[관정부식(Crown Corrosion)]

관정부식(Crown Corrosion)

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1. 개요

관정부식(Crown Corrosion)이란 배관내 하폐수의 용존산소(DO)가 모두 소모되면 혐기성조건에서 하폐수내에 존재하는 황산염 이온이 화안염 환원 미생물에 의해 황화물로 환원되고 황화수소(H2S)의 형태로 공기중에 유출되면서 호기성에서 황산으로 변환면서 관거 내부를 부식시키되는데 이것을 관정부식이라고 한다.

부식의 종류에는 화학적부식, 생물학적 부식, 콘크리트 자체의 부식등으로 분류되며 관정부식에 의한 여러 문제점이 발생하므로 부식을 방지할수 있는 대책을 마련해야한다.

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관정부식

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2. 부식의 종류

1) 화학적 부식 : 산,알칼리 성분의 하폐수 유입으로 인한 부식 발생

2) 생물학적 부식 : 배관내 하폐수의 DO 고갈로인한 혐기성 조건에서 H2S 발생 및 호기성 조건에서 H2SO4 생성으로 부식 발생, 해당 부식을 관정부식이라고 하며 대부분에 부식이 이에 속한다

3) 콘크리트 자체의 중성화 : 콘크리트 자체의 중성화로 인한 부식발생, 관거 매설지점에 따른 내외부요인으로 발생

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3. 관정부식의 단계

1) 1단계

배관내 하폐수 DO 고갈로 인하여 혐기성 조건으로 하수중에 황산염이 황산염환원 미생물에 의해 H2S로 환원되고 H2S는 공기중으로 상승한다.

(1) SO4^2- → S^2-

(2) S^2- + 2H^+ → H2S ↑

2) 2단계

혐기성 미생물에 의해 SO4에서 환원된 H2S는 다시 호기성 미생물에 의해 SO2, SO3로 산화됨

H2S + O2 → SO2, SO3

3) 3단계

(1) SO2, SO3는 관거내 수증기와 만나 H2SO4로 변환

(2) H2SO4는 콘크리트 표면에 농축되어 pH가 1~2에 도달하면 콘크리트의 주성분인 수산화칼슘과 반응하여 황산칼슘이 된다.

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4. 관정부식의 문제점

1) 관의 파열

2) 지하수 오염 우려

3) 관의 부등침하

4) 발생된 가스로 작업자의 위험 초래

5) 외면부식의 가속화

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5. 방지대책

1) 하수관거 라이닝 실시

2) 관거 내 주기적 준설 실시

3) 통풍, 환기로 혐기성조건 방지

4) 혐기성 미생물 살균을 위한 산화제 주입

5) 유속 증가로 DO 고갈 방지

6)철염주입 → Fe + S 결합되어 슬러지 형태로 제거, H2S 방지

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1. 부식 메커니즘

하수관거 시설의 황화수소에 의한 부식 사례는 압송관의 출구, 역사이펀, 맨홀의 단락부, 관내 저류

를 이용하여 유량조정 운전을 하는 펌프의 주변부 등에 많이 보고되고 있다.

황화수소의 생성 및 콘크리트 부식의 메커니즘은 다음과 같이 고려된다.

① 하수가 체류하는 개소에서 혐기상태가 되면 하수 중에 포함되는 황산염(SO42-)이 황산염 환원세

균에 의해 환원되어 황화수소(H2S)가 생성된다.

황산염 환원 세균

SO42- +2C+2H2O →H2S+2HCO3-

② 환기가 충분히 되지 않는 관거 내에서는 이들 황화수소는 외부로 확산되지 않고 기상 중에 농축

되어 콘크리트벽면의 결로 중에 재용해하고 거기서 호기상태로 유황산화 세균에 의해 산화되고

황산이 생성된다.

유황산화세균

H2S+2O2 →H2SO4

③ 이와 같이 2단계 생물 반응이 진행되고 콘크리트 표면에서 황산이 농축되고 pH가 1～2로 저하

되면 콘크리트의 주성분인 수산화칼슘이 황산과 반응하여 황산칼슘이 생성된다.

Ca(OH)2 +H2SO4 →CaSO4․2H2O

④ 황산칼슘(CaSO4․2H2O)는 다시 시멘트 경화체중의 알민산 3칼슘(3 CaO․Al2O3)과 반응하여

에트린가이트(3 CaO․Al2O3․3CaSO4․32 H2O)를 생성한다. 에트린가이트는 생성시 결합수를

받아들이고 크게 팽창한다. 이 팽화에 의해 콘크리트가 부식하고 붕괴한다.

3 CaSO4․2H2O+3CaO․Al2O3 +26H2O →3CaO․Al2O3․3CaSO4․32 H2O