KR20140072850A - 냉각수처리 시스템에서 생물막의 생성예방 및 제거방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각탑을 포함하는 냉각수처리 시스템내에서 항상 생성되는 부식, 스케일, 오염물질부착, 미생물(박테리아)번식, 문제들은 생물막(Biofolm/Slime) 생성이 주 원인이고, 발생을 유도하는 핵심물질이기 때문에, 생물막을 예방하거나 제거하기 위해서는 이산화염소(chlorine dioxide)라는 살균소독제물질이 가장 적합하고 탁월한 물질이며, 이의 적용방법도, 단독 또는 기존 전통적인 처리약품들과 함께 병행처리가 될 수 있어, 각각의 효과성과 재현성으로 그 효율성도 극대화 되므로서,기존 처리약품으로는 처리할 수 없었던 오염농도가 높은 냉각수나 특정물질이 오염된 냉각수도 용이하게 처리 될 수 있다.
따라서 냉각탑을 포함하는 모든 열교환 장치가 갖고 있는 부식, 스케일, 오염물부착, 미생물(박테리아) 번식의 문제점들을 75％∼90％이상, 바람직하게는 90％이상 경감시키므로서 경제성은 물론 환경위해성 문제도 동시에 해결 할 수 있다.

Description

냉각수처리 시스템에서 생물막의 생성예방 및 제거방법{Prevention and removal methodes of Biofilm in cooling water treatment system.}

본 발명은 일상생활 또는 산업시설에 가장 많이 사용하고 있는 물처리 분야 중, 냉각탑을 비롯한 냉각수 처리 시스템 분야로서, 시스템내에서 항상 발생되고 있는 부식, 스케일, 오염물 부착, 미생물(박테리아)의 번식, 등의 문제점들을 해결하기 위하여 전통적으로, 부식방지제, 스케일 방지제 및 분산제, 살균소독제 등 많은 종류의 처리약품을 사용하여 왔다.

이런 전통적인 처리방법은 오염농도가 거의 없는 냉각수 처리 시스템에는 효과적인 처리방법으로 될 수도 있으나, 산업시설 같이 오염농도가 높은 냉각수, 특정물질이 함유된 냉각수, 재순환시키어 오염농도가 증가하는 냉각수 처리 시스템에서는 상기한 문제점들을 해결하지 못하고, 오히려 부식을 촉진시키어 보수유지비용을 증가시키고, 스케일 생성 촉진으로 인한 열전달 효율성을 감소시키어 에너지 비용을 증가시키고, 처리약품비용이 급속하게 증가하고, 병원성 바이러스(레지오넬라균 등) 번식으로 인한 환경 위해성 문제가 대두되고 있는 실정이다.

이들 문제점들을 해결하여 경제적이고 환경 위해성이 없는 냉각수처리시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 명확성을 위하여, 아주 오랜 기간동안 선진국에서 이산화염소(chlorine dioxide)물질과, 부식, 스케일, 오염물부착, 미생물번식 문제를 일으키는 냉각수처리시스템에 대한, 수많은 연구사례를 중심으로 한 관련보고서, 실증된 자료논문, 문헌등을 종합적이고 논리적으로 분석하여, 본 발명에서 이용될수 있는 내용을 중심으로 간략하게 다음과 같이 나누어 기술한다.

-. 부식 발생과 생물막으로 인한 생물학적 부식 과정

-. 스케일 생성과정과 생물막의 역할

-. 미생물 번식과 생물막 생성과정

-. 이산화염소(chlorine Dioxide)의 역사적 배경

-. 이산화염소(chlorine Dioxide)의 물리화학적 특성과 그 효능을 기술하고 종합적으로 내용을 정리했다

인류가 가장 많이 사용하는 물은 자연적인 만능용매(Universal Solvent)로서 가스(산소, 탄산가스등)나 수많은 무기물, 유기물등이 녹아 있어, 우리가 일상생활이나 산업시설에 필요한 냉각탑을 포함하는 냉각수처리 시스템에 대해서는 항상 부식문제, 스케일문제, 오염물부착문제, 미생물(박테리아) 번식문제가 대두되고 있어, 지금까지 이들을 어떻게 과학적인 방법을 갖고 효과적으로 접근하는지가 모든 엔지니어들의 과제라고 하여도 과언이 아니다.

지금까지는 이런 문제 해결을 위하여 부식방지제, 스케일방지제 및 분산제, 미생물살균소독제등 수많은 종류의 화학약품을 사용하여 왔다.

그러나 오염이 극히 적은 냉각수처리 시스템에서는 기존 전통적처리 약품들로 성공적으로 운영관리 된다고 보고 있으나 대부분이 과다한 약품사용과 소독부산물에 따른 부작용과 비용증가, 생물막(Biofilm 또는 Slime)생성으로 인한 열효율성감소, 유지보수비 증가와, 레지오넬라 병원성 박테리아 출현에 따른 환경 위해성증가등 잠재적인 경제적 또는 환경적위험성을 감수하며 가동하여 왔다고 볼수 있다.

더욱이 사회적인 수요증가로 최근에는 점점더 복잡하고 어려워지는 냉각수처리 시스템을 운영 관리하여야 하고, 급격한 기후변화에 따른 물 부족사태도 올수 있어 냉각수의 오염상태는 점점 더 심각하게 되어, 전통적인 냉각수 처리제 약품인 산화제및비산화제, 부식방지제 스케일방지제 및 분산제 등으로는 대처하기가 어려워지고 특히 생물막의 예방 및 제거에는 너무나 한계성들이 많아 효과를 볼수 없다는 수많은 연구보고가 있다.

또한 90년대 이후 의 연구 발표 및 사례를 보면 냉각수처리 시스템내의 부식, 스케일, 미생물 번식문제는 생물막 생성과 아주 밀접한 관계가 있고, 이들은 서로 공존하면서 더욱더 문제점들을 악화시키고 있다는 것이 정설로 굳어졌다.

특히, 온도와 PH변화, 냉각수의 오염도에 따라서는 배관문제의 75∼90％이상이 생물막에 기인하는 것으로 연구발표되고 있다.(Homeyer Consulting Service, 2000년/ Jenneman,2012년)

-.부식발생문제와 생물막으로 인한 부식에 대하여는 오랫동안 수많은 연구자들이 관심을 갖고 있었으며 특히,생물학적부식(Biocorrosion or MIC;microbiologically Influenced corrosion)에 관심을 갖고 연구한 기간도 50년이상 되었다.

최근에는 생물막과 금속표면의 그 계면(interface)상에서 복잡하게 일어나는 전기화학적, 생화학적, 물리화학적, 현상들이 아직까지도 일부분은 과학적으로 명확히 규명되지 못하고 있지만, 많은 연구자들은 복합적으로 복잡하게 일어나는 부식과정을 일종의 생물학적광화과정(Biomineralization process)으로 정의를 내리고 있다.

물이나 습기가 접촉하는 모든 물질표면에는 미생물(박테리아)이 물질대사을 통하여 번식하고 생물막을 생성하면서, 금속등의 배관에서 예상하지 못한 장소에서 부분부식(local or pitting corrosion)이 발생하고 일반적인 부식보다 10∼100배이상 빠르게 진행되어 누수등 큰 문제들을 일으키는 경우가 많으나, 이러한 생물학적부식이라는 부식메카니즘(Corrosion mechanism)을 거의 모든 부식관련 엔지니어들은 잘 인식하지 못하고 있으며 그 심각성도 잘 깨닫지 못하고 있거나 전혀 인식하지 않고 있다는 것이 최근의 미국 부식전문협회(NACE:national association of corrosion engineers)의 조사에서도 잘 나타나고 있으며, 국내에서도 같은 양상이다.

생물막과 금속표면의 계면상에서의 부식작용 속도는 온도, PH, 미생물들의 영양분등에 따라, 다양한 종류의 미생물들이 다양한물질대사를 하면서, 그 계면에서의 부식작용, 즉 생물학적 광화작용을 하면서 촉진된다고 보고 있는 것이다.

일단 젤라틴 형태의 접착성물질인 생물막층이 성숙되면 (약15일) 기저(금속표면)에는 산소가 필요없는 다양한 협기성미생물이 번식하기 시작하면서 부식이 진행된다고 볼수 있다.

또한 생물막 특성상 냉각수내의 유기물질, 무기물질등 용존물질과 부유물질등이 쉽게 흡수부착되어 스케일 및 오염물 부착 현상도 급속히 촉진되고, 그 속에서 안전하게 미생물들도 활발하게 번식하면서 냉각수처리 시스템이 가장 원하지않는 열전달 효율성문제, 처리약품 및 보수유지 관리비용 증가문제, 생산성문제, 환경문제등 모든 문제점들이 동시 다발적으로 발생하고 미생물증식도 기하급수적으로 일어나면서 운전관리가 불가능하게 된다.

생물막 하층부(금속표면)에는 협기성 유황환원세균(Sulfate reducing bacteria) 협기성 철환원세균 (iron reducing bacteria), 메탄생성세균(methanogenic 박테리아), 발효균등이 존재하며 여러 부식성물질 (황산,염산, 유기산등)을 만들어 급속하게 부식을 촉진하고 있다.

최근 연구에서는 이종금속에서 나타나는 갈바니 부식(galvanic corrosion)은 미생물증식에 필요한 조건(영양분, 에너지, 산소)을 공급해주어 생물막 생성을 촉진하면서 전기화학적 부식 (전해부식 또는 갈바니부식)과 더불어 생물화학적 부식도 시작하면서 부분부식이 급속히 촉진된다는 연구보고서도 있다.

그래서 90년대 초 까지만 하여도 미생물 번식에 의한 생물막 생성이 부식에 영향을 미치고, 부식에 많은 종류의 미생물들이 관여하고 있다는 것을 어느정도 알고는 있었지만 부식에 관련된 미생물들과 이들의 물질대사 활동이 과학적으로 명확하게 규명되지 못하여, 최근까지 냉각수처리 시스템이 부적절하게 비효율적으로 운영관리 되어 왔다고 볼 수 있다.

일반적으로 부식은 자연상태로 회귀하려는 반응작용이며 금속의 부식은 물과 산소를만나 산화철로 되는 일종의 자연현상이다.

그러나 최근까지 물이나 오일, 가스등 배관부문 등에서 급격하게 진행되는 부분부식등에 대해서는 과학적으로 정확한 기술적 설명을 할수 없었다.

생물학적부식은 금속표면과 냉각수등의 접촉면에서 냉각수의 용존산소염류, PH, 산화환원전위, 전도도등 물리화학적 특성에 따른 전기화학적 부식작용과 미생물들의 물질대사로 인한 자연현상이라 정의 할수 있다.

생물학적부식은 황산화 박테리아(Sulfur oxidizing bacteria)에 의한 황화물(Sulfide)의 산화로 즉 S^2-+2O₂→SO₄ ^2-로 되면서 PH가 감소하여 산성화되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 최근 연구자들은 부분부식은 생물학적 부식으로 보는 견해가 대부분이다

생물학적 부식은 한종류의 미생물에 의해 진행되지 않고, 많은 다른 미생물들과 함께 공동으로 진행 시킨다고 보고 있으며 호기성(Aerobes),임의성(Facultatives),협기성(Anaerobes)미생물이 모두 관여 한다고 보고 있다.

생물학적 부식은 대부분 부분부식이며 금속표면에 작은 부풀림이 있는 결절(Nodule)로 나타나고, 결절하부에는 작은 핀홀(Pinhole)이 만들어져 여기에 여러 미생물등이 공동체를 이루고 여려 형태로 상호작용하며, 물질대사 활동을 통하여 산성화되면서 부식(corrosion)으로 유도된다고 하는 것이다.

결절(Nodule)에 침투되어 스며든 물속의 용존산소를 이용하는 호기성 미생물은 결절(Nodule)의 상층부에 존재하고, 결절(Nodule)하부의 작은 핀홀(pinhole)층에는 산소가 필요없는 협기성미생물들이 존재하면서 번식과 증식을 위한 왕성한 물질대사 활동을 한다. 또한 미생물들의 물질대사로 생성된 분비물(excrete waste)등에 포함된 유기물들은 미생물의 영양원들로 다시 이용되어 유기산을 생성함으로써 결절내부에는 화학적으로 전혀 다른 산성 분위기로 전환된다는 것이다.

여기서 산소농담전지(Localized differential oxygen concentration cells)로 유도되고, 분비물에서 생성된 유기산은 다른 미생물(박테리아)에 유기영양분을 공급해 주면서 수소이온 농도가 높아지고 물속의 황산이온과 반응하여 강산성이 만들어져 전형적인 생물학적 부식공정이 시작된다고 본다.

물론, 결절(Nodule)상층부에는 산소와 접촉하기 용이하여 호기성미생물이 생존한다는 보고이다.

이로써 미생물의 생물막생성이 결절(Nodule)로 유도되고 결절 내부에서는 미생물에의해 부식이 유도되고, 부식을 촉진시키는 역할을 한다고 판단하고 있다.

또한 이와 비슷하게 이종금속에서는 갈바니부식(전기화학적부식)때와 달리 철산화박테리아(Iron oxidizing bacteria)에 의해 Fe⁺⁺⁺+le-(갈바니 부식에서는 Fe⁺⁺+2e^-)로 진행되어 1개의 전자(e^-)는 미생물 번식의 에너지원으로 이용하고 Fe⁺⁺⁺는 부산물로서 산화물로 되어, 미생물의 산소원으로 이용되고 철(Fe)은 여러 형태의 미생물 물질대사의 분비물로 남게 된다고 한다. 미생물들은 부분적인 전지(Localized cells)의 형성, 무기산 및 유기산의 생성, 암모니아의 생성 그리고 황산염의 생성 등 여러 형태로부식에 영향을 줄수 있으며, 여기서 부분적인 전지형성은 철 산화 박테리아에 의해 시작되므로, 이것이 부식이 일어나는 최초현상이라는 보고도 있다.

즉 수많은 종류의 미생물(박테리아)이 공동으로 부식에 관여하여 영향을 미친다는 결론이다.

금속표면에 철이나 망간을 산화시키는 호기성미생물이 활발히 증식할 때 증식과 동시에 철이나 망간을 환원시키어 산화물을 만들어 저장하고, 산소농담전지을 형성시키어 부식(Crevice corrosin)을 진행시킨다는 보고는, 결절(Nodule)내부에서 자연적인 부식전지 (Autocatalytic corrosion)가 형성되고 유황환원 박테리아(Sulfate reducing bacteria)가 번성한다는 내용도 같은 보고이다. 따라서 금속표면에 생물막이 생성될 때 부분전지가 형성되어 부식이 시작되며 (갈바니 부식이 아니더라도) 이는 철이나 망간의 산화가 부식전지의 전제조건이 아니라는 것이다.

그 예로 질산염의 환원에 의한 암모니아의 생성은 동금속의 심각한 부식으로 연결되고, 황산같은 무기산은 황산화세균 (Tiobacoillus Sp) 에 의해 만들어져 금속의 부식을 가속화 시킨다.

이는 결절(Nocule)내부의 하층부에서 혐기성황산염 환원박테리아(Anaerobic Sulfate-reducing bacteria →Desulfovibreo Sp)가 대량 서식하는 것으로 확인됨으로서 증명된다.

따라서, 생물학적부식은 부분부식이 대부분이고 이종금속이나 배관연결부위, Seam을 포함한 용접부분, 또한 유속이 느린부분에 많이 일어나고 또한 예측불능의 부식(corrosion)으로서, 일종의 금속배관의 암(Cancer)이라고 부르는 연구자들도 있다.

-. 스케일 생성문제에 대하여는, 금속표면에 생성된 생물막의 구조가 미생물세포와 분비물들이 일정하게 도포된것처럼 보이지만 미세현미경으로 보면 메트릭스(Metrix)구조로 얼기설기 실로 짜여진 형태로 젤라틴같은 점착성물질로서, 냉각수에 있는 용해 또는 용존물질, 부유물질 등이 쉽게 흡착하고 포집되는 가장좋은 망(Trap)구조로 만들어져 있다. 또한 일정한 채널화(Canalizing))가 이루어져 미생물들이 필요한 영양분(산소, 유기물, 무기물등)을 원활하게 공급받을수 있는 통로로 이용되고, 또한 생물막은 다른 위험요소(살균소독제나 원생동물등)로부터 보호역활을 하여 안전하게 번식과 증식을 할 수 있는 미생물들의 보금자리라 할 수 있다.

또한 생물막은 칼슘이온(ca⁺⁺)이나 마그네슘 이온(Mg⁺⁺)등 무기물질을 흡착 또는 포집하여 다당류 계통의 폴리사카라이트(polyaccharides)나 칼사이트(Calcites)의 겔(Gel)을 만들어 스케일형성을 촉진한다.

통상 2가이온 금속들은 Carbonate나 phosphate 음이온과 결합하여 빙정석(Nucleation)이나 결정핵을 생성하여 크리스탈 결정체를 만들어 생물막과 같이 고착되어 단단한 스케일을 형성한다.

또한 스케일은 용해성 고형물(Dissolved solid)이 온도,PH등의 변화에 따라 금속표면에 석출하는 것이고, 침전(Deposit)은 부유성 고형물(Suspended Solid)이 유체흐름 조건변화에 따라 침전되는 것으로 열전도도감소 및 마찰손실을 일으키고 있으며, 생물막과 같이 만나면 더울 촉진되고 고착된다.

스케일의 일반적인 화학방정식은

HCO_3-+OH^- →CO₃ ^--+H₂O

Ca⁺² +CO₃-- →CaCO₃로 침전된다.

열교환장치와 같이 온도가 상승하는 경우의 미생물 증식은 약10℃ 상승시마다 기하급수적으로 늘어 생물막이 더욱 숙성됨에 따라 스케일 형성이 더욱 촉진된다.

그러므로 생물막생성을 억제하거나 제거하면 스케일 생성속도는 극히 느려진다고 보고 있으며, 응집효과도 거의 없다.

생물막은 85％∼95％가 물이며, 금속표면에서 열전달 절연체역할을 하는데 열전도율이 카보네이트(Carbonate : CaCo₃ )스케일의 20％정도로 보고된다, 즉 1mm두께의 생물막은 5mm의 카보네이트 스케일 코팅과 같은 절연체 역할을한다.

아래표는 생물막과 스케일 물질과의 열전도도 비교이다.

-.미생물 번식과 생물막 생성과정에 대해서는, 냉각수처리 시스템내에서 주로 발견되는 미생물에는 박테리아(Bacteria), 조류(Algae), 진균류(Fungi)등이 있는데, 이들의 세포구조를 보면 진균류는 좀더 복잡하지만 박테리아나 조류는 세포막(cell wall), 세포질(cytoplasm), 핵질(Nuclear material)로 나누어져 있으며, 이는 모든 미생물의 기본구조이기도 하다. 반면에 고등미생물의 세포는 세포소기관(organelles)이라는 더욱 세분화된 기능으로 구성되어 있다.

많은 보고서에 의하면 미생물(박테리아)의 생존과번식은 세포질(cellular)을 유지하면서 영양분(Food)을 섭취하고 분비물(excrete wastes)를 배설하는 물질대사를 통하여 에너지와 세포질 물질들을 얻는 재생산을 함으로써 이루어진다.

또한 단순세포인 세포막은 세포질 물질을 보호하면서 에너지를 합성하고, 영양분의 물질대사를 통하여 새로운 세포질 물질을 만드는 역할을 한다. 핵물질은 단지 세포질 물질 재생산에만 관여한다고 한다.

이렇게 물질대사를 반복하면서 분비물(excrete wastes)들도 끊임없이 재생산 되는것이다. 물질대사를 통하여 미생물이 생산하는 분비물(excrete waste)은 여러 가지 이름으로 명명되고 있는데 즉, 생물막(biofilm/Slime), extracellar biopolymer, extracellar polysaccharide, extracellar polymeric substances(EPS)등, 여러가지 의미로 불리고 있다. 기질(substrate)에 따라 다르지만 분비물의 조성은 대부분 proteins, lipids, polysaccharide nucleic acids 등이다.

미생물(박테리아)에 대한 살생물제(산화제 또는 비산화제)의 작용을 이해하기 위해서는 미생물들이 단순세포를 어떻게 물질대사에 이용하는지를 알아야만 어떠한 살생물제가 가장효과가 있는지 판단이 가능한 것이다.

미생물 살균제(산화제)의 살균메가니즘은 미생물 세포막내의 단백질군(Disulfide amino acid)을 산화시키어 파괴하는 것이다.

단백질은 필수적인 세포질효소의 기초성분이며 호흡작용과 같은 생명을 유지시키는 물질대사작용에 필요하다. 따라서 산화제의 단백질파괴는 기본적인 생명기능 역할을 방해하여 세포를 죽이는 것이다.

여기서 이산화염소(clo₂)는 미생물의 소수지질층(Hydrophobic lipid layers) 즉 세포막을 통과하여 쉽게 분산침투 될 수 있어 세포질의 아미노산(Amino acids)과 쉽게 반응하여 단백질합성을 못 하게하는 특별한 살생메카니즘을 제공하여 미생물(박테리아)의 생존을 근본적으로 못하게 하는 특징이 있다.

그러나 염소나 오존, 브로민 같은 다른 강산화제는 무차별적인 반응성으로 인하여 보통 냉각수내의 모든 오염물질과 1차 반응하면서 냉각수의 부유미생물의 살균소독만이 이루어지고, 생물막 표층부와 2차 반응함으로써, 미생물의 세포막에는 효과적으로 공격하지 못함으로써 생물막내의 미생물 살생에는 한계성이 큰것이다. 오히려 생물막내의 미생물들의 생존 내성만 강하게 한다는 연구보고도 있다.

따라서 생물막층 깊숙이 숨어있는 미생물(박테리아)들은 안전하게 물질대사를 계속하며 번식한다고 보고 있다. 반면에 이산화염소(clo₂)는 분자크기가 물분자보다 작고 특정한 물질에만 반응하는 선택적인 반응으로 적은량(1ppm이하) 으로도 세포막을 통과하여 세포질까지 확산 침투되므로 모든 미생물(박테리아)의 세포물질을 무력화 시키는 것으로 보고되고 있다.

살생물제(소독살균제)에 대한 생물막과 조류(Alage)제거 효과성실험은 아래와 같이 보고되고 있다.

①생물막( Biofilm):

②조류(Alage):

clo₂ ＞ 특정한 Non-oxidizing Biocides ＞ HOCl ＞ HOBr

많은보고에 따르면, 보통 미생물(박테리아)은 산업용원수나 냉각수처리 시스템내의 배관에서 항상 발견되며, 핌브리아(Fimbriae)라는 단백질 부속물질(일종의 미세유기물)에 의해 금속 표면에 쉽게 부착할 수 있는 구조를 갖고 있다. 일단 가장부착하기 쉬운 적당한 금속표면(이종금속이나 배관연결부위, seam을 포함한 용접부분, 또한 유속이 느린부분 등)에 부착되면, 여기에 유기분자들이 흡착되고, 산소와 에너지같은 영양분이 흡수되어 미생물번식이 이루어지고 물질대사 분비물인 생물막 생성도 활발하게 만들어져 성숙한 생물막층이 형성 된다는 보고이다.

또한 일부 연구에서는 생물막의 생성은 짧은시간내에 금속표면에 접촉하는 유기단량체(Organic polymers) 들이 반데르발스힘(Vander Vaals force/약한전기적인력)에 의해서도 얇은막(conditioning film)이 쉽게 형성되며, 이는 미생물의 부착이 더욱 손쉽게 만들어질수있는 환경을 만들어 준다고 한다

.그러므로 통상 24시간이내에 얇은막(Film)이 형성되고, 동시에 미생물(박테리아)의 부착이 이루어져, 7일내에 2차 미생물 포자등의 군체가 형성되면서 메트릭스(Metrix)를 형성하고, 2∼3주내에 생물막의 성숙단계로 되는 것으로 보고되기로 한다.

생물막은 부피비율로 미생물량에 비하여 100배 이상 많이 만들어지고, 이 생물막층이 미생물(박테리아)을 완벽하게 보호함으로써, 염소나 오존 등의 강력한 살균소독제나 원생동물등 외부의 위험에서 완전히 차단되고 미생물의 번식과 증식이 계속 될 수 있는 환경이 되는 것이다.

냉각수 처리시스템의 일반 배관에서 생물막은 다양한 형태의 점착성의 메트릭 구조로 수 미크론부터 5∼6mm의 두께로 형성되며, 잘 처리되는 냉각수 처리시스템이 통상 300∼500미크론으로 생성되고 있다고 보고 있다.

따라서 생물막은 부식, 오염물부착, 열전도도감소, 마찰손실 그리고 열교환기의 스케일을 일으키는 가장 중요한 인자이므로, 금속표면에 육안으로 인식하기 어렵게 미세한 생물막(Film)이 있다 하더라도 생물부착(Biofouling)이나 열전도도 감소는 계속적으로 항상 일어나고 있다는 인식이 가장 중요하다.

-.이산화염소(chlorine dioxode: clo₂)의 역사적 배경은, 1811년에 발견, 1944년 미국 나이아가라 정수장에서 살균소독 및 맛과 냄새를 제거할 목적으로 이산화염소를 적용하여 성공.

그 이후 25년이상 염소 살균소독제와 이산화염소 살균소독제의 효능성 및 효용성등을 비교검토한 결과 이산화염소의 탁월한 우수성 입증.

1970년대 중반, 염소살균소독제가 THMs등 발암성 의심물질 생성보고로 미국EPA(환경보호청)에서 음용수에 대하여 그 함량을 0.1ppm이하로 규제조치하고 이산화염소사용 보급시작.

1977년 까지 미국내 정수장에서 이산화염소를 살균소독제로 사용하는 정수장이 3,000개소 이상으로 확대 보급됨.

따라서, WHO, US-EPA, FDA등과 유럽의 인증기관들부터 발암성 의심물질인 THMs등 할로겐화합물을 효과적으로 관리할 수 있는 살균소독제로 이산화염소(clo₂)를 발표, 적극적 사용권장.

1986년부터 미국과 유럽에서는 음용수 정수처리에 이산화염소(clo₂) 사용을 적극적으로 권장하며, 유럽의 대부분 국가들은 염소사용 금지 조치하였으며, 산업용수에서도, 염소사용 금지가 확대되고 있다고 한다.

현재 미국에서만 이산화염소(Clo₂)을 약 2000톤/일 사용중이며 콜로라도 주정부에서는 산업시설의 냉각수처리 시스템에서도 염소의 배출수 기준을 6ppb로 강화하여 엄격하게 통제 되는 것으로 보고되고 있다.

1970년대 이전에는. 미국이나 유럽에서도 정수처리장 살균소독제에 대한 이산화염소의 물리화학적 성질과 제반 실증을 위한 과학적인 규명 노력이 단편적으로 있었으나, 대표적으로 사용되어왔던 염소 살균소독제가 발암성 의심물질(THMS, HAAS)들이 생성된다는 발표후, 이산화염소에 대한 관심이 고조되어, 그이후 수많은 연구자들이 적극적인 연구와 발표가 이루어지고 인증 및 실증을 통한 과학적인 상세한 규명도 발표되면서, 살균소독이 어려웠던 레지오넬라 병원균을 포함한 모든 환경위해성 문제를 해결할 수 있는 유일한 물질로 판명되어, 친환경물질(green chemistry)이라는 별명으로 크게 각광을 받기 시작했다.

국내에서는 이산화염소 사용은 1988년도 올림픽을 전후하여 수영장 살균소독을 위해, 제품으로 유럽에서 일부 수입이 있었고, 1991년도 낙동강 페놀오염 사건시에 수입되어 사용된적이 있어, 이때부터 일부 연구자들 및 관련 일부엔지니어들이 관심이 커졌다고 볼 수 있다. 그 이후 이산화염소에 대한 인식부족 및 고가의 수입제조장비등, 경제성 문제로 전혀 활성화 되지 못해 왔다.

2000년대 이후 국내에서도 많은 연구자들이 이산화염소 제조장치에 대한 개발노력으로, 최근에는 아염소산 나트륨(NaClo₂)을 원료로하여, 경제성을 갖으면서 안전하고 쉽게 사용 할 수 있는 제조방법들이 개발되어 용이하게 이산화염소를 제조 할수 있게 되었다.

-.이산화염소의 물리화학적 특성과 그 효능에 대하여는 이산화염소는 오존냄새가 나는 황갈색의 가스이며 물에 아주 잘 녹고(염소가스의 10배이상, 표준상태에서 2,500ppm), 수화반응을 하지 않으며 용융점 -59℃, 끓는점11℃의 기체이다.

이산화염소는 공기중에 부피로 10％이상이면 폭발성이 있고 자외선이나 높은 온도(＞60℃), 강알카리(＞Ph12)에서는 분해한다.

이산화염소는 세계의 권위있는 모든 인증업체(WHO, 미국EPA, FDA, 유럽포함)로부터 음용수 살균소독제로서 인증된 환경친화적 물질이다.

또한 최근에는 냉각수처리시스템에서 생물막(Biofilm or slime)을 효과적으로 제거하거나 억제시키는데 가장 적합한 물질로 보고되고 있으며 실증되어 있다.

이산화염소의 살균소독 효능은 염소의 2.5배 이상이고 5배의 소독력을 갖고 있어 거의 모든 병원성 바이러스(박테리아)는 미량 으로 잔류시키기만 하면, 수초의 극히 짧은 시간내에 살균소독이 이루어진다.

또한, PH에 많은 영향을 받는 염소나 브로민과 다르게 PH4∼PH11까지는 영향을 받지 않고 살균소독력이 유지된다.

염소는 PH9 정도 되면 살균소독력이 거의 없고 PH8정도에서도 살균소독력이 30％미만으로 보고되고 있다.

미생물 살균제로서의 염소는 상대적으로 사용하기 쉽고 값이 싸기 때문에 가장 보편적으로 대부분 사용하고 있다.

그러나, 염소는 물에 녹아 수화반응을 하여 실질적인 살균소독 효능을 갖는 HOCl(hypochlorous)과 염산(HCl)을 만들며 알칼리영역에서는 쉽게 OCl^- (hypochlorite ion)로 과우점종(predominant species)되어 급격하게 살균소독 능력이 떨어지게 된다.

염소는 비선택성 산화제로서 반응성이 좋아 거의 모든 물질과 chlorination반응을 하여 소독부산물과 발암성 의심물질(THMs)을 만들고 또한 잔류염소도 충분히 있어야만 살균소독이 되었다고 할 수 있다. 즉, 과량의 염소가 필요한 것이다. 염소의 살균효능을 높이기 위해 PH를 낮추면 부식이 일어나는 환경이 만들어지며 염소이온(Cl^-)은 금속표면의 수동적 산화층(passive oxide layer)을 침식하여 부식을 촉진하는 역할을 하며, 브로민도 조금은 덜하지만 염소와 같다고 보면 된다.

이산화염소는 생물막의 제거 및 억제 작용이, 염소나 브로민등 산화제나, 비산화계등의 타 살균소독제보다 아주 탁월하다.

이는 이산화염소(Clo₂)가 안정된 용해성가스로 물속에 존재하면서 충분히 생물막 내부까지 확산침투하여 미생물(박테리아)의 세포막내부까지 스며드는 능력이 있어 세포물질인 Disulfide amino acid (시스틴, 티민, 티로신물질 같은 단백질)을 공격함으로써 세포의 물질대사를 근본적으로 하지 못하게 하고, 살균소독 후 재 복원(재생)되기 어렵게 만드는 살상제로서 아주좋은 특징이 있는 물질이다.

또한 이산화염소의 선택적인 반응성과 잔류성 및 분산침투성으로 인하여 냉각수처리시스템 내에서 발생되는 슈도모나스균(pseudomonas)과 생물막내부에서 기생하고 번식하는 레지오넬라균(legionella)등 다른 살균소독제로서는 관리하기 어려운 병원성 박테리아를 살균소독 하는데 특히 효과적이다.

이산화염소는 Humic 또는 Fulvic 산과 같은 자연적인 유기산과 반응하지 않아 THMs(three-halomethane)등과 같은 발암성물질이나 할로겐화합물등 유해성 부산물을 만들지 않는다. (즉 이산화염소는 염소와 같이 chlorination 반응을 하지않고 산소와같이 산화반응을 한다.)

이산화염소는 강력한 산화제이면서 아래와 같이 낮은 산화환원 전위를 갖고 있기 때문에 대부분의 유기물을 비롯한 다른 오염물질과는 잘 반응하지않고 미생물(박테리아)의 살균소독과 특정물질만 선택적인 반응을하기 때문에 약품소모량이 1ppm이하의 극히 적은양이 소모된다.

산화제별 산화력과 산화용량표

* 상기표의 산화력은 열역학 및 동역학적 방법으로 측정된 것으로, 이산화염소(clo ₂ )의 산화용량은 산화, 환원 반응시 전자의 이동량으로 5개의 전자를 받을수있어 산화용량이 다른 산화제에 비하여 2.5배이상인것을 나타낸다.

70년대 중반, 연구보고에서, 염소나 오존 브로민 등은 산화력이 커서 냉각수에 존재하는 유기/무기물과 무차별적으로 부가반응 또는 치환반응을 하면서 많은 유해성 독성부산물을 생성하고, 또한 발암성이 있는 THMs등의 할로겐 화합물을 만든다는 연구보고로 인하여, 미국이나 유럽에서는 음용수 물처리 시스템에서는 점점 사용이 금지되고 있거나 전혀 사용되지 못하게 할 뿐만 아니라 산업용수처리(냉각수처리시설등)에서도 환경규제가 강화되어, 이산화염소의 실용화가 확대되고 있는 실정이다.

이에 반하여 이산화염소는 이상적인 살균소독제로서 클로라민이나 다른 할로겐화 소독부산물을 안만들고, 맛과 냄새도 제거될 수 있어 식품업계에서 음료수등에도 널리 사용되고 있다.

다른 산화제들과 달리 이산화염소의 산화반응은 치환이나 부가반응에 의한 산화보다는 전자를 끌어들이는것같은 친전자적인 자유기(Free redical electrophilic)형태로 산화반응을 진행시키는 특이한 물질로 보고되고 있다

이러한 능력은 독특한 한 개의 전자(e^-)교환 메카니즘으로서 clo₂ 분자가 전자 한 개를 잃고 clo₂ ^-(chlorite)로 되는데 있다.

일반적으로 가장 강력한 산화력(oxidation strength)을 갖는 산화제는 오존이나 모든 물질을 산화시킴으로서 원하지 않는 수많은 소독부산물을 만든다.

이산화염소는 오존보다는 낮지만 염소보다는 아주 강력하고 산화용량이 커서 많은 유기물이 오염된 곳에 적당하다.

이산화염소의 산화용량 비교표

염소(Cl₂)와 이산화염소(Clo₂)의 성능비교

상기한 내용들은, 본 발명자의 오랜 경험을 토대로, 장기간에 걸친 선진국의 사례, 연구보고서 및 실증된 내용들을 비교 검증하여, 국내에서도 문제없이 쉽게 적용 할 수 있도록, 논리적이고 과학적으로 분석하여 생물막의 생성예방과 제거를 위한 방법들을 제시하게 된 것이다.

그리고 지금까지 기술된 내용들을 종합적으로 정리하면 다음과 같다.

참고문헌

-. Homeyer Consulting Service,"In Search of protoza" Web page information, December, 2000.

-. New Test for Material Resistance against Microbio-logically Influenced Corrosion, 2012.

종래의 기술에서는, 미생물(박테리아)번식의 최적조건을 갖춘, 냉각탑을 비롯한 여러 종류의 냉각수처리 시스템에서 발생되고 있는 부식, 스케일, 오염물질 부착, 미생물번식 등의 문제점들은, 지금까지 별개의 문제점으로 생각하여, 부식방지제, 스케일방지제 및 분산제, 미생물 살균소독제 등 많은 종류의 냉각수처리약품들을 사용하여 단편적으로 각각의 문제점들을 해결하는데 주력하였다.

그리고 오염농도가 거의 없는 냉각수처리 시스템에서는 일부 효과를 보고 있는 것도 사실이나, 대부분의 냉각수처리 시스템 에서는 그 실효성에 많은 의문을 갖고있으면서 기존방식을 따라왔다.

더구나, 최근의 동향은 복잡한 냉각수처리 시스템, 냉각수의 재순환 사용 등의 급격한 증가로 냉각수의 오염농도가 높아지고 있고, 특정물질이 함유된 냉각수를 사용하는 경향이 있어, 그 처리 효율성과 효과성 및 내구성에 깊은 의문을 갖고 있으면서도 특별한 처리방법이 없어, 실제로 많은 경제적 손실 과 환경적 위해성을 갖고 운영관리 되어 왔다.

최근에는 미생물번식을 예방하기 위해서 전통적으로 사용하고 있는 살균소독제인 산화제(염소, 브롬, 오존등) 및 비산화제는 냉각수에 존재하는 부유성 미생물에만 살균소독 효과가 있어, 냉각수와 접촉하는 계면(Interface, 금속표면등)에 생성되는 생물막(Biofilm/Slime)이나, 생물막 내부에서 숙주하는 미생물들에 대해서는 전혀 실효성이 없고, 오히려 미생물들의 내구성만 증가시키고 있다는 것이 정설이다.

또한, 전통적으로 사용하고 있는 살균소독제들은 독성의 소독부산물들을 생성하거나 다른 냉각수 처리약품의 효과성을 저감시키는 것으로 연구 발표되고 있다.

이로 인하여, 생물막이 가장 용이하게 생성 될 수 있는 부분(이종금속, 연결배관부위, Seam 및 용접부위, 유속이 느린 부분등)부터 생성되기 시작하여 전 시스템으로 분산 생성 되는 것이다.

따라서, 생물막 하층부와 금속표면상의 계면에서부터, 전기화학적 부식과 생물학적부식이 동시에 이루어져, 부식속도가 10배∼100배이상 촉진되는 것이다.

한편, 젤라틴 형태의점착성 성질을 갖은 생물막은, 냉각수층에 용존 또는 용해되어 있는 물질, 기타 오염물질들을 쉽게 흡착, 포집하여 금속표면상에 스케일(Scale)형성을 급속하게 촉진하는 것이다.

그러므로, 생물막이 형성되고 숙성되어짐에 따라, 급격한 열효율성감소, 에너지비용 증가, 유지보수비용증가, 생산성감소등, 많은 경제적 손실과 환경위해성 문제까지 발생되고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는, 상기와 같은 냉각수처리 시스템에서 발생되고 있는 문제점들의 75％∼90％이상은 생물막이 주원인이고, 핵심물질이라는 인식을 분명하게 갖고, 생물막을 예방하거나 제거하므로서 바람직하게는 90％이상 문제점들을 경감시키는 것이 특징이다.

살균소독제로서 생물막을 예방하거나 제거하기 위해서는, 독특한 물리화학적 성질을 갖는 이산화염소(Clo₂)물질이 가장 적합하다.

즉, 염소(cl₂)처럼 물속에서 수화반응을 하지 않고, 염소보다 10배 이상의 용해성을 갖고, 이산화염소(Clo₂)로 물속에 존재하면서, PH에 영향을 받지 않고, 살균작용을 하여, 오존과 다르게 선택적 산화반응을 하므로서 2차적인 독성 오염물질이 생성하지 않고, 또한 염소에 비하여 2.5∼5배의 강한 살균소독력을 갖고 있어서 살균소독제와는 비교할수 없는 친환경적 물질이 이산화염소(Clo₂)이다.

따라서, 냉각수를 처리하는데 있어서 이산화염소(Clo₂)단독 또는 기존 전통적인 냉각수 처리약품들과 병행처리 하므로서, 각각의 처리 효과성을 재현시키어 그 효율성을 극대화 시키므로서, 지금까지 상대적으로 어려웠던, 오염농도가 높고 특정 오염물질이 포함된 냉각수 처리시스템에서도 문제점들의 75％∼90％, 바람직하게도 90％이상을 경감시키는 것을 특징으로 한다.

생물막의 부식 진행문제와 스케일형성 문제에 대하여 간단한 설명을 하면 생물막의 하부층, 즉 생물막과 금속표면의 계면(Interface)에서 산소를 필요로 하지 않는 임의성 또는 혐기성 미생물(박테리아)들이 활발하게 물질대사 활동을 하면서, 유기산또는무기산을 생성하여,그 계면을 산성화시키면서 전기화학적 부식과 동시에 생물학적 부식도 함께 진행되어, 부식속도가 급속히 이루어지기 때문에, 생물막 생성을 예방하거나 제거 하므로서 생물학적 부식이 일어나지 않도록 유도 할 수 있다.

또한 생물막은 젤라틴 형상의 점착성성질이 있기 때문에, 냉각수에 용존 되어있는 유기성 및 무기성물질과 부유물질들을 용이하게 흡착또는 포집역활을 하므로 생물막을 예방하거나 제거하여 스케일 생성을 억제할수 있다.

그리고 생물막내에서 기생하는 병원성박테리아(레지오넬라병원균등)들을 완전 제거하므로서, 모든 환경위해성을 없애 친환경적이고 경제성이 있는 냉각수처리시스템을 제공한다.

본 발명에서는 냉각탑을 포함하는 냉각처리시스템에서 발생되는 문제점들을 90％이상 경감시키므로서, 에너지비용 감소, 보수유지비 감소, 처리약품비감소등 경제적인 효과외에 모든 병원성박테리아들을 제거할수 있어 환경 위해성 문제도 용이하게 해결 할 수 있다.

또한 생물막에 대한 새로운 인식, 이산화염소(Clo₂)에 대한 새로운 재인식을 하므로서 사회적 관심을 일으킬수 있다는 효과도 있다고 본다.

즉, 국내에서는 새로운 접근방법으로 보고, 냉각수처리문제점들에 대한 새로운 접근인식과 냉각수처리 문제점들에 대한 다른측면에서의 현상 등에 대한 관심을 불러 일으키는 것이 가장 중요한 발명의 목적이라 할 수 있다.

특히, 미래의 기후변화와 냉각수의 부족에 따른 물관리등, 그리고 오늘날의 복잡한 냉각수처리 시스템에서는 향후 생물막(Biofilm/Slime) 생성에 대한 관리문제가 일반적인 상식으로 될것을 믿는다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다.

이산화염소 발생장치로부터 생산되는 3,000∼10,000ppm(1％)의 이산화염소 수용액을 지속적 또는 반복적으로 1ppm이하, 적당하게는 0.5ppm으로 잔류 시킬수 있도록, 냉각탑 또는 냉각수처리시스템(열교환장치, 콘덴사등)에 주입시킨다.

냉각수의 오염농도가 높거나 특정한 오염물질이 포함되어 있을 경우에는 기존냉각수처리약품에 이산화염소를 0.5ppm이하, 적당하게는 0.25ppm이하로 동시에 또는 별도로 효과적인부분에 주입하여, 각각의 화학적특성과 반응성을 재현시키므로서, 그 효과성을 극대화 시키면서, 약품비용도 감소 시킬수 있는 경제적인 효과도 얻으면서, 생물막을 예방하거나 제거 할 수 있다.

지금까지 국내에서 이산화염소의 활용이 활성되지 못한 원인들을 크게 보면 ,

-. 이산화염소는 상온에서 가스상의 위험물질이고

-. 이산화염소는 상온에서 가스상의 위험물질이고

-. 냉각탑을 포함하는 냉각수처리 시스템은, 습도,온도, PH, 계속 증발되는 수증기 미스트(mist)등의 환경조건이 까다로와 기존 전통적인 처리약품도 안되는데 하면서 어렵다는 고정관념과

-. 이산화염소의 제조장치비용, 운전비용등이 높아 경제성이 없다는 사유가 대부분인 것으로 판단한다.

그러나 이러한 잘못된 인식은 이산화염소에 대한 제반 물리화학적 특성이 상세하게 연구되지 않은 20여년 전의 잘못된 지식을 갖고 있는 결과이다.

최근에는 살균소독제로서 이산화염소가 가장 이상적이고, 대부분 1ppm이하의 수용액으로 잔존시키면, 사람에게 위해성이 없이 생물막생성을 예방하거나 제거할수 있는 것이다.

현재는 국내에서도 이산화염소(Clo₂)의 제조는 아염소산나트륨(NaClo₂) 을 원료로 하여 간단하게 산성화(황산, 염산, 염소사용)시키어 얻든가, 좀더 개량된 전기분해 방식등으로 수율도 90％이상이면서 안전하고 쉽게 운전관리 할수 있는 이산화염소 제조장비을 값싸게 공급받을 수 있다.

즉, 국내에서는 여러회사가 등록하여, 아염소산 나트륨(NaClo₂)을 산성화시키거나 전기분해하는 방식의 제조 장치를 공급하고 있으며, 안전성 측면에서 3중으로 거의 완벽하게 되어있다.

예를 들어,제조약품들을 이용하여 이산화염소를 만들 경우, 아주 간단하고 고장이 전혀 없는 이덕터(Eductor)을 이용하여, 희석수를 이덕터로 공급하면서 생성되는 진공상태와, 동시에 제조된 이산화염소가스(Gas)가 유도되면서 희석되어, 필요한 농도의 이산화염소 수용액으로 만들어져 냉각수처리장치로 주입되는 것이다.

따라서 이산화염소가스가 체류될 위험성이 전혀없고, 진공상태가 중단되면 약품공급 펌프(pump)가 중단되고, 약품들의 역류를 막는 체크발브(check Valve)와 연동시키는 등으로, 어디서나 간단하게 이산화염소 농도를 조절하여 공급이 가능한 것이다.

실제적으로 현재는 20년전의 에너지비용보다 2∼3배이상 높아진 현실을 감안 할때는 많은 경제적인 이익이 기대되며, 현재 가장 많이 사용하는 산화제(염소, 오존등)의 위험성에 비하면 이산화염소의 사용위험성도 비슷하다고 보면 된다.

따라서 이산화염소의 살균소독제로서의 효과성과 생물막을 제거 할 수 있는 능력으로 보아 미래를 위하여 기존 전통적인 냉각수처리약품과 대체 사용해야 한다.

또한 20년 전에는 이산화염소 소모량도 50∼100배이상 많게, 냉각수순환량으로 계산되어 선진국에서도 최근까지 경제성을 이유로 사용을 꺼려 온 것으로 밝혀지고 있다.

이산화염소(Clo₂)소모량=Clo₂농도×처리시간×냉각수순환량(20년전)

< 실시예 >

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첫째 실시예: 냉각탑

냉각탑의 역할은 냉각수의 온도를 낮추기 위한 목적도 있지만 그 이전에 미생물(박테리아)번식을 막아, 레지오넬라같은 병원성 미생물(공기전염, 폐렴발생)들을 예방하거나 제거해야한다.

따라서 생물막 생성을 예방하거나 제거하면 문제를 해결 할 수 있다.

냉각탑은 미생물 번식조건의 최적조건으로 볼 수 있어, 미생물의 안식처가 되고 숙주장소가 될수 있는 생물막생성이 활발하게 이루어지는 장소라고 볼수 있다.

또한 생물막은 물이 90％이상으로 절연체 역할을 하기 때문에 생물막두께가 6mils 일경우 약 12％의 냉각효율이 감소로 보고있으며, 스케일형성의 핵(Nucleation)으로 보고 있다.

냉각탑에 유입되는 냉각수는 대부분 재순환 과정중, 용존되어 있는 무기물들이 농축되고, 물이 증발하면서 탄산가스(CO₂)도 같이 무기물들이 농축되고, 물이 증발하면서 탄산가스(CO₂)도 같이 제거되어 냉각수가 PH8이상의 알카리성(Alkalinity)으로 이동하면서 스케일형성도 촉진된다.

이때 기존의 전통적인 살균소독제(염소등)일 경우, 살균소독 효과성이 20％∼30％이하로 급격하게 떨어지는 어려운 환경이 된다. 그래서 산(ACID)을 첨가하여 PH를 낮추거나, 냉각수배출(Blow-down)과 냉각수보충(Make-up)을 충분히 해야 운전 할 수 있다.

따라서 이러한 냉각탑의 운전관리는 산(Acid)첨가에 따른 부식과 스케일 형성의 잠재성을 키우면서, 생물막생성을 예방하거나 제거할 수도 없으며, 또한 과도한 약품비용도 초래될수 있다.

특히 냉각수 소비가 많아져 물 부족지역에서는 산업시설 전체적인 운영관리에도 큰 곤란을 당할 것이다.

이산화염소(Clo₂)는 PH에 영향을 받지않고, 생물막을 예방하거나 제거할 수 있어 가장 이상적인 살균소독제로 평가 받고 있다. 소모량 계산은 다음과 같다.

소모량=이산화염소농도×(처리시간×냉각수보충량+ 시스템용량)

이산화염소 단독으로 주입시는 생물막은 통상 1ppm이하 잔류시키면 예방되거나 소멸되나 좀더 정확히는

-. 냉각탑:0.4∼0.7ppm(잔류시)

-. 생물막을 비롯한 조류, 진균, 효모, 곰팡이등: 0.1∼1.0ppm(잔류시)

-. 레지오넬라병원균발생시: 1.0ppm / 18시간 유지

-. 생성된 생물막이나 조류등: 1.5ppm / 18시간 유지

또한 기존 전통적인 처리약품과 병행 처리시는 상기한 투입량의 50％ 이하면 충분하여 냉각수의 오염상태에 따라 증감이 될 수 있다.

-. 순환펌프의 흡입부분에 직접 주입하거나, 또는 펌프 흡입부에 가까운 탱크(Sump)하부에 주입시킨다.

-. 냉각수 시스템의 정밀성이나 민감성에 따라, 요구되는 냉각수 수질에 따라, 지속적 또는 반복적 주입을 결정한다.

-. 주입농도는 잔류농도, 필요농도, 전체순환량을 고려하여 결정한다.

-. 주입방법에서 정밀성, 민감성이 있는 냉각수처리시스템에서는 지속적 투입을 권장하며, 반복적 투입은 가능한 한 야간 시간대를 이용하여, 투입시간은 1.5시간으로 하는 것을 권장한다.

-. 부유입자 물질 또는 콜로이드성 물질(0.001∼0.1이므로)이 많이 오염된 냉각수는 미생물들이 보호장소(Shelter)로 이용하기 때문에 이산화염소 농도를 조금 증가시킬 필요가 있다.

-. 지역에 따라 냉각수의 특성이 다르기 때문에 전도도(Conductivity), 용해성물질, PH,알카리도 (Alkalinity:CO₃ ^-2, HCO₃ ^-이온등), 경도(Ca⁺⁺,Mg⁺⁺ 이온등)등 수질검사를 하여 처리농도를 결정하는 것이 바람직하다.

최근의 냉동기 등 냉각장치에서 에너지절감과 냉각효율성을 높이기 위한 방법으로 냉각수의 흐름에 난류(turbulent flow)을 만들기 위해 나선형등 여러형태의 개선된 튜브(tube)을 만들고, 열전달효율을 높이기 위해 튜브(tube)두께를 얇게하고 있으나, 이는 스케일과 침전이 가중되고, 생물학적 부식을 초래할 위험성을 피할 수 없다.

따라서 이러한 개선된 튜브(enhanced tube)는 관리가 잘 안되면 기존의 직선배관보다 50％이상의 열효율이 감소하고 부식으로 인한 내구성에 큰 문제가 발생한다.

많은 부식연구자들이 생물학적 부식을 예측 불능의 부식으로서 일종의 암(Cancer)이라고 부른다는 것을 재인식 해야 한다.

둘째 실시예:이산화염소 적용이 필요한 냉각처리시스템

-. 지금까지 다른 살균소독제로서 효과가 적거나, PH변동이 심한 시스템

-. 냉각수를 이용하여 에너지 효율성을 높여야할 시스템

-. 냉각수처리 약품비용이 과도하게 소요되고 있는 시스템

-. 기존 냉각수처리 약품으로 효과를 얻지 못하는 시스템

-. 기존 처리방법을 유지하면서 이산화염소(Clo₂)의 사용효과를 얻고 싶은 시스템

-. 냉각수를 재순환 사용하면서 특정물질 오염도가 높아지는 냉각수처리시스템

본 발명에서 제시된 냉각수처리 방법을 이용할 경우 냉각수처리시스템은 에너지 효율성, 유지관리비용 등 경제적인 측면과 환경위해성이 없는 환경친화적인 시설로 될수 있다.

마지막으로, 우리가 냉각탑에서 가장 위험을 느끼기 쉬운 레지오넬라 박테리아는 39종 이상으로서 생물막내에서 번식하고 있는 아메바 등 원생동물들을 숙주로 하여 번식하기 때문에 염소를 비롯한 전통적인 살균소독제로는 효과가 없다.

레지오넬라병원균은 매년 여름이면 사회적으로 문제가 되는 것으로, 90％이상이 공기 감염으로 이루어지는 집단 폐렴증상을 일으킬 수 있는 치사율이 높은 무서운 병원 바이러스로 선진국에서도 주의 깊게 주의보를 발령하고 있는 것이다.

이를 예방하거나 막기 위해서는 스케일, 부식, 미생물번식 등의 효과적인 처리가 필수적으로 이들중 하나라도 관리가 안되면 미흡할 것으로 알려지고 있다.

상기에서 보는바와 같이, 본 발명은 물을 이용하는 모든 산업시설에 유용하게 적용 할 수 있으며, 이산화염소(Clo₂)의 특별한 특성에 따라 향후 광범위하게 산업현장에서 뿐만 아니라 우리 일상생활에서도 많은 영향을 줄 수 있다.

Claims (5)

1. 냉각탑을 포함하는 냉각수처리 시스템 내에서 발생되는 부식, 스케일 오염물부착, 미생물(박테리아)번식등, 이들 문제점들은, 미생물들이 번식과정 중 형성되는 생물막(Bioilm/Slime)이, 미생물(박테리아)들의 숙주장소로 제공되고, 그 계면에서 부식과 스케일과 오염물부착을 발생시키고, 촉진시키기 때문에, 생물막이 문제점들의 주 원인이고 핵심 물질이라는 인식과,그 생물막을 예방하거나 제거함으로서 문제점들의 75％∼90％이상을 경감시킬수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 1항의 생물막을 예방하거나 제거하기 위해서, 독특한 분산능력과 확산침투력이 있는 저농도의 이산화염소(Clo₂)수용액을 단독 사용하거나, 기존의 전통적 냉각수 처리약품인 살균소독제, 부식방지제, 분산제 등과, 이산화염소(Clo₂)을 동시 또는 병행 사용하여, 그 효과성과 재현성, 그리고 효율성을 탁월하게 높일수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 2항의 저농도 이산화염소(Clo₂)수용액의 사용농도는, 단독으로 사용할 경우는 잔존용량 기준으로 0.01∼5ppm, 기존의 전통적 냉각수 처리약품과 동시 또는 병행 사용할 경우에는 0.01∼2ppm 수용액을 사용하여, 특정 오염물질이 오염된 냉각수 처리시스템 또는 유기물 및 무기물 오염농도가 높은 냉각수 처리 시스템에 적용하여. 생물막을 예방하거나 제거 할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법
4. 3항에서와 같이 냉각탑을 포함하는 냉각수처리 시스템 및 물과 접촉하는 분무기 형태의 기기장치등에서, 레지오넬라 병원균을 비롯한 조류,진균, 효모, 곰팡이등 미생물(박테리아)들의 예방 및 제거에 저농도 이산화염소(Clo₂)을 단독 사용할 경우, 잔존용량 기준으로 저농도 이산화염소(Clo₂)을 단독 사용할 경우, 잔존용량 기준으로 0.01∼5ppm, 기존의 전통적 냉각수 처리약품과 동시 또는 병행 사용할 경우에는 0.01∼2ppm수용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 2항의 저농도 이산화염소(Clo₂)수용액 발생장치 또는, 기타 이산화염소 제품으로부터 생산되는 이산화염소(Clo₂) 수용액의 농도는 0.1ppm부터 1％(10,000ppm)이하로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.