수도관 내부부식방지를 위한 CCPP 조절시 정수공정내에서의 수질변화 Water Quality Variation on the Unit Operation of Water Treatment Process When CCPP Index was Controlled for Internal Corrosion of Water Pipes원문보기
본 연구에서는 수도관부식방지를 위해 정수공정에 탄산가스와 소석회, 소다회를 주입함으로 pH, 알칼리도, 칼슘경도와 같이 부식에 영향을 미치는 수질을 조절하여 운전하였다. 탄산가스와 소석회는 정수공정 중 응집제주입 이전에, 소다회는 정수공정의 마지막 단계인 BAC 처리 후에 주입하여 정수공정 내의 수질변화에 미치는 영향을 고찰하였다. pH와 알칼리도는 응집조에서 감소한 후 침전이후 BAC 공정까지 일정하게 되었으며, 칼슘경도는 응집조에서 증가한 후 BAC 공정까지 큰 변화 없이 일정하였다. 연구기간동안 탄산가스와 소석회주입으로 탁도 발생과 DOC 제거율에 미치는 영향은 거의 없었다. 최종처리수의 평균수질은 pH 8.39, 알칼리도 $61.4\;mg/L$ as $CaCO_3$, 칼슘경도 59.4 mg/L as $CaCO_3$였고, CCPP 지수는 BAC 처리수보다 평균 29.5 mg/L 상승시켜 CCPP $\geq$ 0으로 조절하여 수도관내 부식방지효과를 기대할 수 있었다.
본 연구에서는 수도관부식방지를 위해 정수공정에 탄산가스와 소석회, 소다회를 주입함으로 pH, 알칼리도, 칼슘경도와 같이 부식에 영향을 미치는 수질을 조절하여 운전하였다. 탄산가스와 소석회는 정수공정 중 응집제주입 이전에, 소다회는 정수공정의 마지막 단계인 BAC 처리 후에 주입하여 정수공정 내의 수질변화에 미치는 영향을 고찰하였다. pH와 알칼리도는 응집조에서 감소한 후 침전이후 BAC 공정까지 일정하게 되었으며, 칼슘경도는 응집조에서 증가한 후 BAC 공정까지 큰 변화 없이 일정하였다. 연구기간동안 탄산가스와 소석회주입으로 탁도 발생과 DOC 제거율에 미치는 영향은 거의 없었다. 최종처리수의 평균수질은 pH 8.39, 알칼리도 $61.4\;mg/L$ as $CaCO_3$, 칼슘경도 59.4 mg/L as $CaCO_3$였고, CCPP 지수는 BAC 처리수보다 평균 29.5 mg/L 상승시켜 CCPP $\geq$ 0으로 조절하여 수도관내 부식방지효과를 기대할 수 있었다.
The pH, alkalinity and calcium hardness could be adjusted by $CO_2$, $Ca(OH)_2$, and $Na_2CO_3$ addition in the water treatment process for corrosion protection of the water pipes. This research was performed to investigate the effect on the variation of water qualit...
The pH, alkalinity and calcium hardness could be adjusted by $CO_2$, $Ca(OH)_2$, and $Na_2CO_3$ addition in the water treatment process for corrosion protection of the water pipes. This research was performed to investigate the effect on the variation of water quality on the unit process by addition $CO_2$, $Ca(OH)_2$, and $Na_2CO_3$ in water treatment process. Carbon dioxide and lime were added before the coagulation basin and soda ash was added after the BAC process. pH and aklainity were increased at coagulation basin then after the water qualities had sustained similiarly to BAC process. There was no effect on turbidity and DOC removal efficiency during experimental period by addition\ $CO_2$, $Ca(OH)_2$, and $Na_2CO_3$ solution was added into clear well, the last process for optimum control of CCPP and is used mainly to control pH and alkalinity. In this research, average pH, alkalinity, and calcium hardness in treated water were 8.39, 61.4 mg/L as $CaCO_3$, 59.4 mg/L as $CaCO_3$, respectively and CCPP of treated water was higher than 29.5 mg/L to BAC process water, so adjusted water was expected to prevent internal corrosion of water pipe.
The pH, alkalinity and calcium hardness could be adjusted by $CO_2$, $Ca(OH)_2$, and $Na_2CO_3$ addition in the water treatment process for corrosion protection of the water pipes. This research was performed to investigate the effect on the variation of water quality on the unit process by addition $CO_2$, $Ca(OH)_2$, and $Na_2CO_3$ in water treatment process. Carbon dioxide and lime were added before the coagulation basin and soda ash was added after the BAC process. pH and aklainity were increased at coagulation basin then after the water qualities had sustained similiarly to BAC process. There was no effect on turbidity and DOC removal efficiency during experimental period by addition\ $CO_2$, $Ca(OH)_2$, and $Na_2CO_3$ solution was added into clear well, the last process for optimum control of CCPP and is used mainly to control pH and alkalinity. In this research, average pH, alkalinity, and calcium hardness in treated water were 8.39, 61.4 mg/L as $CaCO_3$, 59.4 mg/L as $CaCO_3$, respectively and CCPP of treated water was higher than 29.5 mg/L to BAC process water, so adjusted water was expected to prevent internal corrosion of water pipe.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 부식성 수질개선에 의한 상수도 관망의 내부부식방지를 위한 목적으로 부식성 수질조절을 정수처리공정 내에 적용하였을 때 각 공정별로 나타나는 수질 변화와 최종정수의 부식성 변화를 분석하였고, 약품사용에 따른 공정별 영향을 검토하였다.
제안 방법
Ca(OH)2 약품을 정수공정에 주입함에 따라 칼슘계 침전물에 의한 활성탄의 흡착능에 미치는 영향을 조사하였다. Fig.
Ca(OH)2 주입시 CO2의 접촉유무에 따른 수질변화를 분석하기 위해 수돗물 1L에 Ca(0H)2 30 mg/L를 주입하고, CO2를 주입한 경우와 그렇지 않은 경우의 수질변화를 분석하였다. 대상 수돗물의 수질은 pH 7.
Ca(OH)2와 Na2CO3 약품주입에 의해 단위공정에 미치는 영향을 조사하였다. Fig.
Fig. 1에서 볼 수 있듯이 CC)2와 Ca(OH)2는 응집공정 이전에, NazCCh는 최종정수지에 주입되었으며 수질 변화를 관찰하기 위하여 원수(So), 전오존(Si), 응집조(S2), 침전(S3), 사여과(SQ, 후오존(&), BAC(S6), 정수지(&)에서 정기적으로 채수하였다.
본 연구를 수행하기 위해 먼저 Ca(0H)2 주입시 CO2 접촉에 따른 탁도와 알칼리도, pH에 미치는 영향과 CO2 접촉 시 최적응집을 위한 pH 결정 등을 실험실 규모로 수행하였고, 이후 pilot plant 규모의 정수처리공정에 적용하여 수질 변화를 고찰하였다.
약품주입량은 원수 성상에 따라 Deffeyes Diagram을 이용하여 산정하였다. 연구기간은 2002년 12월부터 2003년 11월까지 약 1년간 운전되었으며, 각 정수공정의 pH, 수온, 알칼리도, 칼슘경도, 총용존고형물(Total Dissolved Solid, TDS) 등의 수질 변화를 주 2회 측정하였다. pH와 수온은 휴대용 pH meter (ORION model 240A*), TDS는 TOS meter(ORION model 32) 로 측정하였고, 알칼리도와 칼슘경도는 Standard methods181 에 준하여 분석하였다.
용해도가 낮은 Ca(OH)2를 수중에 주입시 C6의 접촉 유무에 따른 수질변화를 분석하였다. Ca(OH)2만을 주입한 경우와 Ca(OH)2 주입시 C6를 함께 주입한 경우의 탁도 변화를 Fig.
5 범위로 조절하였고, 응집제(PSO-M) 30-60 mg/L 범위에서 Jar Test를 실시하였다. 운전조건은 급속교반(200 rpm) 2분, 완속교반(60 rpm) 15분 이후 20분간 정치 시켜 상등수의 수질을 분석하였다.
응집공정 이전 단계에 Ca(OH)2 주입시 CO2 주입에 의한 응집조건의 최적 pH를 결정하기 위해 낙동강 원수 1 L에 Ca(OH)2 14.8 mg/L를 주입하고 CO2 주입량을 달리하여 pH 를 8.5~9.5 범위로 조절하였고, 응집제(PSO-M) 30-60 mg/L 범위에서 Jar Test를 실시하였다. 운전조건은 급속교반(200 rpm) 2분, 완속교반(60 rpm) 15분 이후 20분간 정치 시켜 상등수의 수질을 분석하였다.
3, 알칼리도 및 칼슘경도 60 mg/L as CaCOs 정도가 유지되도록 약품량을 조절하였다. 이때 사용된 CO2는 공업용 액화탄산가스(99.9%)를 이용하여 유량계로 일정하게 조절하였으며, Ca(OH)2와 NazCChe 각각 1-5%, 6-8% 수용액으로 제조하여 침전이 일어나지 않도록 교반하면서 미량정량펌프로 주입하였다. 약품주입량은 원수 성상에 따라 Deffeyes Diagram을 이용하여 산정하였다.
최종정수의 CCPP 지수를 조절하기 위해 칼슘경도는 Ca(OH를 사용하여 조절하였으며, 탁도 유발문제를 고려하여 응집공정 이전에 주입하였고, 알칼리도와 pH는 최종정수지에서 NazCCh를 사용하여 조절하였다.
pH와 수온은 휴대용 pH meter (ORION model 240A*), TDS는 TOS meter(ORION model 32) 로 측정하였고, 알칼리도와 칼슘경도는 Standard methods181 에 준하여 분석하였다. 탁도와 DOC는 Turbidity meter (HACH)와 SHIMADZU TOC 5000을 이용하여 각각 분석하였고, 물의 부식성은 CCPP 지수를 사용하여 평가하였다.
대상 데이터
대상 수돗물의 수질은 pH 7.51, 알칼리도 40 mg/L as CaCO3, 탁도 0.145 NTU였다.
본 연구에서 사용된 pilot plant는 맥동식 침전조로 운전되고 있는 고도정수시설로서 운전유량(Qa«)이 하루 80 m3 이다. Fig.
이론/모형
연구기간은 2002년 12월부터 2003년 11월까지 약 1년간 운전되었으며, 각 정수공정의 pH, 수온, 알칼리도, 칼슘경도, 총용존고형물(Total Dissolved Solid, TDS) 등의 수질 변화를 주 2회 측정하였다. pH와 수온은 휴대용 pH meter (ORION model 240A*), TDS는 TOS meter(ORION model 32) 로 측정하였고, 알칼리도와 칼슘경도는 Standard methods181 에 준하여 분석하였다. 탁도와 DOC는 Turbidity meter (HACH)와 SHIMADZU TOC 5000을 이용하여 각각 분석하였고, 물의 부식성은 CCPP 지수를 사용하여 평가하였다.
9%)를 이용하여 유량계로 일정하게 조절하였으며, Ca(OH)2와 NazCChe 각각 1-5%, 6-8% 수용액으로 제조하여 침전이 일어나지 않도록 교반하면서 미량정량펌프로 주입하였다. 약품주입량은 원수 성상에 따라 Deffeyes Diagram을 이용하여 산정하였다. 연구기간은 2002년 12월부터 2003년 11월까지 약 1년간 운전되었으며, 각 정수공정의 pH, 수온, 알칼리도, 칼슘경도, 총용존고형물(Total Dissolved Solid, TDS) 등의 수질 변화를 주 2회 측정하였다.
성능/효과
1) 용해도가 낮은 Ca(OH)2 약품 주입시 CO2를 함께 주입한 결과 Ca(OH)2의 용해가 증가됨으로서 탁도가 저감되었고, 응집전 pH를 최적으로 조절함으로서 응집효과를 개선할 수 있었다.
3) 정수공정에 C6와 Ca(OH)2를 주입하였을 때 각 공정별 pH와 알칼리도 변화는 응집공정에서 감소가 있은 후 침전, 여과, 후오존, BAC 공정까지는 거의 일정하게 유지되었고, 최종정수지에서 Na2CO3 주입으로 최종수질은 약 pH 8.3, 알칼리도 60 mg/L as CaCOa를 유지하였다. 응집공정 이전에 C6와 Ca(OH)2를 주입하였을 때 각 공정별 칼슘경도 변화는 응집공정에서 증가한 이후 침전, 여과, 후 오존, BAC 등의 후속공정 동안 거의 일정하게 유지되어 응집공정 이전에서 추가해도 정수공정 중 큰 감소 없이 목표 수질을 유지할 수 있었다.
4) BAC 처리수에서 CCPP 범위가 -116.5--4.1 mg/L인 것을 pH와 알칼리도를 상승시켜 CCPP가 -12.2-9.8 mg/L 범위로 상승되어 수질의 부식성이 감소되었고, CaCCh 피막 형성에 의한 수도관내의 부식이 완화될 것으로 기대된다.
5) 응집공정 이전에 CO2와 Ca(OH)2를 주입하였을 때 침전, 여과, 정수에서 평균 탁도는 각각 1.484 NTU, 0.128 NTU, 0.041 NILS 매우 양호하게 유지되어 Ca(OH)2 사용이 탁도 발생에 미치는 영향은 거의 없었다.
6) BAC 공정 DOC 제거율 변화로 살펴본 결과 약품 주입 이전의 제거율은 평균 51.3%, 약품주입 이후 평균 제거율은 45.1%로 1년 정도의 운전기간 동안 6.16% 감소되어 CaCCh 등에 의한 활성탄 흡착능에 미치는 영향이 미미하였다.
83)로서 큰 차이 없이 비슷한 pH 거동을 보여주었다. BAC 공정이후 pH를 목표수질로 조절하기 위해 NaKQs를 주입한 결과 정수지의 pH는 7.21-9.34 범위(평균 8.39)로 조절되었다.
5 NTU 이하로 유지되었다. 따라서 Ca(OH)2와 Na2CO3 주입이 탁도 증가에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.
5 정도 유지되었다. 용해도가 낮은 Ca(OH)2를 단독으로 사용하기 보다는 CO2 와 함께 주입하면 약품의 용해도를 증가시켜 탁도 저감은 물론 주입농도 대비 원하는 농도를 얻을 수 있었다.
3, 알칼리도 60 mg/L as CaCOa를 유지하였다. 응집공정 이전에 C6와 Ca(OH)2를 주입하였을 때 각 공정별 칼슘경도 변화는 응집공정에서 증가한 이후 침전, 여과, 후 오존, BAC 등의 후속공정 동안 거의 일정하게 유지되어 응집공정 이전에서 추가해도 정수공정 중 큰 감소 없이 목표 수질을 유지할 수 있었다.
3에 나타내었다. 응집제농도 30~60 mg/L 범위에서 평균 탁도는 pH 8.48로 조절되었을 때 0.63 NTU으로 가장 낮았으며, pH 8.94로 조절된 경우 1.30 NTU, pH 9.47로 조절된 경우 4.70 NTU, pH 7.06(약품이 주입되지 않은 원수)의 경우는 1.91 NTU였다. 따라서 pH 8.
7 mg/L as CaCO3 정도가 상승되었다. 이후 공정에서는 침전 31.6-107.1 mg/L as CaCC>3(평균 62.4 mg/L as CaCOj), 여과 30.8~90.3 mg/L as CaCO(평균 61.2 mg/L as CaCO3), 후오존 31.2-95.7 mg/L as CaCC)3(평균 61.2 mg/L as CaCOj), BAC 32.8 — 90.9 mg/L as CaCO3(평균 60.1 mg/L as CaCO3), 정수지 33.6- 92.9 mg/L as CaCCh(평균 59.4 mg/L as CaCOa) 범위로 비슷한 거동을 보였으며, 응집이후 최종정수지까지 일정 농도를 유지하였다.
최종정수의 목표수질은 pH 8.0-8.3, 알칼리도 및 칼슘경도 60 mg/L as CaCOs 정도가 유지되도록 약품량을 조절하였다. 이때 사용된 CO2는 공업용 액화탄산가스(99.
9는 약품주입 이후 후속공정인 침전과 여 과공정, 최종정수지에서의 탁도변화이다. 침전공정의 경우 0.364-3.210 NTU(평균 1.484 NTU), 여과공정 0.023-0.805 NTU(평균 0.128 NTU), 최종정수지 0.024- 0.311 NTU(평균 0.041 NTU)로서 매우 안정적인 범위를 나타내었고, 여과공정 및 최종정수지의 평균 탁도는 0.5 NTU 이하로 유지되었다. 따라서 Ca(OH)2와 Na2CO3 주입이 탁도 증가에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.
8에 나타내었다. 칼슘경도 조절 이후 BAC 처리 수의 CCPP는 -116.5~-4.1 mg/L, 평균 -29.0 mg/L였고, Na2CO3 주입에 의해 최종 pH와 알칼리도가 조절된 최종정수지에서는 -12.2-9.8 mg/L 범위, 평균 0.5 mg/L를 보여부식성 수질이 개선된 것을 알 수 있다. 또한 내부부식방지를 위한 CCPP > 0 조건을 만족함으로 수도관내 CaCO3 피막형성을 통하여 부식이 저감될 것으로 기대된다.
후속연구
5 mg/L를 보여부식성 수질이 개선된 것을 알 수 있다. 또한 내부부식방지를 위한 CCPP > 0 조건을 만족함으로 수도관내 CaCO3 피막형성을 통하여 부식이 저감될 것으로 기대된다.
참고문헌 (20)
Sander, A., Berghult, B., Elfstrm, B. A., Lind, J. E., and Hedberg, T., 'Iron corrosion in drinking water distribution systems-The effect of pH, calcium and hydrogen carbonate,' Carros. Sci., 38(3), 443-455(1996)
Sander, A., Berghult, B., Ahlberg, E., Elfstrm, B. A., Lind, J. E. and Hedberg, T., 'Iron corrosion in drinking water distribution systems-Surface complexation aspects,' Carros. Sci., 39(1), 77-93(1997)
Sathasivan, A., Ohgaki, S., Yamamoto, K., and Kamiko, K., 'Role of inorganic phosphorus in controlling regrowth in water distribution system,' Water Sci. Technol., 35(8), 37-44(1997)
Elfstrm, B. A., Berghult, B., and Hedberg, T., 'Drinking water distribution -improvements of the surface complexation model for iron corrosion,' Water Sci. Technol., Water Supply, 1(3), 11-18(2001)
Critchley, M. M., Cromar, N. J., McClure, N., and Fallowfield, H. J., 'The effect of distribution system biofilm bacteria on copper concentrations in drinking water,' Water Sci. Technol., Water Supply, 2(1), 319-324(2002)
Schock, M. R., 'Internal corrosion and deposition control in water quality and treatment,' J AWWA, 82(11), 997-111(1990)
AWWARF, 'Internal corrosion of water distribution system,' AWWARF-DVGW-TZW cooperative research report, Denver, CO, 586(1996)
Rooklidge, S. J. and Ketchum, Jr. L. H., 'Corrosion control enhancement from a dolomite-amended slow sand filter,' Water Res., 36, 2689-2694(2002)
Volk, C., Dundore, E., Schiermann, J., and Lechevallier, M., 'Practical evaluation of iron corrosion control in a drinking water distribution system,' Water Res., 34(6), 1967-1974(2000)
Langelier, W. F., 'The analytical control of anticorrosion water treatment,' J. AWWA, 28(10), 1500-1521(1936)
Merrill, D. T. and Sanks, R. L., 'Corrosion control by deposition of $CaCO_{3}$ films,' J AWWA, 69(11), 592(1977-8)
Merrill, D. T. and Sanks, R. L., 'Corrosion control by deposition of $CaCO_{3}$ films,' J AWWA, 69(12), 634(1977-8)
Merrill, D. T. and Sanks, R. L., 'Corrosion control by deposition of $CaCO_{3}$ films,' J AWWA, 70(1), 12(1977-8)
Merrill, D. T., Lane, R. W., Pisigan, R. A., Richards, G. G., Rossum, J. R., Scanlan, L. P., Singley, J. E., and Whitney, G. R., 'Suggested methods for calculating and interpreting calcium carbonate saturation indexes,' J AWWA, 71-77(1990)
AWWA, Internal corrosion of water distribution systems, 2nd ed., 398-421(1996)
이재인, '상수도 관망에서 부식성 인자조절에 따른 부식속도 및 생성물의 고찰,' 부산대학교 석사논문(1999)
임진경, 'CCPP조절에 의한 수도관의 부식제어,' 부산대학교 석사논문(1999)
Deffeyes, K. S., 'Carbonate Equilibria: A Graphic and Algebraic Approach,' Limnol. Oceanogr., 10, 412(1965)
APHA, AWWA and WPCF, Standard methods for the examination of water and wastewater, 20th ed., Washington, D.C., USA(1998)
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