KR100832687B1

KR100832687B1 - 상수관로 복합세척 방법

Info

Publication number: KR100832687B1
Application number: KR1020070032373A
Authority: KR
Inventors: 우달식; 민경수; 박상봉; 성권식; 오경석; 이소엽
Original assignee: 수자원기술 주식회사; 주식회사 아세아프로텍
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2008-05-27

Abstract

본 발명은 상수관로의 정기적 유지관리를 위한 복합세척 방법에 관한 것으로, 상수관로 조사 및 기록과 세척 준비단계, 굴착단계, 관 절단 및 제거단계, 피그런처 및 리시버 설치단계, 폴리피그 장착단계, 1차 폴리피그 세척단계, 내벽스케일 을 부식 연질화하기위한 산성세척제 투입단계 및 2차 폴리피그 세척단계, 부식억제제 및 염소 투입단계, 세척수 처리단계로 구성된 것을 특징으로 하며, 나아가, 세척수처리단계에 부직포와 이온교환수지를 이용한 후처리단계를 부가하여 세척수 처리를 효율적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 것임.

송배수관, 세척, 폴리 피그, 부식억제제, 염소, 세척수 처리장치

Description

상수관로 복합세척 방법{Sequential pipeline cleaning Method in Water Distribution System}

도 1 은 본 발명에 따른 상수관로 복합세척 방법의 흐름도.

도 2 는 본 발명의 개량된 런처의 단면도.

도 3 은 본 발명의 세척수 처리장치의 단면도.

도 4 는 본 발명의 부식억제제 주입 조건실험에 따른 부식도 변화그래프.

도 5 는 본 발명의 부식억제제 주입 조건실험에 따른 철농도 변화그래프.

도 6 은 본 발명의 염소주입 실험에 의한 생물막 제어 결과그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 런처의 뚜껑

11. 마개부 12. 주입구 13. 밸브

2. 세척수 처리장치

21. 사이클론 22. 부직포 23. 이온교환수지

본 발명은 상수관로 특히 송배수관의 내부 스케일(scale) 및 각종 이물질을 폴리피그와 산성세척제에 의해 세척하고 개량된 런처를 이용하여 통수 전까지 관 내부 부식방지를 위해 부식억제제를 주입함과 동시에 관 내부를 염소 소독한 후 발생된 세척 배출수를 사이클론 원리와 부직포 및 이온교환 수지를 결합한 세척수 처리장치를 통해 완벽히 처리하는 복합세척 방법에 관한 것이다.

우리나라의 상수도관은 양적인 증가와 함께 다양한 관종이 도입되어 사용되고 있으나, 선진국에 비하여 상수도관의 사용년수가 현저히 짧은 경향을 보이고 있다. 상수도관망의 가장 중요한 기능 중 하나는 정수장에서 생산된 물을 가정집 수도꼭지까지 수질을 안정적으로 공급하는 것이다. 상수도관의 재질이나 수질 특성 등에 따라 차이는 있지만 일반적으로 금속관은 사용하면 할수록 점차 부식이 진행되고 배·급수관의 파손, 2차 오염으로 인한 수질 변화, 누수 등의 문제점을 가지고 있다. 특히 관내에 생성된 철 부식물로 인한 문제는 먹는 물에 대한 국민적 불신을 가중시킬 수 있고 관 내부에 축적된 스케일이나 슬라임의 경우 심한 부식을 일으키는 원인이 될 수 있다. 또한 관 내부에 병원성 미생물이 서식할 가능성도 배제할 수 없다.

따라서 이와 같이 관이 손상되었을 경우에는 내식성 재질의 관으로 교체하는 것이 가장 좋은 해결책이지만 공사 여건 및 비용 등의 사회 경제적 문제점이 있다. 또한 부식 등의 이유로 손상된 관의 경우에도 물리적, 화학적 방법을 이용하여 오염된 관의 내부를 세척할 경우 관 수명을 연장시키고 관의 제 기능을 회복할 수 있다. 따라서 오염된 관을 세척하는 기술의 필요성이 크게 증가하고 있다. 일반적으로 상수관망을 세척할 경우 새로운 관으로 교체하는 비용의 약 30% 정도의 비용만이 소요되기 때문에 보다 경제적인 방법이라 하겠다. 또한 상수관망의 체계적이고 정기적인 세척방법은 스케일이나 슬라임 등의 오염을 원천적으로 차단하여 관의 노후화 및 관 부식을 막아 관 수명의 연장을 가능하게 해준다.

상수관로 세척공법으로는 A/S(Air Sand)공법, 공기충격파 공법, 오존공기 세척공법, Scrapers공법, 폴리 피그 방법 등이 사용되고 있고, 소구경관의 경우 A/S공법, 중대규모의 관은 Water Jet공법, 폴리 피그 공법, Scraper 공법 등이 적용될 수 있다.

Air sand 공법은 고압의 압축공기로 제트류를 형성하여 모래를 관내에 분사하여 스케일을 박리시키는 방법으로 일본, 미국, 프랑스 등지에서 사용하고 있다. 이 방법은 상수도관의 세척이라기보다는 엄밀히 말하면 세관에 속하며 따라서 반드시 라이닝공법이 수반되어야 하며, 관 파손 등의 위험이 초래될 수 있는 문제점을 안고 있다. 공기압을 단락적인 충격파로 발사하는 방법인 공기충격파 공법은 시공이 간편하고 비용이 저렴하고 모든 배관에 적용가능하다는 장점을 가지고 있지만 관 내부 오염물질의 경화도가 높은 경우 제거에 한계를 가지고 있다. 또한 대형배관은 세척하기 어렵다. 최근 제안되고 있는 세척 방법 중 하나는 오존공기 세척법을 들 수 있는데 오존가스를 배관 내부에 주입하는 방법으로 스케일 제거뿐만 아니 라 살균을 동시에 달성하고자 하는 공법이다. 이 공법의 경우 오존의 탁월한 살균 능력으로 인하여 살균 효과를 얻을 수 있지만 강관의 경우 오히려 부식이 촉진될 수 있고 배오존가스에 의한 냄새 발생, 오존 사용으로 인해 세척비용이 증가한다는 단점을 가지고 있다.

폴리피그(Polly-Pig) 공법은 폴리피그를 배관 내부에 넣어서 배관내부에 부착된 스케일 등의 오염물질을 제거하는 공법으로 다양한 이물질도 효과적으로 제거할 수 있다. 폴리피그 공법에서는 구경이 다른 몇 개의 폴리피그를 수압차로 전진시키며 세척, 연마, 분쇄 과정을 거쳐서 스케일 및 퇴적물을 제거하게 된다. 그러나 폴리피그 공법을 사용할 경우에도 미생물 증식, 착색 등의 단점을 가지고 있고 물리적 제거만을 거치기 때문에 반드시 세척 후 라이닝 과정이 필요하게 되며, 경질의 스케일을 제거하기 힘든 단점이 있다.

상기 언급한 바와 같이 상수도관의 세척방법은 모두 커다란 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 단점을 어떻게 보완하고 적용시킬 것인가가 가장 중요한 포인트이다.

국내의 경우 2005년 12월 수도법이 개정된 이후 옥내급수관의 세척이 의무화되어 다양한 세척방법이 제시되고 있다. 그러나 이들 모두는 소구경 즉, 옥내급수관의 세척기술에 국한되어 기술이 개발되고 있으며, 대구경 상수관 즉 송배수관의 세척방법은 극히 제한적으로 기술이 개발되고 있다.

본 발명은 폴리 피그 공법을 개량한 것으로, 대구경관 즉 직경이 약 100mm 이상의 송배수관을 대상으로 한다. 상술한 바와 같이 폴리피그를 사용할 경우에는 상수관의 내면에 일정부분 손상이 되어 상수관 내부에 부식 및 미생물 증식 등의 문제점이 발생되고, 배출수의 오염수준이 매우 높아 수계 방류 시 환경오염문제 및 민원이 야기될 소지가 매우 많다. 또한 장기간 세척을 하지 않은 상수도관에 형성된 경질의 스케일을 제거하기 힘든 단점이 있다.

이에 본 발명은 통하여 폴리 피그 공법에서 문제가 되는 상수관의 부식 문제, 소독 문제, 경질스케일의 제거문제, 배출되는 세척수 처리 문제를 간단하면서도 경제적으로 해결할 수 있는 복합세척 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 상수관로 조사 및 기록과 세척 준비단계, 굴착단계, 관 절단 및 제거단계, 피그런처 및 리시버 설치단계, 폴리피그 장착단계, 1차 폴리피그 세척단계, 내벽스케일 부식 연질화를 위한 산성세척제 투입단계, 2차 폴리피그 세척단계, 부식억제제 및 염소 투입단계, 세척수 처리단계로 구성되고, 세척수 처리단계에 부직포와 이온교환수지를 이용한 후처리단계를 부가하여 세척수 처리를 효율적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

상수관로의 세척준비 단계는 먼저 현장답사 등을 통한 철저한 세척대상 상수관로에 대한 조사 및 준비를 한 후 폴리피그의 주입지점과 받는 지점에 대한 굴착, 관 절단, 피그 런처 및 리시버의 설치, 런처에 폴리피그 장착이 이루어짐과 동시에 세척 준비가 완료된다.

폴리피그를 이용한 일반적인 세척방법은 수압을 가해 폴리우레탄 재질의 포탄형 물체인 폴리피그를 상수관 내부로 회전과 동시에 제트류를 형성시켜 통과시킴으로써 관 벽의 부착물질 및 침전물질을 제거하는 것이다. 그러나 이러한 방법에 따르면 장기간동안 세척하지 않은 상수도관에 형성되는 경질의 스케일을 제거하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 상기 폴리피그 세척단계를 1차 폴리피그 세척단계, 내벽스케일을 부식 연질화하기위한 산성세척제 투입단계, 2차 폴리피그 세척단계로 구성시킨다. 산성세척제의 pH는 2.5-5인 것이 바람직하며, 산성세척제의 pH가 낮으면 오히려 상수도관이 손상될 수 있기 때문에 상수도관의 스케일 상태에 따라 pH를 조절한다. 산성세척제는 상수도관 내벽의 경질 스케일을 연질화 시켜주어 피그의 세척력을 극대화시켜주는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 특징은 폴리피그에 의해 세척한 후 개량된 런처의 뚜껑(1)을 통해 부식억제제 주입 및 염소소독이 이루어지며, 세척 후 발생되는 세척수를 처리하는 방법에 있다.

도 2는 본 발명에 의해 개량된 런처의 뚜껑(1)을 도시한다. 개량된 런처의 뚜껑(1)은 마개부(11)와 부식억제제 및 염소가 주입될 수 있는 두 개의 주입구(12)로 구성된다. 개량된 런처의 뚜껑(1)의 재질은 PVC인 것이 바람직하며, 주입구(12)에는 벨브(13)를 설치하여 주입량을 조절하는 것이 바람직하다. 본 발명은 개량된 런처의 뚜껑을 통해 부식억제제를 주입하는 것이 특징인데, 이는 폴리피그에 의해 세척된 후 관 내면에 부착되어 있는 스케일이 제거된 부분에 부식이 쉽게 진행되는 것을 방지하기 위함이다. 두개의 주입구(12)에 부식억제제와 염소가 각각 주입되게 된다.

폴리 피그에 의한 세척 등 세척 후 발생되는 세척수는 스케일 및 침전된 이물질 등으로 오염이 심각한 상태에 있다. 즉, 탁도, 색도, 철 농도 등이 매우 높아 하수구 또는 하천에 방류시 심각한 환경문제를 초래할 수 있으며, 민원의 문제가 제기될 소지가 있어 이에 대한 대책이 필요하다.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 세척수 처리장치를 적용한다. 배출되는 세척수 처리장치는 상수관로 세척 후 환경적인 악영향을 미칠 수 있는 세척수를 처리하기 위한 장치로, 사이클론 원리를 이용하여 조건에 따라 크기와 밀도가 작은 입자를 수반하여 사이클론의 중심부에 모여서 상승선회와류를 형성하여 크기가 큰 입자들을 분리 제거하는 장치이며, 처리효율은 유입수의 유속, 유입 농도, 장치의 크기 및 기타 여러 영향인자에 따라 달라진다. 피그 리시버(Receiver)에 세척수 처리장치를 연결하여 구성하는 것이 바람직하다.

공지된 종래의 세척수 처리장치는 단순 물리적 처리만을 제공하기 때문에 입자의 비중이 큰 부유물질 및 탁질물질은 제거가 가능하나, 철 이온에 의한 색도의 개선은 매우 힘들다. 철 이온에 의해 색도가 커져서 빨간 물이 되면 일반 국민들의 볼 때 세척과정이 매우 불안하게 보일 수 있고 또한 민원발생의 원인이 될 수 있다. 이에 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 사이클론(21)이 설치된 세척수 처리 장치(2)의 후단에 부직포(22)와 이온교환수지(23)가 연결된 후처리 시설을 설치함으로써 이러한 문제를 해결하고자 한다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1> 부식억제제 적용 실험

1. 부식억제제의 개요

본 발명에 적용한 부식억제제는 인산염계 부식억제제로 인산 이온이 수도 배관의 금속이온과 만나 불용성 금속염, 즉 관 내벽에 보호성의 피막을 형성하거나 용해성의 착염이온을 형성하여 부식억제 및 적수 예방의 효과를 가진다. 본 발명에서는 관 세척 후 관 표면이 드러나 부식이 빠르게 진행되는 단점을 해결하기 위해 부식억제제를 개량된 런처에 적용하는 것이다.

2. 실험 방법

복합세척기술의 일환으로 피그 세척 후 관 내면 부식 저감을 위한 부식억제제 적용 방법을 검토하기 위하여 Jar tester 교반 장치를 이용하여 부식억제제 주입 조건을 산정하였다. 부식억제제로서는 P₂O₅을 적용하였으며 그 농도는 20mg P₂O₅/L이하로 하였고, 교반시간은 10분 교반 후 정체, 1시간 교반 후 정체, 연속 교 반으로 나누어 실험하였다.

3. 실험 결과

실험 후의 부식도 및 철 용출 실험 결과는 도 3, 도 4와 같다. 도 3, 도 4를 살펴보면, 약 10mg P₂O₅/L 이상의 농도에서 부식도 및 철 용출농도 감소가 완만하게 나타났으며, 교반 후 정체하는 경우에 비해 연속 교반하는 경우 부식도 및 철 용출농도 저감 효과가 우수한 것으로 나타났다. 부식억제제 주입 농도가 10mg P₂O₅/L인 경우 연속 교반시 부식도 및 Fe 용출 농도가 주입하지 않은 경우에 비해 각각 94, 85% 저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 경제성 및 부식저감 효과를 모두 고려시 부식억제제 주입농도를 10mg P₂O₅/L로 결정하였다. 한편, 피그 세척 후 주입하는 부식억제제의 주입량을 결정하기 위하여 수도관의 피그 세척시 필요한 수압 및 유량의 관계를 [표 1]에 정리하였다.

[표 1]

관경 (in.(mm))	압력 (psi(bar))	유량 (gpm(L/sec) )
2 (50) 3 (75) 4 (100) 6 (150) 8 (200) 12 (300) 24 (600)	100-200 (7-14) 100-150 (7-10) 75-130 (5-9) 50-100 (3-7) 30-80 (2-6) 10-50 (0.7-0.4) 5-20 (0.4-1.5)	20-50 (1-3) 45-110 (3-7) 80-200 (6-12) 175-450 (13-30) 300-800 (24-50) 700-1,800 (50-100) 2,800-7,000 (200-400)

상기 [표 1]을 참고하여 직격이 100mm인 관에서 피그 세척하는 경우 부식억제제 주입농도를 10 mg P₂O₅/L라 가정하고 부식억제제의 주입량을 산정해 보았다.

■ 부식억제제 주입농도 : 10 mg P₂O₅/L

■ 주입방법 : 정량펌프를 이용한 정량주입, 부식억제제 효과를 높이기 위하여 피그 통과 직후 주입

■ 부식억제제 주입량(mL/s)

부식억제제 주입시점은 피그 통과 직후이므로 직경이 100mm인 관에서의 피그 세척 유량 6-12L/sec와 동일하다고 가정하면(10,000mg P₂O₅/L stock solution 사용, 10mg P₂O₅/L의 농도로 주입하는 경우), 주입량은 다음과 같이 구할 수 있다.

Q = 6-12L/sec 일 때,

<실시예 2> 염소소독 적용 실험

1. 염소소독의 개요

본 발명에서는 폴리 피그를 이용한 관 세척 후 내부 관의 미생물 오염 문제를 해결하기 위하여 가장 경제적이고 효과적인 염소 소독을 적용하였다.

2. 염소주입조건 실험 및 결과

염소 주입농도 및 주입 시간 결정하기 위해 염소 소독시 생물막 제어 평가 실험을 수행하였으며, 그 결과는 도 5에 도시된 바와 같다. 염소 소독을 위해 0.1-50mg/L·min 범위의 CT 값 고려시 Log(N/N_o) = -1인 경우만 불활성화 된다. 이는 생물막의 기본적인 특성으로 생물막 중 표면 부분만 불활성화되기 때문이다. 따라서 중간값 정도인 10mg/L·min로 조건을 잡아서 염소 주입농도를 2mg/L, 반응시간을 5분으로 결정한다. 즉, 초기 염소의 주입 농도를 2mg/L로 하고, 마지막 스왑 주입 후에 염소를 주입하여 5분 동안 염소 소독을 실시하고, 5분 후에 런처 뚜껑을 교체하여 염소주입이나 부식억제제 주입 없이 배출(draining)시키는 것이 가장 바람직하다.

염소 주입 조건을 요약하면 다음과 같다.

■ 염소 주입 조건

· CT = 10mg/L·min

· 주입농도 = 2mg/L

· 접촉시간 = 5min

· 약품 종류 : 차아염소산 나트륨(NaOCl)

■ 주입량 결정

염소는 시약에 따라 다양한 농도의 Stock solution이 시판되고 있는데, 보 통 10,000-700,000ppm이다. 예를 들어, 염소 주입 탱크에 넣는 Stock solution의 농도를 2,000ppm으로 예상하여 염소 주입 요구량을 계산해 보고자 한다. 유량이 6-12L/sec인 경우,

6-12mL/sec로 5분간 염소를 주입하는 경우 총 염소 주입요구량은, 6-12mL/secㅧ60sec/minㅧ5min = 1,800-3,600mL = 1.8-3.6L로 계산 가능하다.

<실시예 3> 세척수 처리장치 실험

세척수 처리장치에 의해 실험한 수질 분석 결과를 [표2]에 나타내었다. 세척수 처리장치를 적용할 경우 부유물질, 색도, 탁도 항목이 유입수 보다 유출수에서 저감되어 효과가 있음을 확인하였다.

[표2]

	부유물질 (mg/L)	제거율 (%)	색도 (Unit color)	제거율 (%)	탁도 (NTU)	제거율 (%)
유입수	1396	77.79	1345	60.74	980	81.12
유출수	310	77.79	528	60.74	185	81.12

그러나 상기 처리장치의 색도 제거가 다소 어려움이 있어 처리장치 후단에 부직포와 이온교환수지가 결합된 후처리 시설을 추가하여 실험한 결과, [표3]과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 배출되는 세척수 처리장치의 후단에 부직포와 이온교환수지가 결합된 후처리에 의해 처리된 탁도, 색도 제거율은 90% 이상 높은 제거효율 을 보여 세척 세척수 처리장치가 유용함을 확인하였다.

[표3]

여재	탁도(제거율, %)	색도(제거율)
유입원수	959	576
부직포	809(16)	218(62)
부직포-여과사	465(52)	180(69)
부직포-활성탄	290(70)	125((78)
부직포-이온교환수지	48(95)	33(94)

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 상수관로를 정기적으로 유지관리하기 위해 복합세척 방법을 적용하게 되면 관 내부부식 저감 및 미생물, 적수, 탁수, 침전물질 발생을 줄여 수돗물의 안전성을 확보할 수 있게 된다. 또한 상수도관의 통수능력을 회복시켜 상수관망의 수명을 연장시킬 수 있으며, 관 교체 후에도 발생되는 수돗물 수질 저하 및 관망의 부식문제를 근본적으로 해결하는 효과를 볼 수 있다.

또한, 산성세척제의 사용으로 장기간 세척을 하지 못하여 경질의 스케일이 형성된 상수도관도 세척이 가능하며, 세척수 처리장치에 이온교환수지와 부직포를 이용한 후처리장치를 부가함으로써 탁도의 개선은 물론 색도의 개선효과까지 얻을 수 있어 환경오염을 효과적으로 예방할 수 있다.

나아가, 본 발명은 경제성 측면에서 교체 비용 대비 약 25-50%의 비용이 소요되므로 매우 경제적이며, 현재 선진외국에서 많이 사용되고 있는 플러싱에 비해 퇴적물질 제거에 보다 효과적이다. 결국 본 발명은 국가 기간산업 설비인 상수도관의 수명 연장과 안정적 상수도 공급에 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims

상수관로 조사 및 기록과 세척 준비단계, 굴착단계, 관 절단 및 제거단계, 피그런처 및 리시버 설치단계, 폴리피그 장착단계, 1차 폴리피그 세척단계, 산성세척제투입에 의한 내벽스케일 연질화단계, 2차 폴리피그 세척단계, 부식억제제 및 염소 투입단계, 세척수 처리단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 상수관로 복합세척방법.
제 1항에 있어서, 상기 부식억제제는 P₂O₅인 것을 특징으로 하는 상수관로 복합세척방법.
제 2항에 있어서, 상기 부식억제제의 투입농도는 20mg P₂O₅/L이하인 것을 특징으로 하는 상수관로 복합세척방법.
제 2항에 있어서, 상기 부식억제제의 주입량은 직경이 100mm인 관에서의 세척유량 6-12L/sec을 기준으로 360-720ml/min인 것을 특징으로 하는 상수관로 복합세척방법.
제 1항에 있어서, 상기 염소주입단계는, 주입하는 염소의 농도가 2mg/L이고, 관내에서 염소와 관내표면의 접촉시간이 5분인 것을 특징으로 하는 상수관로 복합세척방법.
제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 부식억제제 및 염소 투입단계는 부식억제제와 염소 주입하는 과정은 마개부(11)와 두 개의 주입구(12) 및 밸브(13)로 구성된 런처의 뚜껑(1)을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 상수관로 복합세척방법.
제 1항에 있어서, 세척수 처리단계는 부직포(22), 이온교환수지(23)를 가지는 후처리장치를 포함하는 세척수 처리장치(2)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 상수관로 복합세척방법.