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녹물스케일제거>방식에 대한 이론

1. 부식의 원인

부식의 원인에는

- 용존산소에 의한 산화,
- 염소의 농축,
- 이종금속결합(예를들면 동과 철)
- 박테리아에 의한 것,
- 낮은PH(산성수)
- 수온의 급격한 변화,
- 부식성 탄산가스(우물물에 많음)
- 높은 유산이온농도 및 유화수소

위와 같이 여러가지원인들이 전기화학반응을 일으켜 발생한다.

이렇게 다양한 원인을 갖는 부식을 막기위한 방식기술은 여러 대응방법 중에서 하나의 방법으로
전부 해결하는 것은 불가능하고, 또 전부를 해결하기 위해서는 여러 처리를 병용하지 않고서는
안 된다.

많은 비용을 들여 고가의 장치로 해결해야하는 것이 현실이다.

　 따라서 설비를 가장 효율좋게 이용하고 노후화를 방지하는 기술이 가장 적합한 방식기술이하고
판단한다.

2. 방식기술(설비의 효율향상과 노후와 방지)

　 1) 자기식 수처리법

　　 자기식수처리법은 당초에는 스케일 대책용으로서 긴 시간에 걸쳐 유럽, 북유럽, 러시아, 미국,
　　 중국, 호주 등에서 이용되었으며, 우리나라에서도 채용 되었다.

　　 자기처리법이 발달한 지역은 대부분이 대륙으로 그 때문에 비교적 물 전체가 경수(주로 칼슘
　　 150ppm이상)지역이라는 것이다.
　　 이들 지역에서는 스케일문제가 크고, 일반가정의 수도관이나 샤워가 스케일에서 파이프가
　　 막혀버려, 물이 나오지 않는다. 혹은 배수가 불가능해지는 사태이다.

　　 섬나라는 빗물, 하천수 및 지하수도 곧바로 바다에 흘러들어가기 때문에 물이 비에서부터
　　 바다로 흘러들어가는 거리와 시간이 짧기 때문에 토양의 미네랄분이 용해하는 양이 적어
　　 연수지역이다.

　　 경수지역은 스케일 문제로 곤란하지만 ,연수지역은 부식문제로 곤란을 격게 된다.

　　 그 주된 원인은,Ca,Mg,SiO₂ 등이 자연스레 부착되어 스케일에 의한 내면피막방식이다.
　　 따라서 연수지역은 인산계의 방식제를 이용해서, 수중에 존재하는 칼슘과 화확 결합시켜,
　　 인산칼슘의 방식피막을 코팅해서 산소와 철이 직접 반응하지 않도록 한다.

　　 한편, 자기처리는 건물의 냉각계나 온수계의 특히 순환계에 설치하는 것에 의해 전기의
　　 칼슘 등의 수중에서의 결정화촉진을 하고, 이것들이 편률분과 같은 상태로 극히 얇은 내면의
　　 요철면에 침착해 탄산칼슘의 방식피막을 형성한다.

　 따라서 어느쪽도 방식효과를 다하고 있는것은 칼슘으로 천연적으로 충분히 존재하는 방식제이다.

　 2) 자기작용

　　 음료수의 적수대책 이용에 착안한
　　 신주대학의 마츠자키박사는
　　 폴라워터컨디셔너(PWC)를 사용해서
　　 주로 PH와 DO(용존산소) 및
　　 ORP(산화환원전위)를 측정해서
　　 그래프로 정리했다.

　　 실험결 결과, 수돗물에 있어서는 PH가7의
　　 중성을 향해 저하하고 DO도 저하하고,
　　 ORP가 상승한다고 하는 결과를 얻었다.

　　 자기처리하는 것에 의해 강력한
　　 산화환원반응의 활성종으로서
　　 O₂^-와 H₂O₂의 생성을 제안하고
　　 있기 때문이다

(1)A~B ‥‥ 물이 자석을 통하지 않고 순환하고 있다.
(2)B~C ‥‥ 물이 자석을 통해 순환하기 시작했다.
PH는 직선적으로 감소한다. 이것은
H⁺가 OH^-보다도 감소량이 적던지
증가량이 많은 것을 나타낸다.
(3)C~D ‥‥ PH의 직선적감소가 계속한다.
(4)D~E ‥‥ 물이 자석을 통하지 않고 순환되기
시작해 PH는 완만히 증가해간다.
이것은 H⁺가 소비되던지,
OH^-가 생성되는 것을 나타낸다.
(5)E~F ‥‥ 물이 자석을 통과하지 않고 계속
순환된다. PH에 완만히 계속증가해
초기치에 달한다.
(6)F~G ‥‥ 상황은 A~B에 동일.

(1)A~B ‥‥ 물이 자석을 통하지 않고 순환
(2)B~C ‥‥ 물이 자석을 통해서 순환하기 시작
DO는 초기에 급속히 감소하지만,
ORP는 증가한다.
이 현상은 용존산소가 자기보다도
산화력이 강한(ORP가 큰)화학종
(활성종)으로 전화한다
(3)C~D ‥‥ DO는 일정치(감소와 기중산소의
융합이 조화 이룬 상태)로 유지되어
ORP는 거의 직선적으로 증가해간다. 　　　　　　이 현상은 융합해진 기중산소가
활성종으로 전화하면 해석할 수 있다.
(4)D~E ‥‥ 물이 자석을 통하지 않고서 순환하기
시작해서,DO는 급속히 증가해서
평충DO에 달한다. ORP는 전과
다름없이 거의 직선적으로 증가한다.
이 현상은 기중산소가 융합되어
용존산소로 되어, 활성종이 꽤나
안정된다고 할 수 있다.

(5)E~F ‥‥ 물이 자석을 통하지 않고서 계속 순환한다. DO는 평충DO로 유지되어, ORP는 완만히
감소하고, 처음의 A~B 영역과 일치한다.
이 현상은 산화성의 활성종이 산소에 분해해, 그 산소가 공기 중에 방출된다고 해석된다.
(6)F~G ‥‥ 상황은 A~B영역과 동일.

우선, 자기처리에 의해 PH가 내려가는 것에 착안한다. 자기처리기에서는 로렌츠 전장에 의해 애노드와
캐쏘드가 발생한다. 통상수를 이용한 경우, 애노드는 OH^-가 방전하는 부분이고, 캐쏘드는 이 방전에 의한 전자e^-를 H⁺와 용존산소O₂가 받아들이는 부분이라고 생각할 수 있다.

따라서PH가 내려가는 것은 방전반응

2OH- = H₂O ＋ (½)O₂ ＋ 2e^- ‥‥ (1)

에 의해 생성하는 e-의 전부가 H⁺의 소비에 사용되지 않고, 다음과 같은 종류의 방응에 사용된다고 생각된다.
O₂ ＋ e^- = O₂^- 　　　　　　ORP = -0.563V ‥‥ (2)
O₂ ＋ H⁺ ＋ e^- = HO₂ 　　　ORP = -0.13V ‥‥ (3)
O₂ ＋ 2H⁺ ＋ 2e^- = H₂O₂ 　　ORP = 0.682V ‥‥ (4)
PH가 내려가는 현상은, H⁺에 관여 하지 않는 반응(2)이 꽤 일어나는 것을 기준한다.

다음으로, 자기처리에 의해 ORP가 올라가는 것에 착안한다.
통상수중의 용존산소에 관계하는 ORP는
O₂＋ 2H₂O ＋ 4e^- = 4OH^- 　 ORP = 0.401V ‥‥ (5)
에 근거한다. 자기처리생성물이 관여하는 전극반응으로 이것보다도 큰 ORP치를 가지는 반응으로서,
O₂ ＋ 2H₂O ＋ 3e^- = 4OH^- 　ORP = 0.71V ‥‥ (6)
HO₂ ＋ H⁺＋ e^- = H₂O₂ 　　 ORP = 1.495V ‥‥ (7)
HO₂ ＋ 3H⁺ ＋ 3e^- = 2H₂O ORP = 1.7V ‥‥ (8)
H₂O₂ ＋ 2H⁺ ＋ 2e^- = 2H₂O 　ORP = 1.776V ‥‥ (9)
가 있어, 이들의 반응에 의해 자기처리수의 ORP가 올라간다고 생각할 수 있다.
다음으로 자기처리수의 적수해소에 관계하는 환원성의 생성원인을 생각한다.
반응(2)와 하기환원반응
Fe²⁺ ＋ 2e^- = Fe 　　　　　 ORP = -0.440V ‥‥ (10)
이 관여한다.
Fe²⁺ ＋ 2O₂^- = Fe ＋ 2O₂　‥‥ (11)
로 생각할 수 있다.

3. 자기처리생성종의 실활, 소실

(1) 환원종으로서 중요한 O₂^- 는

O₂^-＋ H⁺ = HO₂ ‥‥ (12)

에 의해 환원을 소실한다.

(2) H₂O₂는 반응(4)와(9)사이의 산화환원반응의 　 결과로서,

2H₂O₂ = 2H₂O ＋ O₂ ‥‥ (13)

과 같이 분해한다.

(3) 각종 화학종은, 상기 다종의 전극반응에 대한 ORP에 근거하여, 상호 산화환원반응을 일으키는 것에 의해 소실한다.
또한,철의 부식은 풀베이의 PH와 ORP의 영향도(그림10)에 의해 볼 수 있어,PH가 중성이면 ORP를 올려서 철을 부동태역에 넣을지, ORP를 내려서 철을 불감성역에 넣을지, 어느쪽을 행하더라도 방식은 달성된다.

이상의 실험결과로부터 물을 자기처리 하는 것에서, 철의 방식 메카니즘으로서 환원반응에 의한 방식법으로서 입증됐다는 것이다.
하지만, 현장에서의 체험을 통해 말할 수 있는 것은 자기처리의 적수대책으로서의 효과는 적수가 이미 나와 버린 경우는, 그 것을 멈추는 데는 상당한 시간을 요하는 것도 생각되기 때문에X탈기법 (수중에서 DO를 없앤다)등의 조합방식의 검토를 해서 상승효과를 노리는 대책도 좋다고 생각한다.
또, 더욱 중요한 것은 빌딩건물의 설계 시부터 이러한 자기처리법을 이용해서 장래에 대한 트러블 방지설계를 세우는 것은 향후의 중요한 설계사상이지않나 하고 생각한다.

※ 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