KR20020016146A - 순환식 냉각시스템에서 냉각수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순환식 냉각시스템에서 냉각수 처리방법에 관한 것으로, 침전조 전단에 미생물 살균제 및 냉각시스템에 맞게 개량된 응집제를 투입하고 냉각타워 전단에 인산염계 부식방지제를 투입하는 냉각수 처리방법을 제공한다. 본 발명의 냉각수 처리방법은 침전 및 후단의 여과공정에서 효율적인 냉각수 처리를 수행할 수 있으며, 또한 근본적으로 미생물의 생장을 억제하여 미생물 부식을 저감하고 깨끗한 냉각수에 부식방지제를 투입함으로써 부식방지제의 손실을 최소화 할 수 있다.

Description

순환식 냉각시스템에서 냉각수 처리방법{Treatment methods of cooling water in recirculating cooling water system}

본 발명은 순환식 냉각시스템에서 냉각수 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 응집제와 미생물 살균제를 투입하여 침전효과와 여과효율을 높이고, 부식방지제를 더욱 투여하여 시설부식을 저감시키는 냉각수 처리방법에 관한 것이다.

냉각시스템은 일과식 냉각시스템, 밀폐식 냉각시스템, 순환여과식 냉각시스템으로 구분할 수 있으며, 대부분의 공장에서는 순환여과식 냉각시스템을 많이 적용하고 있다.

순환여과식 냉각시스템은 공정에서 사용된 냉각용수를 침전 및 여과 등의 물리적인 처리방법을 거쳐 정화시키고, 여기에 부식방지제를 투입한 다음 냉각타워에서 온도를 내린 후 다시 냉각시스템의 공정에 재이용되는 시스템이다. 냉각시스템은 냉각설비를 보호하고 냉각수의 수질 악화를 방지하기 위하여 사용한 냉각용수의 일정량은 버리고 새로운 용수를 공급받아 사용한다.

상기 냉각시스템의 공정상 발생하는 문제점은 재사용하는 냉각수를 침전 및 여과공정으로 정화시킨다고 하더라도 냉각수의 수질을 향상시키는데 한계가 있으며, 또한 대부분의 냉각수의 수온이 30 내지 50 도로 미생물이 성장하기 적절한 수온을 유지하기 때문에 대부분의 냉각시스템에서 미생물이 과도하게 성장하는 경우가 많이 발생한다. 미생물은 냉각시스템내에서 이동하면서 설비의 부식을 유발하여 실제로 현장에서 적용하였을 때 미생물에 의한 부식현상은 상당히 심각한 수준이다.

또한 사용한 냉각수가 여과공정을 거칠 경우 여재의 막힘현상이 빈번히 발생한다. 이는 침전조에서 충분히 정화처리 되지 못한 냉각수가 여과공정에 투입되기 때문이다. 이로 인해 여과공정에서 사용하는 여재의 역세공정에 많은 시간과 용수를 소비하게 된다. 또한 여과후의 처리수 수질은 대부분의 경우 만족할 만한 수준이 못되는 경우가 많다.

냉각시스템에서 공정 중 시설부식을 방지할 목적으로 냉각용수에 부식 방지제를 투입한다. 그러나 오염물이 많이 포함된 냉각용수에 부식 방지제를 투입할 경우 부식방지제의 주성분인 인산염이 냉각수중의 탁도 성분, 철이온 등과 반응하여 소모되는 양이 증가하고, 또한 미생물의 영양원으로 이용되어 투입한 부식방지제의 양에 비하여 적정효과를 기대하기 힘든 경우가 많다. 또한 적절한 수질의 관리가 곤란함으로 많은 양의 용수가 배출되고 새로 공급됨으로 인하여, 용수의 낭비와 적정 부식방지제의 농도를 유지하기 힘들기 때문에 부식방지제의 사용량도 증가하게 된다.

냉각시스템에서 스케일 방지를 위한 특허로는 대한민국 특허공고 제86-4386호의 냉각수 순화처리제와 일본특허 97-94598의 개방 순환식 냉각시스템의 부식방지제와 방지법이 있다. 일본특허 97-94598은 스케일 방지를 위한 운전조건 및 사용약품에서는 냉각수의 pH를 조절하는 방법을 기술하고 있다. 또한 일본특허 93-4096과 일본특허 97-239412에서는 냉각수에서의 스케일 방지를 위한 약품을 공지하고 있으나 냉각용수에 의한 시설부식 방지를 위한 것으로 냉각용수의 수질의 개선과 같은 근본적인 해결책을 제시하고 있지 못한 실정이다.

따라서, 본 발명은 냉각용수의 침전 및 여과효율을 높여 냉각수 수질을 개선할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 냉각시스템 내에서의 미생물 번식을 억제할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 냉각시스템을 간략하게 도시한 것이고,

도 2는 본 발명의 실시예 1을 실시하여 냉각수의 탁도를 측정한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 개방 순환식 냉각시스템에 있어서,

(a) 침전조 전단(2)에 황산반토(Alum)와 고분자응집제를 혼합한 응집제 혼합물을 투입하는 응집제 투입단계;

(b) 상기 (a)와 동시에 침전조 전단(2)에 미생물 살균제를 투입하는 살균제 투입단계; 및

(c) 냉각타워 전단(5)에 부식방지제를 투입하는 단계를 포함하는 순환식 냉각시스템에서 냉각수 처리방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 냉각시스템에서 냉각수를 처리하는 공정 중 냉각수의 오염물을 제거할 수 있는 방안을 고안하였다.

도 1은 냉각시스템을 간략하게 도시한 것으로, 냉각타워(1), 침전조 전단(2), 침전조(3), 여과장치(4) 및 냉각타워 전단(5)을 나타내었다.

본 발명은 냉각수의 오염물을 제거하기 위하여 오염물 응집제와 고분자응집제를 활용하였다. 응집은 진흙입자, 유기물, 세균, 조류, 색소, 콜로이드 등 탁도를 일으키는 콜로이드(colloid) 상태의 불순물을 제거하기 이하여 사용하는 방법으로, 오염된 지표수나 각종 폐수 처리에 많이 이용되어지는 공법이다. 콜로이드성 입자는 크기가 매우 작고 비중이 물과 거의 같기 때문에 잘 가라앉지도 표면에 떠오르지도 않으며 양전하 또는 음전하의 같은 전하끼리 대전하고 있으므로 서로간 반발에 의해 더욱 침전하기 어렵다. 하지만 응집제는 대전된 콜로이드성 입자에 전기적 중화를 유도하여 응집을 유도한다. 응집제는 무기응집제와 고분자 응집제가 있으며 각각 단독으로 사용하기도 하고 함께 병행하여 사용하기도 한다.

본 발명의 냉각수 처리를 위해 투입하는 응집제는 무기응집제와 고분자 응집제 모두를 사용한다. 바람직한 무기응집제는 황산반토(Alum), 폴리염화 알루미늄 (PAC), 황산 제 1철, 염화 제 2철이며 가장 바람직하게는 황산반토이다. 황산반토는 저렴하며 무독하고 취급이 용이할 뿐 만 아니라 황산반토에 의해 형성되는 결정이 부식성 자극이 없어 본 발명에 가장 적합하다.

본 발명의 고분자응집제는 고분자내의 여기저기에 콜로이드 입자들이 많이 흡착되어 큰 플록(flock)을 형성하는 가교작용을 하여 본 발명에서는 황산반토에 의해 응집된 오염물을 보다 큰 응집체로 형성하여 준다. 본 발명의 고분자 응집제는 알긴산소다, 전분, 제라틴 등의 천연 고분자 물질과 노니온·아니온계, 카치온계 등의 합성고분자가 바람직하고, 약아니온계 폴리아크릴 아미드가 가장 바람직하다. 고분자 응집제는 여과공정에서 오염물이 여과사에 부착되어 머드볼(mud ball) 형성을 방지하는 역할도 수행함으로 여과장치에서 역세효율의 증가와 여과수의 수질도 좋게 하는 효과도 가진다.

본 발명의 응집제와 고분자 응집제는 통상적으로 실시하는 방법대로 응집제를 먼저 투입하여 오염물을 응집시킨 후 다음 공정에서 고분자응집제를 투입하여 응집한 오염물을 보다 크게 만들어서 침전에 용이하게 하거나 동시에 투입하여 응집을 유도 할 수 있다. 본 발명에서는 기존의 냉각시스템의 설비를 개선하지 않고도 효과적으로 냉각수 오염물의 응집을 위하여 응집제와 고분자응집제를 동시에 투입하는 것이 바람직하였다.

본 발명의 응집제와 고분자응집제는 50 내지 70 중량 %의 황산반토(Alum, 18 %)와 30 내지 50 중량%의 고분자응집제(0.1 %)를 혼합한 응집제 혼합물이 바람직하고, 응집제 대 고분자응집제를 6 : 4 비율로 혼합하여 사용하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 응집제 혼합물은 침전조 전단(2)에 투입하며 투입량은 순환유량 1리터에 대해 0.7 mg 내지 1.5 mg 이 바람직하다.

통상적으로 여과보조제를 사용하여 오염물의 침전을 유도하고 있지만 상당히 고가이기 때문에 현장에 잘 적용되지 못하는 실정이다. 본 발명의 응집제 혼합물은 비용면에서 상당히 저렴하고 냉각수 처리효율에 있어서도 여과보조제와 유사한 효율을 나타내었다.

또한 본 발명에서는 침전조 전단(2)에 응집제 혼합물과 함께 미생물살균제를 투입하였다. 미생물살균제는 기존에 냉각타워 전단에 투입하여 실시되고 있다. 그러나 본 발명에서는 미생물 살균제를 침전조 전단에 투입함으로써 미생물이 많이 서식하는 침전조 내에서 미생물을 제거한다. 따라서 미생물 사체가 응집제와 반응하여 침전되어, 그 다음 과정인 여과공정에서의 과부하를 줄일 수 있다. 본 발명의 미생물 살균제는 NaOCl가 바람직하며, 침전조 전단에 잔류염소량 기준으로 0.3 ppm 이상 투입하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 냉각타워 전단(5)에 부식방지제(인산염계)를 투입한다. 본 발명의 부식방지제는 중합인산염 또는 정인산염이고, 부식방지제를 잔류 농도 5 ppm을 기준으로 투입하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 실시한 냉각시스템 내의 냉각수 정화방법을 도 1에 의거하여 하기에 설명한다.

[냉각수 정화방법]

(1) 냉각타워(1)에서 냉각된 냉각수는 순환한 다음 침전조 전단(2)으로 이동한다. 상기 침전조 전단에서는 본 발명의 응집제 혼합물과 미생물 살균제가 투입된다.

(2) 상기 침전조 전단에서 나온 냉각수는 침전조(3)로 유입된 후 오염물로 형성된 응집체는 침전된다.

(3) 상기 침전조에서 상층 냉각수는 여과기(4)로 유입되어 미세한 오염물을 제거한다.

(4) 상기 여과기에서 나온 냉각수는 냉각타워 전단(5)에 유입되고 이때 냉각타워 전단에서 부식방지제가 첨가된다. 그 후 냉각수는 냉각타워를 거친 후 순화하고 다시 상기 (1)번 단계를 거치게 된다.

상기와 같이 본 발명에서 개발된 화학적 처리를 수행함으로써 냉각수의 오염성분이 획기적으로 개선되어 불필요하게 반응하던 부식 방지제의 사용량을 절감할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

황산반토와 고분자 응집제 폴리아크릴아미드가 6 대 2비율로 혼합된 응집제 혼합물을 제조하였다. 냉각시스템의 여과사를 교체한 다음 상기 제조한 응집제 혼합물을 현장 공정 중 침전조 전단에 순화수량 리터당 1 mg을 투입하였다. 투입 후의 냉각수의 탁도를 석 달간 측정하였다. 탁도는 산란광 측정방법으로 측정하였다.

도 2는 본 발명의 응집제 혼합물을 투입한 후 냉각수의 탁도를 도시한 것으로, 99년 1월 4일에서 8월 16일까지의 현장에서 실시되어지는 냉각수 처리 시스템을 통해 처리된 냉각수의 탁도를, 그 이후 12월 6일까지는 여과사 교체 후의 탁도를, 그 다음날부터 2000년 2월 14일까지는 본 발명의 응집제 혼합물을 투입한 다음의 탁도를 도시한 것이다. 도 2에서 나타난 바와 같이 기존의 냉각수의 탁도가 10 내지 50 인 것에 비해 본 발명의 응집제 혼합물을 투여한 후 냉각수의 탁도가 5 이하로 저감됨을 알 수 있었다.

[실시예 2]

현장에서 가동 중이 냉각시스템에 본 발명의 미생물 살균제 투입을 적용하여 미생물 군락의 면화를 관찰하였다. 미생물 살균제 NaOCl을 침전조 전단에 0.3 ppm 이상 투입한 다음 냉각수에 존재하는 전체 박테리아와 미생물 부식을 유발하는 주된 박테리아인 황환원박테리아(SRB)의 군락수 변화를 관찰하고 하기 표에 나타내었다.

[표]

	전체 박테리아(cfu/mL)	황환원박테리아
	침전 전	침전 후	여과 후	침전 전	침전 후	여과 후
10월 25일	104	104	103	104	104	-
12월 22일	104	105	103	103	104	103
1월 6일	104	102	104	102	102	102
1월 21일	104	104	103	103	102	102
1월 12일	103	103	103	102	102	102
2월 16일	103	103	102	102	101	101

상기 표에서 나타난 바와 같이, 미생물살균제를 투입함으로써 황환원박테리아의 군락수가 크게 감소하여 거의 10¹내지 10²정도임을 확인할 수 있었다.

[실시예 3]

현장에서 가동 중이 냉각시스템에 본 발명의 정화방법인 실시예 1과 실시예 2를 동시에 적용하거나 또는 냉각타워 전단에 부식방지제 정인산염과 충합인산염을 잔류농도 5 ppm으로 투입하는 방법을 더욱 적용하여 냉각시스템에 발생하는 부식도를 관찰하였다. 부식도는 시편 무게감량측정방법으로 측정하였다.

본 발명의 냉각수 처리방법을 적용하기 이전의 부식도는 154 mdd로 부식 정도가 심하였으나 미생물 살균제와 응집제 처리만으로 부식도는 104 mdd로 감소하였으며, 이후 부식방지제를 미생물 살균제, 응집제와 동시에 처리하였을 때 24 mdd로 부식도가 개선되었다.

상기에 언급한 바와 같이, 본 발명의 냉각수 처리방법은 냉각수의 수질을 향상시키고 시설 부식을 저하시킨다. 또한 기존의 냉각수 처리방법에 비해 부식방지제의 사용량이 절감되고 고농축 냉각시스템 운전이 가능하여 용수 사용량을 절감 할 수 있다.

Claims (3)

1. 개방 순환식 냉각시스템에 있어서,

   (a) 침전조 전단(2)에 황산반토(Alum)와 고분자응집제를 혼합한 응집제 혼합물을 투입하는 응집제 투입단계;

   (b) 상기 (a)와 동시에 침전조 전단(2)에 미생물 살균제를 투입하는 살균제 투입단계; 및

   (c) 냉각타워 전단(5)에 부식방지제를 투입하는 단계;

   를 포함하는 순환식 냉각시스템에서 냉각수 처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 (a)항의 응집제 혼합물은 50 내지 70 중량%의 황산반토와 30 내지 50 중량%의 고분자응집제를 포함하는 순환식 냉각시스템에서 냉각수 처리방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 (a)항의 응집제 혼합물을 침전조 전단(2)에 순환유량 1리터에 대해 0.7 mg 내지 1.5 mg을 투여하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템에서 냉각수 처리방법.