수온·유속 등에 따라 방청제 과다투입 우려돼
수도관의 부식
우리나라에서는 그동안 수돗물의 수질을 향상시키기 위하여 양질의 상수원 확보, 정수장의 시설개선에 지속적으로 노력하여 정수장에서 생산되는 수돗물의 수질은 상당히 향상되었다. 그러나 수돗물은 급수과정에서 배급수시설의 부식으로 인하여 적수, 탁수, 침전물질이 유출되거나 맛·냄새가 발생하여 아직도 수돗물은 국민들에게 신뢰를 받지 못하고 있다.
상수도 관로의 부식은 녹물의 발생뿐만 아니라 철, 구리, 납 등 인체에 유해한 중금속이 용출될 수 있으며, 수도관내에서 생물막이 형성되어 2차 오염을 일으키기도 한다. 또한 관 재질의 손상으로 인한 누수 현상 등 위생적 측면에서도 큰 영향을 초래하며, 상수도시설의 수명을 단축하여 보수 및 교체 등에 의한 경제적 손실도 아주 크다.
그래서 유럽에서는 수도관의 부식을 억제하기 위하여 pH를 조절하거나 부식방지제를 투여하고 있어 수도관중에는 100년 이상이 경과된 경우도 있다. 미국에서는 1930년대부터 인산염계방청제가 사용되었으며 '91년에 "납과 동에 관한 규정"이 제정되면서 방청제를 투여하는 정수장이 크게 증가하였다.
우리나라는 대부분의 수돗물이 연수이어서 다른 나라보다 부식성이 더 높으나 정수장에서는 부식억제를 위한 어떠한 처리도 하지 않고 있어서 수돗물에서 녹물이 나와 수돗물 불신의 중요한 요인이 되고 있고, 수도관의 수명도 선진국보다 현저히 짧다.
반면에 아파트와 대형건물은 건축 후 7∼10년이 지나면 수돗물에서 녹물이 나와서 불쾌감을 주고, 급수관에 관석(scale)이 생성되어서 열효율이 감소되고 심하면 관이 폐쇄되기도 하여 급수관을 보수하거나 교체하여야 한다.
그래서 부식을 억제하기 위하여 '70년대 초반부터 방청제를 사용하기 시작하였다. 초기에는 주로 수입품이 사용되었으나 '70년대 중반부터는 국내업소에서도 방청제를 식품첨가물로 허가를 받아 제조하여 공급하기 시작하였다.
일부 업소에서는 저질 원료를 사용하거나 제조기술이 미흡하여 사용 중에 과다하게 용해되어 인체의 유해성에 대한 논란이 일어나 보건사회부에서는 "급수용방청제 사용에 관한 지도 감독지침"을 제정하였으며 '86년에 공중위생법이 발효되면서 방청제를 수처리제로 지정하고 '87년에는 급수용 방청제의 규격 및 기준과 사용기준이 제정되었다.
그러나 현재 대부분의 아파트 등에서의 방청제 사용방식은 정량적으로 주입하는 방식이 아니고 급수라인의 중간에 방청제 투여시설을 하고 고형방청제를 넣어 방청제가 서서히 녹도록 하고 있어서 수돗물의 수온, 유속, 방청제의 품질, 투여방법에 따라서 방청제가 과다하게 투입될 우려가 있다.
부식에 영향을 미치는 인자
< 부식의 메카니즘 >
물중에서 금속의 부식은 기본적으로 전기화학적인 과정에서 일어나는 현상으로 금속이 처해 있는 환경이나 부식에 관여하는 제반요인에 의해서 부식형태는 전면부식과 국부부식(그림 1)으로 구분된다. 일반적으로 수용액중의 금속표면에는 전위차가 다른 부분이 혼재되어 있어, 국부전지가 무수히 활동하고 있다. 이 국부전지의 양극부(Anode)에서는 부식전류가 흐르면서 금속은 이온상태로 용출된다. 철의 경우에 그 양극부와 음극부에서 각각 아래 식과 같이 산화·환원반응이 일어난다.
전류가 금속에서 수용액으로 유출하는 표면을 양극, 반대로 수용액에서 전류가 금속으로 유입하는 표면을 음극이라고 부른다. 그리고 음극부는 고전위이고, 양극부는 저전위이다.
음극반응에서는 물의 pH와 DO농도에 따라 다르며 용액이 중성 또는 알칼리성일 경우에는 (2)식과 같이 산소소비형 부식이, 산성이면 (3)식을 거쳐 (4)식과 같이 수소발생형 부식이 일어난다. 중성, 알칼리성에서는 다시 음극부에서 발생된 OH -와 양극부의 Fe2+이 결합하여 수산화제1철을 생성한다. 수산화제1철은 다시 수중의 용존산소와 반응하여 불용성의 수산화제2철(붉은 녹)로 되어 침전되기도 한다.
붉은 녹(정확하게는 Fe2O3·XH2O)은 철의 부식에 의한 생성물이지만, 그 조성은 복잡하며 산소의 양이 충분하지 않을 경우에는 그 중간생성물의 자성산화물(Fe2O4·XH2O), 즉 검은 녹이 생성되는 경우도 있으며, 최종적으로는 X FeO + Y Fe2O3 + Z H2O으로 조성되는 것으로 알려져 있다.
부식의 전기화학적 이론은 여러 실험연구에 의해 확인되었다. 이 이론에 의하면 수용액중 금속표면에는 각종 원인에 의해 전위차를 다른 부분이 실제로 존재하고, 그 결과 많은 국부적 단락전위(短絡電位)가 형성되어 양극부에 해당하는 금속표면이 부식되는 것이다.
이러한 부식 전위를 형성하는 원인은 여러 가지가 있으나, 부내인자로는 금속의 조성, 조직, 표면상태, 내부응력, 온도차, 그리고 금속 측에서 일체의 불균일성 등이며, 외부인자로는 금속표면과 접촉하는 물의 이온농도, 용존산소량, 온도, 유속 등이 부분적으로 차이를 가질 때 국부전지가 된다.
또한, 다음과 같이 수소보다 이온화 경향이 큰(즉, 저전위) 금속의 경우에는 이른바 치환작용에 의해 물중의 수소이온이 방전하여 수소가 발생함과 동시에 금속이온이 용출함으로써 부식이 일어난다.
금속과 합금의 부식은 전기화학적 반응이다. 즉, 부식반응은 화학적 반응과 전자의 흐름을 수반한다. 상수도시스템에는 두 가지 기본적인 부식형태 즉, 갈바닉 부식과 전기분해 부식이 있다.
갈바닉 부식
갈바닉 전지에서 부식은 전극표면에서 발생하며, 그 곳에서 전자는 전기적 경로를 통과해 지나가면서 생성되는데 이 전극을 양극이라 한다. 그리고, 물, 토양 등의 전도용액을 전해질이라 하며, 전자가 흐르는 전극을 음극이라 한다. 양극, 음극, 전해질, 회귀전류경로(Return Current Path)의 네가지 요소들이 존재하여야 부식이 발생할 수 있다.
전기분해 부식
전기분해 분식은 갈바닉 전지의 부식원인인 양극, 음극, 전해질, 회귀전류경로의 네가지 요소외에 외부직류 전원을 필요로 한다. 전해부식은 토양이나 물에 노출된 금속에서 발생한다.
즉, 직류로 유지되는 열차나 지하철시스템은 만일 회귀전류경로로 계획된 레일 또는 시스템이 토양으로부터 완전히 절연되지 않으면 미주 전류원(Stray Current Source)이 될 수 있다.
전류가 관로로 유입되어 흐르는 지역은 보호되고(음극지역), 전류가 관로를 유출하는 지역이 부식된다(양극지역).
☞ 다음호에 계속
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