수질기준

바이오가스플랜트에 종사하는 사람이라면 수처리를 모르면 안됩니다.

왜냐하면 도시형이나 도농복합형의 경우 소화조후단의 발효액비를 수처리를 해야하기때문입니다.

아래는 수처리와 관련된 자료이오니 읽어보시면 많은 도움이 될 것입니다.

 

수질기준

1. 개 요

  하천 수질보전을 위하여 적용하고 있는 방법은 대상하천에 대한 수질기준을 설정하여 외부 오염원에 의한 하천 수질의 오염을 방지하는 방법과 유역의 각 오염물질 배출원으로부터 배출되는 오염물질을 직접 규제하는 방법이 있다.

2. 하천 수질보전 방법

 1) 하천 수질기준

   하천 수질기준은 수역별 용도에 따라 목표수질을 설정한 후 유역으로부터 배출되는 오염물질의 량, 하천의 수질 및 유량, 자정작용 등을 종합적으로 고려하여 유입되는 총 오염물질의 량을 규제하는 방법이다.

이 방법은 요구되는 하천의 수질을 유지할 수 있으며 각 오염물질 배출원별로 적정한 처리정도를 결정하여 방류가 가능하기 때문에 경제적인 처리가 가능한 장점이 있다.

반면에 하천 수질기준을 달성하기 위해서는 하천의 특성, 유역의 오염물질 배출특성 등의 상세한 조사가 이루어져야 한다는 단점이 있다.

 2) 방류수 수질기준

   하천의 수질보전을 위하여 각 오염물질 배출원에 일률적으로 방류수 수질기준을 설정하여 적용하는 방법이다.

이 방법은 실제 하천의 수질을 요구하는 정도까지 유지하기 어려운 단점이 있으나 배출원으로 부터의 엄격한 규제를 실시하여 하천으로 유입되는 오염물질 부하량을 저감시킬 수 있다.

 3) 효율적인 하천수질보전 방법

   하천의 수질을 보전하기 위해서는 하천 수질기준과 방류수 수질기준이 상호 보완적인 관계를 가져야 한다. 즉 방류수 수질기준을 설정할 때 방류수역의 하천 수질기준을 달성하기 위한 조사가 선행되어야 한다.

즉 하천의 수문학적 특성(갈수량, 저수량), 하천의 자정능력 조사, 유역의 오염물질 배출형태(배출원별 유량, 수질 및 시간적 변화)조사가 선행되어야 한다.  이런 조사를 기초로 하천유량에 의한 희석효과, 하천의 자정능력을 고려하여 하천 수질기준을 달성할 수 있는 방류수 수질기준을 설정하여야 한다.

 3. 우리나라의 수질기준

   1) 수질환경기준

   우리나라는 수역별, 항목별로 수질환경기준이 설정되어 있는데 수역별로는 하천, 호소로 구분하고 항목별로는 생활환경기준인 pH, BOD, COD, SS, DO, 대장균군수, 총질소, 총인 등 8개 항목과 사람의 건강보호기준인 Cd, As, CN, Hg, 유기인, Pb, 6가크롬, PCB, 음이온계면활성제등 9개 항목으로 구분하고 있다.  또한 등급별로는 하천․호소에 5개 등급(Ⅰ~Ⅴ)으로 구분하여 각각 기준을 차등설정하여 관리하고 있다.

 

등급	이용목적별 적용대상	하천수질환경기준
		pH	BOD (㎎/ℓ)	SS (㎎/ℓ)	DO (㎎/ℓ)	대장균군수 (MPN/100㎖)
Ⅰ	상수원수 1급 자연환경보전	6.5-8.5	1이하	25이하	7.5이상	50이하

                                                         

등급	이용목적별 적용대상	호소수질환경기준
		pH	COD (㎎/ℓ)	SS (㎎/ℓ)	DO (㎎/ℓ)	대장균군수 (MPN/100㎖)	총 인 (㎎/ℓ)	총질소 (㎎/ℓ)
Ⅰ	상수원수 1급 자연환경보전	6.5-8.5	1이하	1이하	7.5이상	50이하	0.010이하	0.200 이하

 

 2) 수질규제기준

   수질규제기준은 환경기준을 달성하기 위한 규제수단의 하나이며 그 대표적인 것으로는 배출허용기준과 방류수 수질기준이 있다.

  ① 배출허용기준

    배출허용기준은 개별배출업소에 적용하는 규제기준으로서 환경기준과 하천의 자정능력을 감안하여 설정하고 있다.  지역별로 4단계(청정, 가, 나, 특례지역)로 구분하여 적용하고 있으며, 또한 BOD, COD, SS의 경우 폐수배출량 2,000㎥/일 이상과 미만으로 구분 설정함으로써 폐수배출허용기준을 지역별, 규모별로 차등 적용하고 있다.

따라서 폐수배출량 2,000㎥/일 이상의 폐수 다량 배출시설은 더욱 엄격한 배출허용기준을 적용받게 되어 농도규제방식에 양적규제방식을 부분적으로 병행하고 있으며, 특례지역에 해당되는 공단이나 농공단지내에서 종말처리시설에 폐수를 유입하는 배출업소에 대하여는 별도의 기준을 고시할 수 있도록 되어 있어 이리공단 등 17개 공단과 율대농공단지등 10개 농공단지내 배출업소는 별도로 완화된 배출허용기준을 적용받고 있다.

또한 1997년부터는 호소의 부영양화 방지를 위하여 환경부장관이 지정고시한 팔당댐, 대청댐, 낙동강하구언 유역에 대하여는 총질소, 총인의 배출허용기준을 적용하도록 하고 있다.  -->배출허용기준은 수역이용상황 및 오염원분포 등을 감안하여 지역별로 차등을 두어 설정한다.

  ② 방류수 수질기준

    폐수 배출허용기준이 개별배출시설에 적용되는 규제기준이라고 볼 때 방류수 수질기준이란 하수․폐수 및 분뇨처리시설과 같은 종말처리시설에 적용되는 기준으로 BOD, COD, SS등 3개 항목을 적용한다.

구 분	생물학적 산소요구량 (BOD)	화학적 산소요구량 (COD)	부유물질량 (SS)	기타
하수종말처리장	20이하	40이하	20이하	총질소: 60이하 총인 : 8이하
폐수종말처리장	30이하	40이하	30이하

 

수질환경 설정하는 지표

  1. 개요

수질은 사용하는 목적에 따라 그 정의가 달라지므로 완전히 정의하는 것은 어려운 문제이므로 물을 사용하는 목적에 따라 여러 가지 불순물을 질적으로 표시하기 위한 수질환경 기준을 설정하는데 생물학적 물리적 이화학적인 지표를 이용한다.

2. 수질환경 설정에 필요한 지표

오염의 정도를 정하기 위한 세균등의 생물학적 지표, 색도, 탁도등의 물리적 지표, BOD, COD등의 이화학적 지표로 세분하며 오염이 점차 심화되어 가므로 더많은 지표들이 추가 될 것이다.

  1) 생물학적 지표

① 대장균군

대장균군(coliforms)과 분원성대장균군(fecal coliforms), 그리고 대장균(E. coli)은 미생물의 분류상 구분이라기 보다는 검사방법에 의하여 구분되는 특징을 갖는다.  대장균은 분원성 대장균군에 포함되고 분원성 대장균군군은 대장균군에 포함된다.  

대장균군은 세균분류상 Enterobacteriaceae 에 속하는 세균으로서 담즙염(bile salt)이나 이와 비슷한 성장억제 표면활성제의 존재하에서 36-37℃에서 유당을 분해하여 산과 가스를 생성하는 그람 음성, 비아포성 간균으로 oxidase음성인 세균을 총칭한다.

대장균군은 Escherichia, Citrobacter, Klebsiella, Enterobacter등이 포함되는 가장 오래된 지표미생물로 거의 모든나라의 수질 기준에 가장 보편적으로 사용되고 있다.  가장 많은수가 검출되므로 가장 큰 폭의 안전도를 제공하여 먹는물 처리수에서 중요한 지표세균으로 사용되고 있다.  그러나 분원성이 아닌 세균이 많이 포함되기 때문에 분원성 오염의 지표로서는 더 이상 신뢰성 있게 사용되지 않는다.

분원성 대장균군은 대장균군과 같은 정의에서 배양온도가 44℃로 높기 때문에 열저항성 대장균군이라고도 한다.  대장균군이 분원성 오염에 대한 특이성이 온도가 높은 계절이나 지역에 따라서 아주 떨어지므로  온혈동물의 장내온도를 감안하여 자연환경에 있는 세균의 성장을 억제하면서 장내세균이 자랄 수 있는 온도에 배양함으로서 분원성 오염에 대한 지표성의 신뢰성을 높인다.

장점

 검출이 용이

 동물의 배설물에 항시 존재

 병원균보다 저항성이 높음

 시험 분석이 용이

 인간에게 위험하지 않음

단점

 바이러스보다 소독에 약해서 바이러스에 대한 대표성이 떨어짐

  대장균수는 나타내기위한 MPN은 최적학수 또는 최확수라고 하며 시료 100ml 내에 존재하는 균의 수를 말하며, 확률적으로 그 수치를 산정하는 것으로 이론상 가장 가능한 수치를 말한다.

대장균균의 정량시험법으로 공식은 Tomas  근사식으로 전부 양성으로 나타난 시료는 제외하고 계산한다.

현행기준에 대한 제안

   현행 대장균군 기준에  분원성 대장균군이나 대장균 추가를 제안

 - WHO, 유럽기준 모두 분원성 대장균군이나 대장균을 검사하도록 함

 - 미국은 대장균군을 검사한 후에 양성이면 분원성 대장균군이나 대장균을 검사 확인하도록 하여 실질적으로 검사하는것과 같음

- 장점: 대장균군이 높게 검출되어도 분원성 오염이 아닐 수 있으므로 좀더 확실한 대장균이나 분원성 대장균군을 첨가함으로서 불필요한 우려를 불식시키는 효과를 기대할 수 있슴.

 우리의 대장균군 기준, 50ml에 불검출을 100ml로 확대제안

 - 일본을 제외한 거의 모든나라와 WHO기준에 100ml 검사하도록 되어 있음.

 - 장점: 검사에 커다란 추가 노력이 필요 없으며, 불필요하게 완화기준의 인상을 줄 필요가 없이 기준을 선진국의 수준으로 강화함으로서 먹는물에 대한 신뢰감을 높임

 ② 일반세균

음용수 수질기준에는 1㏄당 100을 넘지 말아야 한다.

 2) 이화학적 지표

①DO

대기는 질소 78.1%, 산소 21%로 구성되어 있으며 대기중의 산소는 물속으로 흡수 분산된다. 수중의 DO는 20℃ 1atm에서 9.17ppm이 포화 농도이다. 이 수중에 녹아있는 산서를 용존산소라고하며 수중에 불순물의 농도에 따라서 달라지므로 수질 오염의 중요한 지표로서 이용된다.

② BOD

수중의 유기물을 호기성 미생물이 분해, 섭취하여 세포를 합성하는데 필요한 산소량을 말하며 수중의 유기물의 농도를 간접적으로 나타내는 지표이다.

실험실에서는 관습적으로 20℃에서 5일간 배양 후 소모된 산소량을 측정하는데 이를 5일 BOD 라고 하며 통상 BOD라면 이를 의미한다. 약 20일간 배양하였을때 대부분의 유기물이 분해되며 이때의 BOD를 최종 BOD라고하며 질소화합물이 혼합된 경우 7~10일 후에는 질소화합물의 산화가 진행되며 이때의 BOD를 NBOD 라 한다.

대개의 경우 질소화합물이 산화되기 전까지 처리하여 방류하므로 1단계 BOD는 1차 반응으로 나타난다.

C : 유기물질의 농도

k : 상수

t  : 반응시간

여기서 C를 L로 표현하면

적분하면

L : t일 후의 잔존BOD

: 최초의 전 BOD

t  : 분해 기간(일)

소모된 BOD의 계산

③COD

COD는 BOD와 마찬가지로 수중의 유기물을 간접적으로 측정하는 방법으로서 유기물을 과망간산칼륨이나 중크롬산나트륨의 산화제로 산화 시키는데 소모되는 산화제의 양을 산소로 환산한 값이다. BOD 는 측정 시간이 5일 이상인데 반하여 COD는 2시간이면 측정 가능하다.

④ SS

부유물질은 무기물 유기물을 함유하는 고형물로서 그 크기는 0.1㎛이상이다. 시료을 공극이 0.1㎛인 여과지를 사용하여 여과되지 않는 부분을 105℃에서 2시간 건조 시킨 후 측정한다

⑤ 합성 세제

합성세제가 수중에 존재하면 맛과 거품을 유발하며 유기물 처리 시 DO 전달, FLOC 의 해체등의 문제를 일으키며 점오염원의 경우 인의 대부분이 합성세제를 통하여 배출된다.

⑥ 알카리도

산을 중화시키는 척도로서 수중의 수산화물(), 탄산염(), 중탄산염()의 형태로 존재하는 알카리를 로 환산하여 나타낸 값이다.

⑦ 중금속류

6가 크롬, 비소, 카드뮴, 구리, 수은등의 중금속을 들수있으며 흡입시 만성중독을 일으키거나 발암물질로 알려져 있으며 상기외에도 오염이 심화되어 감에 따라 더 많은 항목들이 추가되어지고 있으며 앞으로도 더 많은 항물들이 추가 되어 질 것이다.

3) 물리적 지표

물리적 지표는 미관이나 기분 때문에 기준으로 설정되는 것으로 맛, 색도, 탁도, 온도등이 있다.

색도 : 염화 백금(Chloroplatinte) 1㎎/ℓ가 1도이며 미관적인 문제이다.

탁도 : 규조토 1㎎/ℓ가 1도이며 빛의 투과에 따른 광합성의 여부가 문제가 되며 virus의 존재 여부의 가접적 지푤 이용 가능

온도 : 생물 반응 속도와 연과이 있으며 열폐수가 방류되는 경우 DO가 고갈되어 저소 생물이 사멸되는 경우가 발생

  3. 하천, 호소, 해역의 이화학적 수질 기준의차이점

1) 하천 :

- BOD를 설정하고 COD를 설정하지 않음

-이유

① 하천에 유기물이 유입되면 수중의 미생물에 의해 유기물이 분해 정화되므로 BOD가 유기물에 의한 용존산소의 구도를 잘 나타낸다.

② 우리나라 하천은 길이 짧아 유입 유기물이 완전히 분해되지 않고 바다로 방류되므로 분해가 제대로 이루어진 상태에서 분석하는 COD는 의미가 없음

- T-N, T-P의 기준 설정하지 않음

- 이유

상수 원수 사용시 필요하나 하천은 특성상 여러조건에 따라서 그 값이 달라지므로 큰 의의가없음

2) 호소

- COD를 설정하고 BOD를 설정하지 않음

-이유

① 식물성 프랑크톤의 대량 증식과 광합성 작용에 의하여 오염도가 낮은데도 BOD가 높게 나오거나 변동이 심하여 오염도를 파악하기 어려움

② 영양염류등에 대한 오염물 지표는 COD가 대표적

  3) 해역

- COD를 설정하고 BOD를 설정하지 않음

- 이유

① 영양염류등에 대한 오염물 지표는 COD가 대표적

③ 식물성 프랑크톤에 의한 산소의 생성, 유기물 분해시 산소의 소비등으로 BOD값의 대표성이 없음

- N-H

해양 유류 사고등에 의한 오염 방제를 위한 지표

Oxygen Sag Curve

 하천에 오염물질이 유입되고 재포기(reaeration)가 일어났을 때 물의 흐름에 다른 DO 부족량의 단면도는 스푼모양을 이룬다. 이 곡선을 DO 부족곡선이라 한다. 산소부족량(Oxygen Deficit)이란 주어진 수온에서 포화산소량과 실제 용존산소량의 차이를 말한다.

1) 유기물의 분해(탈산소량)

 하천 중의 유기물은 하천의 중요 산소 소비원으로 미생물에 의한 호기성 분해로 1차 반응으로 표현하며 경과시간에 따른 잔류유기물량(농도)은 반응속도에 비례한다. 즉, 유기물질 농도가 감소함에 따라 반응속도가 감소하며 다음과 같다.

  dLt / dt  =  -K1․L

  dLt / L   =  -K1․dt

  ∫(dL/L)  =  -K1∫dt   t : 0 → t,  Lo → Lt

   [ln L]   =  -K1[t]

   ln Lt - ln Lo  =  -K1(t - 0)

   ln (Lt/Lo) = -K1․t

   Lt  =  Lo․e^(-k1․t)

여기서, Lt : t일 후의 잔존 BOD

       Lo : 최초의 전 BOD

            최종 BOD(BODu)

       K1 : 탈산소계수(BOD 감소속도),1/day

        t : 분해기간, days

2) 재포기량

 시간 t에서 대기로부터 수중으로의 산소용해율은 수온, 산소부족량, 수면교란 상태, 불순물의 농도에 따라 변하므로 다음과 같이 미분방정식으로 쓸수 있다.

         dDt / dt  =  -K2'․Dt

  여기서 Dt : 시간 t에서의 산소부족량, K2 : 재포기계수

  t = 0, Dt = Do 하여 적분하면

         ln Dt - ln Do  =  -K2'․t

         ln (Dt/Do)  = -K2'․t

         Dt = Do․e^(-K2'․t)

         K2 = 0.434K2'

         Dt = Do․10^(K2․t)

   여기서 Dt : 시간 t에서의 산소부족량

        Do : 초기 DO 부족량

        K2 : 재포기계수

K2는 주로 수심의 함수이고 수온, 유속, 하천의 교란상태 등에 의하여 영향을 받으며 20도에서 유속이 빠른 하천의 경우 0.5까지, 유속이 낮은 큰 하천의 경우 0.15-0.2 정도, 흐름이 없는 호소에서는 0.05 정도 이다.

3) 식의 유도

하천의 BOD 량을 L, 탈산소계수를 K1, 재포기계수를 K2라 하여 산소부족량을 써 보면

  dDt/dt  =  K1'․L  -  K2'․Dt

위 식을 적분하여 정리하면

          K1'․Lo

  Dt  = ---------- {e^(-K1't) - e^(-K2't)} + Do․e^(-K2't)

          K2' - K1'

K1 = 0.434K1', K2 = 0.434K2'를 사용하여 상용대수로 바꾸면

          K1․Lo

  Dt  = ---------- {10(-K1't) - 10^(-K2't)} + Do․10^(-K2't)

          K2 - K1

 상기의 식을 이용하면 하류 지점에서 (1) 수온 (2) 상류에서의 DO 및 BOD(Do, Lo) (3) 하천의 탈산소계수(K1) (4) 하천의 재포기계수(K2)의 값을 알 때, 하천에 오염물이 유입될 경우 t일 후의 산소부족량, 또는 DO 농도를 구할 수 있다.

4) 임계점의 좌표계산

임계시간 tc는 DO 곡선식의 dDt/dt = 0 일 때의 시간이며, 임계점은 용존산소곡선에서 D

O가 가장 낮은 점이다.

dDt/dt = 0에서 tc 및 Dc를 구할 수 있다.

 E : 임계점

 F : 변곡점

 Do : 초기 t = 0 일 때의 DO  부족량

 Dc : 임계부족량

 DL : 변곡점에서의 DO 부족량

 tc : 임계시간

 tl : 변곡점까지의 시간

 A - C : 탈산소곡선

 D - B : 재포기곡선

NOD(Nitrogenous Oxygen Demand)

폐하수의 오염정도를 측정하기 위하여 유기물질의 종류를 일일이 분석하지 않고 호기성 미물이 합성 또는 산화시키는 데 필요한 산소량을 측정하여 유기물질의 량을 간접적으로 측정하며 관습적으로 시료를 20도에서 5일간 배양하여 소모된 산소량을 측정하는데  이를 BOD라 한다.

탄소화합물에 의한 BOD를 CBOD(Carbobaceous BOD)라 하며, 배양기간이 7-10일 이후에는 탄소화합물에 의한 BOD 외에 질소화합물의 산화 즉 질산화가 발생하는데 이를 질소BOD (Nitrogenuos BOD)라고 하며 또는 NOD(Nitrogenus Oxygen Demand)라고 한다.

그러므로  BOD 시험 중에 BOD 병 내에 질산화를 일으키는 미생물이 존재하면 탄소화합물에 의한 BOD 보다 높게 나타난다.  도시하수와 같이 BOD가 높은 경우에는 질산화가 잘 발생하지 않으나 처리수에서는 질산화가 일어나는 경우가 있다.  질산화는 질산화미생물에 의하여 질산성 질소가 산화되는 과정을 말한다.

질산화 반응은 Nitrosomonas에 의하여 NH4를 NO2로 전환하는 반응과 Nitrobactor에 의하여 NO2를 NO3로 전환하는 반응이다.

                                 Nitrosomonas

                NH4  +  1.5O2    -------→   NO2  +  H2O  + 2H

                                  Nitrobactor

                NO2  +  0.5O2    -------→  NO3

             ------------------------------------------------

                NH4  +   2O2     ------→   NO3  +  H2O  +  2H

 

질산화 반응에서 생성되는 에너지는 질산화 미생물이 CO2, HCO3-, CO3-- 등과 같은 무기탄소원으로부터 자신에게 필요한 유기물질을 합성하는데 사용된다.

상기 식에서 1g의 NH4를 산화시키기 위해서는 4.6g의 산소가 필요하며 7.1g의 알카리도가 소모된다.

Langelier Index

  물의 부식성과 스케일 형성을 판별하기 위하여 가장 일반적으로 사용하는 지수로, 물의 실제 pH와 이론적 pH(수중의 탄산칼슘이 용해도 석출도 되지않는 평형상태의 pH)의 차를 말하며, 탄산칼슘의 피막형성 여부를 판별할 수 있는 지수로 랑게리어 지수 또는 포화지수라고 하며, 수중에 탄산칼슘이 포화되어 있어 침전물을 형성할지 반대로 물이 부식성을 가지게 되는 지를 나타내며 다음과 같이 정의된다.

      LI = pH  -   pHs

 여기서 pH  : 실측된 pH

        pHs : 포화시의 pH(탄산칼슘이 수중에서 평형을 이룰때 주어진 칼슘농도와 알카리도에서의 PH-탄산칼슘 포화 지수)

              = 8.313 - log[Ca++] - log[A] + S

              = 

                : 2차 해리상수

                : solubility product constant respectively for calcium carbonate

        [Ca++] : me/l로 나타낸 칼슘이온량

            A : me/l로 나타낸 알카리도

            S : 용해성 물질에 따른 보정치

       

상기 계산결과가 pH >pHs 이면, 즉 실측치가 포화치보다도 크면 CaCO3의 과포화로 침전물이 형성된다.  또 pH <pHs 이면, 즉 실측치가 포화치 보다 작으면 불포화로 부식이 발생된다고 판단할 수 있다.

즉 LI >0 : 탄산칼슘의 석출(침전물의 형성)

   LI = 0 : 평형상태

   LI <0 : 부식의 발생

랑게리어 지수는 물의 pH, 칼슘이온량, 알카리도 및 용해성 물질량으로 결정되어 지며, 온도 1도 상승시 1.5×10^(-2) 증가한다. 

CODCr과 CODMn을 비교하고, 우리나라의 문제점, 향후과제

COD는 Chemicl Oxygen Demand의 약자로서 화학적 산소요구량을 말한다. 수중에 피산화성 물질 (주로 유기물)을 산화제(, )를 이용 화학적으로 산화시킬 때 소비되는 산소의 양으로 나타낸 값이다.

COD는 BOD와 더불어 수중의 유기물 함유량을 측정하기 위한 중요한 척도이다. COD 실험에 사용되는 산화제는 중크롬산칼륨과 과망간산칼륨인데 공정시험법에 의하면 이들 산화제를 일정과잉량 가해서 일정시간 정치하여 두었다가 소비된 산화제의 양을 산소로 환산하여 표시한다.

COD는 유기물질의 양을 추정하는 것을 목적으로 하나 측정에는 아질산염(), 제1철염(), 유화물() 등의 무기물, 환원성 물질이 포함되나 안정한 유기물은 유기물 측정치에 포함되지 않는 것도 있다.

BOD 실험이 5일이나 걸리는 것과는 달리 COD는 2시간으로 측정이 가능하며 BOD값을 모르는 폐수에는 흔히 COD 실험을 하며 COD값은 BOD 값보다 크거나 같아야 한다. COD가 BOD  보다 큰 경우 폐수가 생물학적으로 분해 불가능한 물질을 함유하거나 미생물에 독성을 끼치는 물질을 함유한다는 것을 말하고 BOD가 COD 보다 큰 경우에는 BOD 시험 중에 질산화가 발생하였거나 COD  실험에 방해되는 물질이 함유되어있음을 말한다. 산화제 중 는 유기물의 약 60% 정도를 분해하고 은 약 80%를 분해하여 COD를 나타낸다.

현재 하수처리장에서 COD의 분석은 과망간산칼륨법을 이용하는데 측정한 COD값이 BOD와 같거나 낮게 나타나고 있는 실정이다.  이는 수중에 존재하는 환원된 이온들이 존재하여 측정 오차를 만들기 때문이다. 그러므로 COD 분석을 할때는 이런 환원된 이온들의 영향을 없애고 실험하여야하며 또한 과말간산칼륨은 산화력이 약하므로 수중에 존재하는 유기물을 적절히 분해시키지 못한다.

이런 상황에서 COD 실험 방법을 중크롬산칼륨법을 병행하여 적절한 운전인자를 착아내는 것이 타당할 것이다.

COD 실험법

COD는 시료에 산화제를 넣어 일정한 조건하에서 반응시킨다음 이때 소비된 산화제의 양으로부터 산소의 양을 환산하여 나타내는 시험방법으로서 사용하는 산화제의 종류 및 농도, 액성, 가열온도, 가열시간 등에 따라 여러 가지의 시험방법들이 이용되고 있다.  그러나 현행 수질오염 공정시험방법에서는 산성 및 알카리성에서 과망간산칼륨(100℃)에 의한 COD 시험방법을 채택하고 있으며 그 반응식은 다음과 같다.

 - 산성법 (담수, 폐수 시료의 경우)

       

 - 알칼리성법(해수시료의 경우)

 COD시험은 제반반응조건에 따라 측정값에 큰 영향을 미치므로 규정된 시험방법의 조건들을 정확히 따라야 한다.

(가) 산성 100℃ 과망간산 칼륨에의한 화학적 산소요구량

중크롬산나트륨에 의한 측정법

이 방법은 酸化劑로서 중크롬산칼륨()을 사용하는 試驗 方法으로 과망간산칼륨에 의한 방법과는 달라서 많은 종류의 有機物을 酸化하는 비율이 크며 재현성도 좋다. 그 때문에 이론적 산소요구량이나 최종 BOD의 근사치로서 사용되고 있다. 이 방법에 의해서는 대부분의 有機物이 80 ~ 90% 분해되지만, 직쇄지방족 화합물,방향적 탄화수소, 피리딘등의 환상 질소화합물의은 거의 분해되지 않는다. 수중에 염소이온등이 있을때, 중크롬산에 의한 염화물의 酸化로 아주 높은 COD 값을 나타내기도 한다.

이러한 방해는 시료와 試藥의 혼합액에 HgSO4를 첨가하여 제거 할수있다.

즉, 염소이온과 수은이 결합하여 난용성염인 를 형성한다.

만일 의 첨가량이 불충분하면 ( Standard method 에는 HgSO4 : Cl = 10 : 1 로 표시됨 ), 과잉의 염소이온이 촉매인 은과 反應하여 다음과 같이 沈澱 된다.

황산은을 觸媒로 하여 添加하면 직쇄상의 알콜과 有機酸의 酸化率이 크게 증가한다.

중크롬산칼륨법은 시료에 일정량의 중크롬산칼륨과 황산을 가하고, 환류냉각기를 부착시켜 2시간 가열 反應시킬때 소비된 중크롬산칼륨의 양으로 부터 산소요구량을 구하는 방법이다.

酸化反應에 대한 觸媒로서 황산은을 가하고 또한 염소이온에 대한 방해를 막기위해 황산수은(Ⅱ)을 가한다. 가열후 소비된 중크롬산칼륨량은 그 잔류량을 황산철(Ⅱ)암모늄용액으로 적정하여 구한다.

 

酸化反應

적정反應

Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14 H+ 2Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O

계산법

a : 공시험 적정에 사용된 0.25N 황산제일철 암모늄용액(㎖)

b : 본시험 적정에 사용된 0.25N 황산제일철 암모늄용액(㎖)

f  : 0.25N 황산제일철 암모늄 표준용액 농도계수

V : 검수량

계산식에서

  0.25N을 사용하면 2.0, 0.025N을 사용하면 0.2를 곱한다.

TSD 저감 방안

1. 개요

수중에 존재하는 부유물은 유기물, 무기물을 포함하는 고형물로서 그 크기에 따라 다음과 같이 분류 할수있다.

수중의 불순물을 상태를 고려할 경우 불순물이 용해성인가 불용성인가 하는 표현이 사용되며 일반적으로 1㎛정도의 여과지를 통과하면 용해성 남는 성분을 불용성으로 분류하며 이는 위의 그림과 같다. 그러나 실제 물을 처리할 경우 0.001~1㎛의 범위의 물질은 저분자 성과 같이 물과 일체 되어 움직이지 않고 현탁성의 거동을 보인다 이를 콜로이드라 한다.

TS	=	FS	+	VS
∥		∥		∥
TSS	=	FSS	+	VSS
+		+		+
TDS	=	FDS	+	VDS

총고형물은 일정량을 증발접시에서 105~110℃에서 건조하여 정량하고 이를 550℃에서 30분간 작열 후 정량하며 이때 남은 고형물을 강열잔류 고형물, 작열에 의해 감소된 량을 휘발성 고형물이라 한다.

또한 총고형물은 여과지 통과 여부에 따라 부유성고형물과 용해성 고형물로 분류하며 이의 상관관계는 위의 그림과 같다.

BOD, COD, SS 의 관계

용존과 불용성의 관계

BOD = IBOD + SBOD

COD = ICOD + SCOD

생물학적으로 분해, 분해 불가능의 관계

COD = BD COD + NBD COD

NBD COD = COD - BD COD = COD -   

ICDO = BD ICOD + BD SCOD

2. 용존물질 저감 대책

위에서 분류한 수중 불순물에 대해 저감 대책을 조작의 종류에 따라서 분류하기로 한다.

1) 생물학적 처리

수중의 용존물질은 유,무기성 무질을 포함한다. 용존 유기물을 생물학적 처리가 가능하며 이들 유기물은 부유성이나 부착성 증식법을 이용하여 호시, 혐기, 통기성 조건에서 유기물을 기체상의 최종물질과 세포 조직으로 전환 시키는 방법이다. 전화된 세포는 침전 및 여과에 의해 제거한다. 이를 도식화하면 다음의 그림과 타고 양론적으로 표현하면

동화작용 

내생호흡 

  2) 응집침전법

수중에 존재하는 콜로이드는 표면에 (-) 전하를 띠고 있다. 이들 입자가 상호의 (-) 전자 때문에 접근하여도 서로 반발하면서 안정된 분산상태를 유지한다. 수중에 이는 물질은 많고 적음의 차이는 있으나 표면에 물분자를 그표면에 부착하고 있다.

물분자와 친화성이 특히 강한 콜로이드를 친수성콜로이드라 하는데   이들은 상호접촉하여 결합하려는 경향보다 물분자와 결합하려는 경향이 강하므로 상호 결합하려해도 표면 수층에의해 충분한 결합력을 가질수가 없다. 이때 작용하는 것이 입자간의 반발력을 나타내는 제타전위이다.

이처럼 표면의 같은 전하와 수화에 의해 안정된 분산상태를 유지한다. 이런 안정된 분산 상태를 깨뜨려 상호 접촉하고 결합되도록하는 것이 응집이다. 이를 위해 콜로이드 입자와 반대 전하를 가진 이온등의 미립자를 물에 투여하는데 이를 응집제라 한다. 이후 입자는 브라운 온동이나 수류에 의하여 유동하므로 상호 근접 접촉이 이루어진다. 입자간에는 반데르발스힘이라는 인역이 작용하므로 서로 결합하게 된다. 대표적인 응집제인 ALUM의 응집 반응은 다음과 같다.

응집성이 좋은 상태로 응집시키기 위해서는 급속혼합과 최적의 Ph 조절이 필요하며 응집 및 제거 효율을 향상시키기 위해서는 응집보조제를 사용한다.

따라서 현장에서 응집반응을 이용할때는 처리 대상수에 적절한 알카리도가 있어야하며 알카리도가 부족할 경우에는 가성소다나 소다회 등을 주입하여 보충하여 주어야 한다.

3) 활성탄 흡착법

기상이나 액상으로부터 용질이나 기체분자가 고체표면에 축적되는 현상을 흡착(Adsorption) 이라 하고 고체, 액체 내부에 침추하여 용액을 형성하는 현상을 흡수(Absorption) 이라 한다.

활성탄은 다공성 탄소질로서 비표면적이 매우 크고 흡착성이 매우 강하여 내부 세공 표면적에 용존 유기물을 흡착, 농축 시켜 제거하기 위해 사용되는 흡착제이다. 용존물질들은 물질 확산을 통하여 활성탄 내부 세공으로 이동 후 세공 표면에 흡착된다.

  ①흡착의 MECHANISM

흡착은 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 나누어 볼 수 있는데 

㉠ 물리적 흡착 : 피흡착제와 흡착제 사이의 인력이 피흡착제와 용매사이의 인력보다 클 때 피흡착제가 흡착제에 들러붙는 경우로 정수 또는 폐수처리의 대부분의 흡착은 물리적 흡착을 말하며 그 대표적인 예가 활성탄 흡착이다.

㉡ 화학적 흡착 : 흡착제와 피흡착제 사이에 화학반응이 일어나  흡착제와 피흡착제의 결합이 대단히 강해 비가역적이며 이온 교환의 한 분류로 취급

  ②흡착 과정

- 계면 확산 : 흡착제 주위의 막을 통하여 피흡착제의 물질이 이동하는 단계

- 세공 확산 : 흡착제가 공극을 가졌다면 공극을 통하여 피흡착제가 확산하는 단계

- 흡, 탈착  : 흡착제 활성 표면에 피흡착제의 분자가 흡착되면서 피흡착제와 흡착제가 결합이 이루어지는 단계

③ 흡착 공정의 분석

 

   ╔═ 이론식       ┏━    단층 흡착 이론식 : Langmuir

   ║                ┗━    다층 흡착 이론식 : BET

   ╚═ 실험식       ━━━━━━━━━━━  : Freundkich

Freundkich 등온식이 상수나 하수처리장에서 사용되는 흡착 특성을 설명하는데 가장 많이 사용

일정한 온도에서는 활성탄 단위 질량 당 흡착되는 용질의 양을 용질의 농도 C의 함수로 표시되며 이를 등온 흡착식이라 한다.

 ㉠ Langmuir 등온식 (이론식)

 가정 조건

ⓐ 흡착제의 표면에 흡착될 수 있는 지점의 개수는 고정

ⓑ 각 지점은 균일한 에너지를 갖는다.

ⓒ 흡착은 가역적

ⓓ 흡착식

X/M  : 활성탄 단위 질량 당 흡착된 물질의 양

a,b  : 실험에 의한 상수

c    : 흡착이 이루어진 후 용액 중의 흡착질의 평형 농도

 ㉡ BET  등온식

 가정조건( Multi-layer Adsorption)

ⓐ 흡착질은 표면에서 흡착

ⓑ 동일층 내의 Enthalphy는 동일

ⓒ 최초층 아래의 모든 분자는 동일 흡착 에너지를 갖는다.

ⓓ 한 층이 완성되기 전에 새로운 층이 생길 수 있다.

 ⓔ 등온식

③ Frendlich 등온식

4) 막분리법

막분리 공정이란 ?

o 원리 : 선택투과성 막을 이용하여 혼합물을 분리

o 장점 : 증류, 흡수, 흡착, 추출 및 심냉 공정 등에 비해 에너지 소모가 적고

공정이 단순하다.

o 분류 :액상공정(정밀여과, 한외여과, 미세여과, 역삼투 등)과 기체분리공정으로

구분한다.

①한외여과

(1) 원리

한외여과는 용존물질과 콜로이드 물질을 제거하기 위하여 다공성 박막(membrane)을

가압 운전하는 공정이다.

한외여과는 보통 150 PSI 이하의 저압을 사용하는 점에서 역삼투법과 다르다.

한외여과는 콜로이드 물질과 분자량 5,000 이상의 큰 분자제거에 일반적으로 사용된다.

한외여과의 목적은 물로부터 기름을 제거하거나 색도, 콜로이드로 부터 탁도를 제거하는데

많이 사용된다.

한외여과는 단지 물리적인 과정으로만 정화와 소독 2가지 단계를 동시에 수행하는데 길고

가는 섬유형태로 되어 있는 다공성막을 통하여 이루어 진다.

이 막은 0.01㎛보다 큰 모든 입자(꽃가루, 조류, 박테리아, 기생충, 바이러스, 세균과

큰 유기적인 분자)를 걸러 주는 여과기 역할을 한다.

(2) 분리막의 종류

Ultra"란 막 기공의 크기와 관련되는데 막에는 Ultra이외에 막 기공의 크기가 서로 다른

3종류의 막(Micro, Nano, R/O)의 막이 있다.

- Micro filtrations(정밀여과)는 Ultra filtration보다 막 구멍이 커서 불순물이나 용해물질을Ultra보다 잘 걸러내지 못한다.

- Nano filtration는 Ultara filtration보다 막 구멍이 작아 물속의 약간의 미네랄 성분을

제외하고  물 속의 불순물을 모두 제거 할 수 있다.

- R/O는 담수화, 순수제조등에 사용되어지는 막 분리 기술이다.

- Ultra는 0.01㎛보다 큰 모든 입자(꽃가루, 조류, 박테리아, 기생충, 바이러스, 세균과

큰 유기적인 분자)를 걸러 주는 여과기 역할을 한다.

② 삼투와 역삼투(OSMOSIS &REVERSE OSMOSIS)

두 용액의 농도 차이에 의해 물은 저농도에서 고농도로 흐르는데 이 현상을

"삼투 현상"이라 하는데 두 용액이 100 ppm의 농도 차이를 보이면 약 1 psi의

삼투압이 발생한다. 이 때 고농도 용액에 삼투압 이상의 압력을 가하면

물은 역류하여 고농도에서 저농도로 흐르는데 이때의 압력을 역삼투압이라 한다.

③ 역삼투의 개요

인공삼투막은 특수한 재질을 사용한 특수 박막으로 설계, 제조되었고 0.0001 mm

(사람 머리카락의 100만분의 1)의 아주 미세한 구멍들로 일정하게 뚫려 있으며,

이 특수막은 각종 화학 오염물질은 물론 박테리아나 바이러스까지도 제거한다.

 오염된 물에 압력을 가하여 특수하게 제작된 반투막을 통과시키면 분자량이 작은

순수한 만이 반투막을 통과하고 물에 녹아있는 이온 물질과 부유물질 등은 반투막

을 통과하지 못하고 계속해서 밀려오는 새로운 물의 압력에 의해 폐수로 배출되도

록 고안 되었다

2) 역삼투 멤브레인(MEMBRANE)의 재질

멤브레인은 CTA(cellulose triacetate)와 TFC(thin film composite)를 주로 사용하고 있다.

알카리도(Alkalinity)

1. 정 의

  알카리도란 산을 중화시키는 능력의 척도로, 수중의 수산화물(OH), 탄산염(CO3--), 중탄산염(HCO3-)의 형태로 함유되어 있는 성분을 이에 대응하는 탄산칼슘(CaCO3) 형태로 환산하여 mg/l 단위로 나타낸 것이다.

 2. 형 태

  미생물의 호흡이나 물질의 연소에 의하여 생기는 탄산가스는 물에 녹아서 탄산이 되며 탄산은 전리하여 HCO3-나 CO3--를 생성시킨다.

  CO2 + H2O → H2CO3

  H2CO3 → H + HCO3-

  HCO3- → H + CO3--

  CO3 + H2O → HCO3 + OH

자연수 중의 알카리도는 주로 석회암 등의 광물에서 유래하며 대부분이 중탄산염(HCO3-)의 형태를 취하고 있으며 탄산염이나 수산화물의 형태는 적다. 이것은 수중에 CO2가 있어 탄산염이나 수산화물은 중탄산염으로 변화시키기 때문이다.

    CO3--  + CO2 + H2O  →  2HCO3-

    OH-    + CO2  →  HCO3-

알카리도 계산

A : 주입된 산의 부피

N : 주입된 산의 N농도

V : 시료의 부피

중탄산염은 냉수중에서 OH를 거의 내지 않으므로 중탄산염의 양이 많아도 pH는 높아지지 않는다.  특히 용존하는 CO2가 많을수록 OH가 나오기 어려워 pH는 높아지지 않는다.

  3. 알카리도 자료의 이용

1) 화학적 응집 : 응집제 투입시 적정 pH 유지 및 응집효과 촉진

  황산알루미늄(alum)을 써서 응집시 알카리도가 작으면 좋은 floc이 되지 않는다. 황산알루미늄이 가수분해해서 수산화알루미늄[Al(OH)3]으로 될 때 알카리도를 필요로 하기 때문이다.  그러므로 알카리도 부족시에는 알카리제를 공급해 주어야 한다.  응집에 필요한 알카리도는 원수의 탁도 100 이하 일 때 30 - 50 mg/l 이다.

   황산알루미늄          알카리도     수산화알루미늄

2) 물의 연수화 : 석회 및 소오다회의 소요량 계산에 고려

3) 부식제어 : 부식제어와 관련되는 Langelier 지수 계산

4) 완충용량(buffer capacity) : 폐수와 슬러지의 완충용량 계산

4. 알카리도 계산공식

  알카리도(CaCO3 mg/l) = 소비된 산의 부피(ml)×산의 N농도 ×50,000 / 시료(ml)

■ 예 제

알카리도가 30 mg/l의 물에 황산알루미늄을 첨가하였더니 25mg/l의 알카리도가 소비되었다. 여기에 Ca(OH)2를 주입하여 알카리도를 15mg/l로 유지하려고 한다. 필요한 Ca(OH)2량은?

 알카리도주입량 = 30 - 25 + 15 = 10mg/l (CaCO3)

 필요 Ca(OH)2량 = 10mg/l × 50 / 37 = 7.4 mg/l

한계치사농도 및 독성물질에 대한 생물분석 방법

 1. 한계치사농도

어류에 대한 급성 독성물질의 해로운 정도를 나타내는 수치의 하나이다. 어류를 급성 독물질이 포함된 배수의 희석액 중에 일정기간 사육하여 그곳의 물고기의 50%가 살아 남을수 있는 배수의 농도를 나타낸다.

보통24, 48 또는 96시간의 한계치사농도가 구해지며, 각각 24TLM, 48TLM, 96TLM등으로 나타낸다.

물고기의 종류에 따라 차이가 있으므로 그 종류도 명백히 할 필요가 있다. 48시간의 TLMdml 1/10의 농도면 물고기는 안전하다고 간주된다.

 2. 독성물질에 대한 생물분석 방법

  유해물질의유해정도를나타내기위하여독성물질에대한생물분석방법을 많이사용하고있다.

다음내용을숙지하여야한다.

  1) TLm (median tolerance Limit)

수중의유독성분에의해대상생물(어류)의반수가죽게되는때의유독성분의농도를 파악하는방법으로급성중독효과를추정하는방법이다. 실험시간은보통 24시간, 48시간, 96시간으로한다.

수질허용기준농도는보통 96시간 TLm의 1/10-1/100이다.

 2)LC50 (Lethal Concentration 50의약칭)

 LC50은실험생물(어류등)의치사율이 50%인독성물질의양을말하는 중간치치사농도(median lethal concentration)이며TLm과같은의미이다.

  3)LD50 (Lethal Dose 50의약칭)

  반수치사량이라고도한다. 일군의실험생물에게독성물질을경구(mouth)로투여시 50% 치사시키는독성물질의 중간치사량(median lethal dose)를의미한다.

동물의체중 1㎏에대해독물의양을㎎으로나타낸다.  이때동물의종류와독물경로(경구, 경피, 피하주사)에따라서치사량이다르므로이것도 부기한다. X선또는감마선에대해서는인체에전신조사후 30일이내에피조사체수의 반수가사망하는양이다.

4) MATC (Maximan Allowable Toxicant Concentration)

96시간에치사할수있는최대농도

 5) 실험방법

  1) 수조등을여러개준비하여 5 ~ 10개로구분한예상되는농도계열의시험액을만든다.

이때용존산소가충분하도록포기를한다.

2) 개체수를알고있는물고기를수조에넣고각시간마다사망개체수를측정한다.

3) 생물생존율을계산하여각농도별생존율을반대수방안지에나타낸다.

4) 생존율 50%선의양쪽에있는두점을직선으로연결하고그직선과 50%선과의

교점을 TLm으로취한다.

6) 실험생물

오염된물	- 손가시고기 - Kill fish - Mosquitofish
맑은물	- 손가시고기 - 황어 - 피라미류등

  5. 산업안전보건법상기준

 

구분	기준
쥐 경구독성	LD50 <50 ㎎/㎏
토끼 경피독성	LD< 200 ㎎/㎏
쥐 흡입독성	LC< 2 ㎎/㎏

탁도(Turbidity)

  물의 탁한 정도를 나타내는 것으로 백도토 1mg이 증류수 1L에 포함되어 있을 때의 탁도를 1도(또는 1ppm)로 한다. 즉 탁도는 빛의 통과에 대한 저항도로서 표준단위로는 1mg/l SiO2 용액이  나타내는 탁도로 하기로 한다.

물의 혼탁은 토사나 부유물질의 혼입, 용존성 물질의 화학적 변화에 의한 것이 원인이 되나, 점토질 토양이 대부분이므로 표준을 점토인 백도토로 한다.

지하수에서 천정호는 강우의 침수가 혼탁의 원인이고 심정호는 세사를 흡입하므로 탁하게 된다.    

탁도가 높은 원수가 정수시설로 유입되면 침전에 다량의 약품이 소요되고 여과지의 여과지속시간도 단축되므로 가능한 탁도는 낮을수록 좋다.  완속여과지는 탁도 30도 이하, 급속여과지는 탁도 5도 이하로 유입시에 정상적으로 운전되며 그이상의 수질에서는 여과지의 폐색이 빨라지거나 여과수가 혼탁하게 된다.

약품침전 시에 탁도가 너무 낮으면 플럭의 형성이 어렵고, 너무 높아 1000도를 넘을 경우는 약품처리가 곤란하게 된다.  혼탁이 되어 있으면 세균이 탁질의 피막에 싸여서 염소소독 시에도 죽지 않으므로 탁도가 높은 물에 주의하여야 한다.  수도수의 탁도기준은  2도 이하이다.

NTU

1. 개 요

 탁도를 유발하는 물질은 점토, 실트 및 유기물, 무기물과 같은 부유물질과 색을 가지는 용해성 유기물질, 조류와 수중생물 같은 물질 등이다.

탁도는 시료를 통과하는 광선의 산란 및 흡수에 의한 광학적 특성의 표현 방법이다.  탁도와 부유물질의 농도에 따른 상관관계는 입자의 크기 및 형태에 따라 달라지기 때문에 정량적으로 나타내기는 어렵다.  탁도를 측정하는 방법 중  Jackson candle turbidimeter에 의한 방법을 기본으로 사용하나 이방법은 탁도 측정한계가 25 units  이상이어야 한다.  따라서 미국의 Standard Method 에서는 해석시의 오차를 피하기 위하여 NTU(Nephlelometric

Turbidity Units)를 사용한다. NTU는 탁도의 한 단위이다. 이 방법은 동등한 조건에서 40 NTU인 표준액(standard reference)과 측정하고자 하는 시료의 빛의 산란정도를 비교하는 방법이다. 빛의 산란 정도가 높을수록 시료의 탁도가 높은 정도를 나타낸다. 표준액으로는 formazin polymer가 이용된다.  최적 측정을 위한 흡관도의 범위는 400 - 600nm이다.

2. 실험절차

1) 시약의 준비

  ① 증류수를 membrane filter(0.2μm)로 여과하여 탁도가 0.02 NTU 이하인 물을 준비한다. 이 여과된 증류수로 표준액의 준비시 사용한다.

  ② 표준액의 준비

- (NH2)2H2SO4 1g을 증류수로 희석하여 100ml로 만든다.

- (CH2)6N4 10g을 증류수로 희석하여 100ml 로 만든다.

- 상기용액 각 5ml 씩 100ml 병에 넣어 희석하면 이 용액의 탁도는 400 NTU 이다.

  ③ 이 용액을 10배 희석하면 40 NTU인 표준용액을 만들 수 있다.

2) 실험절차

  ① calibration curve를 작성한다

  ② 40 NTU 이상의 시료는 희석하여 측정한다.

  ③ NTU = A × (B + C) / C

     여기서, A : 희석 시료의 NTU

            B : 희석수 용량 ml

            C : 시료의 용량 ml

색 도

 색의 정도를 표시하는 것으로 백금 1mg을 포함한 색도표준액을 증류수 1L 중에 용해시켰을 때의 색상을 1도라 한다. 물은 원래 무색이지만 수층이 깊으면 빛의 분산으로 푸른색으로 보인다.  그러므로 물의 색도가 높으면 수층이 두거운 것으로 볼수 있다.  원수 착색의 최대 원인은 humic substance에 의한 것으로 식물의 부패, 분해로 생기며 콜로이드로 착색된다.

Humic substance는 황갈색으로 색도표준액도 이와 비슷한 색을 나타낸다. 이와 같이 콜로이드질인 식물성 또는 유기성 압출물에서 기인하는 색도를 진색도(true colour)라고 부른다.

자연색도는 물속에서 음대전된 콜로이드 입자로서 존재하여 보통 알루미늄염 또는 철염을 첨가하여 응집, 침전 제거한다.

지표수는 유색 부유물로 인해 색도가 높은 것처럼 여겨지나 실제와는 다르다. 적색 점토양 지대를 유출되어 나오는 물은 홍수가 있을 때 특히 높은 색도를 띄운다. 이와 같이 부유물질에 기인하는 색도를 외양색도(apparent colour)라 한다. 

물의 색도를 측정하는 색도표준액은 백금 - 코발트법으로 염화 백금산칼륨(K2PtCl6) 2.49g (Pt 1.0g)을 염산으로 용해시켜 물을 가한 전량을 1L로 하여 이 표준액 1mL를 가했을 때의 빛을 색도 1도라 하는데 색도표준액 1mL/L = Pt1.0mg = 색도 1도가 된다.

국내 수도수의 기준은 5도 이하인데 자연물질에서 유래되는 색도물질은 독성이나 유해성을 가졌다기 보다는 미관상의 문제로 소비자에게 혐오감을 줄 수 있기 때문에 정한 것으로 볼 수 있다.

1. 하수채취방법

하수처리장에서 시료를 채취하는 방법에는 수동 채취 방법과 자동 채취 방법이 있다.

1. 수동 채취 방법

하수처리장에서는 규모에 관계없이 수동으로 시료를 채취할 수 있는 시설을 한다. 처리장의 유입수와 유출수는 특별한 시설을 하지 않아도 시료를 채취할 수 있으나 때로는 시료를 채취할 수 있도록 접근이 가능한 설비를 갖추어야하면 안전설비에 대해서도 고려하여야 한다.

하수처리장의 처리 효율 및 각 운전 인자들을 도출하기 위한 시료들을 채취하여야 한다. 하수처리 효율을 도출하기 위해서는 유입수와 처리수의 시료을 반드시 채취하여 분석하여야하며 또한 최초침전지에서 인출되는 생슬러지와 최종침전지에서 인출되는 잉여슬러지와 반송슬러지에 대해서는 양 및 농도 등을 얻기 위해서 시료를 채취하여 분석하여야 한다.

슬러지 처리 효율을 도출하기 위해서는 농축슬러지와 소화조의 여러지점에서 시료를 채취하여 분석하여야 한다. 소화조의 각 지점의 슬러지를 채취하기 위해서 슬러지 배관에 시료를 채취할 수 있는 밸브를 설치하여야하고 또한 소화조 상부에는 슬러지를 채취하기위한 시료 채취구를 설치한다. 또한 발생하는 가스의 성분을 분석하기 위한 시료의 채취구도 배관에 설치한다.

2. 자동 채취 방법

하수처리장에서 사용할 수 있는 여러 가지 종류의 자동시료채취기가 제작, 판매되고 있으며 모두 시료채취기간의 전체 유량에 대해서 대표성을 갖게 시료를 채취할 수 있도록 제작된다.

자동 시료 채취기는 채취된 시료의 수질 변화를 방지하기 위하여 시료를 4～10℃로 유지할 수 있는 냉장시설을 갖추고 있으며 시료 채취 방법에는 다음과 같은 방법이 있다.

⑴ 국자가 회전하면서 일정한 양의 시료를 시료 용기에 퍼넣는 방식으로 1～15회/시의 속도로 채취

⑵ 좁고 경사진 날이 전후로 운동하면서 하수를 채취하는 방식으로 왕복 운동 간격을 5～60분으로 조정 가능

⑶ 웨어에 국자를 설치하여 국자가 회전함에 따라 유량에 비례하여 일정량의 시료 채취

⑷ 유량계에 의해 제어되는 방식으로 일정 유량이 흘면 일정량의 시료를 채취

⑸ 유량에 비례하여 시료를 채취하는 방식으로 시간당 15～37회 채취

2. 합성세제

1. 현 황

 (1) 세계적으로 합성세제의 개발은 ’40년대부터 시작되었으며 ’60년대에 연성화, ’70년대에 무인화(無燐化)에 이르렀다. 우리나라는 1966년 합성세제를 처음 시판한 이후 급속한 경제 성장을 바탕으로 국민의 생활 수준이 향상됨으로서 그 사용량도 급격히 증가하였다. 이와 같이 합성세제량의 증가는 결국 세제 성분이 수계에 유입되어 잔류하게 됨으로써 수계의 자정작용을 방해하고 상수처리시 문제를 야기하며 세제의 보조제로서 첨가되는 인산염에 의한 부영양화 현상등 여러가지 환경문제를 야기시키고 있다.

(2) 합성세제로 인한 환경오염문제를 저감시키기 위하여 생물분해가 어려운 경성세제(ABS: Alkyl Benzene Sulfonate)에서 생물분해가 비교적 용이한 연성세제(LAS : Linear Alkyl Benzene Sulfonate)로 대체 사용하고 있으나 세제 사용량은 급속히 증가되고 있는 실정이다

2. 합성세제의 특성

(1) 합성세제(Synthetic Detergents)란 물체표면에 붙어 있는 오물을 화학적 물리적 충격을 이용하여 청결하게 하는 화학물질로서 물과 물체의 표면사이의 경계면에 작용하여 오물이 표면에서 떨어지게 하는 역할을 하는 계면활성제(Surface Active Agent, Surfactant)와 세제의 활성을 높여주는 인산염, 탄산소다 및 보조제(Builder)로 구성 되어있다.

(2) 우리나라에서 만들어 지는 합성세제의 대부분은 15～30%의 계면 활성제와 세제의 성능을 향상시키기 위한 70～85%의 보조제로 이루어지며 세탁용 세제는 주로 과립상 또는 분말상으로 주방용과 세발용은 액상으로 존재한다. 

 3. 오염부하량

(1) 일반가정, 학교 및 상점으로부터의 발생부하량은 국민 1인당 매일 5g정도의 계면활성제와 약 2g정도의 비누가 배출하게 된다. 

(2) 분말비누 시판품의 1kg당 유기오염물질의 부하량은 BOD 132g, 합성세제(농축형) 95g, 분말비누 750g이고 COD는 각각 48g, 94g 및 146g등 이다. 따라서 비누의 사용이 증가하면 환경에서 BOD에 대한 유기오염 부하량은 비누가 농축 합성세제의 15.8배로 비누의 사용이 증가하면 환경에 대한 유기오염물의 부하량도 증가함을 알 수 있다

4. 수환경에 미치는 영향

  (1) 수생생물에 미치는 계면활성제의 독성

치사농도이하에서도 수생생물이 장기간에 걸쳐 계면활성제에 노출된다면 어류의 경우 자어, 치어의 성장 등에 영향을 받는다.  어류의 아가미 등의 조직에 변화가 생기거나 또는 거동에 변화가 나타난다.

 (2) 식물에 미치는 영향

수목과 전작야채, 화채류는 합성세제 혹은 ABS(LAS)에 대하여 비교적 강하고 10㎎/ℓ이상의 농도에서 토양재배로 영향이 나타나는 경우는 없으나 벼의 발아, 발근에는 100㎎/ℓ를 투여할 때 영향이 거의 보이지 않았지만, 장기간 연속적으로 접촉시키면 5㎎/ℓ정도에서 벼의 뿌리 중량, 줄기 등의 생육에 영향을 미치는 것으로 나타나고 있다. 

 (3) 상수처리에 미치는 영향

음이온 계면활성제의 농도가 높아지면 상수처리공정에 다음과 같은 문제점을 발생할 수 있어 처리효율의 저하, 운전 및 유지관리상의 발생으로 처리비용의 증가를 유발시킨다.

  - 응집과정에 계면활성제의 유화·분산작용으로 수중 플럭의 형성 방해

  - 침전과정에서 계면활성제의 0.5㎎/ℓ이상 점차 증가할수록 탁도의 제거율 감소

  - 여과과정에서 fiter clogging 등의 원인으로 수두손실을 증가시켜 여과지 폐쇄시간 단축

  - 합성세제의 킬레이트 특성에 의해 수처리 기계의 부식 초래

  (4) 생물학적 처리에 대한 합성세제 및 비누의 영향

가정 및 공장등으로부터 배출되는 계면활성제는 먼저 배수로내에서 부유입자 및 저서생물과 부착 미생물에 흡착 및 흡수되어 서서히 분해된다. 따라서 단시간 내에 소량만 배출되는 계면활성제는 배수로를 수십 미터 유하하면 많은량이 수중에서 제거되나, 장시간 또는 다량으로 배출될때 환경용량을 초과하게 되고 분해되지 않고 하천, 호소 및 해역으로 유출하며 수생물에 악영향을 미친다.

하천에서는 배수로와 마찬가지로 부유입자와 저서생물 및 부착미생물과 수중의 미생물에 의하여 흡착, 흡수되어 분해되지만, 일부는 미생물 이외의 수생생물에도 축척된다.

합성세제에 의한 BOD는 비누의 ⅓이기 때문에 오니생성량의 변화는 거의 없으나, 비누에 의한 BOD유발은 높아서 오니생성량은 합성세제의 경우 보다 40% 정도 증가한다.

또한 비누의 경우 암모니아성 질소의 처리능력에 저해 영향을 주며, LAS첨가는 오니의 성상에 큰 영향을 미치지는 않지만, 비누의 첨가는 오니의 팽화현상을 일으켜 벌킹(Bulking)이 일어난다

 5. 처리방법별 제거 실태

 (1) 생물학적 처리

  우리나라의 경우 하수처리장에서의 합성세제 제거 관계는 아직 정례화되어 있지 않아 자료 축적이 많지 않으나 세제는 가정 잡배수 및 분뇨와 같은 정도로 분해 제거됨을 알 수 있다.

  또한 하수처리를 통한 LAS제거는 활성오니 시설이 과부하되지 않고 효율적으로 가동될때 LAS의 제거율은 95～99% 제거되었다.

 (2) 물리화학적 처리

  ① 염소처리(소독)

염소 소독시 Chloroform등의 염소화합물이 형성된다. 6.2㎎C/ℓ에서 글루코스와 LAS를 분리한 용액들을 여러농도의 염소로 처리하여 20℃에서 24시간 동안 정지시켰을때 글루코스는 Chloroform을 생성하지 않았지만 LAS는 염소농도가 3㎎/ℓ이상일때 Chloroform을 생성하였다.

  ② 광분해

C12-LAS의 광분해 실험에서 1분 이내에  C12-LAS 모두 중간 생성물로 전환되었으며 20분내에 1mole의 LAS당 7mole의 CO2가 생성되었다.  LAS 초기농도는 60～182㎎/ℓ였고 사용된 방사선의 범위는 2000～4500Å사이였다.

  ③ 흡착

LAS의 흡착자료는 생분해성의 해석을 위해 중요하며 특히 부유물질이 고농도로 존재할때 환경에 존재하는 LAS의 분해속도를 예측하는데 중요한 자료가 된다. Sweeney와 Foote(1964)는 아주 적은 양(2～3%)만이 흡착 제거된다는 사실을 발견했으며, 특히 Sweeney(1996)는 35S로 표기된 LAS를 사용하여 단지 1.4% LAS가 슬러지 구성 부분속에 남아 흡착에 의한 제거량은 아주 적다.

TLV-TWA  (허용농도)	Threshold Limit Value Time Weighted Average	평균 하루근로시간이 8시간이며 일주일에 40시간을 작업장에서 일할 때 부작용을 느끼지 않는 유해물질의 농도
LD50	Lethal Dose Fifty	경구를 통해 몸 속에 유입되어 생물의 50%를 치사케하는 유해물질의 양
LDL0	Lethal Dose Low	경구를 통해 몸 속에 유입되어 생물을 치사케하는 유해물질의 양
LC50	Lethal Concentration Fifty	호흡기를 통해 몸에 유입되어 생물의 50%를 치사케하는 유해물질의 농도

LOAEL: Lowest Observed Adverse Effect Level　 최저 유해 영향량

독성 시험에 있어서 투여 물질의 유해한 영향이 장기적으로 미치는 최저의 노출량

NOAEL: No Observed Adverse Effect Level 무유해성영향량

독성 시험에 있어서 투여 물질의 유해한 영향이 장기적으로 미치지 않는 최고의 노출량

ADI: Acceptable　Daily　Intake　 일일허용 섭취량

생애를 통해 연속해 매일 노출을 받아도 유해한 영향을 받지 않는 노출량.

 

1. 양-반응 관계 (the dose-response relationship)

 가.   모든 화학물질은 독성을 갖고 있다. 

(가)

1)       Paracelsus

           “All substances are poisons; there is none which is not a poison.  The right dose

           differentiates a poison and a remedy.”

 

2)       There are no harmless substances, but only harmless ways of using substances.

 

나.   양 - 반응 자료의 용도

 

1)       Response

          Mortality - LD(lethal dose, 치사량)

          Desirable effect - ED(effective dose)

          Undesirable toxicity - TD(toxic dose)

 

2)       양-반응관계의 두가지 개념

1)

가)         개인(dose-effect relationship: 용량-효과 관계)

            Graded response

 

나)         집단(dose-response relationship: 용량-반응 관계)

            반응의 분포

(나)

3)       Relative ranking system

        

Toxicity rating or class	Probable oral lethal doses for humans
	Dose	For average adult
1. Practically nontoxic	> 15,000 mg/kg	More than 1 quart
2. Slightly toxic	5,000 - 15,000 mg/Kg	Between pint and quart
3. Moderately toxic	500 - 5,000 mg/Kg	Between ounce and pint
4. Very toxic	50 - 500 mg/Kg	Between teaspoonful and ounce
5. Extremely toxic	5 - 50 mg/Kg	Between 7 drops and teaspoonful
6. Supertoxic	< 5 mg/Kg	Less than 7 drops

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(다)

다.   화학물질의 독성에 영향을 주는 제인자

 

1)       물리.화학적 성상

           구성, 크기, 불순물

 

2)       폭로상태

           농도, 양, 경로, 기간 등

 

3)       개체차이

           성, 연령, 유전인자, 면역, 영양, hormone, 건강 상태,

(라)            개인의 감수성, genetic factors

  

4)       환경

           매체, 타화학 물질의 존재, 기온, 기압, 방어기구, 사용방법, 훈련 및 숙지도

          

상호작용 유형	이론적인 상대적 독성의 세기
Additive (상가작용)	2 + 3 = 5
Synergistic (상승작용)	2 + 3 = 20
Potentiation (보강작용)	2 + 0 = 10
Antagonistic (길항작용)	4 + 6 = 8, 4 + (-4) = 0, 4 + 0 = 1

 

 

2.  기술독성학(Descriptive Toxicology)

 

가.   화학물질의 독성을 평가하고 양 - 반응 자료의 생산

 

  3 단계

 

1)       Level I (Acute exposure): LD50 산출 

가)         dose-response curves for lethality &possible organ injuries

나)         eyes &skin for irritation

다)         screen for mutagenic activity(1st)

라)         sensitization

  

2)       Level II (Subchronic exposure): NOEL 산출

가)         dose-response curves(for 90-day exposure) in two species

나)         test organ toxicity

다)         screen for mutagenic activity (2nd)

라)         teratology

마)         pharmacokinetics of the test species

바)         behavioral test

사)         chemical interaction

 

3)       Level III (Chronic Exposure)

가)         mammalian mutagenecity tests

나)         2-yr carcinogenesis test in rodents

다)         pharmacokinetics in humans

라)         human clinical trials

마)         epidemiological data compilation(acute/ chronic)

 

3.  독성효과 추정 (Extrapolation)

 

가.   Animal to human extrapolation

       동물실험에서 독성이 관찰되지 않는 양(dose for no observable animal toxicity)으로부터 직접 human threshold 추정

 

1)       가정

           사용된 실험동물과 인간은 비슷한 감수성을 갖는다.

2)       방법

           SNARL (Suggested No Adverse Response Level),

           LOEL  (Lowest Observable Effect Limit),

           NOEL  (No Observable Effect Limit)

 

3)       실례

                      TD (mg/kg/day) x 70 kg

               SHD =