KR101965898B1 - 유기응집제를 무기응집제에 마이크로 코팅시켜 유무기복합응집제로 제공되는수질개선제 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저수지나 하천 및 자연 호소(湖沼) 등에 살포되어 녹조, 적조 및 각종 오탁물(汚濁物)로 오염된 수질을 개선하기 위한 수단으로 유기응집제를 무기응집제에 마이크로 코팅한 유무기복합응집제를 얻고 이를 이용하여 수질을 개선시키는 수질개선제 조성물에 관한 기술이다.
본원에서 개시되는 수질개선제 조성물은 아크릴산, 아크릴산 알카리금속염, 메타아크릴산, 메타아크릴산알카리금속염 중에서 선택되는 단량체 1 내지 30중량%에 아조비스이소부틸로나이트릴, 벤조일퍼옥사이드(Benzoilperoxide), 큐멘하이드로퍼옥사이드(Cumenehydroperoxide) 중에서 선택되는 중합촉매 0.01 내지 0.3중량%와 음이온계면활성제 0.1 내지 3중량%를 함유하고 나머지 잔량이 에틸알콜, 이소프로필알콜 중에서 선택되는 휘발성 유기용제로 채워져 100중량%를 이룬 후 60-90℃에서 3-6시간 동안 중합공정이 실시되어 표면장력이 낮고 침투 분산성이 우수한 친수성 유기고분자 응집제를 얻고, 운모, 제올라이트, 황산알루미늄, 탄산나트륨 중에서 선택되는 무기응집제 분말에 상기 친수성 유기고분자 응집제를 혼합하고 열 건조시켜 무기응집제에 유기고분자 응집제가 마이크로 코팅된 유무기 복합응집제로 제공되는 수질개선제 조성물 및 그 제조방법을 특징으로 한다.

Description

유기응집제를 무기응집제에 마이크로 코팅시켜 유무기복합응집제로 제공되는수질개선제 조성물 및 그 제조방법{Preparation methods of organic and inorganic complex flocculants for waste waters}

본 발명은 저수지나 하천 및 자연 호소(湖沼) 등에 살포되어 녹조, 적조 및 각종 오탁물(汚濁物)로 오염된 수질을 개선하기 위한 수단으로 유기응집제를 무기응집제에 마이크로 코팅한 유무기복합응집제로 이루어진 수질개선제 조성물 및 그 제조방법에 관한 기술이다.

본 발명은 유기 고분자 응집제로 사용되는 수용성 고분자 수지를 유기용매 속에서 고분자 중합하고, 그 중합된 유기 고분자 응집제를 무기 응집제 분말의 입자에 마이크로 코팅하여 제조된 유무기 복합 응집제를 원료로 사용하여 수질개선제를 제조하므로써 유무기복합응집제가 물에 살포 및 분산과 동시에 오탁물을 응집, 침전시켜 탁도를 크게 개선시키고, 동시에 오탁물을 분해시켜 녹조 및 적조의 원인이 되는 부영양화를 방지하여 수질을 개선할 수 있다.

본 발명에 따른 무기응집제를 포함하는 폐수처리용 수용성 유기 고분자 응집제는 유기용매와 아크릴산, 메타아크릴산등의 단량체와 비이온성 계면활성제를 포함하는 반응 혼합물에 중합개시제를 일부 가한 후 중합시켜 고분자량의 고분자 물질을 형성시킨 후, 이 고분자 중합물 용액을 무기응집제 분말에 분사방식으로 혼화시켜 충분히 골고루 섞이게 하면서 열풍을 가하여 여기에 잔류하는 유기용매를 휘발시켜 제거하는 공정 등이 적용되어 유기응집제가 마이크로코팅된 유무기복합응집제를 얻고자 하는 기술이다.

응집제에 의한 응집기술은 처리하고자 하는 폐수 중에 응집제를 첨가하므로써 콜로이드입자의 응집을 촉진하고, 침강속도 혹은 부상속도를 변경시켜 분리처리하는 기술분야로써, 최근 고분자 응집제를 이용하여 응집시키는 기술이 크게 발달하고 있다.

고분자 응집제는 폐수처리에서 콜로이드성 물질의 처리에 사용되는 약품으로서, 입자의 전하를 중화, 집합시키는 고분자량 약품의 총칭으로서, 알긴산나트륨, 폴리아크릴산나트륨, 말레인산공중합물염, 폴리아크릴아미드부분가수분해염 등의 음이온성 고분자 응집제, 수용성아닐린수지염산염, 폴리티오요소염산염, 폴리에틸렌아미노트리아졸, 폴리비닐벤질트리메틸암모늄클로라이드, 키토산, 폴리에틸렌아민, 비닐피리딘공중합물염 등의 양이온성 고분자 응집제 및 녹말, 수용성요소수지, 폴리아크릴아미드, 폴리옥시에틸렌 등의 비이온성 고분자 응집제로 대별될 수 있다.

상기의 고분자 응집제들은 콜로이드입자와 고분자물질 간의 분자간 힘의 작용에 의한 가교작용에 의하여 플록(flock)을 형성하여 응집효과를 나타내는 것으로, 고분자의 종류에 따라 차이가 있으나, 대개 수만 내지 천만 정도의 고분자량을 갖는 것으로 알려지고 있다.

종래의 기술에서 고분자 응집제의 특성을 이용하기 위한 기술로 개시된 선행기술을 살펴보면 대한민국 등록특허 제10-0395476호에서는 "오폐수 처리용 유무기성 고분자 응집제 제조방법"의 명칭을 갖고 유기성 고분자 응집제를 별도로 사용하지 않고 무기 응집제인 철염(황산 제 1,2철과 염화 1,2철)에 고분자응집제를 첨가하여 사용함으로써 유기성 고분자 응집제와 무기 응집제를 별도로 사용하는 경우보다 처리공정을 간단히 하고, 오폐수 처리효율(COD, BOD, SS 및 중금속의 제거율)을 오히려 높임으로서 오폐수 처리 비용을 절감(공정의 단순화로 인한 시설비 절감과 인건비의 절감)할 수 있는 유무기성 고분자 응집제 제조기술이 제시되어 있다.

또한, 공개특허 10-2014-0131665호 기술에서는 무기 분말응집제 및 제조방법에 관한 기술로 제올라이트 16.2중량% ~ 16.8중량%, 생석고 62중량% ~ 68중량%, 산화나트륨 3중량% ~ 8중량%, 마그네슘(Mg) 3중량% ~ 8중량%, 산화제삼철 2중량% ~ 6중량%, 벤토나이트(Clay) 1.7중량% ~ 2.2중량%, ETC 2.3중량% ~ 2.7중량% 각각의 분말을 고온건조 후 고온 항온항습상태의 저장탱크에서 분쇄기를 통해 혼합 분쇄의 과정을 반복하여 분말의 입자를 300㎛ 이하의 분말 형태로 구성하는 무기 분말응집제 관련 기술이 제시되어 있다.

그러나 상기와 같은 고분자 응집제에 의한 응집작용은 고분자 응집제의 선상 중합도, 즉 분자량과 이온밀도에 의해 크게 좌우될 수 있고, 중합도는 중합의 조건에 의해서, 이온밀도는 양이온성 단량체의 몰비에 의해서 최적의 사용조건을 찾는 것이 극히 어려운 문제점을 갖는다.

또한, 일반적으로 높은 중합도를 가진 고분자 응집제는 큰 플록을 형성하고, 이온밀도가 높은 고분자 응집제는 형성되는 플록의 강도를 높이는 역할을 하며 이때 사용되는 양이온성 단량체는 전량 수입하고 있는 실정이며, 또한 중합도와 이온밀도는 상관관계가 있어 분자량이 큰 고분자 응집제는 이온밀도가 감소하게 되는 결과를 초래하게 된다.

따라서, 특정 폐수에 적합한 고분자 응집제를 찾기 위해서는 어느 정도의 중합도와 이온밀도에서 조절될 수 밖에 없었고, 보다 높은 이온밀도를 갖게 하기 위해서는 고가의 양이온성 단량체를 높은 몰비로 사용하여야만 하였다.

고분자 응집제의 단독투입으로 형성된 플록은 플록내에 다량의 수분을 함유하게 되고, 이 플록을 압착, 탈수시 플록 자체의 보습성으로 인해 함수율 감소에는 한계를 갖는 문제점이 있어 왔다.

또한, 고분자 응집제에 의하여 형성되는 플록에서의 함수율은 매립될 탈수 케이크(플록을 압축시켜 수득되는 고형의 덩어리)의 양에 직접적으로 영향을 줄 수 있는 것으로, 플록의 함수율을 감소시켜 탈수 케이크의 매립, 소각 등에 소요되는 자원과 비용을 절감시킬 수 있으며, 그에 따라 슬러지 처리량을 증대시킬 수 있는 신규의 유무기복합 응집제가 요구되어 왔다.

본원은 유기고분자 응집제의 중합 및 중합된 유기응집제를 무기응집제에 마이크로 코팅한 유무기복합응집제의 제조공정을 개발하고자 하는 과제를 갖고 시작된 발명이다.

본 발명의 목적은 유기고분자응집제의 중합 및 중합된 유기응집제를 무기응집제에 마이크로 코팅시켜 유무기복합응집제를 얻는 제조방법 및 이를 이용한 폐수처리제 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 무기응집제를 포함하는 폐수처리용 수용성 유기 고분자 응집제는 유기용매와 아크릴산, 메타아크릴산등의 단량체와 비이온성 계면활성제를 포함하는 반응 혼합물에 중합개시제를 일부 가한 후 중합시켜 고분자량의 고분자 물질을 형성시킨 후, 이 고분자 중합물 용액을 무기응집제 분말에 분사방식으로 혼화시켜 충분히 골고루 섞이게 하면서 열풍을 가하여 여기에 잔류하는 유기용매를 휘발시켜 제거하는 공정에 의하여 얻을 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

종래의 기술에서 수용성 유기 고분자 응집제를 수용액상에서 중합하지 않는 것은 무기응집제 대부분이 일부 또는 전체가 물에 용해하여 이온으로 해리하여 유기고분자응집제를 무기응집제로 코팅할 수 없었기 때문이다.

본원에서는 수질개선제 조성물의 제조방법으로서, 휘발성 유기용제에 단량체와 중합촉매 및 음이온계면활성제를 혼합 용해하고, 60-90℃에서 3-6시간 동안 중합공정을 실시하여 표면장력이 낮고 침투 분산성이 우수한 친수성 유기고분자 응집제를 얻는 제1단계공정과, 견운모, 흑운모, 백운모 중에서 선택되는 운무류나 제올라이트, 황산알루미늄, 탄산나트륨 중에서 선택되는 무기응집제 분말에 제1단계공정을 통하여 얻은 친수성 유기고분자 응집제가 혼합되고 열 건조시켜 무기응집제에 유기고분자 응집제가 마이크로 코팅된 유무기 복합응집제를 얻는 제2단계공정을 포함하여 이루어지는 수질개선제 조성물의 제조방법이 개시된다.

본원의 수질개선제 조성물의 제조방법에서 상기 제1단계공정에서 얻는 친수성 유기고분자 응집제를 얻는 제조공정의 일 실시양태는 아크릴산, 아크릴산 알카리금속염, 메타아크릴산, 메타아크릴산알카리금속염 중에서 선택되는 단량체가 1 내지 30중량% 범위로 사용되고, 아조비스이소부틸로나이트릴(Azobisisobutylonitril), 벤조일퍼옥사이드(Benzoylperoxide), 큐멘하이드로퍼옥사이드(Cumenehydroperoxide) 중에서 선택되는 중합촉매가 0.01 내지 0.3중량%로 사용되며, 소디움디옥틸설퍼석시네이트(Sodium DioctylsulfoSuccinate)가 음이온계면활성제로 0.1 내지 3중량% 범위로 사용되고 나머지 잔량은 에틸알콜, 이소프로필알콜 중에서 선택되는 유기용제로 100중량%를 이루어 중합공정이 실시되도록 적용될 수 있다.

또한 상기 제2단계공정에서 사용되는 무기응집제는 운모류, 제올라이트, 버미큘라이트(vermiculite), 몬모릴로나이트(montmorillonite) 및 일라이트(illite) 중에서 선택되는 천연광물 80±10 중량%에 폴리알루미늄클로라이드, 염화제일철, 염화제이철, 황산제일철, 황산제이철, 알루미늄클로로하이드레이트, 황산나트륨, 황산알루미늄, 인산수소암모늄 또는 인산수소나트륨 중에서 선택되는 무기염이 20±10 중량% 범위로 사용되도록 적용되어 수질개선제 조성물을 얻을 수 있다.

따라서 본원의 수질개선제 조성물은 아크릴산, 아크릴산 알카리금속염, 메타아크릴산, 메타아크릴산알카리금속염 중에서 선택되는 단량체 1 내지 30중량%에 아조비스이소부틸로나이트릴(Azobisisobutylonitril), 벤조일퍼옥사이드(Benzoilperoxide), 큐멘하이드로퍼옥사이드(Cumenehydroperoxide) 중에서 선택되는 중합촉매 0.01 내지 0.3중량%와 음이온계면활성제 0.1 내지 3중량%를 함유하고 나머지 잔량이 에틸알콜, 이소프로필알콜 중에서 선택되는 휘발성 유기용제로 채워져 100중량%를 이룬 후 60-90℃에서 3-6시간 동안 중합공정이 실시되어 표면장력이 낮고 침투 분산성이 우수한 친수성 유기고분자 응집제를 얻고, 운모, 제올라이트, 황산알루미늄, 탄산나트륨 중에서 선택되는 무기응집제 분말에 상기 친수성 유기고분자 응집제를 혼합하고 열 건조시켜 무기응집제에 유기고분자 응집제가 마이크로 코팅된 유무기 복합응집제로 제공되는 수질개선제 조성물로 제공된다.

상기 무기응집제에서 견운모, 흑은모, 백은모 중에서 선택되는 은모류나, 제올라이트, 버미큘라이트(vermiculite), 몬모릴로나이트(montmorillonite) 및 일라이트(illite) 등과 같은 천연광물 80±10 중량%에 폴리알루미늄클로라이드, 염화제일철, 염화제이철, 황산제일철, 황산제이철, 알루미늄클로로하이드레이트, 황산나트륨, 황산알루미늄, 인산수소암모늄 또는 인산수소나트륨 중에서 선택되는 무기염이 20±10 중량% 범위로 조성되어 사용되는 것이 바람직한바, 무기염이 10중량% 미만으로 사용되는 경우 함수율의 저감효과가 충분치 못하게 될 수 있으며, 반대로 무기염이 20중량%를 초과하는 경우에는 오히려 고분자 응집제의 분산상태를 저해하여 제품의 보존안정성을 저해시킬 수 있는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.

본원에서 제공되는 수질개선제에서 무기응집제는 천연광물과 무기염이 혼합 구성된 후 유기응집제로 코팅되어 오탁물을 응집, 침전시켜 탁도를 크게 개선하고, 동시에 오탁물을 분해시켜 녹조 및 적조의 원인이 되는 부영양화를 방지하여 수질을 개선할 수 있게 되며, 또한 수생 생물의 서식 환경을 개선하고 수변 경관 확보 및 친수환경 조성 효과를 얻을 수 있으며, 처리 시설의 증설 없이도 용수(用水)의 취수원 자체를 정화함으로써 각종 수처리 시설의 처리부하를 경감하고 관련시설의 건설 및 유지관리비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

저수지나 하천 및 자연 호소 등에 빈번하게 발생되는 탁수(濁水) 현상은 콜로이드상의 오탁물 입자가 주요 원인이며 오탁물 입자 중 유기물이나 영양염류는 부영양화를 일으켜 녹조 및 담수적조 현상을 발생시키며, 이러한 오탁물 입자는 전기적으로 음이온의 성질을 갖는바, 본원에서 친환경 활성천연광물을 포함하여 제공되는 수질개선제는 점토광물을 포함하고 있어 많은 양의 양이온을 치환할 수 있고 양이온을 치환한 수질개선제 입자는 음전하를 띠는 오탁물 입자의 표면에 양이온이 분포되도록 함으로써, 결과적으로 수질개선제를 오탁물 입자가 감싸는 형태로 오탁물 입자를 응집하는 반응구조를 갖게 된다.

또한 본원에서 무기응집제로 사용되는 제올라이트는 국내에도 매장량이 풍부한 천연광물로서, 제올라이트 총 함량이 70% 이상이고 결정과 기공이 발달하여 양이온 치환 용량이 200meq/100g 이상인 특성을 또한 (Si, Al)O4 사면체 내에서 Si4+가 Al3+로 일부 치환됨으로써 음(-)과 양(+)의 전하의 균형이 무너져 구조적으로 음(-)으로 가전된 상태를 나타내게 되며, 이와 같이 음(-)으로 가전된 상태에 대하여 양이온으로 치환시킴으로써 표면을 양(+)의 가전 상태로 치환시킨다. 이러한 표면의 양이온들은 주위의 다른 양이온들과 쉽게 치환될 수 있는 것이다.

그 외에 비중이 크면서도 수생 생태계에 무해하고, 양이온치환능력(CEC, Cation Exchange Capcity)이 뛰어난 광물로 버미큘라이트(vermiculite), 몬모릴로나이트(montmorillonite) 및 일라이트(illite) 등 조합형태의 점토광물로 사용되어 응집물의 비중을 증가시켜 침전을 유도하고, 특히 백운모는 정균작용(靜菌作用)을 하여 침전된 퇴적물에서 조류가 재번성하는 것을 방지하는 역할 또한 수행하며, 고CEC점토광물은 점토광물 중에서도 로서 정균작용을 하여 침전된 퇴적물에서 조류가 재번성하는 것을 방지하며, 화산재는 중성인 안산암질 특성을 가지고 많은 기공이 형성되어 있으며 다량의 알루미늄과 규소를 함유하고 있는 것으로서, 일본 큐슈지방의 고 알루미늄 화산재를 사용하고 있다.

또한, 돌로마이트(dolomite)는 탄산염광물로서, 처리수의 pH를 안정적으로 유지하는 역할을 수행하는 특성을 갖는바, 수처리 지역의 특성이나 또는 오염수질의 특정이나 정도에 따라 여러 무기응집제 원료 중 선택적으로 사용될 수 있으며, 위와 같이 구성된 본 친환경 활성 천연광물 수질개선제는 구성요소 각각을 200메시(mesh) 체를 통과하는 100메시 이하의 입경을 갖는 분말로 분쇄하고, 혼합하여 혼합분말을 구성하여 사용할 수 있다.

따라서 본원 기술사상이 적용되어 분말 등 여러 형태로 가공된 본 발명의 수질개선제는 처리대상 수역에 직접 살포되거나 희석된 후 분사되어 부유 오염물을 응집, 침전 및 분해시킴으로써 수질을 개선하게 되며, 천연광물 등을 주재로 한 것으로서 수생 생물의 서식 환경을 파괴하지 않는 특징이 있으며, 저수지, 하천, 자연 호소(湖沼), 지하수의 녹조, 적조 및 각종 오탁물로 오염된 수질을 개선할 수 있으며, 근해 해수 양식장과 같은 해양의 수질을 개선하는데 적용되며, 김양식장과 같은 해양 오염의 개선에도 적용 가능함을 확인하여 완성된 발명이다.

본 발명은 유기 고분자 응집제로 사용되는 수용성 고분자 수지를 유기용매 속에서 고분자 중합하고, 그 중합된 유기 고분자 응집제를 무기 응집제 분말의 입자에 마이크로 코팅하여 제조된 유무기 복합 응집제를 원료로 사용하여 수질개선제를 제조하므로써 유무기복합응집제가 물에 살포 및 분산과 동시에 오탁물을 응집, 침전시켜 탁도를 크게 개선시키고, 동시에 오탁물을 분해시켜 녹조 및 적조의 원인이 되는 부영양화를 방지하여 수질을 개선하는 효과를 제공한다.

또한, 수생생물의 서식환경을 개선하고 수변 경관 확보 및 친수환경 조성 효과를 얻을 수 있으며, 처리시설의 증설 없이도 용수(用水)의 취수원 자체를 정화함으로써 각종 수처리시설의 처리부하를 경감하고 관련시설의 건설 및 유지관리비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본원의 제조공정은 고가의 유기응집제를 저가로 생산할 수 있음과 동시에 무기응집제의 확산속도에 따라 유기응집제의 빠른 응집력을 갖는 제품을 생산할 수 있는 등의 효과를 제공한다.

도 1 : 본원의 기술이 적용되어 만들어진 분말상태의 유무기복합응집제의 사진도.
도 2 : 처리대상 수질의 오염된 정도를 나타내기 위한 오염수 사진도
도 3 : 도 2의 오염원수에 본원 유무기복합응집제를 처리하고 1시간 경과 후의 상태를 비커의 상부에서 촬영한 사진도.
도 4 : 도 3 상태에서 비커의 측면에서 촬영한 사진도.

이하, 본원의 기술사상이 구체적으로 구현되는 발명의 실시양태를 구체적인 실시예를 제시하여 상세히 설명하고자 하나, 본 출원의 명세서나 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 발명의 기술사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 또한 본원의 실시예로 제시되는 내용은 본원의 목적을 달성하기 위한 하나의 적용예를 나타낸 것에 불과할 뿐이고 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본원의 출원시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

이하에서는 제1단계로 수용성 유기고분자 응집제의 중합공정을 실시예로 나타내고, 제2단계로 상기 제1단계로 얻은 유기응집제를 무기응집제에 마이크로 코팅한 유무기복합응집제를 얻는 실시예를 나타내며, 제3단계로 본원 기술사상으로 제공되는 수질개선제 조성물의 적용실험예를 설명하고자 한다.

제1 단계 : 수용성유기고분자 응집제의 중합

본 발명에 따른 무기응집제를 포함하는 폐수처리용 수용성 유기 고분자 응집제는 단량체 1 내지 30중량%, 중합촉매 0.01 내지 0.3중량%, 음이온 계면활성제 0.1 내지 3중량%, 잔량으로서 유기용제를 채워 100중량%를 이루도록 적용됨을 특징으로 하는바, 본원에서 사용되는 단량체는 아크릴산, 아크릴산 알카리금속염, 메타아크릴산, 메타아크릴산알카리금속염 중에서 1종 또는 2종이 함께 사용될 수 있으며, 1중량% 이하가 되면 고분자의 중합도가 낮아서 실용성이 없으며, 25중량% 이상이 되면 중합물의 점도가 너무 높아서 사용하기 불편하여 별도의 용제로 희석하여 사용해야 하는 등의 문제점이 있으므로 단량체 1 내지 30중량% 범위로 사용되는 것이 바람직하다.

또한 상기 중합촉매는 라디칼촉매의 일종인 Azobisisobutylonitril, Benzoilperoxide, Cumenehydroperoxide) 중에서 1종 또는 그 이상이 선택되어 사용될 수 있는바, 0.01중량% 이하가 되면, 촉매효과가 낮아져 중합반응이 지속되지 않거나 고중합도의 불용성 고분자물질이 제조되는 문제점이 발생할 수 있고, 0.3%중량% 이상이 되면 중합속도가 너무 빨라져서 발열이 심하고 반응속도가 빨라져서 수득율이 낮으며, 저중합도의 고분자물질이 얻어지게 되는 문제점이 발생하므로 상기 범위로 적용됨이 바람직하다.

또한 본원에서 사용되는 음이온 계면활성제는 Sodium DioctylsulferSuccinate가 사용될 수 있으며, 0.1% 이하가 되면 표면장력이 높아서 무기응집제의 분산이 어렵고, 3%중량% 이상이 되면 표면장력은 낮아지고 습윤과 분산은 잘되나 수중에서 기포 또는 거품이 발생하여 수질 정화애 역효과와 낭비를 초래할 우려가 있으므로 상기 범위로 적용됨이 바람직하다.

또한 본원에서 사용되는 유기용매는 에틸알콜, 이소프로필알콜 등의 비등점 80℃ 내외의 알콜계 유기용제를 사용될 수 있다.

이하에서 본 발명의 구체적 제조실시예 및 비교예들이 기술되어 본원 기술이 적용된 수질개선제 조성물의 제조공정이 설명될 것이다.

제1단계 공정인 수용성 고분자 유기응집제 용액의 제조 실시예 1

1리터 3구 플라스크에 교반기와 온도계와 콘덴서가 장착되고, 메타아크릴산 20중량부, AIBN 0.1중량부, Sodium DioctylsulferSuccinate 0.3중량부, 잔량은 이소프로필알콜로 혼합하여 첨가하고, 반응온도를 상승시켜 약 60-80℃ 사이의 온도범위에서 중합반응을 실시하며, 약 3-6시간을 유지시킨다.

점도의 상승이 정지 되면 중합촉매 0.1 중량부를 추가로 투입하고, 반응온도를 80-90℃ 범위로 상승시켜 미반응 단량체의 중합을 종결시켜서 수용성 고분자 유기응집제 용액을 제조하였다.

제1단계 공정인 수용성 고분자 유기응집제 용액의 제조 실시예2

1리터 3구 플라스크에 교반기와 온도계와 콘덴서가 장착되고, 아크릴산 10중량부, BPO 0.1중량부, Sodium DioctylsulferSuccinate 0.5중량부, 잔량은 에틸알콜로 혼합하여 첨가하고 반응온도를 상승시켜, 약 60-80℃ 사이에서 중합반응을 실시하며, 약 3-6시간을 유지시킨다.

점도의 상승이 정지가 되면, 중합촉매 0.1 중량부를 추가로 투입하고, 반응온도를 80-90℃로 상승시켜 미반응 단량체의 중합을 종결시켜서 수용성 고분자 유기응집제 용액을 제조하였다.

제2단계 공정인 유기응집제를 무기응집제에 마이크로 코팅한 유무기복합응집제의 실시예

무기응집제는 견운모, 클리높틸로라이트(clinoptilolite), 조암광물, 점토광물, 화산재 및 돌로마이트 등과 같은 200메쉬의 천연광물과 폴리알루미늄클로라이드, 염화제일철, 염화제이철, 황산제일철, 황산제이철, 알루미늄클로로하이드레이트, 황산나트륨, 황산알루미늄, 인산수소암모늄 또는 인산수소나트륨 등으로 이루어진 200메쉬의 무기염 중에서 1종 또는 그 이상의 혼합물에 상기 제조실시예에서 중합된 고분자유기응집제 용액을 무기응집제에 리본 믹서기로 교반하면서 분사하여 혼합하였다.

이때 혼합비율은 무기응집제 실중량 99.9내지 99.0중량부에 대하여 중합용액의 고형분 기준으로 0.1내지 1중량%(예 : 20% 용액의 경우에 0.5-5중량%)를 무기응집제 중량의 10-30중량부에 해당하는 동종의 유기용매에 희석 용해하여 믹싱되고 있는 무기응집제의 상부에서 분사방식으로 첨가하여 약 30분-60분간 교반하여 골고루 분산 혼합하여 코팅시켰다.

그후, 믹서기 내부로 약 2시간 동안 약 80℃의 열풍을 가하여 용액 중의 유기용제를 휘발시켜 제거하여 무기응집제에 유기응집제가 마이크로 코팅된 유무기복합응집제의 제조가 완성될 수 있었다

실시예 3

200 메쉬의 견운모 99.5중량부에 실시예1의 용액 2.5중량부를 20중량부의 이소프로필알콜에 용해 희석하여 교반되고 있는 견운모 표면에 희석용액을 분사하여 40 분간 혼합, 교반, 분산하뒤, 2시간 동안 80℃의 열품을 교반기 상부로 불어 넣어서 이소프로필알콜을 증발 제거시켜 무기응집제에 유기응집제가 마이크로 코팅한 유무기복합응집제의 제조가 완성 된다.(사진도 1 : 우측 참조)

실시예 4

200 메쉬의 클리높틸로라이트(clinoptilolite) 50중량부, 돌로마이트 40중량부, 폴리알루미늄클로라이드 6중량부, 황산나트륨 4중량부 등 무기응집제 100중량부에 제조실시예 2의 용액(고형분 10%액) 10중량부를 20중량부의 에틸알콜에 용해희석하여교반되고있는 무기응집제에 표면에 희석용액을 분사하여 50분간 혼합, 교반, 분산하뒤, 2시간동안 80도의 열품을 교반기 상부에 불어 넣어서 에칠알콜을 증방제거하여 무기응집제에 유기응집제가 마이크로 코팅한 유무기복합응집제의 제조가 완성 된다. (사진도 1 : 좌측 참조)

3단계 : 유뮤기복합응집제에의한 하천수의 부유물질 응집시험

실험예 1

본 발명에 따라 유무기복합응집제를 실시예3과 실시예4의 분말을 적용현장으로 경기도 안산시의 안산천에 유입되는 하수구 생활하수(하수-가로 표현)에 적용한 것과 경기도 안양시의 안양천에 유입되는 하수구 생활하수(하수-나로 표현)에 적용한 샘플을 채취하여 본 실험에 사용하였다.

위의 각각의 하수의 원류는 부유물이 거의 없는 2급수 수준이었으나, 원류천의 생활하수관에서 흘러나와 고여 있는 하수에는 부유물이 많은 저급수 수준의 물을 본 실험에 사용하였다.

하수 100ml를 투명 비이커에 준비하고(사진도 2 참조), 본 발명의 응집제를 0.06g을 투입하여 10초간 가볍게 흔들어준 후 1시간 방치 후 촬영한 사진을 사진도 3, 4로 제시 하였는바, 사진도 3은 비커의 상부에서 촬영한 사진도이고, 사진도 4는 비커의 측면부에서 촬영한 사진도를 나타낸 것이며, 구체적 실험을 통하여 착도, 색도, 총질소, 총인, COD, SS(부유물) 등을 측정하고 그 결과를 표 1 및 표 2에 각각 나타내었다.

안산천변 생활하수.

항목	처리전	처리후/1시간경과	비고/감소율(%)
탁도(NTU)	115	1.8	98.4
색도(도)	9	1	88.9
T-N(mg/L)	57.2	8.7	84.8
T-P(mg/L)	5.53	0.95	82.8
COD(mg/L)	201	10.4	94.8
SS(mg/L)	60	1.02	98.3

결과 : 거의 모든 항목에서 오염치가 약 80-99%의 감소되는 결과의 효과를 보였으며, 처리전의 원수의 오염이 심한 상태이었기 때문에 응집 효율이 더욱 높았던 것으로 사료된다.

안양천변 생활하수

항목	처리전	처리후/1시간경과	비고/감소율(%)
탁도(NTU)	53.0	0.8	98.5
색도(도)	10.5	1.5	57.1
T-N(mg/L)	0.40	0.26	35.0
T-P(mg/L)	0.02	0.005	75.0
COD(mg/L)	1.6	1.2	25.0
SS(mg/L)	27	〈1	96.0이상

결과 : 안산천 원수에 비해 거의 탁도와 SS가 95%이상 개선되었으며, 그 외에는 다양한 결과를 보였고, 상대적으로 원수의 수질이 탁도와 SS 외에는 크게 오염되지 않은 결과로 예측된다.

따라서 본원의 기술구성으로 제공되는 유무기 복합응집제는 고비용으로 구입되어 사용되는 외국산 고분자응집제를 대체하면서 저비용 구조로 수생생물의 서식환경을 개선하고 수변 경관 확보 및 친수환경 조성 효과를 얻을 수 있으며, 처리시설의 증설 없이도 용수(用水)의 취수원 자체를 정화함으로써 각종 수처리시설의 처리부하를 경감하고 관련시설의 건설 및 유지관리비용을 절감하는 효과를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

본원에서 제시되는 도면 1의 사진도는 본원의 기술이 적용되어 만들어진 분말상태의 유무기복합응집제의 사진도를 나타낸 것이고, 도면 2는 오염원을 함유한 처리대상 수질상태를 나타내는 원수 사진도이며, 도면 3 및 도면 4는 오염원 원수에 본원 유무기복합응집제를 처리하고 1시간 경과 후의 상태를 촬영한 사진도를 나타낸 것으로 별도의 부호 설명이 필요없다 할 것이다.

Claims (5)

1. 유무기복합응집제로 제공되는 수질개선제 조성물의 제조방법에 있어서,
   아크릴산, 아크릴산 알카리금속염, 메타아크릴산, 메타아크릴산알카리금속염 중에서 선택되는 단량체 1 내지 30중량%에 아조비스이소부틸로나이트릴(Azobisisobutyronitrile), 벤조일퍼옥사이드(Benzoylperoxide), 큐멘하이드로퍼옥사이드(Cumenehydroperoxide) 중에서 선택되는 중합촉매 0.01 내지 0.3중량%와 음이온계면활성제로 소디움디옥틸설퍼석시네이트(Sodium DioctylsulfoSuccinate)가 0.1 내지 3중량%가 함유되고 나머지 잔량이 유기용제로 100중량%를 이루도록 혼합 용해하고, 60~90℃ 범위에서 3~6시간 동안 중합공정을 실시하여 표면장력이 낮고 침투 분산성이 우수한 친수성 유기고분자 응집제를 얻는 제1단계공정;
   견운모, 흑운모, 백운모 중에서 선택되는 운모류나 제올라이트, 버미큘라이트, 몬모릴로나이트, 일라이트, 황산알루미늄, 탄산나트륨 중에서 선택되는 무기응집제 원료분말에 제1단계공정을 통하여 얻은 친수성 유기고분자 응집제가 혼합된 후 열 건조되어 무기응집제에 유기고분자 응집제가 마이크로 코팅된 유무기복합응집제를 얻는 제2단계공정;
   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수질개선제 조성물의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1단계공정에서 사용되는 유기용제는 에틸알콜, 이소프로필알콜 중에서 선택되어 사용되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 수질개선제 조성물의 제조방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2단계공정에서 사용되는 무기응집제는 운모류, 제올라이트, 버미큘라이트, 몬모릴로나이트, 일라이트 중에서 선택되는 천연광물 80±10 중량%에 폴리알루미늄클로라이드, 염화제일철, 염화제이철, 황산제일철, 황산제이철, 알루미늄클로로하이드레이트, 황산나트륨, 황산알루미늄, 인산수소암모늄, 인산수소나트륨 중에서 선택되는 무기염이 20±10 중량% 범위로 혼합되어 사용되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 수질개선제 조성물의 제조방법.
5. 수질개선제 조성물에 있어서,
   아크릴산, 아크릴산 알카리금속염, 메타아크릴산, 메타아크릴산알카리금속염 중에서 선택되는 단량체 1 내지 30중량%에 아조비스이소부틸로나이트릴(Azobisisobutyronitrile), 벤조일퍼옥사이드(Benzoylperoxide), 큐멘하이드로퍼옥사이드(Cumenehydroperoxide) 중에서 선택되는 중합촉매 0.01 내지 0.3중량%와 음이온계면활성제 0.1 내지 3중량%를 함유하고 나머지 잔량이 에틸알콜, 이소프로필알콜 중에서 선택되는 휘발성 유기용제로 채워져 100중량%를 이룬 후 60-90℃에서 3-6시간 동안 중합공정이 실시되어 표면장력이 낮고 침투 분산성이 우수한 친수성 유기고분자 응집제를 얻고,
   견운모, 흑운모, 백운모 중에서 선택되는 운모류나, 제올라이트, 황산알루미늄, 탄산나트륨 중에서 선택되는 무기응집제 분말에 상기 친수성 유기고분자 응집제가 혼합된 후 열 건조되어 무기응집제에 유기고분자 응집제가 마이크로 코팅되어 유무기 복합응집제로 제공되는 것을 특징으로 하는 수질개선제 조성물.
   

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