KR101465688B1 - 크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리 - Google Patents

크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리 Download PDF

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Abstract

수산화마그네슘과 이산화티탄으로 구성되는 등급에서 선택한 금속수산화물 혹은 금속이산화물 용량 약 100%, 수산화나트륨 약 1% 미만의 수성 혼합물로 구성되어 하수관 부식을 억제하기 위하여 개량된 분무식 수성 슬러리, 금속수산화물과 금속이산화물의 혼합비는 중량을 기준으로 약 50~60%, 물은 40~50%이며 수산화나트륨의 혼합비는 중량을 기준으로 약 50%, 물 약 50%, 슬러리 pH는 13.0 이상, 가용 수명은 약 15~24개월이다.

Description

크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리{SLURRY FOR PREVENTION OF SEWER CORROSION USING MIXTURES OF MAGNESIUM HYDROXIDE AND/OR TITANIUM DIOXIDE AND SODIUM HYDROXIDE VIA THE CROWN SPRAY PROCESS}
본 발명은 수산화마그네슘 또는 이산화티탄으로 구성되는 등급에서 선택한 금속수산화물 또는 금속이산화물 부피대비 약 100%, 수산화나트륨 부피대비 약 1% 미만의 개량된 분무식 수성 혼합물로서, 하수관 부식을 억제하기 위한 크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리에 관한 것이다.
미국 특허번호 5,620,744, 5,683,748, 5,718,944, 5,834,075, 6,056,997은 콘크리트나 철강과 같이 하수관 부식의 근본원인뿐 아니라 해당 부식을 억제하고 하수관의 손상이나 붕괴, 고장을 완화하기 위한 기존의 시도를 약술하고 있다.
문제는 수십 년간 지속되었으며 사라지지 않고 있는 실정이다. 제안된 솔루션은 (1)미국 특허번호 5,620,744 및 5,683,748에 기술한 대로 크라운 분무 공정의 목적이 잔류 알칼리성을 하수관 크라운에 잔류시키는 데 있기 때문에 석회 및 가성소다를 이용한 하수관 내부 표면의 크라운 분무 또는 기타 코팅에서부터 (2)미국 특허번호 5,718,944, 5,834,075 및 6,056,997에 기술한 대로 수산화마그네슘 50~60%, 물 40~50% 비율로 혼합되어 현재 독점 사용되고 있는 슬러리에 이르기까지 다양하다. 그러나 불행히도 하수관의 부식과 고장은 계속되고 있다.
문제의 원인은 충분히 이해되었다. 도면 1에서 알 수 있듯이, 대다수 수도에서는 황산이온이 자연발생 하여 하수관에도 존재하며, 황은 단백질 합성에 필요하고 분해 중에 방출된다. 하수관의 혐기성 대기와 같은 축축한 공기에서 황산이온은 화학작용을 거쳐 황화수소(H2S)로 환원되고 유황세균이라고 하는 박테리아에 의하여 황산(H2SO4)으로 산화되며, 이로 인해 콘크리트나 철강과 같이 황산에 용해되는 재료로 제조되는 하수관의 부식성이 강해진다.
하수관 부식 문제에 대한 출원인의 솔루션은 비교적 단순하다. 유명한 크라운 분무 절차를 이용하여 하수관 내부를 코팅하는 현행 방식에 적용할 때 현재 도포되고 있는 수산화마그네슘 50~60%의 혼합물에 수산화나트륨을 1% 미만으로 추가하기만 하면 된다. 그 결과 슬러리의 pH는 8.5~8.8에서 13으로 즉시 증가할 뿐 아니라 슬러리의 가용 수명은 현재 6~8개월에서 16~18개월까지 증가하여 100% 이상 개선된다.
이와 유사한 개선은 하기에 상술하는 대로 출원인이 제안하는 기타 솔루션과 관련이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 그 목적은 이산화티탄에 수산화나트륨 부피대비 1% 미만이 혼합된 슬러리와 수산화마그네슘 또는 이산화티탄에 수산화나트륨 부피대비 1% 미만이 혼합된 슬러리의 가용 수명은 각각 20~24개월과 16~18개월로 현재 사용되는 수산화마그네슘 단독 슬러리에 비해 200% 이상과 100% 이상 개선되도록 한 크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리를 제공함에 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 수산화마그네슘 또는 이산화티탄으로 구성되는 등급에서 선택한 금속수산화물 또는 금속이산화물 용액 부피대비 100%와 수산화나트륨 부피대비 1% 미만으로 구성되는 수성 혼합물로, 금속수산화물 또는 금속이산화물 부피대비 50~60%와 물 부피대비 40~50%와 수산화나트륨 부피대비 1% 미만의 혼합물이며, pH는 13.0 이상, 가용 수명은 15~24개월인 수성 슬러리로서 부식 억제를 위해 하수관 내부에 도포되도록 함을 특징으로 하는 크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리에 의하여 달성될 수 있는 것이다.
이상에서 상술한 바와 같은 본 발명은, 현재 사용되는 수산화마그네슘 단독 슬러리의 대체제로 사용되는 본 발명과 관련하여 막대한 가용수명 편익이 있음을 알 수 있다. 뿐만 아니라 해당 대체와 관련된 재정 편익은 천문학적인 규모가 될 것이다.
도 1은 황화수소(H2S) 산화로 인한 하수관 부식을 묘사하는 도면.
도 2는 하수관 부식을 억제하는 크라운 분무 공정을 묘사하는 도면.
도 3은 현재 사용되는 수산화마그네슘 단독 슬러리의 특성과 본 발명의 신형 슬러리의 특성을 비교하는 표.
도 4는 3성분 혼합물에 대해 pH의 변동을 적시하는 표.
도 5는 3성분 혼합물에 대해 pH의 변동을 나타내는 그래프.
도 6은 수산화마그네슘의 2성분 혼합물에 대해 pH의 변동을 적시하는 표.
도 7은 수산화마그네슘의 2성분 혼합물에 대해 pH의 변동을 나타내는 그래프.
도 8은 이산화티탄의 2성분 혼합물에 대해 pH의 변동을 적시하는 표.
도 9는 이산화티탄과 의 2성분 혼합물에 대해 pH의 변동을 나타내는 그래프.
도 10은 각 슬러리에 대해 코팅 두께가 2mm일 때 산 침입도와 기대수명을 나타내는 표.
도 11은 각 슬러리의 기대수명 변화를 나타내는 그래프.
본 발명의 도 1은 황화수소(H2S) 산화로 인한 하수관 부식을 묘사하는 도면이다.
도 2는 하수관 부식을 억제하는 크라운 분무 공정을 묘사하는 도면으로, 기초 분무 시스템은 사전에 정한 도포율로 하수관 크라운을 분무하기 위해 통제된 속도로 하수관을 관통하는 부표에 탑재되고 지상 상류나 삽입 맨홀에 위치하는 화합물 공급 탱크에서 연장되는 호스를 통하여 화합물을 수용하는 분무 헤드와 호스를 통하여 공급 탱크에서 분무 헤드까지 화합물을 전달하는 화합물 공급 펌프, 하류 맨홀에 위치하는 케이블 윈치를 통하여 부표가 하류로 견인될 때 하수관에 삽입되는 호스로 구성된다.
도 3은 현재 사용되는 수산화마그네슘 단독 슬러리의 특성과 본 발명의 신형 슬러리 즉, (1)"A", 수산화마그네슘[Mg(OH)2]과 "B", 이산화티탄[TiO2], "C", 수산화나트륨[Na(OH)]으로 구성되는 3성분 혼합물과, (2)"A", 수산화마그네슘[Mg(OH)2], "C", 수산화나트륨[Na(OH)]으로 구성되는 2성분 혼합물, (3)"B", 이산화티탄 [TiO2], "C", 수산화나트륨[Na(OH)]으로 구성되는 2성분 혼합물의 특성을 비교하는 표이다.
도 4는 "A", 수산화마그네슘과 "B", 이산화티탄, "C", 수산화나트륨으로 구성되는 도 3의 3성분 혼합물에 대해 3회 실험에서 나타난 pH의 변동을 적시하는 표이다.
도 5는 도 3의 "A", 수산화마그네슘과 "B", 이산화티탄 혼합물에 "C", 수산화나트륨의 용량을 추가한 결과 나타난 pH의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 6은 "A", 수산화마그네슘과 "C", 수산화나트륨으로 구성되는 도 3의 2성분 혼합물에 대해 3회 실험에서 나타난 pH의 변동을 적시하는 표이다.
도 7은 도 3의 "A", 수산화마그네슘과 수산화나트륨 혼합물에 "C", 수산화나트륨의 용량을 추가한 결과 나타난 pH의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 8은 "B", 이산화티탄과 "C", 수산화나트륨으로 구성되는 도 3의 2성분 혼합물에 대해 3회 실험에서 나타난 pH의 변동을 적시하는 표이다.
도 9는 도 3의 "B", 이산화티탄과 "C", 수산화나트륨 혼합물에 수산화나트륨의 용량을 추가한 결과 나타난 pH의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 3 표에 적시되는 각 슬러리에 대해 코팅 두께가 2mm일 때 산 침입도와 기대수명을 나타내는 표이다.
도 11은 도 3 표에 적시되는 각 슬러리의 기대수명(즉, 가용수명) 변화를 나타내는 그래프이다.
앞에서 적시한 대로 "크라운 분무 공정(Crown Spray Process)"을 사용하는 단독 수산화마그네슘[Mg(OH)2]은 도 2에 예시하는 대로 현재 하수관 부식을 방지하기 위하여 하수관 내부 표면에 수산화마그네슘 단독 코팅에 적용되는 기술이다. 하지만 불행히도 본 공정과 기술에 따라 (i)하수관에 적용되는 슬러리는 수산화마그네슘 부피대비 50~60%, 물 부피대비 40~50%로 구성되며 (ii)하수관의 초기 pH는 8.5~8.8, 가용 수명은 6~8개월에 불과하다.
본 발명을 개발하는 동안 수행한 실험에 따르면 수산화마그네슘[Mg(OH)2] 부피대비 50~60%, 물 부피대비 40~50%의 혼합물 100㎖를 이용한 3회 실험에서 도 6의 첫 번째 행과 열에 기록되듯이 100% 수산화마그네슘 혼합물의 pH는 평균 8.8을 나타냈다.
본 발명에 따라 도 6의 표 2~8행, 3~6열에 기록되고 도 7의 그래프에 나타난 대로, 수산화마그네슘 혼합물 100㎖에 수산화나트륨을 부피대비 1% 미만으로 극미량 첨가하면 그로 인한 혼합물의 pH는, 도 3에 따르면 14로 증가하는 한편 혼합물의 가용수명은 약 15~16개월로 증가하여 현재 수산화마그네슘 슬러리에 비해 가용수명이 약 100% 증가한 것으로 나타났다.
이와 유사하게 본 발명을 개발하는 동안 수행한 실험에 따르면 이산화티탄[TiO2] 부피대비 50~60%, 물 부피대비 40~50%의 혼합물 100㎖를 이용한 3회 실험에서 도 8 첫 번째 행과 열에 기록되듯이 100% 이산화티탄 혼합물의 pH는 평균 6.5를 나타냈다.
본 발명에 따라 도 8의 표 2~6행, 3~6열에 기록되고 도 9의 그래프에 나타난 대로, 이산화티탄 혼합물 100㎖에 수산화나트륨을 부피대비 1% 미만으로 극미량 첨가하면 그로 인한 혼합물의 pH는 14.0으로 증가하는 한편 도 3에 따르면 혼합물의 가용수명은 약 20~24개월로 증가하여 현재 수산화마그네슘 슬러리에 비해 가용수명이 약 200% 증가한 것으로 나타났다.
마지막으로 본 발명을 개발하는 동안 수행한 실험에 따르면 수산화마그네슘 90㎖와 이산화티탄 10㎖를 이용한 3회 실험에서 도 4의 첫 번째 행과 열에 기록되듯이 혼합물의 pH는 평균 8.5를 나타냈다.
본 발명에 따라 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 부피대비 50~60%와 물 부피대비 40~50%에 수산화나트륨을 1% 미만으로 극 미량 첨가하면 그로 인한 혼합물의 pH는, 14로 증가하는 한편 혼합물의 가용수명은 약 16~18개월로 증가하여 현재 수산화마그네슘 슬러리에 비해 가용수명이 약 100% 증가한 것으로 나타났다.
이제 도 10과 도 11을 토대로, 먼저 도 10의 표는 전술한 대로 5~24개월간 수산화나트륨 부피대비 1% 미만의 첨가 여부에 따라 하수관 크라운에 두께 약 0.08~0.24인치로 침전되는 본 발명에 대해 기술되는 3개 구현물에 따라 슬러리에 대한 산 침식도 및 기대수명(가용수명)의 결과를 나타낸다. 두 번째로 도 11의 표는 전술한 대로 5~24개월간 수산화나트륨 부피대비 1% 미만의 첨가 여부에 따라 하수관 크라운에 두께 약 0.08~0.24인치로 침전되는 본 발명에 대해 기술되는 3개 구현물의 기대수명(가용수명)을 그래프로 나타낸다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

Claims (6)

  1. 수산화마그네슘 또는 이산화티탄으로 구성되는 등급에서 선택한 금속수산화물 또는 금속이산화물 용액 부피대비 100%와 수산화나트륨 부피대비 1% 미만으로 구성되는 수성 혼합물로, 금속수산화물 또는 금속이산화물 부피대비 50~60%와 물 부피대비 40~50%와 수산화나트륨 부피대비 1% 미만의 혼합물이며, pH는 13.0 이상, 가용 수명은 15~24개월인 수성 슬러리로서 부식 억제를 위해 하수관 내부에 도포되도록 함을 특징으로 하는 크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수성 혼합물은 수산화마그네슘과 수산화나트륨으로 구성되며 가용수명은 15~16개월임을 특징으로 하는 크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수성 혼합물은 이산화티탄과 수산화나트륨으로 구성되며 가용수명은 20~24개월임을 특징으로 하는 크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수성 혼합물은 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 부피대비 50~60%와 물 부피대비 40~50%이며, 수산화나트륨 부피대비 1% 미만의 혼합물로 구성되며, 가용수명은 16~18개월임을 특징으로 하는 크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리.
  5. 하수관 내부에 도포되고 수산화마그네슘과 이산화티탄으로 구성되는 등급에서 선택한 금속수산화물 또는 금속이산화물 용액 부피대비 100%와 수산화나트륨 부피대비 1% 미만의 수성 혼합물로 구성되는 수성 슬러리로서, 금속수산화물 또는 금속이산화물 부피대비 50~60%와 물 부피대비 40~50% 및 수산화나트륨 부피대비 1% 미만의 수성 혼합물이고, pH는 13.0이상, 가용수명은 15∼24개월, 두께는 0.08~0.24인치 인 것을 특징으로 하는 크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리.
  6. 삭제
KR1020130012787A 2012-02-06 2013-02-05 크라운 분사 공정을 통하여 수산화마그네슘 또는 이산화티탄 및 수산화나트륨 혼합물을 이용한 하수관 부식 방지 슬러리 KR101465688B1 (ko)

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