KR20160128757A - 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 상수 원수의 부식성 제어를 위한 컴퓨터에 의해 산정되는 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법에 있어서, (a) 원수의 온도, 이온 강도, 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 측정하는 단계; (b) 상기 단계(a)에서 측정된 원수의 온도, 이온 강도에 상응하는 칼드웰-로렌스 차트(Caldwell-Lawrence Chart)를 생성하는 단계; (c) 상기 단계(b)에서 생성된 칼드웰-로렌스 차트를 이용하여 상기 원수의 이온 포화상태 여부를 결정하는 단계; (d) 상기 단계(c)에서 결정된 원수가 이온 불포화 상태인 경우, 상기 원수의 부식성 지수를 산출하는 단계; (e) 상기 단계(d)에서 산출된 부식성 지수를 이용하여, 상기 원수에 첨가되는 수질안정화제의 주입량을 산정하는 단계; 및 (f) 상기 단계(e)에서 산정된 수질안정화제의 주입량에 따라 원수와 수질안정화제의 혼합으로 생성되는 중간수의 수질 변화를 예측하는 단계를 포함하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감지부에 의해 측정된 상수 원수의 인자들을 컴퓨터로 산정하여 부식성 여부를 분석하고, 수질안정화제 주입 시의 수질 변화를 예측할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수돗물은 일상생활에서 음용하기에 충분할 정도로 과학적인 정수처리와 철저한 수질검사를 통해 정수장에서 생산 및 공급되지만 가정이나 공장으로 이동하는 상수도관 내부 부식에 대한 인식 때문에 수돗물의 신뢰성은 높은 편이 아니라 알려져 있다.
상기 상수도관 내부 부식의 원인은 우리나라 상수 원수가 연수의 성질이 있기 때문이다. 연수는 칼슘 이온이나 마그네슘 이온의 함유량이 적은 물을 의미하는데 일반적으로 우리나라의 원수(raw water)의 수질은 일부 석회암 지질대를 제외하면 그 외의 지역에서 연수의 특징을 보이고 있어 원수가 이온 불포화 상태로 침식성과 부식성을 띄고 있다고 알려져 있다. 또한, 정수처리 과정에서 응집제 및 염소의 투입 등으로 원수의 수소이온농도, 칼슘 경도 및 알칼리도가 더욱 저하됨으로 부식성이 높아져 상수도관의 부식을 가속하는 원인으로 알려져 있다.
상기와 같은 특성을 나타내는 원수는 상수도관을 통해 이동할 때 상수도관의 성분인 철, 구리, 아연, 납 등의 중금속을 용출시켜 상수도관을 부식시키며 이로 인해 상수도로서의 질을 떨어뜨릴 수 있고, 상수도관의 부식을 가속화시키는 원인으로 작용하여 상수도관의 노후화가 빠르게 진행되어 경제적인 부담으로 작용하고 있다.
이에 따라, 상기와 같이 원수의 질을 향상시키고, 상수도관의 부식을 최소화할 수 있는 방법에 관한 연구가 진행되고 있으며, 상수도관의 부식을 억제하기 위한 방법으로 원수의 수질을 부식성 수질에서 방식성 수질로 변화시켜 원수의 부식성을 억제하는 방법이 사용되고 있는데, 예를 들면, 정수장에서 수소이온농도 조절을 통한 수질 제어 방법이 이용되고 있다.
부식성을 효과적으로 억제하여 원수의 부식성을 제어하기 위해서는 일차적으로, 원수의 수질에 대한 정확한 평가가 이루어져야 하며, 이차적으로 원수가 부식성 수질로 평가된 경우 부식성 수질을 방식성 수질로 변화시키기 위해, 원수의 수소이온농도의 조절 또는 칼슘 이온 농도의 조절을 위한 수산화나트륨 또는 탄산칼슘 등의 수질안정화제를 주입하여 원수의 부식성을 제어할 수 있어야 한다.
이를 위해, 원수의 부식성을 효과적으로 제어하기 위해서 상수 원수의 부식성을 평가하고, 첨가되는 수질안정화제의 주입량에 따른 수질 변화를 평가할 수 있는 방법에 관한 연구가 진행 중이다.
일례로, 종래에 원수의 부식성 여부를 분석하고 수질의 변화를 예측하는 방법으로 칼드웰-로렌스 차트(Chartwell-Lawrence Chart)에 관한 기술 내용이 개시된 바 있다.
상기 칼드웰-로렌스 차트를 이용한 방법은, 원수의 부식성을 평가하기 위해서 랑게리아 지수(Langelier Index, LI)와 탄산칼슘 침전능(Calcium Carbonate Precipitation Potential, CCPP)으로 알려진 부식성지수를 산정할 수 있으며, 상기 산정된 부식성 지수를 통하여 원수의 부식성 여부를 평가할 수 있다.
더욱 상세히 설명하면, 랑게리아 지수는 원수에서 측정된 수소이온농도와 칼드웰-로렌스 차트에서 산정된 포화 수소이온농도 차이를 이용하여 부식성을 분석할 수 있는 지수이고, 탄산칼슘 침전능은 원수 내의 칼슘 농도와 칼드웰-로렌스 차트에서 유도된 탄산포화칼슘의 양과의 차이의 결과 값을 이용하여 부식성을 분석할 수 있는 지수이다. 상기 각각의 부식성 지수 값은 차이가 0이면 원수의 탄산칼슘은 포화, 0보다 작으면 탄산칼슘의 불포화로 부식성이 있다고 보고, 0보다 크면 과포화로 분석하여 방식성을 가지고 있다고 분석하는 것으로 원수의 부식성을 평가할 수 있으며, 이와 같은 평가를 할 수 있는 칼드웰-로렌스 차트의 개략적인 구조를 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 칼드웰-로렌스 차트에서는 원수에서 측정된 인자들을 이용하여 알칼리도, 산도, 수소이온농도 및 칼슘 이온 농도 사이의 상호관계를 매개변수로 산도와 알칼리도-칼슘 이온 농도를 좌표로 하여 차트로 나타낸 것이 칼드웰-로렌스 차트이며, 수질안정화제 주입에 따른 수질 변화를 평가할 수 있기 때문에 칼드웰-로렌스 차트는 실무에 널리 사용되고 있다.
상기 칼드웰-로렌스 차트에서 알칼리도(Alkalinity, Alk.) - 칼슘 이온 농도(Ca)는 양의 X축 방향으로 증가하며, 산도(Acidity)는 음의 Y축 방향으로 증가하는 것으로 좌표를 설정하고, 하기 화학식 1 및 2를 이용해 차트로 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2에서 C1은 수질의 음의 산도를 나타내며, C2는 알칼리도와 원수에 포함되어 있는 칼슘 이온 농도의 차이를 나타낸다. 정의에 따라 매개변수 C1, C2는 양의 X 및 Y 방향으로 증가하고, 수소이온농도 선, 알칼리도 선, 칼슘 이온 농도 선이 모두 C1, C2의 함수로 표시되도록 한다.
상기한 바와 같이 칼드웰-로렌스 차트를 이용해 수돗물 등의 부식성 여부를 평가하고, 부식성 수질로 분석될 경우 수질안정화제를 첨가하여 수질안정화제의 주입량에 따라 방식성 수질로 변화하는 것을 평가할 수 있다.
하지만, 상기와 같은 칼드웰-로렌스 차트는 일정한 온도와 이온 강도에 상응하는 차트만 이용 가능하여 오차가 발생할 수 있고 우리나라의 다양한 수계별 수질에 적용하기에는 부정확하며, 수질을 평가하기 위해 차트에 수작업으로 선을 긋고, 해당하는 지점의 값을 직접 확인하는 과정에서 수소이온농도, 칼슘, 알칼리도 선이 복잡하게 연결되어 있어 정확한 지점을 찾아내기 어렵고, 이에 따른 오차가 발생할 수 있으며, 부식성 여부를 분석하고 수질변화를 예측하는 절차가 복잡하다.
따라서, 복잡한 수질 평가 절차를 간결하게 처리할 수 있고, 수계별 수질 특성에 부합하도록 온도와 이온 강도에 상응할 뿐만 아니라, 실무에서 운영자가 수질의 부식성 여부와 수질변화의 예측에 대한 결정을 내리는 데 도움을 줄 수 있는 방법에 관한 연구가 필요하다.
1. 황병기., 우달식., "부식성 수질제어를 위한 수질안정화 모델 개발", 수처리학회지.(2014)
2. 우달식., 명복태., 송시범., 남상호., 박영복., 임영룡., 이규성., 남연우., "탄산칼슘 포화지수와 Caldwell-Lawrence Diagram에 의한 침식성 평가" ,대한환경공학회,(2005)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다양한 수계별 수질 특성에 부합하도록 원수의 온도와 이온 강도에 상응하고, 보다 간결하게 원수의 부식성 분석 및 수질안정화제의 주입량에 따른 수질 변화를 예측 가능한 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 컴퓨터에 의해 산정되는 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법에 있어서, (a) 원수의 온도, 이온 강도, 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 측정하는 단계; (b) 상기 단계(a)에서 측정된 원수의 온도, 이온 강도에 상응하는 칼드웰-로렌스 차트(Caldwell-Lawrence Chart)를 생성하는 단계; (c) 상기 단계(b)에서 생성된 칼드웰-로렌스 차트를 이용하여 상기 원수의 이온 포화상태 여부를 결정하는 단계; (d) 상기 단계(c)에서 결정된 원수가 이온 불포화 상태인 경우, 상기 원수의 부식성 지수를 산출하는 단계; (e) 상기 단계(d)에서 산출된 부식성 지수를 이용하여, 상기 원수에 첨가되는 수질안정화제의 주입량을 산정하는 단계; 및 (f) 상기 단계(e)에서 산정된 수질안정화제의 주입량에 따라 원수와 수질안정화제의 혼합으로 생성되는 중간수의 수질 변화를 예측하는 단계를 포함하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법을 제공한다.
또한, 상기 단계(b)에서 생성되는 칼드웰-로렌스 차트는 상기 원수의 온도 및 이온 강도에 상응하는 상응상수를 이용하여 산출되는 복수의 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선을 각각 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계(c)에서는, 상기 칼드웰-로렌스 차트에 포함된 복수의 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선 중 상기 단계(a)에서 측정된 수소이온농도, 칼슘이온농도 및 알칼리도에 각각 대응하는 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선이 한 점에서 교차할 때 상기 원수가 이온 포화상태에 있는 것으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계(c)에서는, 상기 칼드웰-로렌스 차트에 포함된 복수의 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선 중 상기 단계(a)에서 측정된 수소이온농도, 칼슘 이온 농도 및 알칼리도에 각각 대응하는 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선이 한 점에서 교차하지 않을 때 상기 원수가 이온 불포화상태에 있는 것으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계(d)에서 산출된 부식성 지수는 상기 원수의 수소이온농도와 포화 수소이온농도의 차이 값으로 산정된 랑게리아 지수(Langelier Index, LI)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계(d)에서 산출된 부식성 지수는 상기 원수의 칼슘 농도와 포화 칼슘 농도의 차이 값으로 산정된 탄산칼슘 침전능(Calcium Carbonate Precipitation Potential, CCPP)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계(f)는, (ⅰ) 상기 단계(e)에서 산정된 수질안정화제의 주입량에 따른 상기 중간수의 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 산정하는 단계; (ⅱ) 상기 단계(ⅰ)에서 산정된 상기 중간수의 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도에 따른 상기 중간수의 수질 변화를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수질안정화제는 소석회(Ca(OH)2), 생석회(CaO), 소다회(Na2CO3), 가성소다(NaOH) 및 탄산가스(CO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 방법을 이용한 수질 제어 시스템에 있어서, 상수 원수의 온도, 이온 강도, 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 측정하는 하나 이상의 감지부; 상기 감지부에서 측정된 온도, 이온 강도에 상응하는 칼드웰-로렌스 차트(Caldwell-Lawrence Chart)를 생성하고, 상기 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 이용하여 상기 원수의 이온 포화상태 여부를 결정하여, 상기 원수가 이온 불포화 상태로 결정될 경우, 상기 원수의 부식성 지수를 산출하는 연산부; 상기 연산부에 의해 산출된 상기 원수의 부식성 지수를 이용하여 원수에 첨가되는 수질안정화제의 주입량을 산정하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 산정된 주입량으로 상기 원수에 수질안정화제를 주입하는 공급부를 포함하는 수질제어 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법은, 실무에서 사용하기에 복잡하고, 온도와 이온 강도의 적용이 제한된 종래의 칼드웰-로렌스 차트 생성방법과 비교할 때, 실무에서 사용하기 간편하고, 다양한 범위의 온도와 이온 강도에 상응하여 원수의 부식성을 정확하게 분석할 수 있으며, 원수가 부식성 수질로 분석 시 수질안정화제 주입량에 따른 원수의 수질 변화를 예측할 수 있다.
도 1은 산도와 (알칼리도-칼슘농도)에 의해 X축과 Y축의 좌표로 표시되는 칼드웰-로렌스 차트이다.
도 2는 본 발명에 따른 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법의 각 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수질 제어시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4은 실시예 1에 따른 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법으로 형성된 차트이다.
도 5는 실시예 2에 따른 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법으로 형성된 차트이다.
도 2는 본 발명에 따른 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법의 각 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수질 제어시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4은 실시예 1에 따른 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법으로 형성된 차트이다.
도 5는 실시예 2에 따른 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법으로 형성된 차트이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법의 각 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른, 상수 원수의 부식성 제어를 위한 컴퓨터에 의해 산정되는 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법에 있어서, (a) 원수의 온도, 이온 강도, 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 측정하는 단계; (b) 상기 단계(a)에서 측정된 원수의 온도, 이온 강도에 상응하는 칼드웰-로렌스 차트(Caldwell-Lawrence Chart)를 생성하는 단계; (c) 상기 단계(b)에서 생성된 칼드웰-로렌스 차트를 이용하여 상기 원수의 이온 포화상태 여부를 결정하는 단계; (d) 상기 단계(c)에서 결정된 원수가 이온 불포화 상태인 경우, 상기 원수의 부식성 지수를 산출하는 단계; (e) 상기 단계(d)에서 산출된 부식성 지수를 이용하여, 상기 원수에 첨가되는 수질안정화제의 주입량을 산정하는 단계; 및 (f) 상기 단계(e)에서 산정된 수질안정화제의 주입량에 따라 원수와 수질안정화제의 혼합으로 생성되는 중간수의 수질 변화를 예측하는 단계를 포함하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법을 제공한다.
상기 단계(a)에서는 칼드웰-로렌스 차트의 생성을 위해 원수의 온도 및 이온 강도를 측정하고, 차트 생성을 위한 매개변수인 수소이온농도(pH), 칼슘 이온 농도 및 알칼리도를 측정하는 단계이다.
상기한 측정을 위해서는 공지된 다양한 형태의 온도 및 이온 감지 장치를 사용할 수 있으며, 상기 감지 장치를 컴퓨터에 장착하여 감지부로 사용할 수 있다.
또한, 상기 감지부를 원수가 있는 정수지에 직접 설치하여 감지할 수도 있고 또는 원수를 채수하여 실험실에서 감지하도록 구성할 수 있다. 이때, 온도에 따라 원수에 포함된 수질 인자들이 변화하여 측정 결과가 달라질 수 있기 때문에, 원수를 채수하여 실험실에서 감지 시에는 원수 채수 당시와 동일한 온도에서 측정하는 것이 바람직하다.
상기 단계(b)에서는 원수의 수질을 평가하기 위해서, 측정된 온도, 이온 강도에 상응하는 상응상수를 선정하고, 측정된 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도에 해당하는 칼슘 이온 농도 선, 알칼리도 선 및 수소이온농도 선을 산정하여 칼드웰-로렌스 차트를 생성하는 단계로서, 상기 칼드웰-로렌스 차트 생성을 위해 사용되는 상응상수를 표 1에 나타내었다.
본 단계를 보다 상세히 설명하면, 수소이온농도 선은 하기 표 1의 상응상수, 하기 화학식 3 (a) 및 (b)를 이용하여 산정할 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3 (a) 및 (b)를 HCO3 -에 대해 정리하여 하기의 화학식 4로 정리하여 나타낼 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4의 식을 이용하여 해를 구하면 하기의 화학식 5가 된다.
상기 화학식 5에서 실근 2개를 얻을 수 있으며, 음의 근은 버리고, 양의 근을 선택하며, 이때, 1개의 수소이온(H+)의 고정 값에 대하여 C2를 일정한 간격으로 변화시키면서 HCO3 -를 구하고, 이 값을 상기 화학식 1의 C1 식에 대입하여 1개의 선을 도출할 수 있다. H+의 고정 값을 다양하게 변화시키면 여러 개의 수소이온농도 선을 구할 수 있다.
[표 1]
표1에서 나타낸 바와 같이, K1은 탄산에 대한 1차 해리상수, K2는 탄산에 대한 2차 해리상수, Kw는 물의 해리상수, Ks는 포화 용해도상수, Kcs는 칼슘 포화 용해도상수, Kcw는 칼슘의 해리 상수, fm은 1가 이온에 대한 활동도 계수, fd는 2가 이온에 대한 활동도 계수를 나타내는 것이다. 상기 각각의 상응상수를 사용함으로써 다양한 수계별 수질을 측정하는 칼드웰-로렌스 차트의 정확성을 높일 수 있다.
다음으로, 칼슘 이온 농도 선은 상기 표 1의 상응상수, 하기 화학식 6 (a) 및 (b)을 이용하여 산정할 수 있다.
[화학식 6]
상기 화학식 6을 HCO3 -에 대하여 정리하면 하기 화학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
[화학식 7]
상기 화학식 7의 해를 구하면 3개의 근이 발생하며, 관계식의 특성상 1개의 실근과 2개의 공액 허근이 발생한다. 이때, 실근을 상기 화학식 2의 C2 방정식에 대입하면, 고정된 칼슘 이온 농도 값에 대하여 1개의 선이 구해진다. 칼슘 이온 농도 값을 2, 5, 10 그리고, 20부터 100까지 변화하면 그에 대응하는 칼슘 이온 농도 선들을 얻을 수 있다.
다음으로, 알칼리도 선은 2개의 수평선과 1개의 수직선이 합하여 1개의 둥근 곡선의 형태를 나타내며, 알칼리도 선을 나타내기 위한 알칼리도 수평선을 산정하도록 구성할 수 있다.
상기 알칼리도 수평선은 표 1의 상응상수 및 하기 화학식 8 (a) 및 (b)를 이용해 산정할 수 있다.
[화학식 8]
상기 화학식 8에 관련 값을 대입하고 치환하여 수소이온(H+)에 관하여 정리하면 하기의 화학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
[화학식 9]
상기 화학식 9의 방정식을 풀면 해로써 하기의 화학식 10을 얻을 수 있다.
[화학식 10]
상기 화학식 10은 특성상 2개의 실근을 얻을 수 있으며, 1개는 음의 근으로 아래쪽의 수평선을 그릴 수 있고, 다른 1개는 양의 근으로 위쪽의 수평선을 그릴 수 있다. 각각의 선은 수직선과 만나기 전에 일정한 수평 값보다 갑자기 증가하는 구간이 발생하는 데, 45°까지 증가하도록 제한하고, 그보다 높이 증가하는 것은 오차가 발생하도록 처리하여 더 이상 각도가 증가하지 않도록 구성하는 것이 바람직하며, 이에 의해 측정의 정확도를 높일 수 있다.
이때, 알칼리도 고정 값에 대하여 C2 값을 범위 내에서 일정한 간격으로 증가하면서 그에 대응하는 C1 값을 구할 수 있다. 이렇게 구한 일련의 C1, C2 좌표 값을 연결하면 1개의 선을 구할 수 있으며, 알칼리도 값을 다양하게 변화시키면 그에 대응하는 알칼리도 수평선을 구할 수 있다.
다음으로, 알칼리도 선을 구하기 위해, 알칼리도 수직선은 하기 화학식 11 (a) 및 (b)를 이용하여 산정할 수 있다.
[화학식 11]
상기 화학식 11에서 HCO3 -=X라고 정리하면 하기의 화학식 12와 같은 다항식으로 나타낼 수 있다.
[화학식 12]
상기 화학식 12의 해를 구하면, 근 3개가 모두 실근인 경우 가장 작은 값을 사용하고, 허근을 포함할 경우 허근 실수부의 값과 실근 중에서 작은 값을 사용하여 수직선으로 나타낼 수 있다. 이때, 알칼리도 고정 값에 대하여 C1 값을 일정한 간격으로 증가시키면서 이에 대응하는 HCO3 -를 구하고, 이 값을 화학식 11의 (b)에 대입하여 C2를 구하면 1개의 알칼리도 선을 구할 수 있다. 알칼리도 값을 다양하게 변경시키면 이에 대응하는 알칼리도 수직선으로 나타낼 수 있다.
상기와 같이 산정된 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선을 연결하여 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선을 포함하는 상기 칼드웰-로렌스 차트를 생성할 수 있다.
상기 단계(c)에서는, 생성된 칼드웰-로렌스 차트를 이용하여 원수의 수질 포화상태를 분석하는 단계로서, 상기 칼드웰-로렌스 차트에서 상기 단계(a)에서 측정된 수소이온농도, 칼슘 이온 농도, 알칼리도에 각각 대응하는 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선을 연결하여 3개의 변으로 둘러쌓인 면적을 이용해 원수의 수질 이온 포화상태를 분석할 수 있다.
이때, 상기 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선이 한 점에서 만날 경우에는, 상기 원수의 수질이 이온 포화상태임을 나타내는 것이고, 상기 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선이 한 점에서 만나지 않고 세 개의 교차점을 형성하며 세 개의 변으로 둘러쌓인 면적을 형성할 경우에는 이온 포화상태가 아님을 뜻하는 것이다.
또한, 원수의 수질이 이온 포화상태가 아님을 뜻하는 경우, 원수의 수질이 이온 과포화 상태인지 이온 불포화 상태인지를 결정하여야 하며, 이를 위해, 포화 칼슘 이온 농도를 분석하도록 구성할 수 있다.
상기 포화 칼슘 이온 농도를 분석하기 위하여, 알칼리도 선과 수소이온농도 선의 교점을 지나는 칼슘 이온 농도 선을 확인하여 포화 칼슘 이온 농도를 산출할 수 있다. 이때, 산출된 포화 칼슘 이온 농도가 단계(a)에서 측정된 칼슘 이온 농도와 같으면 원수가 이온 포화 상태임을 나타내고, 초과하게 되면, 원수가 이온 불포화 상태임을 나타내며, 이와 반대로, 미만인 경우, 원수가 이온 과포화되어 있음을 나타내는 것이다.
상기 단계(d)는 원수의 수질이 이온 불포화 상태인 경우, 상기 원수의 부식성 지수를 분석하는 단계이다.
상기 부식성 지수는 랑게리아 지수(Langelier Index, LI) 및 탄산칼슘 침전능(Calcium Carbonate Precipitation Potential, CCPP)을 포함하며, 랑게리아 지수는, 포화 수소이온농도와 단계(a)에서 측정된 수소이온농도를 비교하여 이들의 차이 값을 통해 산출할 수 있다.
상기 칼드웰-로렌스 차트에서 상기 포화 수소이온농도는 상기 칼슘 이온 농도 선과 알칼리도 선이 만나는 교차점의 교점을 지나는 수소이온농도 값으로 산정할 수 있다.
이에 의해, 산정된 랑게리아 지수가 음수이면 탄산칼슘의 불포화로 부식성을 띄는 것으로 분석하고 0이면 포화, 양수이면 상수 원수 내 탄산칼슘의 포화로 방식성을 띄는 것으로 분석할 수 있어 이에 의해 원수의 부식성 여부를 분석할 수 있다.
또한, 탄산칼슘 침전능은 포화 칼슘 이온 농도 및 상기 단계 (a)에서 측정된 칼슘 이온 농도의 차이 값을 통해 산정할 수 있다.
포화 칼슘 이온 농도를 산정하기 위해서는, 상기 칼드웰-로렌스 차트에서 칼슘선과 알칼리선이 만나는 교점에서 산도의 연장선과 만나는 점에서 수직으로 내린 선이 만나는 교점에서 수소이온농도를 읽으면 포화 칼슘 이온 농도를 산정할 수 있다. 그리고 산도는 알칼리도 선과 수소이온농도 선의 교차점의 교점에서 수평으로 연장한 선과 만나는 Y축의 값으로 산출할 수 있다.
상기와 같이 하여 측정된 칼슘 이온 농도와 포화 칼슘 이온 농도의 차이 값을 통해 탄산칼슘 침전능을 산정하여 상수 원수의 부식성을 분석할 수 있다. 이때, 탄산칼슘 침전능은 이론상으로 과포화된 물로부터 침전하거나 불포화된 물로부터 용해될 수 있는 탄산칼슘의 정량적인 값을 의미한다. 탄산칼슘 침전능의 값이 양의 값이면 과포화된 물로서 평형에 도달하여 침전되는 탄산칼슘의 양을, 음의 값이면 물이 포화되는데 필요한 탄산칼슘의 양을 나타낸다. 따라서 탄산칼슘 침전능이 음의 값을 가질 때 원수는 부식성이라 분석할 수 있다.
상기 단계(e)에서는, 분석된 부식성 지수 및 상기 원수의 부식성을 제어하기 위해 첨가되는 수질안정화제의 주입량을 산정하는 단계로서, 상기 랑게리아 지수나 탄산칼슘 침전능의 값을 0 또는 양의 값으로 변화시키기 위하여 필요한 수질안정화제의 주입량을 산정하는 단계이다. 또한 수질안정화제를 주입하였을 때의 수질 변화를 예측하기 위하여 임의의 값을 산정하여도 무방하다.
상기 단계(f)에서는, 산정된 수질안정화제의 주입량을 첨가하여 생성된 중간수의 수질 변화를 예측하는 단계로서, 상기 첨가된 수질안정화제의 종류에 따라 변화된 수질의 인자를 컴퓨터에서 입력 받아 상기 단계(c)와 같이 부식성 여부를 다시 계산하여 수질안정화제의 주입에 따른 수질변화를 예측할 수 있다.
이를 위해, 본 단계에서는 원수와 상기 수질안정화제의 혼합으로 생성되는 중간수(interim water)에 대하여, (ⅰ) 상기 수질안정화제의 주입에 따른 중간수의 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 산정하는 단계; (ⅱ) 상기 단계(ⅰ)에서 산정된 상기 중간수의 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도에 따른 상기 중간수의 수질 변화를 예측하는 단계를 포함하도록 구성하여 수질안정화제 주입으로 인해 중간수의 변화된 칼슘 이온 농도와 포화 칼슘 이온 농도의 차이를 구하여 칼슘의 침전가능량을 산정하여 최종적으로 수질 변화, 즉, 중간수의 부식성 여부를 예측하도록 구성할 수 있다.
또한, 본 단계에서 사용되는 수질안정화제는 소석회(Ca(OH)2), 생석회(CaO), 소다회(Na2CO3), 가성소다(NaOH) 또는 탄산가스(CO2)를 1종 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 단계 (ⅰ)에서는 상기 수질안정화제의 주입량에 따른 상기 중간수의 칼슘 이온 농도, 알칼리도, 및 수소이온농도를 산정하는 단계로서, 상기 단계(a)와 동일한 방법을 통해 산정할 수 있다.
일례로, 본 단계에서는, 상기 수질안정화제로 소석회(Ca(OH)2)를 사용한 경우, 상기 소석회의 첨가량에 따른 칼슘 이온 농도의 변화에 의한 알칼리도 및 수산화이온의 증가에 따른 산도의 변화를 산정하고, 수소이온농도 변화를 산정도록 구성할 수 있다.
또 다른 예로, 본 단계에서는, 상기 수질안정화제로 가성소다(NaOH)를 사용한 경우, 상기 가성소다의 첨가량에 따른 수산화이온의 증가에 따른 산도의 변화를 산정하고, 수소이온농도 변화를 산정도록 구성할 수 있다.
상기 단계 (ⅱ)에서는, 수질안정화제 주입으로 생성된 중간수의 수질 변화를 예측하는 단계로서, 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선을 연결하여 3개의 변으로 둘러쌓인 면적을 이용해 수질 포화상태를 분석할 수 있다.
또한, 중간수의 수질이 포화상태가 아님을 뜻하는 경우, 중간수의 수질이 이온 과포화 상태인지 이온 불포화 상태인지를 분석하여야 하며, 상기 단계(c)와 동일한 방법을 이용하여 중간수의 포화 칼슘 이온 농도를 분석하도록 구성할 수 있다.
그리고, 상기 중간수의 수질이 이온 불포화 상태로 분석된 경우, 중간수의 부식성 지수(랑게리아 지수 및 탄산칼슘 침전능)를 분석하여 수질안정화제의 첨가량에 따른 중간수의 수질 변화를 예측하도록 구성할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법은, 실무에서 사용하기에 복잡하고, 온도와 이온 강도의 적용이 제한된 종래의 칼드웰-로렌스 차트 생성방법과 비교할 때, 실무에서 사용하기 간편하고, 온도와 이온 강도에 상응하는 원수의 부식성을 분석할 수 있으며, 원수가 부식성 수질로 분석 시 수질안정화제 주입량에 따른 상수 원수의 수질 변화를 예측할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법에 따라, 원수의 온도 및 이온 강도에 상응하는 원수의 부식성 분석 및 수질안정화제의 주입량에 따른 수질 변화를 분석할 수 있는 수질 제어 시스템(10)을 제공하며, 본 발명에 따른 수질 제어시스템(10)을 도 3의 블록도로 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수질 제어 시스템(10)은, 원수의 온도, 이온 강도, 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 측정하는 복수 개의 감지부(100), 상기 감지부(100)에서 측정된 온도, 이온 강도에 상응하는 칼드웰-로렌스 차트(Caldwell-Lawrence Chart)를 생성하고, 상기 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 이용하여 상기 원수의 수질 포화상태 여부를 결정하여, 상기 원수가 불포화 상태로 결정될 경우, 상기 원수의 부식성 지수를 산출하는 연산부(200); 및 상기 연산부(200)에 의해 산출된 상기 원수의 부식성 지수를 이용하여 원수에 첨가되는 수질안정화제의 주입량을 산정하는 제어부(300); 및 상기 원수에 수질안정화제를 주입하는 공급부(400);를 포함한다.
상기 감지부(100)는 원수의 온도를 감지할 수 있는 온도 감지부를 구비하고, 수질에 포함된 염소, 질소 또는 금속 등의 이온을 감지할 수 있고, 칼슘 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 감지할 수 있는 복수 개의 이온센서를 포함하여 온도 및 이온 강도를 감지하도록 구성할 수 있다.
상기 연산부(200)는 감지부(100)에 의해 감지된 온도 및 이온 강도에 상응하는 상응상수를 선택하고, 상기 감지된 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 이용하여 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선을 생성해 상수 원수의 포화 여부를 분석하고, 불포화 상태로 분석될 경우 부식성 지수를 산정하여 수질안정화제의 주입량을 분석하는 역할을 하도록 구성할 수 있다.
상기 제어부(300)가 원수의 부식성 지수를 이용하여 상기 공급부(400)의 수질안정화제 공급량을 제어하는 역할을 하도록 구성할 수 있으며, 상기 공급부(400)는 연산부(200)에 의해 분석된 양에 맞게 원수에 수질안정화제를 주입하는 역할을 하도록 구성할 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다. 제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 목적으로 제공되는 것은 아니다.
<실시예 1>
(a) 상수 원수의 인자 측정
낙동강 수계의 G정수장에서 2014년 하절기에 채수한 상수 원수의 온도, 이온 강도, 칼슘 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 측정하여 표 2에 나타냈다.
[표 2]
표 2에 나타낸 바와 같이, 채수된 상수 원수의 온도는 25℃, 이온 강도는0.001로 측정되었다.
(b) 차트 생성
측정된 온도 및 이온 강도에 상응하는 칼드웰-로렌스 차트를 선정하고, 측정된 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 이용하여 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선, 알칼리도 수평선 및 알칼리도 수직선을 도출하여 칼드웰-로렌스 차트을 생성하고 이를 도 4에 나타내었다.
(c) 상수 원수의 수질 포화상태 분석
도 4를 참조하면, 상기 차트에서 알칼리도 42mg/L as CaCO3,(이하 탄산칼슘 환산량), 칼슘 이온 농도 40mg/L, 수소이온농도 7.2에 해당하는 선을 연결하고, 만나는 점을 각각 A, B, C로 나타내었으며, 이에 따라 3개의 변으로 둘러싸여 면적을 가지는 도형이 칼드웰-로렌스 차트에 표시되었다.
따라서, 도 4에 나타난 바와 같이, 3개의 선이 한 점에서 만나지 않기 때문에 채수한 상수 원수의 수질이 포화상태가 아님을 확인할 수 있다.
(d) 원수의 부식성 지수 분석
상기와 같이 상수 원수의 수질이 포화 상태가 아니므로, 과포화 상태인지 불포화 상태인지를 결정하기 위해서 알칼리도와 수소이온농도 선의 교점 A을 통과하는 칼슘 이온 농도 선에서 칼슘 이온 농도의 값을 산정하였다. 이때, 상기 포화 칼슘 이온 농도는 90mg/L이 되며, 이 값은 상수 원수에서 측정한 칼슘 이온 농도 41mg/L를 초과하게 되므로, 원수가 불포화 되어 있음을 알 수 있다.
또한, 산도는 알칼리도 선과 수소이온농도 선의 교차점 A에서 수평으로 연장한 선과 만나는 Y축의 값으로 구하며, 상수 원수의 산도는 47mg/L로 산정되었다.
그리고, 차트의 ABC 상에서 칼슘 이온 농도 선과 알칼리 선이 만나는 교점 B에서 수소이온농도 값을 읽어 포화 수소이온농도가 8.6인 것을 확인할 수 있다. 상기와 같이 산정된 포화 수소이온농도로 랑게리아 지수를 산정하였으며, 산정된 랑게리아 지수는 -1.4로 나타났고, 랑게리아 지수가 0보다 작기 때문에 이는 원수의 수질이 부식성임을 분석할 수 있었다.
또한, 산도의 연장선과 B점에서 수직으로 내린 선이 만나는 교점 G에서 칼슘 이온 농도 값을 읽어 포화칼슘 농도 45mg/L를 얻었다. 탄산칼슘 침전능은 측정 칼슘 이온 농도와 포화칼슘 농도의 차로 구하였으며, 이 차이에 따라 탄산칼슘 침전능은 -4가 되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라 채수된 상수 원수가 부식성 수질이라는 것을 분석할 수 있었다.
(e) 수질안정화제 주입량 산정
상기 원수에 소석회(Ca(OH)2)를 5 내지 10mg/L로 첨가하여 중간수의 부식성 변화를 분석하였다.
상기 원수에 수질안정화제를 주입하여, 포화 상태의 수질로 변경하기 위해 임의로 소석회(Ca(OH)2) 5mg/L와 10mg/L를 주입한다고 선택하였고 이에 따라 소석회 5mg/L를 주입하면, 원수의 칼슘농도는 45mg/L가 되는 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 수산화이온의 농도가 5mg/L 증가하게 되고, 이로 인하여 알칼리도가 5mg/L 증가하여 47mg/L가 되는 것을 산정할 수 있었다. 또한, 수산화이온 농도의 증가로 인하여 산도는 5 mg/L가 감소하여 42mg/L가 되는 것을 확인할 수 있었다.
(f) 중간수의 수질 변화 예측
상기와 같이 수질안정화제 주입량의 변화에 따른 중간수의 수소이온농도를 산정하였다. 도 4를 참조하면, 수질안정화제를 첨가한 후 산도 42mg/L 선을 연장하여 알칼리도 47mg/L 선과 만나는 교점 D에서 수소이온농도를 읽어 산도가 9.0이 되는 것을 확인할 수 있었다.
상기에서 산정한 중간수의 칼슘 이온 농도 45mg/L 선, 알칼리도 47mg/L 선, 수소이온농도 9.0 선을 연결하면 DEF로 둘러 쌓인 삼각형의 형태를 갖는 칼드웰-로렌스 차트가 생성되었다. 이를 통해 중간수가 불포화 상태라는 것을 확인할 수 있으며, 상기 알칼리도 선과 수소이온농도 선의 교점 D을 통과하는 칼슘 이온 농도 선의 농도가 15mg/L인 것을 확인할 수 있으며, 중간수의 칼슘 이온 농도 46 mg/L보다 낮으므로 중간수는 과포화 상태에 있으며, 따라서 침전이 발생할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
상기 알칼리 선과 칼슘 이온 농도 선의 교점에서 수소이온농도 값을 읽어 포화 수소이온농도가 8.45인 것을 확인할 수 있었다. 상기 포화 수소이온농도와 상기 산정한 중간수의 수소이온농도 이용하여 랑게리아 지수를 산정하여 0.65의 값을 산출할 수 있었다. 산출된 바와 같이, 지수가 양수이므로 방식성의 수질을 나타낸다는 것을 예측 할 수 있었다.
이를 통해, 탄산칼슘의 침전가능량은 포화칼슘 농도와 중간수의 칼슘 이온 농도 46 mg/L의 차로 구하며, 탄산칼슘 6mg/L의 침전이 발생할 수 있음을 예측할 수 있었다.
이와 같이하여, 수질안정화제로 소석회를 10mg/L 주입하였을 때의 부식성의 예측이 가능하였으며, 칼드웰-로렌스 차트 상에서 선을 연결하여 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 소석회를 10mg/L 주입시 D′E′F′와 같은 짧은 점선으로 표시되는 것을 확인할 수 있며, 이를 통해 수질안정화제 첨가량에 따른 수질 변화가 예측 가능한 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 상수 원수를 사용하여, 동일한 부식성 지수를 나타내는 상수 원수에 임의로 수질안정화제를 가성소다로 선택하고 가성소다 5mg/L를 첨가하였다. 이에 따라 가성소다를 5mg/L 주입하였으며, 그에 따른 중간수의 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 산도의 증감량을 산정하였으며, 이에 의해 생성되는 칼드웰-로렌스 차트를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타난 바와 같이, 가성소다를 주입하였으므로, 상수 원수에 칼슘 이온 농도는 증가하지 않았기 때문에 칼슘 이온 농도가 40mg/L인 것을 산정할 수 있다. 상수 원수에서 수산화이온의 농도가 5mg/L 증가하게 되며, 이로 인하여 알칼리도가 5mg/L 증가하여 47mg/L가 되며, 수산화이온 농도의 증가로 인하여 산도는 5mg/L가 감소하여 42mg/L가 되는 것을 산정할 수 있었다.
또한, 가성소다의 주입량에 따른 중간수의 수소이온농도는 산도 42 선을 연장하여 알칼리도 47 선과 만나는 교점 D를 읽은 결과 수소이온농도가 9.0이 되는 것을 확인할 수 있었다. 상기에서 산정한 바와 같이 칼슘 이온 농도 46 선, 알칼리도 47 선, 수소이온농도 9.0 선을 연결하면 가성소다의 주입에 의해 DEF로 둘러쌓인 삼각형 형태의 차트가 생성되는 것을 확인할 수 있었고, 이에 의해 중간수가 불포화 상태라는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 알칼리도 선과 수소이온농도 선의 교점 D을 통과하는 칼슘 이온 농도 선의 농도 15mg/L는 중간수의 칼슘 농도 46mg/L보다 낮으므로 중간수는 과포화 상태에 있으며, 따라서 침전이 일어날 수 있음을 예측할 수 있었다.
그리고, 중간수의 알칼리 선과 칼슘 선의 교점에서 수소이온농도를 읽어 포화 수소이온농도가 8.5인 것을 확인할 수 있었다. 상기 산정한 수소이온농도와 포화 수소이온농도의 차로 랑게리아 지수를 산정한 결과, 랑게리아 지수가 0.5인 것을 산출할 수 있었으며, 랑게리아 지수가 양수이므로 방식성의 수질을 나타낸다는 것을 예측할 수 있었다.
나아가, C2=1 선과 산도=42 선의 교점으로 포화 칼슘 농도(
)가 36mg/L인 것을 확인할 수 있었고, 중간수의 칼슘 이온 농도(
)는 46mg/L이므로, 중간수에서 10mg/L의 침전이 발생할 수 있음을 예측할 수 있었다.
Claims (9)
- 상수 원수(raw water)의 부식성 제어를 위한 처리를 컴퓨터나 전용의 하드웨어에서 실행시키도록 구성되는 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법에 있어서,
(a) 원수의 온도, 이온 강도, 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 측정하는 단계;
(b) 상기 단계(a)에서 측정된 원수의 온도, 이온 강도에 상응하는 칼드웰-로렌스 차트(Caldwell-Lawrence Chart)를 생성하는 단계;
(c) 상기 단계(b)에서 생성된 칼드웰-로렌스 차트를 이용하여 상기 원수의 이온 포화상태 여부를 결정하는 단계;
(d) 상기 단계(c)에서 결정된 원수가 이온 불포화 상태인 경우, 상기 원수의 부식성 지수를 산출하는 단계;
(e) 상기 단계(d)에서 산출된 부식성 지수를 이용하여, 상기 원수에 첨가되는 수질안정화제의 주입량을 산정하는 단계; 및
(f) 상기 단계(e)에서 산정된 수질안정화제의 주입량에 따라 원수와 수질안정화제의 혼합으로 생성되는 중간수(interim water)의 수질 변화를 예측하는 단계를 포함하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계(b)에서 생성되는 칼드웰-로렌스 차트는 상기 원수의 온도 및 이온 강도에 상응하는 상응상수를 이용하여 산출되는 복수의 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 단계(c)에서는,
상기 칼드웰-로렌스 차트에 포함된 복수의 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선 중 상기 단계(a)에서 측정된 수소이온농도, 칼슘이온농도 및 알칼리도에 각각 대응하는 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선이 한 점에서 교차할 때 상기 원수가 이온 포화상태에 있는 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 단계(c)에서는,
상기 칼드웰-로렌스 차트에 포함된 복수의 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선 중 상기 단계(a)에서 측정된 수소이온농도, 칼슘 이온 농도 및 알칼리도에 각각 대응하는 수소이온농도 선, 칼슘 이온 농도 선 및 알칼리도 선이 한 점에서 교차하지 않을 때 상기 원수가 이온 불포화상태에 있는 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계(d)에서 산출된 부식성 지수는 상기 원수의 수소이온농도와 포화 수소이온농도의 차이 값으로 산정된 랑게리아 지수(Langelier Index, LI)인 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계(d)에서 산출된 부식성 지수는 상기 원수의 칼슘 농도와 포화 칼슘 농도의 차이 값으로 산정된 탄산칼슘 침전능(Calcium Carbonate Precipitation Potential, CCPP)인 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 단계(f)는,
(ⅰ) 상기 단계(e)에서 산정된 수질안정화제의 주입량에 따른 상기 중간수의 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 산정하는 단계;
(ⅱ) 상기 단계(ⅰ)에서 산정된 상기 중간수의 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도에 따른 상기 중간수의 수질 변화를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 수질안정화제는 소석회(Ca(OH)2), 생석회(CaO), 소다회(Na2CO3), 가성소다(NaOH) 및 탄산가스(CO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의해 산정되는 상수 원수의 부식성 분석 및 수질 변화 예측 방법. - 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 이용한 수질 제어 시스템에 있어서,
상수 원수의 온도, 이온 강도, 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 측정하는 하나 이상의 감지부;
상기 감지부에서 측정된 온도, 이온 강도에 상응하는 칼드웰-로렌스 차트(Caldwell-Lawrence Chart)를 생성하고, 상기 칼슘 이온 농도, 알칼리도 및 수소이온농도를 이용하여 상기 원수의 이온 포화상태 여부를 결정하여, 상기 원수가 이온 불포화 상태로 결정될 경우, 상기 원수의 부식성 지수를 산출하는 연산부;
상기 연산부에 의해 산출된 상기 원수의 부식성 지수를 이용하여 원수에 첨가되는 수질안정화제의 주입량을 산정하는 제어부; 및
상기 제어부에 의해 산정된 주입량으로 상기 원수에 수질안정화제를 주입하는 공급부를 포함하는 수질제어 시스템.
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| JP2021021584A (ja) * | 2019-07-25 | 2021-02-18 | 新菱冷熱工業株式会社 | 金属材料の腐食性評価システム及びその方法 |
-
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|---|
| 1. 황병기., 우달식., "부식성 수질제어를 위한 수질안정화 모델 개발", 수처리학회지.(2014) |
| 2. 우달식., 명복태., 송시범., 남상호., 박영복., 임영룡., 이규성., 남연우., "탄산칼슘 포화지수와 Caldwell-Lawrence Diagram에 의한 침식성 평가" ,대한환경공학회,(2005) |
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