KR940011523B1 - 정수제(淨水劑) 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Description

정수제(淨水劑) 조성물 및 그의 제조방법

본 발명은 상하수도, 각종 공업용수 및 공장배수(工場排水)의 정수처리(淨水處理)에 사용되는 정수제 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.

현재 일반적인 정수제로는 폴리염화 알루미늄(polyaluminium chloride), 황산 알루미늄(Aluminium sulfate)등의 무기계 정수제와 아크릴 아마이드(acryl amide)등의 유기계 정수제등이 사용되고 있다.

무기계 정수제에 의한 오수처리의 일반적인 메카니즘(Mechanism)은 수중 오염물질의 입자가 무기계 정수제의 금속이온과 응결작용을 일으켜 오염물질과 금속이온의 응결입자로 제거되는 것이다. 즉, 오수중 오염물질의 대부분은 현탁입자 또는 콜로이드 입자로서 일반적으로 마이너스 전하(電荷)를 가짐으로 입자 상호간에 전기적으로 반발하여 일정한 균형을 유지하면서 수중에 분산되어 있으며, 이러한 오염물질의 구성원인 콜로이드 입자를 제거하기 위하여 콜로이드 입자가 가지는 전하와 상반되는 전하의 전해질 금속이온을 가지는 무기계 정수제를 주입하여 이들 오염물질의 콜로이드 입자를 응결시켜 주고 이 응결된 입자를 제거하여 주므로서 오수의 오염물질을 정수하는 것이다.

또한, 전해질의 금속이온을 갖는 무기계 정수제는 오수의 현탁입자와 친화력이 커야하고, 콜로이드 입자의 계면에서 콜로이드 입자가 가지는 전하의 저하 또는 대전상태를 제거하여 주므로서 응집을 촉진시킬 수 있어야 하며, 사용된 무기계 정수제의 사용량이 적을수록 우수한 정수제이다. 이와 같은 무기계 정수제를 사용하여 오수를 처리할 경우, 수중에서 플럭(Floc)을 형성할 수 있어야 한다.

그리하여, 알칼리 성분이 함유되어 있지 않은 오수중에 무기계 정수제를 주입할 경우 무기계 정수제의 응결작용에 의해 현탁입자는 응결되나 파괴된 콜로이드 입자간의 흡착활성도가 약하여 플럭의 생성이 미세하며 무기계 정수제의 응집처리 효과가 충분히 발휘되지 못한다.

이와 같은 문제점은 현재 사용하고 있는 무기계 정수제에서의 공통적인 과제로서 알칼리 성분이 함유되지 않은 산성오수의 처리시 액성이 산성인 무기계 정수제의 주입으로 수중의 pH가 현저히 저하되며, 이에 따른 석회용 알칼리제의 다량 투입으로 슬럿지(sludge)가 과다하게 발생하는 오수처리의 문제점이 있었다. 또한, 수중의 pH 저하를 방지하기 위하여 무기계 정수제를 적정량 투입하지 못한 경우에는 오수처리가 비효율적이며, 정수능력도 떨어지게 된다.

황산 알루미늄은 비교적 저가이나 중금속이 다량 함유되어 있고, 탁도가 높은 수처리에 있어서는 제거시키고자 하는 불순물을 응집시키는 기능이 떨어진다는 문제점이 있었다.

폴리염화 알루미늄은 탁도가 비교적 높은 경우에도 사용이 가능하고 최근 수질환경이 점착악화되는 추세에 있어 수요량이 점차 증가되는 추세이다.

그러나, 폴리염화 알루미늄은 황산 알루미늄 보다 생산원가가 높고, 대규모의 생산설비가 필요하며 생산공정상 대량의 폐수가 발생되기 때문에 대량생산에는 많은 문제점을 수반하게 된다.

또한 현재 세계 여러나라에서 처리수중의 잔류 알루미늄의 독성으로 인한 노인성 치매가 문제로 대두되고 있는 바, 국내에서도 알루미늄 농도가 낮은 제품을 생산하여 사용하므로써 이러한 제반문제들을 해결하려는 추세에 있다.

또한, 유기계 정수제인 아크릴 아마이드는 무기계 정수제에 비하여 가격이 월등히 높아 수처리비용 상승을 가져오게 되며, 그밖에도 이들 각각의 정수제들은 각각 고유의 응집, 정수능력을 갖고 있어 수질에 따라 사용용도가 제한될 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 정수제들을 적당한 비율로 조성되는 조성물로 구성시켜 주므로서 가격이 저렴하여 폐수처리 비용을 절감시켜 줄 수 있고 오수처리에 따르는 스럿지 발생량을 최소화하고 넓은 하도 범위에서도 적용할 수 있으며 광범위한 용도를 갖는 정수제 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

폴리염화 알루미늄과 황산 알루미늄 및 아크릴 아마이드로 구성되는 조성물을 제조함에 있어서, 폴리염화 알루미늄은 고분자 물질이고 여기에 저분자 물질인 황산 알루미늄을 직접 혼합하게 되면 폴리염화 알루미늄(Al₂(OH)n Cl₆ ^-n]m, 여기에서 1<n<5, m<10이다)의 고분자 결합이 끊어지면서 이들 혼합물은 겔(gel) 상태가 되므로 이들은 조성물을 이룰 수도 없고 정수제로서의 기능도 상실하게 된다.

폴리염화 알루미늄 용액과 황산 알루미늄 용액을 혼합하게 되면 순식간에 반응을 일으켜서 우유빛으로 변색되며 2∼3시간 후면 겔 상태로 응결된다.

본 발명자는 폴리염화 알루미늄과 황산 알루미늄의 조성물을 제조함에 있어서, 유리산(SO₄)을 최소화 시킨 황산 마그네슘을 매체로 하여 황산 알루미늄과 황산 마그네슘이 일정한 비율로 혼합된 혼합물을 안정시킨 후 폴리염화 알루미늄과 혼합시키면 각 성분이 안정된 조성물로 얻을 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명에서 아크릴 아마이드를 주요구성 성분의 하나로 하는 이유는 폴리염화 알루미늄과 황산 알루미늄을 함께 조성물로 유지시킬 수 있으며 또한 아크릴 아마이드는 오수의 알카리도에 크게 영향을 받지 않으므로 넓은 PH 범위를 갖는 오수에 적용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 황산 알루미늄, 황산 마그네슘, 폴리염화 알루미늄을 혼합하는 과정에서도 단순히 3가지의 화합물을 혼합시키는 것이 아니라 황산 알루미늄 80%와 황산 마그네슘 20%를 혼합시킨 후, 그중의 96%를 채취하여 여기에 폴리아크릴 아마이드 2%를 희석했을때 가장 완벽하게 혼합이 되었으며 폴리아크릴 아마이드 용액이 혼입되었을때 폴리염화 알루미늄이 효능과 안정성이 가장 양호한 것으로 확인되었다.

본 발명은 폴리염화 알루미늄, 아크릴 아마이드, 황산 알루미늄 및 황산 마그네슘을 구성 성분으로 하는 정수제 조성물과 그 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 조성물을 제조함에 있어서, 1) 폴리 아크릴 아마이드 용액을 제조하고, 2) 황산 알루미늄과 황산 마그네슘을 혼합하여 제조한 혼합액을 상기 (1)의 용액에 투입한 후, 3) 여기에 폴리염화 알루미늄 용액을 투입하여 본 발명의 조성물을 제조한다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

[실시예]

폴리 아크릴 아마이드 용액의 제조

폴리 아크릴 아마이드 7㎏을 1000l의 물에 용해하고 2시간동안 강력하게 교반시켜 0.7%의 아크릴 아마이드 용액을 얻는다.

황산 알루미늄의 제조

수산화 알루미늄(Al₂O₃함량 55%) 100㎏을 물 120l에 혼합하여 슬러리 상태를 만들고 여기에 황산 170㎏을 투입하여 120∼145℃에서 반응시킨다. 반응완료 후 여기에 물 300l를 첨가하여 희석한 후 농도를 측정하고 여과하여 Al₂O₃기준 8.2%의 황산 알루미늄을 얻는다.

황산 마그네슘의 제조

마그네사이트(MgO 60% 이상, CaO 30% 이상) 100㎏을 물 150와 혼합하여 슬러리 상태로 만들고 여기에 96% 황산 220㎏을 투입한다. 반응 완료후, 여기에 물 250를 가하여 희석하고 MgO 기준 7.0%의 황산 마그네슘용액을 얻는다.

황산 마그네슘과 황산 알루미늄의 혼합액 제조

전기 공정에서 제조된 황산 알루미늄 용액과 황산 마그네슘 용액을 8 : 2의 비율로 혼합하여 교반기가 설치된 혼합조에 넣고 약 20℃에서 1, 750RPM의 속도로 약 30분간 교반시켜 비중 1, 280의 황산 마그네슘과 황산 알루미늄의 혼합물을 얻는다.

폴리 염화알루미늄의 제조

수산화 알루미늄(Al₂O₃58%) 1㎏을 물 1.2l에 가하여 슬러리 상태로 만들고 여기에 35% 염산 2.5∼2.7l를 110℃에서 약 20분동안 서서히 투입하면서 가압 반응시킨다. 중합반응이 완료되면 60% 탄산소다 용액 0.7l를 첨가하여 중화시키고, 0.5l를 첨가하여 비중 1,200의 폴리염화 알루미늄 용액을 얻는다.

정수제 조성물 제조

교반기가 설치된 혼합조에 먼저 0.7%의 아크릴 아마이드 용액 2l을 넣고 약 10분간 교반시킨 후 여기에 상기의 황산 알루미늄과 황산 마그네슘의 혼합용액 96l을 투입하여 약 50∼55℃에서 30분간 교반시킨 다음 상기의 폴리염화 알루미늄 2l를 투입하고 약 90분간 강력하게 교반, 혼합하여 본 발명의 정수제 조성물 완제품을 얻는다.

분석시험결과 상기 제품의 물성은 다음과 같았다.

-비중(20℃) : 1.246

-pH(2% 용액) : 3.4

-Al₂O₃함량(%) : 6.5∼7.5

이와같이 조성된 본 발명의 정수 조성물은 안정성이 높아 장시간 보관시에도 변질되지 않았으며 정수장의 원수처리 시험결과 폴리염화 알루미늄보다 탁도 및 COD의 아래 표에서와 같이 월등히 우수하였다.

[표 1]

시험결과 비교

※ 시험방법 : ○ 원수 1, 000ml에 약품 각각 30PPM을 투입하였음.

○ 원수의 COD는 4.4PPM, 탁도는 8NTU이었으며 상기 약품으로 처리후 상등수 100ml 채취하여 시험한 수치임.

-COD : 화학적 산소 요구량

-NTU : 이동 단위수(number of transfer unit)

Claims (3)

1. 정수제 조성물에 있어서, 아크릴 아마이드, 폴리염화 알루미늄, 황산 알루미늄, 황산 마그네슘으로 조성된 액상 정수제 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 0.7%의 아크릴 아마이드 용액 약 2.0vol%, 10%의 폴리염화 알루미늄 용액 약 2.0vol%, 8%의 황산 알루미늄 용액 약 70vol% 및 MgO 기준 7.0%의 황산마그네슘 약 26vol%로 조성된 액상 정수제 조성물.
3. 정수제 조성물의 제조방법에 있어서, 8.2%의 황산 알루미늄 용액 80용량부와 MgO기준 7.0%의 황산 마그네슘 용액 20용량부를 혼합한 용액 약 96용량부에 0.7%의 아크릴 아마이드 용액 약 2.0용량부를 투입하여 50∼55℃에서 30분간 교반시킨 다음 여기에 10%의 폴리염화 알루미늄 용액 약 2.0용량부를 첨가하는 아크릴 아마이드, 폴리염화 알루미늄, 황산 알루미늄 및 황산 마그네슘으로 조성된 액상 정수제 조성물의 제조방법.