KR20190013456A - 수처리 효율이 향상된 하폐수 처리용 응집제 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법 - Google Patents

수처리 효율이 향상된 하폐수 처리용 응집제 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법 Download PDF

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박민자
김지은
김연희
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삼구화학공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 수처리 효율이 향상된 하·폐수 처리용 응집제 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 응집제의 경우 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 있고, 슬러지 부피를 감소시켜 안정적 수처리가 가능하게 하는 장점이 있다.

Description

수처리 효율이 향상된 하폐수 처리용 응집제 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법{Flocculant composition for treating wastewater with improved water treatment efficiency, preparation method, and water treating method using it}
본 발명은 수처리 효율이 향상된 하·폐수 처리용 응집제 조성물, 이의 제조방법 및 응집제 조성물을 이용한 하·폐수 처리방법에 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.
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)
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 있는 응집제 및 이의 제조방법을 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 발명자는, 폴리염화알루미늄계 응집제에서, Al2O3의 농도, 염기도 및 염화도 조건을 특정 범위로 조정하는 경우 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 발명의 일 양태에서, 본 발명은 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 산을 혼합하여 얻어진 1차 혼합물을 10 내지 300 kgf/㎠의 압력하에서 50 내지 65℃의 온도로 가열하고, 여기에 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대한 산화나트륨(Na2O)의 농도가 10 내지 40 중량%인 수산화나트륨(NaOH)을 주입하여 혼합하여 교반하고 120 내지 200℃의 온도 조건 하 반응시켜 염기성 폴리염화알루미늄을 제조하되, 상기 수득되는 폴리염화알루미늄은, Al2O3의 농도가 10 내지 19 중량%이고, 염기도가 50 내지 75%이며, 염화물이 10 내지 20 중량%인, 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조와 관련하여서는, 본 발명의 발명자에 의한 선행특허(한국등록특허 제1,113,178호)를 참조한다. 본 명세서에서 중량%는 w/w%를 의미한다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리염화알루미늄은 Al2O3의 농도가 10 내지 19 중량%이고, 염기도가 50 내지 75%이며, 염화물이 10 내지 20 중량%, 보다 구체적으로 Al2O3의 농도가 12.5 내지 19 중량%, 염기도가 50 내지 70%이며, 염화물이 11 내지 20 중량%이고, 보다 구체적으로 Al2O3의 농도가 14 내지 19 중량%, 염기도가 50 내지 70%, 염화물이 12 내지 20 중량%이며, 보다 구체적으로 Al2O3의 농도가 12.5 내지 19 중량%, 염기도가 55 내지 65%, 염화물이 11 내지 18 중량%이며, 보다 구체적으로 Al2O3의 농도가 14 내지 16 중량%이고, 염기도가 60%이며, 염화물이 12 내지 16 중량%, 보다 더 구체적으로, Al2O3의 농도가 15 내지 16 중량%이고, 염기도가 60%이며, 염화물이 13 내지 15 중량%이다.
상기 범위 내에서 용존성 인, 질소, 불소 및 입자성 부유물질(suspended solid, SS) 제거; 탁도 개선; 및 슬러지 부피 감소 효과가 가장 우수한 것으로 나타났다. 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 폴리염화알루미늄계 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 폴리염화알루미늄계 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.
본 발명의 일 양태에서, Al2O3의 농도가 10 내지 19 중량%이고, 염기도가 50 내지 75%이며, 염화물이 10 내지 20 중량%인, 폴리염화알루미늄계 응집제, 보다 구체적으로 Al2O3의 농도가 12.5 내지 19 중량%, 염기도가 50 내지 70%이며, 염화물이 11 내지 20 중량%인 폴리염화알루미늄계 응집제, 보다 구체적으로 Al2O3의 농도가 14 내지 19 중량%, 염기도가 50 내지 70%, 염화물이 12 내지 20 중량%인 폴리염화알루미늄계 응집제, 보다 구체적으로 Al2O3의 농도가 12.5 내지 18 중량%이고, 염기도가 55 내지 65%이며, 염화물이 11 내지 18 중량%인, 폴리염화알루미늄계 응집제, 보다 더 구체적으로 Al2O3의 농도가 14 내지 16 중량%이고, 염기도가 60%이며, 염화물이 12 내지 16 중량%인, 폴리염화알루미늄계 응집제, 보다 더 구체적으로 Al2O3의 농도가 15 내지 16 중량%이고, 염기도가 60%이며, 염화물이 13 내지 15 중량%인, 폴리염화알루미늄계 응집제가 제공된다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리염화알루미늄계 응집제는, 폴리염화알루미늄계 응집제, 폴리수산화염화규산알루미늄계 응집제, 폴리수산화염화황산알루미늄계 응집제 및 (SO4)2-가 포함된 폴리염화알루미늄계　응집제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 폴리염화알루미늄계 응집제는, 용존성 인, 질소, 불소 및 입자성 부유물질(suspended solid, SS) 제거; 탁도 개선; 및 슬러지 부피 감소 효과를 나타낸다.
상기 폴리염화알루미늄계 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 폴리염화알루미늄계 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 발명에서는, 하수 및 폐수 처리 시 용존성 인, 질소, 불소뿐만 아니라 입자성 부유물질(suspended solid, SS)을 제거하고, 탁도까지 개선할 수 있고, 현재 시판되고 있는 무기 응집제보다 침강성이 우수하여 슬러지 부피(sludge volume)을 최소화함으로써, 하수 및 폐수 처리시 슬러지 계면의 높이를 낮추어 안정적인 수처리가 가능하며, 하수, 폐수처리에 다양하게 적용되어 보편적으로 사용되는 응집제 폴리염화알루미늄, 황산알루미늄 등을 사용하였을 때 필요한 투입량 보다 적은 양을 투입하여도 플록(floc) 형성이 보다 크고 단단하여 수처리 효율을 향상시키고, 또한 수처리 비용을 현저히 절감시킬 수 있어 경제적이라는 장점이 있다.
도1은 염기도% 및 염화물% 조건을 동일하게 하고 Al2O3 %를 달리하였을 때 SS 및 T-P 값에 미치는 영향을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도2는 염기도 및 염화물% 조건을 동일하게 하고 Al2O3 %를 달리하였을 때 SV30 값에 미치는 영향을 측정한 결과를 나타내는 사진이다.
도3은 Al2O3 % 및 염화물% 조건을 동일하게 하고 염기도%를 달리하였을 때 SS 및 T-P 값에 미치는 영향을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도4는 Al2O3 % 및 염기도% 조건을 동일하게 하고 염화물%를 달리하였을 때 SS 및 T-P 값에 미치는 영향을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
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
실시예 1. 응집제의 제조 (Al 2 O 3 10.5%, 염기도 60%, 염화물% 11%)
산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 60 중량%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 17.5 kg과 농도가 33 중량%인 염산(HCl) 33.3 kg 및 농도가 70 중량%인 황산(H2SO4) 3.1 kg의 비율로 1차 혼합물을 혼합한 상태에서 이를 반응기로 이송하여 62℃까지 가열한 다음, 산화나트륨(Na2O)의 농도가 33 중량%인 수산화나트륨(NaOH) 6.8 kg을 10 ㎖/min의 속도로 주입하여 40분간 교반하였다.
다음으로, 교반된 2차 혼합물을 150℃에서 8시간 반응시킨 다음, 38℃로 냉각하여 물 39.3 L를 투입하여 염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)을 제조 완성하였다.
전술한 바와 같은 과정을 통해 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 10.5 중량%, 염기도 60% 및 염화물 11%인 염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)이 제조되었다.
실시예 2. 응집제의 제조 (Al 2 O 3 12.5%, 염기도 60%, 염화물% 12%)
산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 60 중량%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 36.4 kg과 농도가 33 중량%인 염산(HCl) 36.4kg 및 농도가 70 중량%인 황산(H2SO4) 3.9 kg의 비율로 1차 혼합물을 혼합한 상태에서 이를 반응기로 이송하여 62℃까지 가열한 다음, 산화나트륨(Na2O)의 농도가 33 중량%인 수산화나트륨(NaOH) 8.1 kg을 10 ㎖/min의 속도로 주입하여 40분간 교반하였다.
다음으로, 교반된 2차 혼합물을 150℃에서 8시간 반응시킨 다음, 38℃로 냉각하여 물 30.9 L를 투입하여 염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)을 제조 완성하였다.
전술한 바와 같은 과정을 통해 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 12.5 중량%, 염기도 60% 및 염화물 12%인 염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)이 제조되었다.
실시예 3. 응집제의 제조 (Al 2 O 3 16%, 염기도 60%, 염화물% 13%)
산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 60 중량%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 26.7 kg과 농도가 33 중량%인 염산(HCl) 39.4 kg 및 농도가 70 중량%인 황산(H2SO4) 4.3 kg의 비율로 1차 혼합물을 혼합한 상태에서 이를 반응기로 이송하여 62℃까지 가열한 다음, 산화나트륨(Na2O)의 농도가 33 중량%인 수산화나트륨(NaOH) 10.3 kg을 10 ㎖/min의 속도로 주입하여 40분간 교반하였다.
다음으로, 교반된 2차 혼합물을 150℃에서 8시간 반응시킨 다음, 38℃로 냉각하여 물 19.4 L를 투입하여 염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)을 제조 완성하였다.
전술한 바와 같은 과정을 통해 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 16 중량%, 염기도 60% 및 염화물 13%인 염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)이 제조되었다.
실시예 4. 응집제의 제조 (Al 2 O 3 12.5%, 염기도 60%, 염화물% 14%)
산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 60 중량%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 20.8 kg과 농도가 33 중량%인 염산(HCl) 42.4 kg 및 농도가 70 중량%인 황산(H2SO4) 3.9 kg의 비율로 1차 혼합물을 혼합한 상태에서 이를 반응기로 이송하여 62℃까지 가열한 다음, 산화나트륨(Na2O)의 농도가 33 중량%인 수산화나트륨(NaOH) 8.1 kg을 10 ㎖/min의 속도로 주입하여 40분간 교반하였다.
다음으로, 교반된 2차 혼합물을 150℃에서 8시간 반응시킨 다음, 38℃로 냉각하여 물 24.9 L를 투입하여 염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)을 제조 완성하였다.
전술한 바와 같은 과정을 통해 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 12.5 중량%, 염기도 60% 및 염화물 14%인 염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)이 제조되었다.
실시예 5. 응집제의 제조 (Al 2 O 3 16%, 염기도 60%, 염화물% 14%)
산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 60 중량%인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 26.7 kg과 농도가 33 중량%인 염산(HCl) 42.4 kg 및 농도가 70 중량%인 황산(H2SO4) 4.3 kg의 비율로 1차 혼합물을 혼합한 상태에서 이를 반응기로 이송하여 62℃까지 가열한 다음, 산화나트륨(Na2O)의 농도가 33%인 수산화나트륨(NaOH) 10.3 kg을 10 ㎖/min의 속도로 주입하여 40분간 교반하였다.
다음으로, 교반된 2차 혼합물을 150℃에서 8시간 반응시킨 다음, 38℃로 냉각하여 물 16.4 L를 투입하여 염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)을 제조 완성하였다.
전술한 바와 같은 과정을 통해 산화알루미늄(Al2O3)의 농도 16 중량%, 염기도 60% 및 염화물 14%인 염기성 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC)이 제조되었다.
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: 구입처:삼구화학공업(주)), 폴리염화알루미늄(구입처:구입처:삼구화학공업(주)), 실시예 1 내지 3, 폴리수산화염화황산알루미늄(구입처: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 SamPAC
(실시예 1 내지 3)		 폴리수산화염화황산알루미늄
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
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 140.1mg/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 SamPAC
(실시예 1 내지 3)		 폴리수산화염화황산알루미늄
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
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 SamPAC
(실시예 3)		 폴리수산화염화황산알루미늄
성상 Al2O3 (중량%) - 15 17 16 12.5
염기도 (%) - 15 40 60 70
염화물 (%) - 26 21 13 12.5
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 SamPAC
(실시예 3)		 폴리수산화염화황산알루미늄
성상 Al2O3 (중량%) - 15 17 16 12.5
염기도 (%) - 15 40 60 70
염화물 (%) - 26 21 13 12.5
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
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
POP (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, POP 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
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
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
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
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
성상 Al2O3(중량%) 10.5 13 14 16 18 19
염기도(%) 60 60 60 60 60 60
염화물(%) 13 13 13 13 13 13
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
성상 Al2O3(중량%) 16 16 16 16 16 16
염기도(%) 50 55 60 65 70 75
염화물(%) 13 13 13 13 13 13
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
성상 Al2O3(중량%) 16 16 16 16 16 16
염기도(%) 60 60 60 60 60 60
염화물(%) 10 12 14 16 18 20
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.
실험예 7. 응집제별 계면 실험결과(현장, 총 계면 높이 400/ 단위 cm)
응집제 실시예 4 실시예 5 폴리수산화염화황산알루미늄 폴리염화알루미늄
성상 Al2O3 (중량%) 12.5 16 12.5 17
염기도 (%) 60 60 70 40
염화물 (%) 14 14 12.5 21
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.
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 (9)

  1. 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 산을 혼합하여 얻어진 1차 혼합물을 10 내지 300 kgf/㎠의 압력하에서 50 내지 65℃의 온도로 가열하고,
    여기에 수산화알루미늄(Al(OH)3) 100 중량부에 대한 산화나트륨(Na2O)의 농도가 10 내지 40 중량%인 수산화나트륨(NaOH)을 주입하여 혼합하여 교반하고 120 내지 200℃의 온도 조건 하 반응시켜 염기성 폴리염화알루미늄을 제조하되,
    상기 수득되는 폴리염화알루미늄은,
    Al2O3의 농도가 16 내지 19 중량%이고, 염기도가 50 내지 75%이며, 염화물이 10 내지 20 중량%이고,
    용존성 인, 질소, 불소 및 입자성 부유물질(suspended solid, SS) 제거;
    탁도 개선; 및
    슬러지 부피 감소 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는,
    폴리염화알루미늄계 응집제의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리염화알루미늄은 Al2O3의 농도가 16 내지 19 중량%이고, 염기도가 50 내지 70%이며, 염화물이 11 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는, 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리염화알루미늄은 Al2O3의 농도가 16 내지 19 중량%이고, 염기도가 50 내지 70%이며, 염화물이 12 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는, 폴리염화알루미늄계 응집제의 제조방법.
  4. Al2O3의 농도가 16 내지 19 중량%이고, 염기도가 50 내지 75%이며, 염화물이 10 내지 20 중량%이며,
    용존성 인, 질소, 불소 및 입자성 부유물질(suspended solid, SS) 제거;
    탁도 개선; 및
    슬러지 부피 감소 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는,
    하·폐수 처리용 폴리염화알루미늄계 응집제.
  5. 제4항에 있어서,
    Al2O3의 농도가 16 내지 19 중량%이고, 염기도가 50 내지 70%이며, 염화물이 11 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는, 하·폐수 처리용 폴리염화알루미늄계 응집제.
  6. 제4항에 있어서,
    Al2O3의 농도가 16 내지 19 중량%이고, 염기도가 50 내지 70%이며, 염화물이 12 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는, 하·폐수 처리용 폴리염화알루미늄계 응집제.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 폴리염화알루미늄계 응집제는,
    폴리염화알루미늄계 응집제, 폴리수산화염화규산알루미늄계 응집제, 폴리수산화염화황산알루미늄계 응집제 및 (SO4)2-가 포함된 폴리염화알루미늄계　응집제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 하·폐수 처리용 폴리염화알루미늄계 응집제.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 폴리염화알루미늄계 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 적용시키는 것을 특징으로 하는, 하·폐수 처리용 폴리염화알루미늄계 응집제.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 폴리염화알루미늄계 응집제를 오염수에 처리하는 단계를 포함하고,
    상기 처리로서,
    용존성 인, 질소, 불소 및 입자성 부유물질(suspended solid, SS) 제거; 탁도 개선; 및 슬러지 부피 감소효과를 나타내는 것을 특징으로 하는,
    오염수 처리 방법.
KR1020180063269A 2018-06-01 2018-06-01 수처리 효율이 향상된 하폐수 처리용 응집제 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법 KR20190013456A (ko)

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