PAC의 수처리 응용 — 상수, 하수, 수영장, 염색
핵심 요점 5가지:
- 상수처리: PAC 15–40 mg/L 투여, 탁도, 유기물, 세균, 중금속 제거
- 폐수처리: 50–300 mg/L 투여, 음이온 폴리머와 혼용 시 응집효율 향상
- 수영장: 저농도 5–10 mg/L — 응집보조제로만 사용, 염소 소독 대체 불가
- 염색: PAC + 양이온 폴리머로 reactive dye 색도 90–95% 제거
- 상기 투여량은 참고용 — 실제 공장 폐수에 대한 jar test 필수
1. 상수처리(생활용수, 음용수)에서의 PAC 적용
1.1. 상수처리 공정에서 PAC의 역할
PAC는 상수처리장의 응집 — 플록형성 — 침전 — 여과 공정에서 주된 응집제입니다. 목표: 부유물질(TSS), 탁도, 용존유기물(DOC), 세균 및 중금속을 원수(강, 호수, 지하수)에서 제거.
1.2. 작용 메커니즘
PAC가 원수에 주입되면, 폴리머 알루미늄 사슬이 콜로이드 입자(점토, 부식질, 미생물)의 음전하를 중화시켜 0.5–2mm 크기의 Al(OH)₃ 플록을 형성합니다. 이 플록은 60–120분 내에 침전조 바닥으로 가라앉으며 ≥95%의 부유물질을 제거합니다. 잔여 물질은 모래여과지에서 포집됩니다.
1.3. 투여량 및 운영 조건
| 항목 | 일반값 | 비고 |
|---|---|---|
| PAC 31% 투여량 | 15–40 mg/L | 원수 탁도에 따라 조정 |
| 원수 탁도 | <150 NTU → 15–25 mg/L; >500 NTU → 30–50 mg/L | 탁도 증가에 따라 투여량 증가 |
| 최적 pH | 6.5–7.5 | 필요 시 NaOH 또는 HCl로 조정 |
| 급속교반 시간 | 1–3분 | 80–150 RPM |
| 완속교반 시간 | 15–30분 | 20–40 RPM |
| 침전 시간 | 60–120분 | 표면 부하율 1–2 m³/m²/h |
| 잔류 Al 농도 | <0.2 mg/L | TCVN 기준 충족, 일반 명반보다 현저히 낮음 |
1.4. 일반 명반 대비 장점
- 광범위한 pH 작용 범위(5.0–9.0) — 명반 대비 pH 조절 최소화
- 슬러지 발생량 30–50% 감소 → 슬러지 처리비용 절감
- 잔류 Al 농도 저하 → 사용자 안전성 향상, 특히 음용수에 중요
- 우기(고탁도, 저수온)에서도 안정적인 효율 — 명반의 약점 보완
2. 산업폐수 처리에서의 PAC 적용
2.1. 염색폐수 처리
염색폐수는 reactive dye, disperse dye, 전분, 계면활성제를 포함 — COD 800–2.000 mg/L, 색도 500–3.000 Pt-Co.
일반 처리 프로토콜:
- PAC 100–200 mg/L → 색도 응집, 2분 급속교반, 15분 완속교반
- NaOH → pH 7.0–8.0으로 조정(필요시)
- 음이온 폴리머 0.5–1.0 mg/L → 대형 플록 형성, 침전 가속
- 60분 침전 → 처리수 색도 <50 Pt-Co(85–90% 제거)
환원염료(vat dye) 또는 황염료 포함 폐수의 경우 — 응집이 더 어려움 — PAC + FeCl₃ 또는 PAC + 양이온 폴리머 혼용으로 90% 이상 색도 제거 달성.
2.2. 도금폐수 처리
도금폐수는 중금속 포함: Cr⁶⁺, Cr³⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺. PAC는 pH 8.0–9.5에서 이들 금속을 수산화물로 침전:
- Cr³⁺ → Cr(OH)₃ ↓ (pH 8.0–9.0)
- Ni²⁺ → Ni(OH)₂ ↓ (pH 9.0–9.5)
- Zn²⁺ → Zn(OH)₂ ↓ (pH 8.5–9.5)
- Cu²⁺ → Cu(OH)₂ ↓ (pH 8.0–9.0)
PAC 투여량 100–250 mg/L. 단, Cr⁶⁺은 PAC 사용 전 NaHSO₃ 또는 Na₂S₂O₅로 Cr³⁺로 환원 필요.
2.3. 식품·수산가공폐수 처리
식품폐수 특성: 고 COD(1.000–5.000 mg/L), 고 TSS, 유분 다량. PAC는 응집 — 부상분리(DAF) 시스템에서 유분 및 TSS 제거 후 생물학적 처리로 이송.
일반 투여량: PAC 31% 150–300 mg/L, pH 6.0–7.0. 응집 + DAF 후: COD 40–60% 감소, TSS 80–90% 감소, 후단 호기조 부하 감소.
3. 수영장 처리에서의 PAC 적용
수영장은 투명하고 청결해야 하지만 일반 모래여과기는 20마이크론 이상 입자만 포집. 초미세 입자(1–5마이크론) — 먼지, 각질, 화장품 — 는 모래층을 통과해 재유입되어 탁도 발생.
PAC는 응집보조제 역할: 초미세 입자를 충분히 큰 플록으로 응집시켜 모래여과기 포집 가능하게 합니다. 일반 투여량: 5–10 mg/L, 여과기 전 순환계통에 직접 주입. 주 1–2회 또는 다중 이용 후 적용.
중요 주의사항: PAC는 살균효과 없음 — 염소 자유잔류량 1.0–3.0 mg/L 별도 유지 필요. pH 7.2–7.6 조정 후 PAC 사용.
4. 염색산업에서의 PAC 적용(염료 응집)
염색공정에서 PAC는 이중 역할 수행:
역할 1 — 염색조 내 매염제: PAC의 Al³⁴ 이온이 염료 분자와 섬유소/단백질 사이에 착물 형성, 염료의 견뢰도 및 균일도 향상. 천연염료 및 reactive dye에서 특히 중요.
역할 2 — 폐수처리에서 염료 응집: PAC가 잔류 염료 및 조제를 폐수에서 제거. 작용기전: 염료 분자 간 폴리머 교량형성 → 색깔 플록 생성 → 침전. PAC 100–200 mg/L + 양이온 폴리머 0.5–1.0 mg/L 혼용 시 reactive dye 95% 제거 가능.
5. 제지산업에서의 PAC 적용
제지기에서 PAC는 보유조제(retention aid) 및 탈수조제(drainage aid) 로 사용:
- 보유조제: 미세 섬유 및 충전제(CaCO₃, 카올린, TiO₂)를 와이어 메쉬에 유지, 백수로 유실 방지. 투여량: 0.5–2.0 kg/톤 제지.
- 탈수조제: 와이어 메쉬 통과 수속 증가 → 제지기 속도 향상, 증기 건조 에너지 절감.
- 백수처리: PAC 50–100 mg/L로 미세 섬유 및 충전제 응집 → 회수 및 공정 재순환.
제지용 PAC의 명반 대비 장점: 시스템 pH 영향 최소화, 산 추가 불필요, 장비 부식 감소.
6. 자주 묻는 질문
상수처리 PAC 투여량은?
PAC 31% 일반 투여량: 15–40 mg/L. 원수 탁도 저(<50 NTU): 15–20 mg/L. 중간(50–150 NTU): 20–30 mg/L. 우기(>500 NTU): 30–50 mg/L. 특정 원수에 대한 정확한 투여량 결정을 위해 항상 jar test 실시.
PAC와 폴리머 혼용이 필요한가요?
상수처리: 일반적으로 불필요, PAC 자체로 충분한 플록 형성. 폐수처리: 음이온 또는 양이온 폴리머(0.5–1.0 mg/L) 혼용 권장 — 플록 크기 증가, 침전 속도 향상 및 PAC 투여량 20–30% 절감.
PAC로 폐수 유분을 처리할 수 있나요?
가능하지만 DAF 부상분리와 결합 시 최적 효율. PAC 150–300 mg/L가 유탁액을 파괴, 유분 플록 형성 — 이후 DAF 기포가 플록을 표면으로 부상시켜 제거. 고유분 폐수에 PAC + 침전 단독 사용은 비권장.
PAC가 후단 생물학적 처리에 영향을 주나요?
일반 투여량(50–300 mg/L)에서 PAC는 호기성 미생물에 무해. 그러나 잔류 Al³⁴ >5 mg/L는 슬러지 활성 일부 억제 가능. PAC 투여량 및 생물학적 처리조 유입수 pH 6.5–8.0 유지 필요.
수영장 PAC 사용 시 여과기 정지가 필요한가요?
예. PAC 주입 시 여과기 정상 운전. 4–6시간 후 펌프 정지, PAC가 미세 입자 응집 유도, 이후 역세척(backwash)으로 포집된 플록 제거.
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