선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 현재 상수도관으로 사용되고 있는 금속성 관종들을 대상으로 파일럿 규모의 모의관로를 제작하여 부식성 수질조절에 따른 수도관 내부의 수질변화를 모니터링하고 부식억제 영향을 관찰하고자 하였다. 많은 국가들에서 수중의 부식평가 지표로 LI 를 사용하고 있으며, LI는 국내에서 2011년부터 먹는물 수질감시항목으로 지정되어 관리되고 있다 (Min et al.
제안 방법
- , 2016). LI는 pH의 변화를 주요 변수로 사용하기 때문에 단지 정성적인 의미만을 나타내므로 본 연구에서는 LI 뿐만 아니라 정량적인 의미를 갖는 CCPP 농도도 함께 분석하여 모니터링 하였으며, 수질 및 유속 등의 실험조건에 따른 부식영향 인자와 관종별 부식성 수질변화 특성을 평가하였다.
- LI는 부식성 수질을 평가하는데 일반적으로 널리 사용되는 간접지표로 pH의 변화를 주요 변수로 사용하기 때문에 정성적인 특성이 강하다. LI를 계산하기 위해서 수질인자인 pH, 수온, 알칼리도, 칼슘농도, 전기 전도도 측정치를 이용하였다. 반면 CCPP는 pH, 수온, 알칼리도, 칼슘농도, 총용존고형물(TDS) 등의 수질분 석치를 이용하여 물의 탄산칼슘 과포화 정도를 농도 단위로 표현하기 때문이 부식성을 정량적으로 표현한다 (Hedberg et al.
- 수질분석 항목과 부식지수 평가항목을 Table 2에 나타내었다. 기본적인 수질분석 항목은 부식지수(LI, CCPP)를 계산하기 위해 수행하였으며, 탁도는 소석회의 주입에 따른 변화를 관찰하여 먹는물 수질기준에 만족하는지를 확인하고자 측정하였다. Table 3은 LI와 CCPP에 따른 수질의 부식성 정도를 나타낸 것이다.
- 2는 부식성 수질제어 실증플랜트의 실제 사진으로 장치의 운전 및 설정은 HMI(Human machine interface)를 통해 가능하도록 구축되어 있다. 모의관로를 대상으로 수행한 부식성 수질제어 테스트는 시료수(수돗물)에 소석회 주입전･후에 대한 수질변화 관찰을 2회 걸쳐 실시하였으며, 소석회 주입 농도는 매회 4.0 mg/L를 주입하였다. 운전기간은 각각 13일과 18일로 운전기간 동안 시료수를 연속적으로 순환시켜 운전하였고 1일 1회이상 채수하여 모의관로 내의 수질변화를 모니터링 하였다.
- 부식성 제어를 위한 적정 소석회 농도를 도출하기 위하여 회분식 실험을 4회 수행하였다. 회분식 반응기(500 ml)에 수돗물을 이용하여 소석회 농도를 1~4 mg/L로 달리하면서 각 실험조건별로 pH, 수온, 알칼리도, 칼슘농도, 전기전도도, 총용존고형물(TDS)을 측정하였다.
- 7배 정도의 차이가 발생하였다. 부식지수의 모니터링은 운전기간 동안 0, 7, 14일 3회에 걸쳐 실시하였다. Fig.
- 5와 6에 나타냈었다. 소석회를 주입하지 않은 경우와 소석회를 주입한 경우를 비교하여 각 모의관로에서 설치된 수도관 시뮬레이터 종류별 수질변화를 모니터링 하였다. Fig.
- 3과 4에 나타내었다. 수돗물의 부식성 수질을 조절하기 위해서 어느 정도의 소석회 주입이 가능한지를 확인하고자 소석회 주입 농도에 따라 먹는물 수질기준을 상회하지 않고 만족하도록 조절하였으며, 목표 수질을 pH 범위는 8.0~8.3(최대 8.5 이내), 탁도는 0.5 NTU 이하가 되도록 조절하고자 하였다. 부식성 수질제어를 위한 기초 실험에서 소석회 주입농도는 1~4 ㎎/L로 각각 조절하였으며, pH는 소석회 주입량이 증가할수록 거의 직선적으로 증가하는 경향을 나타내었다.
- 0 mg/L를 주입하였다. 운전기간은 각각 13일과 18일로 운전기간 동안 시료수를 연속적으로 순환시켜 운전하였고 1일 1회이상 채수하여 모의관로 내의 수질변화를 모니터링 하였다.
- 회분식 반응기(500 ml)에 수돗물을 이용하여 소석회 농도를 1~4 mg/L로 달리하면서 각 실험조건별로 pH, 수온, 알칼리도, 칼슘농도, 전기전도도, 총용존고형물(TDS)을 측정하였다. 측정한 결과를 바탕으로 부식지수인 LI와 CCPP 농도를 산정하였으며 최적 소석회 주입농도를 도출하였다.
- 파일럿 규모 모의관로를 이용하여 수돗물의 부식성 제어를 위한 부식억제제 적용성 평가를 수행하였다. 내식성의 모의관로에서 수돗물에 소석회를 주입하였을때 부식성 수질 관여항목의 변화를 관측한 결과 절대값으로 LI는 최대 0.
- 부식성 제어를 위한 적정 소석회 농도를 도출하기 위하여 회분식 실험을 4회 수행하였다. 회분식 반응기(500 ml)에 수돗물을 이용하여 소석회 농도를 1~4 mg/L로 달리하면서 각 실험조건별로 pH, 수온, 알칼리도, 칼슘농도, 전기전도도, 총용존고형물(TDS)을 측정하였다. 측정한 결과를 바탕으로 부식지수인 LI와 CCPP 농도를 산정하였으며 최적 소석회 주입농도를 도출하였다.
대상 데이터
- 모의관로인 시뮬레이터에 설치한 관종은 스테인리 스강관에 폴리에틸렌이 외면에 라이닝 되어있는 스폴 파이프, 덕타일주철관 내면에 에폭시 수지가 라이닝 되어 있는 에폭시라이닝주철관, 외관은 탄소강관이고 내관이 스테인리스강관으로 접합되어 있는 에코스테 인리스강관, 강관의 내･외면에 폴리에틸렌이 라이닝 되어 있는 폴리에틸렌 분체라이닝 강관이었다. Table 1은 모의관로의 종류와 관경, 연장길이, 세부적인 재질 등을 정리하여 나타내었다.
이론/모형
- 본 연구에서 CCPP 농도를 계산하고자 미국수도협회(AWWA, American Water Works Association)에서 고안한 RTW (Rothberg, Tamburini & Winsor) 모델(ver. 3.0)을 사용하였다.
성능/효과
- (a)을 살펴보면 소석회를 3 mg/L 이상 주입하였을 때 pH가 8 이상이 되었으며 부식성이 낮은 수준(LI > -0.5, CCPP > -5)으로 감소함을 알 수 있다(Fig.
- Fig. 9의 (a)와 (b)는 에코스테인리스강관에서 유속의 변화에 따른 LI와 CCPP의 변화를 나타낸 것으로 부식성 수질을 조절한 경우 유속은 7.7 L/min에서 25.0 L/min으로 약 3.3배 증가시켜 운전하였고 유속이 빠른 경우에 부식지수의 감소 폭이 부식성을 조절하지 않은 경우에 비해서 확연히 작은 것을 알 수 있다. Fig.
- 한편 Fig. 8의 (c)와 (d)에서 부식성을 조절한 에폭시라이닝 덕타일주철관 내부에서 유속을 10.0 L/min에서 25.7 L/min으로 약 2.6배 정도 증가시킨 결과를 보면 유속이 느린 경우에 LI와 CCPP가 큰 것으로 나타나 부식 억제를 위해서는 유속이 빠른 것이 유리한 것으로 나타났다. 부식성 수질을 조절하지 않고 유속을 10.
- 파일럿 규모 모의관로를 이용하여 수돗물의 부식성 제어를 위한 부식억제제 적용성 평가를 수행하였다. 내식성의 모의관로에서 수돗물에 소석회를 주입하였을때 부식성 수질 관여항목의 변화를 관측한 결과 절대값으로 LI는 최대 0.8, CCPP 농도는 최대 9.8 mg/L 증가하여 부식억제 효과가 있는 것으로 파악되었다. 이로 인한 부식성 억제효과는 관종 및 유속에 따라 13~18일간 지속되었다.
- 폴리에틸렌분체라이닝강관 또한 에폭시라이닝 덕타일주 철관이나 에코스테인리스강관과 동일하게 소석회 주입 후 pH가 8이상으로 증가하였고 점차 감소하여 원래의 수준으로 낮아졌으며, 온도가 증가하였다가 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 네 가지 관종에서 소석회 주입 후 pH, 알칼리도가 및 칼슘이온농도가 증가하여 소석회 주입으로 인해 수돗물의 부식성 저감에 영향을 미친 것으로 판단되었다.
- 5 이상으로 조절되어 먹는물 수질기준을 만족하기 위해서는 적정한 소석회 주입량 조절이 필요함을 알 수 있었다. 다른 수질인자들의 경우도 소석회 주입량 증가에 따라 탁도, 알칼리도, 칼슘농도, 전기전도도 및 총용존고형물 농도의 증가 경향이 뚜렷 하였으며, LI와 CCPP의 증가는 pH의 영향이 가장 큰것으로 조사되었고 소석회 주입량 조절에 따라 LI 보다는 CCPP 농도의 변화 및 범위가 더욱 확연히 큰 것을 알 수 있었다(Fig. 4 (b)).
- 8 이상으로 증가하였을 때 형성이 가능하다고 하였다 (Larson and Skold, 1958). 따라서, 본 연구에서 유속에 따른 부식성 수질변화를 조사한 결과 유속이 물의 부식성에 영향을 미치며, 유속이 빠를수록 부식성 감소 효과가 오래 지속되는 것으로 나타났다. 이는 유속의 증가에 따른 부식억제 및 부식성 수질제어 효과는 수중에서 칼슘의 확산속도 증가에 따른 결과로 판단된다.
- 9의 (c)와 (d)에서 나타난 폴리에틸렌분체라이닝 강관의 경우에도 유속을 증가시켰을 경우 LI와 CCPP 감소 범위가 낮은 것으로 조사되었다. 부식성 수질을 조절하지 않고 운전한 경우의 유속을 약 2.8배 증가시 켰으며, 유속이 느린 경우에 LI와 CCPP 감소 범위가 큰것으로 조사되어 유속이 빠른 경우에 부식성 수질제어 효과가 큰 것으로 나타났다. Larson and Skold(1958)가수행한 칼슘 등에 따른 부식제어 효과 연구에서 알칼리도가 존재할 때 칼슘은 효과적인 부식억제제이며, 부식생성물 퇴적속도는 물의 유속을 높이거나 pH를탄산칼슘 포화농도 이상으로 조정하는 것으로 개선될 수 있고 단단한 구조의 보호피막은 LI가 최소한 –0.
- 6배 정도 증가시킨 결과를 보면 유속이 느린 경우에 LI와 CCPP가 큰 것으로 나타나 부식 억제를 위해서는 유속이 빠른 것이 유리한 것으로 나타났다. 부식성 수질을 조절하지 않고 유속을 10.7 L/min에서 29.7 L/min으로 약 2.8배 증가시켜 운전한 경우에도 유속이 빠른 조건에서 LI와 CCPP의 저감이 상대적으로 낮은 것으로 조사되었다.
- 5 NTU 이하가 되도록 조절하고자 하였다. 부식성 수질제어를 위한 기초 실험에서 소석회 주입농도는 1~4 ㎎/L로 각각 조절하였으며, pH는 소석회 주입량이 증가할수록 거의 직선적으로 증가하는 경향을 나타내었다. Fig.
- 이는 전술한 식(11)과 같이 주입된 소석회가 탄산칼슘 침전 등의 반응을 통하여 소모된 것이 기인한 것으로 판단된다. 소석회 주입 후 13일까지의 부식 지수가 수돗물의 부식지수 보다 현저하게 낮게 나타난 것을 볼 때 도시지역에서의 상수도관망내 수돗물의 평균 체류시간이 3~4일 정도임을 고려하면 정수장에서 소석회 주입을 통하여 수돗물의 부식성을 전반적으로 제어할 수 있을 것으로 생각된다. 하지만 좀더 정교한 부식성 수질제어를 위해서는 실시간으로 수질변화를 모니터링하고 소석회 등 부식억제제를 연속 적으로 주입하는 것도 고려할 필요가 있다.
- 상수관로의 부식억제와 수돗물의 부식성을 제어하기 위한 소석회 주입량은 3~5 mg/L가 적합한 것으로 판단하였으며, pH, 알칼리도 및 칼슘농도 등을 고려하여 결정하여야 한다. 소석회 주입량 및 수돗물 체류시간 등을 고려하였을 때 정수지와 배수지 등에서 1~2회 주입하는 것이 적절할 것으로 판단된다. 수돗물의 부식성 수질을 제어하기 위한 간접적인 지료로 LI 뿐만 아니라 CCPP 도 함께 감시항목으로 선정하여 모니터링 하는 것이 적합할 것으로 보인다.
- 소석회 주입량 및 수돗물 체류시간 등을 고려하였을 때 정수지와 배수지 등에서 1~2회 주입하는 것이 적절할 것으로 판단된다. 수돗물의 부식성 수질을 제어하기 위한 간접적인 지료로 LI 뿐만 아니라 CCPP 도 함께 감시항목으로 선정하여 모니터링 하는 것이 적합할 것으로 보인다.
- 8 이상으로 증가하였을 때 형성이 가능하다고 하였다 (Larson and Skold, 1958). 따라서, 본 연구에서 유속에 따른 부식성 수질변화를 조사한 결과 유속이 물의 부식성에 영향을 미치며, 유속이 빠를수록 부식성 감소 효과가 오래 지속되는 것으로 나타났다. 이는 유속의 증가에 따른 부식억제 및 부식성 수질제어 효과는 수중에서 칼슘의 확산속도 증가에 따른 결과로 판단된다.
- 총용존고형물과 알칼리도, 칼슘이온농도의 경우 소석회를 주입하였을 때가 주입하지 않은 경우보다 모두 높게 관측되 었으며, 수돗물의 부식성 감소에 영향을 미친 것으로 판단된다. 총용존고형물은 소석회 주입 후 시간에 따라 증가하여 최대 168 ㎎/L를 나타내었으며, 알칼리도와 칼슘이온은 큰 변화를 나타내지 않았다.
- 에코스테인리스강관에서의 pH 는 소석회 주입 후 증가하였다가 점차 감소하여 주입전 pH와 비슷한 수준으로 회복하였으며 이는 에폭시 라이닝 덕타일주철관에서의 현상과 유사하였다. 폴리에틸렌분체라이닝강관 또한 에폭시라이닝 덕타일주 철관이나 에코스테인리스강관과 동일하게 소석회 주입 후 pH가 8이상으로 증가하였고 점차 감소하여 원래의 수준으로 낮아졌으며, 온도가 증가하였다가 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 네 가지 관종에서 소석회 주입 후 pH, 알칼리도가 및 칼슘이온농도가 증가하여 소석회 주입으로 인해 수돗물의 부식성 저감에 영향을 미친 것으로 판단되었다.
후속연구
- pH 감소에 따른 LI와 CCPP변화에서 LI의 변화보다 CCPP의 변화폭이 더 큰 것으로 나타났는데 이는 1983년 Rossum과 Merrill의 연구에서도 같은 pH 범위에서 LI,CCPP의 변화가 더 유연하고 큰 것으로 보고된 것과도 부합한다 (Rossum and Merrill, 1983). 따라서 향후 부식지수 모니터 링에서 LI 뿐만 아니라 좀 더 정량적으로 세밀하게 관리할 수 있는 지표인 CCPP도 함께 고려하여 부식성 수질에 대한 모니터링과 제어가 이루어져야 할 것으로 여겨진다.
- 그러므로 상수도관의 부식을 억제하고 부식으로 인한 피해를 줄여 수도관의 내구 연한을 증가시킬 수 있는 기술의 적용이 필요하다. 또한 장기 부식특성 평가를 통하여 상수관로의 부식을 억제할 수 있는 방안을 도출하여 노후관 교체비용 절감과 신뢰성 있는 수돗물의 공급이 가능하도록 노력하여야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.