KR100497992B1 - 수처리용 응집제의 제조방법 및 수처리용 응집제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리용 응집제의 제조방법 및 수처리용 응집제에 관한 것으로, 기존의 알루미늄()계 및 철()염계 무기응집제가 가지고 있는 단점인 단분자 및 저분자량 또는 저염기성의 제품들이 불안정하여 침전하는 문제점 등을 개선함으로써 염기도가 70% 이상에서도 안정성을 가지면서 응집능력이 우수한 수처리제 응집제를 제공함에 그 목적이 있다. 이를 위해 제조되는 본 발명의 수처리용 응집제는 저염기성 염화황산알루미늄(ACS), 수산화나트륨() 및 규산나트륨()을 적당한 반응조건하에서 반응시켜 하기와 같은 반응식을 갖는 폴리규산화염화황산알루미늄(Polyaluminum Hydroxy Chloro-Sulfate Silicate: PAHCSS)을 제조하였다.

여기서, n과 k는 각각 0≤n≤1.5이고, 0≤k≤0.5이다.

여기서, n은 2.7∼5이고, 0≤k≤4.3이다.

Description

수처리용 응집제의 제조방법 및 수처리용 응집제{Manufacturing method of waste water cohesive agents and manufactured goods thereof}

본 발명은 수처리용 응집제의 제조방법 및 수처리용 응집제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하수나 오·폐수 속에 부유하는 부유입자를 화학적 처리방법으로 응집시켜 플럭을 형성함으로써 침전시키는 수처리용 응집제로써의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS) 및 그 제조방법에 관한 기술이다.

일반적으로 급격한 경제발전 과정에서 환경보전에 대한 인식이 부족하였다는 것은 주지의 사실이다. 이처럼 환경보전에 대한 인식의 부족으로 인하여 대기는 물론 수질 또한 그 오염의 정도가 매우 심각한 지경에 이르렀다. 특히, 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수 등은 호소, 내만 및 내해 등의 공용 수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다.

근래에 들어서 급속한 산업의 발달과 인구증가 및 도시의 인구집중으로 인하여 각종 용수량의 증가와 함께 폐수 중에는 무기 및 유기성분이 차지하는 비율이 점차로 증가하고 있는 실정이다. 이러한 폐수의 경우 COD(Chemical Oxygen Demand), BOD(Biochemical Oxygen Demand), SS(현탁물질), 질소, 인 등 고농도의 유기물을 다량 함유하고 있어 하천, 호소 및 댐 등에 그대로 흘러 들어가면 부영양화 등 수자원의 오염은 물론, 독성으로 인한 생태계의 파괴 등으로 이어져 환경에 악영향을 끼친다. 따라서, 폐수는 일정의 기준을 정해 놓고 일정의 기준치 이하로 정화시켜 배수하도록 되어 있다.

한편, 폐수의 정수처리시 폐수 속의 부유입자 제거방법에 있어 종래의 처리방법으로는 화학적 처리, 전기적 처리, 여과, 멤브란법 등을 이용하여 처리하고 있다. 먼저, 가장 대표적인 처리방법으로는 화학적 처리 중에서 응집제(coagulant)를 사용하는 것으로, 무기응집제 또는 유기응집제를 사용하여 입자의 표면성질을 변화시켜 플럭을 형성케 한 후 침전시키는 것이 지금까지 가장 일반적인 방법으로 알려져 있다.

전술한 화학적 처리에서 사용하는 무기응집제로는 알루미늄계 또는 철계통의 응집제를 사용하고 있으며, 유기응집제로는 폴리아크릴아마이드, 폴리대드맥, 폴리아민 등 여러 가지 종류가 사용되고 있다. 이러한 화학적 처리의 가장 큰 장점은 0.1 마이크론 입자크기까지 응집으로 제거할 수 있다는 것이다. 따라서, 화학적 응집처리방법은 정수처리시에 필수적으로 사용하고 있다.

전술한 바와 같은 화학적 처리방법에서 물 속에 분산된 입자표면은 일반적으로 (-)전하를 띄며 동종 입자끼리는 반발하나, 외부로부터 (+)금속성분이 유입되면 표면에 중성반응이 일어나 입자끼리 서로 당기는 상호인력의 힘이 발생하여 입자의 성장이 유도됨으로써 플럭이 성장하게 된다. 이처럼 플럭이 성장하면 하부로 침전되어 슬러지로 누적 배출된다. 이러한 과정을 거쳐 물과 입자를 분리하려면 막대한 처리공간과 처리시간 그리고 처리비용이 상당하다. 즉, 전술한 화학적 처리방법으로 부유물질을 제거하는 경우 슬러지의 생성이 불가피하게 대두되는 문제점이 있음은 물론, 약품의 사용으로 처리비용이 상승한다는 문제점이 있다.

한편, 종래의 무기응집제로써 알루미늄()계 응집제 및 철()염계 응집제가 널리 사용되어지고 있으나, 이들 알루미늄()계 응집제 및 철()염계의 응집제들은 저분자량으로 구성되어진 물질로써 수용액 중에서 분자입자의 크기가 작아 탁도제거의 효과와 부유물 등의 유기물 제거 능력이 충분하지 못한 단점이 있다. 특히, 우리 나라의 경우 우수기(장마철)인 6∼9월 사이의 고탁도에서는 그 처리능력이 현저하게 저하되는 문제점을 가지고 있다.

전술한 바와 같이 종래 알루미늄()계 응집제 및 철()염계 응집제의 수용액상에서의 응집방법은 다음과 같다.

전술한 바와 같은 종래 알루미늄()계 및 철()염계의 무기응집제 등은 단분자 또는 저분자량의 응집제로써 과다투입으로 인하여 과량의 슬러지가 발생하는 문제가 있다.

또한, 종래 알루미늄()계 및 철()염계의 무기응집제 등은 적정한 탁도의 제거가 불가능하여 고품질의 처리수를 얻을 수 없다는 문제와 처리수에 알루미늄 및 철의 잔류로 인하여 치매의 원인이 되기도 하는 문제가 있다. 따라서, 종래 알루미늄()계 및 철()염계 무기응집제의 경우에는 그 투입량을 정확히 맞추어주어야만 되기 때문에 사용에 따른 난이점이 있다.

더구나, 전술한 바와 같은 종래의 알루미늄()계 및 철()염계 무기응집제 등은 장기간의 보관시 응집제에 침전물이 발생하게 되어 제품의 손실이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 기존의 알루미늄()계 및 철()염계 무기응집제가 가지고 있는 단점인 단분자 및 저분자량 또는 저염기성의 제품들이 불안정하여 침전하는 문제점 등을 개선함으로써 염기도가 70% 이상에서도 안정성을 가지면서 응집능력이 우수한 수처리제 응집제로써의 폴리규산화염화황산알루미늄(Polyaluminum Hydroxy Chloro-Sulfate Silicate: 이하, PAHCSS라 함)의 제조방법 및 수처리제 응집제를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 염화황산알루미늄()과 수산화나트륨() 및 규산나트륨()을 적정한 조건하에서 적당량 혼합 반응시켜 수처리제 응집제로써의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)을 제조함으로써 수처리에서 유기물의 제거효과 향상과 더불어 플록(Floc)의 크기를 향상시켜 응집속도를 보다 향상시킬 수 있도록 함에 있다.

나아가, 본 고안은 전술한 목적들 이외에 염화황산알루미늄()과 수산화나트륨() 및 규산나트륨()을 적정한 조건하에서 적당량 혼합 반응시켜 수처리제 응집제로써의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)을 제조함으로써 장기간의 보관시에도 응집제에 침전물이 발생되지 않도록 하여 경제적인 손실을 방지할 수 있도록 함에 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 수처리용 응집제의 제조방법은 하수나 오·폐수 속에 부유하는 부유입자를 화학적 처리방법으로 응집시켜 플럭을 형성함으로써 침전시키는 수처리용 응집제를 제조하는 방법에 있어서, (가) 산화알루미늄()의 농도가 40∼68%인 수산화알루미늄() 15∼28 wt%, 농도가 25∼35%인 염산() 50∼75 wt%, 농도가 50∼98%인 황산() 0.5∼10 wt%, 물() 0.6∼25 wt%를 혼합하는 단계; (나) 단계(가)의 혼합물을 90∼125℃의 온도조건하에서 5∼20시간동안 반응시켜 산화알루미늄()의 농도가 9∼14%이고, 염기도가 10% 이하인 저염기성의 염화황산알루미늄()을 제조하는 단계; (다) 단계(나)에서 산화알루미늄()의 농도가 9∼14%이고, 염기도가 10% 이하로 제조된 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 산화나트륨()의 농도가 15∼40%인 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 산화규소()의 농도가 5∼40%인 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%를 혼합하는 단계; 및 (라) 단계(다)의 혼합물을 30∼60℃의 온도조건하에서 속도구배 1,000 초의 속도로 혼합 반응시켜 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()으로 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성의 단계(다)에는 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%의 비율로 혼합된 혼합물에 대해 0.001∼4 wt%의 탄산칼슘()이 더 혼합되어 염기도 70% 이상의 폴리규산화염화황산알루미늄()을 제조할 수 있도록 구성되어질 수 있다. 이때, 탄산칼슘()은 탄산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같은 과정을 통해 제조되는 폴리규산화염화황산알루미늄()은 산화알루미늄() 농도 9∼13%, 염기도 50% 이상, 클로라이드() 9∼14%, 설페이트() 1.0∼5.0%, 산화규소() 0.001∼10.0%의 조건을 만족한다.

전술한 단계(가)의 수산화알루미늄()은 알루미늄()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있고, 단계(가)의 황산()은 황산이온()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있으며, 단계(다)의 규산나트륨()은 규산()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다. 또한, 단계(다)의 수산화나트륨()은 알루민산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있다.

전술한 구성에서 규산나트륨()과 수산화나트륨()은 알루미늄규산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 수처리용 응집제는 산화알루미늄()의 농도가 40∼68%인 수산화알루미늄() 15∼28 wt%, 농도가 25∼35%인 염산() 50∼75 wt%, 농도가 50∼98%인 황산() 0.5∼10 wt%, 물() 0.6∼25 wt%를 90∼125℃의 온도조건하에서 5∼20시간동안 반응시켜 제조된 산화알루미늄()의 농도가 9∼14%이고, 염기도가 10% 이하인 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 산화나트륨()의 농도가 15∼40%인 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 산화규소()의 농도가 5∼40%인 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%를 30∼60℃의 온도조건하에서 속도구배 1,000 초에 상당하는 속도로 혼합 반응시켜 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()으로 제조된다.

전술한 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%의 비율로 혼합된 혼합물에 대해 탄산칼슘()을 0.001∼4 wt%의 비율로 더 혼합하여 염기도가 70% 이상인 폴리규산화염화황산알루미늄()이 제조되도록 할 수 있다. 이때, 탄산칼슘()은 탄산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 제조된 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()은 산화알루미늄() 농도 9∼13%, 염기도 50% 이상, 클로라이드() 9∼14%, 설페이트() 1.0∼5.0%, 산화규소() 0.001∼10%의 조건을 만족한다.

전술한 구성에서 수산화알루미늄()은 알루미늄()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있고, 황산()은 황산이온()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있으며, 규산나트륨()은 규산()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다. 또한, 수산화나트륨()은 알루민산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있다.

전술한 구성에서 규산나트륨()과 수산화나트륨()은 알루미늄규산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수처리용 응집제의 제조방법 및 수처리용 응집제에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 앞서의 목적에서 밝힌 바와 같이 기존의 알루미늄()계 및 철()염계 무기응집제가 가지고 있는 단점인 단분자, 저분자량 또는 저염기성의 제품들이 불안정하여 침전하는 문제점 등을 개선하여 염기도가 70% 이상에서도 안정성을 가지면서 응집능력이 우수한 수처리제 응집제를 제조하는 기술에 관한 것이다.

본 발명에 따른 수처리제 응집제의 제조방법을 살펴보면 먼저, (가) 수산화알루미늄(), 염산(), 황산() 및 물()의 혼합비율을 15∼28 : 50∼75 : 0.5∼10.0 : 0.6∼25 wt%의 비율로 혼합한다.

전술한 (가)의 과정에서 수산화알루미늄()은 산화알루미늄()의 농도가 40∼68%이고, 염산()의 농도는 25∼35%이며, 황산()의 농도는 50∼98%인 것을 사용한다.

(나) 과정(가)의 혼합물을 90∼125℃의 온도조건하에서 5∼20시간동안 반응시켜 저염기성의 염화황산알루미늄()을 제조하게 된다.

전술한 (나)의 과정에서 제조되는 저염기성의 염화황산알루미늄()은 산화알루미늄()의 농도가 9∼14%이고, 염기도가 10% 이하로 제조된다.

한편, 본 발명에 따른 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)을 제조하기 위해서는 전술한 바와 같이 염산(), 황산() 및 수산화알루미늄()을 적절한 비율로 혼합하여 저염기성의 염화황산알루미늄()을 제조하게 되는데, 다음의 반응식은 염산(), 황산() 및 수산화알루미늄()을 적절한 비율로 혼합하여 저염기성의 염화황산알루미늄()을 제조하기 위한 반응식이다.

여기서, n과 k는 각각 0≤n≤1.5이고, 0≤k≤0.5이다.

(다) 과정(나)에서 제조된 산화알루미늄()의 농도가 9∼14%이고, 염기도가 10% 이하인 저염기성의 염화황산알루미늄(), 수산화나트륨(), 규산나트륨() 및 물()의 혼합비율을 46∼74.99 : 10∼25 : 0.01∼10.0 : 15∼35 wt%의 비율로 혼합한다.

전술한 과정(다)에서 수산화나트륨()은 산화나트륨()의 농도가 15∼40%이고, 규산나트륨()은 산화규소()의 농도가 5∼40%인 것을 사용한다.

(라) 과정(다)의 혼합물을 30∼60℃의 온도조건하에서 속도구배 1,000 초에 상당하는 속도로 혼합 반응시켜 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()을 제조한다.

전술한 과정(라)의 혼합반응에 의해 제조되는 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()은 산화알루미늄() 농도 9∼13%, 염기도 50% 이상, 클로라이드() 9∼14%, 설페이트() 1.0∼5.0%, 산화규소() 0.001∼10.0%로 이루어진다.

전술한 바와 같이 염기도가 50% 이상에서도 안정성을 가지면서 응집능력이 우수한 수처리제 응집제는 다음과 같은 반응식을 갖는 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄(Polyaluminum Hydroxy Chloro-Sulfate Silicate: PAHCSS)이다.

여기서, n은 2.7∼5이고, 0≤k≤4.3이다.

전술한 반응식 2에서와 같은 반응식을 갖는 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)은 산화알루미늄() 농도 9∼13%, 염기도 50% 이상, 클로라이드() 9∼14%, 설페이트() 1.0∼5.0%, 산화규소() 0.001∼10.0% 일때 수처리용 응집제로써 가장 우수한 성능을 나타내었다.

전술한 바와 같은 본 발명의 제조방법에 따라 제조되는 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()의 제조과정에서 과정(다)에는 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%의 비율로 혼합된 혼합물에 대해 탄산칼슘()을 0.001∼4 wt%의 비율로 더 혼합할 수도 있다. 이처럼 탄산칼슘()을 혼합물에 대하여 0.001∼4 wt%의 비율로 더 혼합시킴에 따라 염기도가 70% 이상인 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()을 제조할 수 있다.

전술한 바와 같이 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%의 비율로 혼합된 혼합물에 대해 탄산칼슘()을 0.001∼4 wt%의 비율로 혼합시킬 때의 반응식은 다음과 같이 표현된다.

여기서, n은 2.7∼5이고, 0≤k≤4.3이다.

전술한 반응식 3에서의 탄산칼슘()은 탄산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있다. 이때의 반응식은 다음과 같이 표현된다.

여기서, n은 2.7∼5이고, 0≤k≤4.3이다.

한편, 본 발명의 구성에서 수산화나트륨()은 알루민산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있다. 이때의 반응식은 다음과 같이 표현된다.

여기서, n은 2.7∼5이고, 0≤k≤4.3이다.

전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 규산나트륨()과 수산화나트륨()은 알루미늄규산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있는데, 이러한 알루미늄규산나트륨()의 제조방법은 다음과 같다.

전술한 알루미늄규산나트륨()의 제조과정은 먼저, 수산화나트륨(), 수산화알루미늄(), 규산나트륨() 및 물()을 40∼65 : 31.5∼50 : 0.01∼10.0 : 0.5∼30 wt%의 비율로 혼합한다. 이때, 수산화나트륨()은 산화나트륨()의 농도가 30∼50%인 것을 사용하고, 수산화알루미늄()은 산화알루미늄()의 농도가 50∼68%인 것을 사용하며, 규산나트륨()의 경우에는 산화규소()의 농도가 10∼30%인 것을 사용한다.

한편, 전술한 바와 같이 산화나트륨()의 농도가 30∼50%인 수산화나트륨(), 산화알루미늄()의 농도가 50∼68%인 수산화알루미늄(), 산화규소()의 농도가 10∼30%인 규산나트륨() 및 물()을 40∼65 : 31.5∼50 : 0.01∼10.0 : 0.5∼30 wt%의 비율로 혼합한 후에는 100∼150℃의 온도조건하에서 30∼120분 동안 반응시켜 목적하는 알루미늄규산나트륨()을 제조한다.

전술한 바와 같은 제조과정을 통해 제조된 알루미늄규산나트륨()는 산화알루미늄()의 농도가 10∼25%, 산화나트륨()의 농도가 10∼25% 및 산화규소()의 농도가 0.001∼10%인 구성으로 이루어진다.

다음은 앞서의 과정을 통해 제조되는 알루미늄규산나트륨()을 제조하기 위한 반응식을 보인 것으로, 알루미늄규산나트륨()의 반응식은 다음과 같이 표현된다.

여기서, n은 4 이하이고, y≤4, 1≤k≤2이다.

전술한 바와 같은 알루미늄규산나트륨()의 제조과정은 다음과 같이 정리 요약할 수 있다. 즉, 산화나트륨()의 농도가 30∼50%인 수산화나트륨() 40∼65 wt%, 산화알루미늄()의 농도가 50∼68%인 수산화알루미늄() 31.5∼50 wt%, 산화규소()의 농도가 10∼30%인 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 0.5∼30 wt%를 혼합하여 100∼150℃의 온도조건하에서 30∼120분 동안 반응시켜 산화알루미늄()의 농도가 10∼25%, 산화나트륨()의 농도가 10∼25% 및 산화규소()의 농도가 0.001∼10%인 알루미늄규산나트륨()으로 제조된다.

전술한 바와 같은 알루미늄규산나트륨()의 제조과정에서 수산화알루미늄()은 알루미늄()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있고, 수산화나트륨() 역시 나트륨염() 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있으며, 규산나트륨() 역시도 규산()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 수처리용 응집제의 제조방법은 다음과 같이 정리할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 수처리용 응집제는 산화알루미늄()의 농도가 40∼68%인 수산화알루미늄() 15∼28 wt%, 농도가 25∼35%인 염산() 50∼75 wt%, 농도가 50∼98%인 황산() 0.5∼10 wt%, 물() 0.6∼25 wt%의 비율로 혼합한 혼합물을 90∼125℃의 온도조건하에서 5∼20시간동안 반응시켜 제조된 산화알루미늄()의 농도가 9∼14%이고, 염기도가 10% 이하인 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 산화나트륨()의 농도가 15∼40%인 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 산화규소()의 농도가 5∼40%인 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%의 비율로 혼합한 혼합물을 30∼60℃의 온도조건하에서 속도구배 1,000 초에 상당하는 속도로 혼합 반응시킴으로써 산화알루미늄() 농도 9∼13%, 염기도 50% 이상, 클로라이드() 9∼14%, 설페이트() 1.0∼5.0%, 산화규소() 0.001∼10.0%의 조건을 만족하는 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()을 제조할 수 있다.

다음은 저염기성의 염화황산알루미늄{ : Aluminum Chloro-Sulfate(이하, ACS라 함)}과 본 발명이 목적하는 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄{( : PAHCSS)}을 제조하기 위한 실시 예이다.

[실시 예 1]

- 저염기성 ACS의 생산.

산화알루미늄()의 농도가 50%인 수분이 있는 필터 케이크{수산화알루미늄()} 27.1 wt%, 농도가 31.5%인 염산() 61 wt%, 농도가 93.5%인 황산() 5.3 wt%, 물() 6.6 wt%의 비율로 혼합한 후, 100℃의 온도조건하에서 12시간동안 반응시켜 산화알루미늄() 농도 13.4%, 클로라이드() 18%, 설페이트() 4.9%인 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS)을 제조하였다.

전술한 실시 예 1에서와 같이 제조된 산화알루미늄() 농도 13.4%, 클로라이드() 18%, 설페이트() 4.9%인 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS)는 결과적으로 산화알루미늄() 농도 10% 이상, 염기도 50% 이상, 클로라이드() 11% 이상, 설페이트() 2.5% 이상, 산화규소() 0.2%인 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)을 제조하는데 사용되어진다.

[실시 예 2]

- 실시 예 1의 ACS, 수산화나트륨() 및 규산나트륨()의 반응.

산화알루미늄() 농도 13.4%, 클로라이드() 18%, 설페이트() 4.9%인 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS) 59.1wt%, 산화나트륨()의 농도가 15∼40%인 수산화나트륨() 10 wt%, 탄산칼슘()을 0.4 wt%, 규산나트륨() 1.5% 및 물() 29 wt%의 비율로 혼합한 후, 50℃ 이하의 온도조건하에서 속도구배 1,000 초에 상당하는 속도로 혼합 반응시켜 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)을 제조하였다.

이때, 희석된 수산화나트륨()과 규산나트륨() 용액은 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS)/탄산칼슘()과 함께 높은 전단응력하에서 혼합된다(homo-mixing). 이 반응으로 산화알루미늄() 농도 10.5%, 염기도 50%, 클로라이드() 12%, 설페이트() 2.9%, 산화규소() 0.1%인 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)이 제조되었다.

[실시 예 3]

- 저염기성 ACS의 생산.

산화알루미늄()의 농도가 59%인 수분이 있는 필터 케이크{수산화알루미늄()} 23.7 wt%, 농도가 31.5%인 염산() 67.1 wt%, 농도가 93.5%인 황산() 4.1 wt%, 물() 5.1 wt%의 비율로 혼합한 후, 110℃의 온도조건하에서 12시간동안 반응시켜 산화알루미늄() 농도 13.4%, 클로라이드() 18%, 설페이트() 3.8%인 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS)을 제조하였다.

전술한 실시 예 3에서와 같이 제조된 산화알루미늄() 농도 13.4%, 클로라이드() 18%, 설페이트() 3.8%인 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS)는 결과적으로 산화알루미늄() 농도 10% 이상, 염기도 70%이상, 클로라이드() 9% 이상, 설페이트() 1.5% 이상, 산화규소() 0.1%인 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)을 제조하는데 사용되어진다.

[실시 예 4]

- 실시 예 3의 ACS, 수산화나트륨() 및 규산나트륨()의 반응.

산화알루미늄() 농도 13.4%, 클로라이드() 18%, 설페이트() 3.8%인 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS) 46.4 wt%, 산화나트륨()의 농도가 15∼40%인 수산화나트륨() 16.7 wt%, 탄산칼슘()을 2.4 wt%, 규산나트륨() 1.5% 및 물() 33 wt%의 비율로 혼합한 후, 50℃ 이하의 온도조건하에서 속도구배 1,000 초에 상당하는 속도로 혼합 반응시켜 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)을 제조하였다.

이때, 희석된 수산화나트륨()과 규산나트륨() 용액은 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS)/탄산칼슘()와 함께 높은 전단응력하에서 혼합된다(homo-mixing). 이 반응으로 산화알루미늄() 농도 10.5%, 염기도 79%, 클로라이드() 10%, 설페이트() 1.7%, 산화규소() 0.5%인 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)이 제조되었다.

[실시 예 5]

먼저, 농도가 31.5%인 염산() 83.6 wt%, 농도가 93.5%인 황산() 9.3 wt%, 물() 7.1 wt%의 비율로 혼합한 후, 혼합물의 온도를 75℃의 온도조건으로 올려주었다.. 이러한 시점에서 반응이 지속되는 가운데 추가로 동일한 양의 염산()을 투입하여 반응온도 75∼90℃의 온도범위하에서 반응시켰다.

전술한 바와 같이 염산()을 추가적으로 공급하는 동안에는 반응기의 온도가 떨어질 우려가 있기 때문에 외부에서 온도를 공급하였다.

한편, 염산()의 추가적인 공급을 완료한 후, 산화알루미늄()의 농도가 59%인 수분이 있는 필터 케이크{수산화알루미늄()}를 혼합 반응물에 대해 23.6 wt%를 혼합하여 반응을 완료시켰다. 이때, 염산()과 황산() 및 물()의 혼합 반응물과 수산화알루미늄()의 흡열반응 때문에 온도는 90∼125℃로 유지된다.

전술한 바와 같은 반응을 8∼10시간동안 진행시킨 후, 산화알루미늄() 농도 12.5%, 염기도 8%, 클로라이드() 21.8%, 설페이트() 3.5%의 스펙을 갖는 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS)을 제조하였다.

전술한 바와 같이 산화알루미늄() 농도 12.5%, 염기도 8%, 클로라이드() 21.8%, 설페이트() 3.5%의 스펙을 갖는 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS)을 제조한 후에는 60℃의 온도로 냉각시키고, 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS) 46 wt%, 산화나트륨()의 농도가 20.2%인 수산화나트륨() 18.3 wt%, 산화규소()의 농도가 28%인 규산나트륨() 2 wt%, 탄산칼슘()을 0.4 wt%, 물() 33.3 wt%의 비율로 혼합시켜 반응시켰다. 이러한 반응에서 비점성 유백색의 혼탁액은 24시간 이내에 점차적으로 투명해지면서 완제품으로 제조되었다.

전술한 바와 같이 제조된 제품이 본 발명의 목적물인 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)이다. 이때, 제조된 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)이 갖는 스펙은 산화알루미늄() 농도 10.5%, 염기도 79%, 클로라이드() 10%, 설페이트() 1.7%, 산화규소() 0.1%이다.

이상에서와 같이 제조된 본 발명의 산화알루미늄() 농도 9∼13%, 염기도 50% 이상, 클로라이드() 9∼14%, 설페이트() 1.0∼5.0% 및 산화규소() 0.001∼10.0%인 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()는 기존의 알루미늄()계 및 철()염계 무기응집제가 가지고 있는 단점인 단분자 및 저분자량 또는 저염기성의 제품들이 불안정하여 침전하는 문제점 등을 개선하였으며, 염기도가 70% 이상에서도 안정성을 가지면서 응집능력이 우수하다.

더구나, 본 발명에 따른 산화알루미늄() 농도 9∼13%, 염기도 50% 이상, 클로라이드() 9∼14%, 설페이트() 1.0∼5.0% 및 산화규소() 0.001∼10.0%인 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()는 장기간의 보관시에도 침전물이 발생되지 않아 경제적인 손실을 방지할 수 있다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 기존의 알루미늄()계 및 철()염계 무기응집제가 가지고 있는 단점인 단분자 및 저분자량 또는 저염기성의 제품들이 불안정하여 침전하는 문제점 등을 개선함으로써 염기도가 70% 이상에서도 안정성을 가지면서 응집능력이 우수한 수처리제 응집제를 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 효과로는 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS)과 수산화나트륨을 적정한 조건하에서 적당량 혼합 반응시켜 수처리제 응집제로써의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)을 제조함으로써 수처리에서 유기물의 제거효과 향상과 더불어 플록(Floc)의 크기를 향상시켜 응집속도를 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

나아가, 본 고안은 전술한 효과들 이외에 저염기성의 염화황산알루미늄(ACS)과 수산화나트륨을 적정한 조건하에서 적당량 혼합 반응시켜 수처리제 응집제로써의 폴리규산화염화황산알루미늄(PAHCSS)을 제조함으로써 장기간의 보관시에도 침전물이 발생되지 않도록 하여 경제적인 손실을 방지할 수 있다.

Claims (18)

1. 하수나 오·폐수 속에 부유하는 부유입자를 화학적 처리방법으로 응집시켜 플럭을 형성함으로써 침전시키는 수처리용 응집제를 제조하는 방법에 있어서,

   (가) 산화알루미늄()의 농도가 40∼68%인 수산화알루미늄() 15∼28 wt%, 농도가 25∼35%인 염산() 50∼75 wt%, 농도가 50∼98%인 황산() 0.5∼10 wt%, 물() 0.6∼25 wt%를 혼합하는 단계;

   (나) 단계(가)의 혼합물을 90∼125℃의 온도조건하에서 5∼20시간동안 반응시켜 산화알루미늄()의 농도가 9∼14%이고, 염기도가 10% 이하인 저염기성의 염화황산알루미늄()을 제조하는 단계;

   (다) 단계(나)에서 산화알루미늄()의 농도가 9∼14%이고, 염기도가 10% 이하로 제조된 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 산화나트륨()의 농도가 15∼40%인 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 산화규소()의 농도가 5∼40%인 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%를 혼합하는 단계; 및

   (라) 단계(다)의 혼합물을 30∼60℃의 온도조건하에서 속도구배 1,000 초의 속도로 혼합 반응시켜 폴리규산화염화황산알루미늄()으로 제조하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(다)에는 상기 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%의 비율로 혼합된 혼합물에 대해 0.001∼4 wt%의 탄산칼슘()이 더 혼합되어 염기도 70% 이상의 폴리규산화염화황산알루미늄()을 제조할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 탄산칼슘()은 탄산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리규산화염화황산알루미늄()은 산화알루미늄() 농도 9∼13%, 염기도 50% 이상, 클로라이드() 9∼14%, 설페이트() 1.0∼5.0%, 산화규소() 0.001∼10.0%의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 단계(가)의 수산화알루미늄()은 알루미늄()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제의 제조방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 단계(가)의 황산()은 황산이온()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제의 제조방법.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 단계(다)의 규산나트륨()은 규산()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제의 제조방법.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 단계(다)의 수산화나트륨()은 알루민산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제의 제조방법.
9. 제 4 항에 있어서, 상기 규산나트륨() 혹은 수산화나트륨()은 알루미늄규산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제의 제조방법.
10. 산화알루미늄()의 농도가 40∼68%인 수산화알루미늄() 15∼28 wt%, 농도가 25∼35%인 염산() 50∼75 wt%, 농도가 50∼98%인 황산() 0.5∼10 wt%, 물() 0.6∼25 wt%를 90∼125℃의 온도조건하에서 5∼20시간동안 반응시켜 제조된 산화알루미늄()의 농도가 9∼14%이고, 염기도가 10% 이하인 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 산화나트륨()의 농도가 15∼40%인 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 산화규소()의 농도가 5∼40%인 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%를 30∼60℃의 온도조건하에서 속도구배 1,000 초에 상당하는 속도로 혼합 반응시켜 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()으로 제조되는 수처리용 응집제.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 저염기성의 염화황산알루미늄() 46∼74.99 wt%, 수산화나트륨() 10∼25 wt%, 규산나트륨() 0.01∼10.0 wt% 및 물() 15∼35 wt%의 비율로 혼합된 혼합물에 대해 탄산칼슘()을 0.001∼4 wt%의 비율로 더 혼합하여 염기도가 70% 이상인 고분자량의 폴리규산화염화황산알루미늄()이 제조되도록 한 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 탄산칼슘()은 탄산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제.
13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리규산화염화황산알루미늄()은 산화알루미늄() 농도 9∼13%, 염기도 50% 이상, 클로라이드() 9∼14%, 설페이트() 1.0∼5.0%, 산화규소() 0.001∼10.0%의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 수산화알루미늄()은 알루미늄()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 황산()은 황산이온()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 규산나트륨()은 규산()염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 수산화나트륨()은 알루민산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 규산나트륨() 혹은 수산화나트륨()은 알루미늄규산나트륨()으로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제.