자원처리 - 응결(Coagulation)과 응집(Flocculation)

[참고]

응집제(Flocculant)가 아래의 두 역할을 모두 수행할 수 있도록 개발되고,

응집(Flocculation)이 두 과정을 포괄하는 경향이 있어,

자원처리 과정에서는 이 두 가지의 메커니즘을 구분하지 않고

주로 응집(Flocculation)이라는 한 단어를 포괄적으로 사용합니다.

---

콜로이드 입자가 뭉치는 것을 그 과정에 따라 응결(Coagulation) 혹은 응집(Flocculation)이라고 합니다. 이 두 가지의 용어에 대해서 아래와 같이 구분할 수 있습니다.

• Coagulation(응결, 응고, 응집): 응집제(Coagulant)를 투입하여 대전되어 있는 고체입자의 표면을 중성화하고(Neutralization), 이를 통해 현탁액 중의 침전되지 않는 입자(Non-settlable)들이 서로 뭉치거나 침전을 가능하게 해주는 과정

• Flocculation(응집): 응집제(Flocculant)를 투입하여 입자들을 뭉쳐 큰 응집물을 형성시켜 침전이 가속되도록 하는 과정

 

I. Coagulation

 

현탁액 내에 분산되어 있는 콜로이드의 입자표면을 중성화시킴으로써 콜로이드간의 전기적 반발력(Repulsive force)보다 인력을 크게 하는 것 입니다.

 

(1) Theory of DLVO(Derjauin and Landau, Verwey and Overbeek)

 

DLVO의 이론은 콜로이드의 안정성에 관한 이론입니다.

 

이 이론은 현탁액 내 입자 상호간에는 인력(① Van der Waals attraction force)과 전기적 이중층에 의한 전기적 반발력(② Double Layer-replusive force)이 작용하며, 이 두 힘에 의하여 콜로이드의 안정성이 결정 된다는 것입니다.

*[참고] 전기적 이중층 (Electrical Double Layer)

따라서, 인력이 전기적 반발력보다 크게 되는 경우 콜로이드가 응집(불안정)된 다는 것을 의미합니다. 이 때, 입자간의 거리가 매우 가까운 경우 인력이 전기적 반발력보다 크지만, 입자에 가까워질수록 전기적 반발력이 최고점인 지점(③)에 이르게 되며, 이를 극복하여야만이 입자가 응집될 수 있습니다.

 

이를 극복하기 위한 것으로 아래와 같은 방법 등이 있습니다.

 

1-1) 전기적 이중층 압축

 

전기적 이중층을 압축하기 위해서는 용액 내 이온농도를 증가시키거나 이온가가 높은 이온을 투입하는 등, 전기적 반발력을 줄이는 방법을 이용합니다.

이온농도(C) 증가에 따른 전기적 반발력의 감소

전기적 이중층이 압축됨으로써 전기적 반발력이 줄어들어, 콜로이드간의 거리는 더욱 더 좁아질 수 있습니다. 따라서, 입자간의 간격이 줄어 듦에 따라, 인력이 더 크게 작용하는 범위까지 좁혀지면 비로소 입자들이 응집될 수 있습니다.

 

1-2) 응집제 사용

• 흡착 및 전기적 중화(Adsorption and Charge Neutralization)

• 입자간의 가교역할(Bridging)

 

II. Flocculation

 

응집(Coagulation)된 입자들을 뭉쳐 더 큰 응집물을 형성하는 것으로, 이는 주로 응집제의 가교역할에 의하여 이루어 집니다. 응집(Flocculation) 등에 대한 추가적인 내용은 우측 하단의 링크를 참고해주세요.

*[참고] 응집제에 의한 응집 메커니즘과 제타전위(Zeta Potential)