KR100979250B1 - 부식성이 조절된 수돗물의 공급 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부식성이 조절된 수돗물의 공급 방법 및 시스템에 관한 것으로, 균질화기를 사용하여 5 내지 20%(w/w)의 소석회 수용액 또는 수분산액을 제조하는 단계; 및 이산화탄소의 공급 하에서, 상기 정수처리수에 상기 수돗물이 시간에 대한 PD 전위의 기울기가 (+)이고 PD 전위가 -300 mV 이상의 조건을 충족하도록 조절된 량의 상기 소석회 수용액 또는 수분산액을 첨가하는 단계를 포함한다. 상기 방법 및 시스템은 수돗물의 부식성을 조절하여 수도관의 부식방지 및 녹물 발생을 효과적으로 감소시킬 수 있는 장점을 갖는다.

소석회, 수돗물, PD 전위, 이산화탄소, 균질화기

Description

부식성이 조절된 수돗물의 공급 방법{Method for Supplying Water with Controlled Corrosive Characteristics}

본 발명은 부식성이 조절된 수돗물의 공급 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 개선된 소석회(수산화칼슘)의 용해(분산) 및 수돗물 내 PD 전위 측정에 기초하여 부식성 조절을 최적화함으로써 향상된 분석 정확도, 그리고 비용, 시간 및 노동력을 효과적으로 절감할 수 있는 부식성이 조절된 수돗물의 공급 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 수돗물이 수도관을 부식시키는지 여부를 정확하게 결정할 수 있는 판단 방법을 포함한다.

현재, 국내외의 많은 국가들이 하천수 및 강물을 수돗물 제조 원수로 사용하고 있다. 그러나, 전형적으로 pH, 경도 및 알칼리도가 낮은 연수는 부식성이 높아서 수도관을 부식시켜 사용기간 단축과 수도꼭지에서의 녹물 발생과 같은 문제점들의 주원인이 되고 있다. 이러한 부식 현상을 개선하기 위하여, 수산화나트륨, 소석회(수산화칼슘) 등의 알칼리 성분을 수돗물에 투입하여 부식성을 낮추고자 하는 방법이 시도되어왔다. 이와 관련하여, 수산화나트륨은 수돗물에 쉽게 용해되고, 용이하게 농도를 조절할 수 있어 정수 과정 중 응집 공정을 효율을 개선하고, 특히, 알칼리도가 매우 낮은 부식성 특성을 나타내는 우기에 알칼리도를 높이고, 관 망의 부식 방지를 위하여 사용되어 왔으나, 비교적 고가이고, 고혈압 등 성인병의 원인이 되는 나트륨의 부하량을 증가시키는 단점이 있다. 한편, 소석회는 화학식 Ca(OH)₂로 표시되며, 통상적으로 고체상으로 시판되고 있다. 일반적으로 소석회는 고체상 수산화칼슘을 가리키는 한편, 석회수는 소석회가 물에 용해된 액체상을 가리킨다. 그러나, 소석회는 저렴하다는 장점에도 불구하고, 수돗물에 잘 용해되지 않아 pH를 높이는 기능만 수행하고, 투입된 대부분의 량이 침전되어 고형 폐기물로 처리되므로 경제적 손실을 유발한다.

종래에 소석회를 이용하여 부식을 방지하는 방법으로서 1930년대부터 알려진 LI(Langelier Index)를 이용한 부식성 수질 판별법은 하기 수학식 1로 설명될 수 있다.

[수학식 1]

LI = pH - pH_s

상기에서, pH는 현재 물의 pH이고, pH_s는 탄산칼슘으로 포화되어 있는 수돗물의 pH를 의미한다.

pH_s는 하기 수학식 2에 의하여 계산된다.

[수학식 2]

pH_s=pK₂-pK_s+p[Ca²⁺]+p[HCO₃ ^-]+5pf _m

상기에서, K₂는 탄산(carbonic acid)의 2차 해리상수이고, K_s는 탄산칼슘의 용해도곱 상수이고, 그리고 f_m은 단원자 종의 활동도 계수이다.

상기 수학식 1에서 "0"보다 높은 값은 탄산칼슘이 포화농도보다 높은 농도로 용해되어 있어서 수도관의 부식이 일어나지 않음을 의미한다. 반면, "0"보다 낮은 값은 수도관의 부식을 촉진시킴을 의미한다.

하기 반응식 1은 소석회(수산화칼슘)의 해리 반응식으로 수산화칼슘이 완전 용해하면 칼슘이온과 수산화 이온이 생성되고, 수산화칼슘 용액과 이산화탄소를 첨가하면 하기 반응식 2에 의하여 칼슘이온 및 알칼리도(HCO₃ ^-) 성분이 생성된다.

[반응식 1]

Ca(OH)₂ ↔ Ca²⁺ + OH ^-

[반응식 2]

Ca(OH)₂ + CO₂ ↔ Ca²⁺+ 2HCO₃ ^-

상기와 같이, 완전 용해된 수산화칼슘 및 이산화탄소의 첨가는 수학식 2에서 칼슘이온 및 알칼리도를 증대시켜 결국 포화 pH_s 값을 감소시키게 된다. 또한, 반응식 2의 알칼리도 성분은 수학식 1의 pH 값을 증가시켜 전체적으로 LI(Langelier Index) 값을 증대시킴으로써 수돗물의 부식성을 완화시킬 수 있다. 이처럼, 소석회(수산화칼슘)는 수돗물에 완전 용해시 칼슘이온에 의한 경도증가 효과, 수산화이온에 의한 pH 증가, 알칼리도(HCO₃ ^-) 증가 등의 효과를 동시에 기대할 수 있다.

한편, 자연수계의 알칼리도 구성성분은 CO₃ ^2-, HCO₃ ^-, OH^-, HSiO₃ ^-, H₂BO₃ ^-, HPO₄ ^2-, H₂PO₄ ^-, HS^-, NH₃ ⁰ 등이다. 대기 중에 존재하는 이산화탄소는 물에 용해되어 하기 [반응식 3]에 따라 알칼리도의 한 성분으로 변화된다. 따라서, 소석회(수산화칼슘) 및 이산화탄소 첨가에 의하여 칼슘이온과 알칼리도 성분은 하기 반응식 4에 의하여 탄산칼슘으로 수도관 표면에 침전되는 결과, 수도관의 부식을 억제할 수 있다.

[반응식 3]

CO₂ + H₂O ↔ H⁺+ HCO₃ ^-

[반응식 4]

Ca²⁺+ HCO₃ ^- ↔ CaCO_3(s)↓ + H⁺

전술한 바와 같이, 연수 특성을 나타내는 상수 원수의 수질을 개선하기 위하여 알칼리제를 주입하는 방식으로서 알려진 종래 기술은 하기와 같다:

국내특허번호 제0797847호는 부식전위를 이용하여 수돗물의 부식성을 판별하기 위한 방법 및 소석회를 용해시킨 석회수를 주입하여 칼슘 경도 및 알칼리도를 조절함으로써 부식성의 수돗물 수질을 개선하는 방법을 개시하고 있다. 상기 특허에 따르면, 수돗물의 수도관의 부식전위(수돗물과 탄소강)를 250 mV(SCE) 이상이 되도록 하여 수도관에 공급하며, 만약 부식전위가 -250mV 이상이면 비부식성으로 판단하는 한편, -250mV 미만이면 부식성으로 판단한다. 그러나, 상기 방법은 부식속도 측정 방법인 동전위 분극법에 의하여 측정하고, 실시예에 기재된 바와 같이 72시간 후에 결과를 평가하고 있어, 부식성 여부를 판단함에 있어 많은 시간이 소요되는 문제점이 존재한다. 특히, 상기 방법은 시편의 표면을 항상 깨끗하고, 균일하게 관리해주어야 한다는 유지관리의 어려움을 가지고 있다. 더욱이, 소석회의 용해가 교반에 의하여 이루어지기 때문에 탁도 문제가 유발할 수 있으며, 이 때문에 여과지 전 단계에서 석회수를 주입한 수돗물을 여과지에 공급하기 때문에 여과 공정 중 칼슘 등이 제거되어 수도관 망에서 원하는 칼슘 농도를 유지하기 어려운 점이 있다.

국내특허번호 제495193호는 정수 중인 물에 함유된 자연 유기물 제거와 급·배수관 부식방지를 위하여 정수 과정 중 이산화탄소와 석회수를 처리중인 원수에 투입하는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 상기 특허에 따르면, 원수의 pH가 높은 경우에는 이산화탄소를 주입하여 응집에 효과적인 pH로 낮추는 한편, pH가 낮은 경우에는 석회수를 주입하여 pH를 높이도록 구성된다. 상기 특허에 따른 방법에서 채택하고 있는 기술은 주로 원수의 pH를 제어하는 방법으로서, 석회수 주입도 낮아진 pH를 조정하기 위한 것이며, 소석회를 용해시키기 위한 방법은 제공하지 않고 있다. 상기 방법으로 석회수를 주입하게 되면 응집공정에서 대부분의 석회수는 침전되므로 폐기물 처리 비용이 증가할 뿐만 아니라, 우수한 수도관 부식억제 효과를 기대하기 어렵다. 특히, 상기 특허는 석회수를 저속 교반하여 침전 조작을 통하여 상층으로 분리된 상등액을 석회수로 사용한다고 하고 있으나, 침전층을 구성하는 탄산칼슘은 공정라인을 막히게 하고 처리 비용증가를 가져온다. 또한, 상층부를 구성하는 용액의 칼슘 농도는 일정하지 않고 농도를 알 수 없기 때문에 정량적인 석회수 투입량 및 칼슘 농도의 조절이 불가능하다.

또한, 석회수 주입량에 따른 탁도 측정값을 보면, 석회수를 13ppm 이상 주입하면 탁도 부하가 증가하는데, 이러한 수준의 탁도를 형성하는 석회수는 응집공정에서 대부분 침전되기 때문에 탄산칼슘에 의한 부식억제 효과도 기대하기 어렵다.

국내특허번호 제315306호는 상수도 관로의 부식저감을 위한 정수 수질의 pH 및 알칼리도를 동시 조절을 이용한 단계형 부식성 수질제어 방법 및 제어 시스템을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허 역시 소석회의 구체적 용해 방법에 대하여는 개시하고 있지 않으며, 더욱이 이산화탄소의 주입 목적이 소석회의 용해를 향상시키기 위한 것임에도 불구하고 소석회가 잘 용해될 수 있는 pH 조절 범위에 대하여는 언급하고 있지 않다. 특히, 이산화탄소 및 소석회를 동시 투입하는 경우, 이산화탄소를 먼저 투입하여 수돗물의 pH를 낮추어 산성으로 한 다음 소석회를 투입하는 경우, 소석회를 먼저 투입하여 알칼리성으로 한 후 이산화탄소를 투입하는 경우 등에 따라 소석회의 용해 농도가 크게 변할 수 있으나, 이에 대하여도 구체적으로 설명하고 있지 않다. 또한, 소석회 용해조에서 탁도 유발 물질 유출 가능성 때문에 스크린을 구비하고 있는 바, 스크린은 큰 덩어리 물질을 여과하는 기능을 할 수 있지만 소석회에 의하여 형성된 탁질을 제거하기는 실질적으로 곤란하여, 주기적으로 청소 등 유지 관리 비용을 증가시킬 수 있다. 이외에도, 소석회의 완전 용해 (분산)에 대하여는 언급하고 있지 않기 때문에, 정확한 농도 조절이 곤란하다.

한편, 국내특허번호 제853382호는 정수 과정 중 여과지에서 정수지로 이송하는 단계에서 물의 pH를 조절하기 위하여 물에 이산화탄소를 주입하고, 이어서 소석회를 물에 용해시킨 소석회 슬러리를 투입한 다음, 정수지를 통하여 상수도관으로 송출되도록 함으로써 상수도관의 부식을 방지하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허 역시 소석회를 용해시키는 방법에 대하여는 구체적으로 언급하고 있지 않을 뿐만 아니라, 부식지수인 LI(Langelier Index)를 이용하여 상수도관에 탄산칼슘 피막을 형성시켜 상수도관 내벽의 부식을 방지하는 방식을 채택하고 있어 후술하는 본 발명과는 개념적으로 상이하다.

상술한 바와 같이, 종래 기술은 정수 과정 중 소석회를 투입함으로써(경우에 따라서는 이산화탄소도 함께 주입) 수도관로의 피막 형성 또는 수돗물의 부식성 조절을 통한 부식 방지 효과를 달성하고 있다. 그러나, 소석회는 물에 대한 용해도가 극히 낮고, 온도가 상승함에 따라 용해도가 줄어드는 역용해도의 특징을 갖는 불용성 물질이기 때문에, 정수과정 중 정량적인 석회수 투입량 및 칼슘 농도를 정확하게 조절하기 곤란하기 때문에 정수 공정을 효과적으로 제어하기 곤란하다.

이와 관련하여, 하기 표 1에 2005년부터 2007년까지 미국 워싱턴 D.C.에 공급되는 수돗물 수질중 소석회(수산화칼슘) 첨가에 의한 수질 자료의 성상을 나타내었다.

[표 1]

항 목 년 도	pH	총경도(Calcium hardness) (mg/L as CaCO3)	알칼리도 (mg/L as CaCO3)
2007	7.3∼8.1	80∼156	32∼156
2006	7.3∼7.8	79∼144	35∼98
2005	7.2∼8.2	64∼180	33∼109

출처: http://www.dcwasa.com/waterquality/waterquality_reports.cfm

상기 표에서 알 수 있듯이, 소석회 첨가에 의하여 수돗물의 부식성을 제어하고는 있으나, pH, 총 경도 및 알칼리도가 일정하지 않고, 소석회는 먼저 1000 rpm 이하로 물 내에서 교반된 상태에서 투입되기 때문에 교반에 따른 농도 조절의 한계가 존재한다.

또한, 석회석 또는 탄산칼슘은 비중이 물보다 크고, 용해도가 낮기 때문에 포화농도 이상이거나 석회석이 수돗물에 용해되지 않을 경우에는 석회수 공정 라인을 막아 석회수의 정량 투입을 곤란하게 하거나, 배급수 관망에서 밸브, 계량기, 펌프 등을 폐색시켜 고장을 야기할 수 있다.

이처럼, 소석회를 완전 용해시킬 수 있다면, 그 투입량을 정확하게 결정할 수 있기 때문에 pH, 총경도, 알칼리도 등을 거의 일정한 수준으로 조절할 수 있고, 약품 투입의 경제성도 제고할 수 있을 것이다. 더욱이, 첨가하는 석회수의 량을 적절하게 조절하기 위하여는 부식 여부 및 정도를 신속하고 정확히 판단하는 것이 요구되나, 종래 기술에서 제시된 부식 판단 방법은 과다한 분석 시간을 요하거나 중요 파라미터를 고려하지 않음으로써 자동 제어 측면에서도 바람직하지 않다. 따라서, 보다 정확하고 신속한 수돗물의 부식 판단 방법을 채택할 필요가 있다.

본 발명자들은 상술한 종래 기술의 한계를 극복하고, 경제적이고 효율적으로 수돗물의 부식성을 조절함으로써 수도관 내의 부식을 방지하기 위하여 지속적으로 연구한 결과, 그 동안 정수 분야에서는 사용되지 않고, 의약품, 식품, 화장품 등에서만 주로 사용되어 왔던 균질화기(homogenizer)를 사용하여 소석회의 특성에 기인하는 다양한 문제점들을 효과적으로 제거함으로써 정확한 석회수 첨가량을 조절할 수 있으며, 또한 종래 기술에서 부식성 여부 판단시 사용된 LI의 부정확도 또는 부식전위(corrosion potential)의 과도한 측정 소요 시간과 관련한 문제를 해결하기 위하여 열린회로전위에 기초한 PD 전위를 사용함으로써 전체 정수 공정의 제어를 용이하게 할 수 있는 방법 및 이의 시스템을 개발하게 된 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 수도관의 부식 방지를 위하여 정수처리수에 첨가되는 소석회의 량이 효율적으로 제어되는, 부식성이 억제된 수돗물의 공급 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수도관에 흐르는 물의 부식 여부를 단시간 내에 정확하게 판단하는 수단에 기초한, 부식성이 억제된 수돗물의 공급 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 방법을 구현하는 물의 부식성 조절 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 면에 따르면,

정수처리수에 소석회 및 이산화탄소를 공급하여 부식성이 조절된 수돗물을 공급하는 방법으로서,

균질화기를 사용하여 5 내지 20%(w/w)의 소석회 수용액 또는 수분산액을 제조하는 단계; 및

상기 수돗물이 시간에 대한 PD 전위의 기울기가 (+)이고 PD 전위가 -300 mV 이상인 조건을 충족하도록, 이산화탄소의 공급 하에서, 상기 정수처리수에 조절된 량의 상기 소석회 수용액 또는 수분산액을 첨가하는 단계;

를 포함하는 방법이 제공된다.

본 발명의 제2 면에 따르면,

정수처리수에 소석회 및 이산화탄소를 공급하여 부식성이 조절된 수돗물을 공급하는 시스템으로서,

물 및 소석회를 균질화하여 5 내지 20%(w/w)의 소석회 수용액 또는 수분산액을 제조하는 균질화기;

이산화탄소의 공급 하에서 정수처리수과 상기 균질화기로부터 첨가되는 상기 소석회 수용액 또는 수분산액을 접촉시킴으로써 상기 정수처리수 내에 칼슘 이온을 용해시키는 정수처리수의 부식성 조절용 탱크;

상기 정수처리수의 부식성 조절용 탱크에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급수단;

상기 균질화기로부터 상기 정수처리수의 부식성 조절용 탱크로 첨가되는 상기 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가량의 조절 수단; 및

상기 부식성 조절용 탱크로부터 배출되는 정수처리수 내 PD 전위의 기울기가 (+)이고 PD 전위가 -300 mV 이상이 되도록 제어 신호를 상기 조절 수단에 전달하는 PD 전위 측정/제어부;

를 포함하는 시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 부식성이 억제된 수돗물의 공급 방법은 정수 처리 공정에 소석회의 용해(분산) 기술을 접목함으로써 부식성(칼슘 함량 및 알칼리도)을 조절하여 수도관의 부식방지 및 녹물 발생을 효과적으로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 종래 기술에서 소석회의 불용성으로 인하여 야기되어 왔던 폐기물 처리 비용을 효과적으로 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 기술을 이용하여, 우기철에 정수 처리 공정 중 응집 공정의 효율을 높이기 위하여 알칼리도를 높이고 관망의 부식방지 목적으로 종래에 사용하고 있는 수산화나트륨을 저렴한 소석회로 대체할 수 있어 예산 절감의 효과가 크고, 인체에 유익한 칼슘 성분을 첨가하기 때문에 친환경적 특성을 확보할 수 있다. 더욱이, 수돗물과 수도관 사이의 열린 회로 전위, 즉 PD 전위 측정을 통하여 수돗물의 부식성 여부를 단시간 내에 정확하게 판단할 수 있기 때문에 소석회의 첨가 조업을 최적화할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 화학적 방법에 비하여 분석 비용 및 시간, 그리고 노동력 등을 절감할 수 있다.

이외에도, 석회 산업을 활성화하는 계기를 마련할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 담수화 공정, 먹는 샘물 등의 미네랄 성분(칼슘) 강화 공정에 적용함으로써 국내외 물 시장의 활성화에도 크게 기여할 것으로 기대된다.

이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, "정수처리수"는 일반적인 정수처리 공정 중의 각 단계(예를 들면, 착수정, 혼화지, 응집지, 침전지, 여과지, 정수지 등)에서 처리되어 배출되는 처리수는 물론, 정수처리 공정 이후 수도관을 통하여 이송되기 전의 처리수를 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 다만, 본 발명의 바람직한 태양에서는 여과지로 유입되거나 여과지로부터 배출되는 처리수, 또는 착수정으로부터 배출되는 처리수를 의미한다.

또한, "PD 전위(Pipe to Drinking Water)"는 수도관과 수돗물 사이에서 화학반응에 의하여 형성된 열린 회로 전위(open-circuit potential), 즉 전류가 흐르지 않으면서 기준 전극(reference electrode) 또는 다른 전극에 대하여 측정된 전극의 전위를 가리킨다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 정수처리수에 소석회를 용해 또는 미세 입자 형태로 균질하게 분산시키는 기술; 수돗물의 경도 및 알칼리도를 조절하여 수돗물의 부식성을 조절 또는 감소시키는 기술; 지하수, 자연수, 수돗물 등의 칼슘 성분 및 알칼리도를 증가시켜 미네랄 강화 효과를 제고하는 기술; 그리고 수돗물의 부식성을 정확하고 신속하게 판별하고, 그 결과를 이용하여 소석회의 첨가량을 조절하는 기술 등이 복합적으로 결합한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 공정의 개략적인 구성을 도시하는 공정도이다.

고체상의 소석회(수산화칼슘)는 저장 장치, 바람직하게는 습기 제거 기능이 부가된 호퍼(1) 내에 저장되며, 예를 들면 밸브 조작을 통하여 균질화기(H)로 이송된다. 상기 균질화기(H) 내에 유입수 라인(3)을 통하여 소석회 수용액 또는 수분산액(2) 제조에 필요한 물이 유입된다. 물 공급량은 로드 셀 측정 방식에 의하여 소석회 공급량을 측정하여 조절한다.

소석회의 수용액 또는 수분산액 제조시 사용되는 물은 특별히 제한되지 않으며, 수돗물 등이 사용될 수 있고, 정수 처리 공정의 특정 단계에서 배출되는 처리수일 수도 있다. 상기 균질화기(H)는, 예를 들면 약 10,000 rpm 이상, 바람직하게는 약 10,000 내지 15,000 rpm에서 약 5 내지 30분, 바람직하게는 약 10 내지 15분 동안, 그리고 순환 냉각수로서 균질화 과정에서 발생하는 열을 제거하는 조건 하에서 소석회 입자를 미세 입자화하면서 물 내에서 용해 또는 균질하게 분산시킨다. 전형적으로, 고속으로 회전하고 있는 회전자(rotor)와 고정자(stator)의 좁은 간극(clearance)을 지나갈 때 받게 되는 큰 전단력(shear force)에 의하여 입자 크기가 수 마이크로(μm) 수준까지 감소되어 균질한 분산이 이뤄지게 된다. 균질화된 소석회 입자 크기는, 바람직하게는 약 1 내지 10㎛, 보다 바람직하게는 약 1 내지 5㎛로서, 입자 크기가 지나치게 큰 경우에는 침전되어 탁도(turbidity)가 증가하기 때문에 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 소석회의 수용액 또는 수분산액(2)의 농도는, 바람직하게는 약 5 내지 20%(w/w), 보다 바람직하게는 약 7 내지 15%(w/w), 특히 바람직하게는 약 10%(w/w) 수준으로 조절한다. 만약, 소석회의 함량이 지나치게 높은 경우에는 균질화기 내에서 미세 입자로 존재하는 소석회의 부피가 증가하게 되고, 후술하는 바와 같이 정수처리수의 부식성 조절용 탱크(4)에 첨가되기에 앞서 수행될 수 있는 교반 과정에서 부하량이 과도하게 증가할 수 있다. 반면, 소석회의 함량이 지나치게 낮은 경우에는 과다한 량의 수용액 또는 수분산액으로 부식성을 조절해야 하기 때문에 비효율적이다. 따라서, 전술한 함량 범위로 조절하는 것이 바람직하다.

부식 조절의 대상인 정수처리수는 조절 수단(예를 들면, 제어 밸브)의 개폐 작동을 통하여 탱크(4)로 공급되며, 이산화탄소는 공급라인을 통하여 상기 탱크(4) 내에 구비된 이산화탄소 주입수단(예를 들면, 도시된 바와 같이, 탱크(4)의 하부까지 라인을 따라 이송된 다음, 복수의 지점에서 위쪽 방향으로 정수처리수 내에 주입됨)에 의하여 정수처리수가 미리 설정된 pH 범위(바람직하게는, 약 6.0 내지 6.5)가 될 때까지 공급된다. 이와 같이, 이산화탄소가 공급되는 정수처리수의 부식성 조절을 위하여 상기 균질화된 수용액 또는 수분산액은 제어 밸브에 의하여 조절된 량으로 탱크(4)로 첨가된다. 이때, 첨가되는 수용액 또는 수분산액은 교반기(M)에 의하여 정수처리수와 효율적으로 접촉할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가량의 조절은 PD 전위 측정/제어부에 의하여 수행된다, 상기 탱크(4) 내에서 부식성이 조절된 정수처리수는 라인(5)을 통하여 배출되는데, 이때 대다수는 수돗물(D)로서 정수지로 이송되는 한편, 나머지는 PD 전위 측정/제어부의 반응기(cell; 6)로 이송되어 부식성 여부가 판단된다.

상기 PD 전위 측정/제어부에서 전위차계(P; potentiostat)는 작업 전극(M; 수도관 재질), 보조전극(C) 및 기준전극(R; 포화칼로멜 전극)과 연결되어 있으며, 상기 전위차계는 정수처리수와 작업 전극(W) 사이에 형성된 PD 전위를 측정하고, 함께 구비된 제어기(도시되지 않음)가 PD 전위 측정 결과에 근거하여 제어 신호(6')를 소석회 수용액 또는 수분산액의 조절 수단(예를 들면, 제어 밸브)으로 전달한다. 상기 PD 전위 측정/제어부에 있어서, 상기 제어기 및 전위차계는 함께 단일 형태로 구비될 수 있을 뿐만 아니라, 전위차계와 연결된 별도의 형태로도 구비될 수 있다. 상기 제어 신호에 따라 제어 밸브는 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가 여부 및 첨가량을 조절하게 된다.

PD 전위/제어부에 있어서, PD 전위 측정의 바람직한 예는 하기와 같이 설명될 수 있다.

PD 전위 측정 시 전해질 용액은, 바람직하게는 앞서 소석회 수용액 또는 수분산액이 첨가되어 부식성이 조절된 정수처리수이며, 전위차계를 이용하여 PD 전위를 측정한다. 이때, 작업전극(W)으로 수도관 시편, 기준전극(R)으로 포화칼로멜전극 또는 염화은전극(Ag/AgCl), 그리고 보조전극(C)으로 흑연 또는 백금전극을 사용한다. 또한, PD 전위 측정시 반응기(6)의 유입수와 배출수(7)의 량을 같게 하면서 부식성이 조절된 정수처리수(또는 수돗물)를 공급함으로써 정상 상태 조건 하에서 정수처리수(수돗물)와 수도관 사이에 형성된 PD 전위를 일정 간격으로 측정하는 것이 바람직하다. 이 때, 시간-전위 그래프의 기울기가 (-)의 값을 갖거나 PD 전위가 -300mV 미만이면 부식성이 있는 것으로 판단하는 한편, (+)의 기울기를 가지면 서 PD 전위가 -300mV 이상이면 부식성이 없는 수돗물로 판단한다. 다만, 부식성 여부 판단과는 별도로 정수처리수(수돗물)의 PD 전위가 -200mV 이상인 것이 바람직하다.

PD 전위는 전단계인 탱크(4) 내에서 소석회 수용액 또는 수분산액의 혼합, 용해 등이 완료된 후, 예를 들면 약 1시간이 경과한 다음, 약 50초 동안 2회 이상 측정하는 것이 바람직하다. 실제, 전형적으로는 여과지로부터 배출되는 정수처리수에 소석회 성분을 첨가하여 부식성을 조절하고, 정수지로 이송하기 전에 상기와 같이 PD 전위를 측정한다.

PD 측정 결과, 정수처리수 내 PD 전위의 기울기가 (+)이고 PD 전위가 -300 mV 이상인 경우에는 제어 밸브는 폐쇄 위치로 스위칭되어 소석회 수용액 또는 수분산액이 탱크(4)로 첨가되지 않는 반면, PD 전위의 기울기가 (-)이거나 PD 전위가 -300 mV 미만인 경우에는 제어 밸브가 개방되어 조절된 량의 소석회 수용액 또는 수분산액이 첨가되도록 한다. 상기 PD 측정/제어부에서 정수처리수의 유입 및 배출은 정상 상태로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 있어서, 균질화기를 이용하여 소석회를 용해 또는 분산시키는 공정의 바람직한 예를 구체적으로 도시하는 도면이다.

상기 도시된 바에 따르면, 소석회를 전술한 함량 범위(5 내지 20%)로 물에 투입하면, 물 내의 소석회 입자들은 컷팅 방식의 균질화기(C-H) 및 밀링방식으로 입자를 잘게 자르는 균질화기(CM-H)에 의하여 미세 입자 형태를 갖게 되는데, 이때 상당한 량의 열이 발생하는 점을 고려하여 라인(3')를 통하여 냉각수를, 예를 들면 균질화기를 둘러싼 자켓 내로 공급하여 온도 상승을 억제한 다음, 라인(3'')을 거쳐 배출시킨다. 또한, 소석회 수용액 또는 수분산액을 약 10 내지 30분 동안, 순환 라인(8)을 통해 순환시켜 지속적으로 균질화하는 것이 바람직하다.

균질화 작업이 완료되면, 소석회 수용액 또는 수분산액은 조절밸브(9)의 개방에 의하여 저장탱크(10)로 이송되어 저장되는데, 상기 저장탱크(10) 내에서는 교반기 및 순환 펌프(12)에 의하여 순환되면서 침전이 억제된 상태에서 저장된다. 이와 같이 균질화된 소석회의 수용액 또는 수분산액은 라인(11)을 통하여 배출되고, 탱크(4)로 공급된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 정수처리수의 부식성을 조절하기 위하여 이산화탄소의 공급 하에서 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가를 자동 제어하는 공정을 도시하는 도면이다.

본 발명에서, "이산화탄소의 공급 하에서"는 광범위하게는 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가에 앞서 이산화탄소가 정수처리수로 주입되는 경우뿐만 아니라, 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가와 동시에 또는 그 이후에 도입되는 경우, 또는 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가 및 이산화탄소 주입을 교대로 수행하는 방식을 모두 포함하는 것으로 해석되며, 상기 도시된 바람직한 구체예에서는 좁은 의미로서 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가에 앞서 이산화탄소를 주입하여 정수처리수의 pH를 조절하는 것을 의미한다.

상기 도면에 따르면, 탱크(4)로 정수처리수가 공급되면 수위를 측정하고, 수위측정값(17)을 제어기(22)에 전송하면 사전에 제어기에 입력된 수위 설정값(18)과 비교하는데, 그 결과, 유입 정수처리수의 조절 밸브(16)에 의하여 유입량이 조절된다. 상기와 같이, 유입된 정수처리수의 수위가 설정값과 같게 되면, 정수처리수의 pH를 측정하고, pH 측정값(19)은 제어기(22')로 전달되고, 사전에 제어기(22')에 입력된 pH 설정값과 비교하여 설정값보다 높으면 이산화탄소 공급 밸브(21)를 개방하여 pH가 약 6.0 내지 6.5가 될 때까지 이산화탄소를 공급하게 된다.

상기와 같이, 정수처리수의 pH가 설정값과 일치하게 되면, 유입 정수처리수 조절 밸브(16)를 통하여 계산된 저장용량에 따라 조절된 량의 소석회 수용액 또는 수분산액이 라인(11)과 연결된 라인(13)을 따라 이송된다. 즉, 정수처리수의 량은 제어기(22'')에 입력되고, 상기 제어기는 PD 전위 측정값에 근거한 제어신호(15)를 제어 밸브(14)로 전달하여 개폐를 조정함으로써 조절된 량의 소석회 수용액 또는 수분산액이 탱크(4)로 첨가되도록 한다.

상기 공정에 의하여 부식성이 조절된 정수처리수 또는 수돗물의 바람직한 성상이 적어도 약 25mg/L, 보다 바람직하게는 약 26 내지 60mg/L의 Ca 농도, 최대 150mg/L(CaCO₃), 보다 바람직하게는 약 80 내지 150mg/L(CaCO₃), 특히 바람직하게는 약 100 내지 150mg/L(CaCO₃)의 총 경도(total hardness), 그리고 약 7.0 내지 8.0, 보다 바람직하게는 약 7.0 내지 7.5의 pH값을 갖도록 한다. 또한, 0.5 NTU 이하, 보다 바람직하게는 약 0.2 NTU 이하의 탁도를 나타낸다.

전술한 공정에서 가장 중요한 부분은 균질화된 소석회 수용액 또는 수분산액을 얻는 것이며, 이에 근거하여 보다 정확하게 공정을 제어할 수 있다. 본 발명에 서 부식성이 조절된 정수처리수를 얻기 위하여 제어 밸브(14)를 통하여 탱크(4)로 공급되는 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가량을 제어하는 원리는 다음과 같이 설명할 수 있다.

10 %-소석회 수용액 또는 수분산액의 비중이 약 1.01이므로 하기 수학식 3 내지 7에 의하여 요구되는 Ca의 공급량이 결정된다.

[수학식 3]

1mL Ca(OH)₂ × 1.01 g/mL = 1.01 g-Ca(OH)₂

상기 식에 따르면, 10%-소석회 수용액 또는 수분산액 부피(1mL)에 비중을 곱함으로써 그 중량을 얻을 수 있다. 하기 수학식 4를 이용하여 1mL Ca(OH)₂ 내에 함유된 칼슘의 량을 계산할 수 있다.

[수학식 4]

상기 식을 이용하여 10%-소석회 수용액 또는 수분산액 1mL에 0.101g의 수산화칼슘이 함유되어 있고, 이는 0.054 g의 Ca이 함유된 것이다.

정수처리수의 총 경도(total hardness)는 하기 수학식 5에 의하여 계산된다.

[수학식 5]

총경도(total hardness) = ｛Ca²⁺(mg/L)×2.5｝+｛Mg²⁺(mg/L)×4.2｝

상기 식을 이용하여 총경도 100 내지 150mg/L(CaCO₃)에 필요한 칼슘 농도로 조절하기 위한 10%-소석회 수용액 또는 수분산액의 투입량을 하기 수학식 6에 따라 계산할 수 있다.

[수학식 6]

첨가되는 Ca²⁺=

상기 식에서, Ca _i ²⁺는 정수처리수에 함유된 초기 칼슘 농도이다. 예를 들면, 칼슘 이온(Ca²⁺)이 10mg/L 더 첨가될 경우, 상기 식에 따라 계산하면, 10%-소석회 수용액 또는 수분산액에 함유된 소석회(수산화칼슘) 1g에는 0.54g의 Ca²⁺이 함유되어 있기 때문에 1L 당 10mg의 Ca²⁺를 첨가하기 위하여는 10%-소석회 수용액 또는 수분산액 형태로 수산화칼슘 18.5mg을 첨가하면 되는데, 이는 하기 수학식 7에 의하여 계산된 것이다.

[수학식 7]

이처럼, 수학식 3 내지 7에 따라 첨가량을 구하기 위하여는 소석회를 균질하게 분산시켜야 하는데, 본 발명은 전술한 바와 같이 균질화기를 사용하여 이러한 필수 조건을 만족한다.

한편, 본 발명에 따라 PD 전위 측정을 통하여 부식성 여부를 판단하는 원리는 다음과 같다.

철(Fe)을 주재료로 하는 수도관이 부식될 경우, 하기 반응식 5와 같이 철의 산화 반응이 일어나고, 동시에 수돗물 내의 환원종의 환원 반응은 하기 반응식 6 내지 8과 같이 일어나며, 보다 많은 환원종이 있다면, 이에 대응하여 보다 많은 환원반응이 일어난다.

[반응식 5]

Fe ↔ Fe²⁺+ 2e^-

[반응식 6]

H⁺+2e^- ↔ H₂(↑)

[반응식 7]

O₂+2H₂O + 4e^- ↔ 4OH^-

[반응식 8]

HOCl + 2e^- ↔Cl^- + OH^-

상기 반응식 5에서 철의 산화반응 결과 생성된 전자(e^-)는 반응식 6 내지 8에 전자를 공급하여 환원반응이 일어나도록 하며, 상기 반응식 6 내지 8의 경우, 철을 산화시키는 산화제들이다. 상기 반응식 5의 철을 M으로 표시하고, 환원반응식과 합하면 하기 반응식 9와 같은 부식반응에 대한 일반식으로 표시할 수 있다.

[반응식 9]

xM + mX^x+ ↔ xM^m+ + mX

M은 금속의 총칭이고, X는 물속 이온의 총칭이고, x 및 m은 각각 화학양론수이고, 그리고 x⁺ 및 m⁺는 각각 임의 종의 물속 이온과 금속의 원자가이다.

상기 반응식 9에 대한 부식반응을 Nernst 방정식으로 표시하면 하기 수학식 8과 같이 표시할 수 있다.

[수학식 8]

상기 식에서

은 각각 산화종, M과, 환원종 X의 농도항이고, 화학반응이 전기 에너지로 손실 없이 전환될 수 있다는 사실을 나타낸다. 또한, 화학 반응물의 농도 측정을 통하여 전위를 계산할 수 있고, 역으로 전위측정을 통하여 화학반응에 관여하는 물질의 농도를 측정할 수 있다는 것을 보여준다.

수돗물의 부식성을 결정하는 상기 수학식 1 및 2는 수돗물과 수도관 부식에서 중요 산화제에 관한 상기 반응식 7이 결여되어 있고, 또한 수도관 부식을 촉진 하는 요소인 황산염 및 염화물도 제외되어 있는 등, 그 정확성에 논란이 있다. 그러나, 상기 수학식 8은 수도관 부식에 관여하는 모든 산화 및 환원반응을 반영하고 있기 때문에 금속의 부식반응을 완전히 표시할 수 있다. 철의 산화 반쪽반응에 대한 Nernst 방정식은 하기 수학식 9와 같다.

[수학식 9]

상기 식이 표준 상태(25℃, 1atm, 활동도 1)에 있는 경우에 얻어지는 값을 철의 표준전극전위라 하며, 이때 그 값은 -440 mV이다, 상기 값은 표준상태 환경에서 벗어나면 변하게 된다.

한편, 본 발명에 따르면, 정수처리수 또는 수돗물의 부식성 여부를 판단하기 위하여, 열린 회로 전위(OCP)에 근거한다. 이는 종래기술로서 언급한 국내특허번호 제797847호에서 제시된 부식 전위(corrosion potential)에 근거한 판단 방법에 비하여 보다 짧은 시간 내에 간편하게 부식성 유무를 판단할 수 있고, 이에 근거하여 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가량을 효율적으로 제어할 수 있는 것이다. 구체적으로, 부식 전위는 캐소드 분극 곡선(cathodic branch) 및 애노드 분극 곡선(anodic branch)에 대한 실험을 수행한 다음, 각각 얻어진 2개의 곡선의 내삽 교점을 부식전위로 정의하며, 통상 1시간 정도 소요된다(소위, "Tafel" 실험이라 함).

하기 표 1에서 금속 종류별 환경에 따른 열린 회로 전위의 측정 결과를 나타 내었다(기준전극: 포화칼로멜전극)^*

[표 1]

용액	구리 (mV)	강(Fe) (mV)	아연 (mV)
1N-NaOH	-360	-460	-1490
1N-H2SO4	-10	-495	-985
3.5%-NaCl	-255	-655	-1065

^*: NACE, DC Electrochemical Test Methods, NACE International 1998, pp100)

상기 표로부터 전극전위값은 환경(용액)에 따라 변화한다는 것을 알 수 있으며, 또한 금속 전위 순위는 표준전극전위 순위와도 일치함을 알 수 있다. 상기 결과는 용액 조성의 변화에 의하여 금속의 전극전위가 증가하는 방향으로 변화시키면, 부식 속도를 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다.

한편, 본 발명자들은 통상의 수돗물과 수도관 사이에 형성된 열린 회로 전위를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

시간(min)	5	20	30	40	60
PD 전위(mV)	-380	-431	-437	-440	-441

이와 같이 측정된 전위의 경우, 수도관(pipe)과 수돗물(drinking water) 사이에 형성된 전위이기 때문에 "PD 전위"로 정의한 바 있다. 이처럼, PD 전위는 수 돗물과 수도관 사이의 화학적 변화를 전위로 나타낸 것이며, 시간이 경과함에 따라 PD 전위는 음의 방향으로 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 수돗물에 소석회 성분의 첨가 전후의 PD 전위 값을 비교하여 소석회를 첨가한 후 PD 전위 값의 기울기가 양의 방향으로 증가하면 부식억제 효과가 있다는 것을 의미한다.

따라서, 상기 PD 전위 값을 이용하면 부식 반응을 억제하는 전위 값을 알 수 있고, 더욱이 상기 PD 전위는 수학식 8 및 9와 관련된 만큼, 이를 이용하여 소석회(즉, 소석회 수용액 또는 수분산액)의 첨가량을 제어할 수 있는 것이다.

한편, 도 1 내지 3과 관련하여 기술된 바람직한 구체예 이외에도 본 발명의 원리, 특히 균질화기를 이용한 소석회 첨가 원리는 다양한 형태로 적용될 수 있다.

예를 들면, 봄에 조류 등이 발생되어 원수의 pH가 증가할 경우, 정수 처리 공정 중 응집조에서의 효율을 증가시키기 위하여 이산화탄소 또는 황산 등의 산성약품을 첨가하게 된다. 이때, pH가 감소된 물의 pH를 높이기 위하여 전술한 바와 같이 얻어진 소석회 수용액 또는 수분산액이 효과적으로 적용될 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

1L 당 19.5mg Ca²⁺를 함유하고 pH 7.0인 수돗물에 이산화탄소를 첨가하여 pH 6.0내지 pH 6.5로 조절하였으며, 상기 액에 균질화기(제품명:IKA T25 Ultra homogenizer)에 의하여 각각 10분, 20분 및 30분 동안 균질화되어 소석회 입자가 분산된 10%-Ca(OH)₂ 0.3 mL(Ca²⁺ 17mg에 상당함)를 첨가하고 교반하였으며, 상기 수돗물 중에 Ca²⁺이온이 완전하게 용해되어 있는지를 이온크로마토그래피(제품명: DIONEX ICS 3000)로 분석하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.

상기 도면에서 이온크로마토그래피는 물 속에 용해된 이온만을 분석하는 기기로서, 이온크로마토그래피에 분석액을 주입하기 전에 0.45㎛ 여과지로 여과한 여액을 분석한다. 이 때, 용해되지 않은 소석회 성분은 여과지에 남기 때문에 상기 여액을 분석함으로써 상기와 같이 균질하게 분산된 소석회 수용액 또는 수분산액의 완전 용해 효과를 평가할 수 있다.

상기 도면에서 수돗물 1L 속에 존재하던 Ca 19.5mg이 30분 동안 균질화된 10%-Ca(OH)₂ 0.3mL 첨가로 인하여 Ca 37.4 mg으로 증가하였다. 즉, 첨가된 량에 상응하는 칼슘 이온이 상기 수돗물 내로 용해된 것으로 판단되었다.

실시예 2

칼슘 함량을 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 소석회(수산화칼슘) 첨가가 탁도에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과를 도 5에 도시하였다.

상기 도면에서 x-축은 칼슘 농도, 그리고 y-축은 상기 수돗물에 칼슘을 첨가함에 따라 나타나는 탁도 부하량을 분석하였다. 통상적으로, 수돗물에 대한 탁도기준은 0.5 NTU 이하로 규정하고 있는 바, 상술한 소석회 첨가 방식에 따라 칼슘 농도를 23mg/L 내지 43mg/L범위로 변화시켜 실험한 결과, 탁도는 최대 0.07 NTU 이하로서 상기 수질기준을 만족함을 확인하였다.

실시예 3

10%-소석회 수분산액을 수돗물에 주입하여 총 경도를 120 mg/L(CaCO₃)로 조정한 후, PD 전위를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

시간(min)	60	1,080	1,440
PD 전위(mV)	-319	-209	-208

상기 표에 따르면, PD 전위는 측정 시간에 따라 증가하였는 바, 이는 소석회수분산액의 첨가에 따라 철의 부식 속도가 감소하고 있음을 의미한다. 따라서, PD 전위 측정에 의하여 수돗물과 수도관과의 부식 반응을 예측할 수 있으며, 특히 부식을 억제하기 위하여는 PD 전위 값의 기울기가 증가해야 한다.

실시예 4

물의 종류를 달리 하면서 측정 대상인 물과 부식성이 조절된 물 속에서의 수 도관 재질의 부식 속도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

[표 4]

물의 종류	총경도 (mg/L as CaCO3)	PD 전위 (mV)	부식속도 (mm/yr)
수돗물	60	-567	0.4617
소석회 첨가 수돗물	100	-210	0.0024
	120	-179	0.0015
	150	-210	0.0019

상기 표에 따르면, 소석회 첨가에 따라 수돗물의 총 경도 및 PD 전위가 증가하고, 그 결과 철의 부식 속도가 감소하였다. 특히, 소석회를 첨가하지 않은 경우의 부식 속도는 허용될 수 없는 수준으로서, 본 발명에서와 같이 PD 전위 -300mV를 기준으로 부식성 여부를 판단하는 것이 합리적임을 알 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 공정의 개략적인 구성을 도시하는 공정도이다.

도 2는 본 발명에 있어서, 균질화기를 이용하여 소석회를 용해 또는 분산시키는 공정의 바람직한 예를 구체적으로 도시하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 정수처리수의 부식성을 조절하기 위하여 이산화탄소의 공급 하에서 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가를 자동 제어하는 공정을 도시하는 도면이다.

도 4는 실시예 1에 따라 균질화된 10%-Ca(OH)₂ 0.3 mL를 수돗물에 첨가하여, 10분 간격으로 30분까지 수돗물 내의 Ca²⁺ 이온의 용해 정도를 이온크로마토그래피로 분석한 결과를 도시하는 도면이다.

도 5는 실시예 2에 따라, 소석회의 첨가가 수돗물의 탁도에 미치는 영향을 분석한 결과를 도시하는 도면이다.

<도면 부호에 대한 간단한 설명>

C: 보조 전극(counter electrode)

W: 작업 전극(working electrode : 수도관)

R: 기준 전극(reference electrode: 포화칼로멜전극)

H: 균질화기(homogenizer)

M: 교반기(mixer)

D: 수돗물(drinking water)

P: 전위차계(potentiostat)

C-H: 컷팅(cutting) 방식의 균질화기

CM-H: 밀링(milling) 방식의 균질화기

1: 고상 수산화칼슘(소석회)

2: 소석회 수용액 또는 수분산액

3: 유입수 라인

3': 냉각수 유입 라인

3'': 냉각수 유출 라인

4: 정수처리수의 부식조절용 탱크

5: 부식성이 조절된 정수처리수

6. PD 전위 측정/제어부의 반응기(cell)

6': 제어신호

7: PD 전위 측정/제어부의 반응기 배출수

8: 소석회 수용액 또는 수분산액의 순환라인

9: 소석회 수용액 또는 수분산액의 조절 밸브

10: 소석회 수용액 또는 수분산액의 저장탱크

11, 13: 소석회 수용액 또는 수분산액의 공급라인

12: 순환펌프

14: 소석회 수용액 또는 수분산액의 제어밸브

15: 제어신호

16: 유입 정수처리수 조절밸브

17: 수위측정값

18: 수위설정값

19: pH 측정값

20: pH 설정값

21: CO₂ 공급 밸브

22, 22', 22'': 제어기

Claims (5)

1. 정수처리수에 소석회 및 이산화탄소를 공급하여 부식성이 조절된 수돗물을 공급하는 방법으로서,

   a) 균질화기를 사용하여 5 내지 20%(w/w)의 소석회 수용액 또는 수분산액을 제조하는 단계; 및

   b) 상기 수돗물이 시간에 대한 PD 전위의 기울기가 (+)이고 PD 전위가 -300 mV 이상인 조건을 충족하도록, 이산화탄소의 공급 하에서, 상기 정수처리수에 조절된 량의 상기 소석회 수용액 또는 수분산액을 첨가하는 단계;

   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 소석회 수용액 또는 수분산액 내에 분산된 소석회 입자 크기가 1 내지 5㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 b)는 상기 정수처리수 내로 이산화탄소를 공급하여 pH를 6.0 내지 6.5로 조정한 다음, 상기 조절된 량의 소석회 수용액 또는 수분산액을 첨가하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 부식성이 조절된 수돗물은, 26 내지 60mg/L의 Ca 농 도, 80 내지 150mg/L(CaCO₃)의 총 경도, 및 7.0 내지 8.0의 pH를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 정수처리수에 소석회 및 이산화탄소를 공급하여 부식성이 조절된 수돗물을 공급하는 시스템으로서,

   물 및 소석회를 균질화하여 5 내지 20%(w/w)의 소석회 수용액 또는 수분산액을 제조하는 균질화기;

   이산화탄소의 공급 하에서 정수처리수과 상기 균질화기로부터 첨가되는 상기 소석회 수용액 또는 수분산액을 접촉시킴으로써 상기 정수처리수 내에 칼슘 이온을 용해시키는 정수처리수의 부식성 조절용 탱크;

   상기 정수처리수의 부식성 조절용 탱크에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급수단;

   상기 균질화기로부터 상기 정수처리수의 부식성 조절용 탱크로 첨가되는 상기 소석회 수용액 또는 수분산액의 첨가량의 조절 수단; 및

   상기 부식성 조절용 탱크로부터 배출되는 정수처리수 내 PD 전위의 기울기가 (+)이고 PD 전위가 -300 mV 이상이 되도록 제어 신호를 상기 조절 수단에 전달하는 PD 전위 측정/제어부;

   를 포함하는 시스템.

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