본 연구는 가정 옥내급수관에 적수 및 탁수 등을 유발하고 철, 구리 등 중금속이 용출될 수 있는 부식 문제 해결을 위해 인산염계 부식억제제를 주입하는 회분식 실험을 통해 옥내급수관으로 가장 많이 사용되고 있는 아연도 강관의 표면 도금이 벗겨진 상태인 탄소강관을 대상으로 주요 수질인자의 변화, 철의 용출농도 변화, 부식도 및 부착도 평가, 시편의 상태를 고찰하였다. 탄소강관에서 부식억제제를 주입하였을때 pH, 전기전도도, 알칼리도, Ca-경도 등의 부식성 수질인자는 약간의 변화가 있었으나, 큰 영향은 없었다. 탁도의 경우 부식억제제를 5 mg $P_2O_5/L$ 주입시 주입하지 않은 것에 비해 약 10배정도 낮게 나타나 부식억제제가 탁도 유발 억제에 큰 효과가 있음을 확인하였다. 부식억제제의 주입농도가 5 mg $P_2O_5/L$일 때까지는 부식억제제 농도가 증가함에 따라 철(Fe) 용출농도와 부식도가 서서히 감소하는 경향을 보였으며, 부식억제제 5 mg $P_2O_5/L$ 주입시 급격히 감소하여 부식억제제를 주입하지 않은 경우보다 각각 약 12.2배, 약 24배의 저감 효과를 보였다. 결론적으로 인산염계 부식억제제 약 5 mg $P_2O_5/L$ 주입은 옥내 급수관 내부 표면에 치밀한 방식 피막을 형성하여 부식제어에 효과가 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 가정 옥내급수관에 적수 및 탁수 등을 유발하고 철, 구리 등 중금속이 용출될 수 있는 부식 문제 해결을 위해 인산염계 부식억제제를 주입하는 회분식 실험을 통해 옥내급수관으로 가장 많이 사용되고 있는 아연도 강관의 표면 도금이 벗겨진 상태인 탄소강관을 대상으로 주요 수질인자의 변화, 철의 용출농도 변화, 부식도 및 부착도 평가, 시편의 상태를 고찰하였다. 탄소강관에서 부식억제제를 주입하였을때 pH, 전기전도도, 알칼리도, Ca-경도 등의 부식성 수질인자는 약간의 변화가 있었으나, 큰 영향은 없었다. 탁도의 경우 부식억제제를 5 mg $P_2O_5/L$ 주입시 주입하지 않은 것에 비해 약 10배정도 낮게 나타나 부식억제제가 탁도 유발 억제에 큰 효과가 있음을 확인하였다. 부식억제제의 주입농도가 5 mg $P_2O_5/L$일 때까지는 부식억제제 농도가 증가함에 따라 철(Fe) 용출농도와 부식도가 서서히 감소하는 경향을 보였으며, 부식억제제 5 mg $P_2O_5/L$ 주입시 급격히 감소하여 부식억제제를 주입하지 않은 경우보다 각각 약 12.2배, 약 24배의 저감 효과를 보였다. 결론적으로 인산염계 부식억제제 약 5 mg $P_2O_5/L$ 주입은 옥내 급수관 내부 표면에 치밀한 방식 피막을 형성하여 부식제어에 효과가 있을 것으로 판단된다.
This study was performed to estimate the water quality parameters on corrosion such as pH, turbidity, Fe released concentration, corrosion rate by using batch reactor for corrosion control of phosphate corrosion inhibitor in carbon steel pipes. The pH, conductivity, alkalinity, and Ca hardness showe...
This study was performed to estimate the water quality parameters on corrosion such as pH, turbidity, Fe released concentration, corrosion rate by using batch reactor for corrosion control of phosphate corrosion inhibitor in carbon steel pipes. The pH, conductivity, alkalinity, and Ca hardness showed a slight change for dosing the phosphate corrosion inhibitor with carbon steel pipe in batch reactor. The turbidity was about ten times lower with 5 mg $P_2O_5/L$ of the corrosion inhibitor than that without. The Fe released concentration and corrosion rate was decreased by about 12.2, 24 times with 5 mg $P_2O_5/L$ of the corrosion inhibitor than that without. In conclusion, the optimum concentration of the phosphate corrosion inhibitor was found to be 5 mg $P_2O_5/L$. The effect of the corrosion inhibitor was significant for the carbon steel plate samples tested in this study. The corrosion inhibitor can be an effective cure for corrosion and red water problem preventing the service pipe from further corrosion.
This study was performed to estimate the water quality parameters on corrosion such as pH, turbidity, Fe released concentration, corrosion rate by using batch reactor for corrosion control of phosphate corrosion inhibitor in carbon steel pipes. The pH, conductivity, alkalinity, and Ca hardness showed a slight change for dosing the phosphate corrosion inhibitor with carbon steel pipe in batch reactor. The turbidity was about ten times lower with 5 mg $P_2O_5/L$ of the corrosion inhibitor than that without. The Fe released concentration and corrosion rate was decreased by about 12.2, 24 times with 5 mg $P_2O_5/L$ of the corrosion inhibitor than that without. In conclusion, the optimum concentration of the phosphate corrosion inhibitor was found to be 5 mg $P_2O_5/L$. The effect of the corrosion inhibitor was significant for the carbon steel plate samples tested in this study. The corrosion inhibitor can be an effective cure for corrosion and red water problem preventing the service pipe from further corrosion.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 1994년 이후 옥내급수관에는 사용이 금지되었으나 그 이전에 사용되어 현재 약 50% 이상 차지하고 있는 아연도 강관의 표면 도금이 벗겨지면 곧바로 노출되는 상태인 탄소강관을 대상으로 인산염계 부식 억제제의 농도에 따른 수질인 자의 변화 특성, 시편의 부식 특성 및 형상에 대해서 고찰하였다.
본 연구는 가정 옥내급수관에 적수 및 탁수 등을 유발하고 철, 구리 등 중금속이 용출될 수 있는 부식 문제 해결을 위한 기초 자료를 얻기 위해 옥내급수관으로 가장 많이 사용되고 있는 아연도 강관의 표면 도금이 벗겨진 상태인 탄소강관을 대상으로 인산염계 부식억제제를 주입한 회분식 실험을 수행하여 7일 경과 후 주요 수질인 자의 변화, 철의 용출농도 변화, 부식도 및 부착도 평가, 시편의 상태를 고찰하였다.
제안 방법
7 mm의 크기로 만든 후 상부에 지름 5 mm의 구멍을 내어 매달 수 있도록 제작하였다. 시편의 처리는 #150의 Sand paper로 연마하여 요철부분과 녹을 제거하고 아세톤과 증류수로 세척한 뒤 건조하여 무게를 측정하는 순으로 실시하였다.
나타내었다. 실험 장치는 1 L의 비이커와 교반을 위한 Magnetic bar, 교반 장치와 Hot plate로 구성되어 있으며, 자동 온도조절 장치와 자동 Timer 기능을 가진 교반 장치가 부착된 Hot plate 위에 시편과 실험 수가 들어있는 1 L 비이커를 올려놓고 외부의 오염물질 유입을 방지하기 위해 상부를 밀폐시켰다.
본 연구에서는 실험 수를 수도 수로 하였고, 온도 20±1 ℃, 교반 50 rpm의 조건하에서 용량 1 L의 비이커에 탄소강관 시편을 장착한 후 인산염계 부식억제제를 0, 1, 2, 3, 5, 7, 10, 15 mg P2O5/L로 주입 후 3일째와 7일째에 시료를 채취하여 pH, 전기전도도, 알칼리도, 칼슘 경도, 탁도 등의 부식성 수질인 자의 변화, Fe 용출농도를 분석하였고, 시편의 부식도, 부착 도를 평가하였다.[5, 6, 7, 8]
대상 데이터
본 실험에 사용된 시편은 옥내급수관으로 가장 많이 사용되어 왔던 아연도 강관의 내부 성분인 탄소 강관으로 하였으며, 직사각형으로 가공하여 12.7x38시.7 mm의 크기로 만든 후 상부에 지름 5 mm의 구멍을 내어 매달 수 있도록 제작하였다. 시편의 처리는 #150의 Sand paper로 연마하여 요철부분과 녹을 제거하고 아세톤과 증류수로 세척한 뒤 건조하여 무게를 측정하는 순으로 실시하였다.
성능/효과
인산염계 부식억제제의 주입농도를 변화시키면서 부식 도를 관찰한 결과, 부식억제제의 주입농도가 5 mg P2O5/L일 때까지는 부식억제제 농도가 증가함에 따라 철 (Fe) 용출농도와 부식 도가 서서히 감소하는 경향을 보였으며, 부식억제제 5 mg P2O5/L 주입 시 급격히 감소하여 부식억제제를 주입하지 않은 경우보다 각각 약 12.2배, 약 24배의 저감 효과를 보였다.
7일경과 후에도 3 mg P2O5/L까지는 pH가 약 7 정도의 유지하였고, 5 mg P2O5/L 이상에서는 약간 감소하였다. 결론적으로 부식억제제에 의한 pH의 변화는 부식억제제 농도가 높아짐에 따라 약간씩 감소하지만 부식성에 미치는 영향은 그다지 크지 않음을 확인하였다.
높은 물에서는 부식이 증가한다.[15, 16] 본 실험의 결과, 그림 3과 같이 3일째 채취한 시료의 전기전도도는 부식억제제 농도가 증가할수록 감소한 반면, 7일째의 시료에서는 전기전도도가 3 mg P2O5/L까지는 서서히 증가하다 이후 5 mg P2O5/L 이상에서는 서서히 감소하는 경향을 나타내었으나, 그 범위는 크지 않았다. 전기 전도도 또한 pH와 마찬가지로 부식억제제의 주입에 따른 영향은 크지 않은 것으로 판단된다.
[17] 그림 4는 부식억제제를 주입한 후 알칼리도의 농도 변화를 나타낸 것으로서, 부식억제제를 주입한 경우와 주입하지 않은 경우의 차이는 크지 않았다. 따라서 본 연구에서 사용된 인산염계 부식억제제는 알칼리도의 변화에 크게 기여하지 않았으며, 또한 pH 상승으로 인한 부식제어 효과는 기대하기 어려운 것으로 생각된다.
[12, 16, 17] 부식억제제 주입에 따른 탁도의 변화를 그림 6에 나타내었다. 그림 6에서 보듯이 부식억제제를 주입하지 않은 경우보다 5 mg P2O5/L 주입 시 탁도가 약 10배 정도 낮게 나타나 부식억제제가 탁도 유발 억제에 큰 효과가 있음을 확인하였다. 이는 부식억제제를 주입하지 않은 경우 부식으로 인한 부식생성물의 탈리로 인해 탁도가 높아진 것으로 판단된다.
19 mg/L이었다. 본 실험의 결과로 판단한 때 철 용출을 감소하기 위한 최적의 부식억제제 주입농도는 5 mg P2O5/L이었으며, 부식억제제를 주입하지 않은 경우와 비교하여 철의 용출 저감효과가 약 12.2배 우수하였다. 실험 초기(3 일째)에 철의 용출이 높고, 그 이후(7일째)에 용출농도가 낮아지는 경향을 보였는데 이는 부식반응이 운전 초기에 빨리 진행됨을 알 수 있었다.
2배 우수하였다. 실험 초기(3 일째)에 철의 용출이 높고, 그 이후(7일째)에 용출농도가 낮아지는 경향을 보였는데 이는 부식반응이 운전 초기에 빨리 진행됨을 알 수 있었다. 부식억제제를 주입하였을 때 실험시편에서 보호 피막의 형성으로 인해 철의 용출농도가 감소한 것으로 판단된다.
그림 8에서 보듯이 부식억제제의 주입농도가 5 mg P2O5/L일 때까지는 부식 도가 감소하는 경향을 보였으나, 그 이상의 농도에서는 부식 제어 효율이 거의 일정하게 나타났다. 탄소강관 시편에 대해 부식억제제를 주입하지 않은 경우의 부식도 는 58.38 mdd였으며, 부식억제제 5 mg P2O5/L 주입한 경우 시편의 부식도 는 각각 2.44 mdd로 부식억제제를 주입하지 않은 경우보다 부식도 측면에서 약 24배 정도 부식제어 효과를 보였다. 부착 도의 경우 부식억제제를 주입하지 않은 경우의 시편의 부착도 는 7.
5 mcm으로 부식억제제를 주입하지 않은 경우보다 부착도 측면에서 약 15배의 스케일 제어 효과를 보였다. 따라서, 적수 발생의 문제와 결부 시켜 부식억제제 5 mg P2O5/L를주입한 경우에 부식도 뿐만 아니라 철 용출도 적게 나타나 부식 및 적수 발생의 문제를 해결하는데 큰 효과가 있는 것으로 판단된다.
인산염계 부식억제제를 대상으로 회분식 실험 후 수질 인자 변화를 살펴보면 pH, 전기전도도, 알칼리도, Ca-경도 등의 부식성 수질인 자의 변화는 큰 영향이 없었으나, 탁도의 경우 부식억제제를 5 mg P2O5/L 주입시 주입하지 않은 것에 비해 약 10배 정도 낮게 나타나 부식억제제가 탁도 제거에 큰 효과가 있음을 확인하였다
결론적으로 인산염 계 부식 억제제 약 5 mg P2O5/L 주입은 옥내급수관 내부 표면에 치밀한 방식 피막을 형성하여 부식 제어에 효과가 있을 것으로 판단된다.
후속연구
이는 부식억제제를 주입하지 않은 경우 부식으로 인한 부식생성물의 탈리로 인해 탁도가 높아진 것으로 판단된다. 부식억제제를 5 mg P2O5/L 이상 주입 시에는 오히려 탁도가 증가하였는데, 이는 과도한 인산염의 증가로 인해 오히려 방식 피막 현상을 방해하여 철의 용출로 인한 탁도가 증가한 것으로 판단되나, 이러한 현상은 추후 보완실험으로 규명되어야 할 것으로 사료된다.
참고문헌 (20)
이현동, "상수도관망의 유지관리를 위한 갱생기술", 대한환경공학회지, 29(12), pp.1297-1309, 2007.
(재)한국계면공학연구소, "옥내급수관 및 저수조 관리개선방안", 서울시 상수도사업본부 최종보고서, 2005.
(재)한국계면공학연구소, "상수도 배급수시설의 부식방지를 위한 방청제의 개발 및 최적이용모델 개발" 환경부 차세대핵심환경기술개발사업 최종보고서, 2003.
이광호, "급？배수관망에서 부식 및 녹물발생의 영향 인자에 관한 연구(I)", 대한 환경공학회지, 19(7), pp.949-958, 1997.
조순행, "급수관의 부식에 미치는 pH 및 Carbonate 농도의 영향에 관한 연구", 대한상하수도학회지, 1(2), pp. 54-64, 1987.
Sander, A., Berghult, B., Broo, A. E., Johansson, E. L., and Hedberg, T., "Iron corrosion in drinking water distribution systems-the effect of pH, calcium and hydrogen carbonate", Corrosion Science, 38(3), pp.443-455, 1996.
남상호, "국내 수돗물의 수질특성 및 방청제 관리 현황", 수도용 방청제 국제워크샵 자료잡, pp.13-37, 2002.
American Water Works Association Research Foundation and DVGW-Technologiezentrum Wasser, "Internal corrosion of water distribution systems", 1996.
Broo, A. E., Berghult, B., and Hedberg, T., "Copper corrosion in drinking water distribution systems-the influence of water quality", Corrosion Science, 39(6), pp.1119-1132, 1997.
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