차아염소산나트륨 소독시설​

차아염소산나트륨 소독시설​

개요

​일반적으로 차아염소산나트륨은 가성소다용액에 염소를 흡수시켜 제조한다. 유효염소농도는 보통 5∼12 % 정도의 담황색 액체이다.

이러한 차아염소산나트륨은 용기에 충전한 것을 탱크로리로 운반하여 저장조에 이송한 후 사용하는 방식과 현장에서 소금을 분해하여 저농도의 안전한 차아염소산나트륨 용액을 생성시켜 주입하는 두 가지 방식이 있다.
염소가스와 동일한 소독효과를 갖는 반면 처리수 주입후 부산물로 형성되는 수산화이온(OH-)의 영향으로 수중의 알카리도, pH를 적절히 유지하고 설비 및 관로부식을 억제하는 부차적인 효과를 갖는다.
액체염소는 안정성 문제 등 위험성이 있어 다음과 같은 경우에 차아염소산나트륨으로의 전환을 고려할 필요가 있다.

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(1) 대지진 발생 가능성이 높은 지역
(2) 정수장 주변의 인구밀도가 높아 염소가스가 누설되면 큰 피해가 예상되는 경우
(3) 액체염소 사용에 동반되는 보안관리를 충분히 실시할 수 없는 상황인 경우

차아염소산나트륨은 염소보다 가격이 비싸지만, 염소에 비해 안전하고 최근 재염소시설이나 소규모 무인정수장과 하수처리장에서 사용되고 있는 추세이다.
본장에서는 주로 현장제조용 차아염소산나트륨에 대해 살펴보기로 한다.

 

​특성 

차아염소산나트륨의 성질
시판되는 차아염소산나트륨은 안정제로 가성소다를 추가로 주입하므로 높은 pH(11.2 이상)를 갖는다.

​차아염소산나트륨 용액의 사용에 있어서 가장 큰 문제점은 1주일 이내에 유효염소의 상당부분을 상실한다는 점이다.

용액의 농도가 높고, 온도가 높을수록 품질 저하율이 증가한다. 하절기 12.5 % 용액은 20일 경과하면 유효염소의 약 25 % 상실하게 된다.

보통 10∼15 %인 경우 최대저장기간을 60∼90일로 유지하는 것이 바람직하다. 차아염소산나트륨은 불안정하고 상온에서도 보존 중에 산소를 방출하고 분해되는데 특히, 일광, 자외선, 중금속, 온도상승 및 pH 가 낮아지면 분해를 촉진하게 되므로 주의하여 저장하여야 한다.

반면에 현장에서 설비를 설치하여 생산하는 차아염소산나트륨은 이러한 문제점을 해소할 수 있다.

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제조방법
발생원리
시판 차아염소산나트륨 용액은 수산화나트륨용액에 염소를 흡수시켜 제조하는데 유효염소가 5∼12%의 황갈색의 투명한 액체이고 염소와 유사한 특유의 냄새를갖는다.

                                         Cl2 + 2 NaOH → NaOCl + NaCl + H2O

현장에서 제조하는 차아염소산나트륨의 발생원리는 순도 96 % 이상의 소금과 물(연수기를 거친 물)로 과포화된 소금물을 전기분해하여 생산한다.

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                                          NaCl + H2O → NaOCl + H2

차아염소산나트륨이 물에 용해되면 다음과 같이 HOCl이 생성되어 소독효과를 갖게 된다.

                                         NaOCl + H2O → HOCl + NaOH
                                                  HOCl ⇆ H+ + OCl-

 

현장제조형 차아염소산나트륨 발생방식
현장 제조시에는 전기분해할 때 부산물로 수소가스가 발생한다. 수소는 가연성가스로 제조시 팬을 설치하여 옥외로 방출한다.

발생 차아염소산나트륨을 저장조로 이송할 때는 수소의 혼입을 방지하는 장치를 설치한다. 발생방식으로 무격막방식과 격막방식이 있다.

① 무격막방식
전기분해조에 양극판과 음극판이 설치되며 두판 사이를 구분하는 격막이 없다.

공급된 소금물은 전기분해되어 양극(+)에서는 염소가 발생하고 음극(-)에서는 H2 가스와 OH- 이온이 생성된다.

음극측​에서는 Na+ 이온과 OH- 이온으로 수산화나트륨(NaOH)이 생성되고, 양극에서 생산된 염소와 음극에서 생성된 수산화나트륨이 반응하여 NaOCl이 생성된다. 생성된 용액의 유효염소농도는 1 % 전후이다.

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② 격막방식
전기분해조의 양극과 음극간에 이온교환막을 설치하여 양극측에 소금물, 음극측에 물을 공급하면 양극에서 염소가 발생하고 Na+ 이온이 교환막을 투과하여음극으로 이동한다. 음극에서 H2가 발생하며 OH- 이온이 생성된다. 그리고 양극에서 이동해온 Na+ 이온과 OH- 이온 NaOH이 생성된다.

양극의 염소가스와 음극의 NaOH가 반응탑에서 반응하여 차염소산나트륨이 생성된다.
다음 <표 9.3>에서는 차아염소산나트륨과 염소가스의 장단점 등을 비교하였다.

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주입방식
차아염소산나트륨의 주입방식에는 자연유하방식, 이젝터방식 및 펌프방식이 있다. 소독제의 저농도로 인해 액체염소보다 많은 양을 투입하여야 하며 단위수량에따른 투입량을 증가로 소독제의 투입관경 및 정량펌프의 용량을 증가시켜야 한다.

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자연유하방식
저장조 또는 분배조를 주입점 부근에 설치한다. 주입지점이 다수인 경우에는 각 주입점에 분배조를 설치하고 저장실의 저장조로부터 이송펌프로 각 주입점의분배조에 이송한다. 분배조는 자연유하로 주입기(전자유량계와 유량조절밸브)에 보내서 주입한다. 구조가 단순하여 주입량의 변동이 적은 소규모 시설에 적합하다.

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이젝터방식
이젝터로 압력수를 공급하여 차아염소산나트륨과 희석혼합시킨 후 주입지점에 보내는 방식으로 주입지점에서 혼합효과는 좋다.

이젝터에 공급하는 압력수는 희석혼합에 의한 스케일 생성을 피하기 위하여 가능한 경도가 낮은 물을 사용한다. 압력수의 희석배율은 100배 이상으로 한다. 

 

펌프방식
계량펌프(다이어프램식, 일축편심나사식, 기어식 등)로 주입점에 보내는 방식이며 주입량의 제어범위가 넓다.단, 펌프 흡입부에 기포가 발생할 수 있으므로 주의하여야 한다.

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주입량

차아염소산나트륨의 주입량은 다음 식을 이용해 산출한다.
                     

                   

                             여기서, Vv : 용적주입량(L/h)
                                          Q : 처리수량(㎥/h)
                                          R : 염소주입률(mg/L)
                                          C : 유효염소농도(%)
                                          d : 차아염소산나트륨 비중

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 차아염소산나트륨 설비의 운전 유지관리
운전, 저장관리
(1) 염수를 전기분해하여 0.8 %(±0.1 %)의 차아염소산나트륨을 생산하여 주입하므로 생성되는 차아염소산나트륨의 농도를 항상 확인하여 운영하여야 한다.
(2) 염소주입 장소는 염소와 물이 충분하고 균등하게 혼합될 수 있는 곳을 선정하여야 한다. 정수지 유출부, 배수지 유출부, 급수전 등 적당한 위치에서 정기적으로

     잔류염소를 실측하고 균등하게 유지되는 가를 확인하여야 한다.
(3) 저장조는 철판으로 된 탱크내면에 FRP 등의 내식성 재료로 라이닝 또는 코팅을 한 것이나 내식성 재료로 제작된 저장조를 사용한다.
(4) 시판 차아염소산나트륨은 반입시에는 밸브의 개폐 등을 확인하고 계량과 품질검사를 실시하여야 한다.

    특히, 상온에서도 불안정한 물질이므로 유효염소 저하방지에 주의를 기울려야 한다.

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유지관리
(1) 차아염소산나트륨은 기포발생, 스케일생성 등으로 주입오차나 무주입사고 등이 발생할 수 있으므로 정기적인 점검을 실시하여야 한다.
(2) 원료염의 저장용량은 용해염수 및 생성 차아염산나트륨을 포함하여 항상 사용량의 10일분 이상이 저장되도록 한다.
(3) 생성된 차아염소산나트륨의 저장조 용량은 항상 사용량의 1일분 이상을 저장 항 수 있도록 하고 어느 정도의 여유량이 확보될 수 있도록 한다.여유량은 전극의 교환, 청소 등을 고려하여 산출하여 정한다.
(4) 차아염소산나트륨 설비에서 발생한 수소(H2)량이 일정량을 넘으면 산업안전보건법의 규제를 받으므로 관할관청과 협의 후 확인해 두어야 한다.

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출처 : 환경부 정수처리기준 해설서(2013) 내용 발췌