포스팅 주제 : PAC
오늘은 하수처리장에서 가장 많이 사용되는 응집제 PAC로 불리는 폴리염화알루미늄에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 실제 하수처리장이나 환경분야에서 근무하고 계시는 직원분들에게 도움이 되셨으면 좋겠습니다.
PAC는 무엇인가?
- PAC는 하수처리장에서 사용되는 화학약품으로 수산화알루미늄과 염산이 주 성분인 응집제입니다.
- 알루미늄은 물 속의 미세한 입자들과 결합하여 플럭을 형성하도록 돕습니다.
- 염소이온은 알루미늄의 수화 상태를 안정화 시키는 역할을 합니다.
- 수산화 이온은 알루미늄과 결합하여 수산화 형태를 만들고 PAC가 물 속에서 용해될 때 알루미늄 이온을 방출하는 것을 돕습니다.
- PAC는 산화알루미늄 함량 10~20%, 35% 이상의 염기도를 가지고 있습니다.
- 탁도, 인 제거 등에 효과적이며 PAC는 다양한 환경에서 양호한 응집효과를 보여 많은 곳에서 사용되고 있습니다.
- 소규모 처리장과 대규모 처리장의 총인처리시설에 많이 사용되고 있습니다.
PAC의 응집 메커니즘
- PAC의 응집 메커니즘은 주로 알루미늄 이온이 물 속에서 어떻게 반응하는지에 따라 결정됩니다. 다음과 같은 메커니즘을 통해 물 속의 입자들을 응집시키게 됩니다.
1. 중화반응
- 하수나 폐수는 일반적으로 음전하를 띤 콜로이드 물질이 많이 존재합니다. 이러한 음전하들은 서로를 밀어내는 반발력을 응집이 되지 않습니다.
- 이때 알루미늄 이온은 양전하를 띠고 있기 대문에 음전하를 띤 콜로이드 물질에 흡착됩니다.
- 이 과정에서 음전하를 이루고 있던 전하가 중화되면서 서로의 반발력이 감소하게 됩니다.
2. 흡착 및 가교 작용
- PAC는 입자의 전하가 중화되고 나면 입자간의 가교를 형성하는 역할을 합니다.
- 알루미늄 이온은 여러 개의 콜로이드 입자에 흡착하면서 다리처럼 입자들을 연결하는 구조를 형성합니다.
- 개별로 떠다니던 입자들이 PAC의 가교작용에 의해 서로 결합되어 플럭을 형성하게 됩니다.
3. 침전 및 분리
- 플럭이 형성된 입자들은 PAC의 무기성 물질과 함께 더 무거워지고 중력에 의해 침전지 하부로 가라앉게 됩니다.
- 이렇게 가라앉은 플럭은 하부에서 인발을 통해 외부로 배출되어 제거됩니다.
PAC 적용 환경
PAC는 다양한 환경에서 사용이 가능하지만, 응집 능력을 최대화 하기 위해서는 아래의 조건들을 지켜주시는게 좋습니다.
1. pH
- 적정 pH 범위는 약산성의 조건으로 5.5 ~ 7.0 사이로 알려져 있습니다. 실제 적정 범위의 최소값과 최대값은 조금씩 다르나 약산성의 조건에서 반응이 잘 된다는 부분은 대부분 동의하는 내용입니다.
- 산성 조건에서는 알루미늄이 지나치게 용해되어 응집을 방해할 수 있습니다.
- 알칼리 조건에서는 알루미늄 이온이 수산화물 형태로 침전될 수 있기 때문에 응집이 저해됩니다.
2. 온도
- 온도는 화학반응이 일어나는데 영향을 주는 요소 중 하나입니다.
- 온도가 높을수록 응집 반응이 빠르게 일어나고 응집이 잘 됩니다. 일반적으로 20 ~ 30°C의 온도에서 응집효과가 좋습니다.
- 온도가 낮을수록 반응속도가 감소하며 5°C 이하에서는 응집력이 저해됩니다.
3. 교반속도
- PAC가 투입되는 위치의 경우 급속교반을 해주는 것이 좋습니다. 5분 이내로 급속교반을 통해 PAC가 전체적으로 혼화될 수 있도록 도와주어야 합니다.
- 이 후 완속교반을 통해 플럭을 형성할 수 있는 시간을 주는 것이 좋습니다. 이 때 교반 속도가 빠른경우 플럭이 해체될 수 있습니다.
PAC 투입 위치
1차 침전지 전단
- 1차 침전지에 유입되기 전 하수 내 존재하는 많은 양의 부유물질과 고형물들의 침전성을 높이기 위해 1차 침전지에 투입하는 경우가 있습니다.
- PAC를 투입하게 되면 고형물 침전과 함께 생물반응조의 부하를 줄여줄 수 있습니다.
- 다만 생슬러지가 많이 발생할 수 있습니다.
2차 침전지 이전
- 가장 많이 넣는 위치 중 하나입니다. 생물반응조에서 유출되는 곳에 PAC를 투입하여 2차 침전지에서의 침전성을 높여주는 역할을 합니다.
- 이 경우 TP와 SS 제거율이 높아집니다.
고도처리공정(총인처리시설)
- 대부분의 총인처리시설에는 PAC 또는 다른 응집제를 사용하여 추가로 총인제거율은 높이고 있습니다.
- PAC 투입 후 충분한 교반을 하여 폴리머를 함께 투입해주면 더 좋은 제거율을 낼 수 있습니다.
다양한 응집제에 대해 알고 싶으신 분들은 다음 링크를 통해 더 많은 정보를 얻어가시면 좋을 것 같습니다.