물은 지구상에 존재하는 가장 중요한 자원으로써, 생활을 영위하기 위해서 뿐만 아니라 운송용으로도 사용되며 용제나 열매로도 사용됩니다. 물(H₂O)은 순수한 상태에서 무미, 무취, 무색이지만 순수한 물이란 매우 드물며, 모든 자연수에는 여러가지 종류와 미량의 불순물이 함유되어 있습니다.
보일러나 열교환기 또는 물을 이용하는 각종 설비는 물속에 녹아 있는 용존 산소와 중금속이온 및 고형침전물로 인하여 장치 내에 스케일이 형성되며, 특히 보일러와 같은 고온 열교환기에서는 스케일 생성속도가 빨라 열효율 저하는 물론이고 특히 최근 보일러는 기술개발에 따라 고성능화, 소형화가 진행되어 단위면적당 열부하가 과거보다 높아져 그만큼 장해발생의 위험은 증가되었으므로 적절한 장해방지 대책이 실시되지 않으면 대형 사고에까지 이르기도 합니다.
이를 방지하기 위하여 연속적으로 청관제를 투입하고 정기적으로 가동을 중지하고 스케일 제거작업을 하여야 합니다. 기계적 세관이나 화학적 세관을 할 경우 기기의 가동을 중지하여야 하고 또한, 경비의 지출은 물론 기기 원재료의 손상을 방지하기 위하여 상당한 주의를 기울여야 합니다. 청관제를 투입하는 경우에도 일반적으로 주기적인 청소를 하여야 합니다.
이러한 불편을 해소하기 위하여 새로운 수처리 기술을 목표로 각국에서 연구를 하였으며, 러시아를 비롯한 북구지역에서는 거의 일년내내 보일러를 가동해야 하기 때문에 연구를 활발하게 하였습니다.
원수 중에 포함되어 있는 공통적인 불순물
ㅁ 용존 고형물
스케일을 형성하는 대표적인 물질로는 CaCO₃, MgCO₃, CaSO₄, MgSO₄이 있으며, 모든 용존 고형물이 스케일을 형성하는 것은 아닙니다.
ㅁ 부유성 고형물
슬러지를 형성하는 물질로 보통 광물성 고형물이나 유기물들이 떠돌아다닙니다. 이런 물질들은 일반적으로 대부분의 물에서 문제가 되지 않습니다.
ㅁ 용존 가스
부식성 불순물은 산소와 이산화탄소는 물에 쉽게 용해될 수 있습니다.
ㅁ 표면부유물 생성물질
거품이나 찌꺼기를 형성하는 광물성 불순물은 일반적으로 CO₃₂-, Cl-, SO₄₂-와 결합형태의 나트륨이 있습니다. 실무적으로 보일러 내에 있는 스케일 형성 염들은 화학적으로 조절하여 스케일이 아닌 부유성 고형물이나 슬러지를 생성하도록 하여야 합니다. 물속에 존재하는 불순물의 양은 극히 적기 때문에 보통 물의 분석에서는 ppm이나 mg/ℓ단위로 나타냅니다.
ㅁ 경도
물은 경수 또는 연수로 불려지고, 경수는 스케일을 형성하는 칼슘(Ca++)이나 마그네슘 (Mg++)등과 같은 불순물을 포함하고 있는 반면 연수는 이러한 물질들이 적게 포함되어 있거나 전혀 없습니다. 비누의 효과에 의해 그 차이를 쉽게 알 수 있으며, 비누거품을 일으키는데 연수보다는 경수에서 아주 많은 비누가 소요됩니다.
경도는 칼슘과 마그네슘이 포함된 광물성 염에 의해 생성되며 이것이 바로 스케일을 형성하는 광물성 물질이고, 경도에는 두 가지 종류가 있습니다.
o 알카리 경도(일시 경도)
중탄산칼슘(Ca(HCO₃)₂)과 중탄산마그네슘(Mg(HCO₃)₂)이 주로 알카리 경도를 유발합니다. 이 염들이 물속에 녹아 알카리성 용액을 형성하고 열이 가해지면 분해되어 이산화탄소를 방출하며 연질의 스케일이나 슬러지를 생성합니다. 일시경도라는 이름은 물을 끓이면 경도가 제거되는 특성 때문에 종종 사용됩니다.
o 비알카리 경도, 비탄산염 경도(영구 경도)
비알칼리 경도 또한 칼슘과 마그네슘염이 있기 때문에 유발되지만 황이나 염소와 결합 되어 있습니다. 이러한 염들은 온도가 올라가면 용해도가 감소하므로 석출되어 제거하기 어려운 경질의 스케일을 형성합니다.
보일러 수에 실리카가 있으면 칼슘 및 마그네슘염과 반응하여 경질의 실리카염 스케일을 형성할 수 있으며, 실리카염은 열전달을 심각하게 방해하여 금속을 과열시키는 원인이 됩니다.
o 총경도
총경도는 경도의 형태로 분류되지 않지만 칼슘이온과 마그네슘이온을 탄산칼슘(CaCO₃) 의 양으로 환산하여 그 합으로 나타냅니다. 물이 알카리성인 경우 탄산칼슘으로 환산한 총알카리도와 같은 크기의 총경도 부분은 알카리 경도로 간주되고 나머지는 비알카리 경도로 간주합니다.(총 알카리도=알카리 경도)
o 스케일을 형성하지 않는 염
나트륨염과 같이 비경도성 염도 또한 존재합니다. 칼슘이나 마그네슘염보다 훨씬 더 잘 용해되어 일반적으로 보일러 전열면에 스케일을 형성하지 않습니다.
o 비교단위
물속에 염들이 용해되어 있을 때 용해된 염들은 전기적으로 극성을 띤 이온으로 불리는 입자를 형성합니다.
금속부분(칼슘, 나트륨, 마그네슘 등)은 음극에 부착되며 양전하를 띠기 때문에 양이온으로 분류됩니다.
음이온은 비금속 부분으로 HCO₃-, CO₃ 2- , Cl- , SO₄ 2- 등과 같이 음전하를 띠며, 양극에 부착됩니다.
일반적으로 각각의 불순물 농도는 분자량이 100인 탄산칼슘의 화학적 당량으로 환산하여 표시합니다.
o 원수의 수질 및 지역별 변화
수질은 수원, 지질 등에 따라 지역마다 굉장히 많은 차이가 있을 수 있습니다.
ㅁ pH 값
pH는 불순물이나 물의 구성성분은 아니며, 단순히 그 수치는 물에 있는 수소의 농도를 나타내어 물이 산성인지 알칼리성인지를 측정하는 척도입니다. 물(H2O)은 두가지 타입의 이온 즉, 수소이온(H+ )과 수산화이온(OH-)을 가지고 있습니다.
수소이온이 더 많으면 용액은 pH가 0~6 사이 값을 가진 산성이며, 수산화이온이 더 많으면 pH가 8~14 사이 값을 가진 알카리성입니다. 수소이온과 수산화이온의 수가 서로 동일한 경우에 용액은 pH가 7인 중성입니다. 산과 알카리는 중성샘플의 전기전도율을 증가시키는데 영향을 미칩니다. 예를 들면, pH가 12인 물은 pH가 7인 물보다 전기전도율이 더 높습니다.
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