유동상 폐타이어담체의 제조

임광희, 이은주, 정용준*, 박이순**,민경석*

대구대학교 화학공학과

경북대학교 환경공학과*, 고분자공학과**

Preparation of Fluidized Waste-Tire-Powder Media

Kwang-Hee Lim, Eun Ju Lee, Yong-Jun Jung*,

Lee Soon Park**, Kyung-Sok Min*

Dept. of Chemical Engineering, Taegu University

*Dept. of Environmental Engineering, **Dept. of Polymer Engineering, Kyungpook National University

서론

현행 폐기물 관리법 상 지정폐기물에 해당되는 폐타이어의 대표적인 활용방법 중에서 열분해 방법 및 분말가공 이용방법이 있다.  폐타이어 배출량은 2000년에만도 약 2000만개 이상으로 추정하고 있으나[1] 재활용되는 양은 극히 적으며 대부분이 단순 소각, 매립되고 있는 가운데 도시하수 또는 폐수의 영양염류 제거나 암모니움 이온의 질산화를 위한 생물학적 처리에 있어서 폐타이어의 담체로서의 활용이 최근에 연구되어, 폐타이어를 이용하여 만든 담체를 반응조에 주입하여 담체에 고정화된 고밀도의 미생물에 기인한 기존 하수 처리장의 질산화 효율 향상과 호기조의 용적감소를 위한 방안으로 활용하여 폐수의 생물학적 처리 시에 쓰이던 기존의 다공성 폴리우레탄 담체 및 섬유상 담체를 대신하고 있다.  이에 재활용을 통한 환경보전을 위하여, 제조원가가 싸고 내구성 및 내마모성이 뛰어난 유동상 폐수처리용 폐타이어 담체를 제조할 수 있는 공정의 최적조건을 구축하고, 하폐수의 TKN에 대한 질산화속도 또는 암모니움 이온의 제거를 극대화할 수 있는 폐타이어 담체의 조건을 선정하였다.

실험

1. 물성검사

폐타이어 분말을 Fig. 1과 같이 압출성형함에 있어서 폐타이어 담체의 제조를 위한 최적 공정조건의 도출을 위하여 shear stress에 대한 폐타이어 담체의 안정성 및 담체 모양의 일그러짐 방지의 척도로서 제조된 시편에 대한 인장강도 및 압축강도를 Texture Analyzer(TA-HD 500, Stable Micro System)를 사용하여 각각 측정하였고, 시편 표면에 대한 액적의 접촉각 측정을 위하여 제작한 접촉각 측정장치를 이용하여 담체 표면에 활성탄 또는 합성 칼슘 실리케이트같은 흡착제가 도포되었을 때와 도포되어 있지 않을 경우의 담체 표면의 친수성의 정도 차이를 측정하였다.

2. 암모니움이온 제거실험

반응조내의 미생물은 하수처리장의 반송슬러지를 이용하였고, 반응조내 미생물과 담체와의 적응기간은 1주일로 하였으며, HRT는 동일한 조건하에 24시간으로 하면서 Batch type으로 유입수를 주입하였다.  암모니움 이온 제거율을 구하기 위한 실험은 각각의 Mode(Table 1)별로 7일간 적응한 담체(충진율 10%)와 1,000mg/L 슬러지에 합성 유입수를 첨가하여 하수시험방법[2]에 제시된 것과 유사하게 일정 시간별(1hr)로 감소되는 NH4+의 양을 측정하였다.

질산화균은 산소의존도가 종속영양균(heterotroph)에 비하여 크며 그에 의해 산소전달이 방해받아서 질산화반응이 억제되는 것으로 알려져 있다.[3] 또한 온도에 민감하여 28-36□에서 질산화효율이 활발하고 더 낮은 온도에서는 급격히 떨어진다.[4]	따라서 각각의 Mode는 Table 1에 나타낸 것처럼 C/N비(유기물/질소부하)와 온도를 달리하여 5가지로 설정하였다.

Table 1.  Operating conditions of each mode used in the experiments

Mode	1	2	3	4	5
Temperature(□)	20	10	20	10	10
C/N ratio	0.25	0.25	0.5	0.5	2

결과 및 토론

1. 물성 실험결과

바인더의 양이 폐타이어 분말과의 혼합물에 미치는 물성 변화의 실험 결과는 폐타이어분말과 EVA의 중량비가 4 대 1이 될 때가 인장강도가 가장 커서 약 13kg중/cm2을 나타내었다.(Fig. 2(A))  또한 그 조성비에서의 압축강도는 약 16kg중/cm2을 나타내었다.(Fig. 2(B))  따라서 폐타이어 담체의 제조에 있어서 투입되는 폐타이어 및 EVA의 적정조성(w/w)은 약 4 대 1 이었다.  한편 접촉각 측정 결과는 Fig. 2(C)와 같이 시편 위에 활성탄이 도포된 경우가 합성 칼슘 실리케이트가 도포된 경우 또는 어느 흡착제도 도포되지 않은 경우보다 약 15□정도 낮아서 활성탄이 도포된 경우가 그렇지 않은 경우 보다 더욱 친수성임을 보여주었다.

Fig. 3. Inner pore of the media (reflected light observation(the left) and transmitted light observation(the right)) by light microscopy(x30))

한편  Fig.3에서와 같이 반사 및 투과 mode를 이용하여 담체 내부의 공극을 관찰하였다.

2. 암모니움 이온 제거율 평가

암모니움 이온 제거율측정치의 상대평가를 위하여 코코넛 및 석탄 활성탄 2종류와 합성칼슘 실리케이트 4종류를 담체 표면에 도포되어진 흡착제로 사용하였으며, 온도와 C/N비 조건변화에 따른 결과는 Fig. 4 및 Fig. 5과 같다.

결론

유동상 폐수처리용 폐타이어 담체를 압출기를 이용하여 제조하였는데, 폐타이어분말과 EVA의 중량비가 4 대 1 이었을 때에 가장 큰 폐타이어 담체의 강도를 나타내었다.  코코넛 및 석탄 활성탄 분말 2종과 합성 칼슘 실리케이트 4종을 폐타이어 담체 표면에 도포하여 미생물을 이용한 폐수처리공정에 적용하였는데 코코넛 및 석탄 활성탄을 도포한 담체는 합성칼슘 실리케이트보다 약 1.5배 높은 암모니움 이온 제거율을 유지하였다.

참고문헌

1.  한국자원재생공사, "폐기물재활용 통계Ⅱ-폐타이어 발생 및 재활용현황"(1999).

2.  社團法人 日本水道協會, "下水試驗方法," 上卷(1997)

3.  Park, D. W., Jung, J. Y. and Jung, Y. C: ENVIRON. ENG. RES., 1, 37(1996)

4.  Sharma, B. and Ahlert, R. C.: Wat. Res., 11, 897(1977).