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ISSN : 1225-7672(Print)
ISSN : 2287-822X(Online)
Journal of the Korean Society of Water and Wastewater Vol.32 No.2 pp.183-192
DOI : https://doi.org/10.11001/jksww.2018.32.2.183

Effect of corrosive water quality control and corrosion index monitoring in pilot scale pipeline simulator

Do-Hwan Kim1, Yung-Jin Kim1, Hee-Jong Son1, Dong-Choon Ryou1, Jun-Young Ahn2, Cheolyong Kim2, In-Seong Hwang2*
1Water Quality Institute, Busan Water Authority
2Department of Civil & Environmental Engineering, Pusan National University
Corresponding author: In-Seong Hwang (ihwang@pusan.ac.kr)
17/01/2018 26/03/2018 28/03/2018

Abstract


Applicability of corrosion inhibitor was evaluated using pilot scale water distribution pipe simulator. Calcium hydroxide was used as corrosion inhibitor and the corrosion indices of the water were investigated. Corrosion indices, Langelier saturation index (LI) increased by 0.8 and calcium carbonate precipitation potential (CCPP) increased by 9.8 mg/L. This indicated that corrosivity of water decreased by corrosion inhibitor and the effects lasted for 18 days. Optimum calcium hydroxide dose was found to be 3~5 mg/L for corrosion inhibition. We suggest that monitoring of CCPP as well as LI need to be conducted to control corrosivity of water.



파일럿 규모 모의관로에서 부식성 수질제어 효과와 부식지수 모니터링

김 도환1, 김 영진1, 손 희종1, 류 동춘1, 안 준영2, 김 철용2, 황 인성2*
1부산광역시 상수도사업본부 수질연구소
2부산대학교 사회환경시스템공학과

초록


    Busan Green Environment Center

    1. 서 론

    수돗물의 음용률 향상을 위하여 그동안 정부차원에서 뿐만 아니라 각 지자체 등의 수도사업자와 전문가들이 다양한 분야에서 많은 노력들을 기울여 왔으며, 지속적 으로 보다 우수한 수돗물을 공급하고자 고도정수처리공 정 개선과 상수관망에 대한 보수, 대체 등에 꾸준한 투자 를 벌여오고 있다 (Ministry of Environment, 2013). 상수도 에서 이물질 발생, 상수관로의 부식, 중금속 용출 및 맛・ 냄새로 인한 심미적인 요인 등 다양한 원인으로 인한 수질민원은 2016년도 환경부에서 발표한 상수도통계 자 료에서 1.73%(19,723건)으로 큰 비중을 차지하지는 않으 나 수돗물 음용률 저하의 주요 원인으로 꼽히고 있다 (Ministry of Environment, 2016). 이에 수도분야의 과거 주요과제 중 하나가 용수공급 증대를 위한 유수율 향상 등의 양(量)적인 측면에 집중하여 왔다면 현재는 질(質)적 인 측면에서의 건강하고 맛있는 물을 공급하고자 하는 방향으로 전환되고 있는 시점이다 (Office of Waterworks Seoul Metropolitan Government, 2010). 이를 위해서 활성탄 이나 막을 사용한 고도정수처리공정에서 잘 처리된 수돗 물을 최종 소비자의 수용가까지 수질적인 변화를 최소화 하며 공급하기 위해 상수관로에 대한 관심과 성능개선을 위한 노력이 증대되고 있는 실정이다 (Choi et al., 2014).

    국내에서 상수도관으로 현재 생산되고 있는 금속관 은 대부분 내・외부에 라이닝처리 되어진 내식성 수도 관이 주종을 이루고 있다 (Ministry of Environment, 2016). 그러나 이들 내식성 금속 관종들도 이음부나 곡관부 및 접합부 등이 시간의 경과에 따라 부식발생 이나 건전성이 저하되어 직관부보다 취약하게 됨으로 민원이나 누수사고 등의 문제점들이 발생할 가능성이 높아지게 된다 (Kim et al., 2013). 상수관망에서 탁도 증가와 이물질 발생 등으로 인한 탁수, 적수 및 흑수 등의 수질저하의 원인은 금속관로의 산화, 유・무기물 의 침전, 도장재의 박리, 생물막의 존재, 유속이나 수 압 등의 수리적인 변화로 인한 침전물의 탈리 등이다 (Gauthier et al., 2001; Husband and Boxall, 2011). 상수 관로 내부에서 발생하는 다양한 문제들 중에서 금속 성 관로의 부식으로 인한 부식생성물과 적수발생은 수 중에 중금속 등이 용출되는 원인이 된다. 상수관로 부 식억제를 위한 많은 연구들이 국내・외에서 진행되어 왔고 진행 중이며, 상수관로의 부식 및 노후화에 기인 하는 문제점들을 개선하기 위하여 관체의 부식상태 및 노후화의 상태진단 등의 원인분석이 이루어졌다 (Hall et al., 2007; Sarin et al., 2004; Storey et al., 2011).

    상수관로의 내부부식을 억제하는 방법으로 먼저 소 석회(Ca(OH)2), 이산화탄소(CO2), 탄산나트륨(Na2CO3) 등의 약품을 사용하여 수중의 pH, 알칼리도 및 칼슘농 도를 조절하여 부식성 수질을 제어하는 방법이 있으며, 인산염(P2O5), 규산염(SiO2) 등의 부식억제제와 같은 첨 가제를 이용하여 수도관의 내부부식을 방지하는 방법 도 있다. 또한 수중에 존재하는 물질의 이온화 경향 등 을 활용한 이온화식 수처리기를 적용하여 부식을 억제 하는 방법 등이 있는데 이와 같이 다양한 상수도관 내부 부식 방지 기술들이 개발되어 왔다 (Peng et al., 2010; Rubulis et al., 2008; Skadsen et al., 2008). 물의 부식성을 직접적으로 평가하는 지표는 현재까지 알려져 있지 않 으며, 수도관으로 사용되는 재질의 시편실험 등을 통한 직접적인 평가 또는 간접적인 수질평가 지표를 이용하 는 방법들이 있다. 간접적인 수질평가 지표를 일반적으 로 부식지수(corrosion index)라 하고 부식지수는 탄산칼 슘 침전원리에 기초한 Langelier saturation index (LI) (Langelier, 1936), Ryznar saturation index (RSI) (Ryznar, 1944), aggressiveness index (AI), calcium carbonate precipitation potential (CCPP)와 염소이온과 황산이온의 음이온 농도와 중탄산염의 농도를 비교하여 부식성 여 부를 판단하는 Larson ration (LR) 등이 있다 (Imran et al., 2005; Larson and Skold, 1957).

    국내 특・광역시와 K-water 등의 수도사업자들은 유 수율 개선, 안정적인 수질확보 및 부식으로 인한 피해 를 해결하고자 상수관로를 지속적으로 교체하고 있으 나 교체에 상당한 예산이 소요되고 교체과정에서 도 로 교통장해를 발생시키는 등의 단점이 있다. 그러므 로 상수도관의 부식을 억제하고 부식으로 인한 피해 를 줄여 수도관의 내구 연한을 증가시킬 수 있는 기 술의 적용이 필요하다. 또한 장기 부식특성 평가를 통 하여 상수관로의 부식을 억제할 수 있는 방안을 도출 하여 노후관 교체비용 절감과 신뢰성 있는 수돗물의 공급이 가능하도록 노력하여야 할 것이다.

    본 연구에서는 현재 상수도관으로 사용되고 있는 금속성 관종들을 대상으로 파일럿 규모의 모의관로를 제작하여 부식성 수질조절에 따른 수도관 내부의 수 질변화를 모니터링하고 부식억제 영향을 관찰하고자 하였다. 많은 국가들에서 수중의 부식평가 지표로 LI 를 사용하고 있으며, LI는 국내에서 2011년부터 먹는 물 수질감시항목으로 지정되어 관리되고 있다 (Min et al., 2016). LI는 pH의 변화를 주요 변수로 사용하기 때문에 단지 정성적인 의미만을 나타내므로 본 연구 에서는 LI 뿐만 아니라 정량적인 의미를 갖는 CCPP 농도도 함께 분석하여 모니터링 하였으며, 수질 및 유 속 등의 실험조건에 따른 부식영향 인자와 관종별 부 식성 수질변화 특성을 평가하였다.

    2. 실험재료 및 방법

    2.1 부식성 수질제어 파일럿 플랜트와 실험방법

    상수관로의 내부부식 억제를 위해 사용된 파일럿 플랜트는 Fig. 1과 같이 소석회(Ca(OH)2), 이산화탄소 (CO2) 등의 약품주입이 가능한 부식성 수질제어 시스 템과 모의관로인 시뮬레이터로 구성되어 있다.

    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, 알칼 리도, 칼슘농도, 전기전도도, 총용존고형물(TDS)을 측 정하였다. 측정한 결과를 바탕으로 부식지수인 LI와 CCPP 농도를 산정하였으며 최적 소석회 주입농도를 도출하였다.

    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 재 질 등을 정리하여 나타내었다. Fig. 2는 부식성 수질제 어 실증플랜트의 실제 사진으로 장치의 운전 및 설정 은 HMI(Human machine interface)를 통해 가능하도록 구축되어 있다. 모의관로를 대상으로 수행한 부식성 수질제어 테스트는 시료수(수돗물)에 소석회 주입 전・후에 대한 수질변화 관찰을 2회 걸쳐 실시하였으 며, 소석회 주입 농도는 매회 4.0 mg/L를 주입하였 다. 운전기간은 각각 13일과 18일로 운전기간 동안 시료수를 연속적으로 순환시켜 운전하였고 1일 1회 이상 채수하여 모의관로 내의 수질변화를 모니터링 하였다.

    2.2 수질분석 및 부식지수 모니터링

    수질분석 항목과 부식지수 평가항목을 Table 2에 나타내었다. 기본적인 수질분석 항목은 부식지수(LI, CCPP)를 계산하기 위해 수행하였으며, 탁도는 소석회 의 주입에 따른 변화를 관찰하여 먹는물 수질기준에 만족하는지를 확인하고자 측정하였다. Table 3은 LI와 CCPP에 따른 수질의 부식성 정도를 나타낸 것이다. LI는 부식성 수질을 평가하는데 일반적으로 널리 사 용되는 간접지표로 pH의 변화를 주요 변수로 사용하 기 때문에 정성적인 특성이 강하다. LI를 계산하기 위 해서 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 표현한 다 (Hedberg et al., 1995; Holm and Schock, 1998).

    2.3 부식지수 산출방법

    탄산칼슘 포화지수 LI를 구하기 위한 수질인자 입 력변수는 pH, 수온, 알칼리도, 칼슘농도 및 전기전도 도이며, 식(1)과 같이 계산된다.

    L I = p H p H s
    (1)

    여기서,

    • pH = 측정값

    • pHs = 칼슘이온과 중탄산이온 존재 하에서 CaCO3 평형일 때 pH

    • pHs는 식(2)와 같이 계산한다.

    p H s = p K 2 p K s + p [ C a 2 + ] + p [ H C O 3 ] + 5 p f m
    (2)

    식(2)를 단순화하면 식(3)과 같이 정리할 수 있다.

    p H s = p K 2 p K s + p [ C a t ] + p [ A l k t ] + 5 p f m
    (3)

    여기서,

    • K2 = 각 수온에서 탄산에 대한 두 번째 해리 상수

    • Ks = 각 수온에서 CaCO3에 대한 용해 생성물 상수

    • [Cat] = 칼슘이온 농도, g-moles/L

    • [Alkt] = 알칼리도, g-equivalents/L

    • fm = 특정 온도에서 1가 물질에 대한 활성계수

    CCPP 농도는 탄산칼슘으로 포화되는데 필요한 탄 산칼슘의 양을 정량적으로 계산해 줄 수 있다. CCPP 는 이론적으로 과포화된 물에서 침전되거나 불포화된 물에 요해될 수 있는 CaCO3의 양을 나타내는 것으로 계산과정은 Rossum and Merrill (1983)에 의해 제시되 었으며, 그 과정은 다음과 같이 요약된다.

    [ C a 2 + ] · [ C O 3 2 ] = K s = 8.7 × 10 9
    (4)
    A l k . = [ H C O 3 ] + 2 [ C O 3 2 ] + [ O H ] [ H + ]
    (5)
    [ H + ] · [ C O 3 2 ] [ H C O 3 ] = K 2 = 10 10.16 ( K 2 : 평형상수 )
    (6)
    [ C O 3 2 ] = ( A l k . + [ H + ] K [ H + ] ) × K 2 ( 2 K 2 + [ H + ] )
    (7)

    식(4)와 식(7)을 결합하면,

    [ C a 2 + ] e q = K s R e q ( A l k . e q + S e q )
    (8)
    2 [ C a 2 + ] i A l k . i = 2 K s R e q P e q U e q ( A c i . i S e q ) U e q ( A c i . i S e q ) P e q + S e q
    (9)

    [Ca+]iAlk·i는 측정값이고 Aci·i는 계산에 의하여 도출된다. Req , Ueq , Peq , Seq 는 [H]eq 의 함수인데 식(9) 로서 시행착오(Trial and Error)법으로 계산된다. [H]+eq 가 계산되면 식(9)로부터 Alk·eq 를 구한 후 식(10)으로 서 CCPP 농도를 구할 수 있다.

    C C P P = 50 , 000 ( A l k . i A l k . e q )
    (10)

    CCPP 농도를 이용할 경우 정수장 내의 정수처리 과정에서 소석회(Ca(OH)2), 소다회(Na2CO3), 이산화탄 소(CO2) 등 알칼리제를 정량적으로 주입하여 CCPP 조건을 유지함으로써 수질의 부식성을 저감할 수 있 다 (Hwang and Woo, 2009). 본 연구에서 CCPP 농도를 계산하고자 미국수도협회(AWWA, American Water Works Association)에서 고안한 RTW (Rothberg, Tamburini & Winsor) 모델(ver. 3.0)을 사용하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 소석회 주입 농도에 따른 수질변화 특성

    적정 소석회 주입농도를 결정하고자 4회에 걸쳐 회 분식 실험을 수행하였으며 실험 결과를 Fig. 34에 나타내었다. 수돗물의 부식성 수질을 조절하기 위해 서 어느 정도의 소석회 주입이 가능한지를 확인하고 자 소석회 주입 농도에 따라 먹는물 수질기준을 상회 하지 않고 만족하도록 조절하였으며, 목표 수질을 pH 범위는 8.0~8.3(최대 8.5 이내), 탁도는 0.5 NTU 이하 가 되도록 조절하고자 하였다. 부식성 수질제어를 위 한 기초 실험에서 소석회 주입농도는 1~4 ㎎/L로 각 각 조절하였으며, pH는 소석회 주입량이 증가할수록 거의 직선적으로 증가하는 경향을 나타내었다. Fig. 3 (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. 4 (b)). Fig. 34에서 소석회 주입량이 4.0 ㎎/L인 경우에는 대부분 pH 8.5 이상으로 조절되어 먹는물 수질기준을 만족하기 위해서는 적정한 소석회 주입량 조절이 필 요함을 알 수 있었다. 다른 수질인자들의 경우도 소석 회 주입량 증가에 따라 탁도, 알칼리도, 칼슘농도, 전 기전도도 및 총용존고형물 농도의 증가 경향이 뚜렷 하였으며, LI와 CCPP의 증가는 pH의 영향이 가장 큰 것으로 조사되었고 소석회 주입량 조절에 따라 LI 보 다는 CCPP 농도의 변화 및 범위가 더욱 확연히 큰 것 을 알 수 있었다(Fig. 4 (b)). 따라서, 현재 먹는물 수질 감시항목에는 LI만으로 원・정수에 대한 부식지수를 모니터링 하도록 되어있는데 정수공정에서 수돗물의 부식성 수질을 직접 제어하기 위해서는 간접적인 지 표로 LI 뿐만 아니라 CCPP 농도도 함께 감시항목으로 선정하여 모니터링 하는 것이 올바를 것으로 판단한 다. 모의관로 시험에서는 가장 좋은 성능을 나타내었 던 농도인 4 mg/L를 소석회 주입량으로 사용하였다.

    3.2 부식성 수질제어에 따른 모의관로 내부 수질변화 및 부식지수 모니터링

    소석회를 폐쇄순환(Closed loop)형 모의관로에서 주 입한 후 연속적으로 대상 실험수를 순환시켜 수질변 화를 모니터링한 결과를 Fig. 56에 나타냈었다. 소 석회를 주입하지 않은 경우와 소석회를 주입한 경우 를 비교하여 각 모의관로에서 설치된 수도관 시뮬레 이터 종류별 수질변화를 모니터링 하였다. Fig. 5는 스 폴파이프와 에폭시라이닝 덕타일주철관에서의 수질 변화를 나타낸 것으로 두 개의 관종 내부 pH는 소석 회 주입 전 7.4 전후로 시작하여, 소석회 주입 후에는 pH 8.1로 조절되어 운전을 시작하였다. 총용존고형물 과 알칼리도, 칼슘이온농도의 경우 소석회를 주입하 였을 때가 주입하지 않은 경우보다 모두 높게 관측되 었으며, 수돗물의 부식성 감소에 영향을 미친 것으로 판단된다. 총용존고형물은 소석회 주입 후 시간에 따 라 증가하여 최대 168 ㎎/L를 나타내었으며, 알칼리도 와 칼슘이온은 큰 변화를 나타내지 않았다.

    Fig. 6은 실증플랜트 운전기간 동안 에코스테인리스 강관과 폴리에틸렌분체라이닝강관 모의관로에서의 수질변화를 나타낸다. 에코스테인리스강관에서의 pH 는 소석회 주입 후 증가하였다가 점차 감소하여 주입 전 pH와 비슷한 수준으로 회복하였으며 이는 에폭시 라이닝 덕타일주철관에서의 현상과 유사하였다. 폴리 에틸렌분체라이닝강관 또한 에폭시라이닝 덕타일주 철관이나 에코스테인리스강관과 동일하게 소석회 주 입 후 pH가 8이상으로 증가하였고 점차 감소하여 원 래의 수준으로 낮아졌으며, 온도가 증가하였다가 다 시 감소하는 경향을 나타내었다. 네 가지 관종에서 소 석회 주입 후 pH, 알칼리도가 및 칼슘이온농도가 증 가하여 소석회 주입으로 인해 수돗물의 부식성 저감 에 영향을 미친 것으로 판단되었다.

    네 가지 관종의 경우 모두에서 소석회 주입 직후 pH가 증가하였다가 시간이 지남에 따라 감소하는 것 을 볼 수 있다. 이러한 과정에서 아래 식(11)과 같은 알칼리도 소모반응이 일어난 것으로 판단된다. 수온 은 운전기간 동안 소석회를 주입하지 않았을 때 약 2 0℃로 일정하게 유지되었으나 소석회를 주입한 경우 5℃ 이상 증가하였다가 점차 초기 값으로 회복하였다. 이는 식(11)과 같이 탄산칼슘(CaCO3) 침전 반응은 일 반적으로 25℃, 1.0atm에서 발열반응을 일으키므로 수 온이 증가한 것으로 여겨진다 (Lide, 2001).

    C a ( O H ) 2 + C a ( H C O 3 ) 2 2 C a C O 3 ( s ) + 2 H 2 O Δ H f ° = 1206.87 k J / m o l
    (11)

    Fig. 7에 네 개의 관종에서 운전기간 동안의 부식지 수인 LI와 CCPP의 변화를 나타내었다. 소석회 주입 전 수돗물의 LI는 -1.0 미만이었고 CCPP는 –10 ㎎/L 전후를 나타내었으므로 두 부식지수로 평가하였을 때 중간 정도의 부식성을 가진 것으로 판단할 수 있다. 소석회를 주입하였을 경우 두 부식지수 모두 대폭 감 소하였다가 서서히 증가하여 18일에 이르러서는 대체 적으로 일반 수돗물의 값과 비슷하게 되는 것을 볼 수 있다. 이는 전술한 식(11)과 같이 주입된 소석회가 탄산칼슘 침전 등의 반응을 통하여 소모된 것이 기인 한 것으로 판단된다. 소석회 주입 후 13일까지의 부식 지수가 수돗물의 부식지수 보다 현저하게 낮게 나타 난 것을 볼 때 도시지역에서의 상수도관망내 수돗물 의 평균 체류시간이 3~4일 정도임을 고려하면 정수장 에서 소석회 주입을 통하여 수돗물의 부식성을 전반 적으로 제어할 수 있을 것으로 생각된다. 하지만 좀 더 정교한 부식성 수질제어를 위해서는 실시간으로 수질변화를 모니터링하고 소석회 등 부식억제제를 연속 적으로 주입하는 것도 고려할 필요가 있다. pH 감소에 따른 LI와 CCPP변화에서 LI의 변화보다 CCPP의 변화폭 이 더 큰 것으로 나타났는데 이는 1983년 Rossum과 Merrill의 연구에서도 같은 pH 범위에서 LI, CCPP의 변화 가 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.

    3.3 관내 유속변화에 따른 부식성 수질제어 특성

    모의순환관로에서 유속변화가 부식성 수질과 부식지 수에 미치는 영향을 확인하였으며, 그 결과를 Fig. 89에 나타내었다. 유속의 변화는 각 모의관로에서 물을 순환시키는 펌프의 특성상 같은 유속으로 정확하게 제어 하여 운전하기가 어려워 각 모의관로에서 유속의 차이가 있으며, 모의순환관로 내부의 유속은 약 2.5~3.7배 정도 의 차이가 발생하였다. 부식지수의 모니터링은 운전기간 동안 0, 7, 14일 3회에 걸쳐 실시하였다. Fig. 8의 (a)와 (b)를 살펴보면 스폴파이프 내부의 유속이 9.2 L/min에서 25.8 L/min으로 약 2.8배 정도 증가하였을 경우 유속변화 에 따는 부식지수의 변화가 뚜렷하지 않은 것을 볼 수 있다. 부식성 수질을 조절하지 않은 경우의 스폴파이프 내부 유속변화는 12.2 L/min에서 30.6 L/min으로 약 2.5배 정도 증가시켰으며, 유속이 빠른 경우에 시간에 따른 LI와 CCPP의 감소 범위가 상대적으로 작은 것으로 나타 났다. 한편 Fig. 8의 (c)와 (d)에서 부식성을 조절한 에폭시 라이닝 덕타일주철관 내부에서 유속을 10.0 L/min에서 25.7 L/min으로 약 2.6배 정도 증가시킨 결과를 보면 유속 이 느린 경우에 LI와 CCPP가 큰 것으로 나타나 부식 억제를 위해서는 유속이 빠른 것이 유리한 것으로 나타났 다. 부식성 수질을 조절하지 않고 유속을 10.7 L/min에서 29.7 L/min으로 약 2.8배 증가시켜 운전한 경우에도 유속 이 빠른 조건에서 LI와 CCPP의 저감이 상대적으로 낮은 것으로 조사되었다.

    Fig. 9의 (a)와 (b)는 에코스테인리스강관에서 유속 의 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 조절하 지 않은 경우에 비해서 확연히 작은 것을 알 수 있다. Fig. 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 큰 것으로 조사되어 유속이 빠른 경우에 부식성 수질제어 효과가 큰 것으로 나타났다. Larson and Skold(1958)가 수행한 칼슘 등에 따른 부식제어 효과 연구에서 알칼 리도가 존재할 때 칼슘은 효과적인 부식억제제이며, 부식생성물 퇴적속도는 물의 유속을 높이거나 pH를 탄산칼슘 포화농도 이상으로 조정하는 것으로 개선될 수 있고 단단한 구조의 보호피막은 LI가 최소한 –0.8 이상으로 증가하였을 때 형성이 가능하다고 하였다 (Larson and Skold, 1958). 따라서, 본 연구에서 유속에 따른 부식성 수질변화를 조사한 결과 유속이 물의 부 식성에 영향을 미치며, 유속이 빠를수록 부식성 감소 효과가 오래 지속되는 것으로 나타났다. 이는 유속의 증가에 따른 부식억제 및 부식성 수질제어 효과는 수중 에서 칼슘의 확산속도 증가에 따른 결과로 판단된다.

    4. 결 론

    파일럿 규모 모의관로를 이용하여 수돗물의 부식성 제어를 위한 부식억제제 적용성 평가를 수행하였다. 내 식성의 모의관로에서 수돗물에 소석회를 주입하였을 때 부식성 수질 관여항목의 변화를 관측한 결과 절대값 으로 LI는 최대 0.8, CCPP 농도는 최대 9.8 mg/L 증가하 여 부식억제 효과가 있는 것으로 파악되었다. 이로 인한 부식성 억제효과는 관종 및 유속에 따라 13~18일간 지 속되었다. 유속에 따른 부식성 수질변화를 조사한 결과 유속이 물의 부식성에 영향을 미치며, 유속이 빠를수록 부식성 감소효과가 오래 지속되는 것으로 나타났다. 상 수관로의 부식억제와 수돗물의 부식성을 제어하기 위 한 소석회 주입량은 3~5 mg/L가 적합한 것으로 판단하 였으며, pH, 알칼리도 및 칼슘농도 등을 고려하여 결정 하여야 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 적 합할 것으로 보인다.

    사 사

    본 논문은 2015년도 부산녹색환경지원센터의 연구 사업비 지원을 받아 연구되었습니다(15-3-20-24).

    Figure

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    Schematics of pilot scale loop system for testing corrosion inhibitors.

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    Photographs of pilot systems for testing corrosion inhibitors.

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    Changes in water qualities according to calcium hydroxide dosage: (a) pH, alkalinity, and (b) turbidity, calcium concentration.

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    Changes in water qualities according to calcium hydroxide dosage: (a) conductivity, TDS, and (b) LI, CCPP concentration.

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    Variations in water qualities in water pipe simulator. (a) SPOL pipe, (b) Epoxy lining DCIP.

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    Variations in water qualities in water pipe simulator. (a) Eco-stainless steel, (b) PFP.

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    Variations of corrosion indices(LI and CCPP). (a) SPOL pipe, (b) Epoxy lining DCIP, (c) Eco-stainless steel, (d) PFP.

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    Effect of flow velocity on (a) LI and (b) CCPP in SPOL pipe, and on (c) LI and (d) CCPP in Epoxy lining DCIP pipe.

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    Effect of flow velocity on (a) LI and (b) CCPP in Eco-stainless steel pipe, and on (c) LI and (d) CCPP in PFP pipe.

    Table

    Specifications of simulator water pipes

    1)Stainless polyethylene optimized light
    2)Ductile cast iron pipe
    3)Polyethylene fundai lining steel pipe

    Water quality analysis items and corrosion index monitoring

    Corrosion characteristics of water indicated by corrosion indices.

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