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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 옥내 급수관으로 많이 사용되고 있는 동관을 대상으로 모의급수관망을 구성하여 주요 수질영향인자인 pH, 알칼리도, 염소이온이 동관의 부식속도에 미치는 영향을 고찰하였다.
제안 방법
- pH, 알칼리도, 염소이온의 상호작용에 따른 부식속도실험에 사용한 대상원수는 염소이온의 농도를 25, 50mg/Z, pH는 7, &로 조절하였고 알칼리도는 10, 50, 100, ISOmgCaCOVE 조절하였다. 염소이온의 농도는 0.
- 모든 실험의 대상원수 수온은 20±1。。로 유지하였으며, 대상원수를 모의 급수관망내에 넣고 5분 동안 운전한 후 Fig. 2와 같은 부식속도측정기 (Conator, Rohrback Cossasco System Model RCS 9000)를 이용하여 부식속도를 측정하였다. 부식속도 측정기 (corrator)는 시편시험(coupon test) 등과 비교하여 간단하고 경제적이며 시간에 따른 부식속도 변화를 측정하는 데는 매우 유용하게 활용되고 있으며, 금속표면에서 균일부식이 발생할 경우에는 아주 정확히 부식을 측정할 수 있다.
- 따라서 본 연구에서는 부식속도측정기 (corrator)를 이용하여 공식 경향(pitting tendency)을 측정하여 Table 2에 나타내었다. 공식 경향은 단위가 없으며 값이 크면 공식이 발생될 수 있는 수질상태이며, 값이 작으면 공식 문제가 없는 수질상태를 나타낸다.
- 본 연구에서 pH와 알칼리도에 따른 부식속도 실험에 사용한 대상원수는 3차 증류수를 사용하였고, 0.1 M NaOH와 0.1 M CH3COOH에 의해 pH 7, 8, 9로 조절하였으며, 알칼리도는 0.1 M NaHCQ에 의해 10, 50, 100, NOmgCaCQ/Z로 조절하였다.
- 본 연구에서는 염소이온 농도를 25, 50 mg〃로, pH는 7, 8로 조절하고, 알칼리도는 10, 50, 100, 150 mgCaCO/Z로 변화시켰을 때 모의급수관망에서 대상 원수를 순환시키면서 부식속도측정기로 동관의 공식 경향과 균일부식속도를 측정하였으며, 그 결과는 Table 4 와 같다.
- 본 연구에서는 염소이온의 농도를 10, 25, 50, 100, 150mg/Z으로 조절한 다음 모의급수관망에서 대상 원수를 순환시키면서 부식속도측정기로 동관의 공식 경향과 균일 부식속도를 측정하였으며, 측정결과는 Table 3 과 같다.
- 본 연구에서는 증류수를 실험대상 원수로 하여 pH 7, 8, 9에서 알칼리도를 각각 10, 50, 100, 150 mgCaCO/로 조절한 후 모의급수관망에 동관시편을 장착하고 대상원수를 순환시키면서 부식속도측정기로 동관의 균일부식속도를 측정하였으며, 그 결과를 Table 1 에 나타내었다.
- 3 mgCaCOJZ의 수돗물을 대조군(blank)四로 하였다. 수돗물의 알칼리도는 100, ISOmgCaCOa/Z, pH는 7.5, 8, 9로 조절하였으며, pH는 0.1 M NaOH와 0.1 M CHKOOH로, 알칼리도는 0.1 M NaHCOj로 조절하였다. 이온강도는 0.
- 1 M NaHCQ로 조절하였다. 염소이온의 농도를 25, 50mg/Z로 고정시킨후 pH와 알칼리도를 행렬(matrix) 형태로 대상 원수의 수질을 변화시켰다. 이온강도는 0.
- 염소이온의 농도에 따른 부식속도 실험에 이용한 대상 원수는 0.1 M NaCl을 이용하여 농도를 10, 25, 50, 100, 150 mg/Z로 맞추었다.
- 시편관은 직경 20mm의 동관 시편(test piece)이 설치될 수 있도록 직경 30 mm, 길이 300 mm의 아크릴 원통관으로 상하부가 분리되도록 제작하였다. 인공시료를 저 장하는 저류조는 유효용량 20/이며, pH 측정기, DO 측정기, 유량계를 연결하였으며 유속은 LOm/sec로 조절하였다.
- 현재 국내에서 옥내급수관으로 가장 많이 사용되고 있는 동관에서의 공식 부식의 영향을 고찰하기 위해주요 수질영향인자인 pH, 알칼리도, 염소이온이 동관이 장착된 모의급수관망에서 균일부식속도와 공식 부식에 미치는 영향을 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 수돗물에 대한 부식속도 실험에 이용한 대상 원수는 실험실 내 수돗물을 사용하였으며, pH 7.3, 알칼리도 49.3 mgCaCOJZ의 수돗물을 대조군(blank)四로 하였다. 수돗물의 알칼리도는 100, ISOmgCaCOa/Z, pH는 7.
- 시편관은 직경 20mm의 동관 시편(test piece)이 설치될 수 있도록 직경 30 mm, 길이 300 mm의 아크릴 원통관으로 상하부가 분리되도록 제작하였다. 인공시료를 저 장하는 저류조는 유효용량 20/이며, pH 측정기, DO 측정기, 유량계를 연결하였으며 유속은 LOm/sec로 조절하였다.
- 실험장치는 시편관(test piece sleeve)과 저류조로 구성되었다. 시편관은 직경 20mm의 동관 시편(test piece)이 설치될 수 있도록 직경 30 mm, 길이 300 mm의 아크릴 원통관으로 상하부가 분리되도록 제작하였다.
성능/효과
- 7은 Table 5의 결과값을 이용하여 공식 지수를 구한 것이다. 수돗물에 pH와 알칼리도를 조절하지 않았을 때 즉, pH 7.3, 알칼리도 49.3 mgCaCQ"에서의 공식 지수는 0.316으로 공식 문제가 발생될 수 있음을 확인하였다. 또한 pH 7.
- 1. 증류수를 대상으로 pH는 7, 8, 9, 알칼리도는 10, 50, 100, ISOmgCaCOj//, 염소이온 농도는 25, 50 mg/Z를 조절하여 동관의 부식에 대해 실험한 결과, 공식 부식을 일으킬 가능성이 있는 공식 지수는 pH에 관계없이 알칼리도와 염소이온 농도가 증가할수록 증가하는 경향을 보였다. 또한 동관 내부의 수돗물 중 염소이온이 25mg/Z 이상 존재하고 있을 때에는 pH를 8 정도, 알칼리도는 50mg// 이하로 조절하는 것이 공식 부식을 줄일 수 있는 방안이라 생각된다.
- 2. 실제 실험내의 수돗물을 대상으로 pH는 7.3, 7.5, 8.0, 8.5, 알칼리도는 100, 150mgCaCO3/E 조절하여 동관의 부식에 대해 실험한 결과, pH가 증가할수록 균일 부식속도는 감소하는 추세를 보였다. 대조군(blank) 虎로 이용된 pH 7.
- 3. 결론적으로 국내에서 옥내급수관으로 가장 많이 사용되고 있는 동관의 공식 부식을 방지하기 위해서는 가장 중요하게 고려되어야 할 것이 pH이며, pH를 최소한 7.5 이상으로 조절하는 것이 필요하다. 따라서 그동안 정수장에서 응집보조제로 이용되어 왔던 소석회 (Ca(OHB)가 부식에 어떠한 영향을 미치는가에 대한 종합적인 연구가 추가적으로 되어야 할 것이다.
- 5에 나타낸 바와 같이 염소이온 농도가 25 mg/Z 일 때 알칼리도가 증가할수록 공식 지수가 증가하고 있는데, 이러한 결과는 동관에서 일정농도 이상의 염소이온이 존재할 때 알칼리도가 증가할수록 공식 문제가 발생될 수 있음을 의미한다. Fig. 5에서 보듯이 알칼리도가 50mgCaCOj/Z 이하에서는 상대적으로 공식이 적게발생될 수 있지만, 50mgCaCO3/Z 이상에서는 공식이 크게 발생할 가능성이 있음을 확인하였다. 그러나 pH 8일 때보다는 pH 7일 때 공식이 상대적으로 크게 일어남을 알 수 있다.
- 5, 알칼리도는 100, 150mgCaCO3/E 조절하여 동관의 부식에 대해 실험한 결과, pH가 증가할수록 균일 부식속도는 감소하는 추세를 보였다. 대조군(blank) 虎로 이용된 pH 7.3에서는 알칼리도가 증가할수록 공식 지수가 증가하였고, pH 7.5, 8.0, 8.5 에서는 알칼리도와는 관계없이 공식 지수가 음의 값을 나타내었다.
- 316으로 공식 문제가 발생될 수 있음을 확인하였다. 또한 pH 7.3에서는 알칼리도가 증가할수록 공식 지수가 증가하여 동관 표면에 공식의 발생 빈도가 증가할 수 있음을 알 수 있었다. 이와 반면 pH 7.
- 있다. 본 연구에서는 Table 3에서 나타난 바와 같이 공식 경향은 염소이온이 증가함에 따라 증가하여 일반적인 염소이온의 특성을 그대로 보여주고 있으나, 부식속도는 염소이온의 농도가 증가할수록 감소되는 경향을 보여 주었다. 이를 통해서 동관의 공식에는 염소이온이 매우 크게 기여하고 있으나, 균일부식에는 적은 기여를 하고 있음을 확인하였다.
- 본 연구에서는 실험실 내의 실제 수돗물의 pH와 알칼리도를 조절하여 동관의 공식 경향과 균일 부식속도를 평가하였는데, 대상원수로 이용한 수돗물의 pH는 7.30, 알칼리도는 49.3 mgCaCQ/Z, 염소이온의 농도는 26.17 mg〃이었다. 이와 같은 특성을 지닌 수돗물에 pH 를 7.
- 852로 크게 증가하였는데, pH 8에서는 알칼리도가 증가할수록 공식이 문제가 됨을 보여주고 있다. 알칼리도가 lOmgCaCOj/fti 때는 PI가 모두 0보다 작기 때문에 공식 문제가 없지만 알칼리도가 증가할수록 PI가 0 보다 큰 값을 가지게 되므로 공식 문제가 발생함을 알 수 있었다.
- 988M仲Y로 일정하였다. 이러한 결과를 통해 동관에서는 pH 7, 8의 조건에서 알칼리도가 부식 촉진에 매우 큰 영향을 주며, pH 9 이상에서는 알칼리 도가 부식에 영향을 거의 주지 않음을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 Table 3에서 나타난 바와 같이 공식 경향은 염소이온이 증가함에 따라 증가하여 일반적인 염소이온의 특성을 그대로 보여주고 있으나, 부식속도는 염소이온의 농도가 증가할수록 감소되는 경향을 보여 주었다. 이를 통해서 동관의 공식에는 염소이온이 매우 크게 기여하고 있으나, 균일부식에는 적은 기여를 하고 있음을 확인하였다.
- 일반적으로 pH가 증가할수록 부식속도는 감소하는 경향을 보이지만瑚 본 실험에서는 공식 지수(PI)가 pH 8, pH 9, pH 7의 순서로 pH 8일 때 가장 공식의 가능성이 크고, pH 7일 때 공식의 가능성이 가장 낮게 나타나 일반적인 값과 다소 차이가 있었다. 이는 Ferguson 등'즈의 연구결과와 마찬가지로 동관에서는 pH에 따라서 생성되는 부식생성물 즉, 스케일의 성상이 다소 차이가 있기 때문에 발생되는 현상이라고 판단되기도 하며, 또한 실험대상 원수를 증류수로 하였기 때문에 일반 수돗물의 성상과는 다소 차이가 있기 때문이라 생각된다.
- 전체적으로 볼 때 일정한 pH에서 알칼리도가 증가할수록 공식 지수(PI)가 증가하는 경향을 나타내었다. 일반적으로 pH가 증가할수록 부식속도는 감소하는 경향을 보이지만瑚 본 실험에서는 공식 지수(PI)가 pH 8, pH 9, pH 7의 순서로 pH 8일 때 가장 공식의 가능성이 크고, pH 7일 때 공식의 가능성이 가장 낮게 나타나 일반적인 값과 다소 차이가 있었다.
- 6에 나타내었는데, 이는 염소이온 농도가 25 mg〃일 때와 유사한 경향을 보여주었다. 즉, pH 8일 때 공식이 일어나는 알칼리도의 범위는 100 mgCaCO3/I 이상이며, pH 7일 때는 상대적인 차이는 있지만 모든 알칼리도의 범위에서 공식이 일어남을 알 수 있었다.
후속연구
- 5 이상으로 조절하는 것이 필요하다. 따라서 그동안 정수장에서 응집보조제로 이용되어 왔던 소석회 (Ca(OHB)가 부식에 어떠한 영향을 미치는가에 대한 종합적인 연구가 추가적으로 되어야 할 것이다.
- 이와 같은 결과를 종합하여 볼 때 현재 옥내급수관으로 가장 많이 이용되고 있는 동관의 공식 부식을 방지하기 위해서는 우선적으로 pH를 7.5 이상 유지할 필요성이 있음을 확인하였으며, 따라서 현재 국내 정수장에서 응집보조제로 이용되고 있으나, 사용상의 불편 때문에 이용을 기피하고 있는 pH 조절제인 Ca(0H)2의 이용에 대한 보다 심도깊은 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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