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약품침전법에서 가장 많이 사용하는 응집제로 옳은 것은?

1 황산반토 ✓ 정답
2 황산구리
3 황산제일철
4 황산제이철
5 염화제이철

해설

약품침전법에서 가장 많이 사용하는 응집제는 황산반토이다.

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약품침전법은 물속에 분산된 미세 입자나 콜로이드성 물질을 제거하기 위해 응집제를 투입하여 입자를 크게 만든 뒤 침전시키는 수처리 공정입니다. 이때 응집제가 물속에서 가수분해되면서 생성되는 금속 수산화물 플록(floc)이 입자를 감싸거나 흡착하여 침전을 유도하는데, 황산반토(aluminum sulfate, Al₂(SO₄)₃)는 이러한 약품침전법에서 가장 오래되고 널리 쓰이는 대표적인 알루미늄계 응집제입니다.

황산반토가 가장 많이 사용되는 이유는 가격이 저렴하고 적용 가능한 pH 범위가 비교적 넓으며, 상수처리 현장에서 오랜 기간 축적된 운전 경험과 설계 기준이 풍부하기 때문입니다. 물에 투입되면 알루미늄 이온(Al³⁺)이 방출되고, 이 이온이 물의 알칼리도와 반응하여 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 플록을 형성합니다. 이 플록이 탁질이나 자연유기물(NOM)을 흡착·포획하여 침전 가능한 크기로 성장시키는 것이 핵심 기전입니다.

근거 자료에서도 황산반토의 실제 사용 규모와 효과를 확인할 수 있습니다. 이집트의 수처리 현장을 다룬 연구에서는 연간 약 365,000톤의 황산알루미늄이 소비되고, 그 과정에서 1억 톤 이상의 슬러지가 발생한다고 보고하였습니다^[2]. 이는 황산반토가 단순히 실험실 수준의 시약이 아니라 실제 정수장에서 대량으로 사용되는 표준 응집제임을 보여줍니다. 또한 정수 처리에서 황산반토와 염화제이철을 비교한 연구에서는 두 응집제 모두 자연유기물 제거에 효과가 있었지만, 응집제 종류와 투입량에 따라 제거 특성이 달라진다고 보고하였습니다^[3]. 이는 황산반토가 비교 대상이 될 만큼 기본적인 응집제로 자리 잡고 있음을 시사합니다.

용존유기질소(DON) 제거를 평가한 연구에서도 황산반토 단독 응집이 용존유기탄소(DOC)와 비슷하거나 약간 낮은 수준의 DON을 제거하며, 양이온성 고분자 응집제를 병용하면 제거율이 추가로 15~20% 향상된다고 보고되었습니다^[4]. 이는 황산반토가 단독으로도 기본적인 응집 성능을 발휘하고, 필요 시 고분자 응집제와 조합하여 효율을 높일 수 있는 유연한 기반 응집제임을 보여줍니다.

보기에서 제시된 다른 물질들과의 차이도 짚어볼 필요가 있습니다. 황산제일철(FeSO₄)과 황산제이철(Fe₂(SO₄)₃), 염화제이철(FeCl₃)은 모두 철염계 응집제로 사용 가능하지만, 철염은 알루미늄염에 비해 플록이 무겁고 침전이 빠른 장점이 있는 반면, 부식성과 착색 문제, pH 적용 범위의 제한 등으로 인해 알루미늄염보다 사용 빈도가 낮습니다. 황산구리(CuSO₄)는 응집제가 아니라 주로 조류 제거나 살균 목적으로 쓰이는 물질이므로 약품침전법의 응집제로는 적합하지 않습니다. 혼동 주의! 황산구리는 이름에 '황산'이 들어 있어 응집제로 오인하기 쉬우나, 수처리에서의 역할은 응집이 아니라 조류 제거와 살조입니다.

최근에는 폴리염화알루미늄(PAC)과 같은 무기 고분자 응집제가 황산반토의 대안으로 사용되기도 합니다. 저수지 원수를 대상으로 한 연구에서 PAC은 계절에 따라 조류 밀도와 용존성 인 제거에 효과를 보였습니다. 그러나 PAC은 황산반토보다 단가가 높고, 전통적인 약품침전 공정에서 가장 기본이 되는 응집제는 여전히 황산반토입니다. 핵심! 약품침전법에서 '가장 많이 사용하는' 응집제를 묻는 문제는 알루미늄계의 대표 응집제인 황산반토를 선택하는 것이 정답입니다.

참고 문헌 (논문 출처)

[2]
Utilization of Drinking Water Treatment Slurry to Produce Aluminum Sulfate Coagulant.일반논문Fouad MM, Razek TM, Elgendy AS (2017) · DOI: 10.2175/106143016X14504669769056
[3]
Comparative Evaluation of Aluminum Sulfate and Ferric Sulfate-Induced Coagulations as Pretreatment of Microfiltration for Treatment of Surface Water.일반논문Song Y, Dong B, Gao N, Deng Y (2015) · DOI: 10.3390/ijerph120606700
[4]
Dissolved organic nitrogen removal during water treatment by aluminum sulfate and cationic polymer coagulation.일반논문Lee W, Westerhoff P (2006) · DOI: 10.1016/j.watres.2006.08.008

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