KR102298012B1 - 수처리 효율이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법 및 수처리용 응집제 - Google Patents

수처리 효율이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법 및 수처리용 응집제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수처리 효율이 향상된 수처리용 응집제 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 응집제의 경우 장기간 동안 안정하며, 보편적으로 사용하는 폴리염화알루미늄, 황산알루미늄 등에 비하여 적은 양을 투입하여도 플록 형성이 보다 크고 단단하여 수처리 효율을 향상시킬 수 있고, 동시에 용존성 인, 질소, 불소 등이 함유된 폐수에서 용존성은 물론 입자성인 SS, 탁도를 현저히 낮출 수 있으며, 슬러지 부피를 감소시켜 안정적 수처리가 가능하게 하는 장점이 있다.

Description

수처리 효율이 향상된 수처리용 응집제의 제조방법 및 수처리용 응집제{Preparation method for flocculant composition for treating wastewater with improved water treatment efficiency}
본 발명은 수처리 효율이 향상된 수처리용 응집제 조성물의 제조방법, 상기 제조방법에 따라 제조된 응집제 조성물, 및 이를 이용한 수처리방법에 관한 것이다.
수(水) 중에 고체 입자등이 존재하는 경우 이러한 입자를 제거 및/또는 분리하는 공정은 수처리 산업뿐만 아니라 식품, 화학 산업 등 여러 분야에서 사용되고 있다. 특히 하수 및 폐수 처리, 정수, 지하수 처리, 적조 제거, 오염된 토양 처리수의 정수, 호수 정화와 같은 오염된 물의 처리 및 공업/농업/음용수의 제조 등 많은 공정에서 응집 및 침전 공정이 사용되고 있다. 최근 환경오염이 사회적 문제로 대두됨에 따라 오염물질의 제거에 있어 탁월한 효능을 나타내는 응집제의 개발이 요구되고 있다.
일반적으로 고염기도 응집제의 경우 일반 응집제에 비하여 플록(floc)이 크고 단단하게 형성되어 침강속도가 빨라 수처리 효율이 우수하고, 응집범위가 넓어 응집보조제를 사용하지 않아도 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 고염기도 응집제의 경우 탁도, SS 제거에는 매우 탁월하지만 입자성 콜로이드가 아닌 용존성 인, 질소, 불소 등이 많이 함유된 하수, 폐수에서는 처리가 안 되는 문제점이 있다.
따라서 용존성 인, 질소, 불소 등이 많이 함유된 하수, 폐수처리장에서는 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄 등을 많이 사용하고 있다. 그러나 이는 용존성인 하수, 폐수 유입시 용존성 인, 질소, 불소 제거에는 효과적이지만 역시 SS, 탁도는 제거가 되지 않는 문제점이 있다. 또한, 입자성인 인, 질소, 불소 등이 많이 함유된 원수가 유입시에는 SS, 탁도는 물론 인, 질소 불소까지 처리가 안 되는 문제점이 있다. 특히 황산알루미늄은 단분자 응집제로서 가격이 저렴하다는 장점은 있으나, 고분자 응집제에 비해 응집 효과가 낮고 처리 후 처리수의 알칼리도와 pH 저하가 크다는 단점이 있다.
현재까지는 입자성과 용존성 모두 처리할 수 있는 응집제가 없으며 하수, 폐수처리장의 경우 원수의 성상이 쉽게 바뀌기 때문에 수처리에 많은 어려움을 겪고 있다. 또한 하수, 폐수처리장의 경우 생물학적 처리를 위하여 MLSS(mixed liquer suspended solid) 유지를 위해 슬러지 반송을 하고 있으며 슬러지 반송량을 늘리거나 수처리 효율이 낮을 경우 슬러지 계면이 높아져 핀플럭이 뜨는 현상이 발생되는 문제점이 있다.
한편 불산은 디스플레이, 반도체 산업 등에서 사용하는 물질로서 독성과 부식성이 매우 강한 물질이다. 특히 표면처리, 식각 공정에 이용되는 사용량이 계속 증가되고 있다. 불산은 사용되는 공정에 따라 사용 농도가 다르고 함께 사용하는 약품 종류가 다양하기 때문에 발생되는 폐수 또한 서로 상이한 성상을 가지고 있으며, 일반적으로 유리 식각 공정에서 발생되는 폐수의 불소이온 농도는 500~2,000 mg/L 정도로 농도변화가 크고 비교적 고농도로 존재한다. 불소는 그 값이 5 mg/L을 초과하게 되면 치명적인 독성을 야기 시키는 원소로 산업폐수 중의 불소농도는 매우 신중하게 관리되고 처리되어야 하는 관리항목으로 규정하고 있다.
불소를 제거하기 위하여 가장 보편적으로 사용되는 방법은 칼슘 성분인 소석회, 염화칼슘 등을 이용하여 난용성인 CaF2 침전을 형성 시키는 응집 침전공정을 적용하고 있다. 그러나 일부 공정에서 붕소 화합물과 F-의 반응으로 인해 생성된 불화붕산염(BF4-)은 칼슘이온과 반응하지 않아 처리 효율이 낮아 총 불소 제거에 많은 어려움이 있다. 폐수에 불화붕산염이 포함된 경우 소석회를 이용한 화학처리 후에도 불화붕산염이 잔류하여, 불소 배출허용 기준을 초과하는 원인으로 작용한다. 일반적으로 불화붕산염은 알루미늄을 이용하여 분해하여 총 불소 제거 하는데 불화붕산염 분해는 낮은 pH와 높은 수온에서 불화붕산염을 불소로 분해하여 처리한다.
불화붕산염의 생성 및 제거기전은 다음과 같다:
불소이온과 칼슘이온의 반응식: Ca2+ ＋ 2F- = CaF2↓
불소이온은 칼슘이온과 반응하여 난용성의 불화칼슘을 형성하여 침전물 형태로 제거된다.
이에 용존성 인, 질소, 불소 및 SS 제거 효과가 탁월하면서 탁도 개선 효과를 함께 나타내고, 또한 슬러지 부피를 감소시켜 하/폐수 처리시 슬러지 계면의 높이를 낮추어 안정적인 수처리가 가능하도록 하는 개선된 형태의 응집제가 필요한 실정이다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
한국등록특허 제1,409,870호 (2014.6.13.등록) 한국등록특허 제1,374,191호 (2014.3.7.등록) 한국등록특허 제1,661,179호 (2016.9.23.등록) 일본등록특허 제4,136,107호 (2008.6.13.등록) 한국등록특허 제1,101,760호 (2011.12.27.등록) 한국등록특허 제735,540호 (2007.6.28.등록)
한승우외, 수처리용 Al(III)계 무기고분자응집제 제조시 물리적 영향, 화학공학회지 제42권 제5호 통권226호, pp. 612-618 (2004. 10) 금강석, 상수처리용 응집제 PAC와 LAS의 특성 비교 및 주입율에 관한 연구, 전남대 석사학위논문 (1997) 김형진, 수처리용 고기능성 알루미늄계 응집제 개발 및 상용화, 코맥스화학 (2012)
본 발명에서는, 하수 및 폐수 처리 시 용존성 인, 질소, 불소뿐만 아니라 입자성 부유물질(suspended solid, SS)을 제거하고, 탁도까지 개선할 수 있으면서도 안정한 응집제의 제조방법 및 이러한 제조방법에 따라 제조된 응집제 조성물을 제공하고, 이를 적용하여 수처리 효율을 향상시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는, 현재 시판되고 있는 무기 응집제보다 침강성이 우수하여 슬러지 부피(sludge volume)을 최소화함으로써, 하수 및 폐수 처리시 슬러지 계면의 높이를 낮추어 안정적인 수처리를 하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 하수, 폐수처리에 다양하게 적용되어 보편적으로 사용되는 응집제 폴리염화알루미늄, 황산알루미늄 등을 사용하였을 때 필요한 투입량 보다 적은 양의 투입량으로도 플록(floc) 형성이 보다 크고 단단하여 수처리 효율을 향상시키고, 또한 수처리 비용을 현저히 절감시키는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 폴리염화황산알루미늄계 응집제는 우수한 응집성능이 유지되고, 장기간의 저장 기간 동안 고체상의 침전물이 석출되지 않는 등 안정성이 우수하며, 용존성 인, 질소, 불소뿐만 아니라 입자성 부유물질(suspended solid, SS)을 제거하고, 탁도까지 개선하며, 슬러지 부피(sludge volume)을 최소화함으로써, 하수 및 폐수 처리시 슬러지 계면의 높이를 낮추어 안정적인 수처리가 가능하다는 점을 새로이 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
이하 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명은, 다음 단계를 포함하는 폴리염화황산알루미늄을 제조하는 방법에 관한 것이다:
(a) 산화알루미늄 40~70중량%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 15~25중량%과 20~40중량% 염산 50~75중량%, 및 물 10~35중량%를 혼합하여 산화알루미늄 9~15중량%, 염기도 0.1~5%인 염화알루미늄을 제조하는 단계;
(b) 산화알루미늄 40~70중량%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 8~15중량%, 60~98중량%인 황산 12~30중량%, 물 55~80중량%를 혼합하여 산화알루미늄 5~9중량%, 황산이온 10~30중량%인 황산알루미늄을 제조하는 단계;
(c) 단계 (b)에서 수득된 혼합물 80~90중량%에 산화나트륨(Na2O)의 농도가 10~50중량%인 NaOH 10~20중량%를 투입하여 50~200℃의 온도에서 반응시켜 산화알루미늄 3~8중량%, 황산이온 10~27중량%인 염기성 알루미늄황산염을 제조하는 단계;
(d) 단계 (a)에서 수득된 혼합물 60~85중량%와 단계 (c)에서 수득된 염기성 알루미늄황산염 15~40중량%를 100~200℃의 온도에서 혼합 및 반응시켜 염기도 15~40%인 염화알루미늄황산염을 제조하는 단계; 및
(e) 염화알루미늄황산염 35~80중량%에 산화나트륨(Na2O) 농도 10~40중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 농도 15~30중량%인 알루민산나트륨을 10~25중량%와 물 7~50중량%을 30~100℃의 온도에서 5,000~20,000rpm의 속도로 혼합 반응시켜 화학식 1로 표시되는 폴리염화황산알루미늄을 제조하는 방법:
[화학식 1]
Ala(OH)bClc(SO4)d
상기 식에서,
6≤a≤10, 9≤b≤21, 3≤c≤13, d≤1 이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 화학식 1에서,
a=6일 때, 9≤b≤13, 3≤c≤7, d≤1이고;
a=7일 때, 10≤b≤15, 4≤c≤9, d≤1이며;
a=8일 때, 12≤b≤17, 5≤c≤10, d≤1이고;
a=9일 때, 13≤b≤19, 6≤c≤12, d≤1이며;
a=10일 때, 15≤b≤21, 7≤c≤13, d≤1일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 화학식 1에서,
a=7이고, b=13이며, c=6이고, d≤1일 수 있고, a=6이고, b=11이며, c=5이고, d≤1일 수 있다.
본 발명에 따른 방법으로 제조된 폴리염화황산알루미늄계 응집제는 우수한 응집성능이 유지되고, 장기간의 저장 기간 동안 고체상의 침전물이 석출되지 않는 등 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 용존성 인, 질소, 불소뿐만 아니라 입자성 부유물질(suspended solid, SS)을 제거하고, 탁도까지 개선하며, 슬러지 부피(sludge volume)을 최소화함으로써, 하수 및 폐수 처리시 슬러지 계면의 높이를 낮추어 안정적인 수처리가 가능하다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 수득되는 폴리염화황산알루미늄은, Al2O3의 농도가 10~19 중량%이고, 염기도가 50~75%이며, 염화물(Cl)이 10~20 중량%이고, (SO4)2-이 1~5 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리염화황산알루미늄계 응집제는 보다 구체적으로,
1) Al2O3의 농도가 10~19 중량%, 10~18 중량%, 10~17 중량%, 10~16 중량%, 10~15.5 중량%, 10~15 중량%, 10~14 중량%, 10~13 중량%, 10~12 중량%일 수 있고;
2) 염기도가 50~75%, 50~74%, 50~73%, 50~72%, 50~71%, 50~70%, 50~69%, 50~68%, 50~67%, 50~66%, 50~65%, 50~64%, 50~63%, 50~62%, 50~61%, 50~60%일 수 있으며;
3) 염화물(Cl)이 10~20 중량%, 10~19 중량%, 10~18 중량%, 10~17 중량%, 10~16 중량%, 10~15 중량%일 수 있고;
4) (SO4)2-이 1~5 중량%, 1~4.9 중량%, 1~4.8 중량%, 1~4.7 중량%, 1~4.6 중량%, 1~4.5 중량%, 1~4.4 중량%, 1~4.3 중량%, 1~4.2 중량%, 1~4.1 중량%, 1~4.0 중량%일 수 있으며 (SO4)2-의 하한값은 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량% 또는 1.5 중량%일 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에 따라 제조된 폴리염화황산알루미늄은, Al2O3의 농도, 염기도, 염화물 농도 및 (SO4)2-의 농도범위가 상기한 범위 내인 경우, 용존성 인, 질소, 불소 및 입자성 부유물질(suspended solid, SS) 제거; 탁도 개선; 및 슬러지 부피 감소 효과가 가장 우수하다. 하한값 미만인 경우 원하는 수준의 효과가 발현되지 않았고, 상한값을 초과하는 경우 효과의 변화가 미미하거나, 제조 시 안정성이 확보되지 않는 문제가 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리염화황산알루미늄계 응집제는 용존성 인, 질소, 불소 및 입자성 부유물질(suspended solid, SS) 제거; 탁도 개선; 및 슬러지 부피 감소 효과를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 일 양태에서, 상기 방법에 따라 제조된 폴리염화황산알루미늄계 응집제 조성물이 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 양태에서, 상기 폴리염화알루미늄계 응집제 조성물에는 무기금속화합물이 추가로 첨가될 수 있다. 무기금속화합물로는 Si, Ca, Mg, La, Be, B, Fe, Ga, Ge, Y, Zr, Na, 및 K 등이 사용될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리염화황산알루미늄계 응집제는, 하·폐수 처리 공정 중 URC(Ultra rapid coagulation) 공법, A2O(Anaerobic Anoxic Aerobic) 공법, MLE(Modified Ludzack-Ettinger) 공법, MRB(Membrane Bioreactor) 공법, SBR(Sequencing Batch Reactor) 공법, BARDENPHO 공법, 및 DNR(Daewoo Nutrient Removal) 공법으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 공법에 적용시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리염화황산알루미늄계 응집제를 하수 또는 폐수 등과 같은 오염수에 처리하여, 용존성 인, 질소, 불소 및 입자성 부유물질(suspended solid, SS)을 제거하고; 탁도를 개선하며; 슬러지 부피를 감소시키는, 오염수 처리 방법이 제공된다.
본 명세서에서 달리 언급이 없는 한 %는 중량%를 의미한다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 폴리염화황산알루미늄계 응집제는 우수한 응집성능이 유지되며, 장기간의 저장 기간 동안 고체상의 침전물이 석출되지 않는 등 안정성이 우수하며, 용존성 인, 질소, 불소뿐만 아니라 입자성 부유물질(suspended solid, SS)을 제거하고, 탁도까지 개선하며, 슬러지 부피(sludge volume)을 최소화함으로써, 하수 및 폐수 처리시 슬러지 계면의 높이를 낮추어 안정적인 수처리가 가능하다.
도 1은 염기도% 및 염화물% 조건을 동일하게 하고 Al2O3 %를 달리하였을 때 SS 및 T-P 값에 미치는 영향을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 염기도 및 염화물% 조건을 동일하게 하고 Al2O3 %를 달리하였을 때 SV30 값에 미치는 영향을 측정한 결과를 나타내는 사진이다.
도 3은 Al2O3 % 및 염화물% 조건을 동일하게 하고 염기도%를 달리하였을 때 SS 및 T-P 값에 미치는 영향을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 Al2O3 % 및 염기도% 조건을 동일하게 하고 염화물%를 달리하였을 때 SS 및 T-P 값에 미치는 영향을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5a, 5b, 5c 및 5d는 산화알루미늄 농도별, 염기도별, 염화물 농도별, 황산이온 농도별 제품의 안정성 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 제품과 종래 제조방법에 따라 제조된 제품의 안정성을 비교실험한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
제조예. 응집제의 제조
(1차 혼합물의 제조) 산화알루미늄 60중량%인 수산화알루미늄 15~25중량%, 35중량% 염산 50~75중량% 물 10~35중량%을 혼합하여 산화알루미늄 9~15중량%, 염기도 0.1~5%인 염화알루미늄 제조하였다.
(2차 혼합물의 제조) 산화알루미늄 60중량%인 수산화알루미늄 8~15중량%, 60~98중량% 황산 12~30중량%, 물 55~80중량%을 혼합하여 산화알루미늄 5~9중량% 황산이온 10~30중량%인 황산알루미늄을 제조하였다.
2차 혼합물 80~90중량%에 산화나트륨(Na2O)의 농도가 10~50중량%인 NaOH 10~20중량% 를 투입하여 50~200℃의 온도에서 반응하여 산화알루미늄 3~8중량%, 황산이온 10~27중량%인 염기성알루미늄황산염을 제조하였다. 1차 혼합물 60~85중량%와 염기성알루미늄황산염 15~40중량%을 100~200℃의 온도에서 혼합 반응하여 염기도 15~40%인 염화알루미늄황산염을 제조하였다. 염화알루미늄황산염 35~80중량%에 산화나트륨(Na2O) 농도 10~40중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 농도 15~30중량%인 알루민산나트륨 10~25중량%와 물 7~50중량%을 30~100℃의 온도에서 5,000~20,000rpm의 속도로 혼합 반응시켜 Al7(OH)13Cl6SO4 의 분자구조식을 가지는 폴리염화황산알루미늄을 제조하였다.
실시예.
상기 제조예에 기재된 바와 같은 방법으로 하기 표에 나타낸 바와 같은 응집제를 제조하였다:
No. Al2O3 염기도 염화물 SO4 2-
실시예 1 10.5 60 11 2
실시예 2 12.5 60 12 2
실시예 3 16 60 13 2
실시예 4 10.5 60 13 2
실시예 5 13 60 13 2
실시예 6 14 60 13 2
실시예 7 18 60 13 2
실시예 8 19 60 13 2
실시예 9 16 50 13 2
실시예 10 16 55 13 2
실시예 11 16 65 13 2
실시예 12 16 70 13 2
실시예 13 16 75 13 2
실시예 14 16 60 10 2
실시예 15 16 60 12 2
실시예 16 16 60 14 2
실시예 17 16 60 16 2
실시예 18 16 60 18 2
실시예 19 16 60 20 2
실시예 20 13 60 13 0
실시예 21 13 60 13 1
실시예 22 13 60 13 3
실시예 23 13 60 13 4
실시예 24 13 60 13 5
실시예 25 12.5 60 14 2
실시예 26 14.5 60 13 2
실시예 27 15 60 13 2
실시예 28 15.5 60 13 2
실시예 29 15.5 50 13 2
실시예 30 15.5 55 13 2
실시예 31 15.5 65 13 2
실시예 32 15.5 70 13 2
실시예 33 15.5 60 10 2
실시예 34 15.5 60 12 2
실시예 35 15.5 60 14 2
실시예 36 15.5 60 16 2
실시예 37 15.5 60 18 2
실시예 38 15.5 60 20 2
실시예 39 15.5 55 11 1.5
실시예 40 15.7 62 12.5 1
실시예 41 15.1 68 14 3
실시예 42 15.8 65 15 2.5
실시예 43 15.2 60 12 3.5
실시예 44 16 60 13 3
실시예 45 15.5 65 15 2.5
실시예 46 15 65 13 2.5
실시예 47 15.5 58 15 3
실시예 48 10.4 59 11 5
실시예 49 12.7 62 14 4
실시예 50 15.6 61 15 2.5
실시예 51 10.6 56 10 4.5
실시예 52 12.5 63 13 3.5
실시예 53 15.9 65 14 3
실시예 54 11 57 11 4
실시예 55 12.7 58 12 3
실시예 56 15.4 60 15 2.5
실시예 57 10.8 63 11 3.5
실시예 58 12.9 59 12 2.5
실시예 59 16.2 61 15 2
실시예 60 10.5 62 12 3
실시예 61 12.4 57 12 3
실시예 62 16.5 60 14 3
실시예 63 10.2 62 10 2.5
실시예 64 12.5 56 12 2.5
실시예 65 15 65 11 2.5
실시예 66 11 58 12 3
실시예 67 13.3 64 14 3
실시예 68 15.5 61 16 3
실시예 69 11.8 65 11 3.5
실시예 70 14.5 67 15 3.5
실시예 71 17.6 58 13 3.5
실시예 72 10.5 55 13 3
실시예 73 12.2 70 13 3
실시예 74 16.1 66 14 3
실시예 75 11.4 61 10 3
실시예 76 13.5 58 12 2.5
실시예 77 15.8 64 12 2.5
실시예 78 10.5 55 12 3
실시예 79 12.8 63 13 2.5
실시예 80 16.4 67 16 2.5
실시예 81 10.6 63 11 2.5
실시예 82 12.7 61 12 2
실시예 83 16.3 67 17 2
실시예 84 10.9 59 12 2
실시예 85 12.5 60 13 2
실시예 86 16.9 62 15 1.5
실시예 87 11.1 61 12 2.5
실시예 88 14.1 57 15 2
실시예 89 16.2 64 18 1.5
실시예 90 11.5 67 13 2.5
실시예 91 12.3 62 13 2.5
실시예 92 17.1 60 16 2
실험예
실험예 1. A 하수처리장에 적용한 실험 결과(일반하수)
다음은 하수처리장 원수를 이용한 무기응집제 성상별 Jar-Test 비교 실험이다. 다음 표에 나타낸 바와 같이, 황산알루미늄(구입처: 삼구화학공업(주)), SamPAC1500(구입처: 삼구화학공업(주)), 폴리염화알루미늄(구입처: 삼구화학공업(주)), 실시예 1 내지 3, 폴리수산화염화황산알루미늄(구입처: 삼구화학공업(주))을 각각 70 ppm 농도로 A 지역에서 채취한 하수(원수성상 : SS 12.5 mg/L, T-P 3.12 mg/L, T-N 9.8 mg/L, SV30 900 ml/L)에 투입하고, 부유물질(suspended solid, SS), 총 인(Total-P, T-P), 총-질소(Total-N, T-N), SV30 값을 측정하였다. SS, T-P, T-N 및 SV30의 측정방법은 (수질오염폐기물토양오염)공정시험방법(동화기술편집부 저)에 기재된 방법을 사용하였다.
- 황산알루미늄 SamPAC1500 폴리염화알루미늄 실시예 폴리수산화염화황산알루미늄
1 2 3
성상 Al2O3
(중량%)		 8 10.5 13 15 10.5 13 17 10.5 12.5 16 10.5 12.5
염기도
(%)		 - 15 15 15 40 40 40 60 60 60 70 70
염화물
(%)		 - 19 23 26 13 16 21 11 12 13 10.5 12.5
황산이온 (%) - 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 2 2 2 2 2
투입량 (ppm) 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70
SS (mg/L) 3.7 3.2 2.9 2.6 2.8 2.4 2.1 1.5 1.3 0.9 1.2 0.9
T-P (mg/L) 2.21 1.19 0.82 0.57 1.92 1.20 0.97 1.21 0.95 0.59 1.23 0.94
T-N (mg/L) 9.1 8.4 7.7 7.3 8.9 8.5 7.9 8.3 7.9 7.4 8.3 7.8
SV30 (ml/L) 880 870 830 790 840 800 750 740 630 490 800 750
비고 1) 원수성상 : SS 12.5mg/L, T-P 3.12mg/L, T-N 9.8mg/L, SV30 900ml/L
결과 1) T-P, T-N의 경우 저염기성폴리염화알루미늄 15%가 가장 우수함.
2) SS의 경우 폴리수산화염화황산알루미늄 12.5%가 가장 우수함.
3) SV30의 경우 폴리수산화염화황산알루미늄 12.5%가 가장 우수함.
4) 실시예 1 내지 3의 경우 SS,T-P,T-N의 수처리는 물론 SV30도 매우 탁월함.
실험예 2. B 폐수처리장에 적용한 실험 결과(일반폐수)
B 지역에서 채취한 폐수(원수성상 : SS 140.1 mg/L, T-N 36.9mg/L, COD 120mg/L, BOD5 115.5mg/L, SV30 900ml/L)에 황산알루미늄, 저염기성폴리염화알루미늄, 폴리염화알루미늄, 실시예 1 내지 3, 폴리수산화염화황산알루미늄을 각각 250 ppm의 농도로 처리하고 25% NaOH를 아래 표에 기재된 수치로 투입한 후, SS, T-N, COD, BOD5 및 SV30을 측정하였다. SS, T-N, COD, BOD5 및 SV30의 측정방법은 (수질오염폐기물토양오염)공정시험방법(동화기술편집부 저)에 기재된 방법을 사용하였다.
황산알루미늄 SamPAC1500 폴리염화알루미늄 실시예 폴리수산화염화황산알루미늄
1 2 3
성상 Al2O3
(중량%)		 8 10.5 13 15 10.5 13 17 10.5 12.5 16 10.5 12.5
염기도 (%) - 15 15 15 40 40 40 60 60 60 70 70
염화물 (%) - 19 23 26 13 16 21 11 12 13 10.5 12.5
황산이온 (%) - 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 2 2 2 2 2
투입량 (ppm) 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250
25%NaOH (ppm) 20 20 20 20 17 17 17 10 10 10 10 10
SS (mg/L) 10.4 9.2 8.5 6.6 8.1 6.4 5.6 5.3 4.5 3.2 4.4 3.1
T-N (mg/L) 35.2 34.5 33.5 33.1 34.9 34.7 33.9 34.6 33.7 33.0 34.5 33.6
COD (mg/L) 86.2 82.9 82.3 80.5 84.7 84.3 83.5 82.1 81.4 80.2 82.9 82.2
BOD5 (mg/L) 89.4 85.2 83.8 81.2 87.5 86.6 85.0 84.3 82.9 81.3 86.2 83.5
SV30 (ml/L) 460 280 240 200 220 180 160 150 110 40 160 120
비고 1) 원수성상 : SS 140.1mg/L, T-N 36.9mg/L, COD 120mg/L, BOD5 115.5mg/L, SV30 900ml/L
결과 1) T-N, COD, BOD5의 경우 저염기성폴리염화알루미늄 15%가 가장 우수함.
2) SS의 경우 폴리수산화염화황산알루미늄 12.5%가 가장 우수함.
3) SV30의 경우 폴리수산화염화황산알루미늄 12.5%가 가장 우수함.
4) 본 발명품의 경우 SS,T-N,COD, BOD의 수처리는 물론 SV30도 매우 탁월함.
실험예 3. A 하수처리장 현장에 적용한 실험 결과(field-test)
A 하수처리장 현장에 각 계열별로 무기응집제를 투입하고, 5일 간 비교 실험한 결과이다.
원수 SamPAC1500 폴리염화알루미늄 실시예 3 폴리수산화염화황산알루미늄
성상 Al2O3 (중량%) - 15 17 16 12.5
염기도 (%) - 15 40 60 70
염화물 (%) - 26 21 13 12.5
황산이온 (%) - 0.3 0.3 2 2
투입량 (ppm) - 40 40 40 40
1일차 SS (mg/L) 10.5 3.1 2.6 1.6 1.6
T-P (mg/L) 2.35 0.51 0.94 0.49 0.68
SV30 (ml/L) 940 800 700 420 660
2일차 SS (mg/L) 11.2 3.4 2.7 1.6 1.8
T-P (mg/L) 2.62 0.42 0.85 0.43 0.61
SV30 (ml/L) 800 740 680 350 620
3일차 SS (mg/L) 9.8 3.2 2.5 1.5 1.7
T-P (mg/L) 2.09 0.37 0.79 0.37 0.56
SV30 (ml/L) 800 740 660 400 630
4일차 SS (mg/L) 10.7 3.3 2.8 1.5 1.4
T-P (mg/L) 2.42 0.43 0.82 0.41 0.59
SV30 (ml/L) 880 790 690 420 660
5일차 SS (mg/L) 11.2 3.7 2.6 1.5 1.6
T-P (mg/L) 2.71 0.46 0.83 0.42 0.57
SV30 (ml/L) 840 780 650 370 610
비고 1) 현상실험은 각 계열별로 응집제를 투입하여 5일간 진행함.
결과 1) T-P의 경우 저염기성폴리염화알루미늄이 가장 우수함.
2) SS의 경우 폴리수산화염화황산알루미늄이 가장 우수함.
3) SV30의 경우 폴리수산화염화황산알루미늄이 가장 우수함.
4) 본 발명에 따른 실시예 3의 경우 SS,T-P의 수처리는 물론 SV30도 매우 탁월함.
실험예 4. B 폐수처리장 현장에 적용한 실험 결과
*B 폐수처리장 현장에 각 계열별로 무기응집제를 투입하여 5일간 비교 실험한 결과이다.
원수 SamPAC1500 폴리염화알루미늄 실시예 3 폴리수산화염화황산알루미늄
성상 Al2O3 (중량%) - 15 17 16 12.5
염기도 (%) - 15 40 60 70
염화물 (%) - 26 21 13 12.5
황산이온 (%) - 0.3 0.3 2 2
투입량 (ppm) - 700 700 700 700
25%NaOH (ppm) - 200 200 200 200
1일차 SS (mg/L) 1,073 100.1 99.5 88.5 88.4
COD (mg/L) 973 859 895 863 887
SV30 (ml/L) 700 520 480 300 420
2일차 SS (mg/L) 1,105 100.7 99.9 88.9 89.1
COD (mg/L) 1,004 877 901 871 891
SV30 (ml/L) 740 620 580 400 540
3일차 SS (mg/L) 1,374 100.6 99.8 88.7 88.5
COD (mg/L) 1,027 874 892 875 889
SV30 (ml/L) 780 600 560 360 500
4일차 SS (mg/L) 1,021 99.1 98.5 87.8 87.9
COD (mg/L) 951 868 887 865 884
SV30 (ml/L) 700 560 500 340 480
5일차 SS (mg/L) 1,542 100.4 99.6 88.9 88.7
COD (mg/L) 1,105 881 899 879 895
SV30 (ml/L) 780 620 560 380 520
비고 1) 현상실험은 각 계열별로 응집제를 투입하여 5일간 진행함.
결과 1) COD의 경우 저염기성폴리염화알루미늄이 가장 우수함.
2) SS의 경우 폴리수산화염화황산알루미늄이 가장 우수함.
3) SV30의 경우 폴리수산화염화황산알루미늄이 가장 우수함.
4) 본 발명에 따른 실시예 3의 경우 SS,COD의 수처리는 물론 SV30도 매우 탁월함.
실험예 5. 응집제별 비교 실험
① 일반하수 (C)
A사 B사 C사 실시예 3
성상 Al2O3
(중량%)		 12.5 12.5 12.5 16
염기도 (%) 70 60 60 60
염화물 (%) - - - 13
황산이온(%) - - - 2
투입량 (ppm) 80 80 80 80
SS (mg/L) 1.0 1.3 1.2 0.7
T-P (mg/L) 1.4 1.2 1.1 0.6
DTP (mg/l) 0.9 0.7 0.7 0.4
PO4-P (mg/l) 0.5 0.4 0.3 0.2
SV30 (ml/L) 750 590 600 450
비고 1) 원수성상 : SS 10.5mg/L, T-P 5.1mg/L, DTP 1.3mg/l, PO4-P 3.8mg/l, SV30 950ml/L
② 일반하수 (D)
A사 B사 C사 실시예 3
성상 Al2O3
(중량%)		 12.5 12.5 12.5 16
염기도 (%) 70 60 60 60
염화물 (%) - - - 13
황산이온(%) - - - 2
투입량 (ppm) 50 50 50 50
SS (mg/L) 0.9 1.2 1.2 0.8
T-P (mg/L) 1.3 1.1 1.1 0.7
T-N (mg/L) 8.7 8.4 8.4 7.9
SV30 (ml/L) 750 600 580 400
비고 1) 원수성상 : SS 9.4mg/L, T-P 4.2mg/L, T-N 10.5mg/l, SV30 900ml/L
③ 일반하수 (E)
원수 A사 B사 C사 실시예 3
성상 Al2O3
(중량%)		 - 12.5 12.5 12.5 16
염기도 (%) - 70 60 60 60
염화물 (%) - - - - 13
황산이온(%) - - - - 2
투입량 (ppm) - 60 60 60 60
1일차 SS (mg/L) 9.8 2.1 2.6 2.7 1.9
T-P (mg/L) 3.12 1.01 0.92 0.95 0.67
SV30 (ml/L) 850 700 620 600 350
2일차 SS (mg/L) 10.2 2.2 2.8 2.7 1.9
T-P (mg/L) 3.72 0.98 0.91 0.90 0.64
SV30 (ml/L) 800 770 610 620 360
3일차 SS (mg/L) 9.1 1.9 2.6 2.5 1.6
T-P (mg/L) 2.95 1.05 0.95 0.94 0.62
SV30 (ml/L) 850 780 620 590 350
4일차 SS (mg/L) 9.3 2.0 2.7 2.7 1.9
T-P (mg/L) 3.34 0.99 0.88 0.95 0.58
SV30 (ml/L) 750 600 580 590 360
5일차 SS (mg/L) 10.6 2.3 2.8 2.5 1.7
T-P (mg/L) 3.52 1.02 0.94 0.91 0.59
SV30 (ml/L) 850 710 610 600 380
비고 1) 현상실험은 각 계열별로 응집제를 투입하여 5일간 진행함.
④ 불소폐수
A사 B사 C사 실시예 3
성상 Al2O3
(중량%)		 12.5 12.5 12.5 16
염기도 (%) 70 60 60 60
염화물 (%) - - - 13
황산이온(%) - - - 2
투입량 (ppm) 2,000 2,000 2,000 2,000
SS (mg/L) 1.3 1.8 1.9 1.2
F (mg/L) 299 220 217 136
비고 1) 원수성상 : SS 21.2mg/L F 1,275mg/l
⑤ 제지폐수
A사 B사 C사 실시예 3
성상 Al2O3
(중량%)		 12.5 12.5 12.5 16
염기도 (%) 70 60 60 60
염화물 (%) - - - 13
황산이온(%) - - - 2
투입량 (ppm) 200 200 200 200
SS (mg/L) 64.8 72.5 72.0 64.3
COD (mg/L) 117 113 110 101
경도 (mg/L) 1950 1920 1910 1880
비고 1) 원수성상 : SS 10,980mg/L COD 732mg/l, 경도 2030mg/L
실험예 6.
① 산화알루미늄 별 비교
- 응집제 조성
실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 3 실시예 7 실시예 8
성상 Al2O3
(중량%)		 10.5 13 14 16 18 19
염기도(%) 60 60 60 60 60 60
염화물(%) 13 13 13 13 13 13
황산이온
(%)		 2 2 2 2 2 2
투입량 (ppm) 60 60 60 60 60 60
SS (mg/L) 2.2 1.9 1.3 1.1 0.9 0.7
T-P (mg/L) 1.3 1.1 0.6 0.5 0.5 0.4
그래프 도 1
SV30 (ml/L) 900 850 550 530 500 480
도 2
비고 1) 원수성상 : SS 10.2mg/L, T-P 3.8mg/L, SV30 950ml/L
2) 본 발명에 따른 응집제의 산화알루미늄 성상에 따른 비교를 위해 염기도 60%, 염화물 13% 조건을 동일하게 고정하고, Al2O3 농도를 달리하여 제조함.
결과 1) 위 결과와 같이 최적의 Al2O3은 14% 이상인 것으로 판단됨.
2) 염기도 60%에서 Al2O3 19% 이상을 제조하기에는 안정성이 확보되지 않았음.
② 염기도별 비교
- 응집제 조성
실시예 9 실시예 10 실시예 3 실시예 11 실시예 12 실시예 13
성상 Al2O3
(중량%)		 16 16 16 16 16 16
염기도(%) 50 55 60 65 70 75
염화물(%) 13 13 13 13 13 13
황산이온
(%)		 2 2 2 2 2 2
투입량 (ppm) 60 60 60 60 60 60
SS (mg/L) 1.8 1.0 0.9 0.9 0.8 0.8
T-P (mg/L) 0.9 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2
그래프 도 3
SV30 (ml/L) 600 550 530 510 500 480
비고 1) 원수성상 : SS 10.4mg/L, T-P 3.9mg/L, SV30 930ml/L
2) 본 발명에 따른 응집제의 염기도 성상에 따른 비교를 위해 산화알루미늄 16%, 염화물 13% 조건을 동일하게 고정하고 염기도를 달리하여 제조함.
결과 1) 위 결과와 같이 최적의 염기도는 55% 이상인 것으로 판단됨.
2) Al2O3 16%에서 염기도 75% 이상을 제조하기에는 안정성이 확보되지 않았음.
③ 염화물별 비교
- 응집제 조성
실시예 14 실시예 15 실시예 16 실시예 17 실시예 18 실시예 19
성상 Al2O3
(중량%)		 16 16 16 16 16 16
염기도(%) 60 60 60 60 60 60
염화물(%) 10 12 14 16 18 20
황산이온 (%) 2 2 2 2 2 2
투입량 (ppm) 60 60 60 60 60 60
SS (mg/L) 1.0 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7
T-P (mg/L) 1.4 0.7 0.6 0.5 0.4 0.4
그래프 도 4
SV30 (ml/L) 550 550 530 520 500 490
비고 1) 원수성상 : SS 10.0mg/L, T-P 3.7mg/L, SV30 970ml/L
2) 본 발명에 따른 응집제의 염화물 성상에 따른 비교를 위해 산화알루미늄 16%, 염기도 60% 조건을 동일하게 고정하고, 염화물%를 달리하여 제조함.
결과 1) 위 결과와 같이 최적의 염화물은 12% 이상인 것으로 판단됨.
2) Al2O3 16%, 염기도 60%에서 염화물 20% 이상을 제조하기에는 안정성이 확보되지 않았음.
*④ 황산이온별 비교
[표 13-1]
Figure 112021035640836-pat00001
실험예 7. 응집제별 계면 실험결과(현장, 총 계면 높이 400/ 단위 cm)
응집제 실시예 25 실시예 16 폴리수산화염화황산알루미늄 폴리염화알루미늄
성상 Al2O3
(중량%)		 12.5 16 12.5 17
염기도 (%) 60 60 70 40
염화물 (%) 14 14 12.5 21
황산이온(%) 2 2 2 0.3
평균계면 241 135 240 262
결과 1) 응집제별 계면높이 확인결과 실시예 5가 가장 우수하였음.
2) 계면높이 확인결과 실시예 4, 폴리수산화염화황산알루미늄의 경우
염기도는 높으나 산화알루미늄의 농도가 낮아 계면의 높이가 상승하는
것으로 보이며, 폴리염화알루미늄의 경우 산화알루미늄의 농도는 높으나 염기도가 낮아 계면 높이가 상승하는 것으로 보임.
3) 산화알루미늄 농도가 높고 염기도가 높을수록 계면높이가 낮아지는
것으로 판단되므로, 적정성상은 실시예 5인 산화알루미늄 16%, 염기도
60%, 염화물 14%가 적합할 것으로 판단됨.
실험예 8. 산화알루미늄 농도별 비교실험
산화알루미늄 농도별 응집제를 처리하였을 때 SS, T-P, SV30값을 측정한 결과를 다음 표에 나타냈다:
실시예 6 실시예 26 실시예 27 실시예 28 실시예 3
성상 Al2O3
(%)		 14 14.5 15 15.5 16
염기도 (%) 60 60 60 60 60
염화물 (%) 13 13 13 13 13
황산이온 (%) 2 2 2 2 2
투입량 (ppm) 40 40 40 40 40
SS (mg/L) 1.5 1.3 0.9 0.7 0.5
T-P (mg/L) 1.4 1.2 0.7 0.5 0.4
SV30 (ml/L) 630 600 540 520 480
비고 1) F하수처리장 원수를 사용함.
2) 원수성상 : SS 17.2mg/L, T-P 2.4mg/L, SV30 850ml/L
3) 본 발명품의 산화알루미늄 성상에 따른 비교를 위해 염기도 60%, 염화물 13%를 동일하게 제조함.
결과 1) 위 결과와 같이 최적의 Al2O3은 15~16%인 것으로 판단됨.
실험예 9. 염기도별 비교실험
염기도별 응집제를 처리하였을 때 SS, T-P, SV30값을 측정한 결과를 다음 표에 나타냈다:
실시예 29 실시예 30 실시예 28 실시예 31 실시예 32
성상 Al2O3
(%)		 15.5 15.5 15.5 15.5 15.5
염기도 (%) 50 55 60 65 70
염화물 (%) 13 13 13 13 13
황산이온 (%) 2 2 2 2 2
투입량 (ppm) 40 40 40 40 40
SS (mg/L) 1.5 0.8 0.6 0.4 0.4
T-P (mg/L) 0.9 0.5 0.4 0.4 0.3
SV30 (ml/L) 590 530 510 500 480
비고 1) F하수처리장 원수를 사용함.
2) 원수성상 : SS 15.4mg/L, T-P 2.5mg/L, SV30 870ml/L
3) 본발명품의 산화알루미늄 성상에 따른 비교를 위해 산화알루미늄 15.5%,
염화물 13%를 동일하게 제조함.
결과 1) 위 결과와 같이 최적의 염기도는 55% 이상인 것으로 판단됨.
실험예 10. 염화물 농도별 비교실험
염화물 농도별 응집제를 처리하였을 때 SS, T-P, SV30값을 측정한 결과를 다음 표에 나타냈다:
실시예 33 실시예 34 실시예 35 실시예 36 실시예 37 실시예 38
성상 Al2O3
(%)		 15.5 15.5 15.5 15.5 15.5 15.5
염기도 (%) 60 60 60 60 60 60
염화물 (%) 10 12 14 16 18 20
황산이온 (%) 2 2 2 2 2 2
투입량 (ppm) 40 40 40 40 40 40
SS (mg/L) 0.6 0.6 0.5 0.4 0.4 0.3
T-P (mg/L) 1.1 0.7 0.5 0.4 0.4 0.3
SV30 (ml/L) 540 530 520 520 500 490
비고 1) F하수처리장 원수를 사용함.
2) 원수성상 : SS 16.1mg/L, T-P 2.6mg/L, SV30 840ml/L
3) 본발명품의 산화알루미늄 성상에 따른 비교를 위해 산화알루미늄 15.5%,
염기도 60%를 동일하게 제조함.
결과 1) 위 결과와 같이 최적의 염화물은 12% 이상인 것으로 판단됨.
실험예 11. 응집제별 실험결과
① G하수처리장
실시예 39 저염기성폴리염화알루미늄 폴리염화알루미늄 폴리수산화염화황산알루미늄
성상 Al2O3 (%) 15.5 15 17 12.5
염기도 (%) 55 15 40 70
염화물 (%) 11 26 21 12.5
황산이온 (%) 1.5 0.3 0.3 2
투입량 (ppm) 70 70 70 70
SS (mg/L) 0.6 2.7 2.1 0.6
T-P (mg/L) 0.43 0.45 0.97 0.93
COD (mg/L) 7.4 7.5 8.4 8.1
SV30 (ml/L) 620 840 720 700
비고 1) 원수성상 : SS 25.1mg/L, T-P 5.1mg/L, COD 11.3mg/L, SV30 950ml/L
결과 본 발명품의 경우 SS, T-P, T-N의 수처리는 물론 SV30가 매우 탁월한 것으로 나타남
② A폐수처리장
실시예 40 저염기성폴리염화알루미늄 폴리염화알루미늄 폴리수산화염화황산알루미늄
성상 Al2O3 (%) 15.7 15 17 12.5
염기도 (%) 62 15 40 70
염화물 (%) 12.5 26 21 12.5
황산이온 (%) 1 0.3 0.3 2
투입량 (ppm) 350 350 350 350
SS (mg/L) 94 123 116 98
COD (mg/L) 239 241 295 287
SV30 (ml/L) 510 720 650 590
비고 1) 원수성상 : SS 506g/L, COD 417mg/L, SV30 950ml/L
결과 본 발명품의 경우 SS, T-P, T-N의 수처리는 물론 SV30가 매우 탁월한 것으로 나타남
③ H 하수처리장
원수 실시예 41 저염기성폴리염화알루미늄 폴리염화알루미늄 폴리수산화염화황산알루미늄
성상 Al2O3 (%) - 15.1 15 17 12.5
염기도 (%) - 68 15 40 70
염화물 (%) - 14 26 21 12.5
황산이온 (%) - 3.0 0.3 0.3 2
투입량 (ppm) - 35 35 35 35
1일차 SS (mg/L) 4.1 0.3 1.6 1.2 0.3
T-P (mg/L) 1.21 0.11 0.12 0.42 0.40
SV30 (ml/L) 900 510 790 730 680
2일차 SS (mg/L) 4.5 0.4 1.7 1.3 0.5
T-P (mg/L) 1.25 0.13 0.15 0.51 0.45
SV30 (ml/L) 850 480 800 740 650
3일차 SS (mg/L) 4.7 0.3 1.7 1.2 0.5
T-P (mg/L) 1.42 0.17 0.18 0.49 0.47
SV30 (ml/L) 840 520 790 740 650
4일차 SS (mg/L) 4.3 0.3 1.4 1.0 0.4
T-P (mg/L) 1.10 0.11 0.14 0.53 0.49
SV30 (ml/L) 910 530 820 760 700
5일차 SS (mg/L) 4.2 0.2 1.5 1.1 0.3
T-P (mg/L) 1.27 0.14 0.16 0.52 0.51
SV30 (ml/L) 870 490 810 750 690
비고 1) 현상실험은 각 계열별로 응집제를 투입하여 5일간 진행함.
결과 본 발명품의 경우 SS, T-P의 수처리는 물론 SV30가 매우 탁월한 것으로 나타남
④ C폐수처리장
원수 실시예 42 저염기성폴리염화알루미늄 폴리염화알루미늄 폴리수산화염화황산알루미늄
성상 Al2O3 (%) - 15.8 15 17 12.5
염기도 (%) - 65 15 40 70
염화물 (%) - 15 26 21 12.5
황산이온 (%) - 2.5 0.3 0.3 2
투입량 (ppm) - 450 450 450 450
25% NaOH (ppm) - 150 150 150 150
1일차 SS (mg/L) 1,224 2.3 6.2 5.1 2.5
COD (mg/L) 80.2 56.5 56.9 60.1 59.5
SV30 (ml/L) 250 20 60 50 30
2일차 SS (mg/L) 1,350 2.5 5.9 5.2 2.7
COD (mg/L) 85.3 26.9 57.5 59.9 59.5
SV30 (ml/L) 300 30 70 50 35
3일차 SS (mg/L) 1,268 2.5 6.3 5.4 2.7
COD (mg/L) 79.6 26.1 56.5 60.3 60.0
SV30 (ml/L) 270 25 70 55 35
4일차 SS (mg/L) 1,175 2.2 6.5 5.8 2.4
COD (mg/L) 83.3 57.5 57.9 60.5 59.7
SV30 (ml/L) 280 25 65 50 40
5일차 SS (mg/L) 1,277 2.3 6.1 5.4 2.4
COD (mg/L) 86.8 56.9 57.1 60.7 60.3
SV30 (ml/L) 270 30 70 60 40
비고 1) 현상실험은 각 계열별로 응집제를 투입하여 5일간 진행함.
결과 본 발명품의 경우 SS, COD의 수처리는 물론 SV30도 매우 탁월한 것으로 나타남
실험예 12. 응집제별 실험결과
① I하수처리장
원수 실시예 43 A사 B사 C사
성상 Al2O3 (%) - 15.2 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) - 60 70 60 60
염화물 (%) - 12 - - -
황산이온 (%) - 3.5 - - -
투입량 (ppm) - 35 35 35 35
1일차 SS (mg/L) 19.0 4.5 5.2 5.4 6.1
T-P (mg/L) 2.35 0.51 1.11 0.95 1.01
SV30 (ml/L) 800 460 710 650 610
2일차 SS (mg/L) 18.5 4.1 5.4 5.5 6.2
T-P (mg/L) 2.70 0.54 1.07 0.90 0.96
SV30 (ml/L) 820 470 750 620 580
3일차 SS (mg/L) 20.7 3.9 5.1 5.3 5.9
T-P (mg/L) 2.51 0.5 1.13 0.89 0.97
SV30 (ml/L) 790 430 720 460 630
4일차 SS (mg/L) 19.5 4.6 5.0 5.3 6.0
T-P (mg/L) 2.65 0.49 1.16 0.85 0.95
SV30 (ml/L) 740 450 730 630 600
5일차 SS (mg/L) 18.7 4.75 4.9 5.2 5.8
T-P (mg/L) 2.43 0.52 1.17 0.91 0.98
SV30 (ml/L) 820 460 740 610 580
비고 1) 현상실험은 각 계열별로 응집제를 투입하여 5일간 진행함.
② A불소폐수처리장
실시예 44 A사 B사 C사
성상 Al2O3 (%) 16 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) 60 70 60 60
염화물 (%) 13 - - -
황산이온 (%) 3.0 - - -
투입량 (ppm) 2,000 2,000 2,000 2,000
SS (mg/L) 1.2 1.3 1.8 1.9
F (mg/L) 136 299 220 217
비고 1) 원수성상 : SS 21.2mg/L F 1,275mg/l
③ A제지폐수
실시예 45 A사 B사 C사
성상 Al2O3 (%) 15.5 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) 65 70 60 60
염화물 (%) 15 - - -
황산이온 (%) 2.5 - - -
투입량 (ppm) 400 400 400 400
20% NaOH (ppm) 150 150 150 150
SS (mg/L) 521 642 698 710
COD (mg/L) 825 921 887 907
경도 (mg/L) 1,820 1,940 1,910 1,890
비고 1) 원수성상 : SS 1,058mg/L COD 983mg/l, 경도 2,210mg/L
실험예 13. 응집제별 계면 실험결과 (현장)
① J하수처리장
응집제 실시예 25 실시예 16 폴리수산화염화황산알루미늄 폴리염화알루미늄
성상 Al2O3 (%) 12.5 16 12.5 17
염기도 (%) 60 60 70 40
염화물 (%) 14 14 12.5 21
황산이온 (%) 2 2 2 0.3
평균 계면 241 135 252 262
결과 1) 응집제별 계면높이 확인결과 실시예 16이 가장 우수하였음.
2) 계면높이 확인결과 본 발명품 1, 폴리수산화염화황산알루미늄의 경우
염기도는 높으나 산화알루미늄의 농도가 낮아 계면의 높이가 상승하는
것으로 보이며, 폴리염화알루미늄의 경우 산화알루미늄의 농도는 높으나
염기도가 낮아 계면 높이가 상승하는 것으로 보임.
3) 산화알루미늄 농도가 높고 염기도가 높을수록 계면높이가 낮아지는
것으로 판단되므로, 적정성상은 본 발명품 2인 산화알루미늄 16%, 염기도
60%, 염화물 14%가 적합할 것으로 판단됨.
② K하수처리장
응집제 실시예 46 폴리수산화염화황산알루미늄 폴리염화알루미늄
성상 Al2O3 (%) 15 12.5 17
염기도 (%) 65 70 40
염화물 (%) 13 12.5 21
황산이온 (%) 2.5 2 0.3
평균 계면 287 354 396
결과 1) 응집제별 계면높이 확인결과 실시예 46이 가장 우수하였음.
2) 계면높이 확인결과 폴리수산화염화황산알루미늄의 경우 염기도는 높으나
산화알루미늄의 농도가 낮아 계면의 높이가 상승하는 것으로 보이며,
폴리염화알루미늄의 경우 산화알루미늄의 농도는 높으나 염기도가 낮아
계면 높이가 상승하는 것으로 보임.
3) 산화알루미늄 농도가 높고 염기도가 높을수록 계면높이가 낮아지는
것으로 판단됨으로, 적정성상은 본발명품인 산화알루미늄 15%, 염기도
65%, 염화물 13%가 적합할 것으로 판단됨.
③ L하수처리장
응집제 실시예 47 폴리수산화염화황산알루미늄 폴리염화알루미늄
성상 Al2O3 (%) 15.5 12.5 17
염기도 (%) 58 70 40
염화물 (%) 15 12.5 21
황산이온 (%) 3 2 0.3
평균 계면 277 338 388
결과 1) 응집제별 계면높이 확인결과 실시예 47이 가장 우수하였음.
2) 계면높이 확인결과 폴리수산화염화황산알루미늄의 경우 염기도는 높으나
산화알루미늄의 농도가 낮아 계면의 높이가 상승하는 것으로 보이며,
폴리염화알루미늄의 경우 산화알루미늄의 농도는 높으나 염기도가 낮아
계면 높이가 상승하는 것으로 보임.
3) 산화알루미늄 농도가 높고 염기도가 높을수록 계면높이가 낮아지는
것으로 판단되므로, 적정 성상은 본발명품인 산화알루미늄 15.5%, 염기도
58%, 염화물 15%가 적합할 것으로 판단됨.
실험예 14. 타사 제품과의 비교실험
등록특허 1409870호 제품과 본 발명에 따른 응집제의 효과를 비교해 보았다. 그 결과는 다음 표에 나타낸 바와 같다:
① E정수장
실시예 48 실시예 49 실시예 50 인용발명2-1 인용발명2-2 인용발명2-3
성상 Al2O3
(%)		 10.4 12.7 15.6 10.5 12.9 15.0
염기도 (%) 59 62 61 62 69 64
염화물 (%) 11 14 15 - - -
황산이온 (%) 5 4 2.5 - - -
투입량 (ppm) 15 15 15 15 15 15
pH 7.87 7.85 7.84 7.85 7.83 7.83
Al (mg/L) 0.045 0.044 0.047 0.071 0.074 0.073
비고 1) 원수성상 : pH 8.15, Al 0.019mg/l
② N하수처리장
실시예 51 실시예 25 실시예 53 인용발명2-1 인용발명2-2 인용발명2-3
성상 Al2O3
(%)		 10.6 12.5 15.9 10.5 12.9 15.0
염기도 (%) 56 63 65 62 69 64
염화물 (%) 10 13 14 - - -
황산이온 (%) 4.5 3.5 3 - - -
투입량 (ppm) 45 45 45 45 45 45
SS (mg/L) 1.7 1.3 0.8 2.3 1.9 1.7
T-P (mg/L) 0.55 0.48 0.37 0.69 0.62 0.58
비고 1) 원수성상 : SS 11.6 mg/l, T-P 1.51 mg/l
③ G하수처리장
실시예 54 실시예 55 실시예 56 인용발명2-1 인용발명2-2 인용발명2-3
성상 Al2O3
(%)		 11 12.7 15.4 10.5 12.9 15.0
염기도 (%) 57 58 60 62 69 64
염화물 (%) 11 12 15 - - -
황산이온 (%) 4 3 2.5 - - -
투입량 (ppm) 50 50 50 50 50 50
SS (mg/L) 2.1 1.7 1.1 2.8 2.5 2.2
T-P (mg/L) 0.91 0.78 0.61 1.21 1.08 0.97
비고 1) 원수성상 : SS 15.3 mg/l, T-P 5.1 mg/l
④ D폐수처리장
실시예 57 실시예 58 실시예 59 인용발명2-1 인용발명2-2 인용발명2-3
성상 Al2O3
(%)		 10.8 12.9 16.2 10.5 12.9 15.0
염기도 (%) 63 59 61 62 69 64
염화물 (%) 11 12 15 - - -
황산이온 (%) 3.5 2.5 2 - - -
투입량 (ppm) 350 350 350 350 350 350
Polymer(ppm) 2 2 2 2 2 2
SS (mg/L) 140 129 107 197 171 149
T-N (mg/l) 71 68 64 79 77 73
COD (mg/L) 264 252 231 291 279 266
비고 1) 원수성상 : SS 530 mg/l, T-N 131 mg/l, COD 340 mg/l
⑤ C제지폐수
실시예 60 실시예 61 실시예 62 인용발명2-1 인용발명2-2 인용발명2-3
성상 Al2O3
(%)		 10.5 12.4 16.5 10.5 12.9 15.0
염기도 (%) 62 57 60 62 69 64
염화물 (%) 12 12 14 - - -
황산이온 (%) 3 3 3 - - -
투입량 (ppm) 300 300 300 300 300 300
25%NaOH(ppm) 120 120 120 120 120 120
SS (mg/L) 269 252 231 294 289 275
COD (mg/L) 1,344 1,324 1,284 1,424 1,398 1,374
비고 1) 원수성상 : SS 1,780mg/l, COD 1,540 mg/l
실험예 15. Al 용출실험 결과
① A정수장
실시예 63 실시예 64 실시예 65 A사 B사 C사
성상 Al2O3
(%)		 10.2 12.5 15.0 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) 62 56 65 70 60 60
염화물 (%) 10 12 11 - - -
황산이온 (%) 2.5 2.5 2.5 - - -
투입량 (ppm) 10 10 10 10 10 10
pH 7.68 7.67 7.67 7.67 7.62 7.61
Al (mg/L) 0.042 0.048 0.050 0.091 0.103 0.104
탁도 (NTU) 0.332 0.302 0.227 0.348 0.372 0.355
비고 1) 원수성상 : pH 7.81, Al 0.019mg/l, 탁도 3.42NTU
② B정수장
실시예 66 실시예 67 실시예 68 A사 B사 C사
성상 Al2O3
(%)		 11.0 13.3 15.5 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) 58 64 61 70 60 60
염화물 (%) 12 14 16 - - -
황산이온 (%) 3 3 3 - - -
투입량 (ppm) 12 12 12 12 12 12
pH 7.75 7.74 7.72 7.73 7.68 7.68
Al (mg/L) 0.044 0.047 0.046 0.103 0.106 0.105
탁도 (NTU) 0.408 0.327 0.296 0.558 0.553 0.527
비고 1) 원수성상 : pH 8.01, Al 0.023mg/l, 탁도 4.71NTU
③ C정수장
실시예 69 실시예 70 실시예 71 A사 B사 C사
성상 Al2O3
(%)		 11.8 14.5 17.6 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) 65 67 58 70 60 60
염화물 (%) 11 15 13 - - -
황산이온 (%) 3.5 3.5 3.5 - - -
투입량 (ppm) 7 7 7 7 7 7
pH 7.85 7.83 7.82 7.83 7.79 7.78
Al (mg/L) 0.038 0.042 0.045 0.089 0.095 0.098
비고 1) 원수성상 : pH 7.97, Al 0.016mg/l
④ D정수장
원수 실시예 72 실시예 73 실시예 74 A사 B사 C사
성상 Al2O3
(%)		 - 10.5 12.2 16.1 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) - 55 70 66 70 60 60
염화물 (%) - 13 13 14 - - -
황산이온 (%) - 3 3 3 - - -
투입량 (ppm) - 20 20 20 20 20 20
1일차 pH 8.12 7.74 7.73 7.71 7.74 7.68 7.69
Al (mg/L) 0.012 0.045 0.046 0.047 0.101 0.106 0.108
2일차 pH 8.15 7.76 7.75 7.75 7.75 7.71 7.72
Al (mg/L) 0.015 0.043 0.044 0.046 0.103 0.107 0.109
3일차 pH 8.05 7.73 7.73 7.71 7.72 7.67 7.67
Al (mg/L) 0.014 0.047 0.046 0.049 0.104 0.106 0.108
비고 1) 현장실험은 각 계열별로 응집제를 투입하여 3일간 진행함.
실험예 16. 실험결과
① N하수처리장
실시예 75 실시예 76 실시예 77 A사 B사 C사
성상 Al2O3
(%)		 11.4 13.5 15.8 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) 61 58 64 70 60 60
염화물 (%) 10 12 12 - - -
황산이온 (%) 3 2.5 2.5 - - -
투입량 (ppm) 35 35 35 35 35 35
SS (mg/L) 2.8 2.1 1.5 2.9 3.5 3.8
T-P (mg/L) 0.44 0.27 0.18 0.67 0.59 0.62
비고 1) 원수성상 : SS 15.4mg/l, T-P 1.24 mg/l
② M하수처리장
실시예 78 실시예 79 실시예 80 A사 B사 C사
성상 Al2O3
(%)		 10.6 12.8 16.4 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) 55 63 67 70 60 60
염화물 (%) 12 13 16 - - -
황산이온 (%) 3 2.5 2.5 - - -
투입량 (ppm) 40 40 40 40 40 40
Polymer(ppm) 5 5 5 5 5 5
SS (mg/L) 1.3 0.9 0.6 1.6 1.9 2.1
T-P (mg/L) 0.44 0.27 0.18 1.11 0.97 1.06
비고 1) 원수성상 : SS 8.7mg/l, T-P 2.22 mg/l
③ O하수처리장
원수 실시예 81 실시예 82 실시예 83 A사 B사 C사
성상 Al2O3
(%)		 - 10.6 12.7 16.3 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) - 63 61 67 70 60 60
염화물 (%) - 11 12 17 - - -
황산이온 (%) - 2.5 2 2 - - -
투입량 (ppm) - 60 60 60 60 60 60
1일차 SS
(mg/l)		 21.5 2.3 1.6 1.2 2.5 3.1 3.3
T-P (mg/L) 5.45 0.59 0.45 0.38 1.11 0.87 0.94
2일차 pH 23.7 2.2 1.9 1.5 2.3 3.0 3.2
Al (mg/L) 5.61 0.58 0.49 0.41 1.15 0.89 0.97
3일차 pH 20.9 2.4 2.1 1.6 2.6 3.3 3.3
Al (mg/L) 5.21 0.62 0.47 0.35 1.14 0.90 0.95
비고 1) 현장실험은 각 계열별로 응집제를 투입하여 3일간 진행함.
④ E폐수처리장
실시예 84 실시예 85 실시예 86 A사 B사 C사
성상 Al2O3
(%)		 10.9 12.5 16.9 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) 59 60 62 70 60 60
염화물 (%) 12 13 15 - - -
황산이온 (%) 2 2 1.5 - - -
투입량 (ppm) 300 300 300 300 300 300
20%NaOH(ppm) 40 40 40 40 40 40
SS (mg/L) 5.1 3.9 2.5 7.1 8.0 9.9
COD (mg/L) 29.2 27.3 25.1 47.2 39.8 43.5
비고 1) 원수성상 : SS 1,224mg/l, COD 80.2 mg/l
⑤ B제지폐수
실시예 87 실시예 88 실시예 89 A사 B사 C사
성상 Al2O3
(%)		 11.1 14.1 16.2 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) 61 57 64 70 60 60
염화물 (%) 12 15 18 - - -
황산이온 (%) 2.5 2 1.5 - - -
투입량 (ppm) 250 250 250 250 250 250
Polymer(ppm) 15 15 15 15 15 15
SS (mg/L) 415 396 326 500 660 672
COD (mg/L) 700 680 650 760 730 750
비고 1) 원수성상 : SS 1,780mg/l, COD 1,540 mg/l
⑥ B불소 폐수처리장
실시예 90 실시예 91 실시예 92 A사 B사 C사
성상 Al2O3
(%)		 11.5 12.3 17.1 12.5 12.5 12.5
염기도 (%) 67 62 60 70 60 60
염화물 (%) 13 13 16 - - -
황산이온 (%) 2.5 2.5 2 - - -
투입량 (ppm) 1,500 1,500 1,500 1,500 1,500 1,500
F (mg/L) 278 255 215 356 297 312
비고 1) 원수성상 : F 1,581 mg/l
상기 실험 결과를 보면, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 폴리염화황산알루미늄계 응집제는 A사, B사 및 C사 제품에 비하여 본 발명에 따른 응집제 처리시 Al 용출, SS, T-P, COD, F 제거 효과가 현저히 우수한 것으로 나타났다.
실험예 17. 안정성 시험
본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 제품에 대해 산화알루미늄 농도별, 염기도별, 염화물 농도별, 황산이온 농도별로 제조 직후, 1개월, 3개월 방치 후 안정성을 시험하였다. 그 결과는 도 5a, 5b, 5c 및 5d에 나타냈다.
실험 결과, 산화알루미늄이 19%인 제품의 경우 1개월 후부터 약간 백탁이 발생하였고, 염기도가 75%인 제품의 경우 3개월 후부터 백탁이 발생하는 것으로 나타났다. 또한 황산이온이 0%인 제품의 경우 1개월 후부터 슬러지가 발생하는 것으로 나타났다. 따라서 본 발명에 따른 제조방법을 사용하되, 제품은 Al2O3의 농도가 10~19 중량%이고, 염기도가 50~75%이며, 염화물(Cl)이 10~20 중량%이고, 황산이온이 1~5%인 범위로 하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법에 따라 제조된 제품과, 종래 방법에 따라 제조된 제품의 안정성을 비교실험해 보았다. 그 결과 본 발명에 따른 제조방법으로 제조하는 경우 종래 제조방법으로 제조된 제품과는 달리 6개월이 경과한 이후에도 슬러지가 발생하지 않고 안정한 것으로 나타났다 (도6).
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (2)

  1. (a) 산화알루미늄 40~70중량%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 15~25중량%과 20~40중량% 염산 50~75중량%, 및 물 10~35중량%를 혼합하여 산화알루미늄 9~15중량%, 염기도 0.1~5%인 염화알루미늄을 제조하는 단계;
    (b) 산화알루미늄 40~70%중량인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 8~15중량%, 60~98중량% 황산 12~30중량%, 물 55~80 중량%를 혼합하여 산화알루미늄 5~9중량%, 황산이온 10~30중량%인 황산알루미늄을 제조하는 단계;
    (c) 단계 (b)에서 수득된 혼합물 80~90중량%에 산화나트륨(Na2O)의 농도가 10~50중량%인 NaOH 10~20중량%를 투입하여 50~200℃의 온도에서 반응시켜 산화알루미늄 3~8중량%, 황산이온 10~27중량%인 염기성 알루미늄황산염을 제조하는 단계;
    (d) 단계 (a)에서 수득된 혼합물 60~85중량%와 단계 (c)에서 수득된 염기성 알루미늄황산염 15~40 중량%를 100~200℃의 온도에서 혼합 및 반응시켜 염기도 15~40%인 염화알루미늄황산염을 제조하는 단계; 및
    (e) 단계 (d)에서 수득된 염화알루미늄황산염 35~80중량%에 산화나트륨(Na2O) 농도 10~40중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 농도 15~30중량%인 알루민산나트륨 10~25중량%와 물 7~50중량%을 30~100℃의 온도에서 5,000~20,000 rpm의 속도로 혼합 반응시켜 화학식 1로 표시되는 폴리염화황산알루미늄을 제조하는 단계를 포함하는, 폴리염화황산알루미늄의 제조방법으로 제조된 하기 화학식 1의 폴리염화황산알루미늄을 포함하고,
    염기도가 55% 이상 75% 미만, 염화물(Cl)이 12 중량% 이상 20 중량% 미만, (SO4)2-이 1 중량% 이상 5 중량% 미만이며, 침강성 및 플록(floc) 형성이 우수한 것을 특징으로 하는 수처리용 응집제 조성물:
    [화학식 1]
    Ala(OH)bClc(SO4)d
    상기 식에서,
    a=6이고, 9≤b≤13, 3≤c≤7, d≤1이거나
    a=7이고, 10≤b≤15, 4≤c≤9 d≤1이다.
  2. 제1항에 따른 수처리용 응집제 조성물을 오염수에 처리하는 단계를 포함하고,
    상기 처리로서,
    용존성 인, 질소, 불소 및 입자성 부유물질(suspended solid, SS) 제거; 탁도 개선; 및 슬러지 부피 감소를 나타내는 것을 특징으로 하는,
    오염수 처리 방법.
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