“냉각탑이나 냉각수 등을 소홀하게 관리해 병원균이 발생하는 일이 비일비재하게 발생하고 있다. 특히 냉방병의 주점인 레지오넬라는 바이오필름이 제거되지 않으면 근본적인 제거가 불가능하다. 또 이로 인해 배관 내 스케일이나 부식 등이 생성하고 동력비 증가 및 배관 교체비용 발생 등 유지관리 상 비용 증가로 이어진다. 냉각수 시스템관리 시 가장 골치 아픈 문제는 미생물 및 바이오필름의 관리이다.”

NCH코리아 수처리사업부 정상용 매니저는 1월 20일 열린 ‘NCH 온라인 기술 컨퍼런스’ 중 ‘냉각수계 미생물 증식 모니터링 신기술’ 발표에서 이같이 밝히고 “냉각수계에 반드시 발생하는 미생물 증식과 이로 인한 바이오필름 위험성을 진단하고 미생물 관리를 위한 가장 효과적인 인사이트를 확인하는 자리가 되길 바란다.”고 말했다.

NCH는 산업설비유지보수에 필요한 제품 및 솔루션을 공급하는 글로벌 기업으로서 1919년에 설립돼 올해로 창사 101주년을 맞았다.

미국 텍사스 댈러스에 본사를 두고 있고 현재 전 세계 51개국에 위치한 지사에 약 1만여 명의 전문인력을 두고 있으며 연 10억 달러(약 1조 2000억 원)의 매출을 기록하고 있다.

한국법인 NCH코리아(지사장 오준규, 엔씨에이취코리아)는 지난 1984년 설립돼 국내 업계 최초로 절연성 크리너 등을 소개한 바 있으며 현재 수백여 종의 설비보수용 화학제품을 공급하고 있다. 또한 화학제품, 장비 및 이와 관련된 서비스 등 토탈 솔루션을 제공할 수 있는 업계 유일한 산업설비 유지보수 전문기업이다.

회사 관계자는 “이번 온라인 컨퍼런스(MAIN TRAIN)는 NCH의 100년 경험으로 다져진 산업, 상업시설, 수처리, 윤활 등 다양한 분야의 특화된 주제로 산업설비 분야 고객의 비즈니스가 최고 효율을 낼 수 있도록 도움을 주기 위해 마련됐다.”고 개최 취지를 설명했다.

NCH 온라인 컨퍼런스에서는 △상업시설에서의 하수배관 및 집수정 문제관리의 최적화 솔루션(상업시설사업부 허성우 매니저) △냉각수계 미생물 증식 모니터링 신기술 소개(수처리사업부 정상용 매니저) △윤활관리를 통한 효율성 극대화 솔루션(윤활사업부 강성호 매니저) △배관 보수, 특수 수지로 보다 빠르게(산업시설 유지보수사업부 박정준 매니저) 등의 발표가 있었다.

냉각수계, 바이오필름 형성으로 다양한 문제 야기

정상용 매니저는 “냉각탑, 냉각수 배관 등은 미생물이 번식하기 쉬운 환경으로 철저한 관리가 필요하다.”면서 “특히 번식한 미생물을 제거하지 않으면 이들이 군집을 이루고 바이오필름을 형성해 다양한 문제를 일으키기 때문에 사전에 방지하는 것이 무엇보다 중요하다.”고 강조했다.

미생물은 박테리아, 균 등을 통칭하는 말이다. 바이오필름은 이런 박테리아 분비물과 그 속에서 생장하는 고착성 미생물들의 군집층으로 흔히 물때 또는 슬라임이라고 부른다.

물속에서 떠다니는 박테리아는 생존을 위해서 고착해가는 과정을 거치게 된다. 이때 자신들의 군집을 보호하기 위해서 EPS(Extracellular Polymeric Substance)라고 하는 물질을 분비하는 생장 과정을 거친다. 그리고 박테리아는 EPS물질 안에서 군체를 형성하게 되고 이것들이 커지면서 성숙과 분리과정을 통해서 다시 부유성 박테리아를 내놓게 된다. 이런 과정이 반복되면서 냉각수 안은 미생물을 끊임없이 형성하게 된다.

바이오필름은 수 시간 내에도 생성되고 0.1m 정도 생성하는데 1주일이면 충분하다.

또 바이오필름은 생존하기 위해 고착화 과정을 거치고 보호성을 띠기 때문에 미생물처리제(살균제)를 투입해도 제거하기 힘들다.

특히 쿨링타워는 외부에 유입되는 이물질이나 먼지, 침전물 등이 많고 또 녹가루나 녹에 대한 부산물들이 생기게 되면 부피가 굉장히 커진다.

정상용 매니저는 “바이오필름은 미생물 생장과 생존에 최적화된 복잡한 구조로 일단 생성되면 제거하기 힘들다.”면서 “이런 바이오필름들이 생성되면 공정에 상당히 큰 영향을 미치게 되는데 그중 하나가 에너지손실”이라고 설명했다.

CHEMTEX에서 발표한 바이오필름과 실리카, 인산칼슘, 황산칼슘, 탄산칼슘 등으로 인한 스케일의 에너지손실 비교 데이터를 보면 동력비는 바이오필름 0.2mm 생성되면 10% 증가, 스케일 1mm 끼었을 때 10% 증가하는 것으로 나타났다.

정상용 매니저는 “모든 광물성 물질을 비교했을 때 바이오물질은 가장 동력비를 증가시키는 첫번째 원인이 된다.”면서 “바이오필름은 탄산칼슘보다 4~5배 더 단열성이 높기 때문에 1mm 정도 생성되면 동력비를 35% 증가시켜 시스템 가동을 중단시킬 수도 있다.”고 언급했다.

바이오필름은 그 자체에서 병원성균을 발생시킨다. 냉각수 내를 둥둥 떠다니는 박테리아들이 슬라임이라고 하는 바이오필름, 물때 등 점액성(세포 외 중합물질, EPS)을 분비해서 고착성 바이오필름을 생성한다.

레지오넬라의 생존에는 바이오필름과 아메바가 중요한 역할을 한다. 바이오필름은 레지오넬라가 생장하고 증식하는데 보호성 환경을 제공하고 아메바의 먹이 역할을 하면서 레지오넬라 증식을 돕는다. 레지오넬라는 아메바에 기생하면서 그 안에서 급격하게 증가하고 아메바가 먹을 것이 없게 되면 소멸과정을 거치면서 다량의 레지오넬라를 물 속에 내놓게 되는데 이때 증식된 레지오넬라는 독성이 훨씬 더 강해진다.

정상용 매니저는 “냉각수에 흐르는 레지오넬라균들이 사람에게 닿게 되면 레지오렐라균으로 인한 호흡기질환이 발생하게 된다.”면서 “여름 감기와 비슷하지만 심각한 경우, 폐렴을 일으키기도 하고 치사율이 높아 질병관리본부에서 관리하고 있는 병원성균”이라고 전했다.

또 바이오필름은 부식에도 영향을 미친다. 바이오필름이 생성되면 금속과 박테리아가 접촉하는 부분 성상이 바뀌면서 이 부분이 파여들어가는 현상이 발생하고 이때 생기는 부식을 미생물 하부부식, MIC(Microbiologically Influenced Corrosion)라고 한다.

부식으로 인해 냉각수 측에서 핀홀이나 누수현상을 보이는 경우나 부피가 차오르는 부식으로 유량이 변해 흐름이 일정치 않게 되는 등 배관 교체 비용이 발생하기도 한다.

정상용 매니저는 “바이오필름으로 인해서 에너지손실 증가, 질병 발생, 부식으로 인한 배관 교체 등 여러 가지 문제가 발생한다.”면서 “이런 문제는 비용으로 직결되지만 잘 관리하게 되면 생산성 향상으로 이어진다.”고 강조했다.

현장에서는 이런 미생물을 억제하기 위한 미생물처리제 투입, 미생물 배양시험, 정기적인 수질검사 등 다양한 대응 노력이 이루어지고 있다.

미생물 배양 시험은 레지오넬라균 검사로 1년에 한 번씩 의무적으로 하고 그 시험결과를 보관해야 한다.

정상용 매니저는 “이런 재래식 검사를 통해서 미생물 여부를 확인하고 심한 경우 스케일이 생긴 것도 아닌데 기계식 세관을 하는 등 인력 손실, 생산가동 중단을 초래했었다.”면서 “만약 미생물 억제를 잘해서 살균제도 적절하게 투입해서 효과를 극대화 하면 필요없어지는 과정이 바로 기계식 세관이다.”라고 강조했다.

이어 “고체 표면의 미생물막인 ‘바이오 필름’의 상태를 모니터링하고 적절하게 처리해 냉각수에 발생하는 미생물을 효과적으로 제거, 관리할 수 있는 기술을 적용한 수처리 솔루션 ‘바이오다트(bioDART)’”라고 소개했다.

바이오다트, 바이오필름 자동 모니터링…BFI 7.0 이하로 관리

바이오다트는 이렇게 관리 및 제거가 어려운 바이오필름의 상태를 모니터링하고 적절하게 처리할 수 있는 새로운 기술이다.

그 기술을 인정받아 특허취득 뿐만 아니라 ‘R&D 100 AWARDS’를 수상하기도 한 NCH의 신기술이 반영된 최첨단 장비다.

정상용 매니저는 “기존의 미생물 모니터링 시스템은 주변상황과 조건에 따라 정확성이 떨어질 수 있다.”면서 “바이오다트는 바이오필름 생성 경향을 자동으로 실시간 모니터링하고 그 결과에 따라 미생물처리제를 투입하고 이에 대한 효과를 실시간으로 확인할 수 있도록 설계됐다”고 설명했다.

냉각수 측에 효율을 극대화하기 위해서 그동안 컨트롤러를 통해서 물의 상태를 항상 일정하게 유지시켜 왔다. 더군다나 이 바이오다트를 통해서 실시간으로 바이오필름을 모니터링할 수 있는 방법이 있다고 한다면 에너지손실이나 질병성 질환 위험, 부식의 위험 등 이런 것들을 탈피할 수 있게 된다.

바이오다트 내부는 광학 검출 튜브가 설치되어 있고 순환수 일부를 그 안으로 통과시킨 후 배수한다. 통과유량은 시스템 규모에 따라 1분에 100~500ml 정도다. 설비시스템에 바이오필름이 생성되기 전에 바이오다트에 먼저 바이오필름이 생성된다. 센서는 튜브의 광투과율을 측정하고 바이오필름 생성된 두께에 따라 광투과율이 저하된다.

이 광투과율을 미생물이 양과 함수관계인 바이오필름 생성 경향지수(BFI)라고 표현하는데 이 BFI를 7.0 이하로 관리하는 것이 목표이다. 이러한 시스템을 통해 바이오 필름 생성에 대한 즉각적인 모니터링 및 대체가 가능한 것이 바로 바이오다트 시스템이다.

정상용 매니저는 “바이오다트를 통해서 현재 투입하고 있는 살균제의 BFI 경향이 높은지 낮은지를 그래프를 통해서 확인할 수 있고 또 투입하고 있는 살균제량이 적절한지, 잘 관리가 되고 있는지 확인할 수 있다.”고 말했다.

바이오다트가 설치된 서울 영등포구 소재 호텔과 병원 사례도 소개했다.

호텔 설비엔지니어는 “바이오다트 설치 후 상업 건물에서 중요시 되는 미생물 관리의 척도를 문서가 아닌 시스템 상에서 관리자가 실시간으로 확인이 가능해졌고 그로 인해 현재 적용하고 있는 미생물처리 프로그램의 신뢰도가 향상되었을 뿐만 아니라 수처리 담당자와 더 밀접한 커뮤니케이션이 가능하게 되어 현재 아주 만족스럽게 운영하고 있다.”말했다.

병원 시설관리담당자는 “수질관리의 어려운 점은 물속에 어떤 미생물이 얼마만큼 존재하는지 알 수 없다는 점”이라며 “ 그러다 보니 매달 수질검사를 해야 하고 또 검사를 통해서 약품을 투여하다 보니 안전을 위해 더 많은 양을 넣게 된다.”고 언급했다.

이어 “바이오다트를 설치하고 실시간으로 모니터링할 수 있게 돼 수시로 약품 양을 조절할 수도 있고 또 그 검사 비용 등 절약할 수 있는 부분도 생겨 좀 더 마음 편하게 수질관리할 수 있게 됐다.”고 강조했다.