[논문]국내 상수원수의 부식성 특성

김진근; 김재원

국내 상수원수의 부식성 특성
Corrosivity Characteristics of Raw Water in Korea 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.25 no.6, 2011년, pp.839 - 846

김진근 (Dept. of Environmental Engineering, Jeju National University) , 김재원 (Dept. of Water Supply Operation and Maintenance, K-water)

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To investigate corrosivity characteristics of raw water in Korea, Langelier index (LI) of 30 multi-regional water treatment plants (WTPs) were evaluated. Annual average values of LI at 30 WTPs were all negative, which means raw water in Korea is very corrosive. LI results for 4 major rivers showed that raw water from Han and Nakdong had relatively high values compared to those of Sumjin and Keum. On the other hand, LI values of raw water from the tributaries of four major rivers were relatively low presumably due to geological characteristics, and in some cases the values were less than -4.0 which means increase of LI is urgently needed to minimize red water problem. Based on the correlation results among LI and water quality parameters, pH, water temperature, calcium concentration were confirmed as major components for LI. Therefore, pH and calcium concentration control is an effective method for the improvement of LI in water treatment processes.

주제어

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문제 정의

부식성에 대한 현황파악이 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 전국에 산재한 광역상수도를 대상으로 지역별 상수원수의 부식성 특성을 평가하고 개선방안을 제시하였다.
7 정도 감소하는 효과가 있다. 일부 정수장의 경우 정수처리 공정에서 응집효율 향상, 부식성 제어를 위하여 산제 또는 알칼리제를 투입하는 경우도 있으므로, 본 연구에서는 국내 상수원수의 부식성 특성 조사를 위하여 정수보다는 원수를 중심으로 자료를 분석하였으며, 정수처리 공정에서의 LI 변화도 일부 고찰하였다. 조사대상 기간은 2009년 1년간 이었다.

제안 방법

LI 계산을 위한 수질분석을 위하여 수온 및 pH는 정수장에서 수질자동측정기로 연속 측정한 일평균값을 사용하였다. TDS는 Standard Methods(21판) 2540 C 의 방법을 따랐으며 , 알칼리도 및 칼슘농도는 수질오염시험법 에 근거하여 분석하였다.
국내 광역상수도 30개 정수장의 상수원수를 대상으로 LI(Langelier Index)를 활용하여 부식성을 조사하고, 정수처리 공정에서의 개선방안 등을 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

일부 정수장의 경우 정수처리 공정에서 응집효율 향상, 부식성 제어를 위하여 산제 또는 알칼리제를 투입하는 경우도 있으므로, 본 연구에서는 국내 상수원수의 부식성 특성 조사를 위하여 정수보다는 원수를 중심으로 자료를 분석하였으며, 정수처리 공정에서의 LI 변화도 일부 고찰하였다. 조사대상 기간은 2009년 1년간 이었다.
69로 나타나 한강, 낙동강본류의 경우 다른 수계보다 LI값이 상대적으로 양호한 것으로 조사되었다. 한강 수계의 원수는 북한강과 남한강이 합류하는 팔당호에서 취수하였다. 특히 , 남한강 수계인 충주호 직하류에서 취수한 원수(I 정수장)의 경우 연평균 LI값은 -0.

이론/모형

K-water에서 운영관리하고 있는 전국의 30개 광역 상수도 상수원수의 부식성을 랑게리아지수(LI, Langelier Index)를 활용하여 평가하였다. LI는 수중 탄산칼슘의 침전가능성을 표현하는 식 이며, LI가 0보다 클 경우에는 탄산칼슘의 침전이, LI가 0보다 작을 경우에는 탄산칼슘의 용해가 발생한다.
TDS는 Standard Methods(21판) 2540 C 의 방법을 따랐으며 , 알칼리도 및 칼슘농도는 수질오염시험법 에 근거하여 분석하였다.

성능/효과

1. 광역상수도 정수장 상수원수의 연평균 LI는 모두 음의 값을 갖는 것으로 조사되어 부식성 이 큰 것으로 판단된다.
2. 4대강 수계 본류에 대한 계절별 LI 조사결과 한강 및 낙동강은 다른 수계 에 비해 LI가 높게 조사되었다. 계절적으로는 여름에 LI가 낮은 것으로 조사되었으며 이는 강우로 인한 원수 pH 저하에 기 인하는 것으로 판단된다.
4. 수질인자들과 LI와의 상관성 분석 결과 pH, 수온, 칼슘농도 순으로 LI와의 상관성이 높은 것으로 조사되어 정수처리 공정에서는 LI 제어를 위하여 pH 및 칼슘농도 제 어가 가장 중요한 것으로 평가되었다.
그러나, 부식도(corrosion rate) 측면에서 보면 부식도는 수온이 증가할수록 증가한다. 따라서 수온이 증가할수록 탄산칼슘의 피막형성 가능성은 높아지나 LI가 현저하게 음의 값을 가질 경우에는 피막형성의 가능성이 낮으므로 부식도는 오히려 증가할 수 있다. 즉, 수온의 증가가 LI의 증가를 가져오기도 하지만 동시에 부식도의 증가도 가져오므로 수온이 두 가지 요소에 미치는 영향의 상쇄효과로 인해 실제 부식현상의 발현은 해당 원수를 이용한 실험이 수반되어야 할 것으로 판단된다(Mays, 2000).
전체적인 경향은 한강 수계와 유사하였으며 , 특히 5월경에 높은 값을 나타내었다. 이는 한강 수계와 마찬가지로 조류발생 등에 기인한 원수의 pH 상승과 연관된 것으로 판단된다.
6의 정수 LI를 비교하면 경향이 유사하다. 즉 정수처리 과정에서 pH를 제외하고 LI에 영향을 미치는 수질인자의 변화는 크지 않으며 , 정수의 LI는 정수처리 과정에서 부식성 제어를 위하여 pH 조정, 알칼리제 주입 등을 실시하지 않는 한, 대부분 원수의 pH 에 가장 큰 영향을 받는 것으로 보인다. Fig.
개별 수질인자의 값은 식(1) 에서 pHs 계산을 위한 수식 에 맞춰 전환된 값이다. 즉수온과 TDS의 값은 개별값에 해당되는 상수값을, 칼슘경도와 알칼리도의 경우는 로그값을, pH의 경우는해당 값을 별도의 전환 없이 도시하였다. Fig.
한강 수계의 원수는 북한강과 남한강이 합류하는 팔당호에서 취수하였다. 특히 , 남한강 수계인 충주호 직하류에서 취수한 원수(I 정수장)의 경우 연평균 LI값은 -0.38로서 가장 양호한 것으로 조사되었다. 이는 지질구조상 석회암층이 발달하여 원수의 pH, 알칼리도, 칼슘이온의 농도가 전반적으로 높은 것에 기인하는 것으로 판단된다.
한편, 섬진강과 금강의 경우에는 다른 수계보다 부식성이 높았으며, 특히 섬진강 수계에서 부식성이 가장 높은 것(즉, LI값의 가장 음수인 값)으로 조사되었다. 이는 해당 지역의 지질특성과 연관된 원수의 수질 (pH, 알칼리도, 칼슘경도 등에 기인하는 것으로 판단된다.

후속연구

3. 4대강 본류가 아닌 상수원의 경우 지리적 특성에 따라 LI에 많은 차이가 발생하였으며 , 특정 상수원의 경우 LI의 최소값이 약 -4.0로 조사되어 부식성 개선을 위한 대책 수립 및 실행 이 요구된다.
한편, 본 연구는 상수원수의 부식성을 간접평가지표인 LI를 활용하여 평가한 것으로, 실제 상수원별 LI 가 수돗물 공급과정에서 수도관 부식에 미치는 영향 파악을 위해서는 수돗물을 이용하여 추가로 자료 분석 및 실공정 실험 이 필요할 것으로 판단된다.

참고문헌 (18)

구성은, 우달식, 이두진, 김주환, 안효권, 문광순 (2006) 수질제어 및 부식억제제에 의한 상수도관의 내부부식 제어, 상하수도학회지, 20(2), pp. 215-223.

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김진근, 이송희, 김재원 (2010) 급속여과공정에서 여과수질 저하 원인 및 개선방안, 상하수도학회지, 24(3) pp.333-339.

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일본동경도 (2011) http://www.waterworks.metro.tokyo.jp
유순주, 박수정, 안경희, 김현구, 김창수, 정일록, 박영복 (2008) 수돗물 수질에 따른 옥내급수관 부식에 미치는 영향 분석, 한국물환경학회지, 24(6), pp. 701-708.
정원석, 김진근, 박덕준, 김선욱, 정상기 (2011) 소석회와 이산화 탄소를 이용한 수돗물 부식성 제어에 관한 연구, 상하수도학회지, 25(2), pp. 193-199.

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한국상하수도협회 (2010) 상수도시설기준.
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Sarin, P. Snoeyink, V.L., Bebee, J., Kriven, W.M., and Clement, J.A. (2001) Physico-chemical characteristics of corrosion scales in old iron pipes, Wat. Res., 35(12) pp. 2961-2969.

상세보기
Schock, M.R. (1999) Internal corrosion and deposition control in Water Quality and Control 5th Ed. Mc-Graw Hill, New York.

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