KR100770026B1 - 상수도관의 부식저감용 수질제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수중 부식인자를 조절하여 탄산염계 화합물을 관내벽에 생성하여 수질을 제어하면서 관부식을 방지할 수 있는 상수도관의 부식저감용 수질제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 응집공정 이전에 소석회(Ca(OH)2)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 칼슘경도와 pH를 조절하는 공정과, 후염소공정 이후 또는 정수지 직전에 소다회(Na2CO3)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 알칼리도와 pH를 조절하는 하는 공정을 포함하고, 상기 공정들을 거치면서 생산된 처리수가 관내를 통해 흘러가면서 탄산칼슘과 같은 탄산염계 화합물의 얇은 피막이 관내의 벽에 침전ㆍ형성되어, 부식성 물과 관내 벽의 접촉을 차단함으로써 관부식을 저감할 수 있는 것이다.
상수도관, 소석회, 탄산가스, 소다회, 가성소다, 칼슘경도, 알칼리도, pH, 부식지수(CCPP)
Description
도 1은 본 발명에 따른 상수도관의 부식저감용 수질제어방법에 대한 개념도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 일반 정수처리공정에서의 수질을 제어하는 공정도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 고도 정수처리공정에서의 수질을 제어하는 공정도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 전염소조 11 : 전오존조
12 : 응집조 14 : 침전조
15 : 사여과조 16 : 후오존조
17 : 활성탄조 18 : 후염소조
20 : 정수조 30 : 제1약품조
40: 제2약품조
본 발명은 상수도관의 부식저감용 수질제어방법에 관한 것으로, 수중 부식인자를 조절하여 탄산염계 화합물을 관내벽에 생성함으로써 물과의 접촉을 차단하여 상수관로 부식을 방지 또는 완화할 수 있는 상수도관의 부식저감용 수질제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 물의 부식정도를 나타내는 지수로서, 랑겔리아 지수(LI; Langelian Index)와 탄산칼슘침전능(CCPP; Calcium Carbonate Precipitation Potential)을 사용하여 상수도관에 용해되어 있는 물의 부식정도를 확인하도록 되어 있다. 여기서, LI는 정성적인 물의 부식가능 정도를 확인하는데 유용하나, CCPP는 정량적인 물의 부식가능 정도를 확인하는데 유용하다. 부식저감에 적합한 CCPP의 범위는 0 ~ 4ppm(CaCO3 농도표시)인데, CCPP 조절인자들로서 수도수중에 칼슘경도, 알칼리도(CO3 2 -, HCO3 -, OH-), PH 등이 중요한 역할을 하게 된다.
기존에는 상수도관의 부식을 방지하기 위하여 정수장에서 사용되는 수질조절방법으로, 정수처리공정 중에 마지막 단계인 최종 정수지에서 탄산가스와 소석회를 투입하여 pH, 알카리도, 칼슘경도를 조절하는 방법을 채택하였다.
그러나, 기존의 상수도관의 부식방지용 수질조절방법은 최종 정수지에서 약품을 정량적으로 주입하여 부식성을 조절하지만, 계절에 따라 달라지는 원수의 수질을 반영하여 부식성을 조절하는데 한계가 있었다.
예를 들면, 부식성 완화조건인 CCPP를 만족하기 위해 유지되어야할 칼슘경도 의 농도는 60㎎ CaCO3/L 인데, 원수의 수질은 계절에 따라 30 ~ 70㎎ CaCO3/L 으로 변화함으로 칼슘경도의 농도가 최저인 여름철에 최종 정수지에 부식방지가 가능한 CCPP 범위의 칼슘경도의 농도까지 소석회량을 많이 투입하여야 하므로, 투입된 소석회 약품은 물에 대한 낮은 용해도 특성상 미용해된 미세 소석회분말 등으로 탁도를 유발할 뿐만 아니라, 약품주입농도에 대한 칼슘경도의 생성비율이 낮아 더 많은 소석회를 주입해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 기존의 상수도관의 부식방지용 수질조절방법은 최종 정수지에서 원료약품 등에 포함된 불순물이나 탁도 등을 낮게 조절하기 위하여 별도의 여과장치를 설치하여야 함으로써 시설비용이 증가하는 단점이 있었다.
이에 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 정수처리과정에서 약품을 2단계로 주입하여 원수를 안정하게 확보하면서, 전체 정수처리과정 상에서 상수관로 부식을 저감할 수 있으며, 별도의 여과장치를 설치하지 않고 설치비용을 줄일 수 있는 상수도관의 부식방지용 수질제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원수를 취수하여, 전염소공정, 응집공정, 침전공정, 여과공정 및 후염소공정을 차례로 거치면서 정수지로 유입되는 일반 정수처리공정 상에서 약품을 주입하여 수질을 조절하는 방법에 있어서, 상기 전염소공정 직후 응집공정 전에 소석회(Ca(OH)2)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 칼슘경도의 범위가 50 ~ 70㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH가 7.5 ~ 8.0 으로 유지되도록 조절하는 제1공정과, 상기 후염소공정 이후에 소다회(Na2CO3)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 알칼리도가 60 ~ 80㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH가 7.8 ~ 8.3 으로 유지되도록 조절하는 제2공정을 포함하고, 상기 제1,2공정을 거치면서 CCPP 0 ~ 4ppm 조건에 부합되는 탄산염계 화합물이 상수도관 내벽에 생성되도록 되어 있다.
또한, 본 발명은 원수를 취수하여, 전염소공정, 전오존공정, 응집공정, 침전공정, 사여과공정, 후오존공정, 활성탄여과공정 및 후염소공정을 차례로 거치면서 정수지로 유입되는 고도 정수처리공정 상에서 약품을 주입하여 수질을 조절하는 방법에 있어서, 상기 전오존공정 직후 응집공정 이전에 소석회(Ca(OH)2)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 칼슘경도의 범위가 50 ~ 70㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH가 7.5 ~ 8.0 으로 유지되도록 조절하는 제1공정과, 상기 후염소공정 이후에 소다회(Na2CO3)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 알칼리도가 60 ~ 80㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH가 7.8 ~ 8.3 으로 유지되도록 조절하는 제2공정을 포함하고, 상기 제1,2공정을 거치면서 CCPP 0 ~ 4ppm 조건에 부합되는 탄산염계 화합물이 상수도관 내벽에 생성되도록 되어 있다.
본 발명의 구성에 의하면, 부식방지를 위한 CCPP 조건범위에 유지되도록 칼 슘경도 조절용 소석회(Ca(OH)2)를 정수처리공정 상의 전반부에 해당되는 응집제 투입공정 전단계에 투입하여, pH가 상승에 따른 응집효과 개선을 위해 응집공정 전단계에서 탄산가스(CO2)를 투입하여 pH를 조절하고, 그 후 응집공정을 지나면서 요구되는 칼슘경도가 확보되면서 소석회의 낮은 용해도로 인한 미용해된 미세한 소석회 입자들과 불순물 고상 미세입자들이 응집처리과정에서 발생하는 오니들과 함께 다음 공정인 침전조에서 대부분 침전?제거된다. 이 때, 탁도는 상수도 기준에 만족할 만한 정도로 처리될 수 없음으로 그 다음 공정인 사여과나 활성탄 여과공정을 통해 만족할 정도의 탁도가 유지될 수 있게 된다. 이후 염소처리공정을 지나게 되고, 정수지 직전에 적당한 CCPP 조건을 만족하기 위하여 마지막으로 알칼리도와 pH를 조절하는데 소다회 혹은 가성소다 그리고 탄산가스를 투입함으로써 탁도문제가 유발되지 않고 기준 부식지수의 CCPP 조건을 얻을 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 예시도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 상수도관의 부식저감용 수질제어방법에 대한 개념도이다.
본 발명에 따른 상수도관의 부식저감용 수질제어방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 응집공정 이전에 소석회(Ca(OH)2)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 칼슘경도와 pH를 조절하는 1단계와, 후염소공정 이후에 소다회(Na2CO3) 또는 가성소다(NaOH)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 알칼리도와 pH를 조절하는 2단계를 포함하여, 상수도관벽에 CaCO3와 같은 탄산염계 화합물이 생성되게 된다.
상기 1단계에서 사용되는 소석회(Ca(OH)2)와 이산화탄소(CO2)는 다음과 같은 화학반응이 일어난다.
Ca(OH)2 --> Ca2 + + 2OH-
Ca(OH)2 + 2CO2 --> Ca2 + + 2HCO3 -
CO2 + H2O --> H+ + HCO3 -
여기서, 상기 소석회(Ca(OH)2)는 수중에 용해되어 칼슘경도와 알칼리도를 증가시키는 역할을 하고, 상기 이산화탄소(CO2)는 소석회주입에 의해 상승된 pH를 감소시키는 역할을 한다.
상기 소석회(Ca(OH)2)는 불순물이 많고 용해도가 극히 낮기 때문에 응집공정이전에 주입하게 된다. 소석회(Ca(OH)2)는 이산화탄소(CO2)에 의하여, 또한 소응집공정에서 주입되는 응집제에 의해 수중의 pH가 낮아진 상태에서, 용해됨으로써 수중에서 탁도를 유발하는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 주입된 소석회로 인하여 어느 정도의 탁도가 유발되더라도 응집공정 이후 단계인 침전공정, 여과공정(사여과, 활성 탄여과)를 거치면서 미용해된 소석회가 처리되어 제거됨으로써 최종정수처리된 처리수에서는 탁도문제가 발생되지 않게 된다.
상기 2단계에서 사용되는 소다회(Na2CO3)와 이산화탄소(CO2)는 다음과 같은 화학반응이 일어난다.
Na2CO3 --> 2Na+ + CO3 2 -
CO2 + H2O --> H+ + HCO3 -
여기서, 상기 소다회(Na2CO3)는 수중에 용해되어 알칼리도와 pH를 증가시키는 역할을 하고, 상기 이산화탄소(CO2)는 물과 접촉되어 pH를 감소시키는 역할을 한다.
한편, 상기 2단계에서는 수질특성을 고려하여 가성소다(NaOH)를 사용할 경우, 다음과 같은 화학반응이 일어난다.
NaOH --> Na+ + OH-
NaOH + CO2 --> Na+ + HCO3 -
상기 소다회(Na2CO3)와 가성소다(NaOH)는 용해도가 양호하여 후속공정에서 탁도를 유발하지 않으므로 최종정수지에서 주입하게 된다.
<제1실시예>
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 일반 정수처리공정에서의 수질을 제어하는 공정도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 수질제어방법은, 원수가 전염소조(10), 응집조(12), 침전조(14), 사여과조(15), 후염소조(18) 및 정수조(20)로 유입되는 일반 정수설비에서, 상기 전염소조(10)와 응집조(12) 사이에 구비된 제1약품조(30)에 소석회와 이산화탄소를 주입하여 칼슘경도와 pH를 조절하고, 상기 후염소조(18)와 정수조(20) 사이에 구비된 제2약품조(40)에 소다회 또는 가성소다와 이산화탄소를 주입하여 알칼리도와 pH를 조절하게 된다.
상기 제1약품조(30)에는 이산화탄소주입장치(미도시)로부터 이산화탄소(CO2)와 소석회주입장치(미도시)로부터 소석회(Ca(OH)2)를 일정한 양을 공급하여, 응집조(12)의 직전 수중에 칼슘경도의 범위가 50 ~ 70㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH는 응집효과 개선을 위한 최적 pH인 7.5 ~ 8.0으로 유지되도록 되어 있다.
여기서, 소석회(Ca(OH)2)를 1 mg/L 주입시 수중에는 칼슘경도와 알칼리도가 1.35 mg CaCO3/L 정도씩 증가하게 된다. 이산화탄소(CO2)는 약산으로 소석회(Ca(OH)2)주입으로 따른 상승된 pH를 조절하게 된다.
상기 제2약품조(40)에는 소다회주입장치(미도시)로부터 소다회(Na2CO3) 또는 가성소다(NaOH)와 이산화탄소주입장치(미도시)로부터 이산화탄소(CO2)를 일정한 양을 공급하여, 정수조(20)의 직전 수중에 알칼리도가 60 ~ 80㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH가 7.8 ~ 8.3 으로 유지되도록 되어 있다.
여기서, 소다회(Na2CO3)를 1 mg/L 주입시 수중에는, 알칼리도 0.94 mg CaCO3/L 정도씩 증가한다. 이산화탄소(CO2)는 소다회(Na2CO3) 주입에 따른 상승된 pH를 조절하게 된다.
본 발명의 제1실시예 따른 상수도관의 부식방지용 수질조절방법에 의하면, 전염소조(10)와 응집조(12) 사이에 구비된 제1약품조(30)에서 소석회(Ca(OH)2)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 칼슘경도와 pH를 조절하고, 후염소조(18)와 정수조(20) 사이에 구비된 제2약품조(40)에서 소다회(Na2CO3) 또는 가성소다(NaOH)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 알칼리도와 pH를 조절함으로써, CaCO3와 같은 탄산염계화합물이 상수도관 내벽에 생성되어 물의 부식을 차단하면서 수질을 조절할 수 있게 되는 것이다.
<제2실시예>
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 고도 정수처리공정에서의 수질을 제어하는 공정도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 수질제어방법은, 원수가 전염소조(10), 전오존 조(11), 응집조(12), 침전조(14), 사여과조(15), 후오존조(16), 활성탄조(17), 후염소조(18) 및 정수조(20)로 유입되는 고도 정수설비에서, 상기 전오존조(11)와 응집조(12) 사이에 구비된 제1약품조(30)에 소석회와 이산화탄소를 주입하여 칼슘경도와 pH를 조절하고, 상기 후염소조(18) 다음에 구비된 제2약품조(40)에 소다회 또는 가성소다와 이산화탄소를 주입하여 알칼리도와 pH를 조절하게 된다.
상기 제1약품조(30)에는 이산화탄소주입장치(미도시)로부터 이산화탄소(CO2)와 소석회주입장치(미도시)로부터 소석회(Ca(OH)2)를 일정한 양을 공급하여, 응집조(12)의 직전 수중에 칼슘경도의 범위가 50 ~ 70㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH는 응집효과 개선을 위해 최적 pH인 7.5 ~ 8.0으로 유지되도록 되어 있다.
여기서, 소석회(Ca(OH)2)를 1 mg/L 주입시 수중에는 칼슘경도와 알칼리도가 1.35 mg CaCO3/L 정도씩 증가하게 된다. 이산화탄소(CO2)는 약산으로 소석회(Ca(OH)2)주입으로 따른 상승된 pH를 조절하게 된다.
상기 제2약품조(40)에는 소다회주입장치(미도시)로부터 소다회(Na2CO3) 또는 가성소다(NaOH)와 이산화탄소주입장치(미도시)로부터 이산화탄소(CO2)를 일정한 양을 공급하여, 정수조(20)의 직전 수중에 알칼리도의 범위가 60 ~ 80㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH가 7.8 ~ 8.3 으로 유지되도록 되어 있다.
여기서, 소다회(Na2CO3)를 1 mg/L 주입시 수중에는, 알칼리도 0.94 mg CaCO3/L 정도씩 증가한다. 이산화탄소(CO2)는 소다회(Na2CO3) 또는 가성소다(NaOH) 주입에 따른 상승된 pH를 조절하게 된다.
아래의 표 1은 제2실시예의 약품조절에 따른 1월에서 9월까지 50회 이상의 산출한 값을 평균하여 부식성수질인자의 농도변화를 나타낸 것이다.
<표 1> 약품조절에 따른 부식성수질인자의 농도변화
본 발명의 제2실시예에 따른 상수도관의 부식방지용 수질조절방법에 의하면, 전오존조(11)와 응집조(12) 사이에 구비된 제1약품조(30)에서 소석회(Ca(OH)2)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 칼슘경도와 pH를 조절하고, 후염소조(18) 다음에 구비된 제2약품조(40)에서 소다회(Na2CO3) 또는 가성소다(NaOH)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 알칼리도와 pH를 조절함으로써, CaCO3와 같은 탄산염계화합물이 상수도관 내벽에 생성되어 물의 부식을 차단하면서 수질을 조절할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은, 상수도관의 부식저감용 수질제어방법에 의하면, 약품주입이 정수처리공정의 전단계인 응집공정 이전에 1차적으로 pH 및 칼슘경도가 조절하고, 정수처리공정의 마지막 단계인 후염소공정 이후인 정수지 이전단계에서 2차적으로 pH 및 알카리도를 조절함으로써, 수질을 안정적으로 유지하면서 상수도관 내벽의 부식을 저감할 수 있게 된다. 따라서, 상수도관의 부식이 억제되어 상수도관의 수명이 연장되고, 상수도관의 재설비에 따른 비용을 저감할 수 있게 된다.
Claims (3)
- 원수를 취수하여, 전염소공정, 응집공정, 침전공정, 여과공정 및 후염소공정을 차례로 거치면서 정수지로 유입되는 일반 정수처리공정 상에서 약품을 주입하여 수질을 조절하는 방법에 있어서,상기 전염소공정 직후 응집공정 전에 소석회(Ca(OH)2)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 칼슘경도의 범위가 50 ~ 70㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH가 7.5 ~ 8.0 으로 유지되도록 조절하는 제1공정과,상기 후염소공정 이후에 소다회(Na2CO3)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 알칼리도가 60 ~ 80㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH가 7.8 ~ 8.3 으로 유지되도록 조절하는 제2공정을 포함하고,상기 제1,2공정을 거치면서 탄산칼슘침전능 0 ~ 4ppm 조건에 부합되는 탄산염계 화합물이 상수도관 내벽에 생성되게 하는 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 수질제어방법.
- 원수를 취수하여, 전염소공정, 전오존공정, 응집공정, 침전공정, 사여과공정, 후오존공정, 활성탄여과공정 및 후염소공정을 차례로 거치면서 정수지로 유입되는 고도 정수처리공정 상에서 약품을 주입하여 수질을 조절하는 방법에 있어서,상기 전오존공정 직후 응집공정 이전에 소석회(Ca(OH)2)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 칼슘경도의 범위가 50 ~ 70㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH가 7.5 ~ 8.0 으로 유지되도록 조절하는 제1공정과,상기 후염소공정 이후에 소다회(Na2CO3)와 이산화탄소(CO2)를 주입하여 알칼리도가 60 ~ 80㎎ CaCO3/L 으로 유지되게 하고, pH가 7.8 ~ 8.3 으로 유지되도록 조절하는 제2공정을 포함하고,상기 제1,2공정을 거치면서 탄산칼슘침전능 0~4ppm 조건에 부합되는 탄산염계 화합물이 상수도관 내벽에 생성되게 하는 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 수질제어방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제2공정에서, 소다회(Na2CO3) 대신 가성소다(NaOH)를 사용하도록 된 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 수질제어방법.
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| KR20210059974A (ko) | 2019-11-18 | 2021-05-26 | 인제대학교 산학협력단 | 송수관로 부식저감용 수질제어방법 |
-
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- 2006-01-10 KR KR1020060002940A patent/KR100770026B1/ko active IP Right Grant
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 대한환경공학회 2004 춘계학술연구발표회 논문집, PF-27, pp.1145~1149(2004.04.29. 공지) |
| 대한환경공학회지 논문, 27권 4호, pp.362~368호(2005.04. 공지) |
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