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염소
염소란 무엇일까요?
염소는 화학물질로 원자번호 17번이고, 입자질량은 35.5입니다. 자연적으로 발생하며, 염화 나트륨(일반적으로 소금) 및 다른 소금 등의 광물질 형태로 발견됩니다. 인위적인 염소는 염화 나트륨 솔루션의 전기 분해를 통해 상업적으로 생산됩니다.
유리염소
소독에 사용되는 유리 염소는 염화 가스가 물 속에 용해될 때 형성됩니다. 두 가지 화학종 (두개 모두 강력한 소독제임)은 pH에 따라 생성됩니다:
- 차아염소산 (HOCl).
- 하이포아염소산 이온 (OCl -).
염소처리/염소소독
염소처리은 유리 염소를 사용하는 수처리 및 소독 프로세스입니다. 염소처리는 최소의 유기 오염물과 편모충이나 크립토스포르디움 같은 처리하기 어려운 낮은 농도의 미생물을 함유하고 있는 원수에 사용되는 가장 일반적인 소독 방법입니다.
이것은 맛과 향을 조정하고, 조류 생성을 막고, 필터를 깨끗한 상태로 유지하고, 철과 망간을 제거하고, 황화 수소와 청산가리를 없애고, 응고를 향상시키기 위해 사용됩니다. 염소처리에 대해 자세히 알아보세요.
클로라민 (염소 화합물)
클로라민은 염소가 암모니아를 포함한 물에 첨가될 때 형성됩니다. 암모니아와 염소의 반응은 물 처리 전략에 따라 원할 수도, 원하지 않을 수도 있습니다. 암모니아 입자 안에 수소 원자가 얼마나 많은가에 따라 염소 원자로 대체할 수 있습니다. 다음과 같이 세가지의 다른 클로라민 종을 형성할 수 있습니다.
- 모노클로라민
- 디클로라민
- 삼염화 질소
클로라민 처리
클로라민 처리는 소독을 목표로 모노클로라민을 사용하는 수처리 및 소독 프로세스입니다. 클로라민은 유리염소에 비해 낮은 반응성을 가지고 있기 때문에 원수 내 다양한 불순물 특히 유기물질에 약하게 반응합니다. 이는 암을 유발하는 소독 부산물, 주로 트리할로메탄(THMs)의 형성을 줄이는 결과를 가져옵니다. 이것은 클로라민 처리를 통한 유리염소를 대체하는 수요에 기여하는 가장 중요한 요소 중 하나입니다.
또한, 줄어든 산화력 때문에, 클로라민은 물질적으로 작은 소독 수요를 창출합니다. 이는 염소 소비를 중요하게 줄일 수 있어, 물 속의 총 염소 잔여물을 이상적인 상태로 유지할 수 있습니다. 또한 처리 비용도 줄여줍니다. 클로라민 처리에 대해 자세히 알아보세요.
총 염소
총 염소는 샘플 내의 모든 유리염소와 염소 혼합물 종의 합을 말합니다. 염소를 측정하는 방법은 유리 염소(치아염소산 및 하이포아염소산) 및 결합 염소(클로라민 및 염소유기물)에 특정될 수 있습니다.
염소를 측정해야 하는 이유
강력한 산화제인 염소(Cl2)는 이상적인 소독제입니다. 식수 내 적절한 잔여 염소 수준은 물을 인간이 소비하는 데 있어 안전성을 보장합니다. 하지만 물 속의 너무 많은 염소는 의약품 제조, 멤브레인 처리 프로세스 및 다른 적용분야에 해로운 영향을 끼칠 수 있습니다. 초과하는 잔여 염소는 환경적으로 해로울 뿐 아니라 수돗물의 관능적 특성에 부정적인 영향을 끼칠 수 있습니다.
물에 첨가할 때, 염소는 유리 염소 또는 클로라민(암모니아가 존재할 때)를 형성하기 위하여 다음과 같이 반응합니다:
- 강력한 살균제로서 역할 수행
- 산화 금속 제거
- 불쾌감을 유발하는 맛과 향 제거
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자세히 보기
염소 소독을 위한 화학 반응
염소의 수요량은 금속, 박테리아, 유기물 또는 암모니아와 같은 물 속의 모든 오염 물질과 반응하는 데 필요한 염소의 총량입니다. 유리 염소가 더해지고, 오염물질과 반응하면, 바로 소진됩니다. 수요를 넘어서면, 유리 염소가 측정 가능해 집니다. 그러므로 필요한 염소의 양은 물에 더해진 염소량과 반응 후에 남아있는 측정 가능한 잔류 염소의 차이입니다.
필요한 염소량을 이해하는 것은 수처리 프로세스 전반에 걸쳐 효율적인 소독을 보장하는 데 도움이 됩니다. 염소 처리의 중단은 남아있는 유리 염소를 유지하기 위하여 충분한 염소를 적용하는 것입니다.
잔류염소를 부적절하게 다루었을 때 발생하는 위험
- 건강 - 염소는 투석을 위해 사용된 물에서 반드시 제거해야 합니다. 이를 통해 환자에게 심장마비와 같은 건강과 관련된 문제를 막을 수 있습니다.
- 환경 - 낮은 수준이라도, 염소는 환경에 해를 끼칠 수 있습니다. 특히 물이나 토양에 살아있는 유기물에 유해할 수 있습니다.
- 건축물 - 염소처리된 물의 사용 때문에 형성될 수 있는 염화물은 스테인리스 스틸, 특히 장비 및 구조물에 균열을 야기할 수 있습니다.
- 제약분야 - 염소는 생산 과정에서 활성화된 의약품 물질에 유해할 수 있습니다. 이는 제품 품질에 악영향을 끼치거나 제품 손실로 이어질 수 있습니다.
- 수처리 장비 - 수처리 시스템에서 염소는 RO 멤브레인 및 이온 교환 수지를 저하시킬 수 있습니다.
염소 제거 방법
염소는 해로울 수 있기 때문에 "염소 제거"를 요구하는 분야가 많습니다. 흡수 염소 제거는 염소 성분을 제거하기 위해 활성화된 탄소를 사용합니다. 화학적 염소 제거는 염소 종을 제거하기 위해 황, 중아황산염 또는 메타중아황산염과 같은 제거 물질을 사용합니다.
염소 모니터링이 요구되는 분야
식수 처리 및 공급
산화 전 과정에서 플랜트에 유입되는 원수는 염소(전 염소처리)가 투여됩니다. 이는 첫번째 처리 과정(소독 외)으로써 미네랄을 침전시켜 여과 전에 부유 및 용해물질이 제거되는 데 도움이 됩니다. 그런 다음 물은 투명도를 개선하기 위해 걸러지고, 다시 염소처리를 합니다.
염소 처리의 효과를 높이기 위해, 여과 전 후의 농도(pH, 수온 및 접촉 시간 등을 비롯)는 모니터링되고 관리되어야 합니다. 대부분의 처리 플랜트는 염소가 투입되고 섞이며 물과의 접촉을 유지하는 접촉식 챔버를 가지고 있습니다. 물 속에 존재하는 미생물의 종류, pH, 온도에 따라 요구되는 물과의 접촉 시간이 다를 수 있습니다. 이 접촉 시간은 잔류 염소를 공급하여 물이 저장 탱크로 유입되고, 공급 시스템을 거쳐 이동하는 동안, 위생적인 상태로 유지되는 데 기여합니다.
여과 전 / 후의 모든 염소 처리는 공급 시스템에서 처리 프로세스를 거쳐 여러 지점에서 관리되어야 합니다. 공급 망 내의 수돗물의 염소 처리를 가속화하는 것은 보통 펌프/승압시설에서 수행되며, 전반적으로 모니터링되고 관리되어야 합니다.
공급 시스템 내에서 염소 수준을 모니터링하는 것은 매우 중요합니다. 이를 통해 잔류 염소의 적절한 수준을 보장하여, 소독에 요구되는 관련 규제 기준을 준수할 수 있고 현재 염소의 양이 필요한 수준을 넘어서지 않도록 합니다.
식수 소독을 위한 염소 사용의 장점
- 염소는 일반적으로 물을 공급하는 저수지, 수도 본관 및 저장 탱크에서 성장하는 점액균, 곰팡이균 및 조류를 제거해 줍니다.
- 염소는 강력한 살균제입니다. 이는 식수 내에서 질병을 야기할 수 있는 많은 미생물을 줄여주어, 적합한 규제 수준을 지키도록 합니다.
- 염소는 원수에 용해되어 있는 철 및 망간을 제거하는 데 도움이 됩니다.
- 염소는 불쾌한 맛과 향을 다음과 같이 줄여 줍니다:
- 더러운 냄새가 나는 조류 분비물, 황화물, 식물이 부패하며 발생하는 냄새 등과 같은 자연적인 유기물을 산화시킵니다.
- 섞은 달걀 냄새가 나는 황화수소를 제거합니다.
- 불쾌한 맛을 유발하는 암모니아와 다른 질소 화합물을 제거합니다.
식수 소독을 위한 염소 사용의 단점
- 염소는 생명을 위협하는 기생충인 크립토스포르디움에 영향을 끼치지 않습니다.
- 염소 처리 과정에서 원하지 않는 암모니아가 염소와 반응하여 클로라민을 형성할 수 있습니다. 이는 효과적으로 모니터링되고 관리되지 않을 때 잠재적으로 소독 기능을 저하하며 맛/향에 문제를 일으킵니다.
- 물 속의 유기물과 반응할 때, 염소는 소독 부산물을 형성할 수 있습니다. 이는 인간의 건강에 해로운 영향을 끼칠 수도 있습니다. 이러한 위험 때문에 식수에 남아있는 염소의 농도와 소독부산물의 수준을 제한하는 규제가 있습니다.
폐수 처리
염소 처리는 물속에서 자라는 질병이 퍼지는 것을 막기 위하여 전처리 과정에서 사용되는 미생물과 병원균을 죽이기 위하여 최종 처리 단계에서 사용됩니다. 배출수의 독성을 줄이기 위하여 염소를 제거하는 과정이 잔류 염소를 관리하고, 규제에 대한 요구조건을 준수하기 위해 사용됩니다. 이는 방류수가 호수, 강 또는 바다로 배출되기 전에 수행됩니다. 염소는 염소처리를 받아들일 수 있는 청산가리를 산화하는 데도 사용합니다.
산업용 냉각탑
염소 수준은 모니터링되고 관리되어야 합니다. 만약 염소 수준이 너무 낮으면 생물 생장이 만연하여 수계를 막히게 할 수 있습니다. 반대로, 염소 수준이 너무 높으면, 부식 또는 다른 피해가 발생할 수 있습니다.
식품 가공
염소는 보통 과일, 채소, 가금류 및 육류의 소독제로 사용됩니다. 헹구는 물의 소독력을 최적화하기 위해서는 적절한 염소량을 유지하는 것이 필수적이다. 포장 과정의 끝단에서 저온살균하는 동안 린스조에서 사용되는 순환된 물은 오염물을 축적합니다. 그러므로 물을 소독하기 위해서 잔류 염소량을 유지하는 것이 필요합니다.
식품, 음료 및 제약 산업에서 사용되는 CIP(제자리세정)
산업 공정에서 사용되는 파이프와 용기는 CIP(제자리세정)이라고 불리는 과정을 통해 주기적으로 세척되고 소독됩니다. 염소는 소독을 위한 CIP 솔루션 내에 적절한 수준이 존재하는 지 보장하고, 염소의 부족 또는 초과로 인하여 발생할 수 있는 제품의 오염을 막기 위하여 모니터링되어야 합니다.
염소 모니터링 방법
비색법
일반적으로 광학적 방법은 용액 내의 염소 농도를 결정하기 위하여 색도를 측정합니다. 적절한 버퍼와 인디케이터 솔루션이 샘플에 추가될 때 반응이 일어나며 색을 만들어냅니다. 이러한 색도는 염소의 농도를 결정짓는 비율입니다. 색도는 눈, 비색계 또는 분광광도계를 이용해 측정될 수 있습니다. 이 방법은 샘플 내의 색 및 탁도에 의한 간섭에 영향을 받기 쉽습니다. 또한 인디케이터에 동시에 반응하는 염소 외에 다른 화학적 물질에 의한 간섭도 발생할 수 있습니다.
DPD 방법
DPD 방법은 염소를 측정하기 위한 비색법 중 가장 널리 사용됩니다. 현장용, 실험실용 및 온라인 측정기를 이용해 유리 및 총 염소를 측정하기 위해 사용됩니다. 하지만 DPD 방법은 망간, 크롬 및 클로라민과 같은 다른 산화제의 간섭 대상입니다.
인도페놀 방법
모노클로라민에 선택적으로 사용되는 인도페놀 방법은 유리 염소뿐 아니라 모노클로라민과 유리 암모니아를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 모노클로라민은 직접적으로 결정됩니다. 반면 같은 샘플 방법의 모노클로라민 및 유리 암모니아는 유리 암모니아를 모노클로라민으로 변환하기 위해 추가적인 시약을 사용합니다. 유리 염소는 두가지 시약을 사용하는 시스템을 사용하는 인도페놀 방법에 의해 측정될 수 있습니다. 이는 DPD 방법에 대한 간섭의 대상이 아닙니다. 하지만 이 방법은 실험실 또는 현장 분석만 가능합니다. 온라인 분석은 불가능합니다.
적정법
이 방법은 염소와 샘플에 추가된 적정제 사이의 화학적 반응이 완료되었을 때 염소의 농도를 결정하는 것입니다. 이 적정제는 반응이 완료될 때까지 늘려가며 추가할 수 있습니다. 최종점(또는 당량점)은 적정제와 염소가 균형을 이루는 지점입니다. 당량점은 색 인디케이터를 이용하거나 전기화학식 센서를 이용해 시각적으로 결정될 수 있습니다. 수동 및 시각적인 측정은 정확도가 떨어질 수 있으며, 샘플 내의 색 또는 탁도에 의한 간섭에 민감할 수 있습니다. 반면 전극을 이용한 적정법은 더욱 정확하며 다른 간섭에 영향을 받지 않습니다.
DPD-FEAS 방법
DPD-FEAS 방법은 무색의 최종점으로 적정되는 마젠타색의 인디케이터를 사용합니다. 이 방법은 유리 및 총 염소를 측정합니다.
요오드 적정법
요오드 적정법은 적정 최종점에서 사라지는 파란색의 인디케이터를 사용합니다. 이 방법은 일반적으로 총 염소의 농도가 매우 높을 때 사용합니다.
전류 측정법
이 방법은 최종점을 수동으로 또는 자동으로 결정하기 위해 사용되는 전류 측정 적정법을 나타냅니다. 적은 전류는 전극에 적용되며, 최종점은 적정제(페닐아르신 산화)에 의한 염소 감소의 결과로 발생하는 전류의 변화에 의해 결정됩니다. 전류의 변화 및 적정제의 양은 염소의 농도에 상응하여 측정됩니다. 이 방법은 순, 역 적정 절차를 사용하면서 유리염소와 총염소, 과산화염소와 아염소산염을 모두 측정하기 위한 과정을 제공합니다.
온라인 전류법
전기화학식 방법은 전극에서 발생하는 화학적 반응의 결과로 나타나는 전기적 전류의 변화를 측정합니다. 이 전류는 염소의 농도의 비율로 나타납니다. 다른 염소종에 더욱 민감함을 제공하는 다양한 온라인 전류 센서가 있습니다. 이 방법은 샘플 내의 색 또는 탁도의 간섭으로부터 자유롭습니다. 하지만 샘플에 노출된 센서 표면이 오염되기 쉽습니다. 몇몇 전류법의 분석기는 시약을 요구하지 않습니다. 전류방식의 센서는 유지보수를 요구하며, 현장에 따라 빈번하게 사용한다면 현장에서 교정이 필요합니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
모노클로라민은 무엇이고, 이것이 물을 소독하는 데 어떻게 사용됩니까?
모노클로라민은 식수를 소독하는데 유리염소의 대안으로 주로 사용되는 소독제입니다. 모노클로라민은 유리 염소보다 소독부산물을 덜 형성하기 때문입니다.
물 산업에서 사용되는 클로라민이라는 용어는 염소와 암모니아의 반응으로부터 형성되는 세가지 주요 성분을 설명합니다. 모노클로라민, 디클로라민 그리고 트라이클로라민이 그것입니다. 모노클로라민이 이상적인 소독제인 반면, 자연적 암모니아를 포함하고 있는 염소처리된 지하수 시스템과, 염소처리된 폐수의 배출 시 클로라민 처리가 적절히 관리되지 않으면 다른 원하지 않는 성분이 물에서 발견될 수 있습니다. 클로라민은 성분의 집단을 의미하고, 하나의 단일 물질이 아니라는 것을 유의해야 합니다. 이 집단에 대하여 더 기술적인 설명은 "무기 클로라민"일 것입니다. 소독력이 없는 이는 유기 클로라민과 구별됩니다. 염소가 지속적으로 암모니아가 포함된 물에 첨가되면 클로라민은 단계적으로 형성되는 것으로 일반적으로 이해되고 있습니다. 예를 들어 첫번째는 모노클로라민, 그 다음으로 디클로라민, 마지막으로 트라이클로라민입니다. 하지만 암모니아가 염소처리된 물에 첨가될 때 이 과정이 반대로 나타납니다. 클로라민 처리 과정은 매우 복잡하며 효율적인 제어를 위해 더 많은 모니터링이 필요합니다.
클로라민 처리의 목표는 다른 염소의 방지와 함께 모노클로라민의 완전한 셩헝입니다. 5:1의 염소:질소 질량 비율은 최적화된 화학물질의 첨가 비율로 확인됩니다. 이는 디클로라민의 형성(맛 및 냄새 문제)을 막고, 반응하지 않는 암모니아를 최소화하며, 바이오필름 및 질산화 작용의 하류를 관리하기 위한 것입니다.
샘플에 염소가 없을 때 DPD를 사용하여 양성 결과를 초래하는 것은 무엇입니까?
브롬, 요오드, 오존, 이산화탄소 및 일부 금속이나 과산화수소와 같은 다른 산화제는 다양한 상황에서 DPD와 반응하여 거짓 양성 반응을 일으킬 수있습니다. 가장 일반적인 간섭은 산화된 망간으로, 샘플을 요오드화 칼륨과 비소산나트륨으로 처리하여 교정할 수 있습니다. 태양광은 총 염소를 위한 3분의 반응시간 동안 DPD 인디케이터와 반응할 수 있습니다. (야외에서 시험할 때 반응 시간 동안 샘플을 덮어두십시오)
염소의 낮은 범위에서는 용존 산소가 특히 직사광선을 방해할 수 있습니다. 만약 초저범위(ULR) 방법이 비색계 또는 분광광도계에서 사용된다면, 샘플 분석 결과에서 이온수를 사용한 이온수를 사용한 바탕 시약의 검출 및 감산 여부를 확인합니다. 기기의 영점조정 및 샘플의 농도값을 읽기 위하여 같은 샘플 셀을 사용하는 것은 좋은 생각입니다. 이것은 영점과 셀의 판독 사이의 광학적 차이로 인한 영향을 방지할 수 있습니다.
유리 염소 DPD 시약에 유리염소 인도페놀 시약이 권장되는 시기는 언제입니까?
하크(Hach)의 10241 방법에서 사용되는 DPD 화학반응을 넘어서는 유리염소 인디페놀 화학반응을 사용하는 이유가 몇가지 있습니다.
- DPD 비색법에 간섭하는 망간 및 다른 산화제의 존재로, 유리염소를 위해 DPD 및 전류방식의 적정법으로 잔류 염소 수준 확인. 휴대용 물, 염소처리된 식수, 수영장의 물, 처리된 폐수 배출 등에 사용하십시오.
- 클로라민의 존재로 잔류 염소 결정.(유리 염소는 물 샘플 내에 만연해야 합니다) 클로라민은 DPD 유리 염소 인디케이터에 반응합니다. 그들의 존재는 발달된 색깔을 불안정하게 하고 시간이 지나면서 서서히 증가하게 합니다. 간섭의 비율은 클로라민, 구조, pH 및 샘플의 온도에 의지하고 있습니다. 이로 인해 실제 유리 염소값에 간섭되는 수준을 예상하기가 어렵습니다.
유리 염소에 대한 인디페놀 방법은 freechlor F 시약 솔루션을 사용하여, 샘플 내 존재하는 유리 염소를 빠르게 모노클로라민으로 전환합니다. 형성된 모노클로라민은 모노클로라민에 특화된 monochlor F 시약으로 결정됩니다. 망간, 다른 클로라민, 염소 유기 아민은 monochlor F 시약에 반응하지 않습니다. 그렇기 때문에 유리 염소 결정을 방해하지 않습니다. monochlor F 샘플의 바탕값은 원래 샘플에 존재하는 어떤 모노클로라민을 보상하는데 사용되지 않습니다.
총 염소는 언제 측정되어야 합니까?
염소가 의도적으로 암모니아와 반응할 때 총 염소는 통상적으로 시스템 내에서 클로라민 처리를 사용해서 측정됩니다. 총 염소는 총 염소와 무기 클로라민의 총합입니다. 만약 염소 수준이 규제 당국에 보고되어야 한다면, 어떤 형태의 염소(유리 또는 총)를 측정할 것인지, 분석에 어떤 방법론을 활용할 것인지를 확인하는 것이 권장될 것입니다.
유리 염소는 언제 측정되어야 합니까?
유리 염소는 식수 시스템에서 소독이 물이 충분한 소독제를 포함하고 있는지 확인하기 위하여 염소 가스 또는 하이포아염소산나트륨을 사용하여 일반적으로 측정됩니다. 진입점(POE)에서 수준이 4.0mg/L만큼 높다면, 식수 내 유리 잔류 염소의 일반적인 수준은 0.2-2.0 mg/L Cl2입니다. 만약 염소 수준이 규제 기관에 보고되어야 한다면, 어떤 형태의 염소(유리 또는 총)를 측정할 것인지, 분석에 어떤 방법론을 활용할 것인지를 확인하는 것이 권장될 것입니다.