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녹물스케일제거>수질분석 및 관리

수질 측정 및 분석은 보일러계통수, 냉각ㆍ순환수, 지역난방수, 급수 등의 원활한 수질관리를 위하여
수질의 경향을 판단하여 급배수관의 스케일, 녹, 부식, 슬라임 등에 대한 경향을 측정하거나, 대책을 마련하기 위해 꼭 필요한 것이다.

그림1은 온도와 pH에 따른 칼슘의 용해량에 대한 그래프이다

PH는 페하 라고도 하며, 수질 기준의 기본시험 항목으로 수소이온의 농도를 말하는 단위이다.
PH는 1 에서 14까지로 나뉘어지며, PH가 1에 가까울수록 산성수, PH가 14일때는 알카리수, 그 중간인 PH 7을 중성수라고 한다. 우리가 사용하는 수돗물의 PH는 7.2 ~ 7.4로 중성수이며, 빗물이나 역삼투압 방식의 물은 미네랄이 없는 물이며 산성수이다.

우리나라의 수돗물 기준은 PH 5.8 ~ 8.5로 규정되어 있으며, 샘물이나 생수, 수돗물의 PH 는 7.2정도의 약 알카리수에 속한다.

　　그림1 ] 온도와 ph에 따른 물의 칼슘 용해량

수질분석결과에 대해 수질의 경향을 판단하는 몇가지 방법에 대해 설명하였다.

(1) 랑게리아지수(Langelia Index)

　　랑게리아지수란 스케일장해가 걱정되는 주로 냉각수계에 있어서 가장 일반적인 탄산 칼슘의
스케일화 경향을 측정하는 지수를 말한다.

1936년 미국의 W.F Langelia가 고안한 화학반응식은 칼슘이 포화되고 있는지 아닌지를 물의 PH,
칼슘경도. 용해고형물량. 온도 등을 고려해 넣어 판정하는 식을 발표했다.
이것에 의하면 탄산칼슘의 포화, PH는 오른쪽의 A,B,C,D,에 대응하는 계수를 바탕으로 식(1)(2)로
계산할 수 있다.
이 화학반응 계산식 의해 각 수질이 스케일화 경향인가, 부식경향인가를 수질분석결과에 근거해
기준으로 판정한다.

　랑게리아지수(L.I) = pH-pHs 　　　 → (1)
pHs = ( 9.3+A+B ) - ( C+D )　　　　→ (2)

　　이 식중에서 표1.랑게리아지수의 팩터를 수질분석치에 맞춰 찾아내고 대입해서 계산한다.
PH는 오른쪽의 A,B,C,D,에 대응하는 계수를 바탕으로 식(1)(2)로 계산할수 있다

　· A : [ 완전고형물(mg/L) (전기전도율(ms/m) * 10 * 70%) = ]
· B : [ 수온℃ ]
· C : ( Ca = )
· D : [ M-알칼리 (산소비량 PH4.8)= ]

　　　· PH-pHs 〈 0 : 비스케일 경향 (부식경향)
　　　· PH-pHs = 0 : 평충상태
　　　· PH-pHs 〉0 : 스케일 경향

표1. 랑게리아 지수의 팩터

전체 고형분(ppm)		A (계수)	칼슘경도	C (계수)	M-알카리도	D (계수)
전체 고형분(ppm)		A (계수)	(ppm CaCO₃)	C (계수)	(ppm CaCO₃)	D (계수)
50 ~ 300		0.1	10 ~ 11	0.6	10 ~ 11	1.0
301 ~ 1000		0.2	12 ~ 13	0.7	12 ~ 13	1.1
(주1)전고형분≒전기전도율 × 0.7로 간주			14 ~ 17	0.8	14 ~ 17	1.2
(주1)전고형분≒전기전도율 × 0.7로 간주			18 ~ 22	0.9	18 ~ 22	1.3
수계	수온(℃)	B (계수)	23 ~ 27	1.0	23 ~ 27	1.4
수계	수온(℃)	B (계수)	28 ~ 34	1.1	28 ~ 35	1.5
칠러수	0 ~ 1	2.6	35 ~ 43	1.2	36 ~ 44	1.6
	2 ~ 6	2.5	44 ~ 55	1.3	45 ~ 55	1.7
	7~9	2.4	56 ~ 69	1.4	56 ~ 69	1.8
	10 ~ 13	2.3	70 ~ 87	1.5	70 ~ 88	1.9
정수	14 ~ 17	2.2	88 ~ 110	1.6	89 ~ 110	2.0
상수	18 ~ 21	2.1	111.0 ~ 138	1.7	111.0 ~ 139	2.1
	22 ~ 27	2.0	139 ~ 174	1.8	140 ~ 176	2.2
	28 ~ 31	1.9	175 ~ 225	1.9	177 ~ 225	2.3
냉각수	32 ~ 37	1.8	226 ~ 275	2.0	226 ~ 275	2.4
	38 ~ 43	1.7	276 ~ 345	2.1	276 ~ 355	2.5
	44 ~ 50	1.6	346 ~ 435	2.2	356 ~ 445	2.6
	51 ~ 56	1.5	436 ~ 555	2.3	446 ~ 555	2.7
온수	57 ~ 63	1.4	556 ~ 695	2.4	556 ~ 595	2.8
	64 ~ 71	1.3	696 ~ 875	2.5	696 ~ 885	2.9
	72 ~ 81	1.2	876 ~ 1000	2.6	886 ~ 1000	3.0

　　주1] 전기전도율은,(구단가) 10㎲/cm = (신단위) 1ms/m 가 된다.
주2] 수온B의 계수라는 것은 물의 온도에서 통상 틸러수는 5℃~12℃,정수는14℃~17℃,
상수는 10℃~21℃, 냉각수는32℃~37℃, 온수는 57℃~63℃의 B의 계수를 이용한다.

(2) 리즈너 안정지수 (S.I)

　　1944년 리즈너는 탄산칼슘의 침전에 의한 부식의 억제에 관해서 안정도 지수를 이용하는 편이
합리적이다 라고 리즈너 안정지수 (S.I)를발표했다.

　리즈너 안정지수(S.I) = 2pHs- PH 　　→ (3)

　　이것에 의한 판정은 다음과 같다

　　　· 2pHs- PH 〉 6 : 부식경향
· 2pHs- PH = 6 : 화학적 평충
· 2pHs- PH 〈 6 : 스케일 경향

랑게리아 지수	-2리즈너 안정지수	스케일화의 정도
3	3	지극히 심한 스케일
2	4	대단히 심한 스케일
1	5	심한 스케일
0.5	5.5	보통 스케일
2.5	5.8	가벼운 스케일
0	6	안정된 물(스케일화도 부식경향도 없는 상태)
-0.2	6.5	지극히 가벼운 부식경향
-0.5	7	가벼운 부식경향
-1	8	보통의 부식경향
-2	9	강한 부식경향
-3	10	대단히 강한 부식경향

(3) 실리카(SiO₂)

　　실리카는 규소로 화산이 많은 일본에 많이 존재한다. 실리카는 스케일화되면 대단히 딱딱한
스케일이 되고 산에도 용해하지 않기 때문에 너무 농축시키지 않도록 블로우 관리할 필요가 있고,
무처리의 경우는 순환수 실리카는 “50ppm이상 농축하지 않도록” 관리할 것을 권장하고 있다.

표2. 보일러 종류별 수질관리기준(KS B 6209)

구
분

보일러의
종류

둥근보일러

수관보일러

최고
사용
압력

㎏f/㎠

10 이하

10초과
20이하

20초과
30이하

30초과
50이하

50초과
75이하

75초과
100이하

100초과
125이하

125초과
150이하

150초과
200이하

[㎫]

1 이하

1초과
2이하

2초과
3이하

3초과
5이하

5초과
7.5이하

7.5초과
10이하

10초과
12.5이하

12.5초과
15이하

15초과
20이하

전열면
증발열
(㎏/㎥ h)

30
이하

30~60

60
초과

50
이하

50
초과

급

수

pH(25℃)

7~9

8
~
9.5

8.5
~
9.5

경도
(㎎ CaCO₃/ℓ)

60
이하

2
이하

1
이하

유지류
(㎎/ℓ)

0에
가깝게
유지

용존산소
(㎎/ℓ)

낮게
유지

0.5
이하

0.1
이하

0.003
이하

0.007
이하

전 철
(㎎ Fe/ℓ)

0.1
이하

0.05
이하

0.003
이하

0.02
이하

전동
(㎎ Cu/ℓ)

0.05
이하

0.003
이하

0.02
이하

0.001
이하

0.005
이하

하이드라진
(㎎N₂H₄/ℓ)

0.2
이상

0.06
이상

0.01
이상

전기전도율
(㎲/㎝,25℃)

0.3
이하

보
일
러
수

처리방법

알칼리 처리

알칼리처리
또는
인산염처리

인산
염처리

휘발성
물질처리

인산
염
처리

휘발성
물질처리

인산
염
처리

휘발성
물질처리

인산
염
처리

휘발
성
물질
처리

pH(25℃)

11.0
~
11.8

10.8
~
11.3

10.5
~
11.0

9.4
~
11.0

9.2
~
10.8

9.0
~
9.8

8.5
~
9.5

8.7
~
9.7

8.5
~
9.5

M알칼리도
(㎎CaCO₃/ℓ)

100
~
800

600
이하

150
이하

알칼리도
(㎎CaCO₃/ℓ)

80
~
600

500
이하

120
이하

전증발
잔유물
(㎎/ℓ)

4000
이하

3000
이하

2500
이하

3000
이하

2500
이하

2000
이하

700
이하

500
이하

300
이하

100
이하

20
이하

30
이하

5
이하

20
이하

3
이하

10
이하

2
이하

전기전도율
(㎲/㎝)

6000
이하

4500
이하

4000
이하

4500
이하

4000
이하

3000
이하

1000
이하

800
이하

500
이하

150
이하

60
이하

20
이하

염소이온
(㎎Cl^-/ℓ)

600
이하

500
이하

400
이하

500
이하

400
이하

300
이하

100
이하

80
이하

50
이하

10
이하

3
이하

인산이온
(㎎PO^3-₄/ℓ)

20
~
40

5~15

3~10

2~6

1~1.5

0.5~3

아황산이온
(㎎SO^3-₂/ℓ)

10
~
20

5~10

히드라진
(㎎ N₂H₄/ℓ)

0.1
~
0.5

실리카
(㎎SiO₂/ℓ)

50
이하

20
이하

5
이하

2
이하

0.5
이하

0.3
이하

0.2
이하

표3. JRA수질관리기준치(JRA : 일본.냉동공조공업회)

항목		냉각수계			냉수계
		순환식		일과식	냉수계
		순환수	보급수	일과수	순환수 (20℃이하)	보급수
기준 항목	pH(25℃)	6.5~8.2	6.0~8.0	6.8~8.0	6.8~8.0	6.8~8.0
	전기전도율(㎳/m)(25℃) (㎲/㎝)(25℃)	80이하 (800이하)	30이하 (300이하)	40이하 (400이하)	40이하 (400이하)	30이하 (300이하)
	염화물이온 유산이온 산소비량 전경도 칼슘경도 이온상 실리카	200이하 200이하 100이하 200이하 150이하 50이하	50이하 50이하 50이하 70이하 50이하 30이하	50이하 50이하 50이하 70이하 50이하 30이하	50이하 50이하 50이하 70이하 50이하 30이하	50이하 50이하 50이하 70이하 50이하 30이하
참고 사항	철 동 유화물이온 암모니움이온 잔류염소 유리탄산	1.0이하 0.3이하 검출되지않음 1.0이하 0.3이하 4.0이하	0.3이하 0.1이하 검출되지않음 0.1이하 0.3이하 4.0이하	1.0이하 1.0이하 검출되지않음 1.0이하 0.3이하 4.0이하	1.0이하 1.0이하 검출되지않음 1.0이하 0.3이하 4.0이하	0.3이하 0.1이하 검출되지않음 0.1이하 0.3이하 4.0이하

　(1)종래단위
(2)M-알칼리하고도 함
(3)밀폐식 냉각탑의 경우와 틸러 및 금형냉온수의 경우

　　따라서 실리카를 중심으로 한 보급수에 대한 농축배율을 순환수의 기준으로서, 자동 블로우
장치에서의 관리가 행해진 예는 적지 않다. 참고로 표2,3은 수질관리기준치를 나타낸다

(4)조류, 박테리아의 억제

　　슬라임의 원인은 수중영양소(질소,인,탄산가스)와 일광,적정온도라고 하는 좋은 조건이 갖춰진
냉각탑에서 발생하기 쉽고 세균에 의한 점직 분비물이 장치내면에 부착한다고 하는 부적합상태를
나타낸다.
주된 대책은 일광차단,냉각탑내의 청소,물의 교환,살균 살조제의 토입이 필요하다. 최근에는
미국에서 재향군인병으로서 유명한 레지오넬라균(흙속에 생식)에 의한 사망률이 증가하고 있기
때문에, 냉각탑 내의 청소정화가 법적으로 의무화되는 경향이 있다.

※ 자기실수처리기술의 원리와 효과의 연구발표자

NO	소속	성명
1	노르웨이 국립수질연구소	H.크리스챤슨 이학박사
2	폴라사	F.엘링슨 이학박사
3	영국 그랜필드 대학	S.A파슨 이학박사
4	미국 베이라 대학	K.W.부시 공학박사
5	미국 공조학회(ASHRAE)	Y.I. 장박사 외(드렉셀 대학)
6	교토대학 대학원	히가시타니 코 공학박사
7	국립 요코하마 대학	치바 쥰 공학박사
8	아키타 대학	요시무라 노보루 공학박사,스즈키 마사시 공학박사
9	국제 기독 대학	이시카와 미츠오 이학박사
10	국립 신슈대학	마츠자키 마사요시 이학박사
11	제르디 연구소	사카모토 이학박사
12	고베 제강소	동관연구 그룹
13	(구)소비에트	V.E. 크라센 이학박사

[ 다음 일본어 자료는 일본 기술 잡지에 소개된 내용입니다.
자료 발표자는 Toshinyuki Sakanishi 사장으로 전 일본신수처리협회 회장을 역임했으며
26년간 폴라의 일본 총판을 운영하고 있습니다. ]