KR940001798B1

KR940001798B1 - 정수용 응집제 조성물

Info

Publication number: KR940001798B1
Application number: KR1019900016906A
Authority: KR
Inventors: 황종수
Original assignee: 황종수
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1994-03-09
Also published as: KR920007664A

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

정수용 응집제 조성물

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 트리할로메탄의 전구물질의 제거에 탁월한 효과가 있고 중금속 제거에도 좋은 효과가 있는 정수용 응집제 조성물에 관한 것이다.

상수 정화시에는 응집제를 가하여 부유물을 응집 처리하는 공정이 필요하며, 이때에 응집제로는 통상적으로 황산알루미늄, 폴리알루미늄클로라이드(PAC)등이 단독으로 사용되어 오고 있다.

또한 오래전에 황산제2철이 응집제로 사용되어 온 바 있다.

이들 통상으로 사용되어온 응집제들은 물에 불용성인 물질들은 잘 응집되어 제거되나 휴민산(humicacid)등과 같은 유기물질들은 잘 제거되지 않은 문제점이 있다.

휴민산과 같은 유기물이 존재하면 응집후 염소에 의한 살균처리시에 CHCI₃, CHCI₂, BrCHClBr₂및 CHBr₃와 같은 트리할로메탄류(trihalomethanes)가 생성되고 이들 성분들은 발암성이 있어서, 큰 문제점이 되어 왔다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 오존을 산화제로 사용하든가 또는 C1O₂를 사용하여 상수원을 살균하는 방법에 대한 연구가 행하여 오고 있다. 그러나 염소 대신에 살균제로 상기 언급한 물질들을 사용하면 트리할로메탄의 생성은 막을 수 있으나, 이들 살균제에 대한 기타 안정성에 관한 연구가 아직껏 완료되어 있지 않고, 더구나 이들 물질이 염소에 비하여 너무 고가임으로 그 사용에 문제점이 있었다.

일본특허원 소 61-149354호에 의하면 3가 철분과 알루미늄분의 몰비가 10＞Fe⁺⁺⁺/Al⁺⁺⁺＞0.5 이고 Al/Fe의 중량비가 1/30내지 1/2인 액상의 폐수처리용 응집제에 관하여 기술하고 있다.

그러나, 상기 응집제는 많은 량의 유기물질이 존재하는 폐수에서는 일부 유기물질이 제거되고는 있으나, 휴민산과 같은 유기물질이 존재하는 상수도의 원수에 존재하는 수용성 유기물질의 제거에는 효과가 없으며, 더구나, 다량의 철분이 존재하기 때문에 응답 처리후 철2가이온이 원수에 함유되어 있어 응집처리후의 물을 상수원으로는 사용할 수 없다.

본 발명자들은 오랜 연구를 행한 결과, 응집제로서 수용성 알루미늄염과 수용성 제2철염을 함께 사용하되, 원자 중량비로서 Al⁺⁺⁺1에 대하여 Fe⁺⁺0.05내지 2를 함유하는 혼합물을 사용하면 부유물질의 응집효과 및 중금속 제거효과등은 황산알루미늄을 응집제로 사용한 경우와 거의 같으며, 황산알루미늄을 응집제로 사용할때에 잘 제거되지 않는 휴민산이 거의 모두가 제거되어 염소 소독시에 트리할로메탄이 거의 검출되지 않을 뿐 아니라 잔류철분도 거의 없어 상수도의 사용에 아무런 문제가 없는 놀라운 사실을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 공지 응집제와 동등 이상의 부유물 응집 중금속 제거효과가 있으며, 트리할로메탄류의 전구물질인 휴민산의 제거에 탁월한 효과가 있는 신규의 응집제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 응집제 조성물은 수용성 알루미늄염과 수용성 제2철염을 혼합한 조성물이다.

본 발명에서 사용할 수 있는 수용성 알루미늄 염으로서는 황산알루미늄, 또는 염화알루미늄 및 기타 통상의 수용성 알루미늄 염이다. 이들 염류는 무수물 또는 결정수를 가진 수화물을 사용할 수도 있고 또는 수용액의 형태로 사용할 수도 있다.

본 발명에서 사용할 수 있는 수용성 제2철염은 황산제2철, 염화제2철 또는 기타 통상의 수용성 제2철염이다.

이들 염류는 무수물 또는 결정수를 가지는 수화물을 사용할 수도 있고 그 수용액을 사용할 수도 있다.

알루미늄 염이나 제2철염은 알루미늄, 명반이나 철명반과 같은 복염의 형태로 사용할 수도 있다.

이들 염류중, 알루미늄염으로는 황산알루미늄, 및 제2철염으로는 황산제2철을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 수용성 알루미늄과 수용성 제2철염은 알루미늄과 철로 환산하여 알루미늄 1중량부당 철0.05-2중량부를 혼합하여 사용한다. 바람직한 조성은 Al : Fe를 약 1중량부대 0.07-0.1중량부, 가장 바람직한 조성은 Al : Fe를 중량부대 0.1내지 0.5중량부이다.

본 발명의 신규 응집제 주성물은 수용액의 형태로 사용하는 것이 바람직하다. 수용액의 형태로 사용하는 경우에는 알루미늄 및 철염을 Al₂O₃, Fe₂O₃로 환산한 그 합이 0.1-20%(중량)을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 이들 응집제는 그 이상 또는 그 하의 농도로 함유할 수도 있다.

본 발명의 신규 응집제 조성물은 분말형태로 사용할 수도 있다.

본 발명의 신규 응집제 조성물은 폐수의 처리에 사용할 수 있음은 물론이다.

다음에 실시예 및 실험예로서 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1]

Fe₂(SO₄)와 Al₂(SO₄)3로써 Fe : Al의 혼합 응집제를 0.1 : 1, 0.2.1, 0.3 : 1, 0.4 : 1의 비로 조제하여 실험한다. 이와 동시에 Al₂O₃와 Fe₂O₃의 형태로 녹아있는 실질 함량의 합이 7% 이상이 되도록 정량하여 제조한다.(분석 : ICP 분석법)

[표 1]

본 발명의 응집제 조성물을 PAC(10%) 및 Al₂(SO₄)₃(시판품 약 8% Al₂O₃)와 (1) 응집제 종류에 따른 응집효과 (2) 응집처리에 의한 중금속 제거효과(Hg, Cd, Cr 및 Pb) (3) Fe 잔류농도 및 (4) 응집처리에 따른 휴민산 제거효과에 대하여 실험을 행하였다.

[실험예 1]

[응집제의 종류에 따른 응집효과]

응집제의 종류에 따라 0.1㎖부터 단계적으로 0.5㎖까지 주입하여 자 테스트(Jar Test)를 실시한 후 후속(floc)의 크기, 처리후의 탁도를 측정한다.

실험 조건은 다음과 같다.

·인공(Kaolin) 탁도 : 50㎎/ℓ

·시료량 : 700㎖

·수은 : 29-31℃

·시료 pH : 7.00(1% NaOH 및 0.5% HCl로 조정)

위와 같은 조건을 맞춘후 각 응집제에 대해 각 3회씩 자 테스트를 실시하였다.

[(1) PAC 응집제의 응집효과]

·10% PAC 용액 0.5㎖/700㎖를 주입하였을때 처리후 pH는 7.0, 탁도는 1.5-4로 응집효과가 가장 높게 나타났다.

[표 2 : PAC 응집제의 응집효과]

(2) Al₂(SO₄)₃응집제의 응집효과

Al₂(SO₄)₃0.2㎖/700㎖를 주입하였을때 응집처리후 탁도가 1-2도로써 이미 응집효과가 우수하였다. 침강속도가 다소 오래 걸렸으나(1시간 이상) 높은 응집효과를 보였으며 사용된 1% NaHO 주입량은 응집제액 0.1㎖를 첨가하였을때 가장 적게 나타났다.

[표 3 : Al₂(SO₄)₃응집제의 응집효과]

(3) 1호 응집제의 응집효과

1호 응집제 0.2㎖/700㎖를 주입하였을때 응집처리후 탁도가 1.5-2도로 이미 우수한 응집효과를 나타냈다.

[표 4 : 1호에 응집제의 응집효과]

(4) 2호에 응집제의 응집효과

2호 응집제 0.1㎖/700㎖를 주입하였을때 응집처리후 탁도가 2-2.5도로 매우 양호하며 1호 응집제보다 1% NaOH가 적게 주입된다.

[표 5 : 2호 응집제의 응집효과]

(5) 3호 응집제의 응집효과

3호 응집제 0.3㎖/700㎖를 주입하였을때 응집처리후 탁도가 1.5로 양호하였으며 그때 첨가된 1% NaOH양은 6㎖ 이상이었다.

[표 6 : 3호 응집제의 응집효과]

(6) 4호 응집제의 응집효과

4호 응집제 0.2㎖/700㎖를 주입하였을때 응집처리후 탁도가 1.5-2도로 양호하였으며 침강속도가 다소 길었고(1시간 이상) floc size도 매우 큰 편이었다. 사용된 1% NaOH양은 4.37㎖로 응집제 1호의 약 2배가 소요되었다.

[표 7 : 4호 응집제의 응집효과]

[실험예 2]

[응집제의 종류에 따른 중금속(Cd, Cr, Hg, Pb) 제거효과]

응집제의 종류에 따라 높은 응집효과를 갖는 적당량을 주입하여 Jar test 실시하여 Hg, Cd, Cr, Pb 각 1㎎/ℓ에 대한 제거효과를 측정하고 상등액의 잔류 Fe를 측정한다.

Hg, Cd, Cr, Pb, Fe 분석 : 원자흡광 공도법(Atomic absorption spectro photometer, shimadzu AA-650).

응집효과 실험결과에서 그 효율성 및 경제성을 고려하여 3호, 4호 응집제를 제외한 4종류의 응집제(PAC, Al₂(SO₄)₃, 1호, 2호)로 중금속 제거효과를 비교하였다. 각 주입량은 앞의 응집효과 실험에서 응집효과가 양호한 최저주입량을 선택하였다.

실험조건 : 시료량 700㎖(탈이온수)

인공(Kaolin) 탁도 50㎎/ℓ

수온 28-31℃

pH 7.00

Hg, Cd, Cr, Pb 첨가농도 각 1mg/l

측정기기 : A.A(원자흡광 공도법 : Shimadzu AA-650)

결과 :

(1) Hg은 대체로 60-70%의 제거율을 보였으며 각 응집제별 뚜렷한 제거효율의 차이는 없었다.

(2) Cd은 각 응집제가 다 같이 99% 이상의 제거율을 보였으며, 각 응집제간 유의한 차이는 나타나지 않았다.

(3) Cr 역시 전체적으로 98% 이상의 높은 제거율을 나타내었다.

(4) Pb의 경우 각 응집제에서 처리후 거의 검출되지 않아 전 응집제가 다같이 우수한 제거효과를 나타냈다.

(5) 각 응집제 주입량에 따른 중금속 제거효율은 다음 표 8과 같다.

[표 8 : 응집처리후 중금속 제거효율]

* N.D : Not detected(불검출)

* detection limit(검출한계) ·Cd : N.D＜0.00067㎎/ℓ

·Cr : N.D＜0.005㎎/ℓ

·Hg : N.D＜0.00016㎎/ℓ

·Pb : N.D＜0.005㎎/ℓ

[실험예 3]

[응집처리에 따른 Fe 잔류량의 측정]

실험조건 : 중금속 제거효율 실험조건과 동일하다.

측정기기 : Fe-A.A(원자흡광 광도법 : Shimadzu AA-650)

결과 : 혼합응집제 1호, 2호와 Al₂(SO₄)₃, PAC을 각각 주입량에 따라 주입하여 응집후 상등액(100㎖) 중의 Fe 잔류농도 및 응집효과를 조사하였다. 그 결과는 다음 표 9와 같다.

[표 9 : 응집처리후 잔류하는 Fe의 농도]

* N.D : Not detected(불검출)

* detection Limit(검출한계) Fe : N.D＜0.0013㎎/ℓ

[실험예 4]

[응집처리에 의한 휴민산 제거효율 ]

실험조건 : 시료량 700㎖(탈이온수)

인공(Kaolin) 탁도 50㎎/ℓ

수온 26-29℃

pH 7.00

휴민산 첨가농도 5㎎/ℓ

염소처리 10㎎/ℓ

염소접촉시간 즉시, 3시간

결과 : 응집제의 종류에 따라 다음과 같은 주입량을 첨가하였을때 혼합응집제 2호의 경우, 0.1㎖/700㎖의 주입량에서 염소소독 직후 3hr의 순으로 접촉한 경과시간에 따라 TTHM이 1.92, 11.93μg/ℓ로 기타 다른 응집제에 비하여 월등히 낮게 검출되었다. 이로써 THM 생성 전구물질로 알려진 휴민산이 응집처리되어 제거됨으로써 THM이 낮게 검출됨을 알 수 있었다. 그 결과를 표 10에 나타나있다.

[표 10 : 응집처리후 상등액(200㎖)의 시간별 THM 생성농도]

* N.D : Not Detected(불검출)

* TTHM : Total Trihalomethanes(음용수 수질기준 100㎍/ℓ)

* ( )내는 제거율(%)

응집제로써 Al₂(SO₄)₃와 Fe₂(SO₄)₃를 Al₂O₃: Fe₂O₃의 비율로써 1 : 0.1-0.4가 되고 그 함량이 7% 이상 되도록 혼합조제한 용액 4종(1-4호)과 Al₂(SO₄)₃(시판용 8%) 용액, PAC(10%) 용액등 총 6종의 응집제에 대한 (1) 응집효과 비교실험을 실시하였다.

실험결과 각 응집제별로 응집효과가 우수한 주입량을 결정하였다. 이중에서 3-4호 응집제의 경우, 응집제로써 사용시의 효율성을 고려하여 기타 실험에선 제외하였다. 이에 따라 최적주입량이 선정된 응집제별(2) 응집제에 따른 중금속 제거효과(Hg, Cd, Cr, Pb), (3) 응집처리후 Fe의 잔류농도, (4) 응집처리에 따른 휴민산 제거효율을 비교 조사하였다. 그 결과를 종합하면 다음과 같다.

(1) Kaolin 탁도 50mg/l 시료에 대한 각 응집제별 응집제 첨가율(㎖/700㎖)의 응집효과가 양호한 주입량을 요약하면 다음표와 같다.

[표 11 : 응집제별 최적 주입량에 따른 응집처리효과 비교]

여기서 탁도 음용수 수질허용 기준인 2도를 기준으로 다시 응집제별 최적 주입량을 비교해보면 PAC 의 경우 0.5㎖/700㎖의 주입량이 응집효과가 우수하며 그에 비해 나머지 응집제들은 모두 그 기준을 만족한다고 볼 수 있다. 따라서 응집의 효율성을 고려해볼때 Al₂(SO₄)₃는 0.2㎖/700㎖의 주입량, 1호의 경우는 0.2㎖/700㎖의 주입량, 2호의 경우는 0.1㎖/700㎖의 주입량이 그 효과가 최대인 경우라 할 수 있겠다.

(2) 응집처리에 의한 중금속(Hg, Cd, Cr, Pb) 제거율은 시료중의 Cd, Cr, Pb의 농도 1㎎/ℓ에 대해 5종의 응집제에서 모두 99%이상의 높은 제거율을 나타냈다. 응집제간 제거율에 유의한 차이는 없다고 볼 수 있다. 한편 Hg의 경우 시료중 농도 1㎎/ℓ에 대해 전체적인 제거율이 80%이하로 다른 중금속들에 비해 낮은 제거율을 나타내었다. 그중에서도 2호의 경우가 76%로 비교적 높은 제거율을 나타내었다.

(3) 또한 Fe잔류농도는 1호, 2호 응집제에서 모두 음용수수질 허용기준치인 0.3m/ℓ에 훨씬 못미치는 현저히 낮은 농도(N.D-0.0035㎍/ℓ)로 검출되었다.

(4) 응집처리에 의한 휴민산 제거효율은 2호 응집제 경우에 주입량 0.1㎖/700㎖ 에서 염소처리후 즉시, 3시간후에 생성된 TTHMs의 농도가 1.92 및 11.93㎍/ℓ였다. 2호 응집제 주입량 0.2㎖/700㎖의 경우에도 각 13.41 및 9.73㎍/ℓ로써 PAC, Al₂(SO₄)₃1호의 최적 응집량과 비교시 현저히 높은 휴민산 제거율(72-96%)을 나타냈다.

이상 실험결과를 요약하면 다음과 같다. 각 응집제별 최적 주입량은 PAC은 0.5㎖/700㎖, Al₂(SO₄)₃은 0.2㎖/700㎖, 2호 0.2/700㎖, 그리고 2호는 0.1㎖/700㎖인 것으로 나타났다. 또한 중금속 (Hg, Cd, Cr, Pb) 제거효율은 각 응집제간 유의한 제거효율 차이는 없었으며, 잔류 Fe농도는 모두 기준치 이하의 낮은 농도 내에서 검출되었다. 응집처리에 의한 휴민산 제거효율은 2호 응집제의 0.1㎖/700㎖ 주입량이 Al₂(SO₄)₃응집제 및 PAC에 비해서 월등히 높은 제거율(80-96%이상)을 나타냈다. 따라서 2호 응집제는 수도용 응집제로써의 효과가 있다고 인정된다.

이상 실험예에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 정수용 응집제 조성물은 탁월한 응집효과, 중금속제거효과, 휴민산 제거효과가 있다.

Claims

수용성 알루미늄염과 수용성 제2철염을 원자량비로 Al 1에 대하여 Fe 0.05-0.75를 혼합함을 특징으로 하는 트리할로메탄 전구물질의 제거에 우수한 효과가 있는 신규 상수용 정수용 응집제.
제1항에서, 수용성 알루미늄염으로 황산알루미늄, 염화알루미늄에서 선택된 염을 사용한 응집제.
제1항에서, 수용성 제2철염으로 황산제2철, 염화제2철에서 선택된 염을 사용한 응집제.
.제1항 또는 2항에서 수용성 알루미늄으로 무수염, 수화염 또는 수용액 상태의 염을 사용한 응집제.
제1항 또는 3항에서 수용성 제2철염으로 무수염, 수화염 또는 수용액 상태의 염을 사용한 응집제.