KR101157887B1 - 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 수처리용 응집제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 수처리용 응집제에 관한 것으로, 하수 또는 폐수의 응집 반응시 중요한 인자로써 작용하는 알루미늄과 염기도 및 황산이온의 적정한 함유량을 유지하여 인 제거 능력이 향상된 알루미늄염 상태인 무기응집제로써의 저염기성 폴리염화알루미늄을 제조함으로써 소량을 투입하면서도 인의 제거효율을 월등히 높일 수 있도록 하는 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 하수나 오?폐수 속에 함유된 인을 화학적 처리를 통해 응집시켜 플럭을 형성함으로써 침전시키는 수처리용 응집제를 제조하는 방법에 있어서, (a) 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대하여 염산(HCl) 220～400 중량부의 비율로 1차 혼합물을 조성하는 단계; (b) 단계(a) 과정에서 혼합 조성된 1차 혼합물을 일정 온도조건하에서 반응시켜 알루미늄 염화물을 제조하는 단계; (c) 단계(b) 과정에서 제조된 알루미늄 염화물에 알루미늄황산염과 물(H2O) 각각을 일정 비율로 혼합하여 2차 혼합물을 조성하는 단계; 및 (d) 단계(c) 과정에서 혼합 조성된 2차 혼합물을 일정 온도조건하에서 교반시키는 가운데 반응이 이루어질 수 있도록 하여 알루미늄 염화물 속에 황산이온의 결합을 완성시킴으로써 안정화된 상태의 폴리염화알루미늄을 제조하는 단계를 포함한 구성으로 이루어진다.

Description

인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 수처리용 응집제{Remove the ability of a method for preparing coagulants for water treatment improvements and water treatment coagulants prepared by the method of preparation thereof}
본 발명은 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 수처리용 응집제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상?하수 또는 폐수의 응집 반응시 중요한 인자로써 작용하는 알루미늄과 염기도 및 황산이온의 적정한 함유량을 유지하여 인 제거 능력이 향상된 알루미늄염 상태의 인 제거 능력이 향상된 저염기성 폴리염화알루미늄의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 저염기성 폴리염화알루미늄에 관한 것이다.
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 흘러들어 가면 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.
전술한 바와 같은 폐수처리시 폐수 속의 부유입자 제거방법에 있어 종래의 처리방법으로는 화학적 처리, 전기적 처리, 여과 및 멤브란법 등을 이용하여 처리하고 있다. 먼저, 가장 대표적인 처리방법으로는 화학적 처리 중에서 응집제(coagulant)를 사용하는 것으로, 무기응집제 또는 유기응집제를 사용하여 입자의 표면성질을 변화시켜 플록(floc)을 형성케 한 후 침전시키는 것이 지금까지 가장 일반적인 방법으로 알려져 있다.
한편, 전술한 바와 같은 화학적 폐수처리시 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.
그리고, 전술한 바와 같은 화학적 처리방법에서 물속에 분산된 입자표면은 일반적으로 (-)전하를 띄며 동종 입자끼리는 반발하나 외부로부터 (+)금속성분이 유입되면 표면에 중성반응이 일어나 입자끼리 서로 당기는 상호인력의 힘이 발생하여 입자의 성장이 유도됨으로써 플록이 성장하게 된다. 이처럼 플록이 성장하면 하부로 침전되어 슬러지로 누적 배출된다.
다음으로, 전술한 바와 같은 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(
Figure 112011105352057-pat00001
)염계 응집제 및 철(
Figure 112011105352057-pat00002
)염계 응집제가 널리 사용되어지고 있으나, 이들 알루미늄(
Figure 112011105352057-pat00003
)염계 응집제 및 철(
Figure 112011105352057-pat00004
)염계의 응집제들은 저분자량으로 구성되어진 물질로써 수용액 중에서 분자입자의 크기가 작아 탁도 제거의 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.
다음은 기존 알루미늄(
Figure 112011105352057-pat00005
)염계 무기응집제 및 철(
Figure 112011105352057-pat00006
)염계 무기응집제의 수용액상에서 응집방법을 보인 것이다.
Figure 112011105352057-pat00007
Figure 112011105352057-pat00008
Figure 112011105352057-pat00009
전술한 바와 같은 무기응집제 중 기존의 수 처리에 사용되는 대표적인 응집제로써 폴리염화알루미늄은 응집성능이 뛰어나 가장 널리 사용되고 있는데, 이러한 폴리염화알루미늄은 현재 하수처리시 난분해성인 인의 제거효율에는 상대적으로 낮은 문제점이 있다.
또한, 기존의 폴리염화알루미늄은 방류기준에 적합한 기대치까지의 제거효율을 위해서는 많은 양의 응집제를 필요로 하는 문제가 있다. 따라서, 많은 양의 폴리염화알루미늄을 사용함에 따른 다량의 슬러지 발생 및 처리비용이 급격하게 상승하는 등의 2차적인 문제점을 야기시킨다.
본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상?하수 또는 폐수의 응집 반응시 중요한 인자로써 작용하는 알루미늄과 염기도 및 황산이온의 적정한 함유량을 유지하여 기존의 우수한 응집성능을 유지하면서도 인 제거 능력이 향상된 알루미늄염 상태인 무기응집제로써의 알루미늄 염화물을 제조함으로써 기존의 폴리염화알루미늄과 같은 양을 투입 또는 그 이하의 양을 투입하면서도 응집성능에도 영향이 없으면서 이의 성능에 더하여 인의 제거효율을 월등히 높일 수 있도록 하는 인 제거 능력이 향상된 저염기성 폴리염화알루미늄의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 저염기성 폴리염화알루미늄을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 하수 또는 폐수의 응집 반응시 중요한 인자로써 작용하는 알루미늄과 염기도 및 황산이온의 적정한 함유량을 유지하여 인 제거 능력이 향상된 알루미늄염 상태인 무기응집제로써의 알루미늄 염화물을 제조하여 폴리염화알루미늄과 같은 양을 투입 또는 그 이하의 양을 투입함으로써 인의 제거효율은 높이면서도 슬러지의 발생량을 최소화할 수 있도록 함에 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 하수 또는 폐수의 응집 반응시 중요한 인자로써 작용하는 알루미늄과 염기도 및 황산이온의 적정한 함유량을 유지하여 인 제거 능력이 향상된 알루미늄염 상태인 무기응집제로써의 알루미늄 염화물을 제조하여 폴리염화알루미늄과 같은 양을 투입 또는 그 이하의 양을 투입하는 것으로도 인의 제거효율을 높일 수 있도록 함으로써 폐수처리에 따른 비용을 현저히 절감시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법은 하수나 오?폐수 속에 함유된 인을 화학적 처리를 통해 응집시켜 플럭을 형성함으로써 침전시키는 수처리용 응집제의 제조방법에 있어서, (a) 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 50～65%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대하여 농도가 30～35%인 염산(HCl) 220～400 중량부의 비율로 1차 혼합물을 조성하는 단계; (b) 단계(a) 과정에서 혼합 조성된 1차 혼합물을 일정 온도조건하에서 반응시켜 알루미늄 염화물을 제조하는 단계; (c) 단계(b) 과정에서 제조된 알루미늄 염화물에 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 5～17%이고 황산이온(SO4 2-)의 농도가 10～50%인 알루미늄황산염과 물(H2O) 각각을 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대한 1～5 중량부와 35～40 중량부의 비율로 혼합하여 2차 혼합물을 조성하는 단계; 및 (d) 단계(c) 과정에서 혼합 조성된 2차 혼합물을 일정 온도조건하에서 교반시키는 가운데 반응이 이루어질 수 있도록 하여 알루미늄 염화물 속에 황산이온의 결합을 완성시킴으로써 안정화된 상태의 폴리염화알루미늄을 제조하는 단계를 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 단계(a) 과정에서 수산화알루미늄(Al(OH)3)은 알루미늄염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 구성의 단계(a) 과정에서 염산(HCl)은 염화물 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다. 또한, 단계(a) 과정에서 염산(HCl)은 염산(HCl)과 원소주기율표 상의 2A족 염화물이나 3B족 염화물 또는 4B족 염화물 상태의 다른 화합물과 혼합하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구성에서 단계(b) 과정의 1차 혼합물은 100～200℃의 온도 조건하에서 4～12시간 동안 반응시킴이 보다 양호하다. 이러한 단계(b) 과정에서 반응을 통해 제조되는 알루미늄 염화물은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 7～15%이다.
그리고, 본 발명에 따른 단계(c) 과정에서 알루미늄황산염은 황산이온염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 단계(d) 과정에서 2차 혼합물은 30～80℃의 온도 조건하에서 0.5～3시간 동안 35～90rpm의 교반속도로 교반시키는 가운데 반응이 이루어질 수 있도록 함이 보다 양호하다. 이처럼 단계(d) 과정을 통해 안정화된 상태의 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 9～15%, 염기도 0.1～35% 및 황산이온의 농도 0.001～3.5%를 만족한다.
본 발명의 다른 특징은 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제는 하수나 오?폐수 속에 함유된 인을 화학적 처리를 통해 응집시켜 플럭을 형성함으로써 침전시키는 수처리용 응집제에 있어서, 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 50～65%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대하여 농도가 30～35%인 염산(HCl) 220～400 중량부의 비율로 1차 혼합물을 조성하여 일정 온도조건하에서의 반응을 통해 알루미늄 염화물을 제조한 다음, 제조된 알루미늄 염화물에 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 5～17%이고 황산이온(SO4 2-)의 농도가 10～50%인 알루미늄황산염과 물(H2O) 각각을 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대한 1～5 중량부와 35～40 중량부의 비율로 2차 혼합물을 조성하여 일정 온도조건하에서 교반시키는 가운데 반응이 이루어질 수 있도록 하여 알루미늄 염화물 속에 황산이온의 결합을 완성시킴으로써 안정화된 상태의 폴리염화알루미늄을 제조하는 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 염산(HCl)은 염화물 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다. 또한, 염산(HCl)은 염산(HCl)과 원소주기율표 상의 2A족 염화물이나 3B족 염화물 또는 4B족 염화물 상태의 다른 화합물과 혼합하여 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 구성에서 수산화알루미늄(Al(OH)3)은 알루미늄염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구성에서 1차 혼합물은 100～200℃의 온도 조건하에서 4～12시간 동안 반응시켜 알루미늄 염화물을 제조한다. 이때, 1차 혼합물을 반응시켜 제조되는 알루미늄 염화물은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 7～15%인 알루미늄 염화물이다.
아울러, 본 발명에 따른 구성에서 알루미늄황산염은 황산이온염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 구성에서 2차 혼합물의 온도와 교반조건은 30～80℃의 온도 조건하에서 0.5～3시간 동안 35～90rpm의 교반속도로 교반시키는 가운데 반응이 이루어질 수 있도록 함이 보다 양호하다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 2차 혼합물의 안정화를 통해 최종적으로 제조된 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 9～15%, 염기도 0.1～35% 및 황산이온의 농도 0.001～3.5%를 만족한다.
본 발명의 기술에 따르면 하수 또는 폐수의 응집 반응시 중요한 인자로써 작용하는 알루미늄과 염기도 및 황산이온의 적정한 함유량을 유지하여 인 제거 능력이 향상된 알루미늄염 상태인 무기응집제로써의 알루미늄 염화물을 제조함으로써 기존의 폴리염화알루미늄과 같은 양을 투입 또는 그 이하의 양을 투입하면서도 인의 제거효율을 월등히 높일 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 기술은 하수 또는 폐수의 응집 반응시 중요한 인자로써 작용하는 알루미늄과 염기도 및 황산이온의 적정한 함유량을 유지하여 인 제거 능력이 향상된 알루미늄염 상태인 무기응집제로써의 알루미늄 염화물을 제조하여 폴리염화알루미늄과 같은 양을 투입 또는 그 이하의 양을 투입함으로써 인의 제거효율은 높이면서도 슬러지의 발생량을 최소화할 수가 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 하수 또는 폐수의 응집 반응시 중요한 인자로써 작용하는 알루미늄과 염기도 및 황산이온의 적정한 함유량을 유지하여 인 제거 능력이 향상된 알루미늄염 상태인 무기응집제로써의 알루미늄 염화물을 제조하여 폴리염화알루미늄과 같은 양을 투입 또는 그 이하의 양을 투입하는 것으로도 인의 제거효율을 높일 수 있도록 함으로써 폐수처리에 따른 비용을 현저히 절감시킬 수가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법을 보인 블록도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 수처리용 응집제에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법을 보인 블록도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 인 제거 능력이 향상된 저염기성 폴리염화알루미늄의 제조과정을 살펴보면 (a) 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 염산(HCl)을 일정 비율로 혼합하여 1차 혼합물을 조성하는 과정(S100), (b) 단계(a) 과정에서 혼합 조성된 1차 혼합물을 일정 온도조건하에서 반응시켜 알루미늄 염화물을 제조하는 과정(S110), (c) 단계(b) 과정에서 제조된 알루미늄 염화물에 알루미늄황산염과 물(H2O)을 일정 비율로 혼합하여 2차 혼합물을 조성하는 과정(S120) 및 (d) 단계(c) 과정에서 혼합 조성된 2차 혼합물을 일정 온도조건하에서 교반시키는 가운데 방응시켜 알루미늄 염화물을 안정화를 통해 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)으로 제조하는 과정(S130)을 포함한 구성으로 이루어진다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 인 제거 능력이 향상된 저염기성 폴리염화알루미늄의 제조과정은 먼저, 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 염산(HCl)을 일정 비율로 혼합하여 1차 혼합물을 조성(S100)한 다음, 1차 혼합물을 일정 온도조건하에서 반응시켜 알루미늄 염화물을 제조한다(S110). 다음으로, 제조된 알루미늄 염화물에 알루미늄황산염과 물(H2O)을 일정 비율로 혼합하여 2차 혼합물을 조성(S120)한 다음, 혼합 조성된 2차 혼합물을 일정 온도조건하에서 교반시키는 가운데 반응시켜 알루미늄 염화물을 안정화를 통해 본 발명에서 제조하고자 하는 인 제거 능력이 향상된 저염기성의 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)을 제조한다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 단계(a) 과정의 1차 혼합물 조성 과정에서는 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 염산(HCl)의 조성 비율을 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 50～65%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대하여 농도가 30～35%인 염산(HCl) 220～400 중량부의 비율로 혼합하여 1차 혼합물을 조성한다.
그리고, 본 발명에 따른 구성에서 단계(c) 과정의 2차 혼합물 조성 과정에서는 단계(b) 과정에서 제조된 알루미늄 염화물에 알루미늄황산염과 물(H2O)을 일정 비율로 혼합하여 2차 혼합물을 조성하되 알루미늄황산염과 물(H2O)의 비율은 단계(a) 과정의 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대하여 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 5～17%이고 황산이온(SO4 2-)의 농도가 10～50%인 알루미늄황산염 1～5 중량부와 물(H2O) 35～40 중량부의 비율로 혼합한다.
본 발명에 따른 인 제거 능력이 향상된 저염기성 폴리염화알루미늄의 제조방법에 따른 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 발명을 구성하는 단계(a) 과정은 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 염산(HCl)에 의한 1차 혼합물 조성 과정(S100)으로, 이러한 단계(a) 과정(S100)의 1차 혼합물 조성 과정은 도 1 에 도시된 바와 같이 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 염산(HCl)을 일정 비율로 혼합하여 1차 혼합물을 조성하는 과정이다.
한편, 전술한 바와 같은 단계(a) 과정(S100)에서 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 염산(HCl)을 일정 비율은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 50～65%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대하여 농도가 30～35%인 염산(HCl) 220～400 중량부의 비율로 혼합 조성되어진다.
아울러, 전술한 바와 같은 본 발명을 구성하는 단계(a) 과정(S100)의 1차 혼합물을 조성하는 과정에서 수산화알루미늄(Al(OH)3)은 알루미늄염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수도 있다.
그리고, 전술한 바와 같은 본 발명을 구성하는 단계(a) 과정(S100)의 1차 혼합물을 조성하는 과정에서 염산(HCl)은 염화물 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같은 본 발명을 구성하는 단계(a) 과정에서 염산(HCl)은 염산(HCl)과 원소주기율표 상의 2A족 염화물이나 3B족 염화물 또는 4B족 염화물 상태의 다른 화합물과 혼합하여 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 단계(b) 과정은 단계(a) 과정(S100)에서 조성된 1차 혼합물을 일정 온도 조건하에서 반응시키는 과정(S110)으로, 이러한 단계(b) 과정(S110)의 1차 혼합물의 반응과정은 도 1 에 도시된 바와 같이 단계(a) 과정(S100)에서 혼합 조성된 1차 혼합물을 일정 온도조건하에서 반응시켜 알루미늄 염화물을 제조하게 된다.
전술한 바와 같은 단계(b) 과정(S110)에서 반응 조건은 단계(a) 과정(S100)에서 혼합 조성된 1차 혼합물을 100～200℃의 온도 조건하에서 4～12시간 동안 반응시킴으로써 알루미늄 염화물을 제조한다. 이때, 단계(b) 과정(S110)의 반응을 통해 제조되는 알루미늄 염화물은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 7～15%인 알루미늄 염화물이다.
한편, 전술한 바와 같은 단계(b) 과정(S110)의 반응 과정을 통해 제조된 상태의 알루미늄 염화물은 단순하게 알루미늄의 에칭과정에서 발생되는 알루미늄과 염화물의 혼합에 따른 단순 혼합물로써 안정화되지 않은 상태의 알루미늄 염화물이다.
따라서, 전술한 바와 같은 단계(b) 과정(S110)의 반응 과정을 통해 제조된 불안정한 상태의 알루미늄 염화물은 처리효율이 현저하게 떨어져 고품질의 폴리염화알루미늄을 생산할 수 없었으며, 생산이 되더라도 생산원가의 상승을 가져와 경제성을 유지할 수 없다는 단점이 있다.
그러므로, 전술한 바와 같은 단계(b) 과정(S110)의 반응 과정을 통해 제조된 분안정한 상태의 알루미늄 염화물을 안정화시키기 위하여 알루미늄 염화물에 황산이온(SO4 2-)의 결합을 완성시켜 알루미늄 염화물의 안정화를 통한 처리효율의 향상과 일정한 품질을 유지할 필요성이 있다. 단계(b) 과정(S110) 이후의 과정은 알루미늄 염화물을 안정화시키는 과정이다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 단계(c) 과정은 단계(b) 과정(S110)에서 제조된 불안정한 상태의 알루미늄 염화물에 황산이온(SO4 2-)을 결합시키기 위한 과정(S120)으로, 이러한 단계(c) 과정(S120)은 도 1 에 도시된 바와 같이 단계(b) 과정(S110)에서 제조된 알루미늄 염화물에 알루미늄황산염과 물(H2O)을 일정 비율로 혼합하여 2차 혼합물을 조성한다.
다시 말해서, 전술한 바와 같은 단계(c) 과정(S120)의 2차 혼합물 조성 과정은 단계(b) 과정(S110)에서 제조된 불안정한 상태의 알루미늄 염화물에 알루미늄황산염과 물(H2O)을 일정 비율로 혼합하여 2차 혼합물을 조성하되 알루미늄황산염과 물(H2O)의 비율은 단계(a) 과정의 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대하여 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 5～17%이고 황산이온(SO4 2-)의 농도가 10～50%인 알루미늄황산염 1～5 중량부와 물(H2O) 35～40 중량부의 비율로 혼합한다.
즉, 전술한 바와 같은 단계(c) 과정(S120)의 2차 혼합물 조성 과정은 단계(b) 과정에서 제조된 분안정한 상태의 알루미늄 염화물에 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 5～17%이고 황산이온(SO4 2 -)의 농도가 10～50%인 알루미늄황산염과 물(H2O) 각각을 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대한 1～5 중량부와 35～40 중량부의 비율로 혼합하여 2차 혼합물을 조성한다.
한편, 전술한 바와 같은 단계(c) 과정(S120)의 알루미늄황산염은 황산이온염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있다.
다음으로, 전술한 바와 같이 단계(c) 과정(S120)을 통해 단계(b) 과정(110)에서 제조된 불안정한 상태의 알루미늄 염화물에 알루미늄황산염과 물(H2O)을 일정 비율로 혼합하여 2차 혼합물을 조성한 다음에는 단계(d) 과정을 통해 2차 혼합물을 일정 온도와 반응시간을 거쳐 단계(b) 과정(110)에서 제조된 불안정한 상태의 알루미늄 염화물 속에 황산이온(SO4 2-)의 결합을 완성시켜 주는 과정을 진행한다.
다시 말해서, 본 발명을 구성하는 단계(d) 과정은 알루미늄 염화물에 알루미늄황산염과 물(H2O)을 혼합한 2차 조성물을 일정온도와 반응시간으로 알루미늄 염화물을 안정화시키는 과정(S130)으로, 이러한 단계(d) 과정(S130)은 도 1 에 도시된 바와 같이 단계(c) 과정(S120)에서 혼합 조성된 2차 혼합물을 일정 온도조건하에서 교반시키는 가운데 반응시켜 알루미늄 염화물 속에 황산이온(SO4 2-)의 결합을 완성시킴으로써 안정화된 상태의 알루미늄 염화물을 제조하게 된다.
한편, 전술한 바와 같은 단계(d) 과정(S130)에서 2차 혼합물은 30～80℃의 온도 조건하에서 0.5～3시간 동안 35～90rpm의 교반속도로 교반시키는 가운데 반응되어 알루미늄 염화물 속에 황산이온(SO4 2-)의 결합이 완성되어 안정화된 상태의 저염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)으로 제조되어진다.
그리고, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성의 단계(d) 과정(S130)을 통해 30～80℃의 온도 조건하에서 0.5～3시간 동안 35～90rpm의 교반속도로 교반시키는 가운데 반응되어 알루미늄 염화물 속에 황산이온(SO4 2-)의 결합이 완성되어 안정화된 상태의 저염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 9～15%, 염기도 0.1～35% 및 황산이온(SO4 2-)의 농도는 0.001～3.5%를 만족한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 인 제거 능력이 향상된 저염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 50～65%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대하여 농도가 30～35%인 염산(HCl) 220～400 중량부의 비율로 1차 혼합물을 조성하여 일정 온도조건하에서의 반응을 통해 알루미늄 염화물을 제조한 다음, 제조된 알루미늄 염화물에 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 5～17%이고 황산이온(SO4 2-)의 농도가 10～50%인 알루미늄황산염과 물(H2O) 각각을 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대한 1～5 중량부와 35～40 중량부의 비율로 2차 혼합물을 조성하여 일정 온도조건하에서 교반시키는 가운데 반응시켜 알루미늄 염화물 속에 황산이온(SO4 2-)의 결합을 완성시킴으로써 안정화된 상태의 알루미늄 염화물인 본 발명에서 제조하고자 하는 저염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)을 제조한다.
한편, 전술한 바와 같은 과정을 통해 최종적으로 안정화된 상태의 알루미늄 염화물이 본 발명에서 목적하는 저염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)이다. 이러한 저염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)은 기존의 제품을 한 단계 향상시켜 응집 반응시 중요한 인자로서 작용하는 알루미늄과 염기도 및 황산이온(SO4 2-)의 적정한 함유량을 유지하여 성능을 향상시키는 알루미늄 염화물 상태인 무기응집제이다.
전술한 바와 같이 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 염산(HCl)을 일정한 비율로 반응시켜 불안정한 상태의 알루미늄 염화물을 제조한 다음, 알루미늄황산염을 적정한 조건하에서 일정비율로 혼합 반응시켜 수처리용 응집제로써의 저염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)을 제조함으로써 기존의 폴리염화알루미늄이 하수 속에 포함되어 있는 인 제거능력이 알루미늄의 농도와 밀접한 관련이 있어 고농도의 알루미늄이나 다량의 응집제를 투입하여야 하는 단점을 보완하였다.
따라서, 전술한 바와 같이 제조된 본 발명에 따른 저염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)은 인 제거 능력의 향상과 더불어 플록(Floc)의 크기를 향상시켜 경제적인 손실을 방지할 수 있음은 물론, 폐수의 처리효율을 높여 결국 응집제 사용량의 감소를 유발함으로써 처리비용의 절감효과도 가져올 수 있게 되었다.
[실시 예 1]
본 발명에 따른 실시 예 1 에서는 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 58%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 250g과 농도가 34%인 염산(HCl) 650g의 비율로 혼합한 다음, 160℃의 온도 조건하에서 6시간 동안 반응시켜 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 16.1%인 알루미늄 염화물을 제조 제조하였다.
[실시 예 2]
본 발명에 따른 실시 예 2 에서는 실시 예 1 에서 제조된 알루미늄 염화물에 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 7.5%이고 황산이온(SO4 2-)의 농도가 21%인 알루미늄황산염 5g과 물(H2O) 95g의 비율로 혼합한 다음, 60℃의 온도 조건하에서 2시간 동안 안정화시켜 목적하는 저염기성 폴리염화알루미늄을 제조하였다.
전술한 바와 같은 실시 예 2 의 반응으로 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 14.5%, 염기도 25% 및 황산이온(SO4 2 -) 0.1%인 폴리염화알루미늄 1,000kg이 제조되었다.
[실시 예 3]
본 발명에 따른 실시 예 3 에서는 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 62%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 220g과 농도가 33%인 염산 650g의 비율로 혼합한 다음, 155℃의 온도 조건하에서 8시간 동안 반응시켜 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 15.6%인 알루미늄 염화물을 제조하였다.
[실시 예 4]
본 발명에 따른 실시 예 4 에서는 실시 예 3 에서 제조된 알루미늄 염화물에 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 17%이고 황산이온(SO4 2-)의 농도가 45%인 알루미늄황산염 50g과 물 280g의 비율로 혼합한 다음, 50℃의 온도 조건하에서 2.5시간 동안 안정화시켜 목적하는 저염기성 폴리염화알루미늄을 제조하였다.
전술한 바와 같은 실시 예 4 의 반응으로 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 12.0%, 염기도 20% 및 황산이온(SO4 2 -) 1.9%인 폴리염화알루미늄 1,000kg이 제조되었다.
[실시 예 5]
본 발명에 따른 실시 예 5 에서는 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 55%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 300g과 농도가 35%인 염산(HCl) 620g의 비율로 혼합한 다음, 157℃의 온도 조건하에서 6시간 동안 반응시켜 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 17.9%인 알루미늄 염화물을 제조하였다.
[실시 예 6]
본 발명에 따른 실시 예 6 에서는 실시 예 5에서 제조된 알루미늄 염화물에 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 16.5%이고 황산이온(SO4 2-)의 농도가 42%인 알루미늄황산염 40g과 물 340g의 비율로 혼합한 다음, 45℃의 온도 조건하에서 2시간 동안 안정화시켜 목적하는 저염기성 폴리염화알루미늄을 제조하였다.
전술한 바와 같은 실시 예 6 의 반응으로 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 13.1%, 염기도 22% 및 황산이온(SO4 2 -) 1.3%인 폴리염화알루미늄 1,000kg이 제조되었다.
한편, 전술한 바와 같은 실시 예 1 내지 실시 예 6 에서 실시 예 2와 실시 예 4 및 실시 예 6 을 통해 최종적으로 제조된 폴리염화알루미늄이 본 발명의 목적물인 저염기성 폴리염화알루미늄이다. 이때, 제조된 폴리염화알루미늄의 성분은 산화알루미늄의 농도 9～15%와 염기도 0.1～35% 및 황산이온 0.001～3.5%의 특성을 가진다.
[실험 예 1]
실시 예 2 에서 제조된 폴리염화알루미늄(산화알루미늄의 농도 14.5%, 염기도 25% 및 황산이온 0.1%)으로 실험한 결과는 다음과 같다.
1. 원수의 성상 : A하수처리장의 최종처리 전 원수에 저염기성 폴리염화알루미늄(PAC) 30mg/ℓ씩 균일하게 투입했다.
PH 6.79
탁도(NTU) 13.7
T-P(mg/ℓ) 2.09
구분 본 발명의 PAC PAC 17%
(염기도 35～65%)		 황산알루미늄(7%)
PH 6.58 6.63 6.53
탁도 2.03 2.06 3.14
T-P(mg/ℓ) 0.41 0.46 0.88
T-P제거율(%) 80.3 77.9 57.5
2. 원수의 성상 : A하수처리장의 최종처리 전 원수에 폴리염화알루미늄(PAC) 30mg/ℓ씩 균일하게 투입했다.
PH 6.81
탁도(NTU) 14.5
T-P(mg/ℓ) 2.25
구분 본 발명의 PAC PAC 17%
(염기도 35～65%)		 황산알루미늄(7%)
PH 6.58 6.64 6.52
탁도 2.0 2.03 3.05
T-P(mg/ℓ) 0.51 0.59 0.91
T-P제거율(%) 77.7 73.7 59.4
[실험 예 2]
실시 예 4 에서 제조된 폴리염화알루미늄(산화알루미늄의 농도 12.0%, 염기도 20% 및 황산이온 1.9%) 으로 실험한 결과는 다음과 같다.
3. 원수의 성상 : A하수처리장의 최종처리 전 원수에 각각의 제품별 산화알루미늄의 농도 비율로 환산하여 균일하게 투입했다.
PH 6.84
탁도(NTU) 17.6
T-P(mg/ℓ) 1.28
구분 본 발명의 PAC PAC 17%
(염기도 35～65%)		 황산알루미늄(7%)
투입농도(mg/ℓ) 40 30 73
PH 6.57 6.67 6.51
탁도 1.12 1.37 1.33
T-P(mg/ℓ) 0.17 0.25 0.27
T-P제거율(%) 86.7 80.4 79.4
4. 원수의 성상 : A하수처리장의 최종처리 전 원수에 각각의 제품별 산화알루미늄의 농도 비율로 환산하여 균일하게 투입했다.
PH 6.79
탁도(NTU) 13.3
T-P(mg/ℓ) 1.16
구분 본 발명의 PAC PAC 17%
(염기도 35～65%)		 황산알루미늄(7%)
투입농도(mg/ℓ) 40 30 73
PH 6.53 6.62 6.48
탁도 1.67 1.83 1.88
T-P(mg/ℓ) 0.14 0.17 0.18
T-P제거율(%) 87.2 85.2 84.6
5. 원수의 성상 : B하수처리장의 최종처리 전 원수에 각각의 제품별 산화알루미늄의 농도 비율로 환산하여 균일하게 투입했다.
PH 6.71
탁도(NTU) 17.0
T-P(mg/ℓ) 4.3
구분 본 발명의 PAC PAC 17%
(염기도 35～65%)		 황산알루미늄(7%)
투입농도(mg/ℓ) 63 47 114
PH 6.48 6.60 6.20
탁도 2.73 3.25 3.56
T-P(mg/ℓ) 0.35 0.53 0.55
T-P제거율(%) 91.8 87.7 87.1
6. 원수의 성상 : B하수처리장의 최종처리 전 원수에 각각의 제품별 산화알루미늄의 농도 비율로 환산하여 균일하게 투입했다.
PH 6.80
탁도(NTU) 41.0
T-P(mg/ℓ) 6.29
구분 본 발명의 PAC PAC 17%
(염기도 35～65%)		 황산알루미늄(7%)
투입농도(mg/ℓ) 63 47 114
PH 6.65 6.64 6.45
탁도 4.52 4.48 5.26
T-P(mg/ℓ) 0.45 0.75 0.82
T-P제거율(%) 92.8 88.0 86.9
전술한 바와 같은 실험 예에서와 같이 기존의 염기도 35～65%인 PAC 17% 및 황산알루미늄과 비교하여 본 발명의 제조방법에 따라 최종적으로 제조된 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 9～15%, 염기도 0.1～35% 및 황산이온의 농도 0.001～3.5%를 만족하는 저염기성 폴리염화알루미늄(PAC)의 응집 성능이 우수한 효과를 보였다.
이상에서와 같이 본 발명에 따라 제조된 저염기성 폴리염화알루미늄(PAC)은 현재 하수처리장에서 난분해성 인자인 인의 제거효율에 탁월한 효과를 나타내고 있다. 기존의 폴리염화알루미늄(PAC)이 산화알루미늄의 농도가 10～17%, 염기도 35～65%의 성분을 유지하여 상수도 및 산업현장에서의 부유물에는 탁월한 효과를 발생시켜 수 십년간 응집제로서의 독보적인 위상을 유지하여 왔으나, 근래에 하천의 부영양화를 발생시키는 환경오염의 주요인인 인(P)의 제거율에는 한계점을 벗어나지 못하고, 기대치 제거효과에는 과량의 투입량으로 인해 사용자의 약품저장설비의 거대화 및 사용량의 증가로 인해 처리비용이 증가됨은 물론, 안정적인 제거율을 기대하기 어려워 하수처리자의 어려움이 있었으나, 본 발명에 따른 저염기성 폴리염화알루미늄(PAC)으로 인하여 이러한 주 고민의 해결 및 지속적으로 안정적인 수처리의 효과가 기대된다.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
S100. 1차 혼합물 조성 단계
S110. 분안정한 상태의 알루미늄 염화물 제조 단계
S120. 2차 혼합물 조성 단계
S130. 저염기성 폴리염화알루미늄의 제조 단계

Claims (18)

  1. 하수나 오?폐수 속에 함유된 인을 화학적 처리를 통해 응집시켜 플럭을 형성함으로써 침전시키는 수처리용 응집제의 제조방법에 있어서,
    (a) 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 50～65%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대하여 농도가 30～35%인 염산(HCl) 220～400 중량부의 비율로 1차 혼합물을 조성하는 단계;
    (b) 단계(a) 과정에서 혼합 조성된 1차 혼합물을 100～200℃의 온도 조건하에서 4～12시간 동안 반응시켜 알루미늄 염화물을 제조하는 단계;
    (c) 단계(b) 과정에서 제조된 알루미늄 염화물에 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 5～17%이고 황산이온(SO4 2-)의 농도가 10～50%인 알루미늄황산염과 물(H2O) 각각을 상기 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대한 1～5 중량부와 35～40 중량부의 비율로 혼합하여 2차 혼합물을 조성하는 단계; 및
    (d) 단계(c) 과정에서 혼합 조성된 2차 혼합물을 30～80℃의 온도 조건하에서 0.5～3시간 동안 35～90rpm의 교반속도로 교반시키는 가운데 반응이 이루어질 수 있도록 하여 상기 알루미늄 염화물 속에 황산이온의 결합을 완성시킴으로써 안정화된 상태의 폴리염화알루미늄을 제조하는 단계를 포함한 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(a) 과정에서 수산화알루미늄(Al(OH)3)은 알루미늄염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(a) 과정에서 염산(HCl)은 염화물 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(a) 과정에서 염산(HCl)은 염산(HCl)과 원소주기율표 상의 2A족 염화물이나 3B족 염화물 또는 4B족 염화물 상태의 다른 화합물과 혼합하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(b) 과정에서 반응을 통해 제조되는 알루미늄 염화물은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 7～15%인 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(c) 과정에서 알루미늄황산염은 황산이온염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(d) 과정을 통해 안정화된 상태의 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 9～15%, 염기도 0.1～35% 및 황산이온의 농도 0.001～3.5%를 만족하는 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법.
  10. 하수나 오?폐수 속에 함유된 인을 화학적 처리를 통해 응집시켜 플럭을 형성함으로써 침전시키는 수처리용 응집제에 있어서,
    산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 50～65%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대하여 농도가 30～35%인 염산(HCl) 220～400 중량부의 비율로 1차 혼합물을 조성하여 일정 온도조건하에서의 반응을 통해 알루미늄 염화물을 제조한 다음, 제조된 알루미늄 염화물에 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 5～17%이고 황산이온(SO4 2-)의 농도가 10～50%인 알루미늄황산염과 물(H2O) 각각을 상기 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대한 1～5 중량부와 35～40 중량부의 비율로 2차 혼합물을 조성하여 일정 온도조건하에서 교반시키는 가운데 반응이 이루어질 수 있도록 하여 알루미늄 염화물 속에 황산이온의 결합을 완성시킴으로써 안정화된 상태의 폴리염화알루미늄을 제조할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 염산(HCl)은 염화물 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 염산(HCl)은 염산(HCl)과 원소주기율표 상의 2A족 염화물이나 3B족 염화물 또는 4B족 염화물 상태의 다른 화합물과 혼합하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 수산화알루미늄(Al(OH)3)은 알루미늄염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제.
  14. 삭제
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 1차 혼합물을 반응시켜 제조되는 알루미늄 염화물은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 7～15%인 알루미늄 염화물인 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 알루미늄황산염은 황산이온염 상태의 다른 화합물로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제.
  17. 삭제
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 2차 혼합물의 안정화를 통해 최종적으로 제조된 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)은 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 9～15%, 염기도 0.1～35% 및 황산이온의 농도 0.001～3.5%를 만족하는 것을 특징으로 하는 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제.
KR1020110146842A 2011-12-30 2011-12-30 인 제거 능력이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 수처리용 응집제 KR101157887B1 (ko)

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