KR19980068155A - 응괴제 - Google Patents

Abstract

석고와 규산화합물을 주체로 하는 응집제에 조개화석분말을 혼합하여 이것을, 현탁액중에 첨가한다. 응집제와 조개화석분말과의 혼합비는 3:1이다. 응집제는 응결핵(A)로서 기능하고, 조개화석분말은 담지체(B)로서 현탁액중의 입자를 흡수하고, 응결핵(A)에 포착된다. 담지체(B)는 응결핵(A)의 Ca²⁺응집 시트를 효율적으로 이용하는 입자이고, 다량의 현탁입자를 흡수하고, 현탁입자는 응결핵(A)에 포착되어, 큰 플록을 형성하여 급속히 침전한다.

Description

응괴제

(발명의 배경)

본 발명은 각종 폐수, 진흙, 곤죽의 응집, 탈수, 정화의 처리에 사용하는 응괴제에 관한다.

(종래기술의 설명)

산업이 특정지역에 집중하고, 또한 산업의 대규모화에 의해 산업폐수가 증대하고, 도시는 인구가 집중하여 생활폐수의 증대를 초래하고, 더욱이, 하수도정비의 열악함 등이 원인이 되어, 하천, 호수와 늪, 해양등의 수질오염이 진행하여, 수도원수, 공업용수의 오염이 심각한 사태를 초래하고 있다.

폐수의 처리에 관하여, 새로운 처리설비를 시도하고 있지만, 처리해야 할 물질의 완전한 파악이 곤란하고, 폐수의 수질이나 배출량이 매우 다양하여 정상화하기 어려운 등의 문제가 있다.

폐수처리장치를 조작의 단위공정에 의해서 분류하면, 1) 물리적 처리법(체로치기, 침하, 침강, 여과, 부상등), 2) 화학적처리법(중화, 산화와 환원, 응집처리등), 3) 생물화학적처리방법(활성진흙법, 점적여과법, 메탄발효법) 등으로 분류된다.

조작단위로서의 물리적처리법은 요컨대 고체와 액체를 물리적으로 분리하는 방법이고, 침강분리는 폐수처리에 있어서 분리조작의 주류를 이루고 있고, 물리적처리방법 중에서도 가장 간단한 방법이다. 침강분리법에는 자연침전법과 응집침전법이 있다. 응집침전은 자연침전으로 경제시간내로 침강할 수 없는 수중의 미립자를 응집제를 첨가하면서 교반하여, 플록(flock)을 생기게하여 서로 결합하고, 대립(大粒)의 응괴로 성장시켜, 침강성을 증가시키는 방법이다. 응집제에는 수용성의 각종의 무기물, 유기물이 사용된다. 무기물은 일반적으로 저분자의 염으로, 중성부근에서의 알루미늄염이나 철염의 작용은 저중합물의 작용과 유사하다. 유기물의 주체를 차지하는 것은 수용성 고분자물질이다.

물의 응집침전처리의 과정을 크게 구별하면 다음 3가지의 과정으로 이루어지고 있다.

i) 응집제가 현탁물질을 응집하여, 미소 플록을 생성하는 응집과정,

ii) 응집과정에서 생성한 미소 플록이 서로 충돌 접촉하여 점차로 큰 플록을 형성하는 플록형성과정.

iii) 플록형성과정에서 생성한 큰 플록과 청징수(淸澄水)를 분리하는 침강분리과정,

이상의 3가지 과정의 처리는 일반적으로 각각 별개의 장치로 행해지기 때문에, 물의 응집침강처리에서 현탁액중의 고체입자군의 분리농축에는 장시간을 필요로 한다. 이 3가지의 과정을 하나의 장치로 행하는 것으로서 급속응집침전장치가 있고, 그 하나로서 슬러리순환형에서는 이미 생성하고 있는 고농도의 슬러리를 응집 및 플록형성부분으로 순환하여, 미소 플록에서 대형 플록으로의 플록형성을 촉진하여 침강분리할 수 있을 정도의 크기의 플록까지 성장시키는 기능을 갖는 것이다. 급속응집침전장치의 침강분리속도는 그 원수의 수질에 따라 다르지만, 보통 2∼3m/hr, 체류시간은 50∼70분의 범위로 설정된다(상품대사전, 동양경제신보사 1976, p 512∼516 참조).

어떻든, 침강분리는 폐수처리에 있어서 분리조작의 주류를 이루고 있지만, 그 급속분리는 다만 응집침전처리 메카니즘을 개선함으로써 행해지고 있고, 침강분리속도에는 한계가 있고, 응집제의 응집기능 그자체를 개선하여 급속히 대립의 플록을 형성시킬 수 있다고 간주되지 않았다.

(발명의 목적 및 개요)

본 발명의 목적은 고체분리가 용이하고, 처리수의 청정화를 실현하는 응괴제를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 pH의 조정을 필요로 하지 않고, 단시간에 입자의 응괴침강을 완료시키는 응괴제를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 미소 플록의 형성에 의한 응집과정을 거치지 않고 즉시 거대한 플록을 형성하여 입자를 침강시키는 응괴제를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 특정한 응집제에 있는 종류의 성분을 담지체로서 포착시켜, 담지체가 가지는, 응집 시트를 효율적으로 이용하여 현탁액중의 고체입자군의 응집효과를 비약적으로 향상시킨 응괴제를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 돌분쇄, 자갈폐수의 처리, 적토유출방지, 곤죽처리, 터널공사 폐수처리, 활성진흙의 탈수, 생활잡폐수의 응집, 탈수, 공업폐수전반의 응집, 탈수처리등에 널리 활용할 수 있다.

도 1은 응집제, 조개화석에 의한 오키나와적토의 침강특성을 도시한 도면이다.

도 2는 응집제와 조개화석과의 혼합물에 의한 오키나와적토의 침강특성을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 응괴제의 플록형성 메카니즘을 도시한 도면이다.

본 발명에 의한 응괴제는 응결핵과 담지체와의 혼합물이다.

1. 응결핵(A)

본 발명에 있어서, 응결핵으로 사용하는 응집제는 이수석고와 무수석고와 규소를 함유하는 백색의 분말이고, X선회절의 분석결과에서는 Ca SO₄(가용성무수석고)와, Ca SO₄·2 H₂0 (이수석고)가 검출되고, 정성분석(EPMA)의 분석으로부터 검출된 성분원소의 구성비는 표 1과 같다.

[표 1]

표 1의 결과로부터, 이 응집제는 결정성의 주성분으로서 무수석고와 이수석고가 함유되고, 그외에 규산나트륨등의 물에 용해하여 물유리(water glass)가 되는 비정질성분이 함유된 것이다. 이 조건에 적합한 응집제로서는 어떤 종류의 프라이애시(fly ash) 예컨대 (주) 지역진흥사업단제 진흙처리용소수화응집제(상품명: 워터메이트)가 있다. 본 발명에 있어서는 이 응집제를 응결핵(A)으로 사용하고 있다.

2. 담지체(B)

본 발명 사용에 양호한 담지체(B)는 일반적으로 조개화석이라고 칭하는 미분말이다. 조개화석은 고대의 조개화석층을 채굴한 조개화석 덩어리이고, 주성분은 탄산칼슘이지만, 그외에 미량의 산화마그네슘(Mg0)이나 산화제이철(Fe₂0₃)을 비롯, 각종 성분을 함유하여, 보통의 조개각과는 다르고, 미세하게 분쇄한 것은 다공질이고, 표면적이 크고, 흡착력이 강하며, 동용적의 활성탄의 1/5의 흡착력를 얻을 수 있다.

또한, 주성분인 탄산칼슘은 물에 녹기쉽고, 방해석의 약 10배도 녹기 쉽다. 특히 탄산가스(CO₂)를 함유한 물에 대해서는 더욱 큰 용해량을 나타낸다. 실제로 담지체의 원료로서 사용한 조개화석덩어리는 조개화석층을 채굴한 것으로, 이 조개화석층은 신제3기중기(약1200만년전)에 해생 조개류, 특히 쌍각류조개, 달팽이 및 해양생물의 골격, 유해등이 밀집하여 매몰해서 퇴적하고, 지하의 높은 압력과 고온도에 의해서 입상 또는 망편형상으로 굳어져, 지각변동, 융기에 의해서 지상에 나타난 것을 대상으로 하였다. 채굴한 조개화석덩어리는 이것을 미분쇄하여, 조개화석에 포함되는 규소성분을 수세제거했다. 얻어진 조개화석분말의 정성분석(EPMA)의 분석결과에 의하면, 성분원소의 구성비는 표 2와 같다.

[표 2]

담지체 B는, 반드시 조개화석가루에 한하는 것은 아니다. 맥반석을 사용하더라도 같은 효과의 결과가 얻어진다.

맥반석과 조개화석은 화학조성에 있어서 칼슘함유량에서는 큰 차이가 있지만, 맥반석의 특징은

(a) 다공성인 것,

(b) 강한 흡착력을 가지는 것,

(c) 미네랄을 용출하는 것,

(d) 수질조정

(e) 용존산소량의 향상

으로 이와같은 것이 담지체로서의 공통점일 수 있다. 그렇다고 한다면, 어떤 종류의 세라믹도 담지체로서 이용할 수 있는 가능성은 충분히 있다.

3. 응결핵(A)와 담지체(B)와의 구성비

응결핵(A)로서 응집제를 사용하고, 담지체(B)로서 조개화석분말을 사용했을 때에 양자의 바람직한 혼합비는 A:B= 3:1이다. 따라서, 그 성분원소의 구성비는 표 3과 같다.

[표 3]

이 실시예에 있어서의 응결핵(A)와 담지체(B)와의 바람직한 혼합 비율의 설정은 다음에 서술하는 실시예의 실험결과에 의한다.

(바람직한 구체예의 설명)

이하에 본 발명에 의한 응괴제의 실시양태를 나타낸다.

도 1은 응결핵(A)에 사용하는 응집제(이하 A라고 한다)와, 담지체(B)에 사용하는 조개화석분말(이하 B라고 한다)과의, 현탁액에 대한 응집침강효과를 측정한 것이다. 현탁액은 100ml의 수중에 오키나와적토를 2g 첨가해서 작성하고, 이 현탁액중에 A, B를 각각 0.02g, 0.2g을 첨가하여 현탁액중의 입자의 침강속도를 측정하였다. 도면중, ▲로 가리키는 0g은, A도 B도 첨가하지 않을 때, 즉, 현탁입자의 자연침강 속도를 나타내는 것이다. 도 1에 밝힌 대로, A는 첨가량이 많으면 많은 만큼 급속한 응집침강효과를 얻을 수 있지만, B에는, 거의 응집침강작용이 없는 것을 알 수 있다.

도 2는, A의 첨가량을 일정(0.02g)하게 고정하고, B의 첨가량을 변화(0.02g ∼0.4g)시켜 A와 B를 동시에 현탁액중에 첨가했을 때의 입자의 침강속도를 나타내는 도면이다.

도 2에서 명백하듯이 A만에 의한 침강속도에 비교하여 B를 첨가했을 때는 현저히 침강속도가 향상하는 것을 알 수 있다. 그러나, B의 첨가량이 많을수록 반드시 침강속도가 빨라지는 것은 아니다. 이 실험에서는, A의 첨가량 0.02g에 대해, B를 0.02g 첨가했을 때와, 0.2g 첨가했을 때에 거의 같은 정도의 침강속도를 얻을 수 있지만, B의 첨가량의 정도를 올리고,반응용량을 5배로 설정하여 측정한 결과,유효한 혼합비는 A:B =3:1인 것을 알 수 있다.

(응집침전의 실험)

(실험1) 100m1의 물에 오키나와적토(C) (이하 C라고 한다) 2g를 넣어 현탁하고, 이 현탁액에 A를 50㎎, B를 150mg으로 표 2의 조합으로 첨가하고, 웃물의 Ca²⁺농도를 원자흡광법에 의해 측정했다.

단독인 경우의 Ca²⁺유리량과 응집침전이 일어났을 때의 Ca²⁺의 잔량과의 차로부터, 응집과정에서 Ca²⁺가 흡수한 양을 산출했다. 이 흡수량이 많을 수록 응집효과가 큰 것을 알 수 있었다. 결과는 표 4와 같다.

[표 4]

(실험 2)

응집제(A)와 조개화석(B)을 3:1의 비율로 혼합한 것에, 황산알루미나를 10:1의 비율(중량비)로 첨가혼합하였다. 그 혼합물의 성분원소의 구성비는 표 5와 같다.

[표 5]

100ml의 물에 오키나와적토(C) 2g을 넣어 현탁하여, 이 현탁액에 상기 혼합물을 100mg 첨가하고, 현탁입자의 침강속도를 측정하였다. 침강속도는 도 2의 □(0.02 g)의 결과와 거의 같지만, 황산알루미나를 첨가하지 않은 것에 비해 플록이 커지는 것을 인정했다. 또한, 플록의 탈수성이 향상하여, 황산알루미나를 소량첨가함에 의해, 플록 형성기구가 더욱 개선되는 것을 알 수 있었다. 이 결과는 고분자응집제에서도 얻을 수 있다.

(결과의 고찰)

상기 (실험1)에 있어서, 같은 C의 량에 대하여, A, B의 mg당의 Ca²⁺량의 흡수 양은 BC, AC의 조합을 비교하면 BC에서는 0.082mg인데 비해, AC는 0.33으로 4배 강한 응집시트수가 있는 것을 알 수 있었다. 결국, 조개화석의 분말보다도 응집제 쪽이 4배 가까이 많은 Ca²⁺에 대한 응집시트를 가지고 있는 것이다.

한편, 같은 C량, B량에 대하여, A의 mg당의 Ca²⁺의 흡수 양은 AC, AB를 비교하여, C에 대해서는 0.33, B에 대해서는 3.8로, 약10배의 Ca²⁺응집시트가 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 결국, C에 대하여 A는, 자기가 소유하고 있는 많은 시트중 하나의 시트 밖에 이용할 수 없지만, B에 대해서는 10의 시트를 이용할 수 있게 되는 것이다. 이와 같이 Ca²⁺를 통해 입자끼리 결합하기 위한, 응집시트가 B나 A의 표면에 많이 존재하는 것으로 생각하는 것에 따라 전기응집침전의 실험결과를 무리없이 설명 할 수 있다. 이것은 목적으로 하는 현탁입자(오키나와 적토의 현탁입자) C를 B에 포착시키면 포착된 많은 C가 마치 B와 같이 행동하고, A의 Ca²⁺응집시트가 유효하게 쓰이고, 현탁입자의 응집효과가 높아지는 것을 뜻하고 있다.

이것은 A, B, C의 3자를 혼합할 때에 BC+ A, AC+ B, C+ AB의 3종류의 조합을 비교하면, Ca²⁺의 흡수량은 BC+ A가 0.8mg인데 대하여, 다른 AC+ B, C+ AB가 각각 0.26mg, 0.19㎎이고, BC+ A의 조합이 Ca²⁺응집시트가 많이(4배) 이용되는 효과로부터도 모순없이 설명할수 있다.

도 3은 현탁입자(C)를 담지체(B)에 포착(B/C=1/1)시켜, 담지체(B)를 응결핵 (A)에 포착(A/B=1/40, B/C=1/1)시켜 거대 플록을 형성하는 메카니즘을 모식적으로 도시한 것이다. 참고로 A에 C를 포착(A/C=1/4)시키는 예, B에 C를 포착(B/C=1/1)시키는 예를 아울러 도시한다.

따라서, 응결핵(A)으로 담지체(B)를 포착시키면, 담지체(B)에 흡수된 다량의 현탁입자(C)는 응결핵(A)에 포착되고, 또한, 담지체(B), 현탁입자(C)는 복수의 응결핵(A)에 동시에 포착되기 때문에 미소 플록의 생성에 의한 응집과정을 거치지 않고, 바로 거대한 플록을 형성하여 급속하게 침전한다.

본 발명에 있어서, 응결핵에 황산칼슘을 사용했을 때에는, 황산칼슘은 현탁입자에 결합하고, Ca²⁺현탁입자결합체가 형성된다. 그 때의 결합체의 수는 가상한 Ca²⁺흡착시트와의 흡착평형에 의해서 결정되기 때문에, 처리액중에 용해도 이하의 양의 황산칼슘을 첨가하고, 반응후, 웃물의 칼슘의 양을 분석함으로써 추정할 수 있다. 실제로 응집제로서 사용하는 경우에 있어서도, 황산칼슘의 용해도 이하의 양이 첨가되기 때문에, 가상 Ca²⁺흡착시트의 수는 실제 사용되는 조건하에서 응집효과를 조사하는 것이 가능하다. 황산칼슘은 현탁입자의 응집시트를 Ca^{2 b}의 흡착시트로서 작용시키는 점이 특징이다.

이상, 본 발명의 실시의 형태에 있어서는, 응결핵으로 응집제를 사용하여, 담지체로서 조개화석분말을 사용한 예를 설명하였지만, 이 조합에 한정되는 것이 아니다. 응집제는 석고와 규산화합물이기 때문에, 황산칼슘(석고)과 어떤 규조토를 함유하는 것이면, 이것을 조개화석을 담지체로 하는 응결핵으로 사용할 수 있는 가능성이 있다. 담지체는 조개화석에 한하지 않지만, 응결핵으로 사용하는 응집제와의 관계로 포착한 현탁입자가 응집제에 대한 조개화석과 같이 마치 담지체와 같이 행동하여, 응결핵의 Ca²⁺응집시트를 효율적으로 쓰고 응집효과를 높이는 재료가 선정되어야 한다. 전술한 것 같이 응집제를 응결핵으로 사용琴을 때에 맥반석은 담지체의 기능을 가지고 있지만, 그 밖에, 어느 정도의 세라믹도 이용할 수 있는 가능성이 있다.

상술한 무수석고와 이수석고가 함유되고, 그외에 물에 용해하여 물 유리가 되는 비정질성분을 함유하는 응집제(예컨대 상품명: 워터메이트, 클리어나이트: (주) 지역진흥사업단제조) (이하 황산칼슘계 무기응집제라고 한다)는 그대로 응결핵과 담지체의 기능을 가져, 본 발명에서 말하는 응결핵과 담지체와의 혼합물이라고 생각된다. 따라서, 상기 황산칼슘계 무기응집제를 사용할때에는 반드시 담지체를 별도로 첨가할 필요는 없다. 실제로, 상기 응집제 중에 함유되는 「물에 용해하여 물 유리가 되는 비정질성분」그 자체가 일부 Ca²⁺흡착시트를 가지고, 수중에서는 비정질 물유리의 응집이 생겼다. 이 응집반응은 현탁입자를 흡수한 담지체가 응결핵에 포착된 것으로 생각하여 설명할 수 있다.

본 발명의 응괴제는 (실험2)와 같이 응결핵과 담지체와의 혼합물에 또한 황산알루미나 또는 고분자응집제를 첨가하고, 응괴제의 첨가량을 적게 하여 동일한 효과를 가질 수 있다. 또한, 색소를 포함하는 폐액의 처리에는, 규조토와 활성탄을 병용하고 이들 색소를 흡착할 수 있다.

침전시켜야되는 현탁입자는 오키나와적토에 한하는 것은 아니다. 모든 현탁액에 본 발명의 응괴제만을 첨가하는 것으로 pH의 조정을 필요로 하지않고서 단시간에 입자의 응괴, 침강을 완료시킬 수 있고, 침전물질의 응집력이 강하고, 분리하기 어렵기 때문에, 용액분리가 용이하고, 처리수의 청징화를 실현할 수 있다.

Claims (9)

1. 응결핵과 담지체와의 혼합물로 이루어져, 현탁입자를 응집침강시키는 응괴제로서,

   응결핵은, 현탁입자 및 담지체를 포착하는 응집시트를 가지는 응집제이고,

   담지체는 응결핵에 포착되어, 응집시트에 현탁입자를 흡수하는 것이고,

   응결핵이 담지체를 흡수하는 응집시트의 수는 응결핵이 현탁입자를 흡수하는 응집시트의 수보다도 많은 것을 특징으로 하는 응괴제.
2. 제 1 항에 있어서, 담지체가 포착한 현탁입자를 침강시키는 기능은 응결핵이 공존하는 조건하에서 발현되는 것을 특징으로 하는 응괴제.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 응결핵은 그 응집시트에 담지체와 동시에 현탁입자를 흡수하고, 응결핵에 포착된 담지체 또는 현탁입자는 다른 응결핵의 응집시트에 흡수되는 것을 특징으로 하는 응괴제.
4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 응결핵 및 담지체가 가지는 응집시트는 Ca²⁺의 응집시트인 것을 특징으로 하는 응괴제.
5. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 응결핵은 X 선회절법에 의해 분석하고 결정성의 Ca SO₄(가용성무수석고)와, Ca SO₄·2H₂O(이수석고)와, 물에 용해하여 물유리가 되는 비정질성분을 함유하는 것이고, 담지체는 탄산칼슘을 주체로 하는 다공질의 분말인 것을 특징으로 하는 응괴제.
6. 제 5 항에 있어서, 담지체는 조개화석 덩어리를 분쇄한 분말인 것을 특징으로 하는 응괴제.
7. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 응결핵이 가지는 담지체를 흡수하는 응집시트의 수는 현탁입자를 흡수하는 응집시트의 수의 약10배인 것을 특징으로 하는 응괴제.
8. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 응결핵과 담지체와의 혼합물은 X 선회절법에 의해 분석하여 결정성의 CaS0₄(가용성무수석고)과, Ca SO₄·2H₂O(이수석고)과, 물에 용해하여 물유리가 되는 비정질성분과의 혼합물인 것을 특징으로 하는 응괴제.
9. 제 1 항에 있어서, 응괴제는 황산알루미나 또는 고분자응집제를 함유하고, 황산알루미나 또는 고분자응집제는 응결핵과 담지체와의 혼합물에 첨가된 것을 특징으로 하는 응괴제.