2012년 환경부는 I 지역기준(처리용량 500 m³ 이상) 폐수종말처리장 총인(total-phosphorous, T-P)의 수질기준을 0.2 mg P/L로 강화하였다[1]. 인은 호소의 부영양화 원인 물질 중 하나로 농도가 높아지면 조류의 증가로 수질오염의 원인이 된다. 인의 발생원으로는 농약, 축산폐수, 생활하수 등이 있다. 이러한 인을 제거하기 위하여 물리적 처리, 화학적 처리, 생물학적 처리, 식생을 이용한 처리 등의 다양한 방법을 병행하고 있다. 생물학적 처리방법은 다양한 운전조건이 요구되며 제거 가능한 인 농도의 한계가 있어 방류수 수질기준에 적합하도록 인을 처리하기 위해서는 물리-화학적 처리방법의 도움이 필요하다[2]. 물리-화학적 처리에서 가장 많이 쓰이는 방법은 응집-침전이다. 응집과 침전 과정에서 쓰이는 응집제의 종류로 알루미늄염, 철염이 있다. 하지만 기존 응집에 쓰이는 대부분의 응집제는 많은 하수슬러지를 발생시키고 처리에 어려움을 겪고 있다. 철염은 부식성이 높고 중화제 소요량이 높으며 최적 pH 영역이 좁으며 알칼리 한정 적용성이 있어 한정적이다[3]. 특히 알루미늄은 독성효과가 있는 것으로 알려져 있고, 적은 농도의 알루미늄이라도 생물에 농축되어 독성을 유발할 수 있다[4,5]. 티타늄 계열 응집제는 기존 응집제들의 문제점을 보완하기 위한 물질로 국내외에서 연구되고 있다. 티타늄(Ti)은 인체에 미치는 영향이 적고 부식저항성이 작아 치과주조용 티타늄합금, 체내이식재료로 관심을 받고 있다[6]. 티타늄 계열 응집제로부터 발생한 티탄염 슬러지를 소성할 경우 산화티탄(TiO₂)을 생산할 수 있다[6]. 현재 TiO₂는 광촉매 기능이나 자외선 차단기능을 활용하여 첨가제로서 특히 섬유나 화장품의 중요한 성분으로 많이 이용되고 있다.

본 연구진에서 발표한 티타늄을 이용한 응집 관련 연구자료를 보면 낮은 응집제(TiCl₄) 농도와 높은 pH에서 인 제거효율이 낮았다[7]. 이는 염기성 조건에서 제타전위는 음의 값을 나타내고 있는데, TiCl₄가 제타전위를 중화시켜 응집하는데 도움을 주지만[8], 낮은 농도와 높은 pH에서는 제타전위의 중화를 기대하기 어려운 것으로 보인다. 콜로이드 안정성은 응집의 중요한 인자인데, 이것은 제타전위에 따라 정해진다. 제타전위의 절댓값이 0에 가까워짐에 따라 콜로이드 입자의 반발력은 감소하게 되고 콜로이드 안정성은 떨어지게 된다. 콜로이드 안정성이 떨어지게 되면, 불안정한 콜로이드는 응집하게 된다. 즉 제타전위의 절댓값을 작게 해줌으로써 콜로이드를 활성화시키고 그에 따라 응집효율을 증가시킨다[9]. 알칼리 토금속은 물에 넣으면 가수분해 되어 (+)전하를 가진 미립자가 발생하게 된다. 이렇게 나온 (+)전하를 가진 미립자는 TiCl₄의 제타전위 중화를 도와준다[8]. 따라서 수질인자 중 하나인 총경도(total hardness), 이온 강도(ionic strength) 등에 영향을 미치는 Ca²⁺은 TiCl₄의 제타전위의 중화를 도와 응집에 영향을 미침을 예상할 수 있다. 하지만 TiCl₄를 이용한 인 응집 처리 시 Ca²⁺이 인 제거에 미치는 영향을 보고한 문헌은 찾아보기 힘들다. 이에 TiCl₄ 농도([TiCl₄])에 따른 pH와 Ca²⁺ 농도([Ca²⁺])가 인 제거효율에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.

1) [TiCl₄]가 낮을 때는(0.12 mM) Ca²⁺을 주입함에 따라 인 제거효율이 증가하였다.

2) [TiCl₄] = 0.12 mM일 때 인 제거율 90% 이상을 얻기 위해서는 pH 7.0에서 Ca²⁺이 0.06 mM, pH 8.0에서 0.10 mM, pH 9.0에서 0.12 mM이상 필요하다.