[보고서]산업폐수의 고효율 생물막 처리를 위한 피혁부산물의 폐단백질 생물막 담체 제조기술 개발

산업폐수의 고효율 생물막 처리를 위한 피혁부산물의 폐단백질 생물막 담체 제조기술 개발 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	(주)지이테크
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2013-07
과제시작연도	2012
주관부처	중소기업청 Small and Medium Business Administration
등록번호	TRKO201500016350
과제고유번호	1425072682
사업명	기술혁신개발사업
DB 구축일자	2015-10-24
키워드	피혁부산물.단백질.유동상 생물막 담체.산업폐수처리.Ge-PVA 담체.Leather waste.Protein.MBBR.Industrial wastewater treatment.Ge-PVA media.

초록 ▼

□ 개발목표
계 획
◦ 피혁부산물로부터 폐단백질 추출/정제 기술 개발 및 최적화
◦ 폐단백질을 이용한 미생물담체 제조 기술 개발
◦ 폐단백질 생물막 담체를 이용한 산업 폐수처리공정의 개발
실 적
- 피혁부산물로부터 고순도/고효율 폐단백질 추출/정제 기술개발 및 공정 최적화
- 폐단백질을 담지한 친수성 수처리용 생물막 담체 제조기술 개발 및 상용화
- 생물막 담체를 이용한 고효율 산업폐수처리 공정 개발 및 최적화

□ 정량적 목표항목 및 달성도
단백질
크롬 : 계획(< 10 ppm)
분자량 : 계획(< 2,000 Mw)
회수율 : 계획(> 90%)
섬유미분화 : 계획(90 mesh)
실적 : - 피혁부산물로부터 높은 회수기술 및 크롬 함량을 낮출 수 있는 정제기술 확보
- 추출 단백질의 저분자화 추출기술 확보

담체
고정효율 : 계획(90%)
공극률 : 계획(80%)
표면적 : 계획(800 ㎡/㎥)
실적 : - 미생물의 생육/발달에 최적인 단백질 담지한 친수성 미생물 담체 제조기술 확보 및 담체의 상업화
- 높은 표면적과 공극율을 통한 단위 부피당 높은 미생물 고정효율

폐수처리 효율
COD제거율 : 계획(4.5 kg/㎥·day)
색도제거효율 : 계획(90%)
T-N제거율 : 계획(90%)
T-P제거율 : 계획(90%)
실적 : - 염색 및 피혁 등 난분해성 폐수의 고효율 생물학적 고도처리 기술 개발 및 경제성 높은 처리공정 확보

□ 기대효과
- 피혁부산물로부터 추출/정제한 폐단백질을 재활용하여 수처리용 미생물 담체제조를 통한 폐기물 감량으로 인한 환경오염 감소
- 미생물 친화적 친수성 생물막 담체 개발로 인한 고효율 생물학적 고도처리기술 보급 및 사업화 가능
- 염색, 피혁 등 난분해성 산업폐수의 처리비용 절감에 따른 처리시설 운영 경제적

□ 적용분야
- 난분해성 산업폐수처리시설
- 낮은 처리효율로 환경문제를 야기하는 영세 사업장의 폐수처리시설
- 개발도상국을 비롯한 해외 생물학적 고도처리 시장

목차 Contents

표지 ... 1
중소기업 기술개발사업 최종보고서 ... 2
제출문 ... 3
요약서(초록) ... 4
목차 ... 5
제 1 장 개발기술의 개요 ... 8
제 1 절 개발기술의 중요성 및 관련기술 현황 ... 8
1. 개발기술의 중요성 ... 8
2. 관련 기술현황 ... 10
제 2 장 개발목표 및 개발내용 ... 15
제 1 절 기술개발 목표 ... 15
1. 최종목표 ... 15
2. 세부 기술개발 목표 ... 15
3. 연차별 세부 개발내용 ... 17
제 2 절 세부 개발내용 및 방법 ... 18
1. 피혁부산물로부터 폐단백질 추출/정제 기술개발 및 최적화 ... 18
2. 폐단백질 회수/정제 최적화 ... 31
3. 피혁부산물에서 추출/정제한 폐단백질(젤라틴)을 첨가한 생물막 담체 제조 기술개발 ... 33
4. 생물막 담체 제조 기술개발 결과 ... 54
5. 대상산업폐수(섬유, 피혁 등)에 따른 생물막담체(미립담체, 폐단백질 담지 PU담체)의 최적인자 도출 / 담체형상, 크기, 주입량 등 담체특성 최적화 ... 81
6. Pilot Test를 통한 현장 적용성 검토 ... 107
7. 경제성 평가 ... 137
8. 기술개발 목표 대비 개발결과 달성도 ... 139
9. 공인성적서 ... 140
10. 지적재산권 출원 및 논문 투고 현황 ... 173
제 3 장 성과요약 및 기대효과 ... 178
제 1 절 성과요약 ... 178
1. 피혁부산물로부터 폐단백질 추출/정제 기술 개발 및 정립 ... 178
2. 폐단백질을 이용한 미생물담체 제조 기술 개발 ... 178
3. 폐단백질 생물막 담체를 이용한 산업폐수처리공정의 개발 ... 179
제 2 절 기대효과 ... 180
1. 기대효과 ... 180
2. 개발기술을 적용한 사업화방안 ... 181
끝페이지 ... 191

표/그림 (197)

표 가죽원피 톤당 폐기물 발생량
표 국내 원피가공업체 현황
표 피혁 공정 부산물 발생 비율
표 피혁 고형 폐기물 종류 및 발생 현황
표 상용화된 국내 담체의 종류 및 특징
표 수행기관별 업무분장
표 실험에 사용한 피혁부산물 (Shaving scrap)
표 대량 추출/정제 장치 (1)
표 대량 추출/정제 장치 (2)
표 산 가수분해에 의한 단백질 추출, 정제
표 온도에 따른 Protease의 활성 범위
표 pH에 따른 Protease의 활성 범위
표 효소 가수분해에 의한 단백질 추출, 정제 반응조건
표 알칼리 가수분해에 의한 단백질 추출, 정제 모식도
표 알칼리 가수분해에 의한 단백질 추출, 정제 반응조건
표 개미산을 이용한 단백질 회수, 정제 실험 결과
표 아크릴산을 이용한 단백질 회수, 정제 실험 결과
표 젖산을 이용한 단백질 회수, 정제 실험 결과
표 효소 단독 처리 실험 결과
표 알칼리와 효소를 이용한 단백질 회수, 정제
표 NaHCO 를 이용한 단백질 회수, 정제 실험 결과
표 MgO를 이용한 단백질 회수, 정제 실험 결과
표 Shaving scrap으로부터 회수/정제된 단백질 (함수율 20%이상)
표 이소시아네이트 공명 구조
표 우레탄(urethane bond)결합반응
표 우레탄 결합반응으로 생성된 우레탄폼
표 PU 폼의 팽창 및 기공형성 원리
표 Ge-PU담체 제조과정 (1)
표 Ge-PU담체 제조과정 (2)
표 전분과 PVA의 수소결합
표 Ge-PVA담체 제조에 사용된 피혁부산물로부터 회수/정제된 젤라틴 함수율90% (1)
표 Ge-PVA담체 제조에 사용된 피혁부산물로부터 회수/정제된 젤라틴 함수율90% (2)
표 Ge-PVA 반응기
표 Ge-PVA 반응기 상부
표 아크릴 구조형성틀 외형
표 아크릴 구조형성틀 내부 칸막이
표 Ge-PVA담체 반응 후, 왼쪽부터 A, B, C, D
표 Ge-PVA담체 세척 후, 왼쪽부터 A, B, C, D
표 Ge-PVA 담체의 물성 향상을 위한 활성탄 첨가에 따른 담체 특성
표 반응기를 이용한 활성탄+반응물 가열 용융
표 활성탄+반응물을 가열 용융 후 구조 형성 틀에 주입 모습
표 활성탄+반응물을 가열 용융 후 구조 형성 틀에 주입 후 (1)
표 활성탄+반응물을 가열 용융 후 구조 형성 틀에 주입 후 (2)
표 Ge-PVA 담체의 빅셀 가공을 위한 발포제 및 첨가제 주입량
표 GPTMS와 gelatin간 결합반응 및 배치 예상도
표 숙성 전 Gelatin-GPSM-Ca(NO3)2 혼합용액, Hydride "D"
표 6시간 숙성 후, Hydride "D“
표 실험 A의 Gelatin을 담지한 Ge-PU 발포체
표 실험 A의 Gelatin을 담지한 Ge-PU 발포체 절단면
표 실험 A의 Ge-PU 담체를 일정한 규격으로 절단한 생물막 담체 (1)
표 실험 A의 Ge-PU 담체를 일정한 규격으로 절단한 생물막 담체 (2)
표 실험 A의 Ge-PU담체 50배 확대 이미지
표 실험 A의 Ge-PU담체 100배 확대 이미지
표 실험B의 Gelatin을 담지한 Ge-PU 발포체
표 실험B의 Gelatin을 담지한 Ge-PU 발포체 건조 후
표 실험C의 Gelatin을 담지한 Ge-PU 발포체
표 실험C의 Gelatin을 담지한 Ge-PU 발포체 건조 후
표 폴리우레탄 담체 (Ge-PU) 분석 결과
표 A08 Gelatin 無첨가 PU 담체 SEM 50배
표 A08 Gelatin 無첨가 PU 담체 SEM 100배
표 A09 Gelatin 0.24%첨가 PU 담체 SEM 50배
표 A09 Gelatin 0.24%첨가 PU 담체 SEM 100배
표 A12 PU+A/C(7%) 기존담체 SEM 50배
표 A12 PU+A/C(7%) 기존담체 SEM 100배
표 실험 A의 전분 주입량 0% Ge-PVA 담체 제조 후 (1)
표 실험 A의 전분 주입량 0% Ge-PVA 담체 제조 후 (2)
표 실험 B의 전분 주입량 24% Ge-PVA 담체 제조 후 (1)
표 실험 B의 전분 주입량 0% Ge-PVA 담체 제조 후 (2)
표 실험 C의 전분 주입량 36% Ge-PVA 담체 제조 후 (1)
표 실험 C의 전분 주입량 36% Ge-PVA 담체 제조 후 (2)
표 실험 A의 전분 주입량 0% Ge-PVA 담체 100배 확대 이미지
표 실험 A의 전분 주입량 0% Ge-PVA 담체 200배 확대 이미지
표 실험 B의 전분 주입량 24% Ge-PVA 담체 100배 확대 이미지
표 실험 C의 전분 주입량 36% Ge-PVA담체 100배 확대 이미지
표 전분 24%투입한 Ge-PVA담체의 분석결과
표 A04 고형분 기준 전분 24%투입한 Ge-PVA담체 SEM 50배 (1)
표 고형분 기준 전분 24%투입한 Ge-PVA담체 SEM 50배 (2)
표 A04 고형분 기준 전분 24%투입한 Ge-PVA담체 SEM 100배 (1)
표 A04 고형분 기준 전분 24%투입한 Ge-PVA담체 SEM 100배 (2)
표 실험 A의 SDS 주입량 0.3% Ge-PVA담체 세척 후
표 실험 B의 SDS 주입량 0.6% Ge-PVA담체 세척 후 탈수
표 실험 A의 SDS 주입량 0.3% Ge-PVA담체 단면
표 실험 B의 SDS 주입량 0.6% Ge-PVA담체 단면
표 실험 A의 SDS 주입량 0.3% Ge-PVA담체 100배 확대이미지
표 실험 B의 SDS 주입량 0.6% Ge-PVA담체 100배 확대이미지
표 실험 C의 tween80 주입량 0.6% Ge-PVA담체 세정 후 탈수
표 실험 C의 tween80 주입량 1.2% Ge-PVA담체 세정 후 탈수
표 실험 C의 tween80 주입량 0.6% Ge-PVA담체 단면
표 실험 C의 tween80 주입량 1.2% Ge-PVA담체 단면
표 실험 C의 tween80 주입량 0.6% Ge-PVA담체 100배 확대 이미지
표 실험 C의 tween80 주입량 1.2% Ge-PVA담체 100배 확대 이미지
표 실험 A의 가소제 Sodium alginate 이용한 Ge-PVA (1)
표 실험 A의 가소제 Sodium alginate 이용한 Ge-PVA (2)
표 실험 A의 가소제 Sodium alginate 이용한 Ge-PVA담체 100배 확대 이미지
표 실험 A의 가소제 Sodium alginate 이용한 Ge-PVA담체 200배 확대 이미지
표 실험 B의 가소제 PEG을 이용한 Ge-PVA담체 제조 후 (1)
표 실험 B의 가소제 PEG을 이용한 Ge-PVA담체 제조 후 (2)
표 실험 B의 가소제 PEG을 이용한 Ge-PVA담체 100배 확대 이미지
표 실험 B의 가소제 PEG을 이용한 Ge-PVA담체 200배 확대 이미지
표 실험 B의 가소제 無첨가 Ge-PVA담체 제조 후 (1)
표 실험 B의 가소제 無첨가 Ge-PVA담체 제조 후 (2)
표 실험 B의 가소제 無첨가 Ge-PVA담체 100배 확대 이미지
표 실험 B의 가소제 無첨가 Ge-PVA담체 200배 확대 이미지
표 가소제 PEG를 적용한 Ge-PVA담체 분석결과
표 A07 가소제 PEG를 적용한 Ge-PVA SEM 50배 (1)
표 A07 가소제 PEG를 적용한 Ge-PVA SEM 50배 (2)
표 A07 가소제 PEG를 적용한 Ge-PVA SEM 100배 (1)
표 A07 가소제 PEG를 적용한 Ge-PVA SEM 100배 (2)
표 A10 가소제 PEG를 적용한 Ge-PVA SEM 50배 (1)
표 A10 가소제 PEG를 적용한 Ge-PVA SEM 50배 (2)
표 A10 가소제 PEG를 적용한 Ge-PVA SEM 100배 (1)
표 A10 가소제 PEG를 적용한 Ge-PVA SEM 100배 (2)
표 실험 A의 활성탄(0.9%) Ge-PVA담체 제조 후
표 실험 B의 활성탄(1.8%) Ge-PVA담체 제조 후
표 실험 A의 활성탄(0.9%) Ge-PVA담체 제조 후 100배 확대 이미지
표 실험 A의 활성탄(0.9%) Ge-PVA담체 제조 후 200배 확대 이미지
표 실험 B의 활성탄(1.8%) Ge-PVA담체 100배 확대 이미지
표 실험 B의 활성탄(1.8%) Ge-PVA담체 200배 확대 이미지
표 실험 C의 활성탄(2.7%) Ge-PVA담체 제조 후 (1)
표 실험 C의 활성탄(2.7%) Ge-PVA담체 제조 후 (2)
표 Ge-PVA 담체의 물성 향상을 위한 활성탄 첨가 담체 분석결과
표 A01 Ge-PVA A/C담체의 SEM 50배 (1)
표 A01 활성탄 0.9% 대량제조 Ge-PVA A/C담체의 SEM 50배 (2)
표 A01 활성탄 0.9% 대량제조 Ge-PVA A/C담체의 SEM 100배 (1)
표 A01 활성탄 0.9% 대량제조 Ge-PVA A/C담체의 SEM 100배 (2)
표 A05 활성탄 0.9% 소량제조 Ge-PVA A/C담체의 SEM 50배 (1)
표 A05 활성탄 0.9% 소량제조 Ge-PVA A/C담체의 SEM 50배 (2)
표 A06 활성탄 1.8% 소량제조 Ge-PVA A/C담체의 SEM 50배 (1)
표 A06 활성탄 1.8% 소량제조 Ge-PVA A/C담체의 SEM 50배 (2)
표 A06 활성탄 1.8% 소량제조 Ge-PVA A/C담체의 SEM 100배 (1)
표 A06 활성탄 1.8% 소량제조 Ge-PVA A/C담체의 SEM 100배 (2)
표 실험 A의 분해형 발포제 CaCO3를 이용한 담체 제조결과 (1)
표 실험 A의 분해형 발포제 CaCO3를 이용한 담체 제조결과 (2)
표 실험 A의 분해형 발포제 CaCO3를 이용한 Ge-PVA담체의 50배 확대 이미지
표 실험 A의 분해형 발포제 CaCO3를 이용한 Ge-PVA담체의 100배 확대 이미지
표 실험 B의 분해형 발포제 TSH를 이용한 담체 제조결과 (1)
표 실험 B의 분해형 발포제 TSH를 이용한 담체 제조결과 (2)
표 Ge-PVA 담체의 빅셀 가공을 위한 발포제 주입에 따른 담체 분석 결과
표 A13 분해형 팔포제 CaCO3를 적용한 Ge-PVA SEM 50배 (1)
표 A13 분해형 팔포제 CaCO3를 적용한 Ge-PVA SEM 50배 (2)
표 A13 분해형 팔포제 CaCO3를 적용한 Ge-PVA SEM 100배 (1)
표 A13 분해형 팔포제 CaCO3를 적용한 Ge-PVA SEM 100배 (2)
표 16시간 숙성 후, Hydride "D“
표 16시간 숙성 후, Hydride "D"
표 Siloxane 솔-겔 미립담체 분쇄후
표 Siloxane 솔-겔 미립담체 실체 현미경을 이용한 100배 확대 이미지
표 수중 내 거치한 담체의 외부표면 확대 이미지 (200x)
표 Ge-PVA담체의 반응기내에서의 유동모습 (1)
표 Ge-PVA담체의 반응기내에서의 유동모습 (2)
표 Ge-PU 담체
표 Ge-PVA 담체
표 본 연구에서 개발된 담체의 물성
표 공기유량 변화에 따른 용존산소농도의 변화
표 미생물 생장을 억제할 경우 용존산소 소모율
표 각 항목별 분석 결과
표 담체의 충전율과 질소원 첨가에 따른 Color의 변화
표 C/N 비에 따른 폐수의 생물학적 처리 특성
표 Ge-PVA 담체이용 피혁폐수처리 개요도
표 Ge-PVA 담체이용 피혁폐수처리 개요도
표 Ge-Siloxane 유동상 미립담체를 활용한 간헐적 폭기실험 전경
표 Pilot plant 구성도
표 Pilot plant 반응기 실물모형
표 Pilot plant 반응기 실험전경
표 Ge-PVA 담체를 이용한 MBBR에 의한 T-N 제어 효율
표 Ge-PVA 담체를 이용한 MBBR에 의한 T-P 제어효율
표 시간에 따른 담체별 호기조건에서의 미생물 부착효율
표 미생물 부착 전 Ge-PVA 담체
표 혐기성 미생물 부착 Ge-PVA 담체
표 호기성 미생물 부착 Ge-PVA 담체
표 생물학적 처리(MBBR 공정) 전 피혁폐수의 화학적처리 공정의 최적화
표 피혁폐수처리를 위한 Ge-Siloxane 유동상 미립담체 활용 AOAO공정 개요도
표 Ge-Siloxane 유동상 미립담체를 이용한 AOAO 공정의 일일 pH
표 Ge-Siloxane 유동상 미립담체를 이용한 AOAO공정의 TKN제어 특성
표 제품 양산 및 사업화 계획
표 모로코 환경산업 박람회
표 모로코 환경산업 박람회 GETEC부스(2)
표 모로코 환경산업 박람회 GETEC부스(4)
표 모로코 환경산업 박람회 GETEC부스(3)
표 모로코 환경산업 박람회 GETEC부스(5)
표 모로코 환경산업 박람회 GETEC부스(6)
표 싱가포르 친환경 박람회 GETEC 부스(1)
표 싱가포르 친환경 박람회 GETEC 부스(2)
표 싱가포르 친환경 박람회 GETEC 부스(3)
표 싱가포르 친환경 박람회 GETEC 부스(4)
표 싱가폴전시회 참가(1)
표 싱가폴전시회 참가(1)
표 현재 영업 중인 Kentz Qatar사로부터 받은 담체 및 폐수처리시설에 설계 도면 (2)
표 현재 영업 중인 Kentz Qatar사로부터 받은 담체 및 폐수처리시설에 설계 도면 (3)
표 현재 영업 중인 Kentz Qatar사로부터 받은 담체 및 폐수처리시설에 설계 도면 (4)
표 현재 영업 중인 Kentz Qatar사로부터 받은 담체 및 폐수처리시설에 설계 도면 (5)
표 2012년도 하반기 시장개척단 참가(2)
표 2012년도 하반기 시장개척단 참가(1)
표 2012년도 하반기 시장개척단 참가(1)
표 2013년도 북아프리카 환경시장개척단 참가(2)
표 2013년도 북아프리카 환경시장개척단 참가(3)
표 2013년도 북아프리카 환경시장개척단 참가(5)
표 2013년도 북아프리카 환경시장개척단 참가(6)

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과제기간(DetailSeriesProject) :	-
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