[스크랩] 폴리머란?

응집제의 종류는 크게 양이온응집제,음이온응집제,비이온응집제가 있습니다
A-Polymer(Anion-P)는 음이온응집제를 뜻하며,유산반토및 황산등 다른 폐수처리약품과 같이 사용할수 있는 가장 광범위하게 사용되는 응집제입니다.점토계나 금속업체에서 사용하며,한국도자기외 도금업체에서 사용중입니다.
C-Polymer(Cation-P)는 양이온응집제를 뜻하며,유기현탁액의 응집에 사용합니다.
분뇨라든가 화학,식품,제지,염색등 공장의 폐수처리에 사용됩니다.
각각의 응집제의 침전속도는 폐수의 PH에 따라 많이 다르므로
폐수에 맞는 응집제의 선택이 중요합니다.
폐수처리에 있어 응집제의 사용량은 타약품에 비해 소량이지만,고가의 약품이므로
신중을 기해야하며, 워낙 종류가 많아 전문가의 도움을 받으시는 편이 좋을 듯 싶네요.

 

고분자 응집제의 성질 및 사용방법   고분자응집제의 효과를 최대한 발휘시키기 위해서도 고분자응집제의 성질을 잘 알고 있어야 하며, 효과적인 응집조건하에서 사용하는 것이 중요하다. 고분자응집제는 용해방법, 용해에 사용되는 희석수 수질, 주입방법, 교반, PH, 그 외의 중요한 인자에 의해 성능이 좌우되므로 그 항목에 따른 사용방법 및 유의사항을 기술한다. 고분자 응집제 용해에 사용되는 물은 가능한 불순물을 함유하지 않는 것이 좋다. 특히 음이온계 고분자응집제는 희석수 중에 양이온 전해질(Ca++,Mg++,Fe++등)에 의해 그 성능이 크게 저하된다고 알려져 있다. 그것은 응집제 분자내에 존재하고 있는 음이온성의 해리 이온이 이들 금속이온과 결합하여 길게 펼쳐져 있는 분자를 뭉치게 하여 점성을 저하시키기 때문이다. 염의 농도가 높은 경우에도 용해액의 점성을 저하시키고 성능을 저하시키면서 투입량이 증가 하게 된다. 희석수로서는 공업용수, 상수도를 이용하는 것이 무난하며, 지하수, 하천수를 사용하는 경우에는 수질분석을 필히하여 양이온 염의 농도를 체크해야 한다. 응집제 희석에 사용되는 용해조가 MILD STEEL 인 경우 Fe++이온의 용출을 피할 수 없기 때문에 녹발생을 방지하기 위하여 수지LINING을 하거나, STAINLESS STEEL 또는 PLASTIC 류로 교체해야 한다. 양이온계 고분자응집제의 경우는 음이온계 고분자응집제와 같이 미량의 염의 대한 영향이 심하지는 않으나, 희석수의 PH가 높을 경우 또는 용존염 농도가 높을 경우는 성능을 저하시키므로 주의하여야 한다. PH가 높은 물을 희석수로 사용하면 고분자응집제 분자는 가수분해되어 응집제에 양이온성을 띄게 하는 음이온기를 절단시켜 양이온성을 저하시키고 본래의 기능을 억제 시키면서 응집제 사용량을 증가시키게 한다. 이러한 현상은 약카치온 계열에서 두드러진 현상을 보인다. 희석수중 염의 영향은 점성, 성능저하는 물론 FLOC의 강도에 영향을 미치며 희석수의 온도는 약간 높은 것이 용해시간을 단축시키기 때문에 빨리 용해시키고자 할 경우와 동절기에는 온수가 사용되면 효과적이다. 온도는 15 ~ 30℃가 좋다. 고분자 응집제 희석농도는 보통 현장의 용해 TANK의 크기, PUMP의 능력 등에 의해서 결정되나, 그 농도는 응집제의 경시변화 속도, 성능에 큰 영향을 미친다. 앞에서와 같이 희석수중의 용존물질에 의한 폐해는 고농도로 용해시켰을 때 완화되고 경시 변화속도도 줄어들지만, 고농도로 용해시키는데는 한계가 있어 ANION, NONION계는 약 0.5%, CATION계는 0.5 ~ 1%정도이다. 그 이상의 농도로 용해시킬 때는 특수한 장치가 필요하며, 통상 주입농도는 ANION, NONION은 0.05 ~ 0.2%, CATION 0.1~0.3%로서 그 이상은 응집 반응속도가 지연되고 확산성이 좋지 않으며, 응집기능이 일어나지 않는 경우도 있다.(아래표 참조) 이상적인 응집제 사용방법은 가능한 고농도로 용해시켜 사용직전 희석하는 것이 바람직하다. 이는, ① 처음부터 저농도로 용해시킬 경우 FLOC의 강도가 약해지나 ② 고농도로 용해시켜 사용직전에 희석 사용하면 고농도로 사용하는 경우 이상으로 효과적이기 때문이다. 이는 응집에 관여하는 고분자 결합의 강도가 고농도로 용해시 강화되기 때문으로 보인다. 첨가량(ppm) 용해농도(%) Floc형성시간(Sec) Floc크기(mm) 침강속도(cm/min) 1 0.5 24 3.0 6.3 1 0.1 8 3.0 5.5 1 0.01 3 2.5 4.5 1 0.005 3 2.0 3.7 1 0.001 3 1.0 2.7 [응집제 투입시, 용해농도와 효과와의 관계] *시료: 수산화알루미늄(SS 500ppm, pH 6.80) *교반조건: 응집제 투입후 150rpm 2분, 80rpm 2분, 40rpm 1분 고분자 응집제는 그 형태로서 ①분말 TYPE ②10% 정도 점액TYPE ③30~40%정도 EMULSION TYPE으로 분류되며 용해 방법 또한 각각 다르다. 분말 TYPE의 용해시는 분말덩어리를 만들지 않는 것이 절대적으로서, 한번 형성된 덩어리는 용해에 많은 시간이 요구되며 미용해 상태로 사용하면 배관, PUMP를 막을 가능성이 있으며, 탈수에도 문제가 된다. 응집제를 투입시키는 방법은 용해조에 교반 IMPELLER가 잠길 정도의 최소한의 물을 넣고 교반기를 회전시키면서 물과 동시에 물이 점성이 갖지 않는 곳에 분말을 투입시킨다. 분말은 수막을 형성하여 그 위에 소량씩 첨가하므로서 덩어리 형성을 억제할 수 있으며 1회 용해량이 많을 경우는 분말 분산기를 사용하는 방법도 있다. 용해용 교반기는 보통 PROPELLER TYPE으로 300RPM이하로 많이 사용되며, MOTOR직결 TYPE의 고속 교반기는 분자를 물리적으로 끊어 점성이 저하되는 원인이 된다. 용해용 IMPELLER에는 TIMER를 부착하여 교반시간을 최소화 하므로서 성능저하를 최소화 시킬 수 있다. 용해시간은 응집제의 분자량이 높을수록, 분자내 ION기의 밀도가 낮을수록 장시간이 필요하며, 통상 1~2시간 정도에서 완전 용해시키는 경우가 대부분이다. 필요 이상의 교반시간을 갖는 것은 앞에선 기술한 바와 같이 좋지 않다. AERATION 교반법에 의한 용해 방법도 있으나PROPELLER 교반보다 성능 저하는 커진다. 특히 PUMP에 의한 순환은 급격히 저하시키므로 절대적으로 피해야 한다. kkkk ANION계, NOION계 고분자 응집제 용액은 통상 중성이나 약알칼리성으로서 용해조 및 배관재질에 대한 부식의 염려는 없으나, ANION 응집제는 Fe이온 혼입시 저하가 일어나므로, 용해조가 MILD STEEL일 경우 용해조 내부를 충분히 PAINTING할 필요가 있다. CATION계 고분자응집제 용액의 경우는 일반적으로 산성이므로 NONSTEEL계 TANK를 이용하는 것이 바람직하며 배관도 통상 PVC가 이용된다. 용액 주입에 이용되는 PUMP는 통상 BELLOWS TYPE 또는 DIAPHRAGM TYPE PUMP를 많이 사용하며 GASKET 또는 원심 PUMP는 PUMP내에서 받는 전단력에 의해 점성이 저하되고, 응집성의 악화를 가져온다. 또한 유량조절용 BY-PASS나 토출구 개폐방법은 성능저하 속도를 가속시킬 수 있다. 응집제 첨가장소는 교반작용이 매우 강한지점에 투입해야 하며, 용액이 급속히 현탁액 전체에 분산되는지 유심히 관찰하고, FLOC 형성후 FLOC이 교반기의 영향을 받는지 여부를 잘 관찰해야 한다. 현탁액의 농도가 높고 점도가 높아 응집제 용액의 분산성이 걱정될 경우는 첨가 장소를 여러 곳으로 하면 응집 성능도 우수해지고 사용량도 줄어든다. 무기응결제와 고분자응집제를 병용하는 경우, 무기응결제 반응완료후 고분자 응집제가 첨가될 수 있도록 첨가 장소를 선택해야 하며, PH조정은 고분자응집제 첨가 전에 완료되어야 하는 것도 중요하다. 고분자응집제를 사용하여 현탁물에 효과적인 응집을 일으키게 하기 위해서는 (1) 응집제 용액을 현탁액 전체에 빠르게 분산시킬 수 있도록 해야한다. (2) FLOC 형성을 위하여 [균일한 교반]이 필요하다. 난류가 없는 [균일한 정상교반]으로는 FLOC 형성에 시간이 걸리고 응집반응 이 완료되지 않은 채로 침강, 부상이 되어 응집제 사용량이 증가되고 처리된 수질의 악화를 초래한다. 때문에 현장에서는 (1)응집제를 액전체로 고루 분산시키는 강교반 (2)FLOC을 성장시키는 완속교반의 조합이 필요하다. 배관내 용액을 주입코자 할 경우 (1)LINE MIXER (2)배관의 굴곡설치 등에 의해 난류(TURBULENT FLOW)를 일으키게할 수 있는 설비가 필요하다. 침강공정의 경우, 응집 반응시 교반에 의해 기포가 형성되지 않도록 해야하며, 기포가 있으면 FLOC의 겉보기 비중이 떨어져 침강성이 악화되므로, 경우에 따라 소포제를 사용해야 한다. 응집조에서 FLOC 형성후 다시 강교반을 가할 경우, FLOC이 깨어지고 통상 재응집을 기대할 수 없으므로 응집 반응후의 PUMP이송또는 큰 낙차의 이송은 피해야 한다. 응집반응에서 현탁물의 PH는 고분자응집제 뿐만 아니라 황산알루미륨, 염화제이철등 무기응결제에 있어서도 응집효과를 좌우하는 매우 중요한 FACTOR이다. 실제현장의 PH를 보면 꽤 넓은 범위에서 변동이 심하다. 그러나 응결,응집에 적용되는 PH의 범위는 좁아서 현탁물의 공존물질에 따라 ±0.5 이하에서 성능이 제대로 발휘하는 경우가 많으므로, 응집제 선정에 있어서도 처리코저하는 PH영역에 유효한 응집제를 선정하므로서 응집제 사용량을 절감시킬 수 있다. 일례로, PULP폐수의 경우 COD, 색도의 제거율에 대한 황산알루미늄의 최적 PH가 5.5~7.0 부근이므로, 그 범위내의 유효한 고분자 응집제로서는 약 ANION계가 선정되는 것이 좋다. 일반적으로 고분자 응집제 선정에 있어 아래표를 참고하면 된다. 처리시의 pH 유효한 고분자응집제 PH 7 이상 강 ANION PH 7 부근 약 ANION, 강 ANION PH 7 이하 CATION, NOION, 양쪽성 PH 1~3 CATION, 양쪽성 [PH에 따른 유효 고분자응집제] CATION성의 고분자응집제를 사용하여 오니의 탈수를 할 경우에도, 오니의 PH가 8이상에서 변동이 있을 때 [응집제에 CATION성을 띄게하는 AMINO기가 3급 AMINO 이하의 응집제]는 성능이 매우 저하되기 때문에, 4급 AMMONIUM염을 갖고 있는 응집제로서 대체하지 않으면 안된다. 이것은 3급 AMINO 이하의 AMINO가 PH 8이상에서 해리되어 CATION으로서의 기능을 잃어버리기 때문이다. PH조정은 산, 알칼리용 PUMP와 PH METER를 연동시켜 자동으로 제어할 수 있게끔 하는 경우가 많다. 중화조가 크다든지 교반이 불충분할 경우, 중화조의 실제 PH와 PH-METER의 DISPLAY가 다른 경우가 있어 응집 반응조의 PH 변동이 예상외로 크게 나타날 때가 있다. 이러한 경우 교반효율을 상승시킨다든지 산,알칼리의 농도를 낮추거나, 투입구 수를 증가시켜 분산성을 좋게할 수 있는 연구가 필요하다. 특히 알칼리제로서 소석회를 사용할 경우 중화반응 시간을 충분히 주지 않으면 중화조에서 나온 후에도 PH가 계속 증가하는 경우도있다. 그리고 PH-METER의 센서가 오염되었거나 PH의 감지시간이 늦을 경우에도 응집조의 PH 변동을 크게 하는 요인이므로 정기적CHECK가 필요하다. 고분자 응집제 첨가량은 보통 현탁물 농도가 높아지면 증가하게 되나, 일반적으로 현탁물 농도 1000PPM 정도라면 1PPM정도로도 충분한 효과를 발휘한다. 그리고 첨가량을 증가시킬수록 FLOC의 크기가 커지고 고액분리 속도도 증가하게 된다. 반면, 현탁물의 농도가 낮을 경우에도 첨가량을 비례적으로 감소시킬 수 없는 경우가 있는데, 이는 현탁물 농도가 50~200PPM정도의 경우, 입자간의 충돌확률이 저하하여 FLOC의 형성시간이 길어지거나, FLOC 형성이 되지 않기 때문이다. 현탁물의 농도가 저하될 경우에는 응집에 있어 핵(SEED)으로 사용되는 물질을 첨가할 필요가 있는데, 이런 물질로는 황산알루미늄이나 황산제일철들에 의해 형성되는 수산화금속 또는 벤토나이트, 활성백토 등이 이용된다. 또 이러한 물질을 첨가하는 대신에 분리 농축된 SLUDGE의 일부분을 응집 반응조로 RECYCLE시키는 방법도 유효하다. 오니의 탈수에 있어서도 현탁물 농도가 높을수록 처리능력이 향상되고 응집제의 주입량이 절감된다. 따라서 SLUDGE 함수율도 낮출 수 있다. 이때 용액의 농도가 높으면 분산성이 좋지 않으므로 오니의 농도를 낮추는 것보다 응집제 용액의 농도를 낮추어 첨가하는 것이 효율적이다. 고분자응집제의 응집작용은 현탁액 중에 공존하고 있는 용존물질에 의해서도 큰 영향을 받는다. 용존염류, 탄산ION, 인산ION, 규산ION, ANION성 계면활성제, 고분자유기산(퓨민산, 리그닌산등), 산화제 등이 바로 그것이다. 특히, (-)전하를 띄고 있는 물질에 대한 응집저해는 처리 PH를 산성으로 조정하여 처리하는 경우도 있다. 저해물질 농도가 높을 경우는 그것만으로 안되기 때문에 CATION의 해리기를 갖고 있는 고분자 응결제 또는 무기계 응결제의 병용과 중화제로서 석회를 이용하는 방법도 있다. 이들 저해 물질의 농도가 현탁액 중에 급격히 증가하지 않도록 대책을 강구할 필요가 있다. 산업폐수, 음용수의 처리공정에서 응결(Coagulation)은 원수중 탁도, 색도, 냄새를 유발하는 콜로이드성 미세부유입자를 제거하기 위한 필수적인 과정입니다. 응결제는 폐수 중에 가라앉지 않고 분산되어 있는 매우 작은 콜로이드 입자들을 집합시켜 좀 더 큰 집합체인 미세 플럭을 형성시키고, 이러한 미세 플럭들은 응집(Flocculation)공정을 거치면서 완전한 플럭을 형성하여 침전, 부상, 여과와 같은 고액분리 공정에 의해 제거되어 집니다. 응결은 (-)로 하전되어 있는 콜로이드 입자와 (+)전하를 띄고 있는 유기응결제간의 화학적, 물리적 상호작용에 의하여 이루어 집니다. 콜로이드 입자들은 전기적 반발력, 브라운 운동, 반데르발스 인력, 중력에 의해 가라앉지 않고 안정하게 존재합니다. 유기응결제에 의한 응결은 다음의 두가지 서로 다른 메커니즘을 통해 현탁상의 콜로이드를 불안정하게 만듭니다. (+)하전을 가지고 있는 응결제는 콜로이드 입자 표면의 (-)하전을 중화시킵니다. 콜로이드 입자표면의 하전이 중화되어감에 따라 입자들은 서로 접근 가능하게 되고 결국은 상호 충돌하게 되며, 충돌된 입자들은 수소결합이나 반데르발스 인력과 같은 결합력에 의해 한덩어리가 되어 미세플럭을 형성하게 됩니다. 응결공정 간의 교반은 입자간의 충돌기회와 횟수를 증가시켜, 입자간 결합에 의한 미세플럭 형성을 촉진합니다. 유기응결제의 고분자 특성에 의해 플럭은 더욱 커집니다. 응결제의 긴 사슬형 분자구조는 입자표면간 가교를 통해 이미 생성된 각각의 플럭들을 하나로 결합하여 더 큰 플럭을 형성하게 됩니다. 유기응결제의 응결작용은 상기의 두가지 메커니즘을 모두 포함하지만 응결에 있어서 하전중화 작용이 흡착가교보다 훨씬 중요한 역할을 합니다. (-)로 하전되어 안정화된 콜로이드입자를 불안정하게 하고 신속한 플럭형성을 촉진하기 위해 유기응결제는 강Cation성을 띄고있어야 합니다. 유기응결제의 점도가 너무 높을 경우 폐수내에서 분산력이 나빠지고, 콜로이드 입자 주위에 (+)하전의 분배가 느려져 처리효율이 저하됩니다. 무기응결제와 비교하여 유기응결제의 사용시는 아래와 같은 잇점이 있습니다.   - 무기응결제 투입량의 10%만 사용하여도 동등이상의 처리효과를 얻을 수 있습니다.   - 넓은 pH영역에서 효과를 나타냅니다.   - 처리수의 pH를 변동시키지 않습니다.   - 염소처리에 의해 영향을 받지 않습니다.   - 처리수내 Al, Fe와 같은 용존 금속성분을 남기지 않습니다.   - 고액분리 속도가 증가됩니다.   - Filter 수명을 연장시킵니다.   - 단세포 조류를 제거시킵니다.   - 슬러지 발생량이 대폭 줄어듭니다.   - 탈수처리가 용이한 슬러지를 생성합니다.   - 슬러지 처리비용이 절감됩니다.   - 취급과 사용상의 문제점이 적습니다.       응집   5. 응집제(Coagulants)의 종류 5.1 무기응집제 5.1.1 황산알루미늄(Aluminium Sulfate : Al2(SO4)3て18H2O)   황산알루미늄은 Alum 또는 황산반토로 불리우며 1885년 Rutger대학의 Austen과 Wilber교수가 응집특성에 관한 연구를 발표한 이후 우수한 응집특성과 저렴하고 무독성이며 거의 모든 수중의 탁질에 적합하고 취급이 용이하여 오늘날까지 가장 광범위하게 사용되고 있는 응집제이다.   제조공정은 최근 알루미늄공업의 발달에 따라 값싼 수산화알루미늄을 얻을 수 있기 때문에 수산화알루미늄을 주원료로 아래 반응식과 같이 황산과 반응시켜 제조함으로써 불순물을 함유하지 않은 순도 높은 제품을 제조하고 있다.                                2Al2(OH)3 + 3H2SO4 → 2Al2(SO4)3 + 6H2O   황산알루미늄은 고상과 액상이 있으며 고상은 Al2O3(알루미나분)로서 14∼15%이고 액상은 Al2O3(알루미나분)로서 8%인 제품이 일반적으로 사용되고 있다. 황산알루미늄의 결정석출점은 8.3%일 때 -14℃로 가장 낮으며 농도가 증가하면 결정석출온도가 급격히 높아져 상온에서도 결정이 석출되어 보관 및 주입설비를 폐쇄하여 사용할 수 없다. 황산알루미늄이 응집작용을 위하여 중탄산알카리도와의 응집반응식은 아래와 같다.                Al2(SO4)3て18H2O + 3Ca(HCO3)2 → CaSO4 + Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O   또한 황산알루미늄 1㎎/ℓ의 주입율에 따른 수중의 알카리도 소모율은 CaCO3를 기준으로 0.45㎎/ℓ이다. 알카리도 소모율 = 1㎎/ℓ× {(3×CaCO3)/Al2(SO4)3て18H2O} = 0.45㎎/ℓ 응집제로서의 특징은 아래 표와 같다. 장 점 단 점 적정 PH범위 1. 가격이 저렴 2. 거의 모든 현탁물에 유효 3. 무독성 4. 부식성이 적어 취급 용이 1. floc이 철염보다 가벼움 2. 응집 PH범위가 좁음 5.5∼8.5 5.1.2 황산제1철(Ferrous Sulfate : FeSO4て7H2O)   녹반이라고도 불리우며 제조방법은 철을 희황산에 용해시키거나 황산철을 자연산화시켜 만든다. Fe+2 이온은 엷은 녹색을 나타내며 용해도가 크기 때문에 거의 침전하지 않으며 PH 7.7이상에서 침전이 생긴다. 일반적으로 침전물을 형성하기 위하여는 석회가 동시에 첨가되어야 하고 응집제로서 반응은 아래와 같다.                                FeSO4て7H2O + Ca(HCO3)2 → CaSO4 + Fe(HCO3)2 + 7H2O                                Fe(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Fe(OH)2 + CaCO3 + 2H2O   수산화 제1철은 수중에 녹아 있는 산소에 의해 수산화 제2철로 된다.                                4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3   또한 황산제1철 1㎎/ℓ의 주입율에 따른 수중의 알카리도 소모율은 CaCO3를 기준으로 0.36㎎/ℓ이다. 장 점 단 점 적정 PH범위 1. floc이 무거워 침강속도가 빠름2. 값이 싸다. 1. 부식성이 강하다. 2. 철이온이 잔류한다. 9∼11 5.1.3 염화제2철(Ferric Chloride : FeCl3て6H2O)   염화제2철은 암갈색을 띠며 제조방법은 철과 염산을 반응시켜 염화제1철을 만든 후 염소가스로 산화시켜 염화제2철을 만들며 그 응집반응은 아래와 같다.                                FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl-   또한 염화제2철의 특성은 아래와 같다. 장 점 단 점 적정 PH범위 1. floc이 무거워 침강속도가 빠름 2. 색도제거에 유효하다. 3. 응집 PH범위가 넓다. 4. 황화수소의 제거나 에멀션의 파괴에 유효하다. 1. 부식성이 매우 강하다. 2. 희박용액(PH 2이상)에서 수산화물을 생성한다. 3. 처리후 색도가 남는다. 9∼11 5.1.4 폴리염화알루미늄(Poly Aluminium Chloride : [Al2(OH)nCl6-n]m )   황산알루미늄 이후 새로운 응집제로 PAC라고 불리는 폴리염화알루미늄이 만들어져 응집성능이 탁월하여 현재는 정수처리장에서 황산알루미늄을 대체하여 가장 많이 사용하고 있다. 폴리염화알루미늄은순수한 폴리염화알루미늄용액에 가수분해가 되지 않는 범위에서 중축합촉진제로 황산이온을 적당량 가하여 혼합 숙성시킨 함황산 폴리염화알루미늄으로 사용된다. 수도용 폴리염화알루미늄은 무색 내지 담황색의 투명한 액체로 Al2O3(알루미나분)로서 10∼11%인 제품이 일반적으로 사용되고 있다. PAC는 황산알루미늄에 비하여 다음과 같은 장점이 있다.  ① 저탁도 및 고탁도수나 후민질성 착색수에 대하여도 황산알루 미늄보다 효과가 있다.  ② 적정주입율 폭이 매우 넓으므로 과량 주입에 의한 역효과가 적어 작업의 안전성이 좋아 진다.  ③ 알카리도의 저하가 황산알루미늄에 비하여 약1/2로 적어 알카 리제의 투입량이 절감된다.  ④ floc의 형성속도가 빠르고 floc의 크기가 커서 침강속도가 빠 르다.  ⑤ 저온에서도 응집효과가 좋다.  ⑥잔류 알루미늄 농도가 낮다.   ▣ 염기도     PAC의 염기도는 조성, 구조, 이화학적 성질, 응집효과, 저장의 안정성등과 매우 밀접한 관계가 있는 중요한 성질이며 PAC중의 Al의 당량과 Al에 결합되어 있는 OH기 당량의 백분율을 말한다. 보통 수도용 폴리염화알루미늄의 염기도는 40∼60%일 때 가장효과적인 것으로 알려져 있으며 PAC의 조성이 Al2(OH)3Cl3인 경우 염기도는 아래와 같이 산출한다.                                (3×OH-)/(2×Al3+) × 100 = (3/6) × 100 = 50%   또한 염기도가 증가하면 안정성이 증가하며 중합도가 증가하고 교질성이 증가되며 응집성도 크게 된다. 보통 수도용 PAC의 분자량은 238.4이며 Al분율은 22.7%이다. 5.1.5 폴리황산알루미늄(Poly Aluminium Sulfate : [Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m )   폴리황산알루미늄은 무색 내지 담황색 투명한 액체로 PAS로 불리며 일반식은 [Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m 이고 n은 1≤n≥5이며 m은 m〈 10 이고 염기도는 n/6 × 100% 이다. 염기도, 중합도, PH, 알카리소비량, 다가음이온과의 반응성등은 PAC와 유사한 공통점을 가지고 있다.   PAS는 염기도 중합도가 높을수록 물리화학적 영향을 받기 쉬우며, 특히 열역학적으로 불안정하게 되므로 고염기성 용액을 만들기 어렵다. PAS의 응집특성은 염기도가 50%정도의 용액이 가장 좋으며 floc의 응집성능, 제탁효과, 알카리조제의 절감효과, 적정주입율의 범위, 응집PH범위 등이 PAC와 유사하다.   또한 PAS는 PAC보다 가수분해속도가 빠르고 희석안정성이 좋지 못하여 원액 또는 2배 희석액을 직접 주입하는 경우가 많다. 5.1.6 폴리황산알루미늄규산(Poly Aluminium Sulfate Silicate : Ala(OH)b(SO4)c(SiOx)d )   이 응집제는 최근에 캐나다에서 개발된 응집제로 PASS라고도 불리운다. Si를 함유하고 있고 분자량이 100,000∼300,000에 이르며 침전성과 미세 탁질의 제거효과가 우수하고 수온이 낮은 겨울철에도 응집성능이 뛰어나다. 외관은 투명하며 Al2O3(알루미나분)의 농도는 8∼10%이고 염기도는 25∼50% 제품이 일반적으로 사용되고 있다. 5.1.7 폴리염화알루미늄규산(Poly Aluminium Chloride Silicate : Ala(OH)b(Cl)c(Si)d )   기존 PAC 응집제를 고농도화 시킨 것으로 Al2O3의 농도를 17%로 고농도화 시키고 Silicate를 첨가하여 응집성능을 개선한 것으로 PACS라고도 불리운다. 외관은 투명하며 Al2O3(알루미나분)의 농도는 16∼18%이고 염기도는 45∼50% 제품이 일반적으로 사용되고 있다. 5.1.8 폴리염화알루미늄칼슘(Poly Aluminium Chloride Calcium : Ala(OH)b(Cl)c(Ca)d )   1997년에 개발된 응집제로서 염기도가 70%인 것이 특징이며 고탁도, 저알카리도에 적합하며 홍수시 첨가된 칼슘으로 인하여 알카리도 저하가 적어 알카리제 사용량을 줄일 수 있다. 외관은 투명하며 Al2O3의 농도로 10%이며 PACC로 불리운다. 5.2 응집조제(Coagulant aids)   응집보조제는 응집제의 성능을 충분히 발휘시켜 그 효과를 높이고 응집제를 절약하기 위하여 사용되는 약품으로 주로 무기응집제와 병용하며 알카리 보충제와 응집보조작용제가 있다. 5.2.1 알카리 보충제   알카리보충제로는 소석회[Ca(OH)2], 탄산나트륨[Na2CO3], 수산화나트륨[NaOH]등이 있다. 소석회는 저장 및 취급이 나쁘며 중화에 의해 불용성염의 생성으로 슬러지 발생량이 많아 지는 딘점이 있으나 가격이 저렴하고 알카리 보충효과가 커 많이 사용되고 있으며 용해도가 적어 10∼20%의 유액으로 사용되고 있다.   수산화나트륨은 강산으로 취급시 위험이 따르고 값이 비싼 단점이 있으나, 반응성이 좋고 슬러지 생성량이 적으며 용해도가 커서 용액으로 사용할 수 있으므로 주입이 용이하고 주입장치를 자동화 할 수 있는 장점 때문에 최근에 소석회보다 많이 사용되어 지고 있다.   알루미늄계 응집제 주입율 1㎎/ℓ당 알카리도 감소율은 다음표와 같다. 종 류 알카리도 감소율(㎎/ℓ) 고상황산알루미늄(15%) 0.45 액상황산알루미늄(8%) 0.24 폴리염화알루미늄(Al2O3염기도 50%) 0.15              <표-2> 응집제 1㎎/ℓ주입에 따른 알카리도 감소율   알카리제 주입율을 결정할 때에는 원수의 알카리도, 상징수의 잔류 알카리도(약 30㎎/ℓ), 응집제 주입율등에 따라 다르며, 다음 식에 의하여 산출한다.                                W = [(A2 + K × R) - A1] × F                           W : 알카리제 주입율(㎎/ℓ)                           A1 : 원수중의 알카리도(㎎/ℓ)                           A2 : 처리수의 잔류 알카리도(㎎/ℓ)                           K : 응집제별 알카리도 주입율(㎎/ℓ)                           R : 응집제 주입율(㎎/ℓ)                           F : 알카리도 1㎎/ℓ를 상승시키는데 필요한 알카리제 소요 량(㎎/ℓ)   알카리도 1㎎/ℓ를 상승시키는데 필요한 알카리제 소요량(㎎/ℓ)은 다음 표와 같다. 종 류 알카리제 소요량(㎎/ℓ) 소석회(CaO 72%) 0.77 소다회(Na2CO3 99%) 1.06 고체가성소다(NaOH 45%) 1.78 액체가성소다(NaOH 20%) 4.00               <표-3> 알카리도 1㎎/ℓ상승에 필요한 알카리제 소요량 5.2.2 응집보조작용제 ▣ 벤토나이트(Bentonite)   벤토나이트는 몬모릴나이트를 주성분으로 하는 알카리성 점토로 수중 콜로이드 입자의 흡착을 위한 핵을 제공함으로써 저탁도시 황산알루미늄과 함께 사용되어 현저한 응집보조작용을 한다. ▣ 활성규산(Activated silica)   활성규산은 콜로이드상의 중합규산이고 그 자체가 음콜로이드이므로 황산알루미늄과 함께 사용할 때 floc이 무겁고 단단하며 floc형성속도가 빠르고 응집 PH범위가 넓어 한냉시나 홍수시 효과가 큰 장점이 있으나 여과지 손실수두가 크고 규산의 활성화가 곤란한 문제점도 있다. ▣ Fly ash   화력발전소의 연돌가스에서 포집한 석탄재 분말로 주성분은 SiO2, Al2O3이며 벤토나이트 정도의 효력이 있다. 5.3 유기고분자응집제 5.3.1 유기고분자응집제의 역사   전분이나 아교와 같은 천연수용성 고분자물이 응집효과를 나타내는 것은 오래전부터 알려져 있었으나 효과가 적어 실용화되지 못하였으며, 알긴산나트륨이 최초로 1956년경 수도용 응집제로 실용화 되었고, 합성고분자응집제는 1954년 미국에서 아크릴계 수용성 고분자가 광물질 미립자의 응집에 탁월한 효과가 있다는 것으로 보고되어 폴리아크릴산나트륨에 대한 특허가 공고되면서 본격적으로 유기고분자응집제가 사용되게 되었다. 5.3.2 유기고분자응집제의 분류 ▣ 제조상의 분류 ◎천연고분자 - 식물성 : 전분, 알긴산나트륨 등 - 동물성 : 아교 등 ◎합성고분자 - 축합형 : 아민훌마린, 아민에피크로히드린, 폴리에틸렌이민 - 중합형 : 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산나트륨 등 ▣ 이온성에 따른 분류 ◎양이온성(Cation) - 약양이온성 : 양이온전하당량치가 1.5 meq/g이하인 응집제 - 중양이온성 : 양이온전하당량치가 1.5 ∼ 3.5 meq/g인 응집제 - 약양이온성 : 양이온전하당량치가 3.5 meq/g이상인 응집제                                                       <그림-5> 폴리아크릴아미드계의 양이온성 응집제  ◎음이온성(Anionic) - 약음이온성 : 아크릴아미드와 아크릴산나트륨 공중합물, 폴리 아크릴아미드의 만니히 변성물 등 - 음이온성 : 폴리아크릴산나트륨 등                                                    <그림-6> 폴리아크릴산계의 음이온성 응집제  ◎비이온성(Nonionic) - 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌옥사이드 등                                                <그림-7> 폴리아크릴아미드계의 비이온성 응집제 5.3.3 유기고분자응집제의 작용원리 ▣ 응결작용  ★ 입자표면전하(Zeta 전하)의 감소 입자의 표면전하는 입자상호간의 반발로 접착을 방해하므로 고 분자응집제의 아민기 등 이온기에 의해 표면전하의 중화로 제 타전위를 저하시켜 전기이중층을 압축함으로써 응결을 일으키 게 한다.  ★ 입자 수화층의 파괴 미세입자는 친수기에 의한 입자표면에 수화층을 생성하여 결합 저해인자로 작용하는 경우가 있다. 고분자응집제의 첨가로 이 들 수화층을 파괴하여 Zeta Potential을 저하시켜 응결을 일으 키게 한다.  ★ 이온성 콜로이드의 상호정전결합 후민산과 같은 다가이온분자 콜로이드에 반대 전하의 고분자응 집제를 첨가하여 정전기적 이온결합에 의한 친수기의 봉쇄로 결합을 촉진시켜 제거한다. ▣ 응집작용  ★ 가교흡착작용에 의한 응집 고분자 응집제가 용해되어 생긴 실타래와 같은 고분자속(高分 子束)의 접착력에 의해 입자를 접착(가교작용)시킨다. ▣ 고분자응집제에 요구되는 특성  ★ 분산현탁입자에 대한 결합능력 고분자중의 극성기가 관여하여 그것이 수중에서 자유로운 상태 로 존재하고 결합의 활성점으로 유효하게 작용하는 것이 필요하 다.  ★가능한 고중합도의 선상고분자 가교흡착을 위하여 충분한 길이를 필요로 하고 고분자중에 결합 된 유효 활성점이 많아야 하고 큰 floc을 형성하기 위하여 분자 량이 커야 한다.  ★분자중에 강한 해리기 존재 콜로이드 입자의 응결을 위하여 분자중에 강한 해리기가 필요 하다.

출처 : 안양빠머

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