Xu Darong 1,2, Zhang Zhongzhi 2, Jiang Hao 1, Ma Zhigang 1
(1. 베이징 구오넝 중뎬 에너지 절약 및 환경 보호 기술 유한 회사, 베이징 100022; 2. 중국 석유 대학(베이징), 베이징 102249)
요약: 폐수 및 폐유기물 처리 분야에서 PAC와 PAM은 일반적인 응집제 및 응집 보조제로 널리 사용되고 있다. 본 논문은 다양한 분야에서 PAC-PAM의 적용 효과와 연구 현황을 소개하고, PAC-PAM 조합에 대한 여러 연구자들의 이해와 견해를 간략히 기술하며, 다양한 실험 조건 및 현장 조건에서 PAC-PAM의 적용 요구 사항과 원리를 종합적으로 분석한다. 검토 내용 및 분석 결과를 바탕으로, 본 논문은 다양한 작업 조건에 적용되는 PAC-PAM의 내재적 원리를 지적하고, PAC와 PAM 조합에도 단점이 있음을 보여주며, 적용 방식과 투입량은 구체적인 상황에 따라 결정해야 함을 강조한다.
핵심어: 염화폴리알루미늄; 폴리아크릴아미드; 수처리; 응집
0. 소개
산업 분야에서는 폐수 및 유사 폐기물 처리를 위해 폴리알루미늄 클로라이드(PAC)와 폴리아크릴아미드(PAM)를 함께 사용하는 기술이 성숙 단계에 접어들었지만, 그 공동 작용 메커니즘은 아직 명확히 밝혀지지 않았고, 다양한 분야의 작업 조건에 따른 투입 비율 또한 차이가 있다.
본 논문은 국내외 관련 문헌을 종합적으로 분석하여 PAC와 PAM의 결합 메커니즘을 요약하고, 다양한 산업 분야에서 PAC와 PAM의 실제 효과에 대한 다양한 실증적 결론을 종합적으로 통계화함으로써 관련 분야의 향후 연구에 중요한 지침을 제공한다.
1. 팩팸의 국내 적용 연구 사례
PAC와 PAM의 가교 효과는 모든 분야에서 활용되지만, 투여량과 보조 처리 방법은 작업 조건 및 처리 환경에 따라 다릅니다.
1.1 가정 하수 및 도시 하수 슬러지
Zhao Yueyang(2013) 등은 실내 시험 방법을 이용하여 PAM을 PAC 및 PAFC의 응집 보조제로 사용했을 때의 응집 효과를 시험하였다. 실험 결과, PAM을 첨가하여 응집시킨 후 PAC의 응집 효과가 크게 증가함을 확인하였다.
Wang Mutong(2010) 등은 한 마을의 생활하수에 대한 PAC + PA 처리 효과를 연구하고 직교 실험을 통해 COD 제거 효율 및 기타 지표를 연구했습니다.
Lin yingzi(2014) 등은 정수장에서 PAC와 PAM의 조류 응집 효과 증진에 대해 연구했고, Yang Hongmei(2017) 등은 김치 폐수 처리에 있어 PAC와 PAM의 병용 처리 효과를 연구하여 최적 pH 값이 6임을 확인하였다.
푸페이첸(2008) 등은 복합 응집제를 재사용수에 적용했을 때의 효과를 연구하였다. 물 시료에서 탁도, 총인(TP), 화학적 산소 요구량(COD), 인산염 등의 불순물 제거 효과를 측정한 결과, 복합 응집제가 모든 종류의 불순물 제거에 우수한 효과를 나타내는 것을 확인하였다.
Cao Longtian(2012) 등은 겨울철 저온으로 인해 중국 동북부 지역의 수처리 과정에서 발생하는 느린 반응 속도, 가벼운 응집물, 침전이 어려운 문제를 해결하기 위해 복합 응집 방법을 채택했습니다.
Liu Hao(2015) 등은 생활하수에서 침전이 어려운 부유물질과 탁도 감소를 위한 복합 응집제의 처리 효과를 연구하여 PAM과 PAC를 첨가하면서 일정량의 PAM 응집제를 첨가하면 최종 처리 효과가 향상된다는 것을 발견했습니다.
1.2 인쇄 및 염색 폐수 및 제지 폐수
Zhang Lanhe(2015) 등은 제지 폐수 처리에서 키토산(CTS)과 응집제의 시너지 효과를 연구하여 키토산을 첨가하는 것이 더 효과적임을 발견했다.
COD 및 탁도 제거율은 각각 13.2%와 5.9% 증가했습니다.
Xie Lin(2010)은 제지 폐수의 PAC와 PAM 복합 처리 효과를 연구했습니다.
Liu Zhiqiang(2013) 등은 자체 제작한 PAC와 PAC 복합 응집제를 초음파와 결합하여 인쇄 및 염색 폐수를 처리했습니다. pH 값이 11~13 사이일 때, PAC를 먼저 첨가하여 2분간 교반한 후, PAC를 첨가하여 3분간 교반했을 때 처리 효과가 가장 우수하다는 결론을 내렸습니다.
Zhou Danni(2016) 등은 PAC + PAM의 생활하수 처리 효과를 연구하고 생물학적 촉진제와 생물학적 해독제의 처리 효과를 비교하여 PAC + PAM이 기름 제거 효과에서는 생물학적 처리 방법보다 우수하지만 수질 독성 측면에서는 PAC + PAM이 생물학적 처리 방법보다 훨씬 우수하다는 것을 발견했습니다.
Wang Zhizhi(2014) 등은 PAC + PAM 응집을 방법의 일부로 사용하여 제지 중간 폐수 처리 방법을 연구했습니다. PAC 투입량이 250mg/L, PAM 투입량이 0.7mg/L이고 pH 값이 중성에 가까울 때 COD 제거율이 68%에 도달했습니다.
Zuo Weiyuan(2018) 등은 Fe3O4/PAC/PAM의 혼합 응집 효과를 연구하고 비교했습니다. 실험 결과, 세 가지 물질의 비율이 1:2:1일 때 인쇄 및 염색 폐수 처리 효과가 가장 우수한 것으로 나타났습니다.
LV sining(2010) 등은 PAC + PAM 복합 응집제가 중기 폐수 처리에 미치는 영향을 연구했습니다. 연구 결과, 복합 응집 효과는 산성 환경(pH 5)에서 가장 우수했으며, PAC 투입량은 1200mg/L, PAM 투입량은 120mg/L일 때 대구 제거율이 60% 이상인 것으로 나타났습니다.
1.3 석탄화학 폐수 및 정제 폐수
양레이(2013) 등은 석탄 산업 폐수 처리에서 PAC + PAM의 응집 효과를 연구하고, 다양한 비율에서 잔류 탁도를 비교하고, 초기 탁도에 따른 PAM의 조정 투여량을 제시하였다.
Fang Xiaoling(2014) 등은 정유 폐수에 대한 PAC + Chi와 PAC + PAM의 응집 효과를 비교했습니다. 그들은 PAC + Chi가 더 나은 응집 효과와 더 높은 COD 제거 효율을 보였다고 결론지었습니다. 실험 결과, 최적 교반 시간은 10분, 최적 pH 값은 7이었습니다.
Deng Lei(2017) 등은 PAC + PAM의 시추 유체 폐수 응집 효과를 연구했으며 COD 제거율이 80% 이상에 도달했다고 보고했습니다.
Wu Jinhua(2017) 등은 응집을 이용한 석탄화학폐수 처리 연구를 진행하였다. PAC는 2g/L, PAM은 1mg/L로 설정하여 실험한 결과, 최적 pH 값은 8인 것으로 나타났다.
Guo Jinling(2009) 등은 복합 응집의 수처리 효과를 연구하고 PAC의 투입량이 24mg/L이고 PAM의 투입량이 0.3mg/L일 때 제거 효과가 가장 좋다고 판단했습니다.
Lin Lu(2015) 등은 다양한 조건에서 유화유를 함유한 폐수에 대한 PAC-PAM 복합제의 응집 효과를 연구하고 단일 응집제의 효과와 비교했습니다. 최종 투입량은 PAC 30mg/L, PAM 6mg/L, 주변 온도 40℃, 중성 pH, 침전 시간 30분 이상이었습니다. 최적 조건에서 COD 제거 효율은 약 85%에 달했습니다.
2. 결론 및 제안
폴리알루미늄 클로라이드(PAC)와 폴리아크릴아미드(PAM)의 조합은 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 특히 폐수 및 슬러지 처리 분야에서 큰 잠재력을 지니고 있으며, 그 산업적 가치를 더욱 탐구할 필요가 있습니다.
PAC와 PAM의 결합 메커니즘은 주로 PAM 고분자 사슬의 뛰어난 연성에 기반하며, PAC의 Al³⁺ 이온 및 PAM의 –O 이온이 결합하여 더욱 안정적인 네트워크 구조를 형성합니다. 이 네트워크 구조는 고체 입자나 기름 방울과 같은 다른 불순물을 안정적으로 포집할 수 있으므로, 특히 유수 혼입 폐수와 같이 다양한 불순물이 포함된 폐수 처리에 탁월한 효과를 나타냅니다.
하지만 PAC와 PAM의 조합에도 단점이 있습니다. 형성된 응집물의 수분 함량이 높고, 안정적인 내부 구조로 인해 2차 처리에 대한 요구 조건이 높아집니다. 따라서 PAC와 PAM을 결합한 기술의 추가 개발에는 여전히 어려움과 과제가 남아 있습니다.
게시 시간: 2021년 10월 9일