KR19990073901A - 정수용 응집제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리염화알루미늄(PAC)과 수용성 제2철염을 함유하는 새로운 응집제 조성물을 제공하며, 본 발명에 따른 응집제 조성물은 응집효과가 우수하며, 염소소독시 발암성으로 문제시되는 부산물인 트리할로메탄의 전구체인 휴민산의 제거에 탁월한 효과를 갖는다.

Description

정수용 응집제 조성물
본 발명은 수용성 알루미늄염계열의 폴리염화알루미늄(PAC)과 수용성 제2철염을 일정 농도비로 혼합한 조성물을 응집제로서 사용함으로서 염소소독시 발암성으로 문제시되는 부산물인 트리할로메탄의 전구체인 휴민산의 제거에 탁월한 효과를 갖는 또 다른 신규 응집제 조성물에 관한 것이다.
최근 들어 상수원의 오염이 날로 심각해지고 수돗물에 대한 불신감이 늘어가고 있으며 이와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 상수원의 효율적 관리가 요구되어지고 있고 응집제를 이용한 처리법이 사용되어 지고 있다. 대부분의 정수장은 혼화지, Floc 형성지, 여과지 및 염소소독을 기본으로 하고 있으며 위의 기본처리 공정에 추가적인 처리를 설치할 때는 많은 비용이 들어 적정 처리법으로 채택하기가 어려운 실정이다. 따라서 기존의 응집 공정 과정이 효율적 처리가 될 수 있도록 새로운 응집제 조성물 개발이 필요하다. 응집공정은 물의 탁도 및 색도 유발 물질인 미세 부유물질과 10-9∼10-6 m 범위의 용존성 콜로이드 물질을 침전, 부상 또는 여과들에 의하여 분리 제거할 목적으로 수행하는 예비공정과정이며 이때 또한 중요한 것은 위의 물질 이외에 휘발성 유기 화합물, TOC를 저감시키고 염소소독 부산물이며 발암성인 트리할로메탄들(THMs)의 전구체인 휴민산(Humic acid)의 제거가 되어야 하는 과정이다.
현재 국내 정수장에서 응집공정에 사용하고 있는 응집제로는 알루미늄 계열의 폴리염화알루미늄(PAC)이 가장 보편화되어 있고 황산알루미늄, 황산제2철들이 이용되고 있다. 그러나 황산알루미늄의 대체제로 개발된 PAC은 원수성상에 대한 적응능력이 부족하고 최적 주입량의 폭이 좁고 특히 THMs의 전구체인 휴민산 제거가 이루어지지 않고 있어 국내 대부분 정수장이 염소소독에 의존하고 있는 현실에 비추어 매우 비효율적 처리로 새로운 응집제가 필요한 실정이다.
일본 특허원 소 61-149354호에 의하면 3가 철분과 알루미늄의 몰 비가 10> Fe+++ / Al+++ >0.5이고 Al/Fe 의 중량비가 1/30∼1/2인 액상의 효율적인 응집효과를 설명하고 있다. 그러나 위의 응집제는 원수 중 가장 문제가 되는 휴민산의 제거 효과가 없으며 처리후 잔류철의 양이 많아 상수원에서 응집제로서 사용하기 어렵다.
본 발명자는 응집제로서 다년간 연구해 온 결과 대한민국 특허청(KR) 제 3557호에 수용성 알루미늄염계열의 폴리염화알루미늄(PAC)과 수용성 제2철염을 사용할 때 휴민산의 제거 효율이 월등한 응집제 조성물을 발표한 바 있다. 이때 연구된 수용성 제2철염으로 황산 제2철과 염화제2철을 사용하였고 수용성 알루미늄염으로 황산알루미늄과 염화알루미늄을 사용하였다.
본 연구에서는 위의 뛰어난 응집제 조성물을 보다 폭넓게 확장시켜 최근 국내에서 가장 많이 사용하고 있는 응집제인 PAC을 수용성 알루미늄염 대신 사용하였을 때에 앞의 발명보다 더욱 우수한 효과를 얻을 수 있어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 국내에서 가장 많이 사용하고 있는 PAC과 수용성 제2철염을 일정 농도비로 혼합한 조성물을 응집제로서 사용함으로써 염소소독시 발암성으로 문제시되는 부산물인 트리할로메탄의 전구체인 휴민산의 제거에 탁월한 효과를 갖는 또 다른 신규 응집제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에서 사용할 수 있는 알루미늄 응집제는 PAC이고 본 발명에서 사용할 수 있는 수용성 제2철은 황산제2철, 염화제2철 등의 수용성 제2철염이다. 이들 염류는 무수물 또는 결정수를 갖는 수화물일 수도 있고 상업적으로 이용하고 있는 상품화된 수용액일 수도 있다. 이들 중 황산제2철과 PAC을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에서 중요한 점은 수용성 제2철염의 철과 PAC 중 알루미늄의 중량혼합비이며 바람직한 중량비는 Al : Fe=0.1∼0.2 이다. 본 신규 응집제는 수용액의 형태가 바람직하며 알루미늄과 철의 산화상태인 Al2O3 , Fe2O3 로 환산하였을 때 그 합이 0.1∼20%(중량%)로 함유하는 것이 바람직하며 그 값이 8%일 때 이상적이다. 그러나 본 신규 응집제는 그 이상 또는 그이하의 농도로 함유할 수 있다. 또한 본 신규 응집제는 분말 상태로도 사용할 수 있고 폐수처리에도 이용할 수 있다.
다음에 실시예로써 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예 1. 응집제의 조제
Fe2(SO4)3 와 PAC을 사용하여 Fe : Al 의 무게비가 0.1:1(제1호), 0.2:1(제2호), 0.3:1(제3호), 0.4:1(제4호)의 비로 조제하며 이때 Al2O3 와 Fe2O3 의 형태로서 함량이 8%로 정량하여 조제한다. 그리고 시판중에 있는 응집제 Fe2(SO4)3 와 PAC, PACS로 연구에 사용된 응집제의 종류는 아래의 표 1과 같다.
연구에 사용한 응집제 종류
응집제 종류 Fe/Al의 중량비 Al2O3+Fe2O3 의 함량(%)
Fe2(SO4)3 1:0 8.0
제1호 0.1:1 8.0
제2호 0.2:1 8.0
제3호 0.3:1 8.0
제4호 0.4:1 8.0
PAC 0:1 8.0
PACS 0:1 8.0
위의 응집제 조성물을 이용하여 ① 응집효과 ② 중금속제거효과 ③ Fe잔류농도 ④ Al잔류농도 ⑤ 휴민산 제거효과에 대하여 실험을 수행하였다.
실시예 2. 응집효과에 관한 조사
표 1에 제시된 응집제의 종류에 따라 단계적으로 0.1mL에서 0.1mL씩 증가하여 0.5mL까지 단계적으로 주입한 후 자 테스트(Jar-Test)를 실시한 후 응집효과에 관해 조사하였다. 이때 인공 카올린(Kaolin)의 농도는 7 NTU로 맞추었고 시료량은 700mL로 수온은 약 20℃ pH는 1% NaOH 나 0.5% HCl로써 7.0으로 조절 후 200RPM의 속도로 10분간 자 테스트 후 15분간 방치한 다음 상등액의 탁도를 측정하였다. 사용한 탁도계는 Lovibond사 제품 Turbidimeter으로 모델명은 20012이다. pH 측정은 Hanna instruments사 제품 microcomputer pH meter으로 모델명은 HI8424이다. 표 2에서 표 8에는 각 응집제별 응집효과를 나타낸다.
1) PAC의 응집효과
8% PAC 용액을 0.1∼0.5mL/700mL를 주입했을 때 결과를 표2에 나타내었다. 결과에서 알 수 있듯이 0.2mL/700mL를 주입했을 때 가장 우수한 응집효과를 보였고 이때의 탁도는 1.1NTU 이였다.
PAC의 응집효과
응집제 주입량 응집제 첨가후 pH 조절된 pH Floc 크기 탁도 (NTU)
0.1 4.9 7.0 0.5mm 1.5
0.2 4.9 7.0 0.5mm 1.1
0.3 4.8 7.0 0.5mm 1.5
0.4 4.8 7.0 0.5mm 1.7
0.5 4.8 7.0 0.5mm 1.7
2) PACS의 응집효과
8% PACS 용액을 0.1∼0.5mL/700mL를 주입했을 때 결과를 표3에 나타내었다. 결과에서 알 수 있듯이 0.4mL/700mL를 주입했을 때 가장 우수한 응집효과를 보였고 이때의 탁도는 0.6NTU 이였다.
PACS의 응집효과
응집제 주입량 응집제 첨가후 pH 조절된 pH Floc 크기 탁도 (NTU)
0.1 4.7 7.0 0.5mm 1.2
0.2 4.3 7.0 0.5mm 0.7
0.3 4.5 7.0 0.5mm 0.7
0.4 4.6 7.0 0.5mm 0.6
0.5 4.8 7.0 0.5mm 0.8
3) Fe2(SO4)3 의 응집효과
8% Fe2(SO4)3 용액을 0.1∼0.5mL/700mL를 주입했을 때 결과를 표4에 나타내었다. 결과에서 알 수 있듯이 0.1mL/700mL를 주입했을 때 가장 우수한 응집효과를 보였고 이때의 탁도는 0.6NTU 이였다.
Fe2(SO4)3의 응집효과
응집제 주입량 응집제 첨가후 pH 조절된 pH Floc 크기 탁도 (NTU)
0.1 3.8 7.0 0.5mm 0.6
0.2 3.4 7.0 0.5mm 0.6
0.3 3.3 7.0 0.5mm 0.8
0.4 3.2 7.0 0.5mm 1.0
0.5 3.1 7.0 0.5mm 2.1
4) 제1호 응집제의 응집효과
8% 제1호 응집제 용액을 0.1∼0.5mL/700mL를 주입했을 때 결과를 표5에 나타내었다. 결과에서 알 수 있듯이 0.2mL/700mL를 주입했을 때 가장 우수한 응집효과를 보였고 이때의 탁도는 0.4NTU 이였다.
제1호 응집제의 응집효과
응집제 주입량 응집제 첨가후 pH 조절된 pH Floc 크기 탁도 (NTU)
0.1 5.0 7.0 1.5mm 0.7
0.2 5.0 7.0 2mm 0.4
0.3 4.9 7.0 2mm 0.7
0.4 4.8 7.0 2mm 0.6
0.5 4.8 7.0 2mm 0.7
5) 제2호 응집제의 응집효과
8% 제2호 응집제 용액을 0.1∼0.5mL/700mL를 주입했을 때 결과를 표6에 나타내었다. 결과에서 알 수 있듯이 0.1mL/700mL를 주입했을 때 가장 우수한 응집효과를 보였고 이때의 탁도는 0.3NTU 이였다.
제 2호 응집제의 응집효과
응집제 주입량 응집제 첨가후 pH 조절된 pH Floc 크기 탁도 (NTU)
0.1 4.3 7.0 2.0mm 0.3
0.2 4.4 7.0 2.0mm 0.3
0.3 4.6 7.0 1.5mm 0.6
0.4 4.6 7.0 1.5mm 0.6
0.5 4.7 7.0 1.5mm 0.8
6) 제3호 응집제의 응집효과
8% 제 3호 응집제 용액을 0.1∼0.5mL/700mL를 주입했을 때 결과를 표7에 나타내었다. 결과에서 알 수 있듯이 0.3mL/700mL를 주입했을 때 가장 우수한 응집효과를 보였고 이때의 탁도는 0.4NTU 이였다.
제3호 응집제의 응집효과
응집제 주입량 응집제 첨가후 pH 조절된 pH Floc 크기 탁도 (NTU)
0.1 5.0 7.0 1mm 0.9
0.2 4.8 7.0 1mm 0.9
0.3 4.8 7.0 1mm 0.4
0.4 4.7 7.0 0.5mm 0.7
0.5 4.6 7.0 0.5mm 0.5
7) 제4호 응집제의 응집효과
8% 제4호 응집제 용액을 0.1∼0.5mL/700mL를 주입했을 때 결과를 표8에 나타내었다. 결과에서 알 수 있듯이 0.1mL/700mL를 주입했을 때 가장 우수한 응집효과를 보였고 이때의 탁도는 0.3NTU 이였다.
제4호 응집제의 응집효과
응집제 주입량 응집제 첨가후 pH 조절된 pH Floc 크기 탁도 (NTU)
0.1 4.0 7.0 1mm 0.3
0.2 4.1 7.0 1mm 0.3
0.3 4.2 7.0 1mm 0.6
0.4 4.4 7.0 0.5mm 0.6
0.5 4.5 7.0 0.5mm 0.8
(3) 중금속 제거 효과
응집제 종류에 따라 0.1과 0.2mL씩 시료량 700mL에 주입한 후 자 테스트를 실시하여 Hg, Cd, Cr, Pb의 제거 효율을 구하였다. 시료는 카올린으로 탁도가 7mg/L가 되도록 했고 중금속의 농도는 약 1mg/L가 되도록 조제하였으며 여기에 응집제를 첨가한 후 pH를 7.0으로 NaOH와 HCl을 사용하여 조절하였다. 모든 중금속의 측정은 원자흡광광도법에 의해 수행되었고 사용한 기기는 Spectra AA-800이였다.
응집효과 실험결과 표9와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 표9에서 알 수 있듯이 각 응집제별 중금속의 제거 효율은 크게 차이를 보이지 않고 있다.
(4) 철과 알루미늄의 잔류량
응집처리후 철의 잔류량이 높을 때 물의 맛을 좋지 않게 함으로서 수질을 나쁘게 하고 알루미늄의 잔류량이 높을 때는 알츠하이병의 원인이 된다는 보고도 있어 잔류량의 정도가 중요하다. 본 연구에서는 앞의 중금속 제거효과와 동일한 실험조건에서 수행한 후의 상등액(100mL)중에 철과 알루미늄의 잔류양을 측정한 결과를 표10에 정리하였다. 그 결과 응집제 1호와 2호에서 철은 먹는물 기준치(0.3mg/L)의 1/50이하로 알루미늄은 기준치(0.2mg/L)의 약 1/5∼1/10의 범위로 검출되고 있고 기존 사용되어온 응집제들과 비교할때에도 두가지의 원소의 농도가 낮음을 알 수 있다.
각종 응집제 종류에 따른 Hg, Cd, Cr, Pb의 제거 효율
응집제 주입량(mL) 제거율 (%)
Cd Cr Hg Pb
PAC 0.1 94.1 76.9 69.1 90.0
0.2 94.0 76.1 72.0 91.3
PACS 0.1 93.9 76.1 70.5 90.7
0.2 94.0 74.9 71.3 94.7
Fe2(SO4)3 0.1 94.0 76.3 74.3 94.6
0.2 93.8 79.2 82.0 97.6
제1호 0.1 94.0 76.9 69.2 96.5
0.2 94.0 75.7 69.2 96.5
제2호 0.1 94.0 76.7 69.2 97.8
0.2 94.0 76.1 72.2 97.9
(중금속의 초기농도= 1.0 mg/L)
Hg, Cd, Cr, Pb의 검출한계는 0.006mg/L이다.
응집제 별 처리후 Fe와 Al의 잔류량의 농도 (mg/L).
응집제 주입량(mL) 잔류량
Fe Al
PAC 0.1 ND 0.035
0.2 0.002 0.076
PACS 0.1 ND 0.087
0.2 ND 0.142
Fe2(SO4)3 0.1 0.013 0.006
0.2 0.018 0.004
제1호 0.1 0.003 0.020
0.2 0.006 0.040
제2호 0.1 0.005 0.023
0.2 0.008 0.043
Detection Limit = 0.001mg/L
(5) 응집제별 휴민산 제거에 따른 THMs의 생성 억제 효과
탈이온수 700mL에 인공 카올린으로 탁도 10NTU가 되도록 조제후 휴민산이 10mg/L가 되도록 첨가한다음 응집제 5가지 종류를 0.1mL씩 추가한다. 이때 pH가 7.0이 되도록 NaOH로서 조절후 Sodium hypochlorite 10mg/L가 되도록 첨가하였다. 이때의 온도는 15℃이었다.
그 결과 표 11와 같은 결과를 얻을수 있었다. 결과에서 응집제 1호와 2호는 PAC이나 PACS에 비해 약 1/3의 총 트리할로메탄의 생성량을 보이고 있으며 Al2(SO4)3에 비해서는 1/2의 총 트리할로메탄의 생성량을 보이고 있어 국내 염소소독시에 생기는 소독부산물의 획기적 저감방법이 될 수 있음을 보이고 있다.
여러 응집제별 처리후 트리할로메탄의 생성량
성분 염소투여후 시간 (hr) 농도(mg/L)
PAC PACS Al2(SO4)3 1호 2호
CHCl3CHCl2BrCHClBr2CHBr3 2448244824482448 0.0670.0990.0050.0070.0040.006NDND 0.0720.1030.0070.0110.0050.006NDND 0.0590.0700.0060.0060.0040.005NDND 0.0250.0370.0050.0060.0060.006NDND 0.0220.0350.0050.0060.0060.007NDND
총 THMs 2448 0.0760.112 0.0840.120 0.0690.081 0.0360.049 0.0330.048
ND = not detected
검출한계 = 0.0005 mg/L
결론적으로 새로 개발된 응집제 제1호와 제2호는 주입량 0.1∼0.2mL로서 0.3 NTU 이하의 탁도로 최대 응집효과를 보이고 있으며 중금속제거율이 다른 응집제들과 비슷한 또는 그 이상의 제거율을 보이고 있다
본 발명에 따른 새로운 수처리용 응집제의 주목할만한 특징은 염소소독시에 항상 문제가 되는 소독부산물 트리할로메탄의 생성량이 기존의 응집제에 비해 1/2∼1/3의 양많큼 저감될수 있다는 점이며 이 물질은 발암성 물질로서 전 세계적으로 이 물질의 생성량을 줄이기 위한 기술개발이 현재도 진행중에 있다.

Claims (3)

  1. 폴리염화알루미늄(PAC)과 수용성 제2철염을 Al/Fe 질량비로서 0.01∼1.00의 혼합비를 특징으로 하는 수처리용 응집제.
  2. 제 1항에 있어서, 수용성 제2철염으로서 황산제2철 또는 염화제2철을 사용한 수처리용 응집제.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 수용성 염대신 무수염, 수화염의 액체 또는 고체상태의 염을 사용한 수처리용 응집제.
KR1019980007142A 1998-03-04 1998-03-04 정수용 응집제 조성물 KR19990073901A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010107799A (ko) * 2001-09-17 2001-12-07 신호상 이산화염소의 소독부산물 제거용 새로운 응집 조성물

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KR20010107799A (ko) * 2001-09-17 2001-12-07 신호상 이산화염소의 소독부산물 제거용 새로운 응집 조성물

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