수처리 화학물질: 안전한 수질 정화를 위한 완벽한 가이드

필수 수처리 화학물질 및 그 응용

수처리는 오염물질을 제거하고, 병원균을 죽이고, 안전한 소비를 보장하기 위해 특정 화학물질을 사용합니다. 기본 카테고리에는 다음이 포함됩니다. 소독제(염소, 클로라민, 오존), 응고제(명반, 염화제이철), pH 조절제(석회, 가성소다), 여과조제(활성탄, 폴리머) . 올바른 화학 물질을 선택하는 것은 수원의 품질, 처리 목표 및 규제 요구 사항에 따라 달라집니다.

도시 용수 시스템은 일반적으로 여러 화학 처리를 결합한 다중 장벽 접근 방식을 사용하는 반면 주거용 응용 프로그램에는 기본적인 소독만 필요할 수 있습니다. 각 화학물질의 기능, 적절한 투여량 및 안전 고려 사항을 이해하면 새로운 건강 위험을 초래하지 않고 효과적인 정수를 보장할 수 있습니다.

병원균 제어를 위한 소독약품

염소계 소독제

염소는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 물 소독제로, 기체 염소(Cl2), 차아염소산나트륨(액체 표백제), 차아염소산칼슘(분말)의 세 가지 주요 형태로 제공됩니다. 식수의 유효 염소 농도는 0.2~1.0mg/L입니다. , 30분의 접촉 시간으로 99.9%의 병원균 제거를 보장합니다.

차아염소산나트륨 용액(5-15% 농도)은 염소 가스보다 취급이 더 안전하며 동일한 소독 결과를 제공합니다. 10,000갤런 수영장의 경우 대략 3~4온스의 12.5% 차아염소산나트륨이 적절한 염소 수치를 유지합니다. . 그러나 염소는 유기물과 반응할 때 트리할로메탄과 같은 소독 부산물(DBP)을 생성하므로 일부 시설에서는 대안을 모색하게 됩니다.

클로라민 및 대체 소독제

클로라민(염소와 암모니아가 결합하여 형성됨)은 배전 시스템에서 오래 지속되는 잔류물 보호 기능을 제공하며 다음과 같은 물질을 생성합니다. 염소 단독보다 소독 부산물이 적습니다. . 현재 미국 수자원 시설의 30% 이상이 클로라민을 2차 소독제로 사용하고 있지만 맛과 냄새 문제를 피하기 위해 세심한 암모니아 대 염소 비율(일반적으로 1:4 ~ 1:5)이 필요합니다.

오존(O₃)은 산화력이 뛰어나고 화학적 잔류물이 남지 않아 생수 제조에 이상적입니다. UV 방사선은 무화학 소독을 제공하지만 사전 여과가 필요하고 잔류 보호 기능을 제공하지 않습니다. 각 방법은 수질, 처리 규모 및 규제 요구 사항에 따라 다양한 응용 분야에 적합합니다.

응고제 및 응집제

1차 응고제

응고제는 부유 입자의 전하를 중화시켜 입자가 서로 뭉쳐져 쉽게 제거될 수 있도록 합니다. 황산알루미늄(명반)은 가장 일반적인 응고제이며, 일반적인 투여율은 다음과 같습니다. 탁도 수준에 따라 10-50 mg/L . 염화제이철과 황산제이철은 명반의 최적 범위인 6~8에 비해 더 넓은 pH 범위(4~11)에서 효과적으로 작용합니다.

고분자 응집제

합성 폴리머는 1차 응집제 다음에 첨가할 때 플록 형성 및 침전 속도를 향상시킵니다. 양이온성 폴리머는 음전하를 띤 입자에 가장 잘 작용하는 반면, 음이온성 폴리머는 양전하를 띤 오염물질에 적합합니다. 폴리머 용량은 일반적으로 0.1~2.0mg/L 범위입니다. , 1차 응집제보다 훨씬 낮아서 약품 비용과 슬러지 양을 최대 30%까지 줄입니다.

pH 조정 및 알칼리도 제어

적절한 pH 수준(일반적으로 식수의 경우 6.5~8.5)을 유지하면 화학 처리 효율성이 보장되고 파이프 부식이 방지됩니다. 석회(수산화칼슘)와 소다회(탄산나트륨)는 산성수에서 pH를 높이는 반면, 황산이나 이산화탄소는 알칼리성 조건에서 pH를 낮춥니다. pH가 6.5 미만인 부식수는 파이프에서 납을 침출시켜 미국 최대 천만 가구에 영향을 미칠 수 있습니다. .

가성소다(수산화나트륨)는 pH 조절이 빠르지만 부식성 때문에 취급 시 주의가 필요합니다. 경수를 연화시키기 위해 석회 투여량은 다음 공식을 따릅니다. 필요한 석회(mg/L) = 1.4 × 총 경도(CaCO₃로서 mg/L) . 자동화된 pH 제어 시스템은 일관된 처리 성능에 필수적인 ±0.1 pH 단위 내에서 최적의 수준을 유지합니다.

활성탄 및 흡착 매체

활성탄은 흡착을 통해 유기화합물, 염소, 맛, 냄새를 제거합니다. 입상 활성탄(GAC) 베드는 교체가 필요하기 전까지 6~24개월 동안 지속되는 반면, 분말 활성탄(PAC)은 계절적 맛과 냄새 문제에 대해 유연한 투여량을 제공합니다. GAC는 적절한 크기로 조정되면 염소 및 유기 오염물질의 90% 이상을 제거할 수 있습니다. , 일반적인 접촉 시간은 10~20분입니다.

탄소 선택은 대상 오염 물질에 따라 달라집니다. 코코넛 껍질 탄소는 염소와 같은 작은 분자를 제거하는 데 탁월한 반면, 석탄 기반 탄소는 더 큰 유기 화합물을 더 효과적으로 처리합니다. 이온 교환 수지와 같은 특수 매체는 특정 이온(질산염, 비소, 경도)을 표적으로 삼아 300~3,000층마다 염 또는 산성 용액으로 재생해야 합니다.

특수 처리 화학물질

부식 및 스케일 억제제

오르토인산염 및 폴리인산염 화합물은 파이프 부식과 광물 스케일링을 방지합니다. 아연 정인산염은 파이프 내부에 보호막을 생성하여 납 및 구리 침출을 줄입니다. 유통 시스템의 경우 50-90% . 과도한 인산염 배출을 방지하면서 인산염 균형 부식 제어로서 일반적인 투여 속도는 0.5-3.0mg/L입니다.

불소화 화학물질

불화규산, 불화나트륨, 불화규산나트륨은 불소를 첨가하여 충치를 예방합니다. CDC는 권장한다 0.7 mg/L 불소 농도 지역사회 급수 시스템의 경우 치과 혜택을 유지하면서 불소증 위험을 최소화하기 위해 이전의 0.7~1.2mg/L 범위에서 낮췄습니다. 2억 1100만 명에게 서비스를 제공하는 미국 지역사회 수자원 시스템의 73% 이상이 불소를 첨가합니다.

조류제거제 및 산화제

황산구리는 저수지의 조류를 0.1-1.0 mg/L 농도로 제어하지만 환경 문제로 인해 사용이 제한됩니다. 과망간산칼륨은 철, 망간, 황화수소를 산화시키는 동시에 일부 소독 효과도 제공합니다. UV 또는 오존과 결합된 과산화수소를 사용하는 고급 산화 공정은 의약품 및 내분비 교란 물질을 효과적으로 파괴합니다. 제거율 95% 초과 .

화학물질 선택 기준 및 고려사항

적절한 수처리 화학물질을 선택하려면 포괄적인 테스트를 통해 원수 품질을 분석해야 합니다. 주요 매개변수에는 탁도, pH, 알칼리도, 경도, 철, 망간, 총 용존 고형물 및 미생물 함량이 포함됩니다. 에이 항아리 테스트 본격적인 구현 전에 최적의 응고제 유형과 용량을 결정하여 처리 프로세스를 시뮬레이션합니다.

경제적 요인이 화학물질 선택에 큰 영향을 미칩니다.

• 배송 및 보관을 포함한 파운드 또는 갤런당 화학물질 비용
• 투여 효율성(실제 필요한 화학물질 대비 이론적 요구사항)
• 응고 과정에서 발생하는 슬러지 처리 및 처리 비용
• 화학물질 저장, 공급 및 모니터링을 위한 장비 요구 사항
• 규정 준수 비용 및 보고 요구 사항

환경 영향 평가에는 부산물 형성, 배출 허가 제한 및 장기적인 생태계 영향이 포함됩니다. 시설에서는 슬러지 생성을 최소화하고 처리 잔류물의 지속적인 오염 물질을 방지하는 화학 물질을 점점 더 선호하고 있습니다.

안전한 취급 및 보관 프로토콜

저장 요구 사항

수처리 화학물질은 효율성을 유지하고 위험을 방지하기 위해 특정 보관 조건을 요구합니다. 염소 가스에는 누출 감지 시스템과 비상 세정기를 갖춘 별도의 환기 건물이 필요합니다. 액체 화학물질은 2차 봉쇄 유지가 필요합니다. 최대 탱크 용량의 110% 유출 또는 탱크 고장 시 환경 방출을 방지합니다.

온도 제어로 화학약품 보관 기간 연장: 차아염소산나트륨은 70°F에 비해 90°F에서 50% 더 빨리 분해되며 따뜻한 조건에서는 매월 2~4%의 유효 염소가 손실됩니다. 선입선출(FIFO) 원칙을 사용한 적절한 재고 순환은 처리 효과를 손상시키는 분해된 화학 물질의 사용을 방지합니다.

개인 보호 장비 및 안전

작업자는 농축된 화학물질을 취급할 때 적절한 PPE를 착용해야 합니다.

• 내화학성 장갑 (화학물질에 따라 니트릴, 네오프렌 또는 PVC)
• 물 튀김 방지를 위한 안전 고글 또는 안면 보호구
• 부식성 물질 취급을 위한 내산성 앞치마 또는 슈트
• 염소가스 또는 휘발성 화학물질을 취급할 때 호흡기 보호
• 화학 물질 취급 구역에서 10초 거리 내에 있는 비상 눈세척 시설

적절한 절차 없이 화학 물질을 혼합하지 마십시오. 염소와 산을 결합하면 치명적인 염소 가스가 생성되고, 적절한 비율 없이 염소와 암모니아를 혼합하면 독성 클로라민 증기가 생성됩니다. 안전 데이터 시트(SDS)는 위험, 응급 처치 및 유출 대응 절차를 자세히 설명하는 모든 화학 물질에 대해 접근 가능한 상태로 유지되어야 합니다.

모니터링 및 용량 조절

정확한 화학물질 투여는 과소치료(부적절한 병원균 제거)와 과잉치료(규제 위반, 미각 문제, 화학물질 낭비)를 예방합니다. 현대 시설에서는 잔류 염소, pH, 탁도 및 유속을 측정하는 실시간 센서가 포함된 자동화 시스템을 사용합니다. 비례 투여 시스템은 물 흐름에 따라 화학물질 공급 속도를 자동으로 조정합니다. , 수요 변동에도 불구하고 일관된 치료를 유지합니다.

정기적인 교정으로 측정 정확도가 보장됩니다. 염소 분석기는 DPD 비색 표준을 사용한 주간 검증이 필요한 반면, pH 프로브는 완충 용액을 사용한 월별 교정이 필요합니다. 원수 수질은 강수량, 기온, 유역 활동에 따라 계절에 따라 달라지므로 운영자는 최적의 응고제 용량을 확인하기 위해 분기별로 병 테스트를 실시해야 합니다.

중요한 모니터링 지점은 다음과 같습니다.

1. 약품 첨가 전 원수의 특성
2. 적절한 혼합 검증을 위한 화학물질 주입 지점
3. 목표 매개변수가 충족되었는지 확인하는 처리 후 샘플
4. 잔여 보호가 유지되도록 보장하는 배전 시스템 샘플

규정 준수 및 문서화

안전한 식수법(SDWA)은 화학 물질 사용을 규정하는 최대 오염 물질 수준(MCL) 및 처리 기술 요구 사항을 설정합니다. 공공 물 시스템은 다음과 같이 유지되어야 합니다. 월별 배포 샘플의 95%에서 검출 가능한 소독제 잔류량 , 염소 잔류량은 일반적으로 고객 탭에서 0.2-2.0mg/L 사이입니다.

NSF/ANSI 표준 60 인증은 수처리 화학물질이 유해한 오염물질을 유입하지 않도록 보장합니다. NSF 인증 화학물질만 식수에 접촉해야 합니다. 인증되지 않은 제품에는 건강 기준 한도를 초과하는 불순물이 포함될 수 있기 때문입니다. 운영자는 규제 검사 및 규정 준수 보고를 위해 화학 물질 전달, 일일 사용량을 문서화하고 처리 로그를 유지해야 합니다.

소독 부산물 규정은 총 트리할로메탄을 다음으로 제한합니다. 80μg/L 및 할로아세트산 60μg/L 연간 평균을 실행합니다. 이러한 한계를 초과하는 시스템은 처리 공정을 수정해야 하며 잠재적으로 염소에서 클로라민으로 전환하거나 응고를 조정하여 유기 전구체를 제거하거나 GAC 여과를 설치해야 합니다. 위반 사항은 지정된 기간 내에 대중에게 통보되어야 하며 규제 기관에 시정 조치 계획을 제출해야 합니다.

신기술 및 미래 동향

자외선과 과산화수소 또는 오존을 결합한 고급 산화 공정(AOP)은 기존 화학 물질로는 제거할 수 없는 오염 물질을 제거합니다. 이러한 시스템은 PFAS(과불화 알킬 물질)와 같은 새로운 오염 물질을 효과적으로 처리합니다. 특정 화합물의 제거율이 99%를 초과함 그러나 자본 비용은 기존 치료법보다 2~3배 더 높습니다.

전기화학적 소독은 소금 용액에서 현장에서 산화제를 생성하여 위험한 화학물질 운송 및 보관을 제거합니다. 혼합 산화제 시스템은 염소, 오존 및 과산화수소를 동시에 생성하여 DBP 형성을 줄이면서 소독을 달성합니다. 100~5,000명을 수용하는 소규모 시스템은 현장 발전의 이점을 최대한 활용하여 공급된 화학물질에 비해 운영 비용을 20~40% 절감합니다.

녹색 화학 이니셔티브는 최적화된 처리 트레인과 대체 프로세스를 통해 화학물질 사용량을 줄이는 데 중점을 둡니다. 막 여과(한외여과, 나노여과, 역삼투)는 에너지 집약적인 펌핑과 주기적인 화학 세척이 필요하지만 화학적 추가 없이 병원균과 오염 물질을 제거하는 물리적 장벽을 제공합니다. 최소한의 화학적 전처리와 멤브레인을 결합한 하이브리드 시스템은 점점 더 엄격해지는 수질 기준을 충족하면서 화학물질 소비를 줄이는 지속 가능한 수처리의 미래를 나타냅니다.