KR100193944B1 - 규산황산알루미늄 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리용 응집제로서 사용되는 다음 일반식으로 표시되는 규산황산알루미늄(Aluminum SilicaSulfate : ASS) 및 그의 제조방법에 관한 것이다.:

상기식에서 b/a=m, 0.01Mm2.0, 1n100, 0x18이다.

상기 규산황산알루미늄은 규산소다로부터 새로운 활성화법에 의해 제조된 활성 규산과 황산알루미늄을 반응시켜 제조될 수 있다.

본 발명의 규산황산알루미늄은 수처리용(정수용, 폐수용) 응집제로서 사용할 때 우수한 응집 효과를 나타낸다. 즉, 수처리시에 응집 플록이 커지며, 생성 속도 및 침강 속도도 빠르다. 따라서, 약품의 투입량도 감소되며, 수처리 후 알루미늄의 잔류량이 상당히 적다.

Description

규산황산알루미늄 및 그의 제조방법

본 발명은 수처리용 응집제로서 사용되는 다음 일반식으로 표시되는 규산황산알루미늄(Aluminum SilicaSulfate : ASS) 및 그의 제조방법에 관한 것이다 :

상기식에서 b/a=m, 0.01Mm2.0, 1n100, 0x18이다.

현재 수처리용으로 시판되고 있는 무기응집제로서는 황산알루미뉴므 폴리염화알루미늄 등이 있다. 그러나 이들은 수처리 후의 수중에 알루미늄이 잔류할 수 있으며, 조류가 심하거나 강수량이 많은 하절기 등, 알칼리도가 낮은 시기에는 응집 성능이 떨어지며 침강 속도는 느리고 침강 후 탁도의 감소율이 저조하여 여과지 부하를 많이 주는 것으로 알려져 있다.

본 발명자들은 상기의 단점들을 원만하게 해결하여 정수처리 과정에서 응집 효과를 높이기 위하여 다각적인 연구를 수행한 결과 새로운 활성화법으로 얻어진 활성규산에 황산알루미늄을 첨가하여 새로운 액상의 규산황산알루미늄을 개발하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 일반식으로 표시되는 규산황산알루미늄을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 규산소다를 희석하여 강산형[H⁺] 이온교환수지를 통과시키고, 여액에 1N NaOH 및 15%-Na₂SiO₃를 가해 pH를 7-10으로 조절하고, 활성화 촉진제를 혼합하여 일정시간 숙성하고, 안정화제를 가해 pH 2.0이하로 조절하여 활성 규산액을 얻고, 이 활성 규산액에 수산화알루미늄과 황산을 반응시켜 얻어진 황산알루미늄을 첨가하여 숙성시킨 다음, 안정화제를 가해 pH 2.0이하로 안정화시키는 것으로 이루어진 상기 일반식으로 표시되는 규산황산알루미늄의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 규산황산알루미늄은 다음 일반식으로 표시된다 :

상기식에서 b/a=m, 0.01Mm2.0, 1n100, 0x18이다. Al₂O₃및 SiO₂로 환산하여 농도가 각각 0.5~9.0 중량% 및 0.5~15.0 중량 %인 규산황산알루미늄을 얻을 수 있다.

본 발명의 규산황산알루미늄을 응접제로서 수처리할 경우 응집 플록이 커지며, 생성 속도도 빠르고 침강 속도도 빠르게 나타난다. 따라서 약품의 투입량도 감소되며, 수처리 후 알루미늄의 잔류량도 기존 응집제 보다 상당히 적게 나타난다.

또한, 본 발명의 규산황산알루미늄은 pH 영역 변화 시험에서 넓은 pH 영역(pH 5.0~9.5)을 가지고 있다.

이러한 규산황산알루미늄의 제조방법은 다음 단계로 이루어진다 :

1) 규산소다를 희석하여 강산(H⁺)형 이온교환수지를 통과시킨다. 이 때 얻어지는 규산소다 수용액은 SiO₂함량이 0.5~15%로 하는 것이 바람직하다. 이온교환 수지를 통과시키면 나트륨 이온(Na⁺)이 수소 이온(H⁺)과 교환된다.

2) 이온교환수지를 통과한 여액에 1N NaOH 및 15% NA₂SiO₃를 가해 pH를 7~10으로 조절한다. 규산 모노머의 용해도는 pH 10 이상의 강알칼리 영역에서 낮기 때문에 규산의 중합이 일어나지 않는다. 또한 강산성 영역에서 규산이 고도로 중합하여 안정하게 존재하는 반면에 중성-약알칼리성의 pH 영역에서 나트륨이 존재하면 단시간에 겔화된다. 그러나, 나트륨이 존재하지 않는다면 규산의 겔화시간이 지연된다. 즉, 본 발명에서와 같이 이온교환수지를 통과시켜 나트륨을 제거함으로서 고도로 중합된 규산이 겔화시간이 지연되는 계에서 안정하게 존재할 가능성이 있다.

3) pH가 조절된 여액에 활성화 촉진제를 혼합하여 일정시간 숙성하고, 안정화제를 가해 pH 2.0이하로 조절하여 활성 규산액을 얻는다. 활성화 촉진제로서는 황산 나트륨 또는 황산이 적합하게 사용될 수 있다. 또한 안정화제로서는 황산 또는 염산이 언급될 수 있으나, 묽은 황산이 바람직하다. pH가 2.0이하로 조절되면 맑고 투명한 액상 활성 규산이 얻어진다.

4) 이활성 규산액에 수산화알루미늄과 황산을 반응시켜 얻어진 황산알루미늄을 첨가하여 교반숙성시킨 다음, 안정화제를 가해 pH 2.0이하로 안정화시킨다. 황산알루미늄과 활성 규산액을 Si/Al의 몰비 1:1 내지 5:1로 혼합한다. 안정화제로서는 황산 또는 염산이 사용될 수 있다. 교반숙성 시간은 약 6 내지 20분간이 바람직하다.

상기 단계 1)에서 희석시에 물의 양을 조절함으로서 SiO₂의 농도를 0.5~9중량%로 유지할 수 있으며, 또한 단계 5)에서 황산알루미늄을 제조할 때 물의 양을 조절함으로서 Al₂O₃의 농도를 0.5~15중량%로 유지할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 들어 구체적으로 설명하면 다음과 같으나, 본 발명이 이들 실시예에 국한하는 것은 아니다.

[실시예 1]

[규산의 활성화]

시판 물유리 3호품(SiO₂농도 29.5%, Na₂O 9.6%)을 SiO₂각 농도별(15% 이하)로 희석하여 강산형(H⁺) 이온 교환수지를 통과시킨다음, 이 여액에 1N-NaOH와 15%-Na₂SiO₃을 가해 pH를 7.0~8.5로 조절하였다. 황산나트륨 10 meg/l을 첨가하여 숙성시키고, 묽은 황산을 가해 pH 2.0으로 조절하여 맑고 투명한 활성 규산을 얻을 수 있었다.

[실시예 2]

[규산황산알루미늄의 제조]

수산화알루미늄 156g, 황산 294g, 물 824.5g을 혼합하고 120℃에서 1시간 반응시켰다. 이 때 액체황산알루미늄 1274.5g(Al₂O₃의 농도 8중량%)을 얻었다.

실시예 1에서 얻어진 규산과 황산알루미늄을 혼합하고(Si/Al의 몰비 1:1) 20분간 교반숙성시켰다.

규산황산알루미늄 중에서 Al₂O₃및 SiO₂의 농도는 활성 규산과 황산알루미늄을 제조하는 단계에서 혼합되는 물의 양을 조절함으로써 다양하게 변화시킬 수 있다. 상기 방법에 의해 다음과 같은 조성예를 가진 규산황산알루미늄을 얻을 수 있었다:

기존의 응집제와 비교하여 이 규산황산알루미늄에 대해 다음 조건으로 응집 시험하였다.

각 응집제의 주입량은 LAS(Liquid Aluminium Sulfate, 액체 황산알루미늄)가 1.9 mg/l(Al), PAC(폴리염화알루미늄)가 2.38 mg/l(Al), SPL(쌤플)이 1.11mg/l(Al)이며, 수치는 처리수 잔류 탁도를 나타내며 그 단위는 NTU(Number of Transfer Unit, 이동단위수)이다.

시험 결과를 다음 표에 제시한다.

[실시예 3]

[규산황산알루미늄의 제조]

황산알루미늄과 활성 규산의 혼합 비율을 Si/Al의 몰비 2:1로 한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 하여 규산황산알루미늄을 제조하였다.

규산황산알루미늄 중에서 Al₂O₃및 SiO₂의 농도는 활성 규산과 황산 알루미늄을 제조하는 단계에서 혼합되는 물의 양을 조절함으로서 다양하게 변화시킬 수 있다. 상기 방법에 의해 다음과 같은 조성예를 가진 규산황산 알루미늄을 얻을 수 있었다:

실시예 2에서 제시된 바와 같이 응집시험을 하고 그 시험 결과를 다음 표에 제시한다.

[실시예 4]

[규산황산알루미늄의 제조]

황산알루미늄과 활성 규산의 혼합 비율을 Si/Al의 몰비 3:1로 한 것을 제외하고 실시예2와 동일하게 하여 규산황산알루미늄을 제조하였다.

규산황산알루미늄 중에서 Al₂O₃및 SiO₂의 농도는 활성 규산과 황산알루미늄을 제조하는 단계에서 혼합되는 물의 양을 조절함으로써 다양하게 변화시킬 수 있다. 상기 방법에 의해 다음과 같은 조성예를 가진 규산황산알루미늄을 얻을 수 있었다;

실시예 2에서 제시된 바와 같이 응집시험을 하고 그 시험 결과를 다음 표에 제시한다.

본 발명의 규산황산알루미늄은 수처리용(정수용, 폐수용) 응집제로서 사용할 때 우수한 응집 효과를 나타낸다. 즉, 수처리시에 응집 플록이 커지며, 생성 속도 및 침강 속도도 빠르다. 따라서, 약품의 투입량도 감소되며, 수처리 후 알루미늄의 잔류량이 상당히 적다.

약품 주입량은 41.5~53.4% 정도 감소 효과를 얻을 수 있으며, 침강 속도는 25분을 기준으로 할 때 27.6~40%의 빠른 효과를 나타낸다.

Claims (6)

1. 다음 일반식으로 표시되는 규산황산 알루미늄;

   

   상기식에서 b/a=m, 0.01Mm2.0, 1n100, 0x18이다.
2. 활성 규산과 황산 알루미늄을 반응시키는 규산황산알루미늄의 제조방법에 있어서, 규산소다를 희석하여 강산형[H⁺] 이온교환수지를 통과시키고, 여액에 1N NaOH 및 15%-Na₂SiO₃를 가해 pH를 7-10으로 조절하고, 활성화 촉진제를 혼합하여 일정시간 숙성하고, 안정화제를 가해 pH 2.0이하로 조절하여 활성 규산액을 얻고, 이 활성 규산액에 수산화알루미늄과 황산을 반응시켜 얻어진 황산 알루미늄을 첨가하여 교반 숙성시킨 다음, 안정화제를 가해 pH 2.0이하로 안정화시키는 것으로 이루어진 다음 일반식으로 표시되는 규산황산알루미늄의 제조방법:

   

   상기식에서 b/a=m, 0.01Mm2.0, 1n100, 0x18이다.
3. 제2항에 있어서, 활성화 촉진제가 황산나트륨 또는 황산인 제조방법,
4. 제2항에 있어서, 안정화제가 황산 또는 염산인 제조방법,
5. 제2항에 있어서, 활성 규산액과 황산알루미늄의 혼합비율이 Si/Al의 몰비로 1:1 내지 5:1인 제조방법.
6. 제2항에 있어서, 교반 숙성 시간이 6-20분인 제조방법.