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[화제의 기업] ㈜하이클로, ‘안전한 고효율 차염발생장치’ 개발
이름 관리자 waterindustry@hanmail.net 작성일 2017.02.03 조회수 294
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화제의 기업㈜하이클로


㈜하이클로, ‘안전한 고효율 차염발생장치’ 개발
                                                          (오픈셀 방식 무격막식 차아염소산나트륨 발생기)

전기분해조에 공기유통로 확보…생성 열·수소 즉시 배출하는 무압력 전기분해방식
전국 지자체 50개 정수장 등에 300기 이상 설치하여 관리…품질 우수성 인정받아
조달청 우수제품·중기청 기술 인증…‘2016 대한민국 수도기술대전’ 대상 수상


   
▲ ‘고효율 오픈셀 방식의 차염발생장치(OSG)’개발을 주도한 김경수 ㈜하이클로연구소장.
전 세계적으로 안전하고 품질 좋은 대체 소독제의 필요성이 증가하고 있는 가운데 무격막식 차아염소산나트륨(차염) 발생기 전문업체인 ㈜하이클로(대표 우종덕·www.hyclor.com)는 1종 차염을 생산하는 ‘고효율 오픈셀 방식의 현장발생형 차염발생장치(On-site Sodium Hypochlorite Generator, OSG)’를 개발했다.

지난 1998년 설립된 이래 국내 대부분의 상하수도 차염발생기 소독 설비를 설계·제작·설치·운영·관리해오고 있는 ㈜하이클로는 19년의 경험을 바탕으로 현재 전국 정수장 등에 300기 이상의 차염발생기를 설치하여 관리하고 있다. 이와 동시에 우수한 품질을 제공해 오고 있어 국내외에서 기술력 및 효율성을 인정받고 있다.

현장에서 염소제의 일종인 차염을 제조하여 사용하는 ㈜하이클로의 차염발생기는 염소가스의 위험성과 「화학물질관리법」의 규제로부터 안전하고, 기존 차염발생기의 문제점을 해결한 고품질 염소소독기로 업계의 이목을 끌고 있다.

 

   
▲ ㈜하이클로가 개발하여 전국 지자체 정수장 등에서 인기를 얻고 있는 ‘고효율 오픈셀 방식의 차염발생장치(OSG)’.


염소가스 소독제, 국민 안전에 심각한 우려

 

지난 150년간 정수처리공정에서 염소는 수인성전염병을 막는 가장 효과적인 소독제로 사용되어 왔으며, 염소가스의 사용을 통한 소독은 질병예방의 기준으로 자리잡았다. 그러나 염소가스의 긍정적인 소독 효과에도 불구하고 독성염소가스의 운반·저장·사용은 공공보건과 안전에 심각한 문제가 되고 있다.

또한 염소가스는 사고대비 물질 69종에 포함된 매우 위험한 가스로 「화학물질관리법」, 「고압가스안전관리법」 등 관련 법령이 강화됨에 따라 운영 및 유지관리 비용 또한 증가하고 있어 전국 정수장에서 염소가스 사용은 점점 더 어려워지는 추세이다.

해외에서는 인구밀집 지역의 정수장을 위주로 현장발생형 차염을 도입하고 있으며, 국내에서도 정수장 신설 및 교체의 경우 현장발생형 차염을 우선적으로 검토하는 방안을 추진 중이다. 이미 전국 150개소 이상의 정수장에서 위험한 염소가스가 아닌 안전한 상태의 차염을 생산해 염소소독을 시행하고 있으며, 국민의 안전에 대한 관심이 증대됨에 따라 적용시설이 꾸준히 늘어날 것으로 전망된다.

 

차염용액 장기간 저장 시 발암물질 생성 위험

 

   
 

현장발생형 차염발생장치 OSG는 염소소독이 필요한 현장에 설치되어 소금물 전기분해를 통해 안전한 차염을 저농도로 생산하는 장치로, 무격막식과 격막식 장치로 나뉜다. 무격막식 현장발생형 차염발생장치는 현장에서 3%의 소금물을 전기분해하여 저농도(유효염소농도 0.8%)의 차염(NaOCI) 용액을 발생시켜 저장·주입하는 설비로 친환경적이고, 모든 공정이 자동화된 시스템이다.

「화학물질관리법」에 의해 규제되는 격막식 장치와 달리 무격막식 장치는 법적 규제가 전혀 없다. 그러나 기존의 무격막식 장치는 △생산된 차염의 수온별 농도 변동 △생산된 차염의 품질 저하 △높은 소금 및 전기소모량 등의 단점을 갖고 있어 이에 대한 개선·보완 필요성이 지속적으로 제기되어 왔다.
     

 

   
 
또 독성가스의 위험성을 없애 안전하다고 평가받는 염소소독제인 차염이 최근 보관 중에 급격히 분해되면서 염소산염(Chlorate), 브롬산염(Bromate) 등의 소독부산물을 만들어 낸다는 사실이 드러났다. 특히 염소산염과 브롬산염은 인체의 호르몬을 교란시켜 갑상선암을 일으킬 수 있는 발암물질로 분류되어 매우 위험하며, 이에 올해부터 하루 처리용량 5만㎥ 이상의 정수장 수질기준에 브롬산염이 새롭게 추가됐다.

일부 상수도 현장에서는 편리함 때문에 5∼12% 농도의 차염용액을 사용한다. 이는 대개 6개월에 한 번 구매해 저장해두었다가 주입하며, 길게는 1년간 저장해 사용하는 경우도 있다. 정수장에서 차염용액을 장기간 저장할 경우 발암물질이 발생할 위험이 있어 이를 먹는 물에 주입하지 않도록 철저한 관리가 필요하다.

 

생성 차염 자연유하 유도한 구조로 발명특허 취득

 

   
 

㈜하이클로는 염소가스보다 안전한 동시에 기존 차염발생기의 단점을 해결해 고품질의 1종 차염을 생산하는 ‘고효율 오픈셀 방식의 차염발생장치’를 개발했다. 이 제품은 기존의 문제점을 개선하고 소금물의 전기분해를 통해 저농도 차염의 안전한 생산이 가능하다. 전기분해조 내부에서 전기분해 시 발생되는 열, 수소(H2)와 산소(O2)를 즉시 배출하는 무압력 전기분해방식이 핵심기술이다.

기존 차염제조장치와 달리 전기분해조의 상부에 공기유통로를 확보, 여기에 신선한 공기를 불어넣어 발생하는 열과 수소 가스를 즉시 배출해 생성된 차염을 자연유하(Non-pressure flow)시키는 구조를 취하고 있다. ㈜하이클로는 이와 같은 이상적인 구조로 발명특허(제10-1077199호)를 취득했다.

이 장치는 크게 △직류전원 공급장치(DC Power) △송풍기(Air Blower) △전기분해조 셀(Cell) △열교환기(겨울철용) △염수희석기(Brine Mixing System) △연수기(Water Softener) △소금저장조(Salt Tank) △차염저장조(Hypo Tank) 등으로 구성되어 있으며, 비교적 단순한 반응·공정으로 이뤄진다.

우선 연수가 공급된 소금저장조에서 생성된 염수를 전기분해조로 공급하여 전기분해가 이뤄지면 약 30%의 포화염수가 약 10:1의 비율로 희석된다. 이때 얻어진 3%의 희석염수는 직류전기가 인가된 전기분해조에서 분해되어 약 9천(±10)㎎/L의 차염을 생산하며, 생산된 차염은 저장조에 1일 생산치 이하로 저장, 필요에 따라 주입펌프나 주입장치에 의해 정량 주입된다.

유지비용 15% 감소·차염생산량 15% 증가
     

 

   
 

㈜하이클로의 차염발생기는 기존 제품에 비해 △유효염소농도 증가 △소독부산물 감소 △진동감소 등의 기술적 효과로 기존 제품과 차별성을 보이고 있다. 우선 생산 차염의 온도를 기존 인입수+18∼23℃에서 인입수+10∼13℃로 5∼10℃ 가량 줄여 달성을 목표로 했던 유효염소 농도인 평균 9천㎎/L 이상을 충족했다.

또 유효염소 1㎏ 생산당 소금 사용량 및 전기 소비량을 줄여 유지비용을 약 15% 이상 절감했으며 차염 생산량을 약 15% 늘리는 등 성능 측면에서도 향상된 결과를 보였다. 소독부산물(염소산염 기준) 역시 기존 0.07∼0.09㎎/(㎎-CL2)에서 0.007∼0.015㎎/(㎎-CL2)로 80∼90% 가량 감소시켜 2종이거나 규격 외였던 기준을 1종 이내로 진입시켰다.

아울러 전기분해조의 내부 압력을 대기압으로 만들어 발생된 수소가스를 즉시 제거·배출하여 전기분해조의 압력과 진동을 줄인 결과 제품 수명은 전기분해조 케이스 5년(압력, 과열, 진동, 누수)에서 케이스 10년(무압력, 과열방지, 무진동)으로 2배 개선됐다. 수소 모집의 가능성도 해소하여 폭발위험을 없앴다.
     

 

수소 발생에 의한 배관마모·누수 절감 효과

 

이뿐만 아니라 수소와 산소가 발생하는 즉시 배출되는 이상적인 특허구조 및 저온전기분해 방식으로 역분해반응을 억제하여 동일 조건의 기존 폐쇄형 전기분해조 대비 유효염소 농도가 1천㎎/L 이상 높다는 특징이 있다. 고압 염소가스 사용 시 필수사항인 내진방폭형 건물이나 염소중화탑, 전문 관리 인력이 불필요해 설치비용이 절감되는 효과도 가진다.

동일 전류, 동일 소금량으로 기존제품 대비 1천㎎/L 이상 추가적인 생산이 가능하고, 시판차염(5∼12%) 사용 대비 저렴한 운영비로 가동비용의 절감효과까지 거뒀다. 소금 1㎏를 150원, 전력비 1㎾h를 105.34원으로 계산했을 때 염소 1㎏ 사용 시의 생산단가를 비교한 결과 염소가스 788원, 시판차염(5%) 1만2천253원, 오픈셀 차염발생기 810원으로 염소가스의 생산단가가 가장 적었으나 유지관리비가 압도적으로 높아 오픈셀 차염발생기가 경제적으로 월등히 우수한 것으로 밝혀졌다.

또한 적절한 알칼리도의 상승으로 부식 억제와 응집효과가 강화되고 전기분해조의 내부 압력이 없이 상부 공기유통로를 통해 수소가 제거되므로 수소 발생에 의한 압력과 진동이 없어 관련 배관 마모와 누수가 없다.

 

   
▲ 평택시 서탄면 서탄로 446-43에 위치한 ㈜하이클로 본사 및 공장 전경.

성능평가 모든 항목서 성과공유 목표 100% 만족

 

한편, ㈜하이클로는 자체적으로 개발한 차염발생기의 본격적인 상용화에 앞서 지난 2014년 6월부터 2015년 2월까지 약 8개월간 K-water 경기도 광주시 제1정수장에서 염소 105㎏/일 규모로 기술검증 및 성능평가를 시행했다.

기술검증 및 성능평가 결과 △유효염소농도(9천551ppm) △전기소비량(3.44DC㎾h/㎏-Cl2) △소금사용량(3.03㎏-NaCl/㎏-Cl2) △염소산염 함량(0.014㎎/L-ClO3-)/(㎎/L-Cl2)의 4가지 항목을 100% 만족해 엄격한 기준의 K-water 기술품질 검증을 우수하게 완료했다. 기술검증은 K-water 현장 담당자가 주기적으로 입회한 가운데 진행됐으며, 공인시험기관인 한국기계전기전자 시험연구원의 현장평가를 받고 공인시험성적서를 발급받았다.

염소산염 농도는 현장에서 샘플을 채취하여 한국환경수도연구원으로 보내 공인성적서를 받는 방식으로 이뤄졌다. 8개월 간 16차례 이상 공인 시험을 통해 품질을 증명함으로써 K-water 전체 현장에 대한 수의계약이 가능함을 인정받았다.

 

기존 제품 단점 보완…조달청 우수제품 인정·중기청 인증

 

   
 

구체적인 평가 결과를 보면 유효염소농도는 평균 9천551㎎/L로 성능평가 목표인 9천(±200)㎎/L 이상을 약 6% 상회하는 차염을 생산했으며, 전력 소비량은 유효염소 1㎏ 생산당 평균 3.44㎾h으로 성능평가 최대 목표치인 4.1㎾h보다 약 19% 절감한 효과를 얻을 수 있었다. 이에 따라 향후 전력비용이 약 19% 절감될 것으로 기대를 모으고 있다.

소금 사용량은 유효염소 1㎏ 생산당 평균 3.03㎏으로 성능평가 최대 목표치인 3.4㎏보다 낮았으며, 소금 구매비용 또한 약 11% 절감하는 효과가 있는 것으로 평가됐다. 마지막으로 염소산염 함량은 유효염소 1㎎/L당 공인시험기관 측정 결과 평균 0.014㎎/L으로 성능평가 목표인 0.025㎎/L보다 약 44% 적은 1종 차염을 얻을 수 있는 것으로 조사됐다.
     

 

   
▲ ㈜하이클로의 차염발생기는‘2016 대한민국 수도기술대전’에서 대상 수상을 수상하고 조달청 우수제품으로 지정되는 등 우수성을 인정받았다.

이처럼 ㈜하이클로의 차염발생기는 기존 제품의 단점을 완벽하게 보완한 기술로서 조달청 우수제품지정(제2014-100호) 및 중소기업청 성능인증(제27-302호)을 획득했다. 이와 더불어 K-water의 성과공유제를 통과하여 수의계약을 할 수 있는 기술인증(제A2014-0610021호)을 취득했으며 지난해 ‘2016 대한민국 수도기술대전’에서 대상을 수상하며 우수성을 인정받았다.

 

국내 50곳 이상 정수장에 제품 납품 완료

 

   
▲ ㈜하이클로는 자체 개발한 오픈셀 방식의 차염발생장치를 전국 지자체 50개 정수장 등에 300기 이상 설치했다. 사진은 K-water 횡성 송전정수장(10만㎥/일 처리용량)과 경북 김천시 황금정수장(4만㎥/일)에 설치된 모습.

현재 ㈜하이클로는 국내 50여 곳 이상의 정수장에 장치를 설치했으며, 대표적인 납품실적 현장으로 K-water 횡성 송전정수장(10만㎥/일 처리용량), 경기 구리시 토평정수장(약 6만㎥/일), 경북 김천시 황금정수장(약 4만㎥/일), 상주군 도남정수장(약 1만8천㎥/일), 의성군 안계정수장 등이 있다.

㈜하이클로는 이 밖에도 ‘H 시리즈(H series)’ 하에 다양한 판매 모델을 보유하고 있으며, △상수도 염소소독(전염·중염·후염 처리) △중수도 염소소독(하수 및 우수 재이용) △하수도 염소소독(방류수, 우수, 벌킹컨트롤, 바이패스) △수영장 염소소독 △쿨링타워 △악취 및 암모니아 제거 등 여러 분야에 적용하고 있다. 이와 같은 국내 실적을 바탕으로 지난 2013년 브라질에 차염발생기를 수출한 이래 현재는 미국, 투르크메니스탄, 중국, 인도 등과 수출을 협상 중이다.

 

   
▲ ㈜하이클로는 건강한 물, 깨끗한 물, 안전한 물을 목표로 ‘고효율 오픈셀 방식의 무격막식 차염발생장치’ 기술을 물산업 발전의 신성장 동력원으로 선정하여 고용증진과 연구개발(R&D) 투자를 병행하고 지속 가능한 미래의 성장 기반을 구축하기 위한 역량 강화에 주력할 계획이다. 사진은 김경수 연구소장이 주재한 연구개발 회의 모습.

김경수 ㈜하이클로 연구소장은 “앞으로도 ㈜하이클로는 건강한 물, 깨끗한 물, 안전한 물을 목표로 ‘고효율 오픈셀 방식의 무격막식 차염발생기’ 기술을 물산업 발전의 신(新)성장 동력원으로 선정, 이를 위해 고용증진과 연구개발(R&D) 투자를 병행하여 지속 가능한 미래의 성장 기반을 구축하기 위한 역량을 강화하는 데 최선을 다하겠다”고 포부를 밝혔다.   

 

[동지영 기자]

문의 = 031-611-6952

[『워터저널』 2017년 2월호에 게재]

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