KR100965563B1 - 콘크리트 배수관 내 친환경 백태 제거용 유/무기 하이브리드 조성물 및 이를 이용하여 콘크리트 배수관 내 친환경 백태 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배수관 내 스케일, 특히 콘크리트 배수관 내 친환경 백태 제거용 유/무기 하이브리드 조성물 및 이를 이용한 배수관 스케일 제거방법에 관한 것이며, 구체적으로 폴리숙신이미드, 숙신이미딜 프로피오네이트, 폴리비닐 부틸알, 폴리포스페이트 및 실리카를 포함하는 배수관 스케일 제거용 유/무기 하이브리드 조성물 및 이를 이용한 배수관 스케일 제거방법에 관한 것이다.

Description

콘크리트 배수관 내 친환경 백태 제거용 유/무기 하이브리드 조성물 및 이를 이용하여 콘크리트 배수관 내 친환경 백태 제거방법{Eco-friendly organic/inorganic hybrid composition and an eco-friendly process of removing scale in concrete conduit by using the same}

본 발명은 콘크리트 배수관 내 친환경 백태 제거용 유/무기 하이브리드 조성물 및 이를 이용하여 콘크리트 배수관 내 친환경 백태 제거방법에 관한 것이다.

배수 시스템에 탄산칼슘이 형성되거나 석회석 침전이 발생하는 것은 터널 유지 또는 보수에서 중요한 문제점 중 하나로 알려져 있다. 석회석에 의한 배수관 막힘 현상으로 유량이 영향을 받고 터널이 일시적으로 기능을 상실하게 될 수도 있으며, 이에 따라 터널 내 물질을 제거하는 작업에 시간과 비용이 증가하는 결과를 초래하게 되며, 특히 심각한 경우에는 배수관이 아주 막혀 버리면 터널의 안전 운영에 영향을 미치게 될 수도 있다.

탄산칼슘 침전의 경도에 따라서 보통의 경우 고압 수 노즐 살수나 와이어 로프 또는 체인 스크레퍼를 사용한다. 고압 수 노즐 살수는 중간 정도의 경도 또는 중간보다 좀더 딱딱하게 굳어진 침전물에 사용하고 스크레퍼는 중간보다 더 딱딱한 정도에서 아주 딱딱해진 침전물에 사용된다. 이 중에서 스크레퍼 방법은 관 손상 위험이 매우 큰데, 왜냐하면 스크레퍼의 와이어와 체인이 플라스틱 배수관에 기계적 충격을 많이 주기 때문이다. 최악의 경우에는 건식 포장이 내부 쉘, 기초 슬라브 및 바닥 슬라브 사이에서 지지력 약화로 작용할 수 있기 때문에 그러한 손상으로 터널의 내부 쉘 (내부 라이닝)의 안정성이 영향을 받을 수도 잇다.

수 처리 방법은 모든 종류의 냉각수 순환, 증류기, 멤브레인 싸이클 프로세스에서의 불필요한 탄산 칼슘 침전을 예방할 수 있는 좋은 방법이다. 보통 스케일 또는 초기 반응 억제제로 알려진 수 처리 약품으로는 인산염, 인산 첨가물질 및 폴리아크레이트 등이 있다. 이러한 수처리 약품은 비록 산 성분이나 나트륨 염은 사용되지 않으나, 콘크리트를 부식시킬 수 있거나 물에 바로 용해될 수 있다. 액상 형태인 까닭에 지속적인 스케일 방지를 위해서는 펌프와 집수 용기와 같은 투여 장치가 필수적이다. 더욱이 이러한 제품의 대부분은 생분해성 기능이 불충분하고 생물학적 축적을 촉진시키거나 수중 미생물에 독성을 끼칠 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 스케일 제거방법의 문제점을 극복하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리숙신이미드 40-60 중량%, 숙신이미딜 프로피오네이트 20-30 중량%, 폴리비닐 부틸알 수지 5-10 중량%, 폴리포스페이트 5-10 중량%, 및 실리카 2-5 중량%를 포함하는 배수관 스케일 제거용 유/무기 하이브리드 조성물이 개시된다.

또한, 위 조성물은 그 형태로 배수관에 투여하여 사용할 수도 있으나, 배수관 스케일 제거용 타블렛 형태로 제조되어 사용될 수도 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 폴리숙신이미드 40-60 중량%, 숙신이미딜 프로피오네이트 20-30 중량%, 폴리비닐 부틸알 수지 5-10 중량%, 폴리포스페이트 5-10 중량%, 및 실리카 2-5 중량%를 포함하는 유/무기 하이브리드 조성물로 타블렛 타입으로 제조하는 단계,

(b) 상기 타블렛 복수 개를 하나의 망에 담에 배수에 넣어 두는 단계를 포함하는 배수관 스케일 제거방법이 개시된다.

본 발명의 스케일 제거방법은 배수가 흐르는 배수관에도 적용될 수 있으나, 흐르지 않는 배수가 저장되어 있는 곳에도 적용될 수 있으며, 따라서 본 발명에서 배수관은 관(tubular) 타입일 수도 있으나 배수조 또는 배수통의 형태까지도 포함 한다고 할 수 있다.

상기 실시예 1-4의 콘크리트 제거용을 이용하여 만든 타블렛은 콘크리트 바닥 또는 고정용 그물망에 그 형태나 초기 투입량이 거의 그대로 유지되어 그 사용량을 크게 절감시킬 수 있는 반면, 상기 비교예 1-5은 콘크리트 스케일 제거용 조성물로 만든 타블렛이 콘크리트 내 배수에 의해 쉽게 쓸려 내려감으로써 스케일 제거 효과를 제대로 발휘하지 못함을 확인하였다.

또한, 유속에 쓸려 내려가는 효과를 배제하기 위하여 배수가 흐르지 않고 한 곳에 저장된 배수 조건에서 석회석 스케일 제거 비교 실험을 수행한 결과에 따르더라도, 비교예 1-5의 조성물은 상기 실시예 1-4의 콘크리트 제거용 조성물에 비하여 석회석 용해 속도나 최대 용해량이 크게 저하되는 것을 확인하였다.

이와 같이, 본 발명에 따른 콘크리트 스케일 제거용 조성물은 아래와 같은 장점이 있다.

(1) 본 발명에 따른 조성물을 타블렛 형태로 제조하는 경우 물에 용해되지 않아 는 사용에 따른 손실을 최소화할 수 있다.

(2) 친환경적이며 직접 배출할 수 있기 때문에 환경에 거의 영향을 주지 않으며, 석회석 퇴적층을 기계적으로 제거하는 것이 아니기 때문에 배수재를 보호할 수 있다.

(3) 본 발명의 조성물의 부분 가수분해 폴리숙신이미드와 폴리아스파라트산 성분은 칼사이트에 선택적으로 흡수되며 스케일 제거에 크게 효과적이다.

(4) 본 발명의 조성물에 있어서 폴리숙신이미드의 전환율은 pH, 온도, 유량 등에 달려 있기 때문에 투여되는 목적하는 반응의 정도에 맞게 조절할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명에서 폴리숙신이미드는 물에 녹지 않는 것으로서 씻어낼 수 없으며 용해 작용으로도 씻겨지지 않고, 다른 한편으로 부분적으로 가수 분해된 폴리숙신이미드는 아스파르트산의 분리된 카르복시산을 구성하는 중간체가 되면서 물에 부드럽게 반응하게 된다. 가수분해의 일정 수준에서 이러한 중간체는 물에 녹는 수용성을 갖게 되는데, 가수분해가 더 진행되다가 폴리아스파르트산, 폴리아미드가 되고 홍합과 굴에서 발견되는 이러한 유기체의 탄산칼슘 균형을 맞추어 주는 폴리펩타이드가 된다.

도 1은 폴리아스파르트산이 어떻게 탄산칼슘 성분의 골격 형성에 미치는 영향을 보여주고 있고, 여기에서 아라고나이트와 바테리트의 구조를 알 수 있다. 칼사이트(방해석)는 유기체 조직의 일 부분이고 담석이나 신장 결석 등에서 찾아볼 수 있다. 한쪽에서는 폴리아스파르트산의 카르복시 그룹이 칼슘에 붙은 광물의 표면과 상호 작용하고 다른 한쪽에서는 유기체 조직의 콜라겐 물질과 작용하고 있다. 이러한 상호 작용의 결과로 폴리아스파르트산은 진행 과정 중에서 칼사이트 크리스탈의 구조를 바꾸게 되어 폴리아스파르트산의 영향 없이 아주 작은 크리스탈 층으로 되는데 단단하지가 않다. 탄산 침전 또는 석회석 스케일은 고운 모래의 형태로서 저압 내지 중간 압력으로 비교적 쉽게 씻어낼 수 있다. 따라서 폴리아스파르트산은 수정된 크리스털 물성을 가진 스케일 또는 초기 억제제이며, 그 폴리머 구조와 관련하여 석회석 스케일 무기성 토양이나 안료의 침전을 지연시키는 분산 제재 역할을 한다. 또한, 폴리아스파르트산은 생 분해성이며 따라서 친환경적이라는 장점이 있다.

도 2는 폴리아스파르트산은 농도와 직접적 관련성을 가지면서 411 nm으로 형광 신호를 발하기 때문에, 모든 폴리숙신이미드가 용해될 때까지 서로 다른 pH 값으로 폴리숙신이미드를 나트륨 수산화물과 함께 먼저 처리하게 된다. 이 경우, 전환율은 물의 pH와 함께 증가한다. 더욱이, 폴리숙신이미드는 완전한 중성화 반응이 이루어 지기 전에 물에 녹게 된다. 폴리아스파르트산의 형광 신호의 강도가 증가하면서 나타나는 바대로 나트륨 수산화물은 없어지게 된다. 서로 상이한 유량과 온도에서 pH 값을 일정하게 두면 동일한 과정이 반복되게 됩니다. 이에 덧붙여서 폴리 숙신이미드의 형태는 미세 분말에서 덩어리로 마지막에는 알약 형태의 압착 물질로 다양해진다.

표면적, pH, 유량 및 온도의 증가는 폴리숙신이미드를 폴리아스파르트산으로 빠르게 전환시키고 반면에 밀도의 증가 (예컨대 분말과 알약 형태의 차이)는 전환 율의 감소를 가져온다. 즉, pH 조건, 온도 및 유량을 미리 정해 놓으면 폴리숙신이미드의 특정 전환율을 볼 수 있게 된다는 것이다(도 3).

형광 스펙트로스코프를 다시 사용해서, 부분 가수분해된 폴리숙신이미드와 폴리아스파르트산은 선택적으로 칼사이트 표면에 흡수되는 것을 보일 수 있으며, 콘크리트에는 제한적으로 흡수되는 경향이 있음을 확인하였다(도 4a). 이러한 흡수 모습은 도 4b에서 볼 수 있는데, 색이 밝을수록 더 많은 폴리아스파르트산이 표면에 흡수되는 것을 나타내며, 아주 밝은 곳에서는 칼사이트 크리스털이 미세한 방울로 덮여 있으며 부분적으로 가수분해된 폴리숙신이미드가 (폴리아스파르트산 포함) 방울로 흐트러지게 된다.

실시예 1

석회석 100 g을 유리 기둥에 올려놓고, 그 위에 본 발명에 따른 스케일 제거용 조성물을 이용하여 만든 타블렛 5g을 올려 놓았다. 그 후에 이 타블렛에 14 dH의 수도물을 유속 시간당 10 L 비율로 부었다. 7일 후에, 석회석 조각에 심각한 침식을 발견할 수 있었다. 부분 가수분해된 폴리숙신이미드는 석회석 조각 표면에 흡수되었으며 폴리아스파르트산을 새로 첨가함으로써 기존의 석회석 스케일을 분해함 으로써, 본 발명에 따른 조성물의 효과적인 스케일 제거 효과를 확인하였다.

실시예 2

본 발명에 따른 스케일 제거용 조성물을 사용하여 만든 타블렛을 도로 터널 한 쪽에 주로 있는 검사용 갱도에 있는 배수 관거에 설치하였다. 물의 조건은 pH 8 약 400 mg/l 탄산 칼슘을 계속해서 14 ℃의 온도를 유지하였다. 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물은 석회석 스케일의 형성을 매우 효과적으로 억제시킬 수 있을 뿐 아니라 기존의 석회석 스케일 퇴적물을 용해시키고 있음을 확인하였다.

실시예 3

상이한 유량과 상이한 pH 값으로 변화시키고 실제 현장에서 상이한 조건과 실험실 조건 하에서 유량과 pH 값에 따라서 본 발명에 따른 조성물의 사용량은 연간 0.5 kg에서 10kg까지 다양함을 확인하였다.

실시예 4

본 발명에 따른 조성물을 이용하여 콘크리트 스케일을 제거하는 침전 보수 방법을 스케일 억제제로 표시된 저압 살수로 세척하는 것을 연간 비용으로 계산하였다. 연간 보수 비용은 상대적인 수치로 변환하였을 때 최초의 210,000에서 145,000로 약 30%가 절감하였음을 확인하였다(도 6).

비교예 1

상기 실시예 1에서 폴리숙신이미드를 사용하지 않고 조성물을 제조하고 나머지 점은 상기 실시예 1과 동일하게 스케일 제거 실험을 진행하였다.

비교예 2

상기 실시예 1에서 숙신이미딜 프로피오네이트를 사용하지 않고 조성물을 제조하고 나머지 점은 상기 실시예 1과 동일하게 스케일 제거 실험을 진행하였다.

비교예 3

상기 실시예 1에서 폴리비닐부틸알 수지를 사용하지 않고 조성물을 제조하고 나머지 점은 상기 실시예 1과 동일하게 스케일 제거 실험을 진행하였다.

비교예 4

상기 실시예 1에서 폴리포스페이트를 사용하지 않고 조성물을 제조하고 나머지 점은 상기 실시예 1과 동일하게 스케일 제거 실험을 진행하였다.

비교예 5

상기 실시예 1에서 실리카를 사용하지 않고 조성물을 제조하고 나머지 점은 상기 실시예 1과 동일하게 스케일 제거 실험을 진행하였다.

상기 실시예 1-4의 콘크리트 제거용을 이용하여 만든 타블렛은 콘크리트 바닥 또는 고정용 그물망에 그 형태나 초기 투입량이 거의 그대로 유지되어 그 사용량을 크게 절감시킬 수 있는 반면, 상기 비교예 1-5은 콘크리트 스케일 제거용 조성물로 만든 타블렛이 콘크리트 내 배수에 의해 쉽게 쓸려 내려감으로써 스케일 제거 효과를 제대로 발휘하지 못함을 확인하였다.

또한, 유속에 쓸려 내려가는 효과를 배제하기 위하여 배수가 흐르지 않고 한 곳에 저장된 배수 조건에서 석회석 스케일 제거 비교 실험을 수행한 결과에 따르더라도, 비교예 1-5의 조성물은 상기 실시예 1-4의 콘크리트 제거용 조성물에 비하여 석회석 용해 속도나 최대 용해량이 크게 저하되는 것을 확인하였다.

이와 같이, 본 발명에 따른 콘크리트 스케일 제거용 조성물은 아래와 같은 장점이 있다.

(1) 본 발명에 따른 조성물을 타블렛 형태로 제조하는 경우 물에 용해되지 않아 는 사용에 따른 손실을 최소화할 수 있다.

(2) 친환경적이며 직접 배출할 수 있기 때문에 환경에 거의 영향을 주지 않으며, 석회석 퇴적층을 기계적으로 제거하는 것이 아니기 때문에 배수재를 보호할 수 있다.

(3) 본 발명의 조성물의 부분 가수분해 폴리숙신이미드와 폴리아스파라트산 성분은 칼사이트에 선택적으로 흡수되며 스케일 제거에 크게 효과적이다.

(4) 본 발명의 조성물에 있어서 폴리숙신이미드의 전환율은 pH, 온도, 유량 등에 달려 있기 때문에 투여되는 목적하는 반응의 정도에 맞게 조절할 수 있다.

도 1은 폴리아스파르트산이 탄산칼슘 성분의 골격 형성에 미치는 영향을 보여주는 도식도이다.

도 2는 폴리아스파르트산은 농도와 관련성을 보여주는 도면이다.

도 3은 pH 조건, 온도 및 유량에 따라 폴리숙신이미드의 전환율을 보여준다.

도 4는 부분 가수분해된 폴리숙신이미드와 폴리아스파르트산이 선택적으로 칼사이트 표면에 흡수되는 것을 보여주는 형광 스펙트로스코픽 사진이다.

도 5는 본 발명에 따른 스케일 제거용 조성물을 사용하여 만든 타블렛을 도로 터널 한 쪽에 주로 있는 검사용 갱도에 있는 배수 관거에 설치한 결과 석회석 스케일 제거한 효과를 보여주는 사진이다.

도 6은 본 발명에 따른 조성물을 이용하여 콘크리트 스케일을 제거하는 침전 보수 방법을 스케일 억제제로 표시된 저압 살수로 세척하는 것을 연간 비용으로 계산한 도면이다.

Claims (4)

1. 폴리숙신이미드 40-60 중량%, 숙신이미딜 프로피오네이트 20-30 중량%, 폴리비닐 부틸알 수지 5-10 중량%, 폴리포스페이트 5-10 중량%, 및 실리카 2-5 중량%를 포함하는 배수관 스케일 제거용 유/무기 하이브리드 조성물.
2. 폴리숙신이미드 40-60 중량%, 숙신이미딜 프로피오네이트 20-30 중량%, 폴리비닐 부틸알 수지 5-10 중량%, 폴리포스페이트 5-10 중량%, 및 실리카 2-5 중량%를 포함하는 배수관 스케일 제거용 타블렛.
3. (a) 폴리숙신이미드 40-60 중량%, 숙신이미딜 프로피오네이트 20-30 중량%, 폴리비닐 부틸알 수지 5-10 중량%, 폴리포스페이트 5-10 중량%, 및 실리카 2-5 중량%를 포함하는 유/무기 하이브리드 조성물로 타블렛 타입으로 제조하는 단계,

   (b) 상기 타블렛 복수 개를 하나의 망에 담에 배수에 넣어 두는 단계를 포함하는 배수관 스케일 제거방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 배수는 흐르거나 또는 한 곳에 머물러 있는 배수인 것을 특징으로 하는 배수관 스케일 제거방법.

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