(72) 발명자 서세욱 서울강남구논현동 강남하이츠 401 호 윤용준 서울영등포구당산동 5 가 41 반도보라빌 101 호 30 3 호 최진원 서울동대문구전농 3 동 SK 아파트 101 동 1504 호 이병석 경기수원시영통구매탄 4 동 1230 번지신원천주공아

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주호 강
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1 (51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) C02F 3/00 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2008 년 01 월 14 일 심사청구일자 (56) 선행기술조사문헌 KR B1 KR A JP A JP A 2008 년 01 월 14 일 (45) 공고일자 2008년10월08일 (11) 등록번호 (24) 등록일자 2008년09월25일 (73) 특허권자 주식회사부강테크 서울특별시강남구역삼동 고려빌딩 4 층 (72) 발명자 유대환 경기고양시덕양구주교동 615 대동피렌체 1005 호 여영기 경기군포시금정동 876 율곡아파트 345 동 1203 호 ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 권영규, 윤재석, 한지희 전체청구항수 : 총 7 항심사관 : 현승훈 (54) 부산물을이용한탄소원제조방법및그로부터제조된탄소원 (57) 요약 부산물을이용한탄소원제조방법및그로부터제조된탄소원이제공된다. 탄소원의제조방법은고농도유기물질을포함하는부산물에서불순물을제거하여유출하는단계, 불순물을제거된유출수에미생물성장에필요한미량영양성분을제공하는단계, 및미량영양성분이제공된유출수의 ph 를조절하는단계를포함한다. 본발명의탄소원제조방법은고농도유기물질을포함하는부산물, 예를들어바이오디젤생산공정에서발생하는세척수를이용함으로써, 부산물을처리함과동시에탄소원을제조하여, 효과적이면서도경제성이우수한탄소원을확보하는것을가능하게한다. 대표도 - 도 1-1 -

2 (72) 발명자 서세욱 서울강남구논현동 강남하이츠 401 호 윤용준 서울영등포구당산동 5 가 41 반도보라빌 101 호 30 3 호 최진원 서울동대문구전농 3 동 SK 아파트 101 동 1504 호 이병석 경기수원시영통구매탄 4 동 1230 번지신원천주공아파트 101 동 1105 호 이화선서울관악구봉천6동 호최봉철경기성남시수정구양지동 269번지음영진서울서초구양재동 서초빌라 B02호김현철서울강남구역삼동

3 특허청구의범위청구항 1 고농도유기물질을포함하는부산물에서불순물을제거하여유출하는단계 ; 상기불순물이제거된유출수에미생물성장에필요한미량영양성분을제공하는단계 ; 및상기미량영양성분이제공된유출수의 ph를조절하는단계를포함하는탄소원의제조방법. 청구항 2 제 1 항에있어서, 상기불순물제거는상기부산물을와류조건하에서분리막을통과시키는탄소원의제조방법. 청구항 3 제 1 항에있어서, 상기부산물은바이오디젤세척수인탄소원의제조방법. 청구항 4 제 1 항에있어서, 상기미량영양물질은 NH 4 Cl, KH 2 PO 4, NaHCO 3, FeCl 3 6H 2 O, CaCl 2 2H 2 O, KCl, 및MgSO 4 7H 2 O 중에서적어도하나선택되는탄소원의제조방법. 청구항 5 제 1 항에있어서, 상기 ph 조절은탄소를포함하는유기산을이용하는탄소원의제조방법. 청구항 6 제 1 항에있어서, 상기유기물질은글리세롤인탄소원의제조방법. 청구항 7 제 1 항내지제 6 항중어느하나의항에따른방법에의해제조된탄소원. 명세서 발명의상세한설명 <1> 기술분야본발명은부산물을이용한탄소원제조방법및그로인해제조된탄소원에관한것으로, 보다상세하게는고농도유기물질을포함하는부산물을이용하여탄소원을제조하는방법과이러한방법으로제조된탄소원에관한것이다. <2> 배경기술하폐수에서효율적으로질소및인을제거하는방법은생물학적인고도처리공정을이용하는것이다. 이러한생물학적고도처리공정에서질소및인을효과적으로제거하기위해서는충분한유기물이함유되어있어야한다. 따라서, 생물학적고도처리가필요한유입수내에충분한유기물에포함되어있지않을경우외부에서필요한유기물을주입해야한다. 이러한것을외부탄소원이라고하는데, 메탄올, 에탄올, 아세트산, 글루코오스등다양한종류의외부탄소원이상용화되어있다

4 <3> <4> 그러나이러한탄소원의경우가격이매우비싸고, 그중가장저렴한탄소원인메탄올의경우도 kg당 760원정도이기때문에하수처리비용을상승시키는원인이되고있다. 이러한이유로효과적이면서경제적인탄소원을확보하는것이효율적이고경제적인하폐수를처리하는데있어매우중요하다. 발명의내용 <5> <6> 해결하고자하는과제 이에본발명에서는효과적이고경제적인탄소원의제조방법을제공하고자하는것이다. 또한, 본발명에서는효과적이고경제적인탄소원을제공하고자하는것이다. <7> <8> <9> <10> 과제해결수단본발명의일실시예에따른탄소원의제조방법은고농도유기물질을포함하는부산물에서불순물을제거하여유출하는단계, 상기불순물이제거된유출수에미생물성장에필요한미량영양성분을제공하는단계, 및상기미량영양성분이제공된유출수의 ph를조절하는단계를포함한다. 상기탄소원의제조방법에서, 상기불순물제거는상기부산물을와류조건하에서분리막을통과시키는것일수있다. 또한, 상기탄소원의제조방법에서상기부산물이바이오디젤세척수일수있다. 또한, 상기탄소원의제조방법에서상기미량영양물질은 NH 4 Cl, KH 2 PO 4, NaHCO 3, FeCl 3 6H 2 O, CaCl 2 2H 2 O, KCl, 및 MgSO 4 7H 2 O 중에서적어도하나선택될수있다. <11> <12> <13> 또한, 상기탄소원의제조방법에서상기 ph 조절은탄소를포함하는유기산을이용할수있다. 또한, 상기탄소원의제조방법에서상기유기물질은글리세롤일수있다. 본발명의일실시예에따른탄소원은상기한방법에따라제조된것이다. <14> 효과본발명의탄소원제조방법은고농도유기물질을포함하는부산물, 예를들어바이오디젤생산공정에서발생하는세척수를이용함으로써, 부산물을처리함과동시에탄소원을제조하여, 효과적이면서도경제성이우수한탄소원을확보하는것을가능하게한다. <15> <16> <17> <18> <19> <20> 발명의실시를위한구체적인내용본발명의이점및특징, 그리고그것들을달성하는방법은첨부되는도면과함께상세하게후술되어있는실시예들을참조하면명확해질것이다. 그러나본발명은이하에서개시되는실시예들에한정되는것이아니라서로다른다양한형태로구현될것이며, 단지본실시예들은본발명의개시가완전하도록하며, 본발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자에게발명의범주를완전하게알려주기위해제공되는것이며, 본발명은청구항의범주에의해정의될뿐이다. 명세서전체에걸쳐동일참조부호는동일구성요소를지칭한다. 이하, 본발명의일실시예에따른탄소원의제조방법을도 1을참조하여설명한다. 도 1은본발명의일실시예에따른탄소원의제조방법을공정순서에따라도시한순서도이다. 도 1에도시한바와같이, 우선고농도유기물질을포함하는부산물에서불순물을제거한다 (S1). 이하에서는고농도유기물질을포함하는부산물로서, 예를들어바이오디젤생산과정에서발생하는세척수를예시하여설명하지만, 본발명의고농도유기물질을포함하는부산물이이에한정되는것은아니다. 바이오디젤 (bio-disel) 은근래들어석유가격의급등과환경친화적에너지의수요급증에따라최근에개발, 생산되기시작한대체에너지중바이오에너지연료를의미한다. 이러한바이오디젤은디젤엔진의기존디젤유대용으로쓰일뿐만아니라독특한윤활성때문에기존디젤유의첨가제로도쓰인다. 바이오디젤의원료로는유채씨, 해바라기씨, 대두등과같이다량의식물성기름을함유하는종자나, 쌀기름과 - 4 -

5 같이각종곡물의가공처리과정에서발생되는부산물기름또는폐식용유, 동물성기름이나유지등이사용된 다. <21> <22> <23> 바이오디젤의생산은비교적단순한화학반응에의해이루어진다. 바이오디젤의원료로식물성기름을사용하는경우, 지방성분은트리글리세라이드 (triglyceride) 분자로이루어져있고, 트리글리세라이드분자는메탄올 (methanol) 과반응하여세분자의지방산메틸에스테르 (fatty acid methly ester) 와한분자의글리세롤 (glycerol) 을생산한다. 이때생성되는메틸에스테르를포함한알킬에스테르 (alkyl ester) 가바이오디젤의원료가되며, 이알킬에스테르를초순수와혼합하여몇번의세척 / 정제과정을거치면앞서설명한디젤유를대체하는바이오디젤이된다. 바이오디젤의세정과정에서초순수가사용되며, 세척을통하여발생한세척수에는바이오디젤생산공정에서발생하는부산물이풍부하게함유되어있다. 세척수의성상은바이오디젤생산방법에따라상이한데일반적인성상은 COD Cr (Chemical Oxygen Demand; 화학 적산소요구량 ) 값이 550,000 내지 900,000mg /l, SCOD(Soluble Chemical Oxygen Demand; 용해성화학적산소요구량 ) 500,000 내지 800,000mg /l, SS(Suspended Solid; 부유성고형물 ) 값이 600 ~ 1,200mg /l, T-N (Total Nitrogen; 총질소 ) 값이 30 ~ 600mg /l, T-P (Total Phosphate; 총인 ) 값이 8 ~ 12mg /l, ph 8.0 내지 10 정도로아주고농도유기물질이함유되어있다. 이유기물질은예를들어글리세롤 (gylcerol) 이다. <24> <25> <26> <27> <28> <29> <30> <31> <32> <33> <34> 이러한고농도유기물질은바이오디젤세척수가탄소원을제조하기위한원료로사용되는것을가능하게한다. 바이오디젤의세척수에는고농도유기물질뿐만아니라, 불순물로서예를들어바이오디젤제조공정에서발생하는미반응유지류가에멀젼 (emulsion) 상태로존재한다. 바이오디젤세척수내의다량의유지류를제거하지않으면탄소원을제조하기위한원료로사용하기곤란하다. 유지류의경우물에대한용존성이낮아미생물이이용하기곤란하고반응조상부로부상하여스컴을형성하여미관상, 유지관리상문제를발생시킨다. 따라서바이오디젤의세척수에서이러한유지류를제거해야만한다. 바이오디젤의세척수의유지류를제거하기위해예를들어와류 ( 渦流 ) 조건하에서세척수가분리막을통과하도록하는막분리공정을이용할수있다. 와류란유체가소용돌이치면서흐르는것을의미하는것으로, 본명세서에서의와류는특별히언급하지않는한난류 ( 亂流 ) 를포함하는의미이다. 바이오디젤세척수에존재하는유지류는에멀젼상태로존재하기때문에단순분리공정으로제거가어렵고, 이를제거하는효과적인방법이막을이용하는분리방법이지만, 유지류가막표면에부착하여막의막힘현상을발생시킨다. 이에본발명에서는와류발생막분리공정을이용하여바이오디젤의세척수에서유지류를제거함으로써, 막의막힘없이효과적으로유지류를제거할수있다. 와류발생막분리공정을이용한유지류를제거하는방법에대해도 2 내지도 5를참조하여보다상세하게설명한다. 도 2는본발명의일실시예에따른탄소원의제조방법의와류발생막분리공정에사용되는막분리장치의일예를도시한단면도이고, 도 3은상기막분리장치에와류생성용로터를도시한사시도이고, 도 4는도 3의 I-I 선을따라절단한단면도이고, 도 5는도 3에도시한로터의동작시에생성되는와류를개략적으로도시한도면이다. 도 2에도시한바와같이, 이러한막분리장치 (30) 는원수유입구 (110), 처리수배출구 (120), 농축수배출구 (130) 를구비한배럴 (100) 과배럴 (100) 내에설치되는와류발생용로터 (200) 및필터트레이 (300) 를포함한다. 도 3에도시한바와같이, 막분리장치 (30) 중와류발생용로터 (200) 는모터 ( 도시하지않음 ) 에연결되어모터회전시와류를발생하는것으로, 제 1 로터 (202) 와제 2 로터 (204) 로구성되어있다. 여기서, 제 1 로터 (202) 는회전축선을중심으로반경방향으로연장형성된복수의제 1 블레이드 (211) 를구비하고, 제 2 로터 (204) 는회전축선을중심으로반경방향으로연장되며, 제 1 블레이드 (211) 에대하여회전축선방향상에서상이한위치에배치된복수의제 2 블레이드 (221) 를구비하고있다. 막분리장치 (30) 를이용하여바이오디젤의세척수의유지류를제거하는경우, 우선원수유입구 (110) 내로바이오디젤의세척수가유입된다. 배럴 (100) 내부로유입된세척수는필터트레이 (300) 의분리막을통과하면서, - 5 -

6 세척수내에포함되어있는에멀젼상태의유지류는걸러지고, 고농도의유기물질을포함한처리수로서처리수 배출구 (120) 를통해외부로유출된다. <35> <36> <37> <38> 이러한막분리장치 (30) 의정화동작이수행되는동안회전축선을중심으로회전시키는모터 ( 도시되지않음 ) 에의해로터 (200) 가지속적으로회전하고, 도 4에도시한바와같이제 1 블레이드 (211) 와제 2 블레이드 (221) 가로터 (200) 의회전축선을중심으로한원주방향상으로상호상이한위치에배치되어로터 (200) 회전시도 5에도시된바와같은복잡한유형의와류를발생한다. 이러한와류에의해필터트레이 (300) 의분리막에부착된유지류를제거하게되고, 제거된유지류는농축수에함유된상태로농축수배출구 (130) 를통해배럴 (100) 외부로배출된다. 따라서, 상술한바와같이와류를이용하여필터트레이 (300) 의분리막에고착된유지류를효과적으로제거할수있다. 다음으로, 다시도 1을참조하여유지류가제거된유출수에미량영양성분을제공한다 (S2). 막분리장치에의해유지류가제거된유출수는미생물이성장하는데필요한미량영양소가부족할수있다. 따라서, 상기유출수에미량영양성분, 예를들어 NH 4 Cl, KH 2 PO 4, NaHCO 3, FeCl 3.6H 2 O, CaCl 2.2H 2 O, KCl, 및 MgSO 4.7H 2 O 중에서적어도하나를제공할수있다. <39> <40> <41> <42> <43> <44> <45> <46> <47> <48> <49> <50> <51> 이어, 도 1을참조하여미량영양성분이제공된유출수의 ph를조절한다 (S3). 생물학적하페수처리공정의최적 ph는약 7.0정도인데이를위해상기유출수의 ph 조정을실시한다. ph를내리기위해서는탄소를포함하는유기산을사용한다. 탄소를포함하는유기산을사용함으로써, ph 조정외에도고농도유기물질을포함하고있는유출수의탄소량을더욱늘려외부탄소원으로서의기능을보다충실하게할수있다. 이러한 ph 조정을위한유기산으로는예를들어아세트산, 옥살산, 옥살아세트산, 푸마르산, 말산, 숙신산, 부티르산, 팔미트산, 타르타르산, 아스코르브산, 요산, 술폰산, 술핀산, 페놀, 주석산, 포름산, 시트르산, 이소시트르산등을사용할수있으며, 이에제한되는것은아니다. 예를들어 ph 조정을위해아세트산을사용하는경우, 아세트산은생분해도가매우높고초기순응기간이필요하지않아외부탄소원주입후효과가나타나기위하여요구되는초기순응기간을단축할수있을뿐만아니라, 순응후에도높은제거속도를확보할수있다. 또한, ph를올리기위해서는예를들어수산화나트륨 (NaOH) 을사용할수있다. 이상의본발명의따라제조된탄소원은도 6에도시한바와같은하폐수처리시스템에적용할수있다. 도 6 은하폐수처리시스템의구성을간략하게도시한블록도이다. 도 6을참조하여, 부유물제거수단 (210) 에서는비교적크기가큰부유물을제거한후, 부유물이제거된하폐수를생물학적반응수단 (220) 에서미생물과생물학적반응을시킨다. 생물학적반응수단은혐기조, 무산소조, 호기조등의조합으로이루어질수있는데, 혐기조에서는인용출에필요한유기물이부족할수있고, 무산소조에는탈질에필요한유기물이부족하기때문에본발명의일실시예에따른탄소원을주입해줄수있다. 다음, 생물학적반응을통해생성된슬러지와처리수를제 1 막분리수단 (230) 에서분리한다. 이어, 제 1 막분리수단 (230) 을통해나온처리수중의미량유해물질을제 2 막분리수단 (240) 을통해농축시킨다. 다음, 농축된미량유해물질을고도산화수단 (250) 에서고도산화하여산화, 분해하거나, 생물학적으로분해가가능한물질로전환한후, 고도산화수단 (250) 과부유물제거수단 (210) 에서제거된부유물과제 1 단계막분리수단 (230) 에의해분리된슬러지를슬러지처리수단 (260) 에서처리한다. 도 7은탄소원의종류에따른질산성질소의농도변화를도시한그래프로, 바이오디젤의세척수를이용하여상기한바와같은본발명의일실시예에따른방법을통해탄소원을제조하여일반도시하수처리장슬러지를이용하여탈질율을실험한것이다. 도 7의그래프로부터, 본발명의일실시예에따른탄소원은순응기간이없었음에도불구하고, 탈질이효율적으로발생하지만, 메탄올의경우순응기간이필요한관계로탈질율이낮은것을알수있었다. 이상으로부터본발명에따라고농도유기물질을포함하는부산물로부터탄소원을제조함으로써, 기존에고도 - 6 -

7 처리공정를위하여사용하는탄소원을대체할수있는탄소원을제공하는것이가능하고, 부산물을이용한다는 점에서폐기물발생저감및자원절약효과를제공할수있다. <52> <53> <54> <55> <56> <57> <58> 도면의간단한설명도 1은본발명의일실시예에따른탄소원의제조방법을공정순서에따라도시한순서도이다. 도 2는본발명의일실시예에따른탄소원의제조방법의와류발생막분리공정에사용되는막분리장치의일예를도시한단면도이다. 도 3은상기와류발생수단에적용되는와류생성용로터를도시한사시도이다. 도 4는도 3의 I-I 선을따라절단한단면도이다. 도 5는도 3에도시한로터의동작시에생성되는와류를개략적으로도시한도면이다. 도 6은하폐수처리시스템의구성을간략하게도시한블록도이다. 도 7은탄소원의종류에따른질산성질소의농도변화를도시한그래프이다. 도면 도면 1-7 -

8 도면 2 도면 3-8 -

9 도면 4 도면 5 도면 6-9 -

10 도면

특허청구의 범위 청구항 1 복수개의 프리캐스트 콘크리트 부재(1)를 서로 결합하여 연속화시키는 구조로서, 삽입공이 형성되어 있고 상기 삽입공 내면에는 나사부가 형성되어 있는 너트형 고정부재(10)가, 상기 프리캐스 트 콘크리트 부재(1) 내에 내장되도록 배치되는 내부

특허청구의 범위 청구항 1 복수개의 프리캐스트 콘크리트 부재(1)를 서로 결합하여 연속화시키는 구조로서, 삽입공이 형성되어 있고 상기 삽입공 내면에는 나사부가 형성되어 있는 너트형 고정부재(10)가, 상기 프리캐스 트 콘크리트 부재(1) 내에 내장되도록 배치되는 내부 (19) 대한민국특허청(KR) (12) 등록특허공보(B1) (51) 국제특허분류(Int. Cl.) E01D 19/12 (2006.01) E01D 2/00 (2006.01) E01D 21/00 (2006.01) (21) 출원번호 10-2011-0036938 (22) 출원일자 2011년04월20일 심사청구일자 2011년04월20일 (65) 공개번호 10-2012-0119156