연구보고서
상수관로 최적부식제어 기술개발 및 실공정 적용성 평가
(2004년)
- 2 -
상수관로 최적부식제어 기술개발 및 실공정 적용성 평가
김주환, 이선주, 이두진
요 약
본 연구는 상수관로 내부부식을 제어하기 위하여 정수장 처리수를 대상으로 부식성 수질인자를 조절하는 기법 을 다루었다. 정수장 처리수의 부식성 수질인자에 대해 조사하고, 관로시스템 내에서 수질인자의 변화양상을 모니터링하여, pH, 알카리도, 부식억제제의 적용효과를 평가, 현장 적용 운전인자를 도출하였다.
연구기간
2004. 1. 1 ～ 2004. 12. 31
연구배경
본 연구에서는 상수관로 내부부식을 제어하기 위 하여 정수장 처리수를 대상으로 부식성 수질인자를 조절하는 기법에 대하여 연구하였다. 정수장 처리수 의 부식성 수질인자에 대하여 조사하고, 배수지, 저 수조를 거치는 관로시스템 내에서 부식에 의한 수질 인자의 변화양상을 모니터링 하였다. 궁극적으로 이 러한 부식성 수질인자를 조절하기 위하여 pH, Alkalinity, 부식억제제의 적용효과를 평가하였다. 특 히 이러한 수질인자 조절에 대한 부정적인 인식을 불식시키고자 수질인자 조절에 따른 처리수의 안전 성, 부산물 생성여부 등을 다각도로 검토하고 이를 토대로 현장 적용 운전인자를 도출하고자 하였다.
연구내용
본 연구는 정수장 처리수를 대상으로 부식성 수 질인자 조절을 통하여 관로 부식을 제어할 수 있는 운영기법을 도출하는 것이 목표이며, 이를 달성하기 위하여 다음과 같은 연구내용을 포함하고 있다.
정수장 및 배, 급수과정의 부식성 수질 모니터 링
- 주요 부식영향 수질인자 분석 - 배, 급수계통의 주요 부식인자 분석
수질인자 조절에 의한 부식억제 효과 분석 - pH & Alkalinity 조절에 의한 부식억제 효과
평가
- pH & Alkalinity 조절에 의한 부산물 생성 여부 평가
- pH & Alkalinity 적정 조절범위 제시
부식억제제 도입 타당성 평가
- 부식억제제에 의한 부식억제 효과 평가 - 부식억제제의 인체 안전성 평가
- 부식억제제에 의한 부산물 생성 및 2차오염 평가
- 부식억제제 적정 운전기법 도출
연구결과
1. 정수장 및 배, 급수과정의 부식성 수질 모니터링 부식성 수질모니터링 결과 4대강의 대표 정수장 (수지, 사천, 청주, 화순)의 처리수 대부분이 LSI지수 -2미만으로 강부식성을 띠는 것으로 나타나 관로내부 부식에 취약한 조건이였으며, 정수처리공정 특히, 응 집처리공정을 거치면서 부식성이 증가하는 것으로 나 타났다.
수송과정에서 부식성 수질을 모니터링한 결과 저 수지, 수도꼭지에서 Fe, Cu, Zn 등의 중금속농도 증 가가 뚜렷하였으며, 학교와 같이 물사용량의 변화가 심한곳에서는 저수조와 수도꼭지의 중금속농도가 높 고 변동폭도 크게 나타났다. 금속부식에 영향을 미치 는 pH, Alk, 경도 등은 정수지-배수지-저수조-수도꼭 지를 거치면서 큰 변화를 보이지 않았으나, 탁도의 경우 청주정수장 계통의 수도꼭지에서 최고 0.46NTU까지 증가하였고 정수지(0.06NTU)에 비해 평균 6배(0.37NTU)이상 증가하는 것으로 나타났다.
잔류염소의 경우 수지정수장과 청주정수장에서는 0.8mg/L 내외로 공급되고 있으나, 저수조를 거치면 서 급격하게 낮아져서 관말 수도꼭지에서는 법정기 준인 0.2mg/L에도 미치지 못하여 미생물재성장 등 의 2차오염이 우려되는 것으로 나타났다. 이는 저수 조의 체류시간과다, 저수조 및 옥내배관의 노후화 등 에 의해 잔류염소 소모가 촉진된 것으로 판단되며, 배수지이후의 잔류염소관리 대책이 필요할 것으로 사료된다.
- 3 - 2. 수질인자 조절에 의한 부식억제 효과 분석
알칼리제를 사용하여 pH, Alkalinity를 조절한 경 우 pH를 7.5 이상으로 증가시켜야 부식도, 부착도 및 Fe 용출 농도에서 45% 이상의 저감 효과를 가질 수 있으며, 그 이상으로 pH를 증가시킬 때, 부식도, 부착도 및 Fe 용출 농도에서는 저감 효과가 더 우수 하게 나타나지만, 탁도 유발 및 TTHMs 등의 소독부 산물 증가라는 2차 오염의 가능성이 큰 것으로 판단 되었다.
pH, Alkalinity를 상승시킬 경우 나타나는 제반의 부산물 문제를 해결하기 위하여 알칼리제 종류별로 탁도 및 TTHMs 발생을 평가하고 부산물 문제가 비 교적 적게 나타나는 NaOH나 Na2CO3 등의 사용이 효과적일 것으로 판단된다. 그러나, pH를 7.5 정도로 상승시킬 경우에는 부식도, 부착도 및 Fe 용출 농도 에서 효율적인 Ca(OH)2를 사용하는 것이 부식 제어 를 위해 효과적일 것으로 파악되었다.
3. 부식억제제 도입 타당성 평가
부식제어 효과를 증가시키기 위하여 부식억제제 를 종류별로 검토하였으며, 그 결과 Zinc-phosphate 계통의 부식억제제가 양극과 음극 부식방지를 동시 에 진행하여 가장 효과적인 것으로 파악되었으며, 적 정주입농도는 1～3mg/PO4-PL가 적절한 것으로 나타났 다.
NaOH와 Ca(OH)2를 사용하여 pH, Alkalinity를 조절하면서 부식억제제 주입 유무에 따른 효과를 관 찰한 결과 pH, Alkalinity만 조절한 경우에 비해 부 식도가 약 55% 정도 저감되는 것으로 나타났다. 순 환식 실험에서는 pH 7.5로 조절하고 부식억제제를
주입한 경우에 부식억제제를 적용하지 않고 pH를 8.5까지 증가시킨 경우와 유사하거나 그 이상의 효과 를 보이는 것으로 관찰되었다. pH 상승시 나타나는 문제점의 해결 방안으로 pH를 적정 수준으로 조절 하고 부식억제제를 함께 사용하는 것이 매우 효과적 일 것으로 판단된다. 부식억제제와 잔류염소 농도와 의 상관성을 알아보기 위하여 부식억제제 농도별 잔 류염소 감소량을 측정한 결과, 부식억제제 농도에 따 라 영향을 받지 않는 것으로 파악되었다. 부식억제제 에 의한 미생물 재성장 영향을 살펴본 결과, 우리나 라 정수장의 처리수내에 TOC 2mg/L 내외인 조건에 서는 부식억제제를 투여한 경우 부착성미생물량의 증감이 나타나지 않고 부식억제제를 주입하지 않은 조건에 비하여 미생물부착량이 적게 나타났다. 이는 유기물농도가 낮은 조건에서는 인성분이 미생물의 성장에 필요한 영양분으로 이용되지 못하는 것을 의 미하며, 동시에 부식억제제가 금속계열의 관종 표면 에 얇은 피막를 형성하여 부식 진행을 제어함으로써 부식생성물과 같이 미생물이 서식할 수 있는 생장 환경을 최소화시켰기 때문으로 판단된다.
상수관로 내부부식제어를 위해서는 pH & Alk.
조절에 의한 1단계 제어기법을 적용하고, 이를 통한 목표달성이 어려운 경우, 부식억제제를 이용하는 2단 계의 부식제어기법을 도입하는 것이 바람직하다. 2단 계의 부식억제제는 안전성이 검증되고 효과가 뛰어 난 인산염계가 적합하고 주입농도는 1～3mg/PO4-P L, pH는 7.5내외를 유지하는 것이 가장 효과적인 것 으로 나타났다.
