KR101129233B1

KR101129233B1 - 상수도관 부식방지 시스템

Info

Publication number: KR101129233B1
Application number: KR1020090070278A
Authority: KR
Inventors: 남연우; 한영욱; 오창덕; 남애덕; 우달식
Original assignee: 신도이앤씨 (주)
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2012-03-26
Also published as: KR20110012529A

Abstract

본 발명은 정수장에서 가정으로 공급되는 상수도관에서 발생되는 관로의 부식현상을 방지하기 위한 기술에 관한 것이다. 본 발명은 상수 원수 저장조와 원수저장조의 원수를 원수공급관으로 수송하는 원수펌프와,

원수공급관에 주입할 탄산수를 제조하는 탄산수 제조장치와, 탄산수 제조장치에 의하여 제조된 탄산수를 저장하는 탄산수 저장조와, 탄산수 저장조의 탄산수를 상기 원수공급관으로 공급하는 탄산수주입장치와, 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 용액을 저장하는 수산화칼슘용액 저장조와, 수산화칼슘용액저장조로부터 공급되는 수산화칼슘용액의 공급량을 조절하는 수산화칼슘용액 조절펌프와,

상기 탄산수 주입장치에 의해 탄산수가 주입된 원수 및 상기 수산화칼슘 저장조로부터의 수산화칼슘 용액이 공급되는 수산화칼슘 용해조를 포함하는 것을 특징으로 하여 액상 또는 분말의 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 완전 용해시키고, 물속에 용해되어 있는 CO₂와 수산화칼슘의 반응에 의하여 생성되는 탄산칼슘(CaCO₃)의 침전을 방지하여 칼슘이온을 수도관에 주입하여 상수도관의 부식을 방지하는 효과가 있게 하는 것임.

상수도, 수산화칼슘, 이산화탄소, 부식, 탄산수, 소석회

Description

상수도관 부식방지 시스템{A water pipes corrosion prevention system}

본 발명은 물에서의 용해도가 매우 낮은 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 이용하여 정수장에서 가정으로 공급되는 상수도관에서 발생되는 관로의 부식현상을 방지하기 위한 기술에 관한 것이다.

일반적으로 정수장에서는 분말의 수산화칼슘을 이용하여 응집공정에서 유기물질의 응집제로 사용하였지만, 물에 완전 용해되지 않은 수산칼슘이 슬러리를 형성하여 공정수의 pH 조절, 탁도 증가 등의 여러 문제가 발생되었고, 사용이 편리한 새로운 응집제가 개발되면서 정수공정에서 분말의 수산화칼슘 사용이 거의 중단되었다.

그러나 최근 수산화칼슘이 상수도관의 부식을 방지할 수 있는 물질로 확인되면서 수산화칼슘을 사용하기 위한 다양한 기술이 개발되기 시작하였다. 상수도관로에 방청제를 주입하는 방법도 검토되어 왔지만, 방청제에 대한 국민의식이 부정적 으로 작용하면서 상용화가 이루어지지 못하였다. 이에 따라 방청제의 대안으로 정수장에서 응집제로 이용하는 수산화칼슘(Ca(OH)₂)의 Ca²⁺ 이온과 물속에 용해되어 있는 CO₂에 의하여 생성되는 HCO₃ ^-또는 CO₃ ^2- 이온이 상수도관 내부 표면에 탄산칼슘(CaCO₃) 결정으로 코팅되면서 관로의 부식을 방지할 수 있다는 점에 착안하여 수산화칼슘을 정수공정에 주입하기 위한 다양한 다양한 기술이 소개된 바 있다. 그러나 분말 수산화칼슘의 용해능력에 대한 한계를 극복하지 못하여 상용화에 많은 어려움을 겪고 있다.

수산화칼슘을 정수장에 주입하여 상수도관의 부식을 방지하는 기술로는 10-0315306호“상수도관로의 부식저감을 위한 정수처리시 부식성 수질제어 시스템 및 그 방법”, 10-0495193호 “자연유기물 제거와 급배수관 부식방지를 위한 정수방법과 그 장치”, 10-0770024호 “상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어장치” , 10-0853382호 “소석회 슬러리를 이용한 상수도관의 부식방지 방법” 등이 있다.

10-0315306호 “상수도관로의 부식저감을 위한 정수처리시 부식성 수질제어 시스템 및 그 방법”은 소석회(Ca(OH)₂)와 CO₂를 용해조에 투입하고, 혼합된 용액을 정수지에 주입하는 방법에 대한 기술이지만, 소석회의 용해력을 증가시키는 방법에 대한 해결책이 없으며, CO₂ 가스를 용해조에 직접 주입하여 pH를 조절함으로써 필요 이상의 CO₂ 가스가 사용되어 CO₂ 가스가 대기 중으로 방출되어 지구온난화 문제를 유발하였고, 정확한 pH 조절이 어렵다는 문제점이 있었다.

10-0495193호 “자연유기물 제거와 급배수관 부식방지를 위한 정수방법과 그 장치”는 정수지에 소석회(Ca(OH)₂) 또는 탄산수(H₂CO₃)를 주입하지 않고, 정수장으로 용수를 유입하는 첫 과정인 혼화지 및 응집조 등 정수공정에 소석회를 주입하여 유기물질을 응집하면서 부수적으로 Ca경도를 높이고 탄산수를 이용하여 pH를 조절하는 기술이다. 그러나 이러한 공법은 여러 공정에 소석회와 탄산수를 주입하여 주입되는 약품이 과다하게 사용되는 문제점을 갖고 있다.

10-0770024호 “상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어장치”는 정수지에 소석회(Ca(OH)₂) 또는 탄산수(H₂CO₃)를 주입하지 않고, 정수장의 응집공정 직전 단계와 정수지 직전 단계로 구분하여 응집공정 직전 단계에서는 소석회(Ca(OH)₂)와 이산화탄소(CO₂)를 주입하고, 정수공정 직전 단계에서는 소다회(Na₂CO₃)와 이산화탄소(CO₂)를 주입하는 기술을 개시하고 있다. 그러나 이러한 공정은 사용되는 약품의 증가로 인하여 안정적인 운전에 장애가 되고, 이산화탄소가스를 물에 직접 주입함으로써 지구온난화의 원인물질로 알려져 있는 이산화탄소가 대기 중으로 다량 방출되는 문제점이 있으며, 정수공정 직전 단계에서 주입되는 소다회에서 Na⁺ 이온이 발생되어 또 다른 부식을 야기시키게 된다.

이에 본 발명자는 10-0853382호“소석회 슬러리를 이용한 상수도관의 부식방지 방법”을 소개하였으나 CaCO₃의 침전으로 관막힘 현상이 발생되고, 동시에 수질의 탁 도를 증가시키는 문제점을 갖고 있었다.

수산화칼슘을 이용하여 수도관의 부식을 방지하는 기술에 있어서, 수산화칼슘이 수도관벽에 코팅되기 이전에 미리 CaCO₃로 변하여 바닥에 침전되는 것을 방지하기 위하여, 수산화칼슘으로부터의 칼슘이온과 공급되는 탄산수로부터의 탄산이온이 이온의 상태로 수도관에 공급되게 하고, 칼슘이온과 탄산이온이 수도관벽에서 반응하여 수도관의 관벽에서 CaCO₃ 결정으로 효과적으로 코팅될 수 있도록 하는 기술을 제공하여야 한다는 과제를 해결하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 분말의 수산화칼슘을 사용하지 않고 액상의 수산화칼슘과 이산화탄소를 물에 용해시킨 탄산수(H₂CO₃)를 수산화칼슘 용해조에 함께 주입하여, 수산화칼슘을 이온으로 완전 용해시키는 기술을 적용함으로써 소량의 액상 수산화칼슘의 주입으로 탁도 증가를 방지하고, 상수원의 정수지 용수의 pH를 적정 기준으로 유지하면서 탄산칼슘을 생성시키지 않는 기술을 제공하고자 한다.

칼슘경도가 낮은 정수지의 수돗물에 pH 4.5 ~ 4.8의 탄산수(H₂CO₃)를 주입하 여 원수를 약산성수로 만들고, 약산성의 원수에 수산화칼슘을 주입하면 식 1에 의하여 탄산칼슘이 생성되고, 생성된 탄산칼슘은 식 2와 같이 탄산수와 반응하여 Ca²⁺ 이온과 HCO₃ ^- 이온으로 용해되어 CaCO₃로 침전되지 않으므로 CaCO₃에 의한 탁도증가를 방지하게 된다.

Ca(OH)₂ + H₂CO₃ → CaCO₃ + 2H₂O (식 1)

CaCO₃ + H₂CO₃ → Ca²⁺ + 2HCO₃ ^- (식 2)

본 발명에 의하면 과량으로 주입하는 탄산수에 의하여 고형물질로 존재하는 CaCO₃를 용해시킴으로써 칼슘이온의 발생량을 높이면서 고형물질에 의한 탁도 증가를 억제시키는 효과를 기대할 수 있다.

따라서 용수에 충분한 Ca²⁺ 이온(Ca경도 100 ~ 200 mg/L as CaCO₃)과 HCO₃ ^-이온 이 용해되어 상수도관 내부표면에서 CaCO₃를 침착시켜 표면코팅을 유도할 수 있게 되며, 탄산수 주입량의 조절을 통하여 상수원의 정수지 용수의 pH를 7.2 ~ 8.0로 유지시켜 안정적으로 부식성이 낮은 수돗물을 공급할 수 있는 효과가 있는 것이다.

본 발명은,

원수 저장조(1)와 원수저장조의 원수를 원수공급관으로 수송하는 원수펌프(11)와, 원수공급관에 주입할 탄산수를 제조하는 탄산수 제조장치(3)와 탄산수 제조장치에 의하여 제조된 탄산수를 저장하는 탄산수 저장조(4)와 탄산수 저장조의 탄산수를 상기 원수공급관으로 공급하는 탄산수 주입장치(5)와,

수산화칼슘(Ca(OH)₂) 용액을 저장하는 액상 수산화칼슘저장조(2)와, 액상 수산화칼슘저장조(2)로부터 공급되는 액상 수산화칼슘의 공급량을 조절하는 액상수산화칼슘 조절펌프(21)와,

상기 탄산수 주입장치(5)에 의해 탄산수가 주입된 원수 및 상기 수산화칼슘 저장조로부터의 수산화칼슘 용액이 공급되는 수산화칼슘 용해조(6)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상수도 정수공정의 여과지를 통과한 여과수가 원수 저장조(1)로 유입되면, 원수펌프(11)에 의해 원수는 원수공급관으로 이동된다. 본 발명인에 의하여 특허출원(출원번호 10-2009-0012988)된 “탄산용액(H₂CO₃)의 제조방법과 장치”의 탄산수 제조장치(3)에서 생성된 탄산수는 탄산수 저장조(4)에 저장된 후, 탄산수의 공급량을 조절하면서 펌핑을 하는 탄산수 주입장치(5)에 의해 원수공급관에 공급된다.

탄산수 주입장치(5)에 의해 탄산수가 주입된 원수는 약산성이 되어 수산화칼슘 용해조(6)로 유입된다.

수산화칼슘 저장조(2)에 저장되어 있는 액상의 수산화칼슘이 수산화칼슘 조절펌프(21)에 의하여 수산화칼슘 용해조(6)로 이동되면 약산성의 원수에 의해 식 1 및 식 2의 반응이 일어나 수산화칼슘이 완전 이온물질로 용해되면서 상수원 정수지 용수의 칼슘경도를 최고 250 mg/L(CaCO₃로 환산하여)로 높이고, pH를 7.2 ~ 8.0, LI(랑게리아지수(Langelier saturation Index))를 -0.5 ~ 0.5로 유지시킨다.

Ca(OH)₂ + H₂CO₃ → CaCO₃ + 2H₂O (식 1)

CaCO₃ + H₂CO₃ → Ca²⁺ + 2HCO₃ ^- (식 2)

원수펌프(11)에 의하여 보내지는 원수의 온도와 유량 및 탄산수 주입장치(5)에 의하여 보내지는 탄산수의 pH와 유량 그리고 수산화칼슘 조절펌프(21)에 의하여 보내지는 수산화칼슘의 농도 및 유량에 의하여 수산화칼슘의 완전 용해의 여부가 결정된다.

본 발명에서 수산화칼슘의 농도를 8 ~ 20%(중량비)로 하여 운전이 가능하지만, 수산화칼슘의 농도를 12%(중량비)이상으로 운전하면 펌프의 마모가 심해져서 유지비가 증가하게 되어 8 ~ 12%(중량비)로 운전하는 것이 바람직하다.

탄산수 제조장치(3)에서 만들어지는 탄산수는 pH 3.5 ~ 5.4가 되나, 안정적인 운전을 위하여 pH를 4.5 ~ 4.8시키는 것이 바람직하다. 상기 탄산수 내의 탄산이온은 Ca(OH)₂와 CaCO₃가 동시에 반응할 정도의 과량으로 주입하여 탄산칼슘의 침전을 예방하게 된다.

이때 수산화칼슘의 농도가 8% 이하이면 수산화칼슘의 주입에 따른 동력비가 증가하고, 또한 탄산수의 pH를 4.5 이하로 하면 이산화탄소(CO₂)를 물에 용해시키는 비용이 증가하고, 물에 용해된 이산화탄소가 쉽게 대기 중으로 방출되어 이산화탄소의 소모량이 증가하여 경제성에 문제가 발생된다.

따라서 본 발명에서는 8 ~ 12%(중량비)의 수산화칼슘과 pH 4.5 ~ 4.8의 탄산수를 수산화칼슘 용해조(6)로 주입시켜 수산화칼슘을 이온화시켜 원수조절펌프(11)에 의하여 공급되는 상수원 정수지 용수의 칼슘경도를 최고 250 mg/L(CaCO3로 환산하여)로 높이면서 pH를 7.2 ~ 8.0, LI -0.5 ~ 0.5로 유지시키는 것이다.

이러한 원수는 수도관으로 보내어지고 원수 내의 칼슘이온와 탄산이온이 수도관 내벽에 탄산칼슘 결정으로 코팅이 되어 부식을 방지하게 된다.

도 1은 본 발명의 상수도관 부식방지 시스템의 구성도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

1. 원수저장조

11. 원수펌프

2. 수산화칼슘 저장조

21. 수산화칼슘 조절펌프

3. 탄산수 제조장치

4. 탄산수 저장조

5. 탄산수 주입장치

6. 수산화칼슘 용해조

Claims

상수 원수 저장조와 원수저장조의 원수를 원수공급관으로 수송하는 원수펌프와,

탄산수를 제조하는 탄산수 제조장치와 탄산수 제조장치에 의하여 제조된 탄산수를 저장하는 탄산수 저장조와 탄산수 저장조의 탄산수를 상기 원수공급관에 공급하는 탄산수 주입장치와,

수산화칼슘(Ca(OH)₂) 용액을 저장하는 수산화칼슘용액 저장조와, 수산화칼슘용액저장조로부터 공급되는 수산화칼슘용액의 공급량을 조절하는 수산화칼슘용액 조절펌프와,

상기 탄산수 주입장치에 의해 탄산수가 주입된 원수 및 상기 수산화칼슘 저장조로부터의 수산화칼슘 용액이 공급되는 수산화칼슘 용해조를 포함하는 것을 특징으로 하는 상수도관 부식방지 시스템.
제 1항에 있어서, 탄산수 주입장치에 의해 주입되는 탄산수의 pH가 4.5~4.8이고; 상기 수산화칼슘 저장조의 수산화칼슘 용액의 농도는 8-12%(중량비)이며; 용해조에서 수산화칼슘을 용해시킨 상수원 정수지 용수는 칼슘경도가 250 mg/L(CaCO₃로 환산), pH가 7.2 ~ 8.0, 랑게리아지수(LI: Langelier saturation Index)가 -0.5 ~ 0.5인 것을 특징으로 하는 상수도관 부식방지 시스템.