알루미늄 응집 특성



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알루미늄 응집 특성

알루미늄은 보통 pH 2∼3 정도의 강산성(强酸性)상태에서 보존 또는 첨가전의 원액으로서 준비된다.
최근은 액체 알루미늄염(A12O3로서 8%용액)이 이용되어지고 있다.
이전은 고체 알루미늄(A12(SO4)318H2O, A12O3로서 15%)을 녹여서 사용하였다.

최근은 중합알루미늄염, 특히 폴리염화알루미늄(PAC, A12O3로서 10∼11% ) 이 많이 사용되고 있다.
강산성 상태에서의 알루미늄은 3價의 단순이온(A12+)으로 존재하며 pH가 4∼5 부근이 되면 수중의 수산이온(OH-)과 결합하여 가수분해중합하여, 다가의 정전하 용해성 폴리머이온(A18(OH)204+ 등)이 된다.
이 4가의 알루미늄다가이온은 하전중화에 가장 유효한 이온으로 알려져 있다.
또한 pH가 중성부근으로 되면 수중의 OH-이온과 결합하는 비율이 증가하여 알루미늄이 전기적으로 중성인 A1(OH3)라는 불용화 수산화알루미늄으로 된다.
pH8 부근에서는 알루미늄은 거의 전하를 상실하여 등전점에 이른다.
pH가 더욱 높아지면 OH-이온이 증가되어 알루미늄은 A1(OH)-4의 (-) 하전으로 되어 버린다.
따라서 pH가 알카리측으로 되어버리면 알루미늄은 負전하 중화능력을 잃어버려 응집작용을 못하게 된다

폴리염화알루미늄(PAC)은 하전중화능력이 높은 용해성중합알루미늄(4가지 추정)을 미리 가수분해를 행하여 만들어 둔 것이다.
따라서 응집제로서 작용하는데 필요한 알루미늄 가수분해의 대부분을 미리 행하여(알카리와 미리 반응시킴)두었으므로 물에 첨가할 때 알카리도를 거의 소비하지 않는다.

이와 같이 pH에 따라 여러 가지로 성질이 변하는 알루미늄을 사용하여 수중의 미소 콜로이드를 응집시키고자 하는 것을 알루미늄응집이라 한다.
착색수나 하수중의 유기콜로이드 같이 1nm에도 미치지 못하는 미소콜로이드는 점토에 비해 1000분의 1보다 입경이 적으므로, 동량일 것 같으면 표면적은 백만 배에 이른다.
따라서 중화시켜야 하는 전기량은 점토에 비해 상당히 많아진다.
이때, 제일 먼저 알루미늄의 응집작용중에서 표면하전의 중화능력이 충분히 클 것이 요구된다.
이러한 경우는 알루미늄의 하전 중화능력이 가장 큰 부분을 사용하여 하전중화를 행하는 것이 색도성분(色度成分)의 응집을 위해 가장 필요하게 된다.
다량의 알루미늄을 첨가하면 pH5 부근에서도 가교(架橋)작용을 하는 불용성 알루미늄이 상당량 존재하게 된다.
이런 경우는 가교와 하전중화의 양조건이 만족되어 산성 측에서 응집이 양호하게 일어난다.
중성부근에서는 알루미늄의 하전중화능력이 작아, 색콜로이드의 제타단위를 -10mV 정도까지 중화시키지 못하므로 가교작용을 하는 알루미늄이 충분하여도 응집은 일어나지 않는다.
이와 같이 하전중화를 위한 정하전량과 가교를 위한 불용성알루미늄의 존재와의 조화가 양호하게 취하여 지는 점에서 응집점이 결정되게 된다.
다시 정리하면 점토계 성분에서는 중성, 색도 성분에서는 pH5 부근이 일반적으로 최적응집 pH조건이 된다.

수중에 인과 같은 부의 이온이 다량 존재하면 OH-이온과 경합(競合)하여 알루미늄이 응집에 작용하는 영역이 산성 측으로 이행한다.
이 때문에 점토도 pH6 부근, 경우에 따라서는 pH5 부근에서 응집이 진행되는 경우가 있다.
반대로 칼슘이온(Ca2+) 및 마그네슘이온(Mg2+)등의 다가의 정이온이 다량 존재하면 응집점(凝集点)은 알카리측으로 이행한다.
점토와 색의 2성분이 동시에 존재하는 경우는 대량의 하전중화용알루미늄을 많이 필요로 하는 색의 응집조건이 전체를 지배하는 조건으로 된다.
이러한 응집은 먼저 색의 미소 콜로이드가 산성 측에서 응집하여 색알루미늄플럭이 되고, 다음으로 색알루미늄플럭이 점토를 가교하여 함께 응집하게 된다.
따라서 色이 제거되면 탁질도 함께 제거된다. 하수성 성분이나 그 외 유기 콜로이드 성분이 제거도 색의 경우와 동일하게 생각하여도 좋다