PEG 포괄고정화 담체에 대한 합성 및 물성 개선에 관한 연구

Abstract

산업폐수 중 많은 폐수처리수를 발생하고 있는 전자폐수의 재이용 및 무해화를 위한 난분해성 유기물질을 다량 함유하고 있는 폐수의 생물학적 고도처리를 향상시키기 위해 특정 미생물을 포괄할 수 있는 친수성 고정화 담체를 합성하였다. 라디칼중합을 통하여 poly(ethylene glycol)diacrylate를 이용한 질산화슬러지의 효과적인 고정화 방법을 개발하였으며, 미생물은 포괄법을 이용하여 gel pellet에 고정화하였다유기용매 폐수처리를 위한 고정화 담체 제조를 위해 유동상 반응기와 고정상 반응기에 적합한 담체를 제조하였으며, 특히 고정상 반응기의 역세 등을 위해 담체의 비중을 높이기 위하여 Granite, Kaolin, Iron oxide, Barium sulfate, Zeolite의 무기물들을 첨가하여 실험한 결과, Granite, Barium sulfate, Iron oxide의 경우 25w/v%에서 비중이 1.3을 나타내었으며, 무기물질 투입 후 고정화 담체를 합성하여 압축강도를 측정한 결과, Iron oxide를 제외하고 높은 압축강도를 나타냈었다. 이는 고정화 담체 사이에 무기물질이 OH기 틈사이로 들어가 더 견고한 결합을 형성한 것으로 확인된다. 폐수처리 공정에 적합한 고정화 담체는 여러 가지 유기물질에도 용해되지 않아야 되기 때문에 10가지 대표적인 유기물질을 선정하여 용해도, 열분석 등의 테스트를 수행하였다. 그 결과 모든 유기용매에 대해서 안정성을 확인하였고, 무기물 첨가에 따라 고정화 담체 pore size가 달라지는지 확인하기 위하여 물질확산 테스트를 해 본 결과, 약 2.3 x 10-9㎡/s 정도를 나타내었으며, 미생물 분포 테스트 결과 Iron oxide를 제외하고 모두 미생물이 생존한 것으로 확인되었다. 경제성을 고려한 유기폐수 용매 처리용 고정화 담체를 합성하기 위해 적은 양에도 많은 재료비를 차지하는 promoter부분의 투입 비율을 조정하였으며, 0.15w/v% 조건에서도 합성이 이루어졌으며, 압축강도의 차이가 없는 것으로 확인 되었다. 위의 연구결과로부터 제조된 담체를 이용하여 미생물을 포괄고정화한 후 유기용매인 고농도 TMAH를 담체 10%로 충진하여 유동상 반응기를 이용하여 운전한 결과 초기 담체를 제작한 이후 약 20여일이 경과된 이후 담체내 미생물의 성장이 급격히 증가되고 있는 것을 확인 할 수 있었으며, 담체내의 미생물 성장속도에 대한 계속적인 모니터링과 성장과 사멸속도에 대한 평가를 통해 최종적인 담체내 미생물의 적정 농도를 평가 하였다.; The PEG media for the specific microbial immobilization were synthesized to investigate the biological treatment efficiency of the hardly-biodegradable wastewater. By radical polymerization, the effective immobilization methods of nitrifying sludge using poly(ethylene glycol)diacrylate were developed. Sludge was immobilized to gel pellets by entrapment method. Five different kinds of inorganic material including Kaolin(1), Kaolin(2), Barium sulfate, Granite, Zeolite, were added in order to enhance the compressive strength. Tm and △H of the PEG media with inorganic complex measured by DSC were 139.34℃ and 81.43W/g, respectively, and it had the similar thermal stability that used normal immobilized cell. In addition, it was confirmed that PEG media with inorganic complex are superior to the PEG media for the specific microbial immobilization with indices of compressive strength, surface analysis, substrate diffusion test to the inner parts of immobilized media and toxicity test. To estimate the treatment efficiency of hardly-biodegradable organic compounds, we investigated appropriate operation factors for the 0.5% AS media by using packed bed reactor and moving bed reactor. The suitability of the synthesized media for the actual process was estimated by measuring physicochemical properties of surface, abrasion, substrate diffusion to the inner parts of immobilized media and compressive strength with operating time. The concentration of organic compounds of the water treated by immobilized media was SCOD_(Cr) 200～220㎎/L and this value was satisfied with a permitted discharge limit. The substrate diffusion coefficient was uniformly maintained to an average 2 × ^(10-9)㎡/s and this value indicated the facility of the substrate diffusion like air and organic compounds to the inner parts of media for microorganisms existence. There were no noticeable change in physical properties for the synthesized media and the distribution of microorganisms for the inside media was maintained to a regular level. In this result, we confirmed that the growth of microorganisms and the autolysis were kept in balance.