KR101374191B1

KR101374191B1 - 수처리용 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제의 제조 방법

Info

Publication number: KR101374191B1
Application number: KR1020130130106A
Authority: KR
Inventors: 이동석
Original assignee: 미주엔비켐 주식회사
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-03-13

Abstract

본 발명은 고염기도 폴리염화알루미늄계 응집제를 안정적으로 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수산화알루미늄과 산의 반응에 의해 얻어진 저염기도의 폴리염화알루미늄을 알루미늄규산나트륨계 고염기화제와 반응시켜 고염기도의 폴리염화알루미늄계 응집제를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 고염기화제를 비교적 소량 사용하여도 50% 이상, 더 바람직하게는 60% 이상의 염기도를 갖는 고염기도 폴리염화알루미늄계 응집제를 효과적으로 얻을 수 있으며, 또한 제조되는 고염기도 폴리염화알루미늄계 응집제의 응집 효율과 응집 안정성 및 장기 보관 안정성을 동시에 확보할 수 있다.

Description

수처리용 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제의 제조 방법{Preparing method of poly aluminum chloride inorganic coagulant with high basicity for water treatment}

본 발명은 수처리용 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제의 제조 방법에 관한 것으로서, 고염기화제를 비교적 소량 사용하여도 50% 이상, 더 바람직하게는 60% 이상의 염기도를 갖는 고염기도 폴리염화알루미늄계 응집제를 효과적으로 얻을 수 있으며, 또한 제조되는 고염기도 폴리염화알루미늄계 응집제의 응집 효율과 응집 안정성 및 장기 보관 안정성을 동시에 확보할 수 있는 수처리용 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제의 제조 방법에 관한 것이다.

수처리용 알루미늄계 응집제(coagulant)로는 황산알루미늄(Allum), 폴리염화알루미늄(Poly Aluminum Chloride: PAC), 폴리염화규산알루미늄(Poly Aluminum Chloride Silicate: PACS), 폴리황산알루미늄실리케이트(Poly Aluminum Sulfate Silicate: PASS) 등이 주로 사용되어 왔다. 상기 황산알루미늄은 단분자 응집제로서 가격이 저렴하다는 장점은 있으나, 고분자 응집제에 비해 응집 효과가 낮고 처리후 처리수의 알칼리도와 pH 저하가 크다는 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해 개발된 것이 고분자 형태인 PAC, PACS, PASS 등의 무기 고분자 응집제인데 이들은 양이온의 전하량이 +7가로서 +3가에 불과한 황산알루미늄 단분자에 비해 응집력이 상당히 크다는 장점이 있다. 이들은 대개 염기도가 40% 이상으로 큰 것이 특징이다.

그 중 가장 일반적으로 사용되는 폴리염화알루미늄(PAC)은 수산화알루미늄과 염산을 반응시켜 제조되는 다염기성 염화알루미늄으로서 일반식 [Al₂(OH)_nCl_6-n]_m (0<n<6, m≤10)으로 표시되며, 수용액에서는 아코착이온([Al(H₂O)₆])을 가지는 배위화합물이기 때문에 수산기를 가교로 해서 다핵착체가 되고 핵은 증가해서 거대화한 무기 고분자 화합물을 형성한다.

폴리염화알루미늄(PAC)은 종래부터 수처리용 응집제로 주로 사용되어 왔다. 특히, 정수 처리시의 거대한 분자를 응집하기 위한 응집제로 주로 사용되었으며, 이에 따라 염기도를 45% 이상으로 확보하기 위한 여러 기술이 제안된 바 있다.

염기도란 응집제 단위 분자에 존재하는 Al 금속의 수에 대한 OH의 수의 비율로서 하기 식으로 표시된다.

염기도(%) = (단위 분자당 OH의 수/3× 단위 분자당 Al금속의 수)× 100

일반적으로 염기도가 증가할수록 응집 성분의 분자량이 커지기 때문에 침전 성능이 향상되고 정수 처리후 소석회 사용량을 줄일 수 있는 장점이 있는 반면, 자체적으로 침전을 일으켜 안정성이 떨어지기 때문에 염기도를 증가시키는 것은 한계가 있었다.

대한민국 공개특허 제1999-0049511호, 대한민국 등록특허 제0858633호 등에서는 수산화알루미늄에 염산을 반응시켜 중간화합물을 생성하고 염산으로 인해 낮아진 염기도를 높이기 위하여 알칼리제로서 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 중탄산칼슘 등의 알칼리염을 이용하여 염기도를 증가시키는 기술을 제안하고 있다. 이 기술에서는 염기도를 80%까지 증가시킬 수 있는 기술을 제안하고 있으나, 탄산가스(CO₂)가 발생하여 폴리염화알루미늄의 구조가 취약하게 되고 외부 온도에 따라 폴리염화알루미늄의 구조가 변형되어 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 침전물이 생성되는 등 제품의 안정성이 낮고, 알칼리염을 너무 많이 사용하여야 하므로 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.

또한, 대한민국 등록특허 제0733286호에서는 6개월 이상의 장기 저장 안정성을 확보하기 위한 기술로서 수산화알루미늄과 염산을 반응시켜 제조된 저염기도의 PAC 화합물에 수산화알루미늄과 가성소다를 반응시켜 제조된 알민산나트륨(NaAl(OH)₄)을 사용하여 고염기도 염화알루미늄계 무기 응집제를 제조하는 방법을 제안하고 있다. 이 기술은 저염기도의 응집제와 알민산나트륨의 반응성을 높이기 위하여 알민산나트륨의 농도를 희석하여 균질화 반응기에서 반응시킴으로써 Al(OH)₃의 침전 형성을 방지하였으며, 고분자 응집제의 안정화를 위해 일정 온도에서 일정 교반 속도로 일정시간 안정화 반응시킴에 의해 6개월 이상 보관하여도 침전의 형성이 없는 60% 이상의 고염기도를 갖는 무기 응집제를 제조할 수 있음을 기술의 특징으로 하고 있다. 그러나, 이 기술에서 사용되는 알민산나트륨은 자체 저장 안정성이 좋지 않아 6개월 이상 장기 보관시 경화되거나 분해되기 쉽다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 새로이 개발된 것으로서, 고염기도의 폴리염화알루미늄(PAC)계 무기 응집제를 제조함에 있어, 비교적 적은 양으로도 고염기도 확보가 가능하며, 얻어지는 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제의 응집 효율이 좋고 상온, 상압 조건에서 장기 보관하더라도 석출물이 석출되지 않는 등 안정성도 확보될 수 있는 동시에, 사용되는 고염기화제의 저장 안정성도 우수하여 장기간 보관시에도 경화되거나 분해되지 않으므로 종래 고염기화제의 문제점을 해결할 수 있는 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제의 제조 방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

수산화알루미늄(Al(OH)₃)과 산의 반응에 의해 얻어진 염기도 10~55%, Al₂O₃ 농도가 5~20 중량%인 저염기도 폴리염화알루미늄을 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 10~28%이고 산화나트륨(Na₂O)의 농도가 10~25%인 알루미늄규산나트륨(Na_xAl_y(SiO₂)_z (1≤x≤4, 1≤y≤4, 1≤z≤4))과 반응시켜 50~90%의 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 응집제를 제조하는 것을 특징으로 하는 고염기도 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 수처리용 고염기도 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조 방법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.

우선, 고염기화제로 사용되는 알루미늄규산나트륨이 강알칼리성이므로 비교적 적은 양만 사용하여도 고염기도의 폴리염화알루미늄(PAC)계 무기 응집제가 효과적으로 제조될 수 있다.

또한, 얻어지는 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제는 응집 효율이 매우 좋고 상온, 상압 조건에서 장기 보관하더라도 석출물이 석출되지 않는 등 저장 안정성도우수하다.

또한, 고염기화제로 사용되는 알루미늄규산나트륨의 저장 안정성도 우수하여 장기간 보관시에도 경화되거나 분해되지 않으므로 종래의 고염기화제가 가지고 있던 불안정성의 문제점을 해결할 수 있다.

이하, 본 발명에 관하여 더욱 구체적으로 설명한다.

일반적으로 고염기도의 무기 응집제를 사용할 경우 응집제의 고분자화를 유도하므로 응집 성능이 좋아진다는 것은 앞에 설명한 것과 같다. 그러나 고염기도의 응집제는 고분자 상태의 알루미늄염으로 제조하지 못할 경우 제품 중에 Al(OH)₂ ⁺ 이온을 많이 보유하게 되어 쉽게 Al(OH)₃ 형태로 침전을 형성하므로 불안정해진다. 이러한 침전 현상은 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제가 갖는 근본적인 문제점이다. 현재까지 개발되거나 시판된 대부분의 제품은 약 3~4개월 후부터는 침전 현상이 발생하므로 제품의 사용 수명이 짧은 문제점이 있었다.

본 발명은 신규한 고염기화제를 사용하여 고염기도의 폴리염화알루미늄계 무기 응집제를 제조함으로써 높은 응집 효율을 유지하는 동시에 6개월 이상, 더 길게는 1년 이상 장기 보관 안정성을 확보할 수 있는 기술을 제안한다.

본 발명자들은 저염기도의 폴리염화알루미늄을 신규한 고염기화제를 이용하여 반응시킬 경우 50% 이상, 더 바람직하게는 60% 이상의 고염기도를 갖는 폴리염화알루미늄(PAC)이 효과적으로 얻어질 수 있으며, 이와 같이 얻어진 고염기도 폴리염화알루미늄(PAC)은 응집 효율과 안정성이 우수하다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명에 따른 상기 고염기도의 폴리염화알루미늄계 무기 응집제는 다음의 방법으로 제조된다.

먼저, 수산화알루미늄(Al(OH)₃)과 산을 반응시켜 염기도 10~55% 정도의 저염기도 폴리염화알루미늄 응집제를 제조한 후 이를 고염기화제와 반응시켜 염기도 50% 이상, 더 바람직하게는 60% 이상의 고염기도 폴리염화알루미늄 응집제를 제조한다. 본 발명에서 반응 물질로 10~55%의 저염기도 폴리염화알루미늄 응집제를 사용하여 50% 이상의 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄 응집제를 제조할 수 있는데, 여기에서 생성되는 고염기도의 폴리염화알루미늄은 그 이하의 염기도를 갖는 저염기도의 폴리염화알루미늄 응집제를 사용하여 고염기화제의 농도 및 투입량에 따라 반응되는 저염기도 폴리염화알루미늄이 고염기도화한다는 것을 의미한다. 즉, 예를 들어 반응되는 저염기도의 폴리염화알루미늄 응집제가 50% 미만일 경우에는 50% 이상을 갖는 고염기도의 폴리염화알루미늄 응집제가 얻어지고, 반응되는 저염기도의 폴리염화알루미늄 응집제가 55% 이하일 경우에는 55%를 초과하는 고염기도의 폴리염화알루미늄 응집제가 얻어진다는 것을 의미한다. 따라서 상기 염기도의 범위로 인해 예를 들어 55%의 염기도를 갖는 반응물질을 이용하여 50%의 염기도를 갖는 생성물질을 얻는 것으로 이해되어서는 안 된다. 본 발명에서 생성 물질인 고염기도 폴리염화알루미늄은 50%의 염기도를 가질 수 있으나, 더욱 바람직하게는 60%의 염기도를 갖는 것이 선호된다.

상기 수산화알루미늄(Al(OH)₃)과 산을 반응시킴에 있어서 산으로는 통상 염산을 사용하나, 황산, 질산, 인산 등 이종의 산을 25 중량% 이하에서 염산과 혼합한 염산 혼합물을 사용할 수도 있다.

본 발명에서 사용되는 고염기화제는 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 10~28%이고 산화나트륨(Na₂O)의 농도가 10~25%인 알루미늄규산나트륨(Na_xAl_y(SiO₂)_z (1≤x≤4, 1≤y2≤4, 1≤z≤4))을 사용한다.

본 발명에서 고염기화제로 사용되는 상기 알루미늄규산나트륨은 강알칼리성을 나타내기 때문에 기존의 탄산염계 고염기화제에 비해 그 양을 약 30% 절감할 수 있는 효과가 있고 이에 따라 PAC계 응집제의 제조 비용을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 상대적으로 적은 원료가 사용되므로 제품 중의 불필요한 염의 농도를 낮출 수 있으므로 응집제가 침전물 석출 등으로 인해 불안정화하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 상기 알루미늄규산나트륨은 수산화나트륨(NaOH) 40~65 중량%, 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 15~50 중량%, 폴리알루미노실리케이트 0.01~10 중량% 및 잔량의 물을 혼합하여 80~160℃의 온도 하에서 0.5~10 시간 동안 반응시킴에 의해 제조될 수 있다.

본 발명에서 고염기화제로 사용되는 알루미늄규산나트륨은 Na_xAl_y(SiO2)_z (1≤x≤4, 1≤y≤4, 1≤z≤4)의 화학식을 갖는다.

상기 알루미늄규산나트륨을 제조하는 과정에서 사용되는 폴리알루미노실리케이트는 분말 형태로 사용되는 것이 바람직하며, 분말의 크기는 0.01~1.0㎛ 범위에 드는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리알루미노실리케이트는 폴리실리케이트의 실리콘 원자가 일부 알루미늄으로 바뀐 형태로서 분자 출입이 가능한 3~10Å의 크기를 갖는 나노 세공들이 규칙적으로 배열된 제올라이트계 화합물인 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로 상기 폴리알루미늄실리케이트는 제올라이트 A, ZSM-5, 제올라이트-X, 제올라이트-Y 또는 제올라이트-L 등이 사용될 수 있다.

상기 수산화나트륨과 수산화알루미늄은 폴리알루미늄실리케이트와의 반응에 의해 Na_xAl_y(SiO₂)_z (1≤x≤4, 1≤y≤4, 1≤z≤4)의 화학식을 갖는 알루미늄규산나트륨 형태의 화합물을 생성한다.

상기와 같은 방법으로 제조되는 알루미늄규산나트륨은 강알칼리성을 나타내어 저염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 수처리제와 반응시 상기 폴리염화알루미늄의 염기도를 향상시킬 수 있는 고염기화제로 사용된다.

본 발명에서 상기 저염기도 폴리염화알루미늄과 상기 알루미늄규산나트륨의 반응은 강한 산-알칼리 반응이다. 즉, 상기 저염기도 폴리염화알루미늄은 강한 산성을 띠고, 상기 알루미늄규산나트륨은 강한 알칼리성을 띠는데 이 두 물질을 반응시키면 중화반응에 의해 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 침전을 형성하여 안정화가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 상기 알루미늄규산나트륨에 있어 Al₂O₃의 농도를 5~20% 정도로 희석된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 저염기도 폴리염화알루미늄과 상기 알루미늄규산나트륨을 반응시킴에 있어서 각각의 성분은 저염기도 폴리염화알루미늄 : 상기 알루미늄규산나트륨을 100 : 1~50의 중량 비율로 반응시킬 수 있다.

또한, 상기 저염기도 폴리염화알루미늄과 알루미늄규산나트륨의 반응은 20~80 ℃에서 1~10 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 이 때 상기 저염기도 폴리염화알루미늄과 알루미늄규산나트륨의 반응은 강산과 강알칼리의 반응이므로 산-알칼리 반응에 의해 급속도로 침전물이 생성되는 것을 방지하기 위하여 고속 교반 날개를 구비한 균질화 반응기를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 500~30,000rpm의 교반속도로 유지되는 균질화반응기를 이용하여 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 생성되는 고염기도 폴리염화알루미늄의 안정성 확보를 위해서는 저염기도 폴리염화알루미늄과 알루미늄규산나트륨의 반응 이후 40~100℃에서 1~15 시간 동안 안정화시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같은 과정을 통해 얻어지는 폴리염화알루미늄계 응집제는 Al₂O₃의 농도가 5~25 중량%이고 염기도가 50~90%인 고염기도 폴리염화알루미늄(PAC)계 응집제로서 응집 효율이 매우 높고 장기 보관 안정성도 우수한 특징을 갖는다.

본 발명에서 반응물로 상기 폴리염화알루미늄(PAC)을 예로 들어 설명하였으나, 반드시 PAC에만 한정되는 것은 아니고 고염기화가 필요한 다양한 종류의 저염기도 응집제는 다양하게 응용 가능하다. 예를 들어 저염기도 폴리염화알루미늄 중 염소이온의 일정량, 예컨대 0.1~5.0 중량% 정도가 설페이트 이온으로 대체된 폴리염화황산알루미늄(poly aluminum chloride sulfate)도 가능하고 알루미늄 이온의 일부가 칼슘이온으로 대체된 PACC(poly aluminum calcium chloride) 등의 경우에도 적용될 수 있으며, 기타 PACS(poly aluminum chloride silicate), PASS(poly aluminum sulfate silicate) 등에도 적용이 가능하다.

상기 본 발명에 따라 제조되는 폴리염화알루미늄계 무기 응집제는 50% 이상 최대 90% 정도까지 고염기도의 확보가 가능하고 응집 효율을 높게 유지할 수 있으며, 상온뿐만 아니라 저온이나 고온에서도 안정성을 확보하여 장기 보관 안정성을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명을 실시예예 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

[제조예 1] 고염기화제 제조

산화나트륨(Na₂O)의 농도가 42.6%인 수산화나트륨(NaOH) 55 중량%, 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 60%인 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 38 중량% 및 입자크기가 0.01~1.0㎛ 범위에 드는 폴리알루미노실리케이트(제올라이트 A) 0.29 중량%를 잔량의 물과 혼합하여 100 중량%로 만든 후 140℃의 온도 조건에서 180분 동안 반응시켰다.

이와 같은 과정을 통해 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 20%, 산화나트륨(Na₂O)의 농도가 19.5% 알루미늄규산나트륨(Na_xAl_y(SiO₂)_z)을 제조하였다.

[제조예 2] 고염기화제 제조

산화나트륨(Na₂O)의 농도가 41.0%인 수산화나트륨(NaOH) 53 중량%, 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 59.8%인 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 39 중량% 및 입자크기가 0.01~1.0㎛ 범위에 드는 폴리알루미노실리케이트(ZSM-5) 0.25 중량%를 잔량의 물과 혼합하여 100 중량%로 만든 후 140℃의 온도 조건에서 180분 동안 반응시켰다.

이와 같은 과정을 통해 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 18.9%, 산화나트륨(Na₂O)의 농도가 20.5% 알루미늄규산나트륨(Na_xAl_y(SiO₂)_z)을 제조하였다.

[제조예 3] 고염기화제 제조

산화나트륨(Na₂O)의 농도가 41.8%인 수산화나트륨(NaOH) 54 중량%, 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 58%인 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 40 중량% 및 입자크기가 0.01~1.0㎛ 범위에 드는 폴리알루미노실리케이트(제올라이트-X) 0.50 중량%를 잔량의 물과 혼합하여 100 중량%로 만든 후 40℃의 온도 조건에서 180분 동안 반응시켰다.

이와 같은 과정을 통해 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 21%, 산화나트륨(Na₂O)의 농도가 18.5% 알루미늄규산나트륨(Na_xAl_y(SiO₂)_z)을 제조하였다.

[제조예 4] 고염기화제 제조

산화나트륨(Na₂O)의 농도가 45.7%인 수산화나트륨(NaOH) 59 중량%, 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 65%인 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 35 중량% 및 입자크기가 0.01~1.0㎛ 범위에 드는 폴리알루미노실리케이트(제올라이트-Y) 0.5 중량%를 잔량의 물과 혼합하여 100 중량%로 만든 후 140℃의 온도 조건에서 180분 동안 반응시켰다.

이와 같은 과정을 통해 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 23%, 산화나트륨(Na₂O)의 농도가 23.5% 알루미늄규산나트륨(Na_xAl_y(SiO₂)_z)을 제조하였다.

[제조예 5] 고염기화제 제조

산화나트륨(Na₂O)의 농도가 45.7%인 수산화나트륨(NaOH) 59 중량%, 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 68.5%인 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 43 중량% 및 입자크기가 0.01~1.0㎛ 범위에 드는 폴리알루미노실리케이트(제올라이트-L) 1.0 중량%를 잔량의 물과 혼합하여 140℃의 온도 조건에서 180분 동안 반응시켰다.

이와 같은 과정을 통해 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 24%, 산화나트륨(Na₂O)의 농도가 24.5% 알루미늄규산나트륨(Na_xAl_y(SiO₂)_z)을 제조하였다.

[실시예 1] 응집제 제조

수산화알루미늄(Al(OH)₃) 30 kg과 염산(HCl 35%) 60 kg을 혼합하고 교반하여 혼합액을 제조하였다. 상기 혼합액을 160℃에서 3시간 동안 반응시켜서 물 15kg을 희석하여 Al₂O₃ 17%, 염기도 40%인 폴리염화알루미늄([Al₂(OH)_2.4Cl_3.6]) 용액을 얻었다. 상기 얻어진 염기도 40%의 폴리염화알루미늄 용액 168g을 온도 60℃로 유지한 채 교반속도 5,000rpm 으로 교반하며 고염기화제로서 상기 제조예 1에서 얻은 알루미늄규산나트륨 51g과 물 91g을 5분간 천천히 투입하면서 반응시켰다. 이 반응에 얻어지는 생성물을 온도 65℃로 유지하며 10 시간 동안 100rpm에서 안정화시켰다. 반응이 끝난 후 여과하여 용액 상태의 응집제 310g을 얻었다. 최종 생성물을 분석한 결과 산화알루미늄(Al₂O₃) 농도가 12.5 중량% 이고, 70%의 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 무기 응집제인 것을 확인하였다.

[실시예 2] 응집제 제조

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 고염기화제로서 제조예 2에서 얻은 알루미늄규산나트륨을 사용한 것만 다르다.

최종 생성물을 분석한 결과 Al₂O₃의 농도가 12.4%이고, 72% 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 무기 응집제인 것을 확인하였다.

[실시예 3] 응집제 제조

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 고염기화제로서 제조예 3에서 얻은 알루미늄규산나트륨을 사용한 것만 다르다.

최종 생성물을 분석한 결과 Al₂O₃의 농도가 12.7%이고, 70% 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 무기 응집제인 것을 확인하였다.

[실시예 4] 응집제 제조

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 고염기화제로서 제조예 4에서 얻은 알루미늄규산나트륨을 사용한 것만 다르다.

최종 생성물을 분석한 결과 Al₂O₃의 농도가 13.0%고, 74%의 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 무기 응집제인 것을 확인하였다.

[실시예 5] 응집제 제조

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 고염기화제로서 제조예 5에서 얻은 알루미늄규산나트륨을 사용한 것만 다르다.

최종 생성물을 분석한 결과 Al₂O₃의 농도가 13.3%이고, 75% 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 무기 응집제인 것을 확인하였다.

[실시예 6] 응집제 제조

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 저염기도 폴리염화알루미늄으로서 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 17 중량%, 염기도가 43%이며 설페이트 이온이 1.0 중량% 포함된 폴리염화알루미늄을 사용한 것만 다르다.

최종 생성물을 분석한 결과 Al₂O₃의 농도가 12.5%이고, 72% 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 무기 응집제인 것을 확인하였다.

[비교예 1]

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 상기 고염기화제로서 탄산나트륨(Na₂CO₃)를 사용하여 반응시킨 것만 다르다.

최종 생성물을 분석한 결과 산화알루미늄(Al₂O₃) 농도가 12.5 중량% 이고, 55%의 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 무기 응집제인 것을 확인하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 상기 고염기화제로서 알민산나트륨(NaAl(OH)₄ 또는 Na₂Al₂O₄)를 사용하여 반응시킨 것만 다르다.

최종 생성물을 분석한 결과 산화알루미늄(Al₂O₃) 농도가 12.5 중량% 이고, 72%의 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 무기 응집제인 것을 확인하였다.

[성능 평가]

1. 고염기화제의 안정성 평가

제조예 1~5에 의하여 제조된 알루미늄규산나트륨 고염기화제 자체의 저장 안정성과 기존에 고염기화제로 사용되는 탄산나트륨(참조예 1) 및 알민산나트륨(참조예 2)의 저장 안정성을 평가하기 위하여 항온기에서(20℃) 안정성 평가를 최대 6개월간 1개월 단위로 육안으로 관찰하여 침전물 발생 여부를 체크하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	제조예1	제조예2	제조예3	제조예4	제조예5	참조예1	참조예2
1개월 후	O	O	O	O	O	O	O
2개월 후	O	O	O	O	O	O	O
3개월 후	O	O	O	O	O	O	O
4개월 후	O	O	O	O	O	△	△
5개월 후	O	O	O	O	O	X	X
6개월 후	O	O	O	△	△	X	X
O: 슬러리 발생 없음. △: 슬러리 소량 발생, X: 슬러리 다량 발생

상기 표 1의 안정성 평가 결과로부터 본 발명의 알루미늄규산나트륨 고염기화제는 안정성이 매우 우수한 반면, 종래의 고염기화제인 참조예 1 및 참조예 2의 경우는 고염기화제 자체의 보관 안정성이 열악함을 확인하였다.

2. 응집 성능 평가

상기 실시예 1~6 및 비교예 1~2에서 제조된 고염기도 폴리염화알루미늄 무기 응집제로써 응집 기기(창신과학기계 C-JT Jar Tester)를 사용하여 급속 교반 130rpm 60초, 완속 교반 60rpm 10분, 정치 20분을 거친 후 상등액을 채취하여 탁도계(모델명: HACH 2100N Turbidity meter)를 사용하여 탁도를 측정하였다.

그 결과를 표 2에 나타내었다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	비교예1	비교예2
응집제투입량(mg/l)	40	40	40	40	40	40	40	40
처리수 탁도(NTU)	0.5	0.5	0.4	0.4	0.3	0.5	1.9	0.5
처리수 pH	7.41	7.41	7.41	7.42	7.42	7.41	7.28	7.42
처리수 알칼리도(mg/l)	24.5	24.5	24.5	24.5	24.5	24.5	23.0	24.5
* NTU : 용액 중 현탁 물질의 양(Nephelometric Turbidity Unit) * 탁도의 측정은 HACH 2100N 측정기 사용

원수: 알칼리도 25mg/l, pH=7.45, 탁도= 64 NTU

상기 표 2로부터, 본 발명에 의한 실시예 1~6의 경우는 염기도가 높아 응집 효율이 우수하며 기존의 알민산나트륨을 사용하여 고염기도 폴리염화알루미늄 응집제를 제조한 비교예 2의 경우와 동등 수준 이상의 응집 효율을 나타냄을 알 수 있었다. 그러나, 비교예 1의 경우는 염기도가 낮고 이에 따라 응집 효율이 열악한 것을 확인하였다.

3. 응집제의 안정성 평가

저온 항온기에서(20℃) 상기 실시예 및 비교예의 무기 응집제의 안정성 평가를 최대 6개월간 1개월 단위로 육안으로 관찰하여 침전물 발생 여부를 체크하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	비교예1	비교예2
1개월 후	O	O	O	O	O	O	O	O
2개월 후	O	O	O	O	O	O	O	O
3개월 후	O	O	O	O	O	O	△	O
4개월 후	O	O	O	O	O	O	X	O
5개월 후	O	O	O	O	O	O	X	△
6개월 후	O	O	O	O	△	△	X	X
O: 침전 없음. △: 침전 소량 발생, X:침전 다량 발생

상기 표 3의 응집제 안정성 평가 결과로부터 본 발명에 의해 제조된 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제(실시예 1~6)는 기존의 알민산나트륨을 사용하여 제조된 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제(비교예 2) 대비하여 동등 수준 이상으로 안정성이 매우 우수한 반면, 비교예 1의 경우는 장기 저장 안정성이 열악한 것을 확인하였다.

따라서 상기 응집 효율 및 응집제 안정성 평가로부터 본 발명에 따라 제조된 고염기도 폴리염화알루미늄계 무기 응집제는 응집 효율과 응집제의 안정성 모두 매우 우수하여 수처리용으로 사용하기 적합하다는 것을 알 수 있다.

Claims

수산화알루미늄(Al(OH)₃)과 산의 반응에 의해 얻어진 염기도 10~55%, Al₂O₃ 농도가 5~20 중량%인 폴리염화알루미늄을 산화알루미늄(Al₂O₃)의 농도가 10~28%이고 산화나트륨(Na₂O)의 농도가 10~25%인 알루미늄규산나트륨(Na_xAl_y(SiO₂)_z (1≤x≤4, 1≤y≤4, 1≤z≤4))과 반응시켜 60~90%의 염기도를 갖는 폴리염화알루미늄계 응집제를 제조하는 것을 특징으로 하는 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 산은 염산 단독이거나, 황산, 질산, 인산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 25 중량% 이하에서 염산과 혼합된 염산 혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조 방법.
청구항 1에서, 상기 폴리염화알루미늄과 알루미늄규산나트륨의 반응은 20~80 ℃에서 1~10 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조 방법.
청구항 1에서, 상기 폴리염화알루미늄과 알루미늄규산나트륨의 반응 이후 40~100℃에서 1~15 시간 동안 안정화시키는 것을 특징으로 하는 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 얻어지는 폴리염화알루미늄계 응집제는 Al₂O₃의 농도가 5~25 중량%이고 염기도가 50~90%인 것을 특징으로 하는 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 폴리염화알루미늄과 알루미늄규산나트륨의 반응은 500~30,000rpm의 교반속도로 유지되는 균질화반응기를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 폴리염화알루미늄은 염소이온의 0.1~5.0 중량%가 설페이트 이온으로 치환된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조 방법.