[상하수도 기술사] (17일) 전하반전 현상

개요

1. 응집제는 콜로이드의 전화중화 및 가교능력을 갖는 물질이며, 플록의 침강 속도를 높이는 촉진제 역할을 함

2. 응집제 사용량에 따라 pH 8.0 이상시 Al(OH)3로 석출되어 알루미늄 농도가 높아지며, 응집장애 발생

   - 원리 : 응집제 용해도적 이상 주입 시 금속수산화물 생생 -> 콜로이드 물질 금속산화물과 결합 -> 체거름 현상 -> 침전

 

응집용약품

1. 응집용약품은 응집제, pH조정제(산제, 알카리제), 응집보조제로 크게 구분된다.

  - 응집제는 원수 중의 현탁물질을 플록형태로 응집시켜 침전되기 쉽고 여과지에서 포착되기 쉽게하기 위해 사용

  - pH조정제는 원수의 pH가 지나치게 높은 경우에 산제가 또 원수의 알칼리도가 부족할 때에는 알카리제가 사용

 - 응집보조제는 플록형성과 침전 및 여과효율을 향상시키기 위하여 응집제와 함께 사용

2. 약품주입률은 자-테스트로 결정하는 방식이 일반적이며, 자-테스트의 자동화 또는 원수탁도와 알카리도 등을 수질계기로 연속측정하고, 그 측정결과에 따라 약품주입률을 자동으로 산출하는 방식도 있다. 

3. 응집제는 황산알루미튬, 폴리염화알루미늄(PACl: 보통은 PAC라고 하였지만 분말활성탄(PAC)과 구분하기 위하여 PACl로 표시함), 그 밖에 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철 등의 철염이 사용되며 외국에서는 여러 가지 유기고분자응집제(polymer)를 사용하기도 한다. 

4. 알루미늄염의 응집작용은 알루미늄염을 물에 가하면 쉽게 가수분해되어 양전하로 하전된 알루미늄수산기중합체(Al(OH)3)가 되며, 수중의 탁질 콜로이드는 그 표면이 음전하로 하전되어 있으므로 콜로이트가 상호 반발하기 때문에 잘 침전되지 않으나, 수산화알루미늄의 양전하로 중화되면 미립자가 상호집합하여 커지면서 물 속에 있는 유기물, 세균, 무기물, 생물 등까지 끌어들여 플록으로 성장한다.

5. 폴리염화알루미늄(PACl)은 액체로서 그 액체 자체가 가수분해되어 중합체로 되어 있으므로 일반적으로 황산알루미늄보다 적정주입 pH의 범위가 넓으며 알카리도의 감소가 적다는 점 등의 특징이 있다. 다만 폴리염화알루미늄의 산화알루미늄 농도가 10~18%이고 -20도씨 이하에서는 결정이 석출되므로 한랭지에서는 보온장치를 하는 것이 필요하다. 

액체황산알루미늄의 결정석출곡선

 

응집제 주입률

1. 응집제 주입률은 약품의 종류, 원수의 수온, 탁도, pH, 알칼리도 등에 따라 달라진다. 

원수탁도와 응집제 주입률의 예

2. 홍수로 원수의 고탁도시, 저탁도시, 저수온시 및 그 하천환경으로부터 예상되는 최고온도 등에 해당하는 인공현탁액을 만들고 이들 현탁액에 대한 자-테스트를 실시하여 응집제를 선정하고, 알칼리제와 응집보조제의 필요 여부, 사용약품의 종류에 따른 최고, 최저 및 평균주입률 등을 정한다. 

3. 제타 포텐셜미터나 SCD 등의 측정기기를 활용하여 응집제 주입량을 자동보정하려는 추세도 있다.

 

응집제 주입량에 따른 단계별 특징

1. 입자 안정 단계: 응집제 반응 -> 입자 안정화(탁도 변화 없음)

2. 입자 불안정 단계: 최적비율 응집제 주입 -> 등전점 -> 응집효율 최고 -> 탁도 감소(최소치)

3. 입자 재안정화 단계: 응집제 과다 주입 -> 등전점 초과 -> 전하 반전 -> 입자 재안정화 -> 탁도 증가

4. Sweep floc. 지역: 응집제 계속 주입 -> 용해도적 초과 -> 금속수산화물 침전물 생성 -> Sweep floc 형성 -> 탁도 감소

 

Sweep Coagulation 특징

1. 장점

  - 안정적인 수처리 효율

 - pH, 최적 응집제 주입량 범위 넓음

2. 단점

 - 응집제 과다주입(약품비 증가, 슬러지 발생량 증가, 잔류 알루미늄 증가)

 

정수약품 1mg/L 주입에 따른 알칼리도의 증감

1. 알칼리제로는 소석회, 소다회 및 수산화나트륨 등이 사용된다. 이 중에서 소석회는 경제적이지만 분말이기 때문에 취급하기가 곤란하고 완속여과지에 사용하면 여과모래가 서로 부착되는 경우가 있다. 소다회가 입상일 경우에는 취급하기 쉽다. 수산화나트륨은 극약이므로 취급에 주의해야 하며 주입하기는 쉽다.

정수약품 1mg/L 주입에 따른 알칼리도의 증감

 

응집보조제

1. 응집보조제로서는 규산나트륨과 알긴산나트륨이 사용되고 있으며 외국에서는 그 밖에 여러 가지 합성유기고분자 응집제가 활용되기도 한다.

 

주입설비

약품주입방식