KR101457026B1 - 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치 - Google Patents

열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은 공급수인 해수(소금물)를 전기분해하여 살균제를 발생시킬 수 있도록 양극 및 음극을 갖는 전기분해셀(310)과, 전기분해셀의 양극과 음극 사이에 직류전원을 공급하는 직류전원 공급수단(320), 및 공급수 또는 전기분해셀에서 발생된 살균제가 포함된 살균수를 열교환기(120)를 거쳐 유동시키고 제어하는 유동 제어수단으로 구성된다. 이 발명은 소금물을 전기분해하여 발생한 살균제를 열교환기에 순환시킴으로써 열교환기에 생물이 부착되는 것을 방지함과 더불어 열교환기에 형성된 슬라임을 제거할 수 있어, 열교환기를 깨끗하게 관리할 수 있어서 물을 장시간 동안 저수조에 원활하게 공급가능하며, 열교환기의 보수 유지에 소비되는 비용을 절약할 수 있는 장점이 있다.

Description

열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치{The electrolysis system for the removal of slimes}
이 발명은 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소금물을 전기분해하여 발생한 살균제를 열교환기에 순환시킴으로써 열교환기에 생물이 부착되는 것을 방지함과 더불어 열교환기에 형성된 슬라임을 제거하는 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치에 관한 것이다.
담수어 또는 해수어를 양식하는 활어수조에서는 물을 이용하여 활어를 양식하고 있다.
도 1은 담수어 및 해수어를 양식하는 공정 구성으로 저수조(110)와 열교환기(120, heat exchanger)로 구성된다. 여기서, 열교환기(120)는 고온액체와 저온액체와의 2개의 유체 사이에서 열의 이동을 실시해 적정한 수온의 물이 저수조(110)에 공급되도록 하는 역할을 한다. 이와 같은 구성에서 발생하는 주요 문제는 열교환기에 슬라임(미생물 군집)이 발생하는 것이다.
도 2는 생물이 열교환기의 튜브에 부착되는 과정을 나타낸 것으로서, 그 과정을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 열교환기의 표면에 유기물(단백질)이 부착된다(S210). 이 유기물을 기초로 박테리아가 착생 및 번식을 하여 박테리아층을 형성한다(S220). 이후, 박테리아층에 해수 중의 유기물이나 오니(슬러지) 등이 부착하여 슬라임층을 형성한다(S230). 여기까지가 초기 오염단계로서 유기물(단백질) 부착단계부터 슬라임층 형성단계까지 수 시간 정도가 소요된다. 이후, 슬라임층 위에 조류가 착생하고(S240), 이 조류를 발판으로 생물의 유생이 부착/번식/성장을 하게 된다(S250). 이와 같이 생물이 부착되면, 열교환기가 폐쇄되어 활어수조에 해수가 원활하게 공급되지 못하게 되고, 이로 인해 냉각(또는 승온) 효율이 저하되어 활어가 폐사되는 문제가 발생한다. 따라서, 열교환기에 생물이 부착되지 못하도록 관리하는 것이 중요하다.
생물이 열교환기에 부착되지 못하도록 하는 기술로서, 종래에는 화학적 방법, 물리적 방법, 기계적 방법 등이 사용되었다. 화학적 방법으로는 염소, 과산화수소와 같은 산화살균제를 이용하는 방법 등이 있고, 물리적 방법으로는 자외선 조사방법, 초음파 방법, 고온수처리 방법 등이 있으며, 기계적 방법으로는 필터를 이용한 방법, 청소로봇을 이용한 청소방법 등이 있다. 그러나, 종래의 이러한 방법들은 효과가 미비하거나 수명이 짧거나 비용이 비싼 문제점 등이 있다.
이러한 종래의 방법들의 문제점을 보완하기 위한 전기화학적 살균방법으로서, 화학약품을 사용하는 대신에 해수를 전기분해하여 염소계 살균제(차아염소산, 염소, 차아염소산나트륨)를 생성하거나, 금속(구리, 은) 이온을 용출하는 방법 등이 제안되었다.
전기화학적 방법에 의해 해양생물을 제거하는 방법이 기재된 간행물로는, 일본 특개소 제61-143587호, 일본 특개소 제61-213384호, 일본 특개평2-209696호, 일본 특개평 제7-207645호 등이 있다. 또한, 전기화학적 방법과 전기적 방법의 혼합형으로는 대한민국 특허출원 제2006-65175호가 있다. 대한민국 특허출원 제2006-65175호는 전기충격과 전기분해에 의한 차아염소산을 이용하여 해양생물이 부착되지 못하도록 방지하는 기술이다. 그런데, 상술한 종래기술들은 장치의 구성이 복잡하고, 전위를 정밀하게 제어해야 하는 문제점을 가지고 있다.
일반적으로 소금물을 전기분해하여 살균제를 생성하는 원리 및 소독에서 발생하는 부산물의 생성은 다음과 같다.
활성물질(살균물질)의 생성
물속에 염소이온(chloride ion)이 있는 물을 전기분해하면 양극에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.
[반응식 1]
2Cl- → Cl2 + 2e- Eo=1.359V at 25℃
[반응식 2]
2H2O→ O2 + 4H+ + 4e- Eo=1.229V at 25℃
소금물 전기분해에 이용하는 전극은 산소 발생반응(반응식 2)을 억제하고, 염소 발생반응(반응식 1)을 촉진하는 촉매를 적용한다. 소금물 중에 존재하는 양이온 Na+와 물에 존재하는 H+ 이온은 음극으로 이동을 하여 다음과 같은 반응이 일어난다.
[반응식 3]
Na++e- → Na Eo= -2.71 V
[반응식 4]
2H++2e- → H2 Eo=0.0 v
[반응식 5]
2H2O+2e- → H2+2OH- Eo=-0.828
반응식 1에 의해 발생한 염소(Cl2)는 매우 물에 잘 녹는 화학물질이다(0.64ml/ml- H2O). 물에 녹은 염소는 Hypochlorous Acid(HClO)(차아염소산)로 분해되며(반응식 6), Hypochlorous Acid(HClO)는 가수분해되어 Hypochlorite ions(ClO-)(하이포아염소산 이온)이 된다(반응식 7). 또한, Hypochlorite ions(ClO-)은 소금물 중에 Na+이온과 반응하여 차아염소산나트륨을 형성한다(반응식 8).
[반응식 6]
Cl2(g)+H2O(l) → HOCl(aq) + H+(aq)+2Cl-(aq)
[반응식 7]
HOCl(aq) → H+(aq)+ClO-(aq)
[반응식 8]
Na+(aq)+ClO-(aq) → NaClO(aq)
Hypochlorous Aacid(HClO)와 Hypochlorite ion(ClO-)의 혼합물을 FAC(free active chlorine)이라고 한다.
소금물에 존재하는 활성물질의 형태는 pH에 의해 결정된다. 천연해수나 인공 소금물은 pH가 약 8로, 염소의 존재형태는 Hypochlorous Acid(HClO) 또는 Hypochlorite ions(ClO-)이 된다.
물속에는 무기계 질소와 유기계 질소가 존재한다. Hypochlorous Acid(HClO)는 질소화합물(예, 아민(amines) R-NH2 또는 암모늄(Ammonium) NH4)과 반응하여 할로겐아민(Halogenamines)이라고 하는 N-chloro 화합물을 생성한다. 모든 할로겐아민과 FAC는 Total Available Oxidant 또는 Total Residual Oxidant(TRO)로 측정된다.
소독부산물의 생성
해수 또는 소금물 전기분해 시스템은 소독 부산물(Disinfection By-Products, DBPs)을 생성한다. 이는 유기물과 염소의 화학반응에 의해 생성된다.
염소 소독과정에서 생성되는 주된 부산물은 THMs과 Haloacetic acids(HAAs)로 표 1과 같으며, 다음과 같은 메커니즘에 의해 생성되는 것으로 알려져 있다.
(1) 트리할로메탄(THM, Trihalomethanes)
[반응식 9]
RCOCH3 + 3HOX → CHX3 + RCOOH + 2H2O (X=Br or Cl)
(2) 할로아세틱액시드(HAAs, Halogenated acetic acids)
[반응식 10]
RCHO + HOX → RCOOH + H+ + X-
[반응식 11]
RCOOH + HOX→ RXCOOH + H2O
[반응식 12]
RXCOOH + HOX→ RX2COOH + H2O
[반응식 13]
RX2COOH + HOX → RX3COOH + H2O
[표 1] 소독부산물의 예
Figure 112012083670652-pat00001
이와 같이 전기화학적 원리를 이용하여 생성되는 염소계 살균제를 사용하는 경우, 염소계 살균제는 매우 강력한 살균 작용을 하여 열교환기에 생물이 부착되지 못하도록 하는 기능을 하나, 살균제의 농도가 높아지면 소독 부산물의 발생 및 활어수조에 있는 어류까지도 사멸시킬 수 있고 인체에도 나쁜 영향을 주는 등의 문제점이 있어, 이에 대한 정밀한 설계가 요구된다.
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소금물을 전기분해하여 발생한 살균제를 열교환기에 순환시킴으로써 열교환기에 생물이 부착되는 것을 방지함과 더불어 열교환기에 형성된 슬라임을 제거하는 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치는, 공급수인 해수(소금물)를 전기분해하여 살균제를 발생시킬 수 있도록 양극 및 음극을 갖는 전기분해셀과, 상기 전기분해셀의 양극과 음극 사이에 직류전원을 공급하는 직류전원 공급수단, 및 상기 공급수 또는 상기 전기분해셀에서 발생된 상기 살균제가 포함된 살균수를 열교환기를 거쳐 유동시키고 제어하는 유동 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치는, 소금물을 전기분해하여 살균제를 발생시킬 수 있도록 양극 및 음극을 갖는 전기분해셀과, 상기 전기분해셀의 양극과 음극 사이에 직류전원을 공급하는 직류전원 공급수단과, 상기 전기분해셀에 공급하기 위한 상기 소금물을 저장하는 소금물 저장수단, 및 상기 소금물 저장수단 내의 소금물 또는 상기 전기분해셀에서 발생된 상기 살균제가 포함된 살균수를 열교환기를 거쳐 유동시키고 제어하는 유동 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 유동 제어수단에 의해 상기 열교환기를 거쳐 유동하는 상기 살균수를 중화제와 반응시켜 상기 살균수 내의 살균제를 제거한 후 외부로 배출하는 중화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 유동 제어수단은 상기 전기분해셀을 통과하지 않는 분기 라인과, 상기 분기 라인에 설치되는 밸브를 더 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 직류전원 공급수단은 상기 전기분해셀에서 발생하여 상기 열교환기로 유동하는 상기 살균제의 농도가 0.1 ~ 50 ppm을 유지하는 직류전원을 상기 전기분해셀의 양극과 음극 사이에 공급하는 것을 특징으로 하다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 전기분해셀에서 발생하여 상기 열교환기 및 상기 중화수단을 거쳐 외부로 배출되는 배출수 내의 살균제의 농도를 0.1 ppm 이하로 유지시키는 탈염소수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 소금물의 농도를 1,000 ~ 40,000 ppm으로 유지시키는 농도 유지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 발명은 소금물을 전기분해하여 발생한 살균제를 열교환기에 순환시킴으로써 열교환기에 생물이 부착되는 것을 방지함과 더불어 열교환기에 형성된 슬라임을 제거할 수 있어, 열교환기를 깨끗하게 관리할 수 있어서 물을 장시간 동안 저수조에 원활하게 공급가능하며, 열교환기의 보수 유지에 소비되는 비용을 절약할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 기존의 활어 저수조에 물을 공급하는 방식을 나타낸 개념도이고,
도 2는 열교환기에 생물이 부착하는 과정을 도시한 흐름도이고,
도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치(해수인 경우)의 개략도이고,
도 4는 이 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치(담수인 경우)의 개략도이고,
도 5는 이 발명에 따른 모의실험용 장치의 블록도이며,
도 6은 이 발명에 따른 모의실험용 장치의 사진이다.
아래에서, 이 발명에 따른 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치(해수인 경우)의 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치는 공급수인 해수(소금물)를 전기분해하여 살균제를 발생시킬 수 있도록 양극 및 음극을 갖는 전기분해셀(310)과, 전기분해셀(310)의 양극과 음극 사이에 직류전원을 공급하는 직류전원 공급수단(320)과, 공급수 또는 전기분해셀(310)에서 발생된 TRO가 포함된 살균수를 열교환기(120)를 거쳐 유동시키고 제어하는 유동 제어수단(330), 및 유동 제어수단(330)에 의해 열교환기(120)를 거쳐 유동하는 살균수를 중화제와 반응시켜 살균수 내의 TRO를 제거한 후 외부로 배출하는 중화수단(340)으로 구성된다.
여기서, 전기분해셀(310)은 고온액체와 저온액체와의 2개의 유체 사이에서 열의 이동을 실시해 적정한 수온의 물을 활어를 보관하는 저수조(110)에 공급되도록 하는 열교환기(120)의 전단에 설치된다. 즉, 전기분해셀(310)은 유동 제어수단(330)을 구성하는 메인 라인에 설치하되, 열교환기(120) 전단에 위치하도록 설치된다.
따라서, 이 실시예의 장치는 전기분해셀(310)에 직류전원 공급수단(320)에서 직류전원을 공급하면 해수가 통과하면서 상기 반응식 1 내지 반응식 8 사이의 반응이 일어난다. 이러한 전기분해셀(310)에서의 전기분해에 의해 생성된 TRO는 살균제로서, 열교환기(120)로 공급되는 해수에 포함된 생물이 열교환기(120)에 부착되는 것을 방지할 뿐만 아니라 열교환기에 존재하는 슬라임을 제거하게 된다.
상기와 같이 생물 부착을 방지하고 슬라임을 제거한 TRO가 포함된 살균수는 중화공정을 거쳐 외부로 배출된다. NaOCl을 제거하는 방법은 촉매를 사용하거나 화학약품을 이용해 중화가 가능하다. 그런데, 이 실시예에서는 TRO가 포함된 살균수를 중화수단(340)에서 중화제와 반응시켜 TRO를 제거한 후 배출하도록 구성한 것이다. 일반적으로 적용가능한 중화제로는 이산화황(sulfur dioxide, SO2), 중아황산나트륨(sodium bisulfite, NaHSO3), 아산황산나트륨(sodium sulfite, Na2SO3), 티오황산나트륨(sodium thiosulfate, Na2S2O3) 등이 있다. 이때, 주요 화합물과 유효염소와의 반응식은 다음과 같다.
[반응식 14]
Na2S2O3 + Cl2 + H2O → Na2S04 + S + 2HCl
아래에서는 이 실시예에 따른 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치를 운전하는 방법에 대해 설명한다.
해수 공급 모드
슬라임이 형성되는 않은 경우에 해수는 모든 라인 l1 → l2 → l3 → l4 → l5 → l10 라인을 거쳐 저수조(110)에 공급되며, 이때 l4 라인에 있는 전기분해셀(310)은 전기를 공급하지 않는 모드(Mode)로 운영된다. 도 3에서, 도면부호 331은 메인 라인에 설치되며 유동 제어수단(330)을 구성하는 펌프를 나타내고, 도면부호 332는 전기분해셀(310)의 보수 및 유지하기 위해 메인 라인에서 분기된 분기 라인에 설치되며 유동 제어수단(330)을 구성하는 밸브를 나타낸다. 슬라임이 형성되지 않은 경우에도 전기분해셀(310)로 해수를 공급하는 것은 전극에 전기분해 과정에서 부착된 스케일(칼슘, 마그네슘 등의 축적물)을 제거하기 위해서다.
슬라임제거 모드
슬라임을 제거하기 위해서는 유동 제어수단(330)을 구성하는 밸브 V1과 밸브 V6을 이용해 경로를 차단하고, 해수를 l3 → l4 → l5 → l6 → l7 라인을 따라 순환시킨다. 이때, l4 라인에 있는 전기분해셀(310)은 직류전원 공급수단(320)을 통해 직류전원이 공급되어 해수를 전기분해한다. 이때, 상기 순환 라인 l3 → l4 → l5 → l6 → l7 라인에서 운영하는 살균제 TRO 농도는 0.1 ~ 50 ppm 내외가 적합하다. 여기서, 0.1 ppm TRO 보다 낮은 농도는 살균대상이 되는 미생물이 사멸하지 않는 농도이며, 50 ppm TRO 이상은 필요 이상의 염소가 공급되어 전기에너지의 낭비가 일어나기 때문이다. 즉, 이 실시예에서는 전기분해셀(310)에서 발생하여 열교환기(120)로 유동하는 살균제 TRO 농도가 0.1 ~ 50 ppm을 유지하는 직류전원을 직류전원 공급수단(320)에서 전기분해셀(310)의 양극과 음극 사이에 공급하도록 제어하면 된다.
배출수 모드
슬라임의 제거가 완료되면, 해수는 l1 → l2 → l3 → l4 → l5 → l6 → l8 라인을 따라 중화수단(340)으로 공급된다. 그러면, 중화수단(340)에서는 TRO가 포함된 해수를 중화제와 반응시켜 TRO를 제거한 후 l9 라인을 통해 외부로 배출한다. 이러한 중화공정을 거쳐 배출되는 TRO의 농도는 0.1 ppm 이하로 하여 생태계에 영향을 주지 않도록 한다. 즉, 이 실시예는 전기분해셀(310)에서 발생하여 열교환기(120) 및 중화수단(340)을 거쳐 외부로 배출되는 배출수 내의 살균제 TRO 농도를 0.1 ppm 이하로 유지시키는 탈염소수단(도시안됨)을 더 갖도록 구성된다.
도 4는 이 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치(담수인 경우)의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치는 소금물을 전기분해하여 살균제를 발생시킬 수 있도록 양극 및 음극을 갖는 전기분해셀(410)과, 전기분해셀(410)의 양극과 음극 사이에 직류전원을 공급하는 직류전원 공급수단(420)과, 전기분해셀(410)에 공급하기 위한 소금물을 저장하는 소금물 저장수단(430), 및 소금물 저장수단(430) 내의 소금물 또는 전기분해셀(410)에서 발생된 TRO가 포함된 살균수를 열교환기(120)를 거쳐 유동시키고 제어하는 유동 제어수단(440), 및 유동 제어수단(440)에 의해 열교환기(120)를 거쳐 유동하는 살균수를 중화제와 반응시켜 살균수 내의 TRO를 제거한 후 외부로 배출하는 중화수단(450)으로 구성된다.
여기서, 전기분해셀(410)은 고온액체와 저온액체와의 2개의 유체 사이에서 열의 이동을 실시해 적정한 수온의 물을 활어를 보관하는 저수조(110)에 공급되도록 하는 열교환기(120)의 전단에 설치된다. 즉, 전기분해셀(410)은 유동 제어수단(440)을 구성하는 메인 라인에 설치하되, 열교환기(120) 전단에 위치하도록 설치된다.
따라서, 이 실시예의 장치는 전기분해셀(410)에 직류전원 공급수단(420)에서 직류전원을 공급하면 해수에서와 같이 반응식 1에 의해 차아염소산나트륨(NaOCl)이 생성되며, 이러한 차아염소산나트륨에 의해 열교환기(120)로 공급되는 담수에 포함된 생물이 열교환기(120)에 부착되는 것을 방지할 뿐만 아니라 열교환기(120)에 존재하는 슬라임을 제거하게 된다.
상기와 같이 생물 부착을 방지하고 슬라임을 제거한 TRO가 포함된 배출수는 해수와 동일한 중화공정을 거쳐 외부로 배출된다. 이러한 중화공정을 거쳐 배출되는 TRO의 농도는 0.1 ppm 이하로 하여 생태계에 영향을 주지 않도록 한다. 즉, 이 실시예는 전기분해셀(410)에서 발생하여 열교환기(120) 및 중화수단(450)을 거쳐 외부로 배출되는 배출수 내의 살균제 TRO 농도를 0.1 ppm 이하로 유지시키는 탈염소수단(도시안됨)을 더 갖도록 구성된다.
아래에서는 이 실시예에 따른 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치를 운전하는 방법에 대해 설명한다.
담수공급 모드
열교환기에 슬라임이 형성되는 않은 경우에 담수는 l1 → l3 → l4 → l5 → l11 라인을 거쳐 저수조(110)에 공급되며, 이때 l4 라인에 있는 전기분해셀(410)은 전기를 공급하지 않는 모드(Mode)로 운영된다. 도 4에서, 도면부호 441은 메인 라인에 설치되며 유동 제어수단(440)을 구성하는 펌프를 나타내고, 도면부호 442는 전기분해셀(410)의 보수 및 유지하기 위해 메인 라인에서 분기된 분기 라인에 설치되며 유동 제어수단(440)을 구성하는 밸브를 나타낸다. 슬라임이 형성되지 않은 경우에도 전기분해셀(410)을 통과시켜 담수를 공급하는 것은 전극에 전기분해 과정에서 부착된 스케일(칼슘, 마그네슘 등의 축적물)을 제거하기 위해서다.
슬라임제거 모드
슬라임을 제거하기 위해서는 유동 제어수단(440)을 구성하는 밸브 V1과 밸브 V6을 제어하여 담수공급 경로를 차단하고, 소금물 저장수단(430)의 소금물을 l3 → l4 → l6 → l7 → l8 라인을 따라 순환시킨다. 이때, l4 라인에 있는 전기분해셀(410)은 직류전원 공급수단(420)을 통해 직류전원이 공급된다. 여기서, 라인에서 운영하는 살균제 TRO 농도는 0.1 ~ 50 ppm 내외가 적합하다. 0.1 ppm 보다 낮은 농도는 살균대상이 되는 미생물이 사멸하지 않는 농도이며, 50 ppm 이상은 필요 이상의 염소가 공급되어 전기에너지의 낭비가 일어나기 때문이다. 즉, 이 실시예에서는 전기분해셀(410)에서 발생하여 열교환기(120)로 유동하는 살균제 TRO 농도가 0.1 ~ 50 ppm을 유지하는 직류전원을 직류전원 공급수단(420)에서 전기분해셀(410)의 양극과 음극 사이에 공급하도록 제어하면 된다.
한편, 담수를 전기분해하는 경우 에너지 소비량이 급격히 증가하게 되므로, TRO를 효과적으로 생성하기 위해 라인에 NaCl 농도를 1,000 ~ 40,000 ppm을 내외에서 유지하는 것이 바람직하다. 즉, 이 실시예는 소금물의 농도를 1,000 ~ 40,000 ppm으로 유지시키는 농도 유지수단(도시안됨)을 더 갖도록 구성하면 된다.
배출수 모드
슬라임의 제거가 완료되면 소금물은 l1 → l2 → l4 → l5 → l6 → l7 → l9 → l10 라인을 통과하여 외부로 배출된다. 한편, l9 라인의 소금물에는 TRO가 포함되어 있으므로 이를 중화제와 중화수단(450)에서 혼합해 TRO를 0.1 ppm으로 제거한 후 외부로 배출한다.
[실험예]
1. 장치 및 운전조건
이 발명의 평가를 위한 모의실험용 장치는 2m3 해수/hr의 처리 용량을 가지며, 도 5와 같이 구성했다. 도 5는 이 발명에 따른 모의실험용 장치의 블록도이고, 도 6은 이 발명에 따른 모의실험용 장치의 사진이다. 이 모의실험용 장치의 설계기준은 표 2에, 전기분해셀의 사양은 표 3에 각각 나타냈다. 전해조에서 생성되는 산화제의 농도는 직류정류기에서 공급하는 전류값을 통해 조절하였다.
[표 2] 설계 자료
Figure 112012083670652-pat00002
[표 3] 전기분해셀 사양
Figure 112012083670652-pat00003
2. 운전 및 평가
가. 살균단계
미생물수 탱크(T1)에 미생물 군체를 조절하여 P1 펌프를 통해 메인 라인의 샘플링 탱크(T3)로 이동시켰다. 이때, 메인 라인에서 분기된 분기 라인으로 해수를 P2 펌프를 통해 전해조에 공급하고, 전해조에 전류를 인가하여 메인 라인의 농도를 조절하였다. 실험에 사용한 해수의 조건은 다음 표 4와 같으며, 표 5는 T1 미생물수 탱크(T1) 내 미생물의 종류이다.
[표 4] 해수의 조건
Figure 112012083670652-pat00004
[표 5] 실험에 사용된 미생물수 탱크(T1)내 미생물 종류
Figure 112012083670652-pat00005
나. 배출단계
샘플링 탱크(T3)에서 P3 펌프를 통해 샘플링 탱크(T5)로 이동시키면서, 해수에 존재하는 산화제를 중화시켰다.
다. 샘플링
샘플링은 S1 ~ S6의 6곳에서 수행했다. 샘플은 화학분석과 성능분석에 이용했다. S2는 성능평가를 위해 대조군으로 사용된 대조군 탱크(T2)에서의 미생물 분석, S3은 전해조에서 생성된 TRO의 농도 분석, S4는 메인 라인에 혼합된 후의 TRO 농도 분석, S5, S6은 성능평가와 부산물 분석을 위한 샘플링 위치이다.
3. 결과
가. 미생물 제거
다음 표 6은 해수의 조건이 PSU 33 기준과 PSU 20 기준에서 미생물수 탱크(T1)에 존재하는 미생물을 전기분해에 의해 생성된 TRO 농도 20ppm로 살균한 후, 샘플링 탱크(T3)에서 미생물을 측정한 것이다. 미생물 제거가 TRO 20 ppm에서 완전한 사멸이 가능함을 알 수 있었다.
[표 6] 미생물 사멸 평가
Figure 112012083670652-pat00006
나. 배출수 분석
다음 표 7은 중화처리된 후 해수를 샘플링 탱크(T5)에서 채취하여 부산물 DBPs를 화학적 분석한 결과이다. 참고로 세계주요국의 규제치와 실험결과를 비교하였다. 결과로, 음용수 수준이하의 부산물이 생성됨을 확인할 수 있었다.
[표 7] 세계 보건기구 및 미국의 규제농도와 본 실험의 결과 비교
Figure 112012083670652-pat00007
다. 급성독성(Acute Toxicity) 평가
중화처리된 후 해수를 샘플링 탱크(T5)에서 채취하여 배출수의 생태환경영향 평가를 하였다. 표 8은 독성평가를 위해 사용된 미생물과 평가 방법을 나타냈다. 처리수는 배지를 0.0, 6.25, 12.5, 25.0, 50.0 및 100% 희석하여 평가하며, 평가시간은 최대 4일간이다.
[표 8] 평가에 사용된 미생물 및 생물
Figure 112012083670652-pat00008
급성독성 결과는 다음 표 9, 표 10과 같다. 표에서 같이 배출수를 중화처리하여 외부계로 배출하여도 무해함을 알 수 있었다.
[표 9] 33 PSU에서 급성독성 평가
Figure 112012083670652-pat00009
[표 10] 20 PSU에서 급성독성 평가
Figure 112012083670652-pat00010
4. 결론
(1) 열교환기의 슬라임을 대신해 모의 미생물을 가지고 평가를 수행한 결과, 열교환기의 슬라임 제거를 위한 전기분해셀의 설계와 배출수의 생태계에 영향을 주지 않는 설계가 가능함을 알 수 있었다.
(2) TRO 농도 20 ppm은 1시간 기준의 살균제 농도로 짧은 시간내 처리를 위해서는 20 ppm 이상의 고농도 처리를, 1시간 보다 긴시간 처리를 위해서는 저농도 처리가 가능함을 알 수 있었다.
(3) 중화처리 공정에서 TRO 농도를 0.1 ppm으로 유지하면 부산물의 발생 억제와 배출수의 해양생태계에 영향이 없음을 알 수 있었다.
이상에서 이 발명에 따른 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
110 : 저수조 120 : 열교환기
310 : 전기분해셀 320 : 직류전원 공급수단
330 : 유동 제어수단 340 : 중화수단

Claims (8)

  1. 공급수인 해수(소금물)를 전기분해하여 살균제를 발생시킬 수 있도록 양극 및 음극을 갖는 전기분해셀과,
    상기 전기분해셀의 양극과 음극 사이에 직류전원을 공급하는 직류전원 공급수단, 및
    상기 공급수 또는 상기 전기분해셀에서 발생된 상기 살균제가 포함된 살균수를 열교환기를 거쳐 유동시키고 제어하는 유동 제어수단을 포함하고,
    상기 유동 제어수단은 상기 전기분해셀을 통과하지 않는 분기 라인과, 상기 분기 라인에 설치되는 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치.
  2. 소금물을 전기분해하여 살균제를 발생시킬 수 있도록 양극 및 음극을 갖는 전기분해셀과,
    상기 전기분해셀의 양극과 음극 사이에 직류전원을 공급하는 직류전원 공급수단과,
    상기 전기분해셀에 공급하기 위한 상기 소금물을 저장하는 소금물 저장수단, 및
    상기 소금물 저장수단 내의 소금물 또는 상기 전기분해셀에서 발생된 상기 살균제가 포함된 살균수를 열교환기를 거쳐 유동시키고 제어하는 유동 제어수단을 포함하고,
    상기 유동 제어수단은 상기 전기분해셀을 통과하지 않는 분기 라인과, 상기 분기 라인에 설치되는 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유동 제어수단에 의해 상기 열교환기를 거쳐 유동하는 상기 살균수를 중화제와 반응시켜 상기 살균수 내의 살균제를 제거한 후 외부로 배출하는 중화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 직류전원 공급수단은 상기 전기분해셀에서 발생하여 상기 열교환기로 유동하는 상기 살균제의 농도가 0.1 ~ 50 ppm을 유지하는 직류전원을 상기 전기분해셀의 양극과 음극 사이에 공급하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 전기분해셀에서 발생하여 상기 열교환기 및 상기 중화수단을 거쳐 외부로 배출되는 배출수 내의 살균제의 농도를 0.1 ppm 이하로 유지시키는 탈염소수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 직류전원 공급수단은 상기 전기분해셀에서 발생하여 상기 열교환기로 유동하는 상기 살균제의 농도가 0.1 ~ 50 ppm을 유지하는 직류전원을 상기 전기분해셀의 양극과 음극 사이에 공급하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 소금물의 농도를 1,000 ~ 40,000 ppm으로 유지시키는 농도 유지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 생물 부착 방지 겸용 슬라임 제거장치.
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