‘파이프와 맨홀’ 내용연수 채우지 못해
일본의 공공하수도 정비는 매년 계속하여 진행되고, 평성 11년도(1999년)에 보급률 60%를 넘긴 실정이다. 하수도 구조물에는 원래 콘크리트 제품이 많이 사용되어졌고, 이것들의 내용연수는 50년이라고 불리나, 파이프와 맨홀로 내용연수를 무사히 채우지 못하였고, 빠른 케이스는 공용개시 후 10년에 부식이 발생하는 케이스가 무수히 보고되고 있다. 콘크리트의 부식은 다음의 경우에서 일어난다고 생각할 수 있다.
첫째, 공장, 병원, 학교 등에서 직접 유입하는 화학약품에 의한 경우, 둘째, 온천지에 있어서 수질이 산성이거나 황산염, 탄산염의 함유량이 많은 온천수가 유입되는 경우, 셋째, 해안부에서 해수가 유입되는 경우, 넷째, 구 탄광지와 온천지 등의 산성토에 관을 이설하는 경우다.
그러나 최근의 부식 사례에서는 일반주택지와 유입이 없는 하류측의 간선에서의 부식 쪽이 많고, 각 방면의 조사, 연구 결과, 부식의 대부분은 황화수소의 발생을 동반한 것임이 입증됐다.
황화수소 발생에 의한 시멘트 콘크리트 부식의 메커니즘
황산염 또는 유황함유화합물의 황화수소(황화물)에의 환원
황화수소의 환원의 대부분은 관로내의 생물 스라임 층, 또는 관로의 인버트 부에서의 퇴적오니에서 일어나고, 스라임 층의 두께는 0.3~1.0mm 정도이다. 통상의 유하속도라면, 유수 안의 용존산소량이 0.1mg이하에서 황화수소가 유수 안에 방출된다. 용존산소량이 0.1mg/l이상이면, 스라임 층에서 발생한 황화수소가 산소에 의해 산화되고, 황화수소는 발생하지 않는다.
그러나 흐름이 정지해 있거나, 또는 천천히 흐를 경우, 국소적으로 관로벽면 가까이에서 혐기성의 상태가 나타나, 유수중의 용존산소량이 수mg/l이어도 유화수소가 유수 안에 방출된다.
황화수소의 생성속도는 다음의 인자에 의해 결정된다. 첫째, 유기물 및 영양염수의 농도, 둘째, 황산염농도, 셋째, 용존 산소량, 넷째, pH, 다섯째, 수온, 여섯째, 유슈의 속도, 일곱째, 체류시간이다.
▶ 유기물 및 영양염수의 농도 - 하수중의 배수 물과 생활배수가 주체가 되고, 온도가 높아지면 황화수소의 생성속도도 커지게 된다. 유기물 및 영양염수의 농도는 BOD와 비례관계가 되고, 황화수소의 생성속도는 BOD의 0.8승에 비례하고 있다.
BOD가 커지는 만큼, 유수중의 용존산소의 소비속도는 커지고, 혐기상태가 된다. 즉, 황화수소의 생성속도가 커진다.
▶ 황산염농도 - 일반적으로 우리나라의 유입하수 중의 황산염농도는 20mg/l~40mg/l의 범위에 있지만, 이만큼의 농도가 있다면 황화수소의 발생에는 충분한 농도이다. 황산염은 특수한 배수 안에 포함되어있는 것이 아니라, 수돗물과 세제 안에서도 20mg/l이상 포함되어 있다.
다음 표의 관동의 모시에서 하수안의 황이온 농도와 그 비율을 가리키듯, 하수 안에 유황성분으로 큰 부하를 주고 있는 것은 배설물만아니라, 세제와 산성비를 동반한 수돗물 쪽이 훨씬 크다.
▶ 용존산소량 - 큰 간선에 있어서는 경사는 일반적으로 작고, 수심은 깊다. 이것에 의해 재폭기 속도는 감소함과 동시에 간선에 모인 지선의 유하시간도 길어지기 때문에, 산소소속도도 크고(5`10mg/시), 예를들면 호칭지름 600(φ), 관 유속 0.6ㅡ/sec의 관로에 있어, 만약 수표면에서의 재폭기만이 산소공급방법으로 한다면 용존산소량은 0에 가까워진다. 용존산소량이 0.1mg/l이하의 혐기상태에서는 황화수소가 유수 안에 방출된다.
▶ pH - 황화수소를 발생시키는 황산환원세균은 pH가 5.5`~9.0에서 생존 가능하고, 생존가능한 최고 pH는 7.5`~8.0과 알칼리 쪽이다.
▶ 온도 - 황화수소의 생성속도는 30°C까지의 온도라면, 1°C의 상승온도에 대해 7% 상승한다. 즉, 온도가 10°C 상승하면, 반응속도는 2배가 된다. 최근, 온수기의 사용 등으로 생활배수의 온도가 상승해 이것이 최근 황화수소의 발생을 증대시키고 있다고 생각한다.
▶ 유속 - 황화수소의 생성속도는 하수의 유속에는 직접영향을 주지 않는다.
그러나 주의를 요하는 것은 공용개시 직후 설계유량에 대해 유량이 적어 유속이 잡히지 않기 때문에, 청소력이 저하해가고, 유기성의 고형물이 관 밑에 축적하고, 호기적인 조건이 갖춘 경우에는 축적물을 황산염의 환원, 즉, 황화수소발생의 알맞은 곳이 된다.
<자료제공 : (사)한국레진콘크리트협회>
☞ 다음호에 계속
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