응집제 및 응집보조제 효능시험 연구

연 구 총 괄  수질연구부장   최영준

연구 책임자  수질조사과장   강성욱

책임 연구원    환경연구사   정종순

연구원    보건연구사   허영봉

연구원    공업연구사   정일용

연구원       기계8급   조익수

연구원    공업연구사   임희아

연구원    공업연구사   이경우

요 약 문

Ⅰ. 제    목

응집제 및 응집보조제 효능시험 연구

Ⅱ. 연구대상

자양취수장 취수원수

Ⅲ. 연구기간

2010. 1. 1 ~ 2012. 12. 31

Ⅳ. 연구내용

• AWWA, NSF, 영국, 호주에서 공인한 수처리제 중 국내에서 적용사례가 적은 응집제 및 응집보조제를 중심으로 자료조사

• 관련자료 및 문헌조사를 실시하고 알루미늄염 및 응집보조제를 계절 및 수질에 따라 한강원수에 비교 실험

• 응집 및 침전과정에서 입자성 물질 및 무기물질 제거효율 연구

• 다양한 수처리제 사용에 따른 정수처리 공정에서 경제성 검토

Ⅴ. 연구결과

1. 수처리제 조사결과 국내는 환경부고시 2008-69호에 의하면 총 25종으로 응집제 9종, 살균․소독제 6종, 부식억제제 1종, 기타제제 9종 등이며, 국외는 AWWA의 경우 응집제 10종, 살균제 7종, 부식억제제 10종, 맛, 냄새 제어제 6종, 연수제 3종, 불소화제 3종 등 다양한 형태로 구분하고 있었다.

2. 각 응집제의 특성분석은 우리나라 계절별에 따라 봄철 및 가을철 갈수기, 여름철 고탁도 및 저알칼리도시, 겨울철 저수온시 등으로 나누어 분석하였다. 먼저 봄철 및 가을철 갈수기는 탁도제거율 및 UV254 제거율은 PAHCS, PACS 등이 비슷한 거동을 보이면서 우수한 결과를 보였고 PAC는 초기에 제거율은 좋았으나 투입율이 증가하면서 제거효율이 조금 상승한 추세를 보였다.

3. 여름철 고탁도 및 저알칼리도의 경우 탁도제거율 및 UV254 제거율은 PACS, PAHCS 순으로 응집효과가 있었으며, 그 외 PASS는 투입율이 증가하면서 점진적인 제거효율이 있었다. PAC의 경우 초기에 응집효과는 있었으나 어느 시점에 투입량이 증가하면서 제거효율은 떨어지는 것으로 나타나 최적 응집폭이 적어 응집제 사용에 있어 특별한 주의가 요구된다.

4. 겨울철 저수온시는 봄~가을기간의 수질변동이 거의 없는 안정적인 수질을 유지하기 때문에 각각의 응집제별 효율은 큰 차이는 보이지 않았지만 PAHCS, PACS 등이 우수하였고 PAC도 저농도에서는 우수한 결과를 보였다. 또한 잔류 알루미늄 제거율은 PAC가 우수하였고 그 외 PAHCS, PACS 순이었다.

5. 본 연구결과를 종합해 보면 PAHCS, PACS 등이 전반적으로 우수한 경향을 보였으며, PAC는 응집폭이 적어 정수처리에 주의가 요구되었고 PASS는 안정적인 수질을 보였으나 PAHCS 및 PACS 보다 응집효율이 떨어지는 경향을 보였다.

Ⅵ. 활용방안

연구결과를 정수센터 정수처리 공정의 참고하여 깨끗하고 안전한 아리수 생산에 기여하고자 한다.

목   차

1. 서    론	1

2. 연구목적 및 필요성	2

3. 연구사례	3

4. 연구내용	7

4.1 연구기간	7

4.2 연구내용 및 방법	7

4.3 수처리제 표준	7

4.4 세부 추진내용	7

4.5 실험항목	8

4.6 실험약품	9

4.6.1 폴리염화알루미늄	10

4.6.2 폴리수산화염화규산알루미늄	10

4.6.3 폴리황산규산알루미늄	10

4.6.4 폴리수산화염화황산알루미늄	10

4.6.5 폴리아민	10

4.7 실험실 실험	11

4.8 경제성 평가	12

4.9 활용방안	12

5. 문헌고찰	13

5.1 문헌고찰	13

5.2 수처리약품 등록현황	15

5.3 응집	18

5.4 응집제	24

5.4.1 무기응집제	28

5.4.1.1 알루미늄염	29

5.4.1.2 철염	34

5.4.2 유기응집제	37

5.4.3 기타응집제	41

5.5 pH조절제	43

5.6 부식억제제	44

5.7 살균제 및 산화생성물	45

5.8 불소화제	46

5.9 기타제제	47

5.10 조류제거제	48

6. 실험결과	52

6.1 교반조건 및 응집제 투입조건	52

6.2 봄철 및 가을철 갈수기	54

6.3 여름철 고탁도 및 저알칼리도 시기	67

6.4 겨울철 저수온 시기	73

6.5 응집보조제 투입에 따른 응집효율 실험	76

6.6 응집제 성분규격 조사	78

6.7 경제성 검토	79

7. 결    론	86

Reference	87

Appendix	93

LIST OF TABLES

Table 1. The present state of propulsion	8

Table 2. Examination methods and Instruments	9

Table 3. The photograph of Coagulants and Coagulant Aids	9

Table 4. The Present state of Abroad and Domestic Coagulants and Coagulant Aids	11

Table 5. The AWWA publication number for chemical standard	14

Table 6. The Present state of Domestic water treatment chemicals	15

Table 7. The present state of registration enterprises and domestic chemicals	15

Table 8. The approval state of water treatment chemicals abroad	16

Table 9. Drinking Water Chemicals Certified to ANSI/NSF Standard 60	16

Table 10. The Present state of Abroad and Domestic Coagulants and Coagulant Aids	17

Table 11. Coagulant chemicals used in water treatment	24

Table 12. Chemicals Used in Water Treatment	26

Table 13. Inorganic Coagulants	28

Table 14. Strategies for Al and Fe Coagulants Addition	29

Table 15. Coagulant dosage equivalents(mg/L)	31

Table 16. Guideline on Aluminum in Drinking Water in Other Jurisdictions	32

Table 17. Iron salts	34

Table 18. Coagulant dosage equivalents(mg/L)	35

Table 19. Characterist of polymer	37

Table 20. Example of polyelectrolytes	38

Table 21. Characteristic properties of different type of polyacrylamide(PAM)	38

Table 22. Other chemicals in water treatments	42

Table 23. pH adjustment	43

Table 24. Corrosion and Scale control	44

Table 25. Disinfection and Oxidation	45

Table 26. Fluoridation	46

Table 27. Other chemicals	47

Table 28. Aquatic Herbicides permitted for use in Michigan and their control effectiveness	49

Table 29. Algicide certified by NSF for Drinking Water Applications	50

Table 30. Approximate amount of copper sulfate & chlorine required as a lethal dosage for various algae	51

Table 31. Residual UV 254 Concentration using Coagulant	54

Table 32. Residual Turbidity concentration using Coagulant	55

Table 33. pH concentration using Coagulant	56

Table 34. Alkalinity concentration using Coagulant	57

Table 35. Electric conductivity concentration using Coagulant	58

Table 36. Residual UV 254 Concentration using Coagulant	59

Table 37. Electric conductivity concentration using Coagulant	60

Table 38. Residual UV 254 Concentration using Coagulant	61

Table 39. Residual Turbidity concentration using Coagulant	62

Table 40. Residual Al Concentration using Coagulant	63

Table 41. Residual Turbidity concentration using Coagulant	64

Table 42. pH concentration using Coagulant	65

Table 43. Alkalinity concentration using Coagulant	66

Table 44. TOC Concentration using Coagulant	67

Table 45. Residual UV 254 Concentration using Coagulant	68

Table 46. Residual Turbidity concentration using Coagulant	69

Table 47. Electric conductivity concentration using Coagulant	72

Table 48. Residual Al Concentration using Coagulant	73

Table 49. Residual Al Concentration using Coagulant	74

Table 50. pH concentration using Coagulant	75

Table 51. Residual Turbidity concentration using Coagulant	76

Table 52. TOC Concentration using Coagulant	77

Table 53. TOC Concentration using Coagulant	78

Table 54. Residual Turbidity concentration using Coagulant and Coagulant Aids	79

Table 55. Residual UV 254 Concentration using Coagulant and Coagulant Aids	80

Table 56. Residual UV 254 Concentration using Coagulant and Coagulant Aids	81

Table 57. High Turbidity Coagulant Dose Tablet	82

Table 58. Heavy weight metal analysis result	83

Table 59. Unit cost of Coagulant	84

Table 60. Examination Cost of Coagulant for Turbidity and UV254	85

LIST OF FIGURES

Fig. 1. A Laboratory experiment(Jar-Test)	11

Fig. 2. Charge particles repel each other ⇒ Uncharged particles are free to collide and aggregate	19

Fig. 3. Conceptual view of coagulation reaction	20

Fig. 4. Electric Potential Around a Colloidal Particle	23

Fig. 5. Net Force Using Zeta Potential	23

Fig. 6. Example of Coagulant polyelectrolytes	37

Fig. 7. Chemical structure of polyamine	40

Fig. 8. Jar-Tester condition of agitator	53

Fig. 9. PHIPPS & BIRD series six-paddle standard Jar-Tester	53

Fig. 10. Residual UV 254 Concentration using Coagulant	54

Fig. 11. Residual Turbidity concentration using Coagulant	55

Fig. 12. pH concentration using Coagulant	56

Fig. 13. Alkalinity concentration using Coagulant	57

Fig. 14. Electric Conductivity concentration using Coagulant	58

Fig. 15. Residual UV 254 Concentration using Coagulant	59

Fig. 16. Electric Conductivity concentration using Coagulantl	60

Fig. 17. Residual UV 254 Concentration using Coagulant	61

Fig. 18. Residual Turbidity concentration using Coagulant	62

Fig. 19. Residual Al Concentration using Coagulant	63

Fig. 20. Residual Turbidity concentration using Coagulant	64

Fig. 21. pH concentration using Coagulant	65

Fig. 22. Alkalinity concentration using Coagulant	66

Fig. 23. TOC concentration using Coagulant	67

Fig. 24. Residual UV 254 Concentration using Coagulant	68

Fig. 25. Residual Turbidity concentration using Coagulant	69

Fig. 26. Residual Turbidity photograph using Coagulant PAC	70

Fig. 27. Residual Turbidity photograph using Coagulant PACS	70

Fig. 28. Residual Turbidity photograph using Coagulant PASS	71

Fig. 29. Residual Turbidity photograph using Coagulant PAHCS	71

Fig. 30. Conductivity concentration using Coagulant	72

Fig. 31. Residual Al Concentration using Coagulant	73

Fig. 32. Residual Al Concentration using Coagulant	74

Fig. 33. pH concentration using Coagulant	75

Fig. 34. Residual Turbidity concentration using Coagulant	76

Fig. 35. TOC concentration using Coagulant	77

Fig. 36. TOC concentration using Coagulant	78

Fig. 37. Residual Turbidity concentration using Coagulant and Coagulant Aids	80

Fig. 38. Residual UV 254 Concentration using Coagulant and Coagulant Aids	81

1. 서 론

인구증가와 도시화 및 산업화에 따라 먹는물의 근원인 상수원의 오염도 증가하고 있으며 또한 시민생활 수준의 향상으로 건강하고 맛있는 물이 요구되고 있다. 이에 수돗물 등 먹는물 관리당국은 보다 좋은 원수 확보와 앞선 정수처리 공법을 도입하여 원수에서 먹는물 공급까지 품질관리제를 실시하고 있다. 우리가 안전하게 마시는 물은 상수원수를 정수 처리하여 깨끗하고 안전한 먹는물로 만들며 그 역할에는 수처리 약품이 중요한 위치에 있다. 원수는 입자성물질, 용해성물질, 세균, 바이러스, 원생동물 등 인체에 유해한 물질이 많이 포함되어 있으며 이를 수처리 약품에 의해 해로운 물질을 제거, 감소시키고 있다.

응집 및 플록의 목적은 유,무기 입자를 제거하는 것으로 특히 침전하지 않은 고체입자 및 색도를 가진 원수 등을 말한다. 보통 모래 및 무거운 실트 등 침전 가능한 고체는 중력에 의해 제거한다. 그러나 침전하지 않은 고체입자는 박테리아, 미세한 점토 및 실트 등을 포함하고 있다. 이들 침전하지 않는 부유물질의 대부분은 최종적으로 분산되거나 콜로이드입자 형태로 존재하는 부유물질은 음전하를 띠고 있으며 서로가 분산에 의해 반발하여 안정화되어 중력으로 침전이 불가능해 진다. 예로서 1ft(30.48 ㎝) 깊이에 있는 박테리아는 침전하는데 1년, 점토입자는 8시간, 모래는 10초가 소용된다. 콜로이드입자는 비누, 전분, 벤토나이트 등의 용해화합물에서 형성될 수 있으나 침전할 만큼 크게 성장하지는 않는다. 콜로이드 형태로 존재하는 입자는 보통 음전하를 띠고 있으며 화학적인 응집처리 과정으로 처리하는 것이 응집 및 침전으로 상수원수에서 가장 기본이 되는 공정이다. 입자의 응집을 위해 응집제가 사용되는데 보통 효율적인 크기를 형성하기 위해서 침전속도를 증가시켜 탁도, 색도, 박테리아, 조류 및 다른 맛․냄새물질 제거에 사용된다.

본 연구는 선진외국에서 사용하는 응집제 및 응집보조제에 대해 관련기관 및 웹 사이트를 통해 국내 및 외국에서 고시․인증된 수처리약품을 연구․조사하고 국내에서 효능시험을 실시하여 향후 수질 변화시 이를 적용하여 깨끗하고 안전한 수돗물생산에 기여하고자 하였다.

2. 연구목적 및 필요성

외국의 경우 수처리에 사용되는 응집제는 알루미늄염, 철염, 나트륨염, 응집보조제 등 다양하게 사용하고 있으나 우리나라는 PAC 등 알루미늄염을 주로 사용하고 있어, 계절의 변화에 따라 원수특성이 달리 나타나는 현재의 수질에 다양한 응집제를 사용해 볼 필요가 있다.

응집제는 1세대 응집제인 황산반토(Alum)를 비롯하여 최근에는 다분자 혼합응집제(PAC, PACS, PAHCS 등)까지 다양하게 연구․개발되고 있으며, 외국의 경우 응집제로 알루미늄염, 철염, 나트륨염 및 응집보조제 등을 다양하게 사용 중에 있으나, 서울시의 경우 주 응집제로 PAC를 보조 응집제로 PACS 등을 정수처리에 많이 사용 중에 있으며 계절 및 원수수질이 변화하는 시기에 다양한 응집제를 도입․적용시켜 정수처리에 적극 대응할 필요가 있다.

국내에서 연구․발표된 논문을 조사한 결과, 응집제로 PAC 및 PACS는 많은 연구가 진행되어 정수처리 공정에 적용되고 있으나, 최근 수처리제로 등록․고시되어 여름철 고탁도 및 알칼리도 저하시 적합한 PAHCS와 캐나다에서 개발한 응집제로 활성규산이 포함되어 침전성 및 탁질제거가 우수한 PASS는 연구 발표된 논문이 거의 없어, 본 연구에서는 PAHCS, PASS 및 Polyamine을 중심으로 계절의 변화에 따라 플록형성, 침전과정인 최적의 응집인자를 찾고, 특히 변수인자인 겨울철의 저수온, 봄철의 수온상승에 따른 조류증식, 여름철의 강우에 의한 고탁도 발생 및 알칼리도 저하에 따른 응집인자를 분석․평가하고자 한다.

3. 연구사례

응집제 관련 국․내외연구는 많이 이루어지고 있으며 국외 연구사례로Clinton, Missouri는 Standard Liquid Alum solution, Liquid Alum   + 4.6% 황산, Liquid Alum solution + 9.6% 황산으로 실험한 결과,  최적의 응집제 주입으로 탁도제거는 20～60mg/L 범위로 3가지 주입형태 모두 40mg/L에서 최적의 주입량으로 나타났다. 본 실험에서 원수 pH 가 7.8 정도의 수준에서 실험한 결과로 황산투입에 따른 응집제 주입량 효과는 크게 작용하지 않았다.

Amy E. Childress, Eeric M. Vrijenhoek 등은 응집제로 FeCl3, 응집보조제는 양이온 폴리머(Cat-Floc T, Calgon Corp, Pittsburgh)를 이용하여 실험한 결과 FeCl3를 이용한 고효율 응집제의 입자 및 THM 선구물질 제거는 주입량 ＞16mg/L에서 최적이었으며, 또한 평시 pH 보다 조절된 pH 5.5에서 최적의 효율을 보였다. THM 전구물질의 가장 좋은 제거방법은 평시 pH 보다 pH 5.5에서 좋았으며, 이 pH에서 휴믹물질도 저농도 FeCl3 주입으로 불용 철화합물질로 부터 제거되며, 철 수화물질은 고농도에서 흡착된다.

A. E Chaly, A. Snow and B. E. Faber은 Aluminum sulfate, Ferrous sulfate, Ferric chloride를 이용하여 폐수를 처리한 결과,  Aluminum sulfate가 가장 효율적인 결과로 도출되었으며, 폐수의 총고체 제거율은 90%이며(Ferrous sulfate 28% 제거율, Ferric chloride 88% 제거율). 폐수의 pH는 Aluminum sulfate 4.15, Ferrous sulfate 6.43, Ferric chloride 2.31 등이다. 가장 깨끗한 최적의 밀도는 Aluminum sulfate 0.194로 가장 좋은 결과를 보였다.(Ferrous sulfate 1.985, Ferric chloride 0.456)

S.H Chunang, T.C Chang, C.F Ouyang, J.M Leu 등은 산업단지 내 하수처리공장에서 유출되는 콜로이드 실리카 제거에 사용되는 응집 및 플록약품은 4종을 실험하였다. 실험결과 PACl가 Alum 보다 실리카 제거에 우수한 것으로 조사되었다. 실리카의 제거 능력은 대략 응집제 주입량 30～150mg/L Al2O3 비율에 0.135 mg/L Al2O3로 조사되었다. 더욱이 실리카는 pH 8 이상에서 우수하게 제거되었다. PACl 및 Alum 투입에서 알루미늄의 플록형성에 대한 주요 반응기구를 형성하고 있으며, 더욱이 플록첨가제로 PAA(Polyacrlyic acid) 투입으로 PACl 응집이 더욱 효과적이었다. PACl/PAA 동시투입은 일반적인 정수처리 공정에서 제거되는 항목으로 실리카, 용존성 COD, 탁도 등을 효율적으로 제거 가능하였다.

YUAN Yu-li, WEN Yuc-zhong, Li Xiao-ying, Luo Si-zhen 등은 염색공단에서 나오는 폐수는 페놀, 아닐린, 유기산, 벤젠 등 많은 화학물질을 포함하고 있다. 다양한 Polyferric chloride를 이용하여 연구를 실시하였다.  high-tech 산업폐수처리에서 콜로이드 실리카 제거에 사용되는 응집제 및 플록제에 실험을 실시한 결과, PACl이 Alum 보다 콜로이드 실리카제거에 뛰어나 효과가 있었으며, 특별한 실리카 제거 능력은 응집제 주입양이 30～150 mg/L Al2O3 범위 일때 0.135 mg SiO2/mg Al2O3 이었다. 더욱이, 실리카는 pH 8 이상에서 두드러게 감소하였다. 또한 PACl 응집과정에서 플록약품으로서 Polyacrylic acid(PAA) 첨가로 실리카 제거가 향상되었으며, PACl/PAA/ 조합 플록응집제는 콜로리드 실리카, 용존성 COD, 탁도 등 제거에 효과적이었다. 최적의 운영조건은 PACl 60 mg/L Al2O3, PAA 0.5 mg/L , pH 8 범위이다.

YANG Hai-yang, CUI Fu-yi, ZHAO Qing-ling, MA Chao 등은 지표수에 존재하는 저탁도를 제거하기 위해 새로운 metal-polysilicate 응집제를 탄지안 강 원수에 적용하였다. PAFS 는 Polysilicic acid, 알루미늄염, 철염 등의 복합화합물로 만들며, 낮은 주입율 조건에서 PAFS의 탁도 및 색도 제거는 Fe 농도가 증가할 수록 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 높은 주입율 조건에서 PAFS는 색도 및 탁도제거가 좋은 결과를 보였다. Al/Fe 몰비율은 PAFS의 역할에 영향을 주는데 Al/Fe 몰 비가 10:3 정도가 적합하였다. 중합반응 시간은 PAFS의 역할에 중요한 영향을 가지며 잔류 Al을 영향을 덜 미치는 것으로 되어있다. 높은 주입율 조건에서 콜로이드 재 안정화는 전 실험과정에서 나타나지 않았지만 반면에 Al 함유량이 증가하였다. 응집과정과 잔류 Al에서 PAFS의 최적 pH 범위는 6～8 이다. PAFS 에 의한 플록 형성은 크고 12분 이내에 쉽게 침강한다. PAFS는 다른 응집제와 비교해서 특성이 좋으며 침강시간을 덜 요구한다. PAFS를 이용한 정수처리시 잔류 Al은 낮은데 Polysilicic acid, 수화된 알루미늄이 입자 알루미늄 등의 부산물을 제거하고, 무기폴리머 응집제가 긴 사슬형태 구조로 가교역할 및 sweep 응집을 통해 콜로이드를 제거하기 때문이다.

S.D Freese, D.J Nozic M.J Pryor 등은 Pilot plant 에 사용된 고효율 응집제는 응집, 침전, 여과 등에 사용되었다. 고효율 응집제 Ferric chloride는 6~30 mg/L 범위에서 사용하였다. THMFP의 제거는 고효율 응집과정에서 거의 효과가 없으나, 영양염류 및 산업폐수의 높은 DOC 수질에서는 THMFP의 약 50% 제거는 최적응집에서 이루어진다. 영양염류 및 낮은 TOC 수질에서 TOC 및 DOC 의 제거는 약 50% 정도이며, 이는 최적 탁도 제거 주입량의 1.5~5배에 해당된다. 응집제 주입량 8~18 mg/L 일때 TOC 및 DOC 제거는 20~40%이지만, 응집제 주입량 30 mg/L으로 늘렸을 경우 TOC 및 DOC 제거는 50~70%으로 높아졌다. Ferric chloride을 이용한 고효율 응집은 Alum 및 폴리머를 이용한 응집과 같이 geosmin, 2-MIB, atrazine의 제거에 두드러진 효과는 없었다. 그러나 무기응집제를 사용할 경우 색도는 50~100% 제거 가능하였다. 탁도제거에 대한 최적 pH는 Ferric chloride는 5.5~7.0, Alum는 6~7 범위이다. 유기탄소제거는 Ferric chloride는 pH 5 주변이며, Alum은 pH 5~5.5 범위이다. 유기응집제는 미세오염물질 제거는 비효율적이며, 이 경우 오존화 및 GAC 여과가 더욱 효과적이다. 고효율 응집에서는 무기응집제가 유기폴리머 응집제 보다 조금 우수하다.

Carollo Engineer  등은 Aluminum sulfate에 의한 전구물질 제거에서 Aluminum sulfate(Al2(SO4)3) 응집제에 의한 TOC 제거는 pH 5.5~6 범위에서 아주 우수한 것으로 조사되었다. Alum 은 또한 DBP전구물질 제거에도 우수하였다. Cheng(1993) 은 pH 5.5~6.3 범위에서 Alum 20mg/L를 투입하여 THM, HAA 전구물질을 약 30% 정도 제거한 것을 관찰하였다. 또한 Ferric sulfate에 의한 전구물질 제거는 TOC, DBP 등 전구물질을 아주 우수하게 제거하는 것으로 조사되었다. Sinsabaugh(1986) 연구에 의하면, Ferric sulfate(Fe2(SO4)3) 20mg/L 주입으로 THMFP 및 TOXFP 약 50% 제거를 확인하였다. 응집제를 50mg/L로 늘릴 경우 이들 물질 제거율을 약 70%로 상승하였다. 응집과정의 pH는 5이다. 그리고 Ferric chloride에 의한 전구물질 제거는 NOM 제거에 우수한 것으로 조사되었다. Dryfuse(1995)는 Ferric chloride(FeCl3) 응집제로 DOC를 46~71% 제거하였고, THMFP 및 HAAFP를 59~90% 제거하였다. 또한 고분자량 물질, 유기 휴믹물질 등에 우수하였으며, 비-휴믹물질도 제거 가능하였다. Polyaluminum chloride에 의한 전구물질 제거는 Dampsey(1984)는 Fulvic acid 제거에 Aluminum sulfate(Al2(SO4)3) 보다 Polyaluminum chloride(PACl) 응집제가 더 우수한 것을 조사하였다. PACl는 최적의 pH 범위에서 Alum 보다 범위가 넓은 것을 확인하였다.

baisali sarkar, P.P Chakrabarti A,Vijaykmara Vijay Kale  등은 무기응집제 인 Alum은 염색폐수의 처리에서 부유물질, 유기물 및 영양염류의 제거에 효과가 있는 것을 확인하였다. COD 및 탁도로 평가되는 부유물질은 99% 제거되는데 응집제 주입량은 100~1,000mg/L, pH 범위는 4~9 정도이다. Ferric chloride는 Alum 보다 COD 및 부유물질 제거와 색도감소가 더 우수하였다. Alum과 Ferric chloride의 응집제 주입량이 증가함에 따라 pH 6.5~8.0 범위에서 침전효율이 증대되었다. Ferric chloride의 경우 응집제 주입량이 증가할수록 처리수의 색깔이 오렌지색을 띄어 다른 응집제를 찾는 이유가 되었다. 또한 폴리머 응집제인 PACl은 pH 6에서 Alum 및 Ferric chloride의 탁도제거율 95% 비율이다. 본 연구에서 Alum 및 PACl은 pH 7에서 효율적이며 염색폐수에서 부유물질 제거는 큰 효과가 있지는 않았다. 그리고 천연 유기응집제 효과인 Chitosan은 천연 유기응집제로 새우, 게, 바다가제의 껍데기에서 얻으며 고분자 물질로서 독성이 없고 생분해되어 단백질에 효율적이다. 본 연구에 적용한 결과 pH 5.5에서 최적  60mg/L 응집제를 주입하여 최종 처리수에서 부유물질의 제거는 26~28% 이다.

Bao-Yu Gao, Qin-Yan Yue, Yang Wang 등은 랩실험은 수처리 및 폐수처리에서 응집제 PAC 와 PASiC의 비교실험으로서([OH]/[Al] ;γ)비율, pH, Al/Si 비율, 온도 등 다양한 인자로 실험을 실시하였다. 실험결과 PASiC는 PAC 보다 조류, 탁도, 기름, COD, TP 제거에 우수한 것으로 조사되었다.  Al/Si 비율이 같을 경우에, (PASiCc)은 PASiCm 보다 탁도제거가 우수하였고, 이들의 차이는 주입량이 많을 수록 큰 차이는 없었다. PASiC의 응집효율은 γ값이 클때 우수하였으며 γ값이 매우 높은 값을 가질때 불안정하였다. PASiCc의 최적 pH 값은 γ값이 2이고 Al/Si 비가 10일때 6.0～8.5이다.

4. 연구내용

4.1. 연구기간

연구기간은 2010년 1월 ~ 2012년 12월로 3년의 기간으로 하였다.

4.2. 연구내용 및 방법

연구내용은 GOOGLE 등 관련 웹사이트 조사로 AWWA, NSF, 영국, 호주정부에서 승인․허가된 수처리제에 대해 관련자료 및 문헌조사를 실시하였고 고효율 응집제인 알루미늄염 및 응집보조제를 계절 및 수질의 변화에 따라 한강원수에 적용․실험을 실시하였다.

4.3. 수처리약품 표준

수처리약품 표준의 경우 NSF(National Sanitation Foundation) / ANSI (American National Standards Institute) - 60의 규정은 Drinking Water Treatment Chemicals  Health Effects 에서 정한 기준과 규격에 만족해야 한다.

AWWW(American Water Works Association)에서 고시․공표한 수처리제는    Filtration, Softening, Disinfection, Coagulants, Scale and  Corrosion control, Taste and Oder control, Prophylaxis 등으로 기준 및 규정에 적합해야 한다.

국내외에 등록된 수처리제 자료조사는 Softening(연수화제), Disinfection(살균제), Coagulants(응집제), Corrosion(부식억제제), Taste and Oder control(맛냄새제어제), Prophylaxis(불소화제) 등이 있다.

미국, 영국, 호주 등에서 인증․허가된 수처리제 자료조사는 EPA, NSF, AWWA, NHMRC, DWI, YAHOO, GOOGLE 등을 통해 조사를 실시하였다.

4.4. 세부 추진내용

응집제(Coagulants) 및 응집보조제(Coagulants Aid) 비교시험을 실시하고, 응집 및 침전과정에서 입자성 물질 및 무기물질 제거효율을 검토하여 정수처리 공정에서 경제성 검토로 플록형성 및 침전과정에서 최적주입율로 투입량 산정 및 경제성을 검토하였다. 또한 응집제 성분규격에 대한 품질검사로 환경부에 고시된 수처리제 기준에 적합한지를 조사하였다.

Table 1. The present state of propulsion

추진내용	2010년								2011년								2012년
	1/4		2/4		3/4		4/4		1/4		2/4		3/4		4/4		1/4		2/4		3/4		4/4
관련자료 및 문헌조사
응집제 구입 및 품질검사
응집제 한강원수 적용,실험1)
연구결과 최종보고서 작성

1) 응집제 한강원수 적용, 실험 : 봄철 및 가을철 갈수기, 여름철 고탁도(pH, 알칼리도 저하시), 겨울철 저수온기

4.5. 실험항목

실험항목은 입자성 3항목, 무기성 물질 9항목, 기타항목 4항목 등 총 14항목을 중심으로 실시하였다.

Table 2. Examination methods and Instruments

Items			Methods	Instrument
입자성 항목 (3)	Turbidity TOC UV 254	( NTU ) ( mg/L ) ( ㎝-1 )	산란광측정법 연소산화법 흡광광도법	HACH 2100AN SIVERS 820 HP 8453
무기물질 항목 (9)	Al1),2), Fe, As, Pb, Cr Cd, Mn, Hg	( mg/L ) ( mg/L ) ( mg/L )	유도결합플라즈마- 원자방출분광법 〃	ICP/AES 〃 〃
기타 항목 (4)	pH Alkalinity Conductivity Temp	- ( mg/L ) ( ㎲/㎝ ) ( ℃ )	유리전극법 적정법 전극법 온도계법	ORION 5 Star 뷰렛 ORION 5 Star 온도계

1) 용존성 알루미늄(0.45㎛ 여과지를 통과한 시료), 2) 산화알루미늄(Al2O3,%)

4.6. 실험약품

실험약품으로 사용한 응집제는 국내 K사, S사, M사, A사 등이며, 응집제는 PAC 1종, PACS 1종, PASS 1종, PAHCS(HiB) 1종, 응집보조제는 폴리아민 1종 등이다.

Table 3. The photograph of Coagulants and Coagulant Aids

PAC	PACS	PASS	PAHCS	Polyamines
Al2O3 17%	Al2O3 17%	Al2O3 8%	Al2O3 12.5%	-

4.6.1. Polyaluminium Chloride(PAC):폴리염화알루미늄

PAC는 제 2세대 응집제로서 기존의 단분자 응집제인 황산반토 단점을 보완한 다분자 응집제로서 안정성은 길지 않지만 뛰어난 응집성능으로 많이 사용중에 있으며, 산화알루미늄 농도는 1종(10~12%), 2종(12~15%), 3종(15~18%) 등등으로 1종 및 3종이 주로 사용하며, 염기도는 35% 이상이다.

4.6.2. Polyaluminium hydroxy Chloro silicate(PACS):폴리수산화염화규산알루미늄

PACS는 고염기도인 정수처리용으로 PAC를 고농도화 및 Si 성분을 첨가시켜 PAC의 단점을 보완하여 응집성능이 개선된 품목이며, 기존 PAC와 경쟁하는 품목인 PACS는 조류발생시 응집효과 증대 및 저 수온시 응집처리가 용이한 품목으로 겨울철 ~ 봄철에 적용해 볼 필요가 있다.

4.6.3. Polyaluminium sulfate silicate(PASS):폴리황산규산알루미늄

PASS는 최근 캐나다에서 개발한 응집제로 활성규산 포함하고 있어 침전성 및 탁질제거가 우수하며 정수처리 및 폐수처리에 사용되며 특히 겨울철에 응집성능이 우수하며, 산화알루미늄 농도는 8~10%, 염기도는 25~50%, 비중 1.32~1.36 등의 노란색을 띠며, 약품투입량은 황산반토의 50~55% 정도이다.

4.6.4. Polyaluminium hydroxy chloro sulfate(PAHCS):폴리수산화염화황산알루미늄

PAHCS(12.5%)는 '04년 수처리제로 등록된 약품으로 여름철 고탁도에 따른 원수 pH 및 알칼리도 저하시 적합하여 선택적으로 사용되고 있으며, 산화알루미늄 농도는 10~13%, 염기도는 70% 이상으로 다른 응집제 보다 높으나, 가격이 고가이므로 알칼리제 감소량에 따른 경제성을 검토해 볼 필요가 있다.

4.6.5. Polyamines(Epichlorohydrin-dimethylamine Polyamines)

Polyamines은 amine quaternary인 양이온 Polymer로 산에 잘 녹고 상업적으로 20~50% 농도가 생산되고 있으며, 정수처리에 사용되는 Polyamines은 디에틸아민과 에피클로르히드린에서 제조되며, 분자량은 104~5×105 으로 고분자 유기응집제이다.

폴리아민은 여과 및 응집보조제로 사용중에 있으며, 주로 정수장에서는 여과보조제로 0.3~0.5 ppm 정도 투입하여 사용하고 있다.

Table 4. The Present state of Abroad and Domestic Coagulants and Coagulant Aids

Coagulants	Chemicals	AWWA	NSF	U.K	AUS	KOR
Aluminium salts	Polyaluminium Chloride(PAC)	○	○		○	○
	Polyaluminium hydroxy Chloro silicate(PACS)			○		○
	Polyaluminium sulfate silicate(PASS)		○	○	○	○
	Polyaluminium hydroxy Chloride sulfate(PAHCS)			○		○
Polymer	Polyamines	○	○	○		○

4.7. 실험실 실험

실험실실험은 자-실험으로 응집제 주입율 결정으로 최초 입자성물질 제거율 및 응집제 주입율 결정하기 위한 목적으로 실시하였으며, 최적 응집제 주입 후 대상물질의 제거효율을 확인하였다.

Fig 1. A Laboratory experiment(Jar-Test)

4.8. 경제성 평가

경제성 평가는 서울시에서 사용 중인 알루미늄계 응집제와 본 연구에서 적용, 사용 중인 외국의 응집제를 실험실 실험을 통해 최적 주입율을 결정하여 비교․검토하였으며 그 평가는 대상물질 제거효율 및 경제성을 검토하였다.

4.9. 활용 방안

국내 및 국외의 수처리제 특성에 대해 문헌조사를 실시하고 원수수질 변화시 다양한 응집제를 확대․적용하여 그 효능을 검증하고, 연구결과를 아리수 정수센터와 정보를 공유하여 고품질 아리수 생산에 기여하고자 한다.

5. 문헌고찰

5.1 문헌 고찰

외국의 수처리약품 등록현황은 응집제를 비롯하여 다양한 약품이 등록되어 있는 것으로 조사되었다. 먼저 국내 수처리약품 등록현황(환경부 고시 2008-69호)은 총 25종으로 응집제 9종, 살균․소독제 6종, 부식억제제 1종, 기타제제 9종이 등록되어 있다.

외국의 수처리약품 등록현황은 AWWA는 총 42종으로 Filteration 3종, Softening 3종, Disinfection 7종, Coagulation 10종, Scale & Corrosion 10종, Taste & Oder 6종, Prophylaxs 3종, 기타 3종 등이다. NSF의 경우 총 122종으로 Coagulation 20종, Corrosion 33종, Disinfection 16종, pH Adjustment 15종, Algicide 8종, Prophylaxs 5종, 기타 25종 등이다. 영국의 경우 총 93종으로 Coagulation, Disinfection, Scale & Corrosion, pH Adjustment 등으로 구분하고 있다. 또한 호주는 총 35종으로 Coagulation, Disinfection, Scale & Corrosion, pH Adjustment 등으로 구분하고 있으며 각국의 사용실정에 따라 조금씩 달리 조사되었다.  이들 약품은 수처리제 사용범위를 세부적으로 구분하고 있으며, 주로 사용하는 응집제는 Aluminum salts, Iron salts, Polymer 등으로 국내에 비해 다양하게 사용하고 있는 것으로 조사되었다.

외국 수처리약품 표준

- NSF(National Sanitation Foundation) / ANSI(American National

Standards Institute)- 60 : Drinking Water Treatment Chemicals의

Health Effects 에서 정한 기준과 규격에 만족해야 함.

- AWWW(American Water Works Association) : 고시 ․ 공표한

수처리약품은 Filtration, Softening, Disinfection, Coagulants,

Scale and Corrosion control, Taste and Oder control, Prophylaxis

등으로 7분류 42종으로 기준 및 규정에 적합해야 함.

- 그 외 영국, 호주 등은 각국의 실정에 따라 수처리약품의 종류를

승인․허가된 제품을 사용하고 있음.

Table 5. The AWWA publication number for chemical standard

category	AWWA Standard	Chemical name
Filtration	B-100 B-101 B-102	Filtering material Precoat filter media Manganese greensand for filter
Softening	B-200 B-201 B-202	Sodium chloride(salt) Sodium carbonate(soda ash) Calcium hydroxide(hydrated lime), Calcium oxide(quicklime)
Disinfection	B-300 B-301 B-302 B-303 B-304 B-305 B-306	Calcium hypochlorite(hypochlorites) Chlorine(liquid) Ammonium sulfate Sodium chlorite Liquid ozone(LOX) Anhydrous ammonia Aqua ammonia(liquid ammonium hydroxide)
Coagulation	B-402 B-403 B-404 B-405 B-406 B-407 B-408 B-451 B-452 B-453	Ferrous sulfate Aluminium sulfate-liquid, ground, lump Sodium silicate(activated silica) Sodium aluminate Ferric sulfate Ferric chloride(liquid) Polyaluminium chloride(liquid) Poly(diallyldimethylammonium chloride)(DADMAC) EPI-DMA Polyamines Polyacrylamines
Scale and Corrosion control	B-501 B-502 B-503 B-504 B-505 B-506 B-510 B-511 B-512 B-550	Sodium hydroxide(Caustic soda) Sodium hexametaphosphate(Sodium polyphosphate) Sodium tripolyphosphate Monosodium phosphate, anhydrous Disodium phosphate, anhydrous Zinc orthophosphate(ZOP) Carbon dioxide(CO2) Potassium hydroxide(KOH) Sulfur dioxide Calcium chloride(CaCl2)
Taste and Oder control	B-600 B-601 B-602 B-603 B-604 B-605	Powered activated carbon Sodium metabisulfate(Na2S2O5) Copper sulfate Potassium permanganate(KMnO4) Granular activated carbon Reactivation of Granulated activated carbon(GAC)
Prophylaxis	B-701 B-702 B-703	Sodium fluoride(NaF) Sodium silicofluoride(Na2SiF6) Fluosilicic acid(H2SiF6)

5.2. 수처리약품 등록현황

국내에 등록된 수처리제는 응집제 및 응집보조제가 다수이며, 외국의 수처리제는 응집제, 부식억제제 등이 많은 것으로 조사되었다.

Table 6. The Present state of Domestic water treatment chemicals

종류	수처리제
응집제	폴리염화알루미늄(Poly Aluminium Chloride) 황산알루미늄(Aluminium sulfate) 알긴산나트륨(Sodium alginate) 폴리황산규산알루미늄(Poly Aluminium Sulfate Silicate) 폴리수산화염화규산알루미늄(PolyAluminium Hydroxy Chloro Silicate) 황산제이철(Ferric sulfate) 염화제이철(액체)(Liquid Ferric chloride) 폴리아민(Polyamines, Epichlorohydrin-dimethylamine Polyamines) 폴리수산화염화황산알루미늄(Poly Aluminium Hydroxy Chloro Sulfate)
살균․소독제	고도표백분(Hypochlorite powder, High Test Hypochlorite) 액화염소(Chlorine liquid) 차아염소산나트륨(Sodium hypochlorite) 이산화염소(Chlorine dioxide) 오존(Ozone) -현장제조염소(On-site oxidant generation)
부식억제제	부식억제제(Rust Inhibitor, Corrosion inhibitor)
기타제제	수산화칼슘(소석회)(Calcium Hydroxide, Slaked Lime) 활성탄(Activated Carbon) 황산동(Copper Sulphate, Cupric Sulfate) 수산화나트륨(액체)(Sodium Hydroxide) 제오라이트(Zeolite) 일라이트(Ililte) 황산(Sulfuric acid) 안정화이산화탄소(Carbon dioxide) 이산화탄소(Carbon dioxide)

Table 7. The present state of registration enterprises and domestic chemicals

약품분류	등록업체	등록약품
응집제	36	76
살균․소독제	26	39
부식억제제	19	20
기타제제	39	51

Table 8. The approval state of water treatment chemicals abroad

Chemicals		AWWA	NSF	AUS
Coagulation (Flocculation)		10	20	12
Disinfection (Oxdation)		7	16	8
Corrosion & Scale control		10	33	9
Taste & Oder control		6	-	1
pH Adjustment		-	15	7
Softening		3	-	6
Prophylaxis(Fluoridation)		3	5	2
Algicide		-	8	1
	Sequestering	-	5	-
Other	Dechlorination	-	6	-
	Other	3	14	-

Table 9. Drinking Water Chemicals Certified to ANSI/NSF Standard 60

Chemical Function	Companies	Certified Production
Coagulation and Flocculation	227	4,958
Corrosion and Scale control	146	1,549
Softening and pH Adjustment	32	188
Disinfection and Oxidation	91	530
Fluoridation	25	64
Dechlorinators/Deflorinators	6	11
Algicides	7	28
Well-drilling products	31	122
Other Chemicals	20	80

Table 10. The Present state of Abroad and Domestic Coagulants and Coagulant Aids

Chemicals		AWWA	NSF	U.K	AUS	KOR
Alumi -num salts	Aluminum chloride		○	○
	Aluminum chlorohydates		○		○
	Aluminum sulfate(alum)	○	○	○	○	○
	Polyaluminium chloride	○	○		○	○
	Polyaluminium chloride sulfate		○
	Polyaluminium chloride hydroxide			○
	Polyaluminium chloride hydroxide sulfate			○		○
	Polyaluminium chloride hydroxide silicate			○		○
	Polyaluminium hydroxide silicate sulfate			○		○
	Polyaluminium silica sulfates		○	○	○	○
Iron salts	Ferric chloride	○	○	○	○	○
	Ferric sulfates	○	○	○	○	○
	Ferrous chloride		○
	Ferrous sulfates	○	○	○
Sodium salts	Sodium aluminates	○	○	○	○
	Sodium silicate	○		○	○
	Sodium alginate					○
Polymer	Polyamines	○	○	○		○
	Polyacrylamides	○	○		○
	Polydiallydimethyl ammonium chlorides	○	○	○	○

5.3. 응집

응집은 콜로이드 입자를 불안전화 하는데 사용하는 공정으로 콜로이드 응집이라 한다. 콜로이드의 수중에서 역할은 수질의 투명함을 감소시키며, 수질의 색깔을 띠게 한다. 또한 산화과정에서 유해 부산물을 생성하기도 하며 살균과정에서 살균효율을 방해하기도 한다. 반면에 큰 표면적은 중금속, 농약, 바이러스 등 독성물질을 침전하는데 도움을 준다. 상수처리 과정에서 콜로이드는 제거해야 할 물질로서 이를 제거하기 위해 응집공정을 거쳐 침전시켜야 한다.

콜로이드 입자 제거에 사용되는 약품으로는 일반적으로 Aluminum sulfate (Alum), Ferric sulfate, Ferric chloride, Ferrous sulfate 등 금속염 등이 대부분 사용되고 있다. 최근에는 원수의 응집공정에서 탁도 제거뿐만 아니라 바람직하지 않는 유․무기물질 제거에 긴 사슬형태의 유기화합물질인 폴리머와 함께 사용하거나 금속염 대신 향상된 응집공정을 사용하여 수질을 개선하는 방법으로 응집제 주입량을 결정한다. 또한 개선된 응집공정은 TOC 제거뿐만 아니라 탁도, 비소 다른 중금속 물질 제거도 적용한다.

금속염을 물에 투입하였을 때 수화물이 형성되는데 이는 원수수질, 응집제, 응집보조제 혼합조건, pH, 응집제주입량 등에 따르며 효율적인 응집을 위해 최적의 응집조건을 산정해야 한다. 응집 및 침전과정에서 생성되는 입자 덩어리는 보통 플록이라 말하며 이 플록은 점점 크기가 커져 중력에 의해 침전․제거가 가능하게 되고 전하중하, 흡착, 침하 반응기구에 의해 오염물질을 용해한다.

응집 및 플록은 대체로 혼용하고 있으나 정확한 의미는 응집은 “콜로이드 입자 및 매우 미세한 고체의 분산된 입자가 불안전화(destabilized) 되어서 조건이 적당하면 뭉쳐서 덩어리가 되기 시작하는 단계”이며, 플록은 “불안전화된 입자들이 실질적으로 뭉쳐 모여서 큰 덩어리를 형성하여 정수처리 공정에서 불리(separated)할 수 있는 과정”을 말한다. 보통 정수처리 공정에서 사용되는 화학 응집제는 보통 알루미늄염 및 철염 등이 사용되고 있으며, 알루미늄계 응집제는 Alum 혹은 Filter alum 이라 하며 물속에서 SO42- 와 Al3+으로 이온화 되며 주입량은 알루미늄염으로 2～5㎎/L, 철염은 4～10㎎/L 등이 투입되고 있다. 응집과정을 효율적인 하기위해 응집제 및 응집보조제는 원수의 pH의 변화에 따라 달리 주입되며 응집보조제로서 acrylamide, epichlorohydrin monomer 등이 있다.

Fig 2. Charge particles repel each other ⇒ Uncharged particles are free to collide and aggregate

Coagulant Chemistry	+	Contaminants	+	Bulk Water Chemistry	⇒	Products
Al Monomers Al3+, Al(OH)2+ Al(OH)21+, Al(OH)3 Al(OH)4- Al Polymers Al13O4(OH)247+ Solids Al(OH)3(am) Al(OH)3*(s)	+	Particles Clays Other Metal Oxides Meta Carbonates Algae, Protozoa Bacteria, Viruses MOM Fulvic Acids Humic Acids Tannins Polysaccharides etc	+	pH Alkalinity Hardness	⇒	Soluble Inorganic Al Soluble Al-NOM Complexes Al-NOM Precipitates Al(OH)3(am)/Al(OH)3* (am) with sorbed NOM

Fig 3. Conceptual view of coagulation reaction

알럼플록의 화학반응은 매우 복잡하게 진행되지만, 다음 식에서 간단히 정리할 수 있다. 수질의 pH는 화학반응의 전하를 결정하는 매우 중요한 인자로 알루미늄 용해도를 결정한다. 알루미늄 용해도가 크면 클수록 최종 처리수에서 알루미늄 존재는 많아지며, 고 농도의 알루미늄양은 매우 바람직하지 않다.

Al3+  ＋  H2O    ⇔   Al(OH)2+  ＋   H+

Al(OH)2+  ＋   H2O   ⇔   Al(OH)2+  ＋   H+

Al(OH)2+  ＋   H2O   ⇔   Al(OH)3↓ ＋   H+

Al(OH)3  ＋   H2O   ⇔   Al(OH)4-  ＋   H+

위 식은 단순 화학적 기술식으로 음전하와 함께 분자량이 생성키 위한 알루미늄의 진행반응식으로 세 번째 기술된 식이 “수산화알루미늄”으로 궁극적으로 침전하여 제거되는 대상이 된다.

주요 무기응집제의 반응식은 다음과 같다.

Alum

Al2(SO4)3 ＋  3Ca(HCO3)2  ＝＞ 2Al(OH)3 ＋ 3CaSO4 ＋ 6CO2

Aluminum      Calcium         Aluminum   Calcium  Carbon

Sulfate      Bicarbonate        Hydroxide    Sulfate  Dioxide

Ferric Sulfate

Fe2(SO4)3  ＋  3Ca(HCO3)2  ＝＞ 2Al(OH)3  ＋ 3CaSO4  ＋ 6CO2

Ferric         Calcium           Ferric      Calcium    Carbon

Sulfate      Bicarbonate        Hydroxide    Sulfate     Dioxide

Ferric Chloride

2FeCl3  ＋  3Ca(HCO3)2  ＝＞  2Fel(OH)3  ＋ 3CaCl2  ＋ 6CO2

Ferric        Calcium           Ferric      Calcium    Carbon

Chloride     Bicarbonate       Hydroxide    Chloride    Dioxide

Ferrous Sulfate

FeSO4  ＋  Ca(HCO3)2  ＝＞  Fe(OH)2  ＋ CaSO4  ＋ 2CO2

Ferrous       Calcium          Ferric      Calcium    Carbon

Chloride      Bicarbonate      Hydroxide    Chloride    Dioxide

Zeta Potential 및 반데르발스 힘

제타 포텐샬은 콜로이드 입자의 전단면과 용액의 부피사이의 전기적인 차이로서 콜로이드 입자의 전기적인 전하를 측정하여 얻을 수 있다. 실험 결과값으로 제타 포텐샬의 측정은 다음과 같이 정의한다.

Z =

Z: zeta(ζ) potential,  q: charge per unit area,

d: thickness of the effective charge, D: dielectric constant of the liquid

제타 포텐샬이 크면 클수록 콜로이드의 입자간 반발력이 커지며, 더욱 안정화 된다. 하수에서 제타 포텐샬의 값은 -16 ~ -22 mV 이다.

부유물질에서 천연 응집덩어리의 형성을 방지하기 위해 다음의 사항을 면밀히 검토해 보아야 한다. 지표수에서 입자는 음전하를 띠고 있으며, 이들은 전하와 같이 입자간 반발이 형성되며 분산되고 응집은 분산된 입자가 불안정화 될 때 형성되며 화학물질을 첨가에 의해 중성입자의 전하가 된다.

이들 입자의 반발력의 힘을 감소시키기 위해서 에너지 및 콜로이드의 장벽을 깨는 운동량 힘이 있어야 하며 이를 위해 기계적인 혼합 등이 있다. 또한 제타 포텐샬의 힘을 감소시키기 위해 반데르발 힘을 이용할 수 있다. 이는 끊임, 얼림, 화학적인 응집제 첨가로 전기적인 형태를 바꾸어 주며, 등전위점으로 향하는 시스템의 pH 조절이 필요하다.

제타 포텐샬은 입자의 반발에 의해 형성되며, 반데르발 힘은 입자간의 거리에서 6제곱승의 비율로 끌어 당기며, 거리에는 지수함수로 감소한다. 또한 제타 포텐샬보다는 빠르게 감소한다.

Fig 4. Electric Potential Around a Colloidal Particle

Fig 5. Net Force Using Zeta Potential

5.4. 응집제

응집제는 유기 및 무기 응집제로 나누어 볼 수 있으며 보통 유기 응집제는 양이온, 음이온, 비이온 형태의 사슬형태의 고분자 물질로 구성되어 있다. 반면에 무기 응집제는 알루미늄염, 철염, sodium aluminate, 점토, 실리카 등 단독 혹은 광물질의 형태로 구성되어 있으며 투입 후 대부분의 원수 pH가 감소하며 최적 범위는 pH 5～7 영역이 가장 효율적이다. 또한 알카리도의 존재여부에 따라 응집반응이 진행되거나 혹은 반응하지 않는다. 응집제는 이온 및 분자량의 크기가 클수록 응집효과가 크게 나타나며 보통 수처리 공정에서 사용되는 일반적인 무기 응집제는 Aluminium sulfate(Alum), Ferric and Ferrous sulfate이며, 유기응집제는 Cationic polymers, Anionic and Noninonic polymers 등이 있다.

Table 11. Coagulant chemicals used in water treatment

Type	Coagulants	Chemical name	1st	2nd
I n o r g a n i c	Aluminum salts	PAC(Polyaluminium chloride), Aluminium sulfate (Alum), Liquid Alum, PAHC(Polyaluminium Hydroxy chloride) Aluminum hydroxide	○
	Ferric salts	Ferric chloride, Ferric sulfate, Ferrous sulfate (copperas)	○
	The Others	Calcium oxide, Bentonite, Sodium silicate, Lime(Calcium oxide), Sodium aluminate, Calcium hydroxide	○	○
O r g a n i c	Cationic polyelect	Polyethyleneamine hydrochloride, Polydiallydimethylammonium Polyacrylamide	○
	Nonionic polymer	Polyvinylalcohol, Polyacrylamide		○
	Anionic polyelect	Polymethacrylic acid, Polyvinylsulfonate		○

상수원수 및 폐수에 알카리도가 있으면 수소이온(H+)농도를 첨가하거나 제거하는 방법으로 pH를 조절할 필요가 있다. 알루미늄염 첨가에 따른 pH 효과는 수질특성에 의존하며 보통 pH 및 알카리도는 감소할 것이다. 일반적인 수처리 공정에서 최적의 pH는 5～7범위이다. 잔류 알루미늄은 플록 및 용존 알루미늄 등 2가지 원인에서 존재한다. pH 6.0 이하일 경우 높은 용존 농도로 존재하며 알루미늄을 최소화 하기 위해 pH 6.0～6.8 범위에 있는 것이 좋다. 무기 응집제 최적 pH는 Alum 4.0～7.0, Ferrous sulfate 8.5 이상, chlorinated copperas 3.5～6.5 및 8.5 이상, Ferric chloride 3.5～6.5 및 8.5 이상, Ferric sulfate 3.5～7.0 및 9.0 이상 등이다.

Table 12. Chemicals Used in Water Treatment

약품명	특 징
Acrylamide copolymers (C3H5NO)n	색상: 흰색 결정고체, 분말 혹은 액상용액으로 공급됨 응집보조제로서 사용되며 주입량은 0.1~0.5㎎/L
Aluminium sulphate (Al2(SO4)3․14H2O	alum, filter alum, sulfate of alumina 최적응집 pH 범위 : 5.5~5.8(혹은 6.5~7.5) 주입량 범위 : 15~100㎎/L(25~150㎎/L) 높은 색도를 함유한 원수 pH 5.5이하에서 효율적임 높은 미네랄을 함류하고 pH 7.5인 원수에서 효율적임 보통 원수 pH 10.5 이상일 경우 Ca(OH)2 와 사용됨 색상: 엷은 갈색을 띤 투명 액체, 분말, 입상, 덩어리 비중 : 1.28~1.34(20℃), 용해도 0.50g/㎤(16℃) pH : 2.3~2.8 Al2O3 : 15~22%
Ferric chloride FeCl3․6H2O	Ferrichlor, chloride of iron 최적 pH 범위 : 5.5~11 매우 부식성이 강함 색상 : 갈색을 띤 노란색, 오랜지색 결정형태, 진한갈색 시럽형태, 액상 비중 : 42% 용액(1.45, 20℃) pH : 42% 용액(1~2) 37~47% FeCl3, 13~16% Fe
Ferrous sulphate (FeSO4․7H2O, copperas, green itriol)	최적 pH 범위 : 3.5~5.5 와 9 이상 보통 연수화된 원수에서 Ca(OH)2 와 함께 사용됨 Cl2와 사용되며 3가 이온을 형성하면 효율적임 녹색 결정체, 입상, 덩어리 용해도 59.9g/L(0℃),119.8g/L(20℃),167.8g/L(30℃) FeSO4 : 55%, Fe : 20%
Ferric sulphate (Fe2(SO4)3․9H2O)	Ferricfloc, Ferrisul 최적 pH 범위 : 3.5~5.5(11.0) alum 보다 무거운 플럭을 형성함 색상 : 노란 결정, 회색을 띤 흰색분말, 붉은갈색 액체용액, 입상 비중 : 액상용액(1.5~1.6) 용해도 : 2~4 parts water 66% FeSO4, 20% Fe
PolyDADMAC (diallydimethyl ammonium chloride）	주입량 범위 : 0.5~5㎎/L

Polyaluminium chloride (Aln(OH)mCl(3n-m)）	Al2O3 함량 : 10~11% 색상 : 엷은 노란색, 약간 흐린액체 비중 : 1.18~1.22(20℃) pH : 10% 용액(2.2~2.8)
Polyaluminium silica sulfate (Na12(AlO2)(SiO2)12․xH2O)	색상 : 약간 흐린 액체, 투명에서 노란색 비중 : 1.32~1.36(25℃) pH : 2.8~3.6 Al2O3 함량 : 8% 이상
Sodium aluminate (Na2Al2O4, soda alum)	산성보다 알카리성을 띰 고탁도 및 고색도 원수에서 사용됨 탄산염 및 비탄산염 경도를 감소시킴 색상 : 흰색분말, 투명한 무색에서 엷은 황색액체 비중 : 1.4~1.6 pH : 액상용액(14) 용해도 : 매우 잘 녹음 70~80% Na2Al3O4, 〉32% Na2Al3O4
Sodium silicate (NaSiO3, Water glass)	색상 : 초록색 유리모양의 덩어리, 용해도가 다양한 흰색분말, 흐린 혹은 투명의 다양한 점도를 가짐 불투명체로 다양한 액상으로 존재 용해도 : 매우 잘 녹음 28.7% SiO2 Na2O에서 SiO2로 다양하게 존재 pH : 12.3(1% 용액)
Aluminium chlorohydrates (AlCl(OH)5)	색상 : 투명 액체 비중 : 1.32~1.35(25℃) pH : 3.5~4.5
Hydroxylates Ferric sulphate	색상 : 반투명의 암적색 비중 : 1.45~1.6(25℃) pH : 〈2
Other Chemicals	Aluminium chloride Bentonite/montmorilonite Chloride acrylamide Copolymers Kaolinite Polyamines Starch Polyethyleneamines Resin amines EPI-DMA polyamines Magnesium hydroxide(Mg(OH)2) Ammonium aluminum sulfate(Al2(SO4)3(NH4)2SO424H2O)

자료: WHO seminar pack for drinking water quality Department of the Army and the Air Force(1985.9),

5.4.1. 무기응집제

응집제 중 무기응집제는 알루미늄염, 철염 그리고 Lime 등은 수처리에서 1차 응집제 혹은 보조 응집제 등으로 사용되고 있으며, 가장 일반적인 1차 응집제는 Ferric salts, Aluminum salts 등이며 처리대상의 특성에 따라 각각 달리 사용하고 있다.

Table 13. Inorganic Coagulants

Name	Formula	Mol.Weight (g/g-mol)	Density (㎏/㎥)	Dosage (ppm)	pH	characteristics
Polyaluminium chloride	Al13(OH)20(SO4)2Cl15	3,000	1,190	-	3.5～5.0	Alum보다 플록형성빠름
Aluminium sulfate (Alum)	Al(SO4)3 Al(SO4)314H2O Al(SO4)318H2O	342.1 594.3 666.7	2,710 1,250 1,360	75～250	4.5～7.0	산성,젤라틴 플록 고 색도 pH〈5.5 고 미네랄 pH 7.5
Aluminum hydroxide	Al(OH)3	78.0	-	-	-	-
Ferric chloride	FeCl3	162.1	2,800	35～150	4.5～7.0	산성,젤라틴 플록, 잔류철, 알카리도 Alum보다 무겁다 염소+3가이온형성
Ferric sulfate	Fe2(SO4)3	400	1,899	-	4～6 8～9
Ferrous sulfate	Fe2(SO4)37H2O	278	3,097	70～200	4.0～7.0
Calcium oxide	CaO	56.1	1,050	-	-	-
Bentonite (clay)	montmorillonite Al2O34SiO2H2O	360.3	-	-	-	이온교환 특성이 플록
Sodium silicate	Na2SiO3	121.9	38~42 Be	-	-	-
Calcium hydroxide (Lime)	Ca(OH)2	74.1	2,200	150～ 500	9.0～11.0	알카리성,미세한플록,슬러지많음
Sodium aluminate	Na2Al2O4	163.94	1,400	-	-	경수에 효율 주입량 적음/고비용

무기 응집제로 사용되는 Aluminum salts 및 Ferric salts의 적당한 사용 방법은 처리수 pH, 처리수 알카리도, 콜로이드 농도 등 3개 관련인자에 달려있다. table 3은 알루미늄염 및 철염 주입에 따른 기본 방법을 나타낸 것이다.

Table 14. Strategies for Al and Fe Coagulants Addition

콜로이드 농도	알카리 수준	불안전화 반응기구	Al염 및 Fe염 투입방법
높음	낮음	전하 중성화	응집이 좋음
높음	높음	전하 중성화	높은 주입양 or 알카리도 제거 및 낮은 주입량
낮음	높음	sweeping 플록	높은 주입량 응집이 좋음
낮음	낮음	비효율적	알카리도 증가 or 다른 응집제 사용

5.4.1.1 알루미늄염(Aluminum salts)

일반적인 알루미늄염은 Aluminum sulfate(Alum), Polyaluminum chloride (PAC) 등으로 분류된다. 보통 알루미늄염 및 철염은 수처리 및 폐수처리에 많이 사용되고 있는데 금속염으로 오늘날 많이 사용되고 있다. 금속염은 낮은 비용 때문에 매우 유용하게 사용되고 있다. 반면에 많은 슬러지 생산 및 처리비용 등이 어려움이 있다. 알루미늄염은 철염보다 밝고 플록형성이 느리다. 철염은 좋은 침전특성을 가지고 잘 발달된 플록을 형성하지만 슬러지 생성이 많다. 반면에 알루미늄염 화합물은 용액형태로 첨가되며 알칼리와 반응하고 sweep 응집 및 전하 중화반응으로 표면 전하가 중성일 경우 응집 및 플록 과정에서 고효율을 보인다.

수처리 공정의 응집과정에서 알루미늄염은 보통 Al2(SO4)3․nH2O(n=14) 분자량을 가지며 수중에 투입하면 가수분해 과정으로 한가지 금속의 형태와 다핵의 수하종의 형태로 천천히 발생한다. 반응은 매우 빨리(약 ＜ 10-2초) 반응하며, 빠른 혼합과 화학응집제의 분산이 필요하다. 이들 응집제는 원수에서 최적의 pH 일때 주입하며 알칼리도가 부족시 Lime, soda ash, 중탄산나트륨 등을 투입하여 사용된다.  특히 Alum은 연수화 및 연수화 및 인 제거로 사용되며 유효한 알칼리와 반응하고 불용 알루미늄염에서 인을 형성한다. 특징은 회색을 띤 흰 결정으로 물에 녹으면 산성이 되며 고체로서 덩어리 형태로 공급된다. 액상형태로 50% 형태로 공급하며, 액상 및 고상의 선택은 저장 공간, 주입방법, 경제성에 따라 다르다.

응집제 중 Aluminum sulfate는 Alum 혹은 filter alum 등으로 알려져 있으며, 1차응집제(Primary Coagulant)로 사용되며 2차 응집제로는 사용하지 않는다. 적정 주입량은 75～250ppm, 적정 pH 범위는 4.5～7.0 등으로 높은 색도 및 많은 미네랄을 함유한 원수 pH 5.5 이하에서도 효율적으로 응집이 가능하다. 또한 가격이 저렴하고 저장 및 조작이 쉬워 많이 사용하고 있다.  Alum의 특징은 다음과 같다.

1. Alum(Aluminum sulfate)은 수처리에서 가장 많이 사용되고 있으며, Alum을 첨가시 aluminum hydroxide〈Al(OH)3〉형성되어 침전한다.

2. 최적의 pH는 일반적으로 5～8 범위이다.

3. Alum 투입시 알칼리도가 필요하며 원수에 알칼리도가 충분하지 않으면 pH는 aluminum hydroxide형성 대신에 용액 알루미늄 플록이 형성되어 정수지 및 배․급수 계통에서 발생원인이 된다.

4. 일반적으로  Alum 1.0 mg/L은 알칼리도 0.5 mg/L을 소모한다. 반응 후 최적의 pH를 유지하기 위해 최소 5～10mg/L의 알칼리도가 남아있다.

5. Alum 첨가하여 용액으로 투입 혼합시 pH는 최저 3.5 이하로 유지하는데 이는 응집효과를 방해하는 수화물이 생성되기 때문이다. 10～20% 중량비의 Alum이 최적의 pH를 적용하는데 유효하다.

6. 고체 Alum의 알루미늄함량(Al2O3 중량비)은 17%이다. 액상 Alum 은 약 49% 용액 ( Al2O3 중량비 8.3%) Alum 은 pH 5.5~8.0 범위에서 최적의 효율을 나타낸다.

Table 15.  Coagulant dosage equivalents(mg/L)

Aluminum Sulfate Al2(SO4)3 14H2O	Aluminum Sulfate Al2(SO4)3 18H2O	Aluminum Sulfate Al2(SO4)3 14H2O	Aluminum Sulfate Al2(SO4)3 18H2O
10	11.2	60	67
20	22	70	78
30	34	80	90
40	45	90	101
50	56	100	112

PAC(Polyalumium chloride)는 보통 PAHC(Polyaluminum Hyroxy-chlorode)로 부르며 수처리에서 많이 사용되고 있다. “aluminiun polymers”는 철염보다 기술적으로 유효한 것으로 되어있다. PAC의 주요 특징은  다음과 같다.

1. Polyaluminum Chloride(PAC)는 pH에 덜 민감하여 일반적으로 먹는물 처리 공정에서 넓은 범위에 사용된다.

2. Alum 과 PAC 제품은 양립하여 사용할 수 없다. Alum 투입기에서 PAC 투입기로 전화시 화학저장탱크 및 주입장치를 깨끗하게 씻은 후 사용하여야 한다.

3. 낮은 염기도(20%이하)를 가진 제품은 높은 색도 및 TOC를 가진 원수에 적용가능하며, 중간 염기도(40～50%)의 제품은 차가운 용매, 저탁도, 약간 변동이 있는 원수에 적용하며, 높은 염기도(70%이상)의 제품은 수질의 변화가 다양한 원수에 적용 가능하다.

4. Polyaluminum chloride(PAC)는 또 다른 알루미늄염으로서 이용범위가 적지만 Alum 보다 강하고 빠른 침전 플록을 형성한다고 보고되고 있다.

5. PAC의 적용시 플록형성은 Alum 보다 침전이 빠르고 밀도가 크나 다른 알루미늄염과 비교해서 적용사례가 적다.

6. 비용은 다른 응집제 보다 약 3배 정도이다.

7. Alum 보다 낮은 알루미늄 농도를 보인다.

8. pH 및 알카리도에 덜 민감하다.

9. DOC 제거가 뛰어나다.

10. 맛․냄새 물질 제거가 가능하다.

그 외 Aluminum chlorohydrate(Al2(OH)5Cl)은 23~24% Al2O3, 비중 1.33 등으로 원수 pH 및 알칼리도가 낮고 pH 충격이 적은 수질에서 소규모 정수장에서 사용하고 있다.

응집처리 공정에서 응집제를 투입하여 탁질, 세균, 바이러스 등 원하지 않는 물질을 감소 제거시킨 후 다음 공정으로 연속된다. 그러나 최적 응집공정을 거치지 않을 경우 우리가 원하지 않는 수처리 약품이 최종 먹는물에서 검출되며 이들 잔류 약품농도가 인체에 유해한 사례도 종종 언론 및 연구보고서에 발표되기도 한다. 이에 미국의 먹는물 관리당국은 국민의 건강을 위해 최종 먹는물에서 허용 잔류농도를 규정하고 있다.

미국의 모든 주가 최종 먹는물에서 잔류 알루미늄 농도를 규정하고 있지는 않지만 먹는물 생산기관은 가능한 아주 낮은 수준의 알루미늄 농도의 수질을 생산해야 한다. 최적의 정수처리 공정에서 잔류 알루미늄 농도는 보통 100 ㎍/L 이하로 가능하지만, 만약 최종 농도가 300 ㎍/L 이상이면, 먹는물 생산기관은 전반적인 평가를 받아야 한다.

Table 16. Guideline on Aluminum in Drinking Water in Other Jurisdictions

Jurisdiction	Aluminum Limit
Guidelines for Canadian Drinking Water Quality	100㎍/L
USEPA(1991)	50～200㎍/L
European Economic Community Guidelines Standard Maximum Admissible	50㎍/L 200㎍/L
World Health Organization	200㎍/L
AWWA Recommended Operating Level	200㎍/L
California Code of Regulations	1000㎍/L

5.4.1.2. 철염(Iron salts)

철염 응집제는 화학적인 방법으로 1차 응집제(Primary Coagulant)로 사용되거나 화학 및 생물학적 합성제거로 넓은 분야에서 사용되며, 보통 Ferrous sulfate〈Fe2(SO4)3․7H2O〉, Ferric sulfate〈Fe2(SO4)3〉, Ferric chloride〈FeCl3〉등이며 알루미늄염과 비교해서 철염은 pH 5.0~11.0 범위로 성공적으로 사용하고 있다. 또한 철염의 플록은 알루미늄염 플록보다 무겁기 때문에 빠르게 침전한다. 화학적 특성으로 산성이며 젤라틴 플록형성 및 상등수 처리 후 잔류 철이 존재하게 된다.

Ferrous sulfate(copperas)의 경우 연수에서 Lime(CaO)와 함께 사용하여 pH는 민감하지 않으며, CaSO4 및 Fe(OH)3와 함께 화합물을 형성한다. 폐수는 용존산소를 포함하기 때문에 반응이 이루어진다. 최적의 pH 4~6, 8.8~9.2 등이며 용존고체염 첨가로 보통 알칼리도의 첨가가 필요하다. 석회와 함께 사용시 연수가 되고 염소와 사용시 3가 이온을 형성하여 효율을 증대시킨다. 부식방지를 위해 Lime을 사용할 수 있다.

Ferric chloride는 알칼리도와 반응하거나 불용 철염에서 인을 형성한다. 고상 및 액상 형태 모두 유효하며 액상은 보통 35~45%용액이다. 고농도는 높은 어는점 때문에 겨울철에 저 농도를 공급하면 부식성이 있다. 최적의 pH는 4, 11 등이며, 용존고체(염)첨가로 Alum 만큼 비용이 2배로 무거운 플록을 형성한다.

Ferric Chloride의 특징은 다음과 같다.

1. Ferric Chloride의 최적 pH는 4～12 범위이다.

2. Ferric Chloride을 투입 혼합하여 투입용액을 만들시 pH는 2.2 이하로 유지한다.

3. Ferric Chloride 1mg/L은 알칼리도 0.75mg/L 비율로 소모한다.

4. Ferric Chloride 주입량은 Alum 투입량의 1/2 수준이며, 밀도와 용액강도는 매우 다양하다.

5. Ferric Chloride는 저비용으로 알루미늄을 첨가하지 않고 고농도 잔류철은 분석시 감지가 쉽고 유기물 제거에 최적이다.

6. 적절하지 않은 주입은 잔류철 및 색도의 원인이 되며 세탁물에 영향을 줄 수 있으며, 부식성이 매우 강하고 심미적으로 갈색 슬러지가 생성되어 불쾌한 느낌을 준다.

Ferric sulfate의 특징은 다음과 같다.

1. 넓은 pH 범위로 효율적이며, 다른 철염과 같이 고 pH에서는 용존 화합물을 생성하지 않는다.

2. pH 9 및 pH 9 이상에서 26 ppm 정도 투입할 경우 효율적이며, 철이 산화될 경우 용존산소는 산화되지 않는다.

Table 17. Iron salts

coagulants & synonyms		Formula	Mol. weighty	density	solubility	chemical content	use and optimal pH
Ferric chloride	Iron(Ⅲ) chloride	FeCl3	162.21	-	719	Fe:34	-
	liquid ferric chloride	FeCl3 6H2O	270.30	-	814	Fe:20.3~ 21.0	pH 5.5～11 매우 부식성
		FeCl3 13H2O	398.21	1.20 ~1.48	very soluble	Fe:12.7~ 14.5	-
Ferric sulfate	Iron(Ⅲ) sulfate	Fe2(SO4)3 9H2O	562.02	-	-	Fe:17.9~ 18.7	pH 3.5～5.5 Alum 보다 무거움
	liquid ferric sulfate	Fe(SO4)3 36.9H2O	1064.64	1.40 ~1.57	very soluble	Fe:10.1~ 12.0	-
Ferrous sulfate	copperas	FeSO4 7H2O	278.02	-	-	Fe:20	pH 3.5～5.5, 〉9 염소와함께 효율적

Table 18. Coagulant dosage equivalents(mg/L)

Ferric Chloride FeCl3 6H2O	Ferric Chloride FeCl3	Ferric Sulfate Fe2(SO4)3 9H2O	Ferrous Sulfate FeSO4 7H2O
9.1	5.5	9.5	9.4
18	11	19	19
27	16	28	28
36	22	38	37
46	27	47	47
55	33	57	56
64	38	66	66
73	44	76	75
82	49	85	84
91	55	95	94

5.4.2. 유기응집제

응집과정에서 만족스런 플록형성을 가져오지 못할 경우 응집보조제를 이용하여 효율을 높일 수 있다. 유기응집제는 다중전해물질(poly electrolytes)로 보통 응집과정에서 “polymers” 라 부르며 응집전(preceeding coagulation) 및 응집보조제(coagulants aid)로 사용된다. 이는 천천히 침전하는 플록입자 밀도를 증가시키기 위해 사용되며 침전 및 여과과정에서 플록이 깨지지 않도록 하고 있다.  반응을 빠르게 하고 플록을 강하게 하기 위해 응집 후에 첨가하며 요구되는 응집제 주입량은 줄어든다. 또한 응집보조제는 pH 범위 밖의 만족스런 응집을 형성하기도 한다.

일반적으로 가장 효율적인 응집보조제는 고분자를 띤 사슬형태의 양이온(cationic polymer), 음이온(anionic polymer), 비이온(nonionic polymer) 등이며 비이온 및 음이온 폴리머는 음전하 콜로이드를 불안전화 하는데 사용되고 불안전화 반응기구는 확실히 밝혀지지 않았지만 가교역할을 한다고 알려져 있다. 보통 음이온 폴리머는 음이온 Polyacrylamides가 가장 효율적이다. 양이온 폴리머는 음전하를 띤 응집콜로이드에 사용되며 콜로이드 반응기구는 전하를 중성화시키고 입자간의 가교역할을 한다. 외국의 경우 수처리 공정의 절반 이상이 유기 폴리머를 사용하고 있으며 PolyDADMAC(polydiallydimethyl ammonium  choride)는 양이온 폴리머로 가장 많이 사용되고 있다.

폴리머의 일반적인 특성은 다음과 같다.

1. 고분자량, 큰 수의 이온화 용기를 가진 긴 사슬형 유기폴리머는 반대 전하 콜로이드를 끌어 당긴다.

2. 핵을 생성하게 하고 입자의 크기를 자라게 하여 플록을 형성시켜 빠른 침전할 수 있도록 한다. 대부분의 양이온 전하는 수처리에 사용된다.

3. 천연유기화합물 중 폴리머는 열대지방에서 생산되는 Moringa oleifera, 갑각류 껍질인 chitin, Guar gum, sodium carboxymethyl cellulose  등이다. Chitosan은 양이온 형태로 평균분자량은 ~106 이며, sodium alginate는 음이온 형태로 평균 분자량은 2.59×105 이다.

4. 인공 및 단량체에서 유도된 폴리머로 polyamine, sulfonate 등이 있다.

5. 폴리머는 가격은 비싸나 낮은 농도로 주입하여 가교역할 및 플록입자를 크게 하며 중성입자를 단단히 하고 주입량은 1 mg/L 이하이다.

6. 폴리머 적용지점은 응집 전․후 어느 지점도 상관없으나 최적은 실험을 통해 얻어지며, 미국의 대부분정수장은 Alum 및 폴리머를 사용하고 있다.

7. 분자량은 상대적으로 크고(20,000,000이상 범위) 초기에 가교역할을 한다.

8. 폴리머는 초기에 응집의 효과로 응집하기 쉬운 탁도, 탁도양, 응집에서 난류흐름 등에 영향을 받는다.

Table 19.  Characterist of polymer

chemical Name	Typical dosage	Functional Group	Example	1st	2nd	characte -ristics
cationic (+) polymer	~1 ppm	amine quaternary	polyethyleneamine hydrochloride polydiallydimethylammonium polyepichloroydrin polydimethylaminomethylacrylamide polyalkenepolyamine	○		생물학적고체 적합 pH〈9 적합 과량주입시 분산
nonionic (0) polymer	0.005~ 0.05 ppm	polyalcohol amine	polyvinylalcohol polyacrylamide polyethylene oxide alginic acid, cellulose, dextron glues, gums, starch, Others		○	고농도 고체 슬러리 pH 7 적합 무기플록 강하게함
anionic (-) polymer	0.005~ 0.05 ppm	carboxylic sulfonic	poly(methly)acrylic acid & salys polyvinylsulfonate polyvinylalcohol polystyrenic sulfonic acid polyacrylamide/acrylic acid		○	폐수,섬유상 폐수 pH 〉6 적합 강한플록형성

Fig 6. Example of Coagulant polyelectrolytes

Table 20. Example of polyelectrolytes

Polymer	Generic Formula	Molecular Weight (amu)	Charge
PolyDADMAC	[C8H16N․Cl]n	100K~ 300K	High positive charge
Polyacrylamide(PAM)	[C3H5N․O]n	5,000K~6,500K	Low positive charge
	[C3H5N․O]n	2,000K~3,500K	No charge
Acrylamidomethyl prppane sulfonic acid	[C7H13NO4S]n	6,000K~7,000K	No charge
Polyacrylamide	[C3H5N․O]n	3,000K~5,500K	High negative charge
Acrylamidomethyl prppane sulfonic acid	[C7H13NO4S]n	6,000K~8,000K	Low negative charge

Table 21. Characteristic properties of different type of polyacrylamide(PAM)

Ionic type	M.W (g/mol)	charge density (C/g)	Percentage charge monomer
Anionic PAM Cationic PAM Nonionic PAM	5.5~7*106 6.0~7*106 5.0*106	-260 +150 -1.07	30.0 19.0 -

응집과정에서 사용되는 폴리머 장점은 다음과 같다.

1. 정수처리시 슬러지 부피는 50~90% 감소시키며, 탈수하기가 쉽고 수분함량은 적다.

2. 폴리머는 pH에 영향을 받지 않으며 Lime, caustic, soda ash 등 알칼리도를 보충해 주는 약품비를 절감할 수 있다.

3. 폴리머는 총 용존고체 농도에 포함되지 않는다. 용존 철염 및 알루미늄염 처리는 무기응집제의 결과이며 폴리머 응집제를 사용할 시 이들 문제는 절감하거나 제거할 수 있다.

4. 일반적으로 금속성분이 포함된 수처리에서는 주입량이 0.5~2.0mg/L 이다.

5. 폴리머는 알칼리와 pH 간의 상호작용에서 가장 효율적으로 이루어지며 pH ＜ 4.5 이하인 경우 비효율적이다.

6. 최적의 폴리머의 적당한 주입은 슬러지 부피 및 운영비를 감소시키고 정수수질을 개선한다.

7. 폴리머의 단가는 Alum과 같은 무기응집제 보다 비싸다. 그러나 운영비는 pH 조절제 사용을 감소시키고, 슬러지 부피 및 처리비용을 감소시켜 효율적이다.

8. 폴리머는 초기 응집제 혹은 응집보조제(Alum 대체제) 등으로 사용가능하다.

9. 응집제로 사용되는 폴리머는 저분자량 및 양전하를 띤다.

10. 여과보조제로 사용되는 폴리머는 플록약품으로 사용하는 폴리머와 구조 및 기능이 같거나 비슷하다.

11. 여과보조제 폴리머 주입량은 0.1mg/L 이하이다. 반면에 과량 주입시 여과 수두를 높이거나 운전시간을 단축시킨다.

12. 응집보조제 주입양은 양이온 2～5 ppm, 음이온 및 비이온 0.25～1.0 ppm 이다.

또한 폴리머의 단점으로는 arcylamide 와 epichlorohydrin 단량체가 잔존하는 것이다. 이들 물질의 조사는 먹는물에서 일반적으로 적합하지 않는데 측정이 매우 어렵기 때문이다. 대신에 폴리머는 최대 허용량으로 관리하고 있다.

한편, 철염에 대해 무기 폴리머의 연구는 진해되지 않고 있으나, PFS(Poly Ferric sulfate)가 미국에서 생산되고 있으며, 상업적으로 유용하다. PFS는 철염과 비교해서 폴리머의 구조로 이루어져 우수한 성능의 효과가 기대대기 때문에 실험에서 자주 사용된다.

키토산은 키틴으로 유도된 2개의 구조로 이루어진 폴리머로 초기에는 연구가 되지 않았으나, 몇몇 연구에서 키토산은 폭풍우에 의한 수질에서 탁도 제거가 우수한 결과가 있었으나, 미국 내에서 활발한 연구가 이루어지지 않아 유효하게 사용되지는 않는다.

또한 정수처리용 유기응집제 중에서 폴리아민(Polyamine, quaternary polyamine)은 분자량이 10,000~500,000 으로서 멜라민-포름알데히드로 제조된다. 주로 폐수처리용으로 많이 사용되며 특히, 제지폐수의 색을 제거하는데 사용되고 있다. 이 유기 응집제는 반복단위가 -CH2-CH2N- 이다. 폴리아민은 산에 녹고 상업적으로 20~50 % 농도로 생산한다. 수처리에 사용되는 폴리아민은 주로 디메틸아민(dimethylamine)과 에티클로르히드린(epichlorhydrin)으로부터 제조된 것이다. 디에틸아민(diethylamine)이 중합되어 생성되는 것이 polyquaternary amine 으로서 멜라민-포름알데히드(melamine-formalehyde)로부터 만들어진 아민류는 주로 폐수처리에 사용된다.

Fig 7. Chemical structure of polyamine

5.4.3. 기타 응집제

기타 응집 및 응집보조제 역할로 사용되는 수처리 약품은 Lime, Sodium aluminate, Activated silica 등이다.

Lime〔CaO, Ca(OH)2〕은 처음에 pH 조절제로 사용되었고 보통  응집보조제로 사용되었다. 수처리 시 경도와 미세한 입자에 대해 응집제 역할을 하며 종종 다른 응집제와 함께 사용되며 pH에 민감하여 슬러지량이 많이 생성되고 과량 주입 시 수질을 저하 시킬 수 있다.

Sodium aluminate(NaAlO2)는 일반적인 화공약품으로 알럼 혹은 저알칼리도 처리수에서 응집제로 사용되기도 한다. 화학적인 특성은 알럼 및 다른 염보다 다루기가 어렵고 사용에 제한적이다. 기존 구성성분은 알루미늄염이며, 수처리시에 투입될때 알루미늄 수화물질이 형성되고 알칼리도와 pH가 증가한다. 주입량은 1mg Al/L 주입시 0.037 meq/L의 증가가 예상되며, CaCO3 로는 1.9mg/L에 해당된다. 특징은 경수에 효율적이며 적은양의 주입이 필요하며 종종 Alum과 사용시 비용이 많이 소요되고 연수에 비효율적이며, 고탁도, 색도를 가진 원수는 탄산염 미 비탄산염의 경도를 감소시킨다. 원수와 용해 알루미늄간 강한 알칼리도를 공급해 주고 황산이온 첨가로 바람직하지 않을 경우 유용한 역할을 한다. 또한 pH 제어제로 Alum과 함께 사용되기도 한다. 어떠한 pH 에서도 사용가능하며 Lime으로 pH 조절 및 Alum 사용시 경제적이다.

AlO2-   ＋   2H2O    ＜＝＞   Al(OH)3(S)   ＋   OH-

Activated silica는 짧은 사슬형태의 폴리머로 응집과정에서 알루미늄 수화입자와 함께 가교역할을 하며 일반적인 투입량은 5~10 ppm 이다. 응집제 주입율을 감소시켜 응집효율을 증가시키며, 넓은 범위 pH로 효율적인 응집으로 강한 플록을 형성한다.

Table 22. Other chemicals in water treatments

응집제	약칭	구조식	분자량 (g/mol)	비중	용해도	약품 함량	수분 함량	수용액 pH
Calcium oxide	Lime	CaO	56.08	0.56~0.8	1.3	CaO:95		12.6
Calcium hydroxide	Hydrated lime	Ca(OH)2	74.09	-	1.8	CaO:71	24	12.6
Sodium aluminate	aluminum sodium oxide	NaAlO2	81.97		mp 1,650℃	Al 33% Na 28% O 39%		흰색 입자

Bentonite는 점토형태로 높은 색도 및 저 탁도 미네랄을 함유한 수질 처리시 충분히 플록이 형성되지 않을 경우 약품의 무게를 증가시키며 작은 플록을 형성시켜 플록이 빠르게 침강할 수 있도록 하는 역할을 한다.

5.5. pH 조절제

pH 조절제는 관부식 방지 및 정수처리 공정에서 응집효과를 최대화하기 위해 사용되는 수처리약품이며, 소석회(calcium hydroxide), 수산화나트륨(sodium hydroxide), 황산(sulfuric acid) 등은 응집 및 침전에서 크고 단단한 플록형성에 사용되고 있으며. 특히 장마철 등 고탁도에 따른 알칼리도 감소, pH 감소와 조류발생에 따른 pH 상승시에 주로 사용된다.

Table 23. pH adjustment

약품명	특 징
calcium hydroxide (Ca(OH)2,Hydrated lime, slaked lime)	색상 : 흰색 결정분말 용해도 : 0.165g/100g 표준용액 20℃ 포장상품밀도 : 450~560㎏/㎥ 85~99% Ca(OH)2, 63~73% CaO
calcium oxide(CaO, Qulicklime, burnt lime, chemical lime, unslaked lime)	색상 : 회백색 고체, 덩어리, 알갱이, 입상 비중 : 3.2~3.4(Ca(OH)2) 포장상품밀도 : 1030㎏/㎥(알갱이), 1050㎏/㎥(분말) 78~99% CaO pH : 12.4(표화용액)
carbon dioxide (CO2,Carbon dioxide)	높은 압력하에 액상가스, 건조된 얼음 용해도 : 3.6g/L(0℃), 1.7g/L(20℃), 0.96g/L(40℃) 99.9% CO2 pH : 4.0(포화 용액)
sodium bicarbonate (NaHCO3)	색상 : 흰색분말, 결정체, 수용액에 녹음(60g/L,20℃) 비중 : 2.159(20℃) 용해도 : 96g/L(20℃) 포장상품밀도 : 1000㎏/㎥ pH : 8.4(10g/L 용액)
sodium carbonate (Na2CO3,soda ash)	색상 : 회백색 분말, 매우 밝음, 가볍움, 진함 포장상품밀도 : 500~1000㎏/㎥ 용해도 : 71.9g/L(0℃), 203.7g/L(20℃), 383.4g/L(30℃) 99.4% Na2CO pH : 11.3(1% 용액)
sodium hydroxide(NaOH, Caustic soda, soda, lye)	50% NaOH 50% 용액 결빙(28℃) pH : 12.9(1% 용액)
sulfuric acid (H2SO4)	색상 : 진한 점성, 무색에서 암갈색의 액체 비중 : 1.2~1.85(20℃)
hydrochloric acid (HCl)	색상 : 투명 무색에서 투명 노란색 비중 : 28% 용액(1.14, 20℃)
Other Chemicals	calcium carbonate magnesium oxide potassium hydroxide sodium bisulfate

5.6. 부식제어제

부식은 일반적으로 금속물질이 전환되어 용해성 물질로 변하는 것을 말하며,  보통 보일러 계통에서 많이 발생하는데 열교환기의 부식침전물로 발생되며 전체효율을 감소시킨다.

상수도 계통에서 부식제어제는 금속표면에서 반응하여 보호 장벽을 만들고 자체적으로 흡수하는 역할을 하고 있으며,  sodium tripolyphosphate, sodium hydroxide 등이 주로 사용되고 있다.

Table 24. Corrosion and Scale control

약품명	특 징
sodium tripolyphosphate(Na5P3O10)	색상 : 흰색분말, 입상고체 pH : 9.8(수용액)~10.5(슬러리)
zinc orthophosphate (Zn3(PO4)2)	색상 : 투명한 무색의 액체
sodium hydroxide (NaOH,caustic soda)	색상 : 흰색 비중 : 1.33(30% 용액), 1.48(46% 용액)
sodium hexametaphosphate (NaPO3)x, Polyphosphate, glassy phosphate, vitreous phosphate)	색상 : 흰색알갱이 분말, 결정체, 얇은 조각 포장상품밀도 : 800~1500㎏/㎥ 용해도 : 매우 높음 67% P2O5 pH : 6.7~7.2(1% 용액) - calciquest로서 긴사슬 Polyphosphate polymer 포함 - 철,망간,칼슘 등을 용액에서 분리한다. - 수처리에서 약 1.0mg/L 정도 투입된다.
Other Chemicals	dipotassium orthophosphate disodium orthophosphate monopotassium orthophosphate phosphoric acid polyphosphoric acid potassium tripolyphosphate sodium calcium magnesium polyphosphate sodium zinc polyphosphate tetrasodium pyrophosphate sodium silicate

5.7. 살균제 및 산화생성물

염소를 포함한 이들의 화합물은 보통 수처리 공정의 살균에 사용되며 가장 일반적인 살균약품은 산화된 약품으로 염소(Chlorine) 및 이들의 화합물(Compound)이며, 살균은 보통 접촉시간, 농도, 화학 및 물리적 강도, 온도, 부식성 등 여러 가지 인자에 따라 사용약품이 달리 사용된다.

Table 25. Disinfection and Oxidation

약품명	특 징
anhydrous ammonia (NH3)	색상 : 무색가스 혹은 액상 비중 : 액상으로 0.8
calcium hypochlorite (Ca(OCl)2․4H2O, HTH, Perchloron, Pitclor)	색상 : 흰색결정, 수용액에서 투명, 1%용액 비중 : 2.35(액상) 78% 유효 염소
chlorine(Cl2, Liquid)	살균제의 대표적인 약품으로 사용됨 살균제의 지표 및 후속 처리공정에서 살균을 강화시킴 높은 독성으로 부식성이 있음
potassium permanganate (KMnO4, Purple salt)	색상 : 무취, 진한보라 결정체 용해도 : 59.9g/L(21℃) 98%, 유기물질과 함께 접촉시 폭발위험성이 있음
sodium hypochlorite (NaClO)	색상 : 엷은 노란색 용액 집에서 사용은 보통 5% 유효염소 먹는물에서 15% NaClO 사용, 수돗물에서 1.0~1.8mg/L 낮은 비용 유용성 보통 - 실온에서 2~4% 유효염소 자연휘발/month
ammonium sulfate (NH4)2SO4	색상 : 회색을 띤 흰 결정 비중 : 1.77(20℃)
hydrogen perxoide (H2O2)	색상 : 무색 시럽액체(농도 20~60%) 비중 : 1.07~1.24(20℃) pH : 1~4
Other Chemicals	ammonium hydroxide iodine sodium chlorate sodium chlorite addendum to ammonium sulfate - chlorine dioxide

5.8. 불소화제

불소화제는 먹는물에서 불소를 첨가하기 위한 목적으로 사용되며 이들은 sodium silicofluoride(Na2SiF6), sodium fluoride(NaF), fluosilicic acid(H2SiF6) 등이 주로 사용되고 있으며, 또한 불소는 어린이의 치아부식을 감소하는데 사용되며, 최적조건에서 어린이 65%의 치아부식을 막을 수 있다고 알려졌다.

보통 불소투입량은 지역의 온도에 따라 결정되며 보통 투입되는 불소농도는 0.7～1.2mg/L 정도이다.

Table 26. Fluoridation

약품명	특 징
fluosilicate acid (H2SiF)	색상 : 무색에서 엷은 노란색 비중 : 22% 용액(1.18, 20℃)
Fluosilicic acid(H2SiF6, hydro-fluosilicic acid)	액상, 143.8g/L(20℃) 20~35% H2SiF6 pH : 1.2(1% 용액)
sodium fluoride (NaF6, Fluoride, )	색상 : 흰색, 무취분말(결정체), 물에 쉽게 녹음 비중 : 2.78(20℃) 포장상품밀도 : 1040~1440㎏/㎥ pH : 6.5(1% 용액), 7.6(4% 용액) 용해도 : 41.9g/L(최적온도) 90~98% NaF
sodium fluorosilicate (Na2SiF6, Sodium silico fluoride)	색상 : 흰색, 노란색을 띤 흰색, 무취, 결정분말 포장상품밀도 : 800~1150㎏/㎥ 용해도 : 3.6g/L(0℃), 7.2g/L(22℃), 14.4g/L(60℃) 98~99% Na2SiF6 pH : 5.3(1% 용액)
Other Chemicals	ammonium hexafluoro silicate calcium fluoride magnesium silico fluoride potassium fluoride hydrogen fluoride aluminum oxide(Al2O3) Bone charcoal tricalcium phosphate(Ca3O8P2) High-mangnesium lime(CaMgO2)

5.9. 기타제제

기타 약품으로는 탈불소화제, 살조제, 연수화제, 맛․냄새 제어제, 탈이온제, 탈염소제 및 산화방지제 등이 있으며, 정수처리과정의 맛․냄새 제거용으로 분말 및 입상활성탄이 주로 사용되며 그 외 오존, 액화염소, 이산화염소 등이 사용된다.

Table 27. Other chemicals

약품명	특 징
Defluoridation	aluminium oxide bone charcol tricalcium phosphate high-magnesium lime
Algicide	copper sulphate(CuSO4) ․ 색상 : 청색결정(알갱이 혹은 분말) copper triethanolamine complexes
Softening	calcium hydroxide(hydrated lime) calcium oxide(quicklime) sodium carbonate(soda ash) sodium chloride(NaCl, Common salt, salt) ․ 분말, 결정체, 입상 ․ 용해도 : 347.5g/L(0℃), 359.5g/L(20℃), 359.5g/L(30℃) ․ 98% NaCl ․ 습기가 있을때 부식
Taste and odor control	activated carbon(powdered, granular) ․ 색상 : 흑색고체(분말 20~50㎛, 입상 0.7~1.2㎜) ․ 밀도 : 250~600㎏/㎥ ․ 표면적 : 500~1500㎡/g ․ 유기화합물을 흡착제거 ․ 투입범위 : 5~10mg/L(최대 50mg/L) chlorine(Cl2) chlorine dioxide(ClO2) copper sulphate(CuSO4 ․ 5H2O, Blue vitriol, Blue stone) ․ 결정체, 덩어리, 분말 ․ 용해도 : 191.7g/L(0℃), 263.6g/L(20℃), 311.5g/L(30℃) ․ 63% CuSO4 ․ pH : 4.7(1% 용액) ozone potassium permanganate(KMnO4) sodium metabisulfite
Sequestering inhibitor	ethylenediamine tetraacetic acid(EDTA) tetrasodium EDTA
Dechlorinator and antioxidant	sodium metabisulfite sodium sulfite sulfer dioxide

5.10. 조류제거제(Algicide)

조류제거용 수처리제는 독소를 감소시키거나 냄새물질을 감소시킨다. 보통 조류제거용 약품은 copper sulfate를 많이 사용하고 있다. 조류제거용 약품을 사용하기 전에 호소 및 하천의 구리(copper) 침전농도, 하천흐름에서 조류제거용의 잠재적인 충격, 최종 수돗물에서 구리농도의 등 수질을 신중히 고려해야 한다. 이들 약품은 Copper를 기본으로 하는 조류 제거제는 1900년 처음 사용하였고 최근에도 많은 분야에서 사용하고 있다. 이 약품은 구리화합물 및 인공유기화합물이며 Buffed alum, calcium 화합물이 인산염인을 제거하는데 사용되고 있다. EPA에서 조류제거용으로 인정한 SCP(Sodium Carbonate Peroxyhydate) 으로 구리화합물질은 아니며 blue-algae,  cyanobacteria 등에 사용된다. Copper sulfate의 일반적인 주입량은 0.5～1.0 mg/L 이지만, 조류가 번성하기 전에 주입시에는 0.1 mg/L 이하로 주입해도 충분하다. 또한 낮은 경도와 고 pH의 수질의 연수에 적용시 가장 효율적이다. 다만 1 mg/L 이상은 주입해서는 안된다. SCP는 Blue-algae에 0.3～1.7 mg/L 사용가능하다. Copper sulfate와 사용되는 상업적인 조류제거제는 Cutrine plus, Cutrine ultra, Clearigate, algimycin PWF, Phycomycin SCP 등이다.

Brazos River 당국은 강 상류에 golden algae 번식을 예방하기 위해 강 표면에 짚 다발(bales of straw)를 펼쳐 조류번식을 막은 방법도 사용하였다. OHIO 주립대학교에 의하면 연못의 플랑크톤 조류번식을 감소시킬 수 있는 약품으로는 액체 킬레이트 copper (Curtine-plus, Algae-pro)를 사용하였다. 또한 ‘보리 밀짚(barley straw)을 이용한 조류제거‘는 1990년대에 영국에서 큰 저수지 및 수로에서 실시한 연구로 조류제거에 긍정적으로 사용하고 있다. 그러나 최근 미국의 연구에 의하면 ’긍정적인 결과를 가져온 것은 아니다‘는 연구결과도 있다. 보리밀짚의 사용은 연못 표면적 1㎡당 13.56g을 사용하고 있으며 조류제어의 장점이 있지만 ’보리밀짚 사용이 만능은 아니다‘는 것을 신중히 고려해야 한다.

황산알루미늄(Aluminum sulfate)는 pH 7.5 이상의 수질에서 조류제거용으로 사용될 수있다. 조류의 생태에 중요한 인산염(phosphate)은 황산 제2철(ferric sulfate)을 투입하여 제거하면 조류의 성장을 막을 수 있다. acrolein은 관계수로의 조류 제거용으로 사용하기도 한다.  미국 켈리포니아주는 호수의 조류제거로 염소(chlorine)와 상업용 조류제거제(Cutrine 및 Endothall)를 함께 사용하여 좋은 효과를 보였다. 매일 2.5ppm Cutrine과 2일마다 0.4ppm Endothall을 투입하여 조류를 해결하였다.

정원 및 작은 호수에서 조류 제거는 부상식물 및 잠수식물을 심는 것이다. 가장 효율적인 조류제거용 부상식물은 Water Hyacinths, Water Lettuce이며, 잠수식물은 Anacharis, Hornwort 등이 효율적이다. 미국 미주리주 자연보호국에서 조류제거제용으로 Cutrine plus(Liquid, Granular), Copper sulfate 등을 사용하여 제거하고 있으며, 그 대상은 Planktonic algae, Filamentous algae, Macrophytic algae에 사용가능하다.  가장 일반적으로 사용되는 상업용 조류제거제는 copper sulfate, quarternay ammonium chloride, phenol mercuric acetate이다. 또한 생물화학적 방법으로는 폭기를 생각해 볼 수 있는데 이는 산소를 공급하고 인산염인을 감소시켜 조류 증가를 막는다.

Table 28. Aquatic Herbicides permitted for use in Michigan and their control effectiveness

Algae	copper sulfate	chelated copper	sodium carbonate peroxyhydrate	amine salts of Endothall
planktonic algae	Excellent	Excellent	Excellent	Excellent
filamentous algae	Fair~Excellent	Fair~Excellent	Excellent	Fair~Excellent
chara	Excellent	Excellent	-	Excellent

Table 29. Algicide certified by NSF for Drinking Water Applications

No.	common name	target pests	Max use (mg/L)
1	aqualum	algae	150
2	algimycin PWF	algae	9.2
3	applied biochemists Phycomycin	algae	33
4	bromochlorodimethylhydantoin	algae	3~7.5
5	calcium hypochlorite	algae, fish	15
6	chlorine	algae	30
7	copper carbonate	algae, chara, cladophora
8	copper Ethanolamine complex	algae, chara
9	copper hydroxide	anabaena,blue-green, algae chara
10	copper as Metallic	algae
11	copper sulfate(anhydrous)	anabaena, chara	4~16
12	copper sulfate pentahydrate	filamentous algae, planktonic algae	4~16
13	copper triethanolamine complex	algae, chara
14	diquat dibromide	algae
15	endothall(dicarboxylic acid)	algae
16	miscellaneous watersupply product	algae	0.5
17	miscellaneous treatment application	algae	16
18	polymer blendes	algae	67
19	sodium bromaide	algae
20	sodium dichloroisocyanurate	algae	30
21	sodium percarbonate	algae	33
22	sodium chlorite	algae	16~29
23	sodium percarbonate	algae	33
24	sodium hypochlorite	algae	84
25	tartrazine	blue-green algae, chara
26	erioglaucine	blue-green algae, chara
27	sodiumpercarbonate	blue-green algae

Table 30.  Approximate amount of copper sulfate & chlorine required

as a lethal dosage for various algae

Organism	Odor, Taste & Color	Cause of Other Trouble	Copper sulfate (mg/L)	Chlorine (mg/L)
Diatomaceae Achnants Asterionella Cyclotella Diatoma Fragilaria Melosira Meridion Navicula Nitzschia Stephanodiscus Synedra Tabellaria	- aromatic, geranium, fishy faintly aromatic faintly aromatic geranium, musty geranium, musty spicy - - geranium, fishy earthy aromatic, geranium, fishy	- - yes yes yes yes - yes - - yes -	- 0.12~0.20 - - 0.25 0.20 - 0.07 0.50 0.33 0.36~0.50 0.12~0.50	0.25 0.5~1.6 1.0 - - 2.0 - - - - 1.0 0.5~1.0
Chlorophayceae Chara Cladophora Closterium Coelastrum Conferva Desmidium Dictyosphaerium Draparnaldia Eudorina Entrtomrpha Gloeocystis Hydrodictyon Microspora Nitella flexilis Palmella Pandorina Protococcus Scenedesumus Spirogyra Staurastrum Tetrastrum Ulothrix Volvox Zygnema	garlic septic grassy - - - grassy, nasturtium, fishy - faintly fishy - septic septic - bitter taste - faintly fishy - grassy grassy grassy - grassy fishy -	yes yes - yes yes - - - - - - yes - yes - - - - yes - - - - -	0.1~0.5 0.5 0.17 0.05~0.33 0.25 2.0 - 0.33 2.0~10.0 0.5 - 0.1 0.4 0.10~0.18 2.0 2.0~10.0 - 1.0 0.12 1.5 - 0.2 0.25 0.5	- - - 1.0 - - 0.5~1.0 - - - - - - - - - 1.0 - 0.7~1.5 - 1.0 - 0.3~1.0 -
Cynophyceae Anabaena Aphanizomenon Clathrocystis Coelosphaerium Cylindrospermum Gloecapsa Microcystis Oscillatoria Rivularia	mouldy, grassy, vile mouldy, grassy, sweet taste sweet grassy, vile sweet grassy grassy red color sweet taste musty, spicy mouldy, grassy	- - - - - - - yes -	0.20~0.48 0.12~0.50 0.12~0.25 0.20~0.33 0.12 0.25 0.20 0.2~0.5 -	0.5~1.0 0.5~1.0 0.5~1.0 0.5~1.0 - - - 51 -

6. 실험결과

한강원수의 수온은 봄철에서 점진적으로 상승하여 여름철에 최고 값을 보이고 가을철에 급격히 감소하여 겨울철에 최저 값을 보이며, 탁도도 수온과 비슷한 거동으로 겨울~봄 기간은 안정적인 수질을 유지하면서 강우가 시작되는 여름에 점진적으로 상승하여 최고 값을 보이고 이후 감소하는 추세를 보인다. 반면에 pH 및 알칼리도는 여름철에 집중 강우로 인해 가장 낮은 추세를 보이고 그 외시기인 강우가 적은 봄, 겨울 등은 대체로 높은 추세를 유지하는 추세를 보이고 있다.

이에 본 실험은 우리나라 계절 특성에 따라 원수수질 변동에 따라 실험을 달리 하여 실시하였다. 특히 봄철 수온증가로 조류가 발생하고 이후 장마철이 끝난 가을철에 조류가 발생하는 시기, 여름철에 강우로 인한 원수 고 탁도 및 저 알칼리도가 발생되는 시기, 그리고 겨울철은 저 탁도 및 저 수온으로 응집효과가 감소할 수 있는 시기에 분석․실시하였으며, 또한 응집보조제 투입에 따른 응집 효능실험으로 각각의 응집제에 대해 응집보조제를 투입하여 자-실험을 실시한 후 상등수를 채수하여 각 항목별 특성을 분석하였다.

6.1 교반조건 및 응집제 투입조건

본 자-실험의 교반조건은 급속교반 150RPM/1분, 완속교반 75RPM/7.5분, 45RPM/7.5분, 20RPM/5분, 정치 10분 등 총 31분이 경과한 후 시료를 채취하여 분석하였다. 각각의 응집제 특성을 파악하기 위해서 응집제의 투입농도를 통일하기 위해 저농도 3 mg/L에서 고농도 18 mg/L 까지 3 mg/L 간격으로 3 mg/L, 6 mg/L, 9 mg/L, 12 mg/L, 15 mg/L, 18 mg/L 등으로 나누어 분석하였으며 특히, 여름철 고탁도의 경우 5 mg/L 간격으로 저농도 5 mg/L에서 고농도 30 mg/L 등으로 나누어 분석하였으며 기타 수질의 특성에 따라 각각의 응집제 주입량을 결정하여 투입하였다.

Fig 8. Jar-Tester condition of agitator

Fig 9. PHIPPS & BIRD series six-paddle standard Jar-Tester

6.2 봄철 및 가을철 갈수기

봄철 및 가을철은 우리나라 계절시기상 갈수기로 오염도가 연중에서 가장 높은 수질을 보이고 있으며 이 기간에는 정수처리 및 수질개선이 가장 많이 요구되는 시기이다. 각각의 응집제에 대하여 응집제 농도를 최저 5 mg/L에서 5 mg/L 간격으로 최고 30 mg/L을 주입하였을 때 상등수의 UV254의 농도분포를 분석한 결과, PAHCS 〉 PACS 등이 우수하였고 PAC, PASS 등은 비슷한 추세를 보였다.

Table 31. Residual UV 254 Concentration using Coagulant

Dose Coagulant	5	10	15	20	25	30	원수조건
PAC	0.071	0.060	0.060	0.059	0.055	0.064	수온:10.1 pH:8.4 탁도:7.1 UV254: 0.075
PACS	0.069	0.061	0.048	0.046	0.046	0.050
PASS	0.072	0.070	0.065	0.060	0.057	0.058
PAHCS	0.069	0.064	0.052	0.046	0.042	0.033

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), Dose(mg/L)

Fig 10. Residual UV 254 Concentration using Coagulant

각각의 응집제에 대해 투입농도를 최저 5mg/L에서 5 mg/L 간격으로 최고 30 mg/L을 주입하였을 때 잔류 탁도의 농도분포 실험결과, PAHCS 〉PACS  등이 우수한 결과를 보였으며, PAC 및 PASS는 고농도에서는 탁도가 증가되는 추세로 제거효율이 감소하였다.

Table 32. Residual Turbidity concentration using Coagulant

Dose Coagulant	5	10	15	20	25	30	원수조건
PAC	3.4	3.1	3.1	2.8	3.1	3.7	수온:10.4 pH:8.2 탁도:4.1
PACS	3.6	3.3	2.5	2.6	2.1	1.7
PASS	3.7	3.6	3.5	3.2	3.0	3.4
PAHCS	3.6	3.4	2.5	2.3	1.6	1.3

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), Dose(mg/L)

Fig 11. Residual Turbidity concentration using Coagulant

또한 원수 pH가 저 농도일 경우 pH 변화는 PAC 및 PASS, 그리고 PACS 및 PAHCS는 비슷한 거동을 보이며 감소하였다. 각각의 응집제 투입에 따른 pH의 저감비율은 응집제 1 mg/L 투입시  PASS 0.0215, PAC 0.0214, PAHCS 0.0188, PACS 0.0183 등으로 PASS 〉 PAC 〉 PAHCS 〉 PACS 순으로 감소한 것으로 조사되었다. 이에 따라 원수의 pH 수질이 낮을 경우 PAC 및 PASS투입에 따른 pH 저감 비율이 다른 응집제 보다 크게 나타나 이들 응집제를 사용시는 특별한 주의가 요구된다.

Table 33. pH concentration using Coagulant

Dose Coagulant	5	10	15	20	25	30	원수조건
PAC	7.28	7.20	7.08	6.94	6.85	6.77	수온:20.6 pH:7.4 탁도:6.8
PACS	7.36	7.30	7.24	7.11	7.01	6.92
PASS	7.31	7.22	7.13	6.98	6.88	6.79
PAHCS	7.33	7.28	7.22	7.08	6.98	6.88

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), Dose(mg/L)

Fig 12. pH concentration using Coagulant

응집제 투입에 따른 알칼리도는 일반적으로 감소하는 추세를 보이며 각각의 응집제에 따라 조금씩 차이를 보이고 있으며, 본 실험결과 알카리도 감소율은 응집제 1mg/L 투입시 PAC 0.37mg/L, PACS 0.15mg/L, PASS 0.33mg/L, PAHCS 0.10mg/L 등의 감소가 예상되어 응집제의 응집효율 측면에서 본 응집제는 알칼리도 감소율이 적은 PAHCS 〉 PACS 가 우수하였고 그 외 PASS, PAC 순으로 나타났다.

Table 34. Alkalinity concentration using Coagulant

Dose Coagulant	5	10	15	20	25	30	원수조건
PAC	50	49	47	46	43	41	수온:20.6 pH:7.4 탁도:6.8 알칼리도: 55
PACS	51	50	49	48.5	48	47
PASS	51	50	48	46	45	43
PAHCS	51	50	49	49	49	48

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), 알칼리도(mg/L), Dose(mg/L)

Fig 13. Alkalinity concentration using Coagulant

각각의 응집제를 투입하면 알루미늄 3가 이온의 증가로 인해 원수에서 전기전도도는 소량 상승하는 추세를 보인다. 본 실험결과, 응집제 투입에 따른 전기전도도의 증가율은 응집제 1mg/L 투입시 PAC 0.19㎲/㎝, PACS 0.22㎲/㎝, PASS 0.09㎲/㎝, PAHCS 0.26㎲/㎝ 정도 증가가 예상되어 이온성분이 많은 원수에 응집의 효과가 크게 나타나 전기전도도에 의한 응집효율은 PAHCS, PAC, PACS 순으로 우수한 것으로 나타났다.

Table 35. Electric conductivity concentration using Coagulant

Dose Coagulant	5	10	15	20	25	30	원수조건
PAC	169.8	170.1	171.7	172.2	173.5	174.4	수온:20.6 pH:7.4 탁도:6.8 전도도: 165
PACS	168.2	170.3	170.9	172.1	173.0	174.1
PASS	171.8	168.6	169.3	169.8	169.8	170.5
PAHCS	169.1	170.6	172.4	173.4	174.6	175.7

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), 전도도(㎲/㎝), Dose(mg/L)

Fig 14. Electric Conductivity concentration using Coagulant

유기탄소 화합물은 수중에서 lignin, tannin, humic 물질 등의 형태로 존재한다. 이러한 유기탄소 화학물질은 200~400㎚의 근자외선 영역에서 최대 흡광도를 나타내며 이 중에서 UV 254의 경우 유기물의 총량지료로 활용된다. 본 실험결과, UV 254 농도분포(수치가 적은 것이 우수함)는 PAHCS 〉 PACS 등이 우수하였고 PAC, PASS 등은 비슷한 추세를 보였으며, 응집제 주입량이 9mg/L 이상에서 각 응집제간 UV 254는 PAHCS 및 PACS 그룹과 PAC 및 PASS 그룹간의 큰 차이를 보였다.

Table 36. Residual UV 254 Concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	0.071	0.065	0.055	0.054	0.049	0.051	수온:15.2 pH:7.9 탁도:6.5 UV254: 0.1562
PACS	0.061	0.054	0.040	0.035	0.033	0.035
PASS	0.065	0.058	0.055	0.055	0.049	0.046
PAHCS	0.059	0.051	0.039	0.033	0.033	0.030

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), Dose(mg/L)

Fig 15. Residual UV 254 Concentration using Coagulant

응집제를 투입 후 전기전도도는 알루미늄 이온 증가에 따라 증가하며 각각의 응집제투입에 따른 전기전도도의 증가율은 응집제 1mg/L 투입시 PAC 0.32㎲/㎝, PACS 0.28㎲/㎝, PASS 0.26㎲/㎝, PAHCS 0.28㎲/㎝ 정도 증가하였으며, 1차 실험의 결과와 비슷한 추세를 보였다.

Table 37. Electric conductivity concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	181.4	183.4	184.2	185.2	185.8	186.6	수온:17.1 pH:7.9 탁도:7.2 전도도: 181.1
PACS	181.7	183.0	183.8	184.9	185.3	186.1
PASS	179.6	182.1	182.7	183.4	183.7	184.0
PAHCS	183.7	184.1	185.2	186.2	186.8	187.8

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), 전도도(㎲/㎝), Dose(mg/L)

Fig 16. Electric Conductivity concentration using Coagulant

유기물의 총량지료인 UV 254 농도분포는 PAHCS 〉 PACS 등이 우수하였으며, PAC의 경우 응집제 주입량이 증가할수록 다시 유기물 농도(UV254)가 증가하는 추세를 보여 고농도 주입시에는 응집효율이 떨어지는 현상을 보였다.

Table 38. Residual UV 254 Concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	0.089	0.078	0.058	0.063	0.068	0.075	수온:16.1 pH:7.8 탁도:12 UV254: 0.113
PACS	0.079	0.063	0.057	0.050	0.050	0.053
PASS	0.103	0.084	0.067	0.059	0.054	0.054
PAHCS	0.076	0.053	0.050	0.051	0.049	0.048

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), Dose(mg/L)

Fig 17. Residual UV 254 Concentration using Coagulant

각각 응집제에 탁도 제거효율 실험결과, PAHCS ≒PACS 등은 거의 비슷한 추세를 보였으나, 적은양의 투입 범위에서는 PAHCS가 PACS 보다 약간 우수한 결과를 보였으며, 그 외 PASS, PAC 등의 순으로 제거효율이 감소하였다.

Table 39. Residual Turbidity concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	10.0	5.6	2.3	2.8	3.6	4.5	수온:16.1 pH:7.8 탁도:12 UV254: 0.113
PACS	5.5	3.0	2.3	1.5	1.6	1.9
PASS	7.5	5.7	3.6	2.5	2.4	2.1
PAHCS	4.6	2.3	2.1	1.9	2.3	1.8

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), Dose(mg/L)

Fig 18. Residual Turbidity concentration using Coagulant

정수에서 알루미늄은 응집제의 주 성분인 산화알루미늄에 의한 것이 대부분으로 응집제의 과량 투입에 따라 정수에서 알루미늄 농도가 수질기준 이상으로 검출될 수 있어 주의가 요구되며, 우리시 정수는 먹는물 수질기준(0.2mg/L) 이하로 검출되고 있다. 본 실험은 응집제 투입에 따른 잔류 알루미늄농도에 대한 분석결과, PAC가 가장 저 농도에서는 우수하였고 이후 응집제 주입량이 증가하면서 다소 상승하는 추세를 보였다. 그리고 PAHCS, PACS 순으로 우수한 결과를 보였다.

Table 40. Residual Al Concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	0.079	0.060	0.052	0.042	0.038	0.052	수온:18.8 pH:7.4 탁도:7.6 Al:0.11
PACS	0.073	0.082	0.079	0.087	0.071	0.079
PASS	0.124	0.126	0.104	0.088	0.070	0.056
PAHCS	0.073	0.077	0.080	0.079	0.073	0.067

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), Al(mg/L), Dose(mg/L)

Fig 19. Residual Al Concentration using Coagulant

탁도 제거효율 실험결과, PAHCS 및 PACS 등은 비슷한 거동을 보이면서 제거율이 우수한 결과를 보여 다른 응집제 보다 양호한 수준을 보였으며, PAC의 경우 저농도에서는 제거효율이 증가하였으나 이후 응집제 주입량이 증가하면서 오히려 제거효율이 감소하는 경향을 보여 PAC의 경우 고농도 사용시는 주의가 요구되었다.

Table 41. Residual Turbidity concentration using Coagulant

Dose Coagulant	5	10	15	20	25	30	원수조건
PAC	5.1	3.5	3.7	5.2	4.5	3.7	수온:21.1 pH:7.5 탁도:8.4 Alk:52 전도도:186
PACS	5.1	4.5	1.9	1.8	1.2	1.9
PASS	9.3	6.2	3.5	3.3	3.2	3.7
PAHCS	5.6	3.8	1.6	1.3	0.8	1.2

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), Alk(mg/L), 전도도(㎲/㎝), Dose(mg/L)

Fig 20. Residual Turbidity concentration using Coagulant

각각의 응집제를 투입후 원수 pH 변화는 PAC 및 PASS, 그리고 PACS 및 PAHCS는 비슷한 거동을 보이며 감소하였다. 이들의 변화폭은 각각의 응집제 1 mg/L 주입시 pH의 감소폭은 PAHCS 0.0151, PACS 0.0158, PAC 0.0261, PASS 0.0213 등으로 응집제를 주입시 PAC 〉 PASS 〉 PACS 〉 PAHCS 순으로 감소폭이 큰 것으로 조사되었다.

Table 42. pH concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	7.83	7.75	7.64	7.57	7.51	7.44	수온:16.1 pH:8.0 탁도:5 전도도:180
PACS	7.91	7.86	7.81	7.77	7.72	7.67
PASS	7.81	7.74	7.67	7.60	7.55	7.49
PAHCS	7.89	7.84	7.80	7.75	7.71	7.66

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), 전도도(㎲/㎝), Dose(mg/L)

Fig 21. pH concentration using Coagulant

각각의 응집제 투입에 따른 알칼리도 감소율은 응집제 1mg/L 투입시 PAC 0.37mg/L, PACS 0.15mg/L, PASS 0.33mg/L, PAHCS 0.10mg/L 등의 감소가 예상되어 PAC 및 PACS가 가장 우수한 결과를 보였으며 PASS의 경우 알칼리도 감소율이 가장 큰 것으로 나타났다.

Table 43. Alkalinity concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	69	68	67	65	63.5	62	수온:16.1 pH:8.0 탁도:5 전도도:180
PACS	68	66.5	65.5	65	64	63.5
PASS	67	65	63	62	61	60
PAHCS	67	65	64	63	62	61

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), 전도도(㎲/㎝), Alk(mg/L), Dose(mg/L)

Fig 22. Alkalinity concentration using Coagulant

각각의 응집제 투입에 따른 총유기탄소 제거율은 PAHCS 및 PACS 등이 비슷한 거동으로 양호한 수준을 보였고 PAC의 경우 응집제가 최적값을 보이고 그 후는 조금 상승하는 경향을 보였으며, PASS의 경우 점진적인 낮은 추세의 하향 추세를 보였으나 PAHCS 및 PACS 보다 제거효율은 떨어지는 추세를 보인 것으로 조사되었다.

Table 44. TOC concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	1.98	1.95	1.78	1.59	1.58	1.63	수온:16.8 pH:7.5 탁도:6.4 TOC:2.05
PACS	1.92	1.85	1.63	1.50	1.46	1.43
PASS	2.01	1.97	1.88	1.74	1.67	1.58
PAHCS	1.90	1.82	1.61	1.48	1.45	1.42

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), TOC(mg/L), Dose(mg/L)

Fig 23. TOC concentration using Coagulant

6.3 여름철 고탁도 및 저알칼리도 시기

우리나라의 계절은 여름철에 집중강우에 따라 원수수질이 고탁도, 저알칼리도 수질로 급변하여 정수처리에 큰 어려움이 따른다. 본 실험은 응집제 투입에 따른 응집효과를 알아보기 위해 고탁도시 응집제의 특성을 분석한 결과이다. UV254 경우, PACS 〉 PAHCS 등이 우수하였으며 PAC는 응집제 주입량이 많을수록 오히려 응집효과가 없는 것으로 조사되었다.

Table 45. Residual UV 254 Concentration using Coagulant

Dose Coagulant	15	20	25	30	35	40	원수조건
PAC	0.105	0.084	0.136	0.318	0.468	0.563	수온:20.5 pH:6.9 탁도:85 UV254: 0.7826
PACS	0.112	0.075	0.050	0.041	0.036	0.048
PASS	0.397	0.173	0.095	0.072	0.064	0.073
PAHCS	0.119	0.077	0.065	0.052	0.045	0.046

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), Dose(mg/L)

Fig 24. Residual UV 254 Concentration using Coagulant

각각의 응집제에 탁도 제거효율 실험결과, PACS가 가장 우수하였으며, 그리고 PAHCS가 우수한 것으로 조사되었다. 또한 PASS는 탁도 제거효율이 PACS, PAHCS 보다 떨어지지만 주입량이 증가하면서 점진적으로 제거효율이 향상되었으며, 반면에 PAC는 응집제 주입량이 증가하면서 오히려 탁도제거가 감소하면서 제거효율이 감소한 추세를 보여 고탁도시 응집제 주입량을 신중히 선정하여 정수처리에 참고할 필요가 있다.

Table 46. Residual Turbidity concentration using Coagulant

Dose Coagulant	15	20	25	30	35	40	원수조건
PAC	12.4	7.2	11.3	32.0	50.0	60.0	수온:20.5 pH:6.9 탁도:85 UV254: 0.7826
PACS	14.5	6.3	5.3	2.7	2.1	7.5
PASS	45.0	19.0	9.5	9.2	7.7	11.7
PAHCS	19.2	8.7	8.5	5.5	4.7	4.2

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), Dose(mg/L)

Fig 25. Residual Turbidity concentration using Coagulant

Fig 26. Residual Turbidity photograph using Coagulant PAC

Fig 27. Residual Turbidity photograph using Coagulant PACS

Fig 28. Residual Turbidity photograph using Coagulant PASS

Fig 29. Residual Turbidity photographn using Coagulant PAHCS

응집제 투입에 따른 전기전도도의 증가율은 PAHCS, PAC, PACS, PASS 순으로 높았으며, 대체로 전기전도도가 높은경우가 응집효과가 좋은 것으로 보였으나, PAC는 오히려 감소하는 추세를 보였다. 응집제 1mg/L 투입시 PAC 0.32㎲/㎝, PACS 0.28㎲/㎝, PASS 0.26㎲/㎝, PAHCS 0.28㎲/㎝ 정도 증가가 예상되어 전기전도도에 의한 응집효율은 PAHCS, PAC, PACS, PASS 순으로 우수한 것으로 나타났다.

Table 47. Electric conductivity concentration using Coagulant

Dose Coagulant	15	20	25	30	35	40	원수조건
PAC	108.0	109.5	111.0	112.3	113.5	115.1	수온:20.5 pH:6.9 탁도:85 UV254: 0.7826 전도도:103
PACS	106.9	108.6	109.6	111.2	112.2	113.5
PASS	105.6	106.9	108.2	109.1	109.8	110.6
PAHCS	108.0	110.3	112.0	113.7	115.4	117.1

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), 전도도(㎲/㎝), Dose(mg/L)

Fig 30. Conductivity concentration using Coagulant

정수센터의 알루미늄은 응집 및 침전과정을 거친 공정수의 농도이지만, 본 실험의 알루미늄은 응집과정을 거친 후 농도를 측정․분석한 결과로 다소 차이는 있으나, 잔류 알루미늄의 농도 거동을 통해 응집제의 특성을 알 수 있으며, 실험결과, PACS, PAHCS 등이 좋은 결과를 보였으며, 그 외 PASS, PAC 순으로 알루미늄 농도분포가 높게 조사되어 탁도 제거효율과 비슷한 경향을 보였다.

Table 48. Residual Al Concentration using Coagulant

Dose Coagulant	15	20	25	30	35	40	원수조건
PAC	0.44	0.76	0.88	2.43	3.74	5.31	수온:20.5 pH:6.9 탁도:85 Al:8.66 전도도:103
PACS	0.42	0.21	0.17	0.12	0.13	0.30
PASS	2.26	0.81	0.37	0.31	0.32	0.36
PAHCS	0.53	0.25	0.26	0.23	0.32	0.35

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), Al(mg/L), 전도도(㎲/㎝), Dose(mg/L)

Fig 31. Residual Al Concentration using Coagulant

6.4 겨울철 저수온 시기

본 실험은 정수센터의 알루미늄은 응집 및 침전과정을 거친 공정수로 이와 비슷한 경향을 보기 위해 자-실험을 실시한 후 상등수를 채취하여 Pore size 0.45㎛ 여과지를 사용하여 여과한 후 용존성 알루미늄 농도를 분석하였다. 분석결과 각각의 응집제에 따른 차이가 다소 있으나 PAC는 응집제 주입량이 증가면서 점진적인 감소 추세를 보였으며, 그 외 PACS, PAHCS는 완만한 상승추세를 보였고 PASS는 크게 증가하는 추세를 보였다. 용존성 알루미늄의 분석결과 4종의 응집제중에서 PAC 가 가장 우수하였고 먹는물 알루미늄 농도기준(0.2mg/L) 이하이며 PASS는 기준값 이상의 농도를 보였다.

Table 49. Residual Al Concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	0.147	0.164	0.125	0.099	0.073	0.052	수온:1.5 pH:8.8 탁도:6.2 Al:0.24 전도도:199
PACS	0.070	0.115	0.135	0.158	0.162	0.154
PASS	0.147	0.241	0.219	0.221	0.216	0.085
PAHCS	0.058	0.097	0.119	0.124	0.127	0.123

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), Al(mg/L), 전도도(㎲/㎝), Dose(mg/L)

Fig 32. Residual Al Concentration using Coagulant

응집제 투입에 따른 pH 변화는 PAC, PASS가 PACS 및 PAHCS 보다 감소율이 크게 나타났으며, 응집제 1 mg/L 투입시 pH 감소폭은 PAC는 0.047, PASS는 0.039, PAHCS는 0.033, PACS는 0.030 등으로 조사되었다.

Table 50. pH concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	8.63	8.43	8.25	8.11	8.01	7.92	수온:1.5 pH:8.8 탁도:6.2 Al:0.24 전도도:199
PACS	8.69	8.66	8.58	8.47	8.37	8.26
PASS	8.57	8.44	8.25	8.18	8.06	7.99
PAHCS	8.66	8.58	8.47	8.38	8.26	8.17

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), Al(mg/L), 전도도(㎲/㎝), Dose(mg/L)

Fig 33. pH concentration using Coagulant

각 응집제에 탁도 제거효율은 PACS, PAHCS가 우수하였으며 PACS는 4종의 응집제 중에서 최저 탁도를 유지하면서 탁도제거율이 우수하였고, PAHCS는 초기 주입량은 탁도제거율이 크지 않았으나 응집제 주입량이 증가할수록 탁도제거율이 증가하는 경향을 보였다. PAC는 응집폭이 적어 최적값을 보인 후 다시 상승하는 추세를 보였으며, PASS는 초기 주입량은 탁도제거율이 크지 않았고 후반 응집제 주입량이 증가하면서 제거율이 증가하였으나 PACS 및 PAHCS에 비해 제거효율은 적은 것으로 나타났다.

Table 51. Residual Turbidity concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	3.9	3.5	2.8	2.9	3.4	3.3	수온:1.5 pH:8.8 탁도:6.2 Al:0.24 전도도:199
PACS	3.9	3.7	3.1	1.9	1.3	1.3
PASS	6.0	5.8	5.5	4.0	3.0	3.1
PAHCS	6.2	5.3	3.1	2.1	2.0	1.8

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), UV254(㎝-1), Al(mg/L), 전도도(㎲/㎝), Dose(mg/L)

Fig 34. Residual Turbidity concentration using Coagulant

응집제 투입에 따른 총유기탄소 제거율 실험은 2회에 걸쳐 실험한 결과 2회 모두 PAHCS 및 PACS 등이 비슷한 거동으로 양호한 수준을 보였고 PAC의 경우 응집제가 최적값을 보이고 그 후는 조금 상승하는 경향을 보였으며, PASS의 경우 점진적인 낮은 추세의 하향 추세를 보였으나 PAHCS 및 PACS 보다 제거효율은 떨어지는 추세를 보인 것으로 조사되었다.

Table 52. TOC concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	1.98	1.95	1.78	1.59	1.58	1.63	수온:2.6 pH:8.0 탁도:5.1 TOC:2.05
PACS	1.92	1.85	1.63	1.50	1.46	1.43
PASS	2.01	1.97	1.88	1.74	1.67	1.58
PAHCS	1.90	1.82	1.61	1.48	1.45	1.42

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), TOC(mg/L), Dose(mg/L)

Fig 35. TOC concentration using Coagulant

Table 53. TOC concentration using Coagulant

Dose Coagulant	3	6	9	12	15	18	원수조건
PAC	2.36	2.31	2.09	1.86	1.87	1.90	수온:2.4 pH:8.2 탁도:6.4 TOC:2.42
PACS	2.32	2.21	1.96	1.83	1.76	1.72
PASS	2.39	2.34	2.25	2.08	1.94	1.86
PAHCS	2.33	2.19	1.97	1.76	1.74	1.72

단위 : 수온(℃), 탁도(NTU), TOC(mg/L), Dose(mg/L)

Fig 36. TOC concentration using Coagulant

6.5 응집보조제 투입에 따른 응집효율 실험

응집보조제의 경우 강우로 인한 고탁도 유입, 겨울철 저수온시, 처리물량 증증가시 응집제 단독 주입 또는 pH 조정제와 병행하는 일반적인 방법에 플록이 잘 형성되지 않을시 크고 단단한 플록을 형성시켜 침전․분리를 잘하기 위해 사용된다. 보통 규산나트륨, 알긴산나트륨, 고분자응집제 등이 있으며 이중에서 가장 많이 사용되는 것을 고분자응집제로 폴리아민을 주로 사용하고 있다.

폴리아민의 경우 여과보조제 및 응집보조제 등으로 사용되며 우리시 정수센터의 경우 특별한 수질에서 응집효과를 향상시키기 위해 응집보조제로 주로 사용되고 있다. 자-실험을 통해 탁도 및 UV254의 변화를 조사하기 위해 각각의 자에 응집제 10mg/L를 동시에 주입하고 폴리아민을 0.0~0.5mg/L를 단계적으로 주입하여 탁도 및 UV254의 변화를 분석하였다. 각각의 응집제에 대한 효능 분석결과, PACS 〉 PAHCS 〉PASS 〉PAC 순으로 좋은 결과를 보였으며, 폴리아민의 단계적인 증가에 따른 효능은 PAC가 가장 좋은 결과를 보였고, PACS는 큰 변화를 보이지 않았다.

Table 54. Residual Turbidity concentration using Coagulant and Coagulant Aids

단위:NTU

Dose P.A Coagulant	10	10	10	10	10	10
	0.0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
PAC	2.0	2.6	2.4	2.4	1.8	1.7
PACS	1.0	1.3	1.3	1.4	1.2	1.3
PASS	1.8	1.9	1.8	2.4	2.0	2.4
PAHCS	1.1	1.7	1.5	1.9	1.2	1.6

Table 55. Residual UV 254 Concentration using Coagulant and Coagulant Aids

단위: ㎝-1

Dose P.A Coagulant	10	10	10	10	10	10
	0.0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
PAC	0.058	0.056	0.049	0.050	0.044	0.043
PACS	0.037	0.037	0.038	0.042	0.037	0.038
PASS	0.046	0.053	0.046	0.053	0.051	0.054
PAHCS	0.034	0.043	0.040	0.045	0.037	0.038

Fig 37. Residual Turbidity concentration using Coagulant and Coagulant Aids

Fig 38. Residual UV 254 Concentration using Coagulant and Coagulant Aids

폴리아민을 이용한 응집효과는 보다 정확한 값을 요구하는 UV254 항목을 중심으로 실시하였다. 실험은 각각의 응집제를 15 mg/L로 고정시킨 후 폴리아민을 0.0, 0.02, 0.04 mg/L 등으로 투입하여 실시한 결과, PACS, PAHCS, PAC, PASS 순으로 제거율이 좋은 것으로 나타나 1차 실험의 결과와 같은 결과를 보였다.

Table 56. Residual UV 254 Concentration using Coagulant and Coagulant Aids

단위: ㎝-1

Coagulant	Coagulant Dose(mg/L)	Polyamine Dose(mg/L)
		0.0	0.2	0.4
PAC	15	0.070	0.059	0.053
PACS	15	0.053	0.030	0.029
PASS	15	0.056	0.056	0.062
PAHCS	15	0.051	0.048	0.045

우리나라 계절 특성상 장마철에는 강우가 갈수기에 비해 상대적으로 많아 정수처리에 많은 영향을 주고 있다. 집중강우에 따른 정수처리는 연중 4~5회 정도로 탁도 상승 후 하강기의 수질특성을 보이고 있다. 이에 따라 각 정수센터에서는 응집제 이외에 응집보조제 등을 사용하여 정수처리를 하고 있다. 아래의 표에서 암사정수센터의 장마철 고탁도시 응집제 투입율 조견표에 의하면 폴리아민의 경우 탁도상승 후 90 NTU에서 0.2 mg/L 정도 투입하고 있으며 이는 탁도 하강시 까지 계속 투입하고 있는 것으로 나타났다.

Table 57. High Turbidity Coagulant Dose Table

암사정수센터

탁도	pH	알카리도	PACS	폴리아민	탁도	pH	알카리도	PACS	폴리아민
(NTU)	-	(mg/L)	(mg/L)	(mg/L)	(NTU)	-	(mg/L)	(mg/L)	(mg/L)
7	7.2	45	12	0.0	381	6.9	17	36	0.2
10	7.2	45	13	0.0	340	6.9	17	36	0.2
30	7.2	44	15	0.0	310	6.8	14	36	0.2
61	7.2	39	19	0.0	288	6.8	14	36	0.2
80	7.1	35	25	0.0	257	6.8	14	33	0.2
90	6.9	24	27	0.2	245	6.8	14	33	0.2
140	6.8	21	33	0.2	206	6.8	15	33	0.2
151	6.8	24	36	0.2	192	6.8	15	33	0.2
166	6.9	23	36	0.2	187	6.8	20	33	0.2
188	6.8	23	39	0.2	164	6.9	24	30	0.2
194	6.9	21	36	0.2	152	6.9	27	28	0.2
208	6.9	21	36	0.2	135	6.9	28	27	0.2
232	6.9	20	36	0.2	124	6.9	30	27	0.2
246	6.9	19	36	0.2	115	6.8	31	25	0.2
258	6.8	18	39	0.2	95	7.0	34	22	0.2
313	6.7	19	39	0.2	93	7.1	40	21	0.2
380	6.7	20	41	0.2	89	7.0	42	21	0.2
461	6.7	20	45	0.2	77	7.1	45	22	0.2
489	6.7	20	45	0.2	66	7.1	45	20	0.2
512	6.7	19	45	0.2	58	7.1	39	18	0.2
488	6.7	18	39	0.2	50	7.0	38	17	0.2
478	6.7	18	39	0.2	48	7.1	39	17	0.2
456	6.7	18	39	0.2	45	7.1	40	17	0.2
428	6.9	18	39	0.2	42	7.1	39	19	0.2

6.6 응집제 성분규격 조사

정수처리 공정에 사용되는 응집제는 인체에 무해하고 또한 원수수질에 투입 후 수질기준에 적합해야 하며 수처리제 기준값 이하의 성분을 함유해야 하는 조건이 있다. 이에 본 실험에서 사용 중인 4종의 알루미늄계 무기응집제를 성분규격에 대한 품질검사로 환경부에 고시(2008-68호)된 수처리제 기준에 적합한지를 조사하였다.

품질검사의 항목은 환경부에 고시된 항목 중에서 중요도가 있는 산화알루미늄, 철, 비소, 납, 카드뮴, 망간, 수은, 크롬 등 총 8항목을 선정하여 분석한 결과 산화알루미늄을 제외한 모든 응집제에서 중금속은 “불검출”로 조사되었다.

Table 58. Heavy weight metal analysis result

응집제	항목	단위	기준	결과	실험방법	분석방법
PAC (17%)	Al2O3	( % )	15~18	17.9	환경부고시 2008-69호 (2008.5.8) 수처리제 기준과 규격 및 표시기준	유도결합플라즈마- 원자방출분광법 ICP/AES
	Fe	( % )	0.01 이하	불검출
	As	( mg/L )	5 이하	불검출
	Pb	( mg/L )	10 이하	불검출
	Cd	( mg/L )	2 이하	불검출
	Mn	( mg/L )	25 이하	불검출
	Hg	( mg/L )	0.2 이하	불검출
PACS (17%)	Al2O3	( % )	16~18	17.8
	Fe	( % )	0.01 이하	불검출
	As	( mg/L )	5 이하	불검출
	Pb	( mg/L )	10 이하	불검출
	Cd	( mg/L )	2 이하	불검출
	Mn	( mg/L )	25 이하	불검출
	Hg	( mg/L )	0.2 이하	불검출
PASS (8%)	Al2O3	( % )	8 이상	9.4
	Fe	( % )	0.3 이하	불검출
	As	( mg/L )	5 이하	불검출
	Pb	( mg/L )	5 이하	불검출
	Cd	( mg/L )	1 이하	불검출
	Cr	( mg/L )	10 이하	불검출
	Hg	( mg/L )	0.2 이하	불검출
PAHCS (12.5%)	Al2O3	( % )	10~13	12.5
	Fe	( % )	0.01 이하	불검출
	As	( mg/L )	5 이하	불검출
	Pb	( mg/L )	10 이하	불검출
	Cd	( mg/L )	2 이하	불검출
	Mn	( mg/L )	25 이하	불검출
	Hg	( mg/L )	0.2 이하	불검출

6.7 경제성 검토

정수처리 공정에서 응집제는 꼭 필요한 약품으로는 과다 투입할 경우에는 정수약품비 증가로 예산이 낭비되는 사례가 발생할 수 있으며 과소 투입할 경우 정수처리에서 미생물, 탁질 및 중금속 등 유해물질을 제대로 제거하지 못하는 경우가 발생할 수 있어, 현장에서 근무하는 실무자는 항상 원수수질의 상태를 확인하고 적정량의 응집제 투입으로 약품비 절감 및 수질개선을 병행할 수 있다.

본 연구에서는 기존에 사용 중인 각각의 응집제에 대한 경제성 검토로 원수유량, 투입농도, 약품단가 및 자-실험의 조건을 고려하여 실시하였다. 먼저 약품비 단가는 조달청 나라장터에 고시된 가격을 기준으로 하였으며, 투입농도는 각 응집제의 최적 주입량을 기준으로 하였고 원수유량은 구의 정수센터에 사용되는 유량을 기준으로 실시하였다.

Table 59. Unit cost of Coagulant

응집제	원명	조달가격 (원/㎥)	비고
PAC (17%)	Poly Aluminum Chloride (폴리염화알루미늄)	249,960	‘12년 04월 조달청 나라장터 자료
PACS (17%)	Poly Aluminum hydroxy Chloro Silicate (폴리수산화염화규산알루미늄)	246,400
PASS (8%)	Poly Aluminum Sulfate Silicate (폴리황산규산알루미늄)	124,690
PAHCS (12.5%)	Poly Aluminum Hydroxy Chloro Sulfate (폴리수산화염화황산알루미늄)	276,180

※ 다 종류의 경우 평균값 적용

원수유량은 구의 정수센터 유량으로 ‘12년 4월 평균 250,000 ㎥/d(시설용량) 유량을 기준으로 하였으며, 각각의 응집제 최적 투입농도는 본 실험을 통해 얻은 농도를 표55.에 의해 정리한 결과로 실제 투입농도 및 실험조건에 따라 차이가 발생할 수 있어 참고로 활용할 수 있다.

계절에 따라 한강원수 수질은 영향을 받고 있다. 우리나라 계절특성상 여름철 고탁도 시기는 보통 2주 정도의 수준을 2~3회 정도 유지하고 그 외는 평시 수준의 수질을 유지하고 있다. 본 응집제의 경제성 검토는 정확한 예측은 어렵고 일정부분을 추정하는 방법을 활용하고자 한다.

최적투입농도 운영의 경제성 검토는 각각의 최적 응집제 주입량을 정확히 예측할 수 없어 액셀프로그램의 추세선을 이용한 방정식을 이용하여 응집제 주입량을 추정하여 산정하였다. 산정결과는 다음 아래의 표와 같다.

Table 60. Examination Cost of Coagulant for Turbidity and UV254

항목	응집제	원수유량	투입농도	약품단가	약품비	비고
		(㎥/일)	(㎖/㎥)	(원/㎥)	(원/년)
탁도	PAC	250,000	18.5	249,960	421,963,725	탁도 10 NTU 응집제 투입농도
	PACS	250,000	17.4	246,400	391,221,600
	PASS	250,000	29.2	124,690	332,236,505
	PAHCS	250,000	22.1	276,180	556,951,493
UV254	PAC	250,000	26.3	249,960	599,872,755	UV254 0.06 ㎝-1 응집제 투입농도
	PACS	250,000	9.1	246,400	204,604,400
	PASS	250,000	13.2	124,690	150,189,105
	PAHCS	250,000	5.9	276,180	148,688,408

최적 응집제 투입농도를 산정하여 연간 약품비를 계산한 결과, 탁도의 경우 PASS ＞ PACS ＞ PAC ＞ PAHCS 순으로 조사되었으며, UV254의 경우 PAHCS ＞ PASS ＞ PACS ＞ PAC 순으로 조사되어, 탁도의 경우와 UV254의 경우에서 경제성의 우선순위가 크게 차이자 발생하였는데 이는 탁도는 기기측정값을 육안관찰 결과로 측정․분석하여 주관적인 영향이 있으나 UV245의 경우는 기기측정값 그 자체의 값을 이용하기 때문에 UV254가 더 객관적인 검토로 사료되어 UV254의 기준값을 이용한 결과 응집제의 경제성은 단기적인 면에서 보면 PAHCS가 가강 우수하였으며, PASS는 사용빈도가 적어 활용도가 낮았으며 PACS, PAC 순이었다.

7. 결론

본 연구결과를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.

1. 수처리제 조사결과 국내는 환경부고시 2008-69호에 의하면 총 25종으로 응집제 9종, 살균․소독제 6종, 부식억제제 1종, 기타제제 9종 등이며, 국외는 AWWA의 경우 응집제 10종, 살균제 7종, 부식억제제 10종, 맛, 냄새 제어제 6종, 연수제 3종, 불소화제 3종 등 다양한 형태로 구분하고 있었다.

2. 각 응집제의 특성분석은 우리나라 계절별에 따라 봄철 및 가을철 갈수기, 여름철 고탁도 및 저알칼리도시, 겨울철 저수온시 등으로 나누어 분석하였다. 먼저 봄철 및 가을철 갈수기는 탁도제거율 및 UV254 제거율은 PAHCS, PACS 등이 비슷한 거동을 보이면서 우수한 결과를 보였고 PAC는 초기에 제거율은 좋았으나 투입율이 증가하면서 제거효율이 조금 상승한 추세를 보였다.

3. 여름철 고탁도 및 저알칼리도의 경우 탁도제거율 및 UV254 제거율은 PACS, PAHCS 순으로 응집효과가 있었으며, 그 외 PASS는 투입율이 증가하면서 점진적인 제거효율이 있었다. PAC의 경우 초기에 응집효과는 있었으나 어느 시점에 투입량이 증가하면서 제거효율은 떨어지는 것으로 나타나 최적 응집폭이 적어 응집제 사용에 있어 특별한 주의가 요구된다.

4. 겨울철 저수온시는 봄~가을기간의 수질변동이 거의 없는 안정적인 수질을 유지하기 때문에 각각의 응집제별 효율은 큰 차이는 보이지 않았지만 PAHCS, PACS 등이 우수하였고 PAC도 저농도에서는 우수한 결과를 보였다. 또한 잔류 알루미늄 제거율은 PAC가 우수하였고 그 외 PAHCS, PACS 순이었다.

5. 본 연구결과를 종합해 보면 PAHCS, PACS 등이 전반적으로 우수한 경향을 보였으며, PAC는 응집폭이 적어 정수처리에 주의가 요구되었고 PASS는 안정적인 수질을 보였으나 PAHCS 및 PACS 보다 응집효율이 떨어지는 경향을 보였다.

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70. 알루미늄계 수처리 응집제 적용시의 부유물질 응집거동에 관한연구,

‘97.김동수,이화여대

71. 여과지 폐색 조류제거를 위한 최적 응집제 조합연구,‘98.전항배,충북대

72. 유기고분자 응집제 실공정 도입효과 분석,‘01.이태웅,수자원공사

73. 유기고분자 응집제의 한강원수 적용성 연구,‘08.11,서민정,서울시

74. 유기물과 탁도제거를 위한 응집제 효율비교,‘00,김승현,경남대

75. 응집 pH 조정과 응집제 종류에 따른 유기물 성상변화 및 응집제 저감방안,‘01.서보인,부경대

76. 응집제 첨가에 의한 침전조 백수침전 효율평가,‘04.김형진,국민대

77. 응집제를 이용한 정수처리 공정개선 연구,‘05.이호영,수자원공사

78. 응집제 및 응집보조제를 이용한 정수장 float의 저감방안,‘00,이은주,전북대

79. 응집제 사용에 따른 알루미늄 잔류농도에 관한 연구,최승일,고려대

80. 응집제의 성능평가를 위한 현장시험 연구,이상윤,울산대

81. 응집제 주입량과 교반강도에 따른 응집효과,‘04.정호진,계명대

82. 응집제 직접주입 방식을 이용한 섬유사 여과기의 성능개선 연구,‘04,정민기,부산대

83. 응집제 혼용이 응집효율에 미치는 영향에 관한 연구,‘04,정호진,계명대

84. 응집처리에서 산과 응결제의 영향에 관한 연구 ,‘02,김진한,시립인천대

85. 응집․침전 공정에서 무기고분자 응집제를 이용한 미세조류 제거,

‘07,정정조,순천대

86. 정수처리 유기고분자 응집제의 적용,‘05,오인영,서울시립대

87. 정수처리에 있어서 철-실리카고분자 응집제이용한 조류 및 크립토스포리디움

제거,‘04, 이철희, 영남대

88. 정수처리에서 무기고분자응집제의분자량과 Si성분이 응집․침전에 미치는 영향,‘95,곽종운,경기화학공업

89. 정수처리에서 응집제 종류와 분리공정이 조류제거에 미치는 영향,

‘00, 박동석, 울산대

90. 정수처리용 응집제의 성능평가,‘00,박동석,울산대

91. 조류장애 해소를 위한 응집제의 성능평가,‘00,조화명,서울시립대

92. 진양호소수의 효과적인 정수처리를 위한 최적응집제 주입량 결정,

‘99, 이원규, 경남도청

93. 최적 응집효율을 위한 Al계 액상응집제의 희석효과 ,‘05,허재용,경원대

94. Polyamine계 고분자 응집제의 합성 및 상수처리 ,‘98. 박이순,경북대

95. 폴리염화알루미늄 과량주입에 의한 고pH 원수의 수처리효율 개선,

‘02. 한승우, 부경대

96. 한강원수의 Al계 무기고분자 응집제의 응집효과 ,‘05.이상화,경원대

Appendix

1. NSF Product and Service Listings

2. British standard BS EN for Chemicals used for Treatment of Water

3. Chemicals recommended for use in the treatment of drinking water(Australian)

1. NSF Product and Service Listings

Table 1. Algicide

Chemicals	Max Use Level (mg/L)
copper sulfate	4~16
miscellaneous treatment applications	10
miscellaneous treatment chemical	15
sodium percarbonate	33
bromochlorodimethylhydation	3
calcium hypochloride	13~15
sodium chlorite	16~29
sodium dichloroisocyanurate	30

Table 2. Coagulation & Flocculation

Chemicals	Max Use Level (mg/L)
aluminum chloride	70~250
aluminum chlorohydrate	250
aluminum sulfate	150
bentonite	200
blended coagulation chemicals	250~600
ferric chloride	250
ferric sulfate	300
ferrous chloride	176
ferrous sulfate	71~400
miscellaneous chemical products	9~12
polyacrylamide	1
polyaluminum chloride	250
polyaluminum chlorosulfate	450
polyaluminum silicate sulfate	200
polyamines	13~20
polydiallymethylammonium chloride	25~50
polymer blends	100~150
silica dioxide	700
sodium aluminate	100
starch	10

Table 3. Corrosion & Scale Control

Chemicals	Max Use Level (mg/L)
blended corrosion inhibitor	10~60
dipotassium orthophosphate	27~31
disodium orthophosphate	15
miscellaneous corrosion chemicals	6~9
monopotassium orthophosphate	14
polyacrylic acid	10
polyphosphoric acid	9
potassium triployphosphate	15
sodium sesquicarbonate	100
sodium triployphosphate	10
stannous chloride	1~10
tetrapotassium pyrophosphate	17
titanium dioxide	10
tripotassium orthophosphate	22
trisodium orthophosphate	17
zinc chloride	6
zinc orthophosphate	16~22
zinc sulfate	5~14
calcium carbonate	650
monosodium orthophosphate	11~44
phosphoric acid	12~24
potassium carbonate	200
potassium hydroxide	100
sodium bicarbonate	200
sodium bisulfate	500
sodium carbonate	100
sodium hydroxide	100~190
sulfuric acid	50
sodium acid pyrophosphate	3~15
sodium polyphosphate glassy	11~45
sodium silicate	42
sodium trimetaphosphate	11
tetrasodium pyrophosphate	21

Table 4. pH Adjustment

Chemicals	Max Use Level (mg/L)
monosodium orthophosphate	11~44
phosphoric acid	12~24
potassium carbonate	200
potassium hydroxide	100
sodium bicarbonate	200
sodium Bisulfate	500
sodium carbonate	100
sodium hydroxide	100~190
sulfuric acid	50
carbon dioxde	100
calcium hydroxide	650
calcium oxide	500
hydrochloric acid	40
magnesium hydroxide	150
magnesium oxide	100

Table 5. Disinfection & Oxidation

Chemicals	Max Use Level (mg/L)
ammonia hydroxide	10
ammonia anhydrous	5
ammonium sulfate	40~160
chlorine	30
chlorine dioxide	10
hydrogen peroxide	2~3
potassium permanganate	50
sodium chlorate	8~18
sodium hypochlorite	84~105
sodium permanganate	100~200
sulfur dioxide	10
trichloroisocyanuric acid	30
bromochlorodimethylhydation	3
calcium hypochloride	13~15
sodium chlorite	16~29
sodium dichloroisocyanurate	30

Table 6. Fluoridation

Chemicals	Max Use Level (mg/L)
fluorosilic acid	6
fluosilicic acid	6
hydrofluosilicic acid	6
sodium fluoride	2
sodium silicofluoride	2

Table 7. Sequestering

Chemicals	Max Use Level (mg/L)
sodium acid pyrophosphate	3~15
sodium polyphosphate glassy	11~45
sodium silicate	42
sodium trimetaphosphate	11
tetrasodium pyrophosphate	21

Table 8. Dechlorination

Chemicals	Max Use Level (mg/L)
ascorbic acid	12
blended phosphate	28~32
sodium ascorbate	12
sodium bisulfite	46
sodium metabisulfite	15
sodium sulfite	22

Table 9. Other Chemicals

category	chemicals	Max use Level(mg/L)
distillation antiscalant	Polymaleic Acid	10
distillation antiscalant, reverse osmosis antiscalant	Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid	10
distillation antiscalant, reverse osmosis antiscalant	Miscellaneous Water Supply Products	10
absorb	manganese sulfate	1~3
defluoridation	Tricalcium Orthophosphate	120
electrochlorination process	sodium chloride	na
membrane cleaner	citric acid	na
oxidation	oxygen	na
ozone reduction, dechlorination	calcium thiosulfate	50
reducing agent	acetic acid	55
treat heavy metals in wells	calcium polysulfide	na
well cleaning aid	sodium polyacrylate	na
softener	calcium chloride	200
softener	Potassium Chloride	-

※ NSF(National Sanitation Foundation) 및 ANSI(American National Standards Institute) STANDARD 60 Drinking Water Treatment Chemicals - Health Effects에 규정된 수처리약품

2. British standard BS EN for Chemicals used for Treatment of Water

No	chemical	BS EN
1	acetic acid	13194:2000
2	aluminum based coagulants	1302:1999
3	aluminum chloride, aluminum chloride hydroxide and aluminium chloride hydroxide sulfate(monomeric)	881:2004
4	aluminium iron(Ⅲ) chloride(monomer) and aluminium iron(Ⅲ) chloride hydroxide(monomeric)	935:2004
5	aluminium iron(Ⅲ) sulfate	887:2004
6	aluminium sulfate	878:2004
7	ammonia solution	12122:2005
8	ammonium sulfate	12123:2005
9	ammonium chloride	1421:2005
10	anionic and nonionic polyacrylamides	1407:1998
11	calcium carbonate	1018:1998
12	calcium carbonate, high-calcium lime and half burnt dolomite	12485:2001
13	calcium hypochlorite	900:2000
14	calcium tetrahydrogen bis(orthophosphate)	1204:2005
15	carbon dioxide	936:1998
16	cationic polyacrylamides	1410:1998
17	chlorine	937:1999
18	chlorine dioxide	12671:2000
19	copper sulfate	12386:2005
20	dipotassium hydrogen orthophosphate	1202:2005
21	disodium hydrogen orthophosphate	1199:2005
22	disodium dihydrogen pyrophosphate	1205:2005
23	ethanol	13176:2000
24	half-burnt dolomite	1017:1998
25	hexafluorosilicic acid	12175:2001
26	high-calcium lime	12518:2000
27	hydrochloric acid	939:2000
28	hydrogen peroxide	902:2000
29	iron(Ⅲ) chloride	888:2004
30	iron(Ⅲ) chloride sulfate	891:1994
31	iron(Ⅱ) sulfate	889:2004
32	iron(Ⅲ) sulphate liquid	890:2004
33	iron(Ⅲ) sulphate solid	14664:2004

No	chemical	BS EN
34	liquefied ammonia	12126:2005
35	methanol	13177:2002
36	modified starches	1406:1998
37	monocalcium phosphate	1204:1998
38	monopotassium hydrogen orthophosphate	1201:1998
39	monozinc phosphate solution	1197:2000
40	oxygen	12876:2000
41	ozone	1278:1999
42	phosphoric acid	974:2003
43	poly(diallyldimethylammonium chloride)	1408:1998
44	polyaluminium chloride hydroxide and polyaluminium chloride hydroxide sulfate	883:2004
45	polyaluminium chloride hydroxide silicate	885:2004
46	polyaluminium hydroxide hydroxide silicate	886:2004
47	polyamines	1409:1998
48	potassium dihydrogen orthophosphate	1201:2005
49	potassium permanganate	12672:2000
50	potassium peroxomonosulfate	12678:2000
51	potassium tripolyphosphate	1211:2005
52	sodium acid pyrophosphate	1205:1998
53	sodium alginate	1405:1998
54	sodium aluminate	882:2004
55	sodium calcium polyphosphate	1208:2005
56	sodium carbonate	897:2005
57	sodium chloride for regeneration of ion exchangers	973:2002
58	sodium chlorite	938:2000
59	sodium dichloroisocyanurate, anhydrous sodium dichloroisocyanurate, dihydrate trichloroisocyanuric acid	12931~3:2000
60	sodium dihydrogen orthophosphate	1198:2005
61	sodium disulfite	12121:2005
62	sodium fluoride	12173:2005
63	sodium hexafluorosilicate	12174:2001

No	chemical	BS EN
64	sodium hydrogen carbonate	898:2005
65	sodium hydrogen sulfite	12120:2005
66	sodium hydroxide	896:2005
67	sodium hypochlorite	901:2000
68	sodium peroxodisulfate	12926:2000
69	sodium polyphosphate	1212:2005
70	sodium silicate	1209:2003
71	sodium sulfite	12124:2005
72	sodium thiosulfate	12125:2005
73	sodium tripolyphosphate	1210:2005
74	sodium dioxide	1019:1996
75	sulfuric acid	899:2003
76	tetrapotassium pyrophosphate	1207:2005
77	tetrasodium pyrophosphate	1206:2005
78	tripotassium orthophosphate	1203:2005
79	trisodium orthophosphate	1200:2005
80	anthracite	12909:2005
81	barite	12912:2005
82	bentonite	13754:2003
83	bone charcoal	14456:2004
84	expanded aluminosilicate	12905:2005
85	garnet	12910:2005
86	granular activated alumina/granular activated carbon(virgin gac)/ granular activated carbon(reactivated gac)	13753:2002 12915-1,2:2003
87	pyrolised coal material	12092:2004
88	iron-coated granular activated alumina	14369:2003
89	manganese dioxide	13752:2003
90	manganese greensand	12911:1999
91	powdered activated carbon/powdered diatomaceous earth/ powdered perlite	12903:2003 12913,14:2005
92	pumice	12906:2005
93	silica sand and silica gravel	12904:2005

※수처리약품 표준은 British Standards European Standards(BS EN)의 규정 및 조건에 만족해야 함

3. Chemicals recommended for use in the treatment of drinking water(Australian)

Treatment Chemicals	Formula	Year	Uses
aluminum chlorohydates	AlCl(OH)5	2005	coagulation
aluminum sulfate(alum)	Al2(SO4)3	1983	coagulation
ammonia	NH3aq	1983	generation of chloramines for disinfection
ammonium sulfate	(NH4)2SO4	1983	generation of chloramines for disinfection
calcium hydroxide	Ca(OH)2	1983	pH correction/softening/corrosion control
calcium hypochlorite	Ca(OCl)2	1983	disinfection/oxidation
calcium oxide(quick lime)	CaO	1983	pH correction/softening/corrosion control
activated carbon	C	1983	adsorption
chlorine	Cl2	1983	disinfection/oxidation
chlorine dioxide	ClO2	2005	disinfection/oxidation
copper sulfate	CuSO4	1983	algicide
ferric chloride	FeCl3	1983	coagulation
ferric sulfates	Fe(SO4)3	1983	coagulation
hydrochloric acid	HCl	2005	pH correction
sodium fluoride	NaF	1983	fluoridation
hydrofluorosilicic acid	H2SiF6	1983	fluoridation
hydrogen peroxide	H2O2	1983	disinfection/oxidation
hydroxylated ferric sulfate	-	2005	coagulation
ozone	O3	2005	disinfection/oxidation
polyacrylamides	(C3H5NO)n	1977	coagulation aid/flocculation aid/filter aid
polyaluminium chloride	Aln(OH)mCl(3n-m)	1979	coagulation
polyaluminium silica sulfates	Na12(AlO2) (SiO2)12․xH2O	2005	coagulation
polydiallydimethyl ammonium chlorides	-	1982	coagulation and coagulation aid
potassium permanganate	KMnO4	1983	disinfection/oxidation
sodium aluminates	NaAlO2	1983	coagulation
sodium bicarbonate	NaHCO3	1983	pH correction/softening/corrosion control
sodium carbonate	Na2CO3	1983	pH correction/softening/corrosion control
sodium fluorosilicate	Na2SiF6	1983	fluoridation
sodium hexametaphosphate	(NaPO3)x	1983	corrosion control
sodium hydroxide	NaOH	1983	pH correction/softening/corrosion control
sodium hypochloride	NaClO	1983	disinfection/oxidation
sodium silicate	Na2SiO3	1983	coagulation aid/flocculation aid /filter aid/pH correction
sodium tripolyphosphate	Na5P3O10	2005	corrosion control/softening
sulfuric acid	H2SO4	1983	pH correction
zinc orthophosphate	Zn3(PO4)2	1987	corrosion control

※ 먹는물 지침에 따라 모든 수처리약품은 건강, 보건, 환경 등 지역 및 주에 규정한 지침에 적합해야 함.