소위 한계 탄산염 경도(Hj)는 유리 CO₃가 없거나 최소인 특정 수질 조건 및 온도에서 CaCO₂가 침전되지 않는 임계값을 나타냅니다. 일반적으로 냉각수 시스템에서 이 값은 2 내지 4.5 mg 당량/L 범위이다. 그러나 산과 스케일 억제제를 첨가하면 냉각수 시스템이 더 높은 탄산염 경도 수준을 유지할 수 있습니다. 이 기사에서는 냉각수에 대한 스케일 억제제와 탄산염 경도 한계 사이의 관계를 설명하여 수처리 전문가에게 유용한 정보를 제공합니다.
1. 산 첨가 및 탄산염 경도 제한
보충수에 산을 첨가함으로써 탄산염 경도는 용해도가 높은 비탄산염 경도(CaSO₄, CaCl₂ 등)로 전환되어 순환수의 탄산염 경도를 탄산염 경도 한계 이하로 감소시켜 스케일링을 방지합니다. 화학 반응은 다음과 같습니다
하기 식과 같이 탄산염 경도 및 한계 탄산염 경도(Hj)를 기준으로 첨가되는 산의 양을 계산하는 방법을 계속 공유한다.
공식에서:
G는 첨가된 산의 양, kg/h;
E는 산의 몰 질량이고, 황산의 경우 E = 49, 염산의 경우 E = 36.5입니다
Qm은 순환 냉각수의 보충수량 m³/h입니다
α는 산의 농도입니다
HB는 보충수의 탄산염 경도, mmol/L입니다
H′B는 산 처리 후 보충수의 탄산염 경도, mmol/L입니다.
H′B 는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
공식에서: N은 농도 배수이고; Hj는 mmol/L 단위의 순환 냉각수 시스템의 제한 탄산염 경도입니다.
스케일 억제제 없이 산을 첨가한 후 순환수의 한계 탄산염 경도는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:
공식에서 [O]는 산소 소비량을 mg/L 단위로 나타내고; t는 순환수의 온도를 ℃로 나타냅니다.
Hf′는 보충수에 산을 첨가하여 처리한 후의 비탄산염 경도를 mmol/L 단위로 나타낸 것으로, 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다
2. 탄산염 경도를 제한하기 위한 산 처리와 함께 스케일 억제제의 사용
스케일 억제제와 함께 탄산염 경도를 제한하기 위해 산 처리를 사용하는 경우 사용되는 스케일 억제제의 유형에 따라 적절한 Hj 값이 결정되어야 합니다. 일반적인 규모 억제제에는 폴리인산염, 유기 포스포네이트(염) 및 폴리아크릴산이 포함됩니다.
폴리포스페이트 스케일 억제제
폴리인산염은 주로 폴리인산나트륨을 의미하며, 일반적으로 사용되는 형태는 헥사메타인산나트륨(폴리메타인산나트륨이라고도 함) 및 트리폴리인산나트륨입니다. 이러한 억제제는 콜로이드 입자를 분산 및 안정화시키며 칼슘 및 마그네슘 이온에 대한 강력한 킬레이트화 능력을 가지고 있습니다. 폴리인산나트륨은 스케일 억제제 역할을 할 뿐만 아니라 부식 억제 특성도 가지고 있습니다. 구체적인 특성은 [NaPO₃]의 분자 구조에 따라 다릅니다 엔 여기서 n의 값이 특성을 결정합니다. 헥사메타인산나트륨은 화학식 [NaPO₃]₆ONa₂를 가지며 메타인산나트륨(NaPO₃)의 중합체입니다. 스케일 억제제로 사용되는 경우 순환수의 제한 탄산염 경도 Hj는 다음 공식으로 추정할 수 있습니다. 헥사메타인산나트륨의 일반적인 투여량은 1 내지 5 mg/L 범위이며, 상한은 탄산염 경도가 높은 물에 사용된다. 트리폴리인산나트륨(Na₅P₃O₁₀)은 칼슘 이온을 킬레이트화하는 강력한 능력을 가지고 있으며, 일반적인 복용량은 2mg/L에서 5mg/L이고 Hj = 5mmol/L입니다.
폴리인산염의 단점은 폴리인산염 가수분해로 알려진 과정인 물에서 오르토인산염으로 분해되는 경향이 있다는 것입니다. 가수분해 정도는 pH, 온도, 시간, 미생물 활성 등의 요인에 의해 영향을 받습니다. 가수분해는 수온 및 접촉 시간과 양의 상관관계가 있지만 상대적으로 느린 속도로 발생하며 일반적인 가수분해 속도는 11%에서 35% 사이입니다.
유기 포스포네이트 및 그 염
이러한 스케일 억제제는 효과적이며 부식 억제 효과도 제공하므로 이중 목적 억제제입니다. 많은 특성이 폴리인산염과 유사하지만 더 높은 온도에서도 더 안정적이고 가수분해되기 쉽습니다. 그러나 유기 포스포네이트는 구리를 부식시킬 수 있으므로 구리 열 교환기 시스템에 사용하기에 적합하지 않습니다. 국내에서 사용되는 일반적인 유기 포스포네이트 및 그 염에는 하이드록시에틸리덴 디포스폰산(HEDP), 아미노트리메틸렌 포스폰산(ATMP) 및 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산)(EDTMP)이 포함됩니다. 폴리인산염과 함께 사용하면 이러한 억제제는 순환수의 탄산염 경도 제한을 개선하고 각 제제의 복용량을 줄이는 시너지 효과를 가질 수 있습니다. 이러한 억제제의 일반적인 제한 탄산염 경도는 다음과 같습니다:
HEDP: Hj = 8mmol/L
ATMP: Hj = 9mmol/L
EDTMP: Hj = 8mmol/L
폴리카르복실레이트 폴리머
폴리카르복실레이트 중합체는 카르복실 작용기(카르복실기) 또는 카르복실산 유도체를 함유하는 중합체이다. 카르복실레이트 음이온(COO⁻)은 이들 중합체의 특성을 결정하며, 여기서 M은 1가 양이온, 수소 또는 아민기를 나타냅니다. 카르복실레이트 그룹은 물에 도입된 후 COO⁻와 M⁺으로 해리되며, COO⁻는 스케일 억제를 담당합니다. 국내에서 사용되는 일반적인 폴리카르복실레이트 스케일 억제제로는 폴리아크릴산, 폴리아크릴산나트륨, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴산과 하이드록시프로필아크릴레이트의 공중합체, 아크릴산과 아크릴레이트의 공중합체, 가수분해 폴리(말레산)(무수물) 등이 있습니다. 일반적인 투여량과 해당 제한 탄산염 경도 값은 다음과 같습니다
폴리아크릴산: 1–9 mg/L, Hj = 5.5–10 mmol/L
폴리아크릴산나트륨: 1–8 mg/L, Hj = 5.8–9 mmol/L
폴리(말레산): 1–5 mg/L, Hj = 5–8.5 mmol/L
요약
순환 냉각수 시스템에서 제한된 탄산염 경도를 제어함으로써 스케일 형성을 방지할 수 있습니다. 위의 방법을 사용하여 특정 작동 조건에서 시스템의 허용 가능한 제한 탄산염 경도와 함께 산 및 스케일 억제제의 적절한 복용량을 계산하면 스케일링 문제를 방지하는 동시에 화학 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다.
