건조된 압출체를 소성시켜 평관형 세라믹 지지체를 제조하는 제5공정(S15)을 포함한다.
제1공정(S11)은 세라믹 지지체를 구성하는 원료를 혼합하는 공정으로서 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 점토(clay), M/C binder를 믹서기를 이용하여 혼합하는 공정이다. 이 때 혼합하는 공정은 건식 혼합인 것이 바람직하다.
제2공정(S12)은 제1공정에서 혼합된 혼합물은 건식 혼합할 경우 분말로 되어 있어 이들 분말에 수분을 첨가하여 혼련기로 30분 동안 혼련하는 공정이다.
제3공정(S13)은 제2공정에서 혼련된 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 평관형의 압출체를 제조하는 공정이다.
제4공정(S14)은 제3공정에서 압출된 압출체를 건조시키는 공정으로서 압출된 평관형의 압출체를 상온에서 80℃까지 24시간 열풍건조기에서 건조시키는 것이 바람직하다.
제5공정(S15)은 제4공정에서 건조된 압출체를 소성시켜 평관형 세라믹 지지체를 제조하는 공정으로서, 건조된 압출체(건조체)를 대기 분위기 상태인 소성로에서 1,250℃의 온도로 2시간 정도 소성시키는 것이 바람직하다. 이러한 공정을 거쳐 평관형 세라믹 지지체가 완성된다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 중 제2단계(S20)는 평관형 세라믹 지지체를 코팅할 코팅액을 혼합하여 제조하는 단계로서, Al2O3, M/C binder, 증류수, 에탄올을 혼합하여 코팅액을 제조하는데, 볼밀을 이용하여 24시간 동안 습식 혼합하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 중 제3단계(S30)는 제1단계에서 제조된 평관형 세라믹 지지체에 제2단계에서 제조된 코팅액을 도포하는 단계로서, Dip 코팅하여 분리막을 제조하는 단계이다. 이때 평관형 세라믹 지지체를 담지 방식으로 분리막을 코팅하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 중 제4단계(S40)는 제3단계에서 제조된 분리막을 건조시키는 단계(S40)로서 분리막을 약 60℃에서 12시간 정도 건조시키는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법 중 제5단계(S50)는 제4단계에서 건조된 분리막을 소성시켜 세라믹 분리막을 제조하는 단계로서, 건조된 평관형 세라믹 분리막을 대기 분위기 상태인 소성로에서 1,250℃의 온도로 2시간 정도 소성시키는 것이 바람직하다. 이러한 공정을 거쳐 본 발명의 다른 양상에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막이 완성된다.
본 발명의 다른 양상인 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막에 따르면 평관형(편평한 관형)이고 평관의 내부에 길이 방향으로 긴 동공을 다수개 구비한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막을 보여주는 사진인 도 3과 도 3을 확대한 사진인 도 4를 참조하면 쉽게 알 수 있다.
이러한 구조를 가짐으로써 종래의 분리막에 비해 폐수를 처리할 수 있는 단면적이 매우 크고 이를 적재할 장치의 부치를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 평관형의 형태로 제작함으로써 콤팩트하고 안정적으로 폐수를 처리할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
Claims (7)
- 평관형 세라믹 지지체를 제조하는 제1단계(S10)와 평관형 세라믹 지지체를 코팅할 코팅액을 혼합하여 제조하는 제2단계(S20)와, 제1단계에서 제조된 평관형 세라믹 지지체에 제2단계에서 제조된 코팅액을 도포하기 위해 Dip 코팅하여 분리막을 제조하는 제3단계(S30)와 제3단계에서 제조된 분리막을 건조시키는 제4단계(S40)와 제4단계에서 건조된 분리막을 소성시켜 세라믹 분리막을 제조하는 제5단계(S50)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1단계는,
세라믹 지지체를 구성하는 원료를 혼합하는 제1공정(S11)과 제1공정에서 혼합된 혼합물을 혼련하는 제2공정(S12)과, 제2공정에서 혼련된 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 평관형의 압출체를 제조하는 제3공정(S13)와 제3공정에서 압출된 압출체를 건조시키는 제4공정(S14)과 제4공정에서 건조된 압출체를 소성시켜 평관형 세라믹 지지체를 제조하는 제5공정(S15)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1공정(S11)의 원료는 Al2O3, SiO2, clay 및 M/C binder를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2단계(S20)의 상기 코팅액은,
Al2O3, M/C binder, 증류수 및 에탄올을 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는, 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제5단계(S50)는,
상기 분리막을 대기 분위기 상태인 소성로에서 1,250℃의 온도로 2시간 정도 소성시킨 것을 특징으로 하는, 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는, 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막.
- 제6항에 있어서,
상기 분리막은 평관 형상이되, 평관의 내부에 길이 방향으로 긴 동공을 다수개 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 고농도의 축산폐수 정화용 평관형 세라믹 분리막.
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