물의 분배과정에 커다란 역할을 하며 소비자의 물 이용에 가장 직접적인 영향을 주는 상수도관망이 양호한 상태로 유지되는 것은 상수도 서비스의 향상을 위한 필수 조건이다.
대부분 도시에서는 정수의 수질은 상당히 좋으나 배·급수관의 말단에서 문제가 생기는 경우가 적지 않다. 수도시설 중에서 배·급수계통의 수질관리는 시설의 광범위성과 긴 체류시간 및 지하 매설이라는 단점으로 인해 효과적이고 체계적인 관리가 힘든 형편이다.
정수장에서 생산된 양질의 수돗물은 배·급수관을 거치면서 병원성세균, 바이러스 등과 같은 미생물에 의한 재오염, 토양 등에 의한 부식 및 외부적 요인에 의한 누수와 관재질(철, 망간, 동, 아연 등)과 관련된 중금속류의 불용화 혹은 용출과 같은 물리·화학적 변화에 의한 수질저하로 수돗물 불신 등의 문제를 일으킬 수 있다.
관말의 수도꼭지 수질이 정수장에서 생산된 정수의 수질과 동일하기 위해서는 급수시설의 부식과 스케일 문제를 해결하는 것이 시급하다. 급수시설의 부식과 스케일 문제를 해결하기 위해서는 급수시설을 내식성 자재로 대체할 필요가 있으나 기존시설의 대체는 막대한 예산이 필요하며 장기간의 공사로 인한 상수도 공급의 불편 등 많은 문제가 야기된다. 그러므로 현재의 급·배수시설을 유지하면서 문제 발생을 최소화할 수 있는 정수 수질 연구의 필요성이 대두되며 또한 신관 구입 및 매설 시 수질과 외부적 조건(부식성 토양)에 적합한 수도관 재질 선정에 도움을 줄 수 있는 연구가 필요하다고 판단되어 이 연구를 시작하였다. 이 연구가 성공적으로 수행된다면 양질의 수돗물 공급은 물론 관교체 비용절감과 유수율제고에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
수도용으로 사용되는 관은 주철관, 닥타일 주철관, 강관 및 경질염화비닐관 등 재질과 규격이 다양하지만 본 연구에서는 스테인레스관과 동관, Hi-3P관의 3종으로 정했으며 각 관은 10㎝길이의 시편을 준비하여(동관은 30㎝길이의 시편을 함께 준비하였음, [그림 1]참고) 수돗물로 관내·외면의 오물을 제거하여 사용하였다.
각 관종별로 선정한 이유를 살펴보면 스테인레스관은 울산시에서 가장 많이 사용(2002년 12월 현재)하는 급수관{울산상수도사업본부, 상수도발전 경영기획 연구과제 결과보고서}이기 때문이며, 동관은 아파트의 주배관으로 사용량이 증가하여 청수 민원 사례 또한 증가하여 원인조사를 목적으로 선정하였다.
마지막으로 울산시의 바다 인접 지역에서는 관 외면에서 시작되는 관부식([그림 2])이 심한데 그 원인이 염분에 의한 것으로 추정되며, 이 지역에 알맞은 관종을 찾고자 해수 및 염수에 강한 내식성이 있다는 Hi-3P관을 선정하였다.(그래프 및 표에서 동관은 Cu, 스테인레스관은 S, Hi-3P관은 Hi로 표기)
또한 각 관종의 시편은 다양한 실험조건의 필요와 취급의 용이성을 위하여 [표 1]에 나타낸 규격으로 준비하였다.
■실험방법
관 부식과 관련된 연구는 소주제로 나누어 수행하였으며 각 소주제별로 사용한 약품과 대상시료수 및 기타 참고사항들을 [표 2]에 명시하였다.
관 부식의 원인을 수질측면에서 살펴보면 DO, 잔류염소, CaCO3 침전, 전해질의 활동, pH, 알칼리도, 미생물 등을 비롯하여 많이 있지만 본 연구에서 정한 소주제들은 약품투입과 관련된 정수장에서 인위적 제어가 가능한 항목을 위주로 하였다.
잔류염소와 pH는 정수장에서 조절이 가능하면서 또한 관을 부식시키는 인자로 작용할 수 있으므로 연구의 소주제로 정하였고, 염소이온(Cl-)은 정수장에서 임의로 조절할 수 있는 항목은 아니나 해수의 영향을 받는 지역에서 관 부식의 인자로 작용할 수 있어 소주제로 정하여 보았다.
2003년 10월 현재 울산시는 11개 정수장을 통하여 정수를 생산·공급하고 있는데 정수장에 따라 알칼리도 및 경도의 차이가 있어 알칼리도가 관 부식에 어떤 영향을 미치는지에 대해서도 조사해 보고자 소주제로 정하였다.
각 소주제별로 특정조건을 갖는 시료수에 수도관 시편을 접촉시킨 후 [표 2]의 항목을 중심으로 분석하였으며(스케일 용출 실험 제외), pH와 잔류염소 등 일부 항목은 관접촉에 의한 수질변화 이외에도 경과시간에 따라 변할 수 있기 때문에 특정조건을 갖는 시료수를 마개 있는 유리병에도 채워 대조수로 사용하였다.
따로 언급이 없으면 관 시편의 시료수 접촉은 BOD 인큐베이터(20℃)에서 이루어졌음을 밝혀둔다.
■분석항목 및 기기
관 시편을 접촉시킨 시료수에 대해 [표 3]의 항목을 분석하였고, 중금속류의 분석은 부식과 관련하여 용출될 가능성이 높은 노후관 검사항목인 Cu, Fe, Mn, Zn 4항목과 Pb로 정하였고 전기전도도(electric conductivicity)는 전류가 흐르기 쉬운 정도를 나타내는 값으로서 염류의 대강의 양을 알 수 있기 때문에 전해질 농도를 추정하는데 이용되며, TDS(용존고형물질)는 수치가 높으면 전기전도도가 증가되어 부식을 증가시키는 것으로 알려져 있다.
■잔류염소와 관종별 수질변화
<관종별 잔류염소 소비>
알칼리도가 18ppm인 정수1에 차아염소산나트륨을 투입하여 잔류염소 1.6ppm으로 만든 다음 각 관종의 시편내부에 시료수를 접촉시켜 1일 및 2일 경과 후의 잔류염소를 [그림 3]에 나타내었다. 각 관종 시편의 끝부분은 위생비닐팩으로 봉하여 공기의 유입을 방지하였다.
관종별 잔류염소 소비량은 동관〉스테인레스관〉Hi-3P관 순으로 높았으며 동관에 접촉된 시료의 경우 1일 경과 후 1.6ppm의 잔류염소를 모두 소비하고 0.0ppm의 잔류염소를 나타내었다. Hi-3P관은 잔류염소를 가장 적게 소비하였으나 2일 동안 잔류염소소비가 거의 없었던 유리병에 보관한 대조수와 비교하면 많이 소비하는 것으로 나타났다.
<관종별 pH, 전기전도도, TDS 비교>
가. 관종별 잔류염소 소비 실험과 같은 조건으로 각 관종의 시편 내부를 시료수에 2일간 접촉시켜 pH, 전도전도도, TDS를 측정한 값을 [그림 4]에 나타내었다.
관종별 pH는 Hi-3P관 〉 스테인레스관 〉 동관 순으로 높았으며, TDS는 동관〉Hi-3P관〉스테인레스관 순으로 높게 나타났고, 전기전도도는 Hi-3P관 〉 동관 〉 스테인레스관 순으로 높은 것으로 나타났다.
<관종별 중금속 용출 비교>
앞의 나. 실험과 같은 조건으로 실험하여 중금속류(Cu, Fe, Mn, Pb, Zn)를 측정한 결과를 [표 4]에 나타내었다. 대조수인 유리 접촉 시료수에서는 각각의 중금속들이 모두 불검출로 나타났으나 동관의 경우 0.147ppm의 Cu가 검출되었고, 스테인레스관은 Fe가 0.118ppm 검출되었고 Cu, Mn, Zn도 미량 검출되었다.
[저작권자ⓒ 이미디어. 무단전재-재배포 금지]
