2), 염화철(FeCl3) 및 폴리알루미늄 클로라이드(PAC)는 응집 보조제로서 폴리아크릴아미드(PAM)와 개별적으로 및 조합하여 적용되었습니다. 혼합물 설계 방법론(MDM)은 응집제 조합이 수자원 회수 효율 및 침전 시간에 미치는 영향을 평가하는 데 사용되었습니다. 얻어진 실험 결과는 응집제 조합이 처리 효율에 부정적인 영향을 미친다는 것을 나타냈습니다. PAC와 PAM을 포함한 하이브리드 응집제가 응집-플록화에서 효과적임이 입증되었지만, PAM이 없는 경우 MgCl2가 가장 효율적인 첨가제로 발견되었습니다. 화학적 산소 요구량(COD), 탁도 및 색소에 대해 10.0 g L−1의 응집제 투여량에서 93%를 초과하는 제거 효율을 달성할 수 있었으며, 이때 pH 수준이 중요한 역할을 합니다. 제타 전위가 +0.34에서 −4.5 mV로 변화함에 따라 하이브리드 응집제를 추가함으로써 침전 시간이 5분 미만으로 크게 단축되었습니다. 그러나 기계적으로 불안정한 플록의 형성으로 인해 잉크 나노입자가 59–80 nm 크기로 처리된 물에 방출되었습니다. 이러한 한계를 고려할 때, MgCl2는 기계적 안정성이 향상되고 전단 유도 파괴에 대한 저항성을 가진 플록을 생성하기 위해 잉크 입자의 응집-플록화에 권장됩니다. 제안된 접근 방식은 잉크 나노입자로 오염된 산업 폐수를 처리하기 위한 간단하고 비용 효율적이며 친환경적인 경로를 제공합니다.

판지 포장 산업의 급속한 확장은 인쇄 잉크 소비의 상당한 증가를 초래했습니다 (Zięba-Palus and Trzcińska, 2011). 이로 인해 색소, 염료, 수지, 바인더 및 용매와 같은 유해 성분으로 오염된 고도로 색이 있는 폐수가 발생하게 되었습니다. 이러한 폐수를 적절한 처리 없이 방류하는 것은 토양, 지표수 및 지하수의 오염으로 인해 수생 생태계, 농업 시스템 및 공공 건강을 위협합니다 (Ding et al., 2024). 따라서 인쇄 잉크로 오염된 폐수의 효과적인 처리는 환경적 관점에서 중요한 문제입니다. 생물학적 처리 (Zhang et al., 2003), 화학적 산화 (Zhang et al., 2021), 흡착 (Noonpui et al., 2010), 전기화학적 방법 (Ramos et al., 2019), 막 여과 (Zhang and Liu, 2003), 광촉매 분해 (Vitale et al., 2023), 전기 응집 (Zampeta et al., 2022b) 등 기존의 복원 기술이 적용되었지만, 그 효율성은 제한적이며, 종종 엄격한 방류수 품질 기준을 충족하지 못합니다.

응집-플록큘레이션은 제약, 석유화학, 광물 가공, 금속 생산, 가죽 공장, 섬유, 식품, 펄프 및 종이를 포함한 다양한 산업의 농축 폐수를 처리하는 간단하고 비용 효율적인 방법으로 널리 알려져 있습니다. 이 과정은 유기 및 무기 오염물의 상당 부분을 효과적으로 제거하며, 동시에 색상과 탁도를 감소시킵니다(Meteš et al., 2000). 응집-플록큘레이션 메커니즘은 콜로이드 입자의 불안정화를 포함하며, 작은 집합체를 형성한 후 플록큘레이션 동안 더 큰 플록을 형성합니다. 과정의 효율성은 응집제의 화학 구조, pH, 이온 강도, 고형물 농도 및 현탁액 내 입자 크기 분포와 같은 여러 요인에 따라 달라집니다(Li et al., 2006). 잉크 나노입자를 효과적으로 제거하기 위해서는 하이브리드 처리 접근 방식이 종종 필요합니다. 이 과정과 제올라이트 입자에 대한 흡착의 조합은 제거 효율성을 향상시키는 것으로 입증되었습니다(Metes et al., 2004). 또한, 유기 화합물은 혐기성-호기성 분해 및 응집-침전이 통합된 처리 시스템을 통해 상당히 제거될 수 있습니다(Wang et al., 2008). 전기 응집은 인쇄 잉크 입자가 포함된 폐수 처리에 효과적인 방법으로 입증되었으며, 색소 화합물의 농도를 상당히 낮춥니다(Papadopoulos et al., 2019). 펜톤 공정은 인쇄 산업에서 배출된 폐수의 시너지 치료를 위해 응집과 결합되었습니다(Ma and Xia, 2009; Sayın et al., 2022). 또한, 물 회수 과정을 촉진하기 위한 실행 가능한 전략으로 물리-화학적 처리와 나노여과의 통합이 탐색되었습니다(Bes-Pia et al., 2003). 고급 복원 접근 방식 중에서, 수력학적 공동화와 과산화수소의 결합은 잉크 입자를 제거하고 화학적 산소 요구량(COD)을 줄이는 데 높은 효과를 나타냈습니다(Zampeta et al., 2021, 2022a). 응집제는 인쇄 잉크로 오염된 산업 폐수 회수에서 중요한 역할을 합니다. 폴리알루미늄 클로라이드(PAC), 폴리알루미늄 페릭 클로라이드(PAFCl), 폴리페리 수소 황산염(PFS), 폴리페릭 클로라이드(PFCl)와 같은 전처리 응집제가 폐수 처리에 널리 사용되었습니다(Nandy et al., 2003; Verma et al., 2012). PAC의 존재 하에 응집-플록큘레이션은 알룸에 비해 탁도, 금속 및 유기 물질 제거를 위한 잠재적으로 실행 가능한 과정으로 간주됩니다. PAC는 Al3+와 폴리머 알루미늄 양이온의 혼합물로, Al2(OH)24+, Al8(OH)204+, AlO4Al12(OH)24(H2O)127+를 포함합니다(Yang et al., 2011). 이 중 마지막 화합물이 응집-플록큘레이션에서 가장 효과적인 종입니다(Gao et al., 2005). AlO4Al12(OH)24(H2O)127+는 Al3+에 비해 높은 양전하를 가진 전처리 응집제입니다(Hu et al., 2006). 따라서 PAC를 응집제로 사용할 경우 폐수 처리에서 더 나은 성능을 보입니다(Wang et al., 2015). 반면, 알루미늄 기반 응집제의 독성은 유기체에 더 쉽게 이용 가능한 Al3+의 농도에 기인합니다(Mortula et al., 2013). 처리된 물에서의 잔여 Al3+ 농도는 PAC를 사용할 경우 다른 알루미늄 기반 응집제에 비해 낮은 농도로 나타났습니다(Kimura et al., 2013). PAC가 가장 효율적인 응집제로 확인된 반면, 페릭 클로라이드는 잉크 입자로 오염된 폐수 회수에서 제한된 제거 효율성을 보입니다(Nandy et al., 2004). 반대로, PAC와 페리 수소 황산염을 사용한 응집은 펜톤 공정을 향상시켜 색상 및 COD 제거 효율성을 개선합니다(Ma and Xia, 2009). COD 제거 효율성은 pH, 응집제 투여량, 혼합 시간 및 속도와 같은 여러 요인에 따라 달라집니다(Fendri et al., 2013; Shaheed et al., 2020). PAC를 폐수에 추가하면...테르가 완전한 색상 제거로 이어지지만, 이 과정은 연장된 침전 기간을 필요로 합니다. 염화마그네슘은 알루미늄과 PAC에 비해 짧은 침전 시간을 제공합니다 (Tan et al., 2000). 또한, 중합 알루미늄 마그네슘 염화물(PAMC)은 인쇄 폐수에서 탁도, 색소 및 COD를 제거하는 데 PAC보다 더 나은 성능을 나타냈습니다 (Yang et al., 2024). 고체 상태 반응을 통해 합성된 자기 응집제는 잉크가 포함된 폐수 처리에 성공적으로 적용되었습니다 (Ding et al., 2021). 폴리페릭 염화물이 COD 감소에 항상 효과적이지는 않지만, 폴리실리케이트-알루미늄-페릭 염화물(PSAFC)은 PAC에 비해 우수한 유기물 제거 능력을 보여줍니다 (Yuan et al., 2006).

폴리아크릴아미드(PAM)는 수용성 합성 폴리전해질로, 부유 입자와 결합하는 높은 친화성을 나타냅니다. PAM의 비이온성, 음이온성 및 양이온성 형태로 인해 이 물질은 폐수 처리에서 응집 잠재력을 크게 향상시킵니다(Harif et al., 2023). 특히, 음이온 PAM은 응집 보조제로 사용될 때 침전 시간을 줄입니다(Zampeta et al., 2022c). PAC와 양이온 PAM의 조합은 판지 산업의 폐수에서 색소를 제거하는 데 효과적인 역할을 보여주었습니다(Nath and Pande, 2020). PAM의 주요 사용은 PAC와 같은 무기 응집제가 존재할 때 응집된 입자들을 연결하는 것입니다(Nan et al., 2016). 부유 입자에 대해 반대 전하를 가진 폴리아크릴아미드는 전기적 반발력을 줄이기 위해 강하게 흡착됩니다(Zhu et al., 2018; Habibi et al., 2024). 비이온성 폴리아크릴아미드 또는 입자와 동일한 전하를 가진 PAM의 경우, 개별 폴리머 사슬의 수소 결합을 통해 흡착이 발생하여 인접한 입자 간에 분자 다리를 형성합니다(Peiris et al., 2010). 비이온 PAM의 노출된 아미드 그룹은 입자와의 상호작용을 위한 뛰어난 조건을 제공합니다. 키토산과 탄닌의 조합과 같은 대체 접근법은 폐수에서 잉크 제거에 상당한 효능을 나타냈습니다(Roussy et al., 2005). 게다가, 목재 펄프에서 유래한 응집제는 PAM과 결합된 PAC에 비해 응집-플록화 과정에서 우수한 성능을 보여줍니다(Guo et al., 2021). 무기 응집제는 저렴한 비용과 쉬운 적용으로 인해 자주 사용되지만, 유기 고분자 플록 응집제는 뛰어난 처리 효율성 덕분에 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 결과적으로, 생분해 가능한 바이오폴리머가 지속 가능한 대안으로 떠오르고 있습니다(Lee et al., 2014). 폐수에서 유기 오염 물질을 제거하는 바이오 플록 응집제의 성능은 흡착, 전하 중화 및 화학 반응과 같은 메커니즘에 따라 달라집니다(Li et al., 2020). 무기-유기 하이브리드 응집제도 높은 탁도 제거 효율성을 보여줍니다(Abujazar et al., 2022). 그러나 기존 폐수 처리에서 생성된 슬러지는 종종 독성이 있으며 생분해되지 않아 상당한 환경 위험을 초래합니다. 반면, 식물 기반 응집제는 생분해 가능성, 비독성 및 비용 효율성 덕분에 지속 가능한 대안을 제공합니다(Owodunni and Ismail, 2021). 여러 연구에서 응집-플록화 과정을 통해 인쇄 잉크로 오염된 폐수의 처리를 보고했지만, 현재 연구의 목적은 마그네슘 염화물(MgCl2), 페리클로라이드(FeCl3) 및 폴리알루미늄 클로라이드(PAC)를 포함하는 적절한 하이브리드 응집제를 식별하여 물 회수 효율을 극대화하고 침전 시간을 최소화하는 것입니다. 연구의 주요 초점은 잉크 나노입자의 방출을 방지하기 위해 강한 전단력 하에서 플록의 기계적 안정성을 향상시키는 것입니다. 이러한 무기 물질은 PAM의 존재 및 부재에서 효과적인 하이브리드 응집제를 달성하기 위해 선택되었으며, 이는 기계적 안정성 제어에 중요합니다. 또한, 인쇄 유닛에서 배출되는 산업 폐수 처리를 촉진하기 위한 응집제 간의 상호작용을 체계적으로 이해하기 위해 혼합 설계 방법론(MDM)과 반응 표면 방법(RSM)을 통해 조사되었습니다. 이 연구 결과는 응집제 투여량 및 pH 수준을 포함한 적절한 작동 조건을 결정하여 COD, 탁도 및 색소의 최대 제거를 달성하기 위한 용이하고 비용 효율적이며 친환경적인 방법 개발에 귀중한 통찰력을 제공합니다.