[응집, 응집영향인자]

[응집, 응집제]

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○기출문제

- 콜로이드의 전기 이중층과 약품교반시험(Jar-test)절차

- 알루미늄계 응집제와 고분자 응집제의 차이점을 다음과 같이 분류하여 설명

1)응집 메카니즘, 2) 적용대상 원수 3) 적용방법

- 정수처리 응집제로서 황산알루미늄과 PAC비교

-수처리시 응집에 영향을 미치는 인자

-웅집반응에 영향을 미치는 인자

-응집침전공정에서 coagulation과 flocculation의 진행과정 및 사용되는 응집제의 역할

-Enhanced cagulation

-응집에 종류와 특성, 응집효율에 영향을 미치는 인자

-응집 반응 메커니즘, 영향인자, 응집에 종류 및 특성

-속도경사

Sweep floc

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○응집반응의 개요

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유입 하폐수는 대부분 콜로이성 물질로 일반적으로 0.001~0.1um 정도의 작은 입자크기에 (-)전하를 띄고 있다.

원수의 탁질 중에서 입경이 10-2mm 이상인 것은 보통 침전이나 여과로 제거가 가능하지만, 입경이

10 -3mm(1 μm) 이하가 되면 일반적으로 콜로이드입자라고 총칭하며 그대로의 상태로서는 거의 침강되

지 않을 뿐더러 급속여과기구에서도 포착되지 않는다([그림 5.4.1] 참조).

이 콜로이드성 물질은 입자가 매우 작고 전기적 작용으로 침전되지않고 왕복운동을 하는 Brownian 운동을 하며 떠다니는데 이는 (+), (-) 입자간에 같은 극끼리 서로 밀어내려는 척력(Zeta potential)과 (+), (-) 입자간에 같은 극끼리 서로 당기려는 인력(Vander walls force)가 서로 팽팽한 힘을 유지하며 침전되지 못하고 부유하는 브라운운동(Brownian motion)을 하기 때문이다.

응집을 위해서는 이러한 전기적 반발을 줄일수 밖에 없는데 이때 투입되는것이 응결제와 응집제다.

응집 반응은 크게 [ pH 조절(pH Adjust) - 응결(Coagulation) - 응집(Flocculation)의 과정으로 이루어진다.

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제타전위 값이 (+) 또는 (-)로서 크면 입자 상호간의 전기적 반발력이 큼

• 자연수 중 입자의 제타전위는 (-)10~(-)200mV 정도

• 일반적으로 (±)20~30mV 이하로 되면 응집하기 쉬움

• 가장 유효한 응집범위는 0±5mV임 • ±10㎷ 정도의 범위가 되도록 전하를 중화하면 Van der Waals 힘에 의한 결합이 가능

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출처 네이버 물백과사전

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원수의 연간최고탁도가 30NTU 이상인 경우에는 응집처리할 수 있는 시설을 설치해 두어야 한다.

또 저수지의 물이나 지하수를 상수원으로 하는 경우 등 원수탁도가 대체로 10NTU 이하인 경우에는

보통침전지를 생략할 수도 있다.

원수 중에 다량의 플랑크톤 조류가 포함되어 있으면 일반적으로 플랑크톤 조류의 번식으로 pH가 올

라가고, 저수지 물이 초록～암적색으로 착색되며 냄새가 나는 경우도 있다. 이러한 경우에는 염소처리

가 가능한 설비를 고려해 두어야 한다. 다만, 이것은 후속되는 완속여과지의 여과막 생물에 미치는 영

향을 고려하여 신중하게 해야 한다.

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○응집반응에 대한 매커니즘

1) pH 조절(pH Adjust)

일반적으로 유입 하수 경우 pH가 일정한 편이지만 폐수의 경우 산업계,지역, 현장에 따라 천차만별이기에 각 현장에 알맞는 응집 pH 범위내로 조절해줘야 한다.

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2) 응결(Coagulation)

Brownian 운동을 하며 떠다니는 Colloid 물질의 전기적 반발을 줄이기 위해 반대의 이온을 갖고있는 (+)이온의 약품을 주입하게 되는데 Al3+, Fe3+, Fe2+ 등이 있다.

위와 같은 (+)이온을 띄는 약품을 주입하면 Colloid 물질의 (-)이온과 약품의 (+)이온이 반응하여 Zeta전위가 감소하면서 응결반응이 일어나게 된다.

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3) 응집(Flocculation)

응결이 진행되어 입자에서 알갱이 형태로 부유하는 형태를 보통 Floc이라고 하는데 응결반응이 끝난 Floc은 크기가 작고 가벼운 Fin floc의 형태로 침전하기에 충분하지 못하기에 안정적인 침전을위한 Floc의 비대화가 필요하다.

이때 필요한것이 응집반응인데 응집제로는 음이온( Anion계)와 양이온(Cation계)의 응집제가 있다.

응집제 투입이 입자와 입자가 실타래처럼 엉겨붙게되는 "가교현상"으로 floc의 비대화가 진행되고 안정적인 침전이 가능해진다.

플록형성지의 체류시간은 보통 20～40분간이 적당하며 너무 짧으면 교반에너지를 충분 히 투입하였더라도 플록형성효과는 크게 저하된다.

반대로 체류시간이 너무 길면 형성된 플록이 침강되거나 파괴되는 경우가 생기며 수류에 의한 전단작용이 지나치면 플록이 파괴된다.

플록형성지 후단으로 갈수록 수류 자체의 에너지에 의한 교반인 경우에는 수로폭 등을 확대하여 평균유속을 느리게 하며, 또한 기계에너지에 의한 교반인 경우에는 회전속도를 낮추어서 교반장치의 주변속도를 느리게 한다.

따라서 플록이 점차 크게 성장함에 따라 3～4단으로 나누어 교반강도를 줄여가는 방식을 채택하는 경우가 많다.

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○자테스트

자-테스트는 자-테스터(jar-tester)를 사용하여 시험한다. 원수 1L 또는 2L를 각 원형 자(jar) 또

는 4각형의 자(jar)에 채우고, 교반날개(임펠러)의 주변속도를 약 40 cm/s로 조절한다. 이어서 단계

적으로 주입률을 바꿔 자(jar)에 응집제를 재빠르게 첨가하면서 주변속도 40 cm/s의 급속교반을 1분

간, 그리고 주변속도 약 15 cm/s로 10분간 완속교반을 계속한다. 10분간 정치한 다음에 상징수 약

500 mL를 사이펀 또는 경사법으로 조용히 채취한다. 그 사이 플록형성과 침전상태를 관찰한다(☞ 자

-테스트 방법은 각 정수장의 조건에 따라 달라질 수 있다).

채취한 시료에 대하여 탁도, pH, 알칼리도 등을 측정하여 플록형성과 침전상태의 양부를 종합적으

로 판단하며 적정주입률을 결정한다. 자-테스트로 좋은 응집효과를 얻지 못하였을 때에는 응집제 주입

률을 바꾸거나, 그 위에 산제, 알칼리제, 응집보조제를 병용하여 테스트를 되풀이한다. 자-테스트에 사

용되는 응집제는 실제로 사용하는 응집제를 사용하여 1 w/v % 용액을 만들고 그 1 mL을 원수 1 L에

주입(또는 2 w/v % 용액을 만들고 그 1 mL를 원수 2L에 주입)하면 10 mg/L의 비율로 되므로 편리

하다. 또 폴리염화알루미늄을 희석한 용액은 시간이 경과함에 따라 가수분해되어 백탁(白濁)으로 된다.

이와 같은 용액을 사용하여 자-테스트를 하면, 올바른 응집효과를 판단할 수 없다.

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응결 응집 과정