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물의 대부분은 공기와 지표로부터 오염되기 때문에 자연에서 순수한 물을 찾기란 거의 불가능하다. 불순물은 무기물도 있고 유기물도 있으며, 녹아 있거나 미세한 입자로 떠 있기도 한다. 일반적으로 부유 불순물은 지름이 1미크론(1만 분의 1센티미터)보다도 작은 콜로이드 크기이며, 보통 음의 전하를 띠고 있다. 이 음전하들이 서로 반발해 입자들이 뭉치지 않은 채 물속에 떠 있게 되는데, 물속에 있는 콜로이드 불순물로는 병을 옮기거나 질병을 일으키는 박테리아, 바이러스, 천연물로부터 생긴 유기질, 점토, 금속 착물 등이 있다.

1993년 미국 밀워키주에서는 물에 있던 병원성 미생물 때문에 40만 명의 주민이 질병에 시달렸으며, 그중 100여 명이 죽고 많은 주민이 영구히 능력상실증에 시달렸다. 아직도 우리는 종종 물에 있는 콜레라균이 세계 도처에서 많은 생명을 앗아가고 있다는 보도를 접한다.

따라서 식수의 안전성을 위하여 물 회사들은 응결-응집, 침강이나 부양, 거름 및 살균 과정을 통해 물을 깨끗이 한다. 그중에서 첫 응결-응집 단계는 부유물과 콜로이드 불순물을 제거하여 살균 과정을 돕고, 그 과정에서 생기는 유해한 부산물을 최소화하는 중요한 단계다. 또 작은 콜로이드 불순물을 서로 뭉치게 하는데, 흔히 플록스라 부르는 이 덩이들은 침강이나 거름 단계에서 쉽게 제거된다.

식수의 안전성을 위하여 물 회사들은 응결-응집, 침강이나 부양, 거름 및 살균 과정을 통해 물을 깨끗이 한다.

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응집제로는 예로부터 황산알루미늄, 황산 제2철, 염화 제2철 등이 사용되었으며, 최근에는 규산 황산 폴리암모늄이 개발되어 재래 응집제보다 더 효과적으로 사용되고 있다. 황산 폴리 제2철이라는 화합물도 최근 개발된 우수한 응집제이다. 알루미늄과 철의 혼합 응집제인 황산 폴리알루미늄-철도 관심을 끌고 있다. 이 같은 무기 응집제 이외에도 유기 고분자가 많이 쓰이는데, 유기 고분자는 이온성과 비이온성 응집제로 나뉘며 분자량이 매우 커서 대개 100만을 넘는다.

그런데 이들은 어떻게 응결-응집 작용을 할까? 앞에서도 말했듯이 물속의 콜로이드성 부유물은 음전하를 띠고 있다. 황산알루미늄이나 황산 제2철을 사용해 양전하를 띤 알루미늄이나 철을 넣어주면 서로 전하를 중화시켜 부유물이 응결하게 되는데, 고분자 자체가 크므로 콜로이드성 부유물을 많이 응결시켜 커다란 응집체를 만든다.

중성 고분자인 폴리 아크릴아미드도 응집제로 많이 사용된다. 이 중성 고분자가 어떻게 응집력을 가지는지는 확실하지 않으나 일반적으로 이 고분자가 그물처럼 망을 만들어 콜로이드 입자를 붙들어 엉기게 한다고 알려져 있다. 응결-응집제 사용은 100여 년 전부터 시작되었으며 주로 황산알루미늄과 염화 제2철을 사용해왔다.

지난 20년 동안은 유기물 제거에 특히 관심을 쏟아왔다. 유기물이 남아 있으면 염소 등으로 살균 소독할 때 반응하여 유독성 할로겐 화합물이 생길 위험이 있기 때문이다. 그중에는 발암성이 염려되는 트리할로메탄류도 포함되어 있다. 따라서 응결-응집제 처리에 덧붙여 활성탄을 사용함으로써 병원성 미생물 제거도 철저히 해야 한다.

1994년 UN으로부터 물부족 국가로 분류된 우리나라도 최근 깨끗한 물이 급속하게 줄어들고 있다. 따라서 물을 효율적으로 아껴쓰는 것은 물론이고 경제적이고 위생적인 물 정화 방법 또한 시급히 찾아야 한다.