생분해성 킬레이트제 NIOPOL-킬레이트 시리즈

먼저, 스케일을 정의하면 '공장 용수내의 농축된 금속이온들이 음이온들과 반응하여 생성된 난용성 염' 이라 할 수 있다.
쉽게 말해서 환경 문제 및 기술 발달로 인해서 국내 공장들이 점점 공정수 재활용 비율을 늘리고 또는 폐쇄형 라인(폐수 배출율 0%)化가 이뤄지면서
돌고 도는 공정수내 금속이온들이 쌓이게 되고 이것들이 서로 붙어가며 '녹' 처럼 되어 파이프나 기계 표면에 착상하는 것이다.
문제는 이 '녹'이 물에 녹지 않는 난용성이어서 실제로 '녹'이 가득찬 파이프를 잘라보면 경맥동화 혈관처럼 꽉 막힘을 볼 수 있다.
물론 이 '녹'은 실제 녹이 아니며 '스케일'이며 난용성 무기 침작물로서 CaCO3, CaSO4, BaSO4, Al(OH)2, CaC2O4 의 형태로 발생하는데 쉽게 이해하자면 매우 건조한 소금 덩어리와 같다.
실제로 스케일 덩어리를 채취해서 만져보면 퇴적암 처럼 단단하지만 툭툭 부서지는 성질을 갖고 있다.

산업 전반내 기계내 표면, 펌프, 호스&파이프, 쿨링타워 등 다양한 곳에 스케일로 인한 문제가 생긴다.
♤ 세차장에 비누거품을 뿜어내는 호스내 스케일이 가득차서 사용자가 돈을 넣었는데 나오지 않는 상황
♤ 보일러 설비내 스케일 발생으로 인한 온수 공급 장애
♤ 오염된 냉각수내 이물질로 인한 쿨링타워 효율 저하

자경케미칼이 직접 촬영한 실제 예를 보면,


위에 사진은 국내 모 제지회사 기계내 스케일 제거 전/후 비교 사진이다. Before 사진에서 볼 수 있듯이 SUS 배관내 표면이 스케일로 덮혀있고 배관이 좁아질 수로 스케일로 막혀있는 것을 볼 수 있다.
공정 용액이 위 배관을 관통하여 다음 공정에 투입이 되야하는데 스케일로 인해서 시간이 추가 소요되고 생산성 저하가 오는 점을 예단 할 수 있다.

사진을 보고 스케일 두께가 적다고 판단 할 수 있지만, 일반적으로 공정수를 대량으로 사용하는 공장에서는 최소 1년 2회정도 스케일 제거 작업을 실시하고
스케일 방지제를 지속적으로 투입하고 있다는 점일 명기하자.

만약 스케일 관리를 하지 않는다면 아래처럼 된다.

위 사진은 자경케미칼이 진행한 말레이시아 모 펄프회사 그린리쿼 파이프의 예인데 무려 1.2km 길이의 SUS파이프가 스케일 침적으로 인해서 사용이 불가하게 된 상황이다.
이때는 파이프 전체 교체(일일히 구간별 단면을 확인 할 수 없기에)를 해야 되는데 SUS파이프 1.2km 교체비용을 고려한다면 스케일 관리에 중요성을 알 수 있다.

그럼 이제부터 킬레이트제의 스케일 제거 및 방지 기능에 대해서 알아보자.
스케일 제거를 위해서 그동안 강산 또는 알칼리성 제품을 사용하여 실시했는데 환경적 측면에서는 바람직하지 않다.
이에, 킬레이트제 활용을 통해서 스케일 작업을 하는것이 좋은데 이미 상당부분 연구가 진행되었다.

수처리 부분에서는 친환경 킬레이트제인 GLDA(투입 용액에 13% 용해) 와 EDDS(투입 용액에 9% 용해) 경우 고온(216–235 °C) 및 고압(21-31 bar)에서 금속 봉쇄 안정성을 시험해봤다.
안정성 부분에서는 고압/고온 환경에서는 떨어지는 부분을 확인 할 수 있었는데 pH10에서 금속침적방지 효과를 봤을때는 망간/칼슘 80%, 철 50%가 계속 용액속에 존재하는 것으로 확인 되었다.
분명히 사용에 한계는 존재하나 업종별로 친환경 또는 생분해성 킬레이트제는 계속 시험되고 있다.
알카리성 스팀 생산기에는 NTA / EDDS 계열이 알려져있고, 정유화학 쪽은 MGDA / GLDA가 사용되고 있다. MGDA의 경우 스케일 제거 효과가 기존 26.6%에서 43.7%로 향상된 연구 결과도 존재한다.

사실 제지업계에서는 칼슘 성분 스케일이 주요 문제점이다.


위에 사진을 보면 오염물 등으로 손상을 입은 SUS 표면에 Ca성 스케일이 착상 후 형성되는 것을 볼 수 있다.
주고 알카리성 표백 공정에서 존재하는 Ca가 주로 올살레이트 및 탄산염으로 기계 표면에 침적하기 시작하고 굉장히 제거하기 어려운 스케일로 형성된다.
칼슘올살레이트성 스케일 제거에는 주로 EDTA나 DTPA계열 킬레이트제가 사용되었는데 생분해성 킬레이트 계열은 PDA(Pyridine-2,6-dicarboxilic acid, 디피콜린산)가 주로 사용되고 있다.

PDA는 피리딘 고리( a pyridine ring)를 함유하고 OECD 가이드 라인 기준 생분해성으로 되어있다. 바실러스 종 포자가 건조 중량 기준 ~ 10 %를 구성하기 때문에 자연적 발생 화합물이기도 하다. 그 구조로 인해 2 : 1 (리간드 / 금속)의 비율로 금속을 킬레이트 화하여 복합체의 안정성을 향상 시킬 수 있다.
PDA가 펄프 공정상 존재하는 Ca의 90%를 제거할 수 있다는 연구 결과가 있는 만큼 환경안전상 기존 킬레이트제의 대체품으로 인식되고 있다.

그동안 국내 제지공정내 스케일 제거의 어려움으로 강산 타입의 제거제 사용이 만연하였는데 친환경 적인 킬레이트제 사용으로 대체되기를 기대한다.

- 이 상 -