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정수처리 응집효율 개선을 위한 Al(III)염과 Fe(III)염 응집제의 비교

Comparison of Al(III) and Fe(III) Coagulants for Improving Coagulation Effectiveness in Water Treatment

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.37 no.6, 2015년, pp.325 - 331  

한승우 ((주)이에프티 기업부설연구소) ,  강임석 (부경대학교 환경공학과)

초록
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낙동강 하류부의 상수원수를 대상으로 Al(III)염과 Fe(III)염계 응집제를 이용한 응집제의 특성 실험 결과, alum과 $FeCl_3$의 경우는 모노머성 화학종이 각각 98%와 93.3%로 응집제내에 함유된 주된 가수분해종은 모노머성 화학종임을 알 수 있었다. 염기를 첨가하여 제조한 염기 첨가비 r=1.2인 PACl의 경우 폴리머성 Al(III)종은 31.2%이었으며, r=2.2인 PACl의 경우 함유된 폴리머성 Al(III)종은 85.0%로 r 값이 증가함에 따라 더 많은 폴리머성 Al(III)종이 함유되어 있는 것으로 나타났다. 응집제별 응집실험 결과, 원수의 탁도가 높고 낮음에 관계없이 응집제별 탁도 및 유기물 제거정도는 $FeCl_3$ > PACl (r=2.2) > PACl(r=1.2) > alum의 순으로 나타났다. Al(III)계 응집제 보다 $FeCl_3$의 경우 응집효율이 우수한 것으로 나타났다. 그리고 Al(III)계 응집제의 경우 염기도가 높은 응집제의 경우 polymeric Al(III)종을 많이 함유함에 따라 응집효율이 향상됨에 따라 염기도가 높은 응집제일수록 응집효율이 높은 것으로 나타났다. 실험에 적용된 응집 pH 범위(pH 4.0~9.5)에서 모든 응집제의 최적 응집 pH는 약 7.0으로 나타났다. 특히 고염기도 PACl (r=2.2)과 $FeCl_3$의 경우 pH 7.0 이상에서도 높은 탁도 응집효율을 유지하였다. 따라서 pH가 높은 상수원수의 경우 탁도 제거에서는 고염기도 PACl이나 $FeCl_3$ 응집제가 더 적합한 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The experimental results of the characteristics of aluminum based and ferric based coagulants for the Nakdong River water showed that the main hydrolysis species contained in alum and $FeCl_3$ are monomeric species of 98% and 93.3%, respectively. The PACl of r=1.2 produced by the addition...

주제어

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문제 정의

  • 0 이상이 되는 시기가 자주 나타나고 있다. 따라서 본 연구에서는 높은 pH 에서의 응집제 별 응집 효율도 동시에 비교하였다.
  • 이에 따라 본 연구에서는 각 정수공정에서 사용하고 있는 Al(III)계 응집제가 함유하고 있는 염기도에 따른 응집제의 화학적 특성과 응집특성을 평가하고, 또한 Fe(III)염계 응집제를 비교하여 정수공정에 있어서 철염 응집제의 적용 가능성을 평가하고자 하였다. 특히 본 연구에서 적용된 낙동강 하류부의 상수 원수는 조류의 빈번한 대번성으로 인하여 원수의 pH가 9.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
잔류알루미늄이 인체에 노출되었을 경우 어떠한 영향을 끼치는가? 정수장에서 사용하고 있는 Al(III)계 무기응집제는 정수후 잔류하는 알루미늄에 의해 송․배수관망에서의 알루미늄 침전물 재형성으로 탁도 증가 및 미생물 재성장을 유발시키기도 합니다. 또한 잔류알루미늄은 노출되었을 경우 알쯔하이머병(Alzheimer's diaease)이라 불리는 노인성 치매 및 기타 신경계 장애를 일으키는 등 인체의 건강에 따른 영향을 미치는 것으로 보고 되고 있으며, 1) 외국에서는 알루미늄계 무기응집제를 철염 계 응집제로 대체하여 정수공정에 이용하고 있다. 이에 따라 국내에서도 철염계 무기응집제의 도입에 따른 필요성이 제기되었으며, 1997년에 환경부에서는 철염계 무기응집제를 수처리제 품목으로 고시 기준을 마련하기도 하였으나, 오늘날에 이르기까지 알루미늄계 무기응집제의 사용이 주를 이루고 있는 실정이다.
Fe(III)염 의 응집제는 Al(III)계 응집제와 비교하여 어떤 장점이 있는가? 응집효율을 향상시키기 위한 또 다른 응집제로 Fe(III)염 의 응집제가 있다. Fe(III)염의 응집제는 Al(III)계 응집제와 비교하여 최적 응집 pH 범위가 넓고 유기물 제거에 보다 효율적이며, 특히 저온의 영향을 덜 받는 응집제로 알려져 왔다. 4~6) 철염 응집제의 응집효율에 대한 연구는 문 등, 7) 이 등8) 및 황보 등9)을 통해 철염에 대한 응집의 우수성을 확인되었으나, 실제 국내의 정수장에서의 적용되지 않는 실정이다.
PACl는 어떻게 생성하는가? PACl은 알루미늄염에 염기를 가하여 반응시킨 것으로써, 응집제 제조 시 투입되는 원료(Al(OH)3)에 의해 일정한 염기도(35~45%)를 함유하고 있으며, 일부의 정수장에서는 이보다 염기도가 높은(염기도 60% 이상) PACl을 정수처리에 적용하고 있다. PACl의 응집효과는 PACl에 함유된 Al가 수분해종의 분포와 밀접한 관계가 있다.
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참고문헌 (19)

  1. Letterman, R. D. and Driscoll, C. T., "Survey of residual aluminum in filtered water," J. Am. Water Works Assoc., 80(4), 154-158(1988). 

  2. MWH, Water treatment principles and design, 3rd ed., John Wiley & Sons, Inc., New Jersey(2012). 

  3. Van Benchoten, J. E. and Edzwald, J. K., "Chemical aspects of coagulation using aluminum salts," Water Res., 24(12), 1519-1526(1990). 

  4. Crozes, G., White, P. and Marshall, M., "Enchanced coagulation: Its effect on NOM removal and chemical costs," J. Am. Water Works Assoc., 87(1), 78-89(1995). 

  5. Haarhoff, J. and Cleasby, J. L., "Comparing aluminum and iron coagulants for in-line filtration of cold water," J. Am. Water Works Assoc., 80(4), 168-175(1988). 

  6. Morris, N. and Knocke, W. R., "Temperature effects on the use of metal-ion coagulants for water treatment," J. Am. Water Works Assoc., 76(3), 74(1984). 

  7. Moon, S. D., Son, H. J., Yeom, H. S., Choi, J. T. and Jung, C. W., "Application of enhanced coagulation for Nakdong River water using aluminum and ferric salts coagulants," J. Korean Soc. Environ. Eng., 34(9), 590-596(2012). 

  8. Lee, C. H., Lee, S. H. and Okada, M., "Removal algae and Cryptosporidium on drinking water treatment by polysilicatoiron coagulant," J. Korean Soc. Environ. Eng., 26(8), 876-882(2004). 

  9. Hwang-Bo, B. H., Kim, J. S., Han, S. W. and Kang, L. S., "Comparison of Al(III) and Fe(III) salt coagulants for improving water treatment process," J. Korean Soc. Environ. Eng., 20(7), 1005-1014(1998). 

  10. Nikolay, V., "Considerations for selection of seawater filtration pretreatment system," Desalination, 261(3), 354-364 (2010). 

  11. Smith, R, M., "Relation Among Equilibrium and Nonequilibrium Aqueous Species of Aluminum Hydroxy Complexes, Nonequlibrium Systems in Natural Water Chemistry," (Gould, R. F. Ed.), A.C.S. Advances in Chemistry Series No. 106, American Chemical Society, Washington, D.C., pp. 250-279 (1971). 

  12. Bersillon, J. L., Hsu, P. H. and Fiessinger, F., "Characterization of Hydroxy-Aluminum Solutions," Soil Sci. Soc. Am. J., 51, 825-828(1988) 

  13. Parker, D. R. and Bertsch, P. M., "Identification and Quantification of the " $Al_{13}$ " Tridecameric Polymeric Polycation Using Ferron," Environ. Sci. Technol., 26(5), 908-914(1992). 

  14. Murphy, P. J., Posner, A. M. and Quirk, J. P., "Chemistry of iron in soils. Ferric hydrolysis products," Australian J. Soil Res., 13, 189-201(1975). 

  15. APHA, AWWA and WEF, "Standard Method of the Examination of Water and Wastewater," 20th ed., APHA, AWWA and WEF(2005). 

  16. Lin, J. L., Chin, C. J., Huang, C. and Wang D., "Coagulation behavior of $Al_{13}$ aggregates," Water Res., 42(16), 4281-4290(2008). 

  17. Ministry of environment, "Standards and indication of water treatment agents," Notification No. 2013-188, pp. 7-14(2014). 

  18. Edzwald, J. K., "Coagulation in drinking water treatment: particles, organics and coagulants, Water Sci. Technol., 27, 21-35(1993). 

  19. Bratby, J., "Coagulation and Flocculation in Water and Wastewater Treatment" 2nd. ed., IWA Publishing(2006). 

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