KR102052572B1 - 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법은, 지하수를 받아 지하수 탱크로 투입하는, 제 1 단계; 상기 지하수의 유량을 측정한 뒤 유량에 맞는 염소 투입량을 계산하는, 제 2 단계; 상기 계산된 염소 투입량에 상응하는 염소 및 응집제 및 흡착제를 포함하는 첨가제를 상기 지하수 탱크로 투입하는, 제 3 단계; 상기 지하수 탱크 내의 잔류 염소량을 측정하는, 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 지하수를 소독하기 위하여 염소 및 응집제 및 흡착제를 포함하는 첨가제를 투입함으로써 기본적인 지하수의 소독 효과 및 악취 제거 효과와 더불어 오염 물질을 응집 및 흡착하여 제거함으로써 지하수 소독 및 정화 효과를 극대화할 수 있다.

Description

염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법{METHOD OF TREATING UNDERGROUND WATER USING CHLORINE DISINFECTION}
본 발명은 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 지하수를 소독하기 위하여 염소 및 응집제 및 흡착제를 포함하는 첨가제를 투입함으로써 기본적인 지하수의 소독 효과 및 악취 제거 효과와 더불어 오염 물질을 응집 및 흡착하여 제거함으로써 지하수 소독 및 정화 효과를 극대화할 수 있는, 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법에 관한 것이다.
먼저, 수 처리라 함은 원수(原水)를 사용하는 목적에 적합하도록 하는 처리로서, 정수 처리 또는 폐수 처리 등을 포함하여 수 처리라고 한다.
물의 처리에는 목적에 따라 용수 처리와 폐수 처리로 구분되어지는데, 전자는 음료수, 공업용수를 대상으로 하고, 후자는 도시하수, 공장폐수 등을 대상으로 한다. 물 처리는 수질을 목적에 맞는 만큼 조절한다고 해서 수질조절이라고 한다. 물 처리는 어떠한 용도로 처리하느냐에 따라 다르지만 보통 현탁 물질, 조류, 박테리아 및 바이러스의 제거, 탈기, 탈색, 탈철, pH 조절, 탈알칼리, 연화, 탈규소, 탈염 등을 제거한다. 물 처리의 목적에 따라 매우 다양한 처리법이 개발되어 처리되고 있으나 주요 기작으로는 침강, 화학응집, 여과, 흡착, 생물화학적 처리, 염산처리와 같은 물리화학적 처리와 생물학적 처리법이 있다.
이때, 수 처리 과정 중 염소 처리(Chlorination)는 살균, 악취 제거, 질소(암모니아)의 제거 및 유기물의 산화를 위해 진행되는 것으로서 물에 용해된 염소가 물과 반응하여 생성된 차아염소산(HOCl)과 차아염소산이온(OCl-)을 유리잔류염소(free residual chlorine)이라고 하는데 이는 수중에 용존하며 지속적으로 소독 효과를 제공할 수 있다.
이때, 염소 처리에 관한 선행기술로 한국 등록 특허 제 10-1118795호(발명의 명칭 : 소독부산물 저감형 고효율 차아염소산나트륨 발생장치)가 등록되어 있다.
상기 선행기술은 염화나트륨 수용액이 유입되는 양극실(12)과 물이 유입되는 음극실(14) 및 양극실(12)과 음극실(14)을 구획하는 양이온교환막(16)이 구비된 유격막전해조(10); 상기 양극실(12)의 전해반응을 통해 생성된 염소가스와 양극수를 저장하는 양극수저장탱크(20); 상기 음극실(14)의 전해반응을 통해 생성된 가성소다를 저장하고 수소가스를 배출하는 음극수저장탱크(30); 및 차아염소산나트륨을 생성하기 위하여, 상기 양극수저장탱크(20)에서 공급되는 염소가스와 음극수저장탱크(30)에서 생성된 가성소다가 반응하는 기액접촉부(40);를 포함하여 구성되는 차아염소산나트륨 발생장치에 있어서, 염화나트륨 수용액과 물을 이용하여 염산과 가성소다를 생산하여 각각 양극수와 음극수로 공급하는 물분해전기 투석조(50); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소독부산물 저감형 고효율 차아염소산나트륨 발생장치를 제시하고 있다.
상기 선행기술에 따르면 염소 소독에 따른 부산물을 최소화하여 고효율 차아염소산나트륨 발생이 가능하다는 장점이 있지만, 응집제 또는 흡착제 등의 첨가제가 함께 투입되지 않아 수 처리 효율이 떨어질 수 있다는 단점이 있다.
따라서 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 지하수를 소독하기 위하여 염소 및 응집제 및 흡착제를 포함하는 첨가제를 투입함으로써 기본적인 지하수의 소독 효과 및 악취 제거 효과와 더불어 오염 물질을 응집 및 흡착하여 제거할 수 있는 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법을 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 염소를 투입하여 지하수를 소독함으로써 지하수를 정화, 소독 및 악취를 제거하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 첨가제의 성분으로서 응집제를 포함하여 지하수 처리 과정에 투입함으로써 오염 물질을 응집시켜 제거함으로써 지하수 정화 효과를 향상시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 첨가제의 성분으로서 흡착제를 포함하여 지하수 처리 과정에 투입함으로써 오염 물질을 효과적으로 흡착시켜 악취의 제거 및 정화 효과를 향상시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 응집제에 응집 보조제를 포함함으로써 지하수 내의 중금속을 효과적으로 응집시켜 제거할 수 있는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법은, 지하수를 받아 지하수 탱크로 투입하는, 제 1 단계; 상기 지하수의 유량을 측정한 뒤 유량에 맞는 염소 투입량을 계산하는, 제 2 단계; 상기 계산된 염소 투입량에 상응하는 염소 및 응집제 및 흡착제를 포함하는 첨가제를 상기 지하수 탱크로 투입하는, 제 3 단계; 상기 지하수 탱크 내의 잔류 염소량을 측정하는, 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 3 단계는, 상기 계산된 염소 투입량에 상응하는 염소를 투입하는, 1차 단계; 전체 투입량 중량 대비, 5 내지 15중량%의 응집제 및 흡착제를 포함하는 첨가제를 투입하는, 2차 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더하여, 상기 첨가제는, 전체 첨가제 중량 대비, 수산화알루미늄을 포함하는 응집제 20 내지 80중량%, 활성탄을 포함하는 흡착제 20 내지 80중량.%의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 응집제는, 전체 1차 용액 중량 대비, 물 65 내지 85중량%, 황산철칠수화물(Fe2SO4*7H2O) 5 내지 20중량%, 수산화알루미늄(Al(OH)3)1 내지 10중량%, 황산마그네슘칠수화물(MgSO4*7H2O) 1 내지 10중량%을 혼합하여 1차 용액을 제조하는, 1차 용액 제조 단계; 전체 2차 용액 중량 대비, 상기 1차 용액 90 내지 99중량%, 황산(H2SO4) 1 내지 10중량%을 혼합한 뒤 200 내지 500rpm의 속도로 20 내지 50분 동안 교반하여 2차 용액을 제조하는, 2차 용액 제조 단계; 전체 3차 용액 중량 대비, 상기 2차 용액 60 내지 85중량%, 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide) 15 내지 40중량%를 혼합하여 3차 용액을 제조하는, 3차 용액 제조 단계; 전체 4차 용액 중량 대비, 상기 3차 용액 90 내지 99중량%, 과산화수소(H2O2) 1 내지 10중량%를 혼합하여 4차 용액을 제조하는, 4차 용액 제조 단계; 전체 응집제 중량 대비, 상기 4차 용액 75 내지 85중량%, 규산나트륨(Sodium silicate) 1 내지 10중량%, 수산화나트륨(sodium hydroxide) 1 내지 10중량%, 응집 보조제 5 내지 20중량%을 혼합하여 응집제를 완성하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법은,
1) 염소를 투입하여 지하수를 소독함으로써 지하수를 정화, 소독 및 악취를 제거할 수 있고,
2) 응집제를 포함하여 지하수 처리 과정에 투입함으로써 오염 물질을 응집시켜 제거함으로써 지하수 정화 효과를 향상시킬 수 있으며,
3) 흡착제를 포함하여 지하수 처리 과정에 투입함으로써 오염 물질을 효과적으로 흡착시켜 악취의 제거 및 정화 효과를 향상시킬 뿐만 아니라,
4) 응집제에 응집 보조제를 포함함으로써 지하수 내의 중금속을 효과적으로 응집시켜 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 지하수 처리 장치의 대략적인 구성을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 응집제를 제조하는 방법을 나타낸 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
먼저, 수 처리라 함은 원수(原水)를 사용하는 목적에 적합하도록 하는 처리로서, 정수 처리 또는 폐수 처리 등을 포함하여 수 처리라고 한다.
물의 처리에는 목적에 따라 용수 처리와 폐수 처리로 구분되어지는데, 전자는 음료수, 공업용수를 대상으로 하고, 후자는 도시하수, 공장폐수 등을 대상으로 한다. 물 처리는 수질을 목적에 맞는 만큼 조절한다고 해서 수질조절이라고 한다. 물 처리는 어떠한 용도로 처리하느냐에 따라 다르지만 보통 현탁 물질, 조류, 박테리아 및 바이러스의 제거, 탈기, 탈색, 탈철, pH 조절, 탈알칼리, 연화, 탈규소, 탈염 등을 제거한다. 물 처리의 목적에 따라 매우 다양한 처리법이 개발되어 처리되고 있으나 주요 기작으로는 침강, 화학응집, 여과, 흡착, 생물화학적 처리, 염산처리와 같은 물리화학적 처리와 생물학적 처리법이 있다.
이때, 수 처리 과정 중 염소 처리(Chlorination)는 살균, 악취 제거, 질소(암모니아)의 제거 및 유기물의 산화를 위해 진행되는 것으로서 물에 용해된 염소가 물과 반응하여 생성된 차아염소산(HOCl)과 차아염소산이온(OCl-)을 유리잔류염소(free residual chlorine)이라고 하는데 이는 수중에 용존하며 지속적으로 소독 효과를 제공할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 지하수를 식수, 음용수, 농업용수 등의 목적에 맞게 소독하기 위하여 염소를 투입하여 지하수를 소독하는 방법을 제시하고자 한다.
도 1은 본 발명의 지하수 처리 장치의 대략적인 구성을 나타낸 개념도이며, 본 발명의 지하수 처리 장치는 크게 지하수 탱크, 컨트롤러, 염소 투입기의 구성으로 이루어질 수 있다.
먼저, 지하수 탱크는 지하수를 받아 저장하는 탱크로서, 탱크로 염소가 투입되어 지하수의 소독이 진행될 수 있다. 이러한 지하수 탱크에는 유량계 및 수위 측정기 등이 함께 구비되어 지하수의 양을 측정할 수 있다. 더하여, 지하수 탱크에는 지하수의 오염을 방지할 수 있는 상부 보호공이 구비될 수 있으며, 염소량 측정 센서 및 경광등이 구비될 수 있는데, 이를 통해 염소량이 부족하다고 판단될 경우 경광등을 통해 비상등이 작동될 수 있다.
다음, 컨트롤러는 지하수 처리 장치 내의 모든 기구의 측정값을 저장하고 분석하여 기동 유무를 컨트롤하는 것으로서, 지하수 탱크 내의 유량 및 수위에 따른 염소 투입량의 계산 및 투입 후의 잔류 염소량 등을 계산하여 기구들의 작동 여부를 결정하고 제어할 수 있다.
마지막으로, 염소 투입기는 상술한 컨트롤러를 통해 계산된 지하수의 유량에 맞는 염소 투입량을 지하수 탱크에 투입하는 장치이며, 펌프를 구비하여 염소 투입기 내부의 염소를 지하수 탱크에 주입할 수 있다.
따라서 이러한 지하수 처리 장치를 통한 염소 지하수 처리 방법을 후술할 과정을 통해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법을 나타낸 순서도이며, 본 발명의 수 처리 방법은 제 1 단계(S100), 제 2 단계(S200), 제 3 단계(S300), 제 4 단계(S400)를 포함할 수 있다.
먼저, 제 1 단계(S100)는 지하수를 받아 지하수 탱크로 투입하는 과정이다. 여기서, 지하수는 땅 위에 내린 빗물이나 눈의 일부가 땅 속으로 침투되어 모래 및 자갈 등으로 이루어진 지층이나 암석의 간극(間隙)을 메우고 있는 물이며, 일반적으로 자연 상태의 지하수는 식음이 불가하기 때문에 식음을 포함한 여러 목적에 맞게 지하수를 응용하기 위해서는 후술할 과정을 통해 지하수의 수질을 증가시켜야 한다.
다음, 제 2 단계(S200)는 지하수의 유량을 측정한 뒤 유량에 맞는 염소 투입량을 계산하는 과정이며, 제 3 단계(S300)는 계산된 염소 투입량에 맞는 염소 및 응집제 및 흡착제를 포함하는 첨가제를 상기 지하수 탱크로 투입하는 과정이다. 이때, 유량의 측정은 초음파 기기를 이용하여 비접촉식으로 수위를 측정할 수 있으며, 별도의 물리적 장치를 이용하여 유량을 측정할 수도 있다. 이러한 방법으로 지하수의 유량을 측정한 뒤 이에 맞는 염소 투입량을 계산하는 과정을 진행하는데, 이러한 염소 투입량은 처리하는 물의 요구량, 처리 장치의 소비량과 실제 살균에 소요되는 양 등의 요소를 고려하여 결정하게 된다. 이때, 염소의 투입량은 처리수 1L 당 2 내지 8mg의 염소를 투입하는 것이 바람직하다. 더하여, 염소 및 첨가제는 펌프를 통해 일정량 지하수 탱크로 투입될 수 있다.
마지막으로, 제 4 단계(S400)는 지하수 탱크 내의 잔류 염소량을 측정하는 과정이다. 여기서, 잔류 염소량의 측정은 잔류 염소 계측기 등의 기기를 이용하여 측정할 수 있으며, 이러한 잔류 염소량은 실시간으로 컨트롤러를 통해 측정 및 적산(측정하거나 계산한 값을 차례차례로 더해 감. 또는 그 합계)될 수 있다. 이때, 잔류 염소량이 부족하다고 판단될 경우 컨트롤러는 추가적으로 투입할 염소량을 계산하여 투입할 수 있다.
따라서 본 발명은 지하수를 소독하기 위하여 염소 및 응집제 및 흡착제를 포함하는 첨가제를 투입함으로써 기본적인 지하수의 소독 효과 및 악취 제거 효과와 더불어 오염 물질을 응집 및 흡착하여 제거함으로써 지하수 소독 및 정화 효과를 극대화할 수 있다.
이에 더하여, 상술한 제 3 단계(S300)는 구체적으로 1차 단계, 2차 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 1차 단계는 계산된 염소 투입량에 상응하는 염소를 투입하는 과정이다. 여기서, 계산된 염소 투입량은 상술한 지하수 처리 장치의 컨트롤러에 의해 계산된 값이며, 여기서 말하는 염소는 차아염소산나트륨(Sodium hypochlorite) 및 차아염소산칼슘(Calcium hypochlorite)이 될 수 있으며, 가스 형태의 염소 가스가 사용될 수 있으며, 이러한 염소는 물에 용해되어 지하수의 소독을 진행할 수 있다.
다음, 2차 단계는 전체 투입량 중량 대비, 5 내지 15중량%의 응집제 및 흡착제를 포함하는 첨가제를 투입하는 과정이다. 여기서, 투입량이란 상술한 염소를 포함한 지하수 탱크로 투입되는 모든 물질의 총량을 말하는 것이다. 예를 들어, 차아염소산 나트륨 90%와 첨가제 10%의 비율로 지하수 탱크에 투입될 수 있으며, 여기서 첨가제는 지하수의 소독을 보조할 수 있는 것으로서 후술할 과정을 통해 구체적으로 설명하도록 한다.
이때, 상술한 첨가제는 전체 첨가제 중량 대비, 수산화알루미늄을 포함하는 응집제 20 내지 80중량%, 활성탄을 포함하는 흡착제 20 내지 80중량%의 혼합물로 이루어질 수 있다. 이러한 응집제 및 흡착제를 지하수 탱크에 투입시킴으로써 오염 물질을 응집 및 흡착하여 제거할 수 있으며, 응집 및 흡착하고 난 뒤의 부수물들은 필터 등을 통해 추가적으로 걸러주어야 한다.
도 3은 본 발명의 응집제를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이며, 응집제는 1차 용액 제조 단계(S310), 2차 용액 제조 단계(S311), 3차 용액 제조 단계(S312), 4차 용액 제조 단계(S313), 응집제 완성 단계(S314)를 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, 1차 용액 제조 단계(S310)는 전체 1차 용액 중량 대비, 물 65 내지 85중량%, 황산철칠수화물(Fe2SO4*7H2O) 5 내지 20중량%, 수산화알루미늄(Al(OH)3)1 내지 10중량%, 황산마그네슘칠수화물(MgSO4*7H2O) 1 내지 10중량%을 혼합하여 1차 용액을 제조하는 과정이다. 여기서, 황산철칠수화물, 수산화알루미늄, 황산마그네슘칠수화물은 응집제 제조의 출발물질로서 역할을 수행하며 알루미늄, 철, 마그네슘이 반응하여 응집제가 될 수 있다.
다음, 2차 용액 제조 단계(S311)는 전체 2차 용액 중량 대비, 1차 용액 90 내지 99중량%, 황산(H2SO4) 1 내지 10중량%을 혼합한 뒤 200 내지 500rpm의 속도로 20 내지 50분 동안 교반하여 2차 용액을 제조하는 과정이며, 3차 용액 제조 단계(S312)는 전체 3차 용액 중량 대비, 2차 용액 60 내지 85중량%, 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide) 15 내지 40중량%를 혼합하여 3차 용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 황산은 pH를 조절하기 위한 산으로서 역할을 수행하며, 폴리아크릴아마이드는 재료들의 원할한 분산 및 혼합을 위한 분산제로서 역할을 수행한다.
다음, 4차 용액 제조 단계(S313)는 전체 4차 용액 중량 대비, 3차 용액 90 내지 99중량%, 과산화수소(H2O2) 1 내지 10중량%를 혼합하여 4차 용액을 제조하는 과정이며, 응집제 완성 단계(S314)는 전체 응집제 중량 대비, 4차 용액 75 내지 85중량%, 규산나트륨(Sodium silicate) 1 내지 10중량%, 수산화나트륨(sodium hydroxide) 1 내지 10중량%, 응집 보조제 5 내지 20중량%을 혼합하여 응집제를 완성하는 과정이다. 여기서, 과산화수소는 상술한 성분들에서 응집제로의 중합을 수행하는 중합제로서 역할을 수행하며, 규산나트륨은 용액의 안정을 위한 안정제로서 역할을 수행한다. 더하여, 수산화나트륨은 용액 내의 산을 중화하는 염기로서 pH조절을 위하여 사용되었다. 이때, 수산화나트륨은 pH가 1 내지 3이 되도록 조절하여 투입시키는 것이 바람직하며, pH가 상술한 범위보다 높을 경우 금속 입자들의 뭉침 현상이 발생할 수 있으며, pH가 낮을 경우 입자들의 고분자화 진행에 영향을 주어 응집제로서의 성능이 저하될 수 있다. 더하여, 응집 보조제는 오염 물질의 응집력을 향상시켜줄 수 있는 보조물질로서 구체적인 제조 방법은 후술하도록 한다.
이러한 과정을 통해 제조된 응집제는 첨가된 성분들에 의해 금속 나노 미셀이 분산되어 있는 용액의 형태이며, 응집제를 지하수에 투입하였을 경우 악취의 제거 및 색도의 정화가 가능하다는 장점이 있다.
이때, 상술한 응집 보조제는 서브 용액 제조 단계, 침전물 형성 단계, 중화 단계, 서브 물질 제조 단계, 응집 보조제 완성 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, 서브 용액 제조 단계는 전체 서브 용액 중량 대비, 키틴 30 내지 70중량%, 수산화나트륨 30 내지 70중량%를 혼합한 후 150 내지 200℃에서 4 내지 6시간 동안 가열하여 서브 용액을 제조하는 과정이다.
이때, 키틴은 고분자 화합물인 셀룰로오스와 유사한 구조를 지닌 천연고분자 다당류로서, 셀룰로오스의 뼈대에 단백질의 특수 성분인 질소를 부가시킨 구조를 지닌다. 여기서 키틴이 함유하고 있는 아세틸기를 제거하기 위해 수산화나트륨을 첨가하는데, 수산화나트륨의 상은 액상이나 고상일 수 있다. 또한, 수산화나트륨을 첨가함으로써 키틴의 과도한 가수분해를 억제할 수 있다.
이와 같이 수산화나트륨을 첨가함으로써 키틴이 갖고 있는 아세틸기가 제거되어 키토산이 생성되는데, 이러한 키토산을 유효 성분으로 하는 서브 용액은 앞으로 제조될 응집 보조제의 점성을 향상시키는데 핵심적인 역할을 수행한다.
다음, 침전물 형성 단계는 서브 용액에 에탄올을 첨가하여 침전물을 형성하는 과정이다. 이는 서브 용액에 에탄올을 첨가함으로써 키토산을 유효 성분으로 포함하는 침전물이 형성되는데 이러한 과정은 후술할 중화시키는 단계에서 조해성을 가지는 것으로서 공기 중 수분에 의해 녹아 관정 주변의 견고한 구조를 해칠 수 있는 수산화나트륨을 제하고 키토산을 유효 성분으로 포함하는 침전물만을 얻기 위해 수행되는 과정이라고 할 수 있다.
이후, 중화 단계는 침전물을 물로 수회 세척하여 중화시키는 과정이다.
이는 침전물에 존재하는 수산화나트륨을 씻어내어 침전물을 중화시키는 단계라고 할 수 있다. 구체적으로 설명하자면, 수산화나트륨은 단백질을 녹이는 성질을 지니고 있어 인체 및 환경에 매우 해로운 영향을 끼치므로, 서브 용액을 제조하면서 첨가한 수산화나트륨을 제거하는 것이 응집 보조제를 제조하는데 적합하다고 할 수 있다.
다음, 서브 물질 제조 단계는 중화된 침전물에 전체 서브 물질 중량 대비 아세트산 0.1 내지 1중량%를 첨가하여 서브 물질을 제조하는 과정이다.
이는 중화된 침전물에 잔여하는 수산화나트륨을 아세트산과의 중화 반응을 통해 추가적으로 제거하여 구조적 안정성을 확보하는 기능을 수행한다.
마지막으로, 응집 보조제 완성 단계는 전체 응집제 중량 대비, 서브 물질 30 내지 70중량%, 정제 목초액 30 내지 70중량%를 혼합하여 응집 보조제를 완성하는 과정이다.
상기 서브 물질은 여전히 키토산을 유효 성분으로 포함하며, 이러한 침전물을 정제된 목초액과 혼합하면 점성을 가지는 친환경적인 물질을 제조할 수 있다.
이때 혼합된 정제 목초액은 천연 추출물 중의 하나로서 목재의 탄화 과정에서 생성되는 물질이다. 이러한 목초액은 항균, 살균, 항산화 효과, 향취 개선을 목적으로 식품 첨가제로 사용되어 왔는데, 식품 첨가제로서 사용되기 위해서는 목초액에 포함된 발암물질(예를 들어, 목타르, 페놀류, 메탄올 등)을 제거하여 목초액을 정제하는 것이 바람직하다.
상술한 단계를 통해 제조된 응집 보조제는 키토산을 유효 성분으로 포함하는데, 이에 더 나아가, 상술한 중화 단계에 의해 중화된 침전물에 지하수의 중금속을 흡착시키는 기능을 다음의 공정을 통해 더 부여하여, 응집 보조제의 응집성을 증진시킴과 동시에 응집 보조제를 건조시킨 후 기공을 형성하여 보다 견고한 구조를 가지도록 할 수 있다.
이를 위해 상기 중화시키는 단계 이후에는 제 1 혼합 용액 제조 단계, 제 2 혼합 용액 제조 단계, 제 1 결정물 수득 단계, 제 2 결정물 수득 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 제 1 혼합 용액을 제조하는 단계는 전체 제 1 혼합 용액 중량 대비, 상기 중화된 침전물 0.1 내지 1중량%, 초산 용액 99 내지 99.9중량%를 질소 기류 하에서 1 내지 2시간 동안 교반하여 제 1 혼합 용액을 제조하는 과정이다.
이는 키토산을 유효 성분으로 포함하는 침전물을 초산 용액과 혼합하여 질소 기류 하에 팽윤시키는 과정이라고 할 수 있다. 이때 팽윤이라 함은 고분자 물질인 키토산이 용매인 초산 용액을 흡수하여 부피가 늘어나게 되는 현상을 의미한다.
다음으로, 제 2 혼합 용액을 제조 단계는 전체 제 2 혼합 용액 중량 대비, 상기 제 1 혼합 용액 90 내지 99.9중량%, 질산암모늄세륨 0.1 내지 10중량%를 3 내지 6시간 동안 중합하여 제 2 혼합 용액을 제조하는 과정이다.
이때 질산암모늄세륨(CAN, Ceric ammonium nitrate)은 수용성의 무기화합물로서, 산화제로서의 역할을 수행하는데 특히 상기 제 2 혼합 용액을 제조하는 단계에서는 반응을 시작하게 하는 반응개시제로서의 역할을 수행한다. 그리하여 상술한 과정을 통해 제 2 혼합 용액은 고분자인 키토산의 중합체를 포함하는 용액이라고 할 수 있다.
이후, 제 1 결정물을 수득 단계는 전체 제 3 혼합 용액 중량 대비, 상기 제 2 혼합 용액 10 내지 30중량%, 아세톤 70 내지 90중량%를 혼합하여 제 3 혼합 용액을 제조한 후 여과하여 제 1 결정물을 수득하는 과정이다.
이때 제 3 혼합 용액은 키토산 중합체를 유효 성분으로 포함하는 제 2 혼합 용액과 아세톤을 혼합한 것으로서, 아세톤에 의해 키토산 중합체가 결정화되고 이를 여과하여 잔여물을 얻음으로써 아세톤이 제거된 고체상의 키토산 중합체인 제 1 결정물을 수득할 수 있다.
다음으로, 제 2 결정물을 제조하는 단계는 상기 제 1 결정물을 감압 건조 후 메탄올에 상기 건조된 제 1 결정물을 침지시킨 후 다시 감압 건조하여 제 2 결정물을 제조하는 과정이다.
이는 메탄올을 통해 제 1 결정물에 포함된 호모폴리머(즉, 미처 중합이 되지 않은 폴리머)를 제거한 후 다시 감압 건조를 수행하여 키토산 유도체인 키토산 아크릴산을 제 2 결정물로 제조하는 과정이라고 할 수 있다.
이렇게 제조된 제 2 결정물은 상기 응집 보조제를 제조할 시 포함될 수 있는데, 상기 응집 보조제를 완성하는 단계는 전체 응집 보조제 중량 대비, 상기 제 2 결정물 30 내지 70중량%, 목초액 30 내지 70중량%를 혼합하여 응집 보조제를 완성시킬 수 있다.
이러한 응집 보조제는 키토산을 유효 성분으로 하는 상기 서브 물질로부터 응집 보조제를 제조하는 것과는 다르게, 상술한 키토산 유도체인 제 2 결정물을 목초액과 혼합하여 응집 보조제를 완성하는 과정이라고 할 수 있다.
이와 같이 생성된 응집 보조제는 높은 내구성을 가지게 되어 오랜 시간 동안 응집 기능을 더욱 잘 수행할 수 있도록 할 수 있으며, 응집 효율이 상승되었고 지하수 내의 중금속 물질 흡착 능력이 우수하다는 특징이 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
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S100: 제 1 단계 S200: 제 2 단계
S300: 제 3 단계 S400: 제 4 단계
S310: 1차 용액 제조 단계 S311: 2차 용액 제조 단계
S312: 3차 용액 제조 단계 S313: 4차 용액 제조 단계
S314: 응집제 완성 단계 S320: 초기 용액 제조 단계
S321: 1차 물질 제조 단계 S322: 2차 물질 제조 단계
S323: 3차 물질 제조 단계

Claims (10)

  1. 염소 소독을 이용한 지하수 처리 방법으로서,
    지하수를 받아 지하수 탱크로 투입하는, 제 1 단계;
    상기 지하수의 유량을 측정한 뒤 유량에 맞는 염소 투입량을 계산하는, 제 2 단계;
    상기 계산된 염소 투입량에 상응하는 염소를 투입하는 1차 단계와, 전체 투입량 중량 대비, 5 내지 15중량%의 응집제 및 흡착제를 포함하는 첨가제를 상기 지하수 탱크로 투입하는 2차 단계를 포함한, 제 3 단계;
    상기 지하수 탱크 내의 잔류 염소량을 측정하는, 제 4 단계;를 포함하되,
    상기 첨가제는,
    전체 첨가제 중량 대비, 수산화알루미늄을 포함하는 응집제 20 내지 80중량%, 활성탄을 포함하는 흡착제 20 내지 80중량%의 혼합물로 이루어지고,
    상기 응집제는,
    전체 1차 용액 중량 대비, 물 65 내지 85중량%, 황산철칠수화물(Fe2SO4*7H2O) 5 내지 20중량%, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 1 내지 10중량%, 황산마그네슘칠수화물(MgSO4*7H2O) 1 내지 10중량%을 혼합하여 1차 용액을 제조하는, 1차 용액 제조 단계;
    전체 2차 용액 중량 대비, 상기 1차 용액 90 내지 99중량%, 황산(H2SO4) 1 내지 10중량%을 혼합한 뒤 200 내지 500rpm의 속도로 20 내지 50분 동안 교반하여 2차 용액을 제조하는, 2차 용액 제조 단계;
    전체 3차 용액 중량 대비, 상기 2차 용액 60 내지 85중량%, 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide) 15 내지 40중량%를 혼합하여 3차 용액을 제조하는, 3차 용액 제조 단계;
    전체 4차 용액 중량 대비, 상기 3차 용액 90 내지 99중량%, 과산화수소(H2O2) 1 내지 10중량%를 혼합하여 4차 용액을 제조하는, 4차 용액 제조 단계;
    전체 응집제 중량 대비, 상기 4차 용액 75 내지 85중량%, 규산나트륨(Sodium silicate) 1 내지 10중량%, 수산화나트륨(sodium hydroxide) 1 내지 10중량%, 응집 보조제 5 내지 20중량%을 혼합하여 응집제를 완성하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는, 지하수 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응집 보조제는,
    전체 서브 용액 중량 대비, 키틴 30 내지 70중량%, 수산화나트륨 30 내지 70중량%를 혼합한 후 150 내지 200℃에서 4 내지 6시간 동안 가열하여 서브 용액을 제조하는, 서브 용액 제조 단계;
    상기 서브 용액에 에탄올을 첨가하여 침전물을 형성하는, 침전물 형성 단계;
    상기 침전물을 물로 수회 세척하여 중화시키는, 중화 단계;
    상기 중화된 침전물에 전체 서브 물질 중량 대비 아세트산 0.1 내지 1중량%를 첨가하여 서브 물질을 제조하는, 서브 물질 제조 단계;
    전체 응집제 중량 대비, 상기 서브 물질 30 내지 70중량%, 정제 목초액 30 내지 70중량%를 혼합하여 응집 보조제를 완성하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는, 지하수 처리 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 중화 단계 이후에는,
    전체 제 1 혼합 용액 중량 대비, 상기 중화된 침전물 0.1 내지 1중량%, 초산 용액 99 내지 99.9중량%를 질소 기류 하에서 1 내지 2시간 동안 교반하여 제 1 혼합 용액을 제조하는, 제 1 혼합 용액 제조 단계;
    전체 제 2 혼합 용액 중량 대비, 상기 제 1 혼합 용액 90 내지 99.9중량%, 질산암모늄세륨 0.1 내지 10중량%를 3 내지 6시간 동안 중합하여 제 2 혼합 용액을 제조하는, 제 2 혼합 용액 제조 단계;
    전체 제 3 혼합 용액 중량 대비, 상기 제 2 혼합 용액 10 내지 30중량%, 아세톤 70 내지 90중량%를 혼합하여 제 3 혼합 용액을 제조한 후 여과하여 제 1 결정물을 수득하는, 제 1 결정물 수득 단계;
    상기 제 1 결정물을 감압 건조 후 메탄올에 상기 건조된 제 1 결정물을 침지시킨 후 다시 감압 건조하여 제 2 결정물을 제조하는, 제 2 결정물 제조 단계;를 포함하며,
    상기 응집 보조제 완성 단계는,
    전체 응집 보조제 중량 대비, 상기 제 2 결정물 30 내지 70중량%, 목초액 30 내지 70중량%를 혼합하여 응집 보조제를 완성하는 것을 특징으로 하는, 지하수 처리 방법.
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