폐수의 화학적 특성 12가지 폐수의 특성 폐수처리공학

폐수의 특성 중 폐수의 화학적 특성을 자세히 알아보겠습니다. 아래는 폐수의 화학적 특성을 분석하였습니다.

쉬운 목차

3.1.2 폐수의 화학적 특성

폐수의 화학적 특성 중 고형물은 가열 온도 550±50℃에서 휘발성을 기준으로 분류되며, 폐수의 화학적 특성은 이 과정에서 유기물은 산화하여 기체로 전환되고 무기물은 재로 남게 된다. 폐수의 화학적 특성으로 휘발성 고형물의 분석치는 주로 폐수내 슬러지(미생물)의 양을 측정하는 척도로 이용된다.

(1) 폐수의 화학적 특성: 유기성 고형물(휘발성 부유고형물)

폐수의 화학적 특성 중 하수 내의 고형물의 약 50%는 유기성 고형물이다. 이 유기성 고형물의 대부분은 동식물의 활동으로 인한 폐부산물 뿐만 아니라 동물의 사체, 식물세포 및 기타 미생물에 의해서 발생되며, 또한, 유기화합물의 합성과정에 의해서도 발생되고, 경우에 따라서는 질소, 황산, 인 등과의 결합으로도 이루어진다. 이러한 화합물은 박테리아, 기타 생물의 활동에 의해 분해. 산화된다.

폐수의 화학적 특성 하수 내에 존재하는 주요 유기성분은 단백질(40~60%), 탄수화물(25~50%), 지방 및 유지(10%) 등이다. 이외에 요소, 계면활성제, 특정 유기오염물질, 농약 등과 같은 유기화합물이 소량이지만 포함되어 있다.

(2) 폐수의 화학적 특성: 무기성 고형물(강열잔류 부유고형물)

폐수의 화학적 특성 중 무기성 고형물이란 쉽게 분해되지 않는 불활성 물질을 의미하나, 특정의 무기화합물이나 황산염과 같이 특정조건 하에서만 분해되는 물질도 있다. 무기성 물질은 종종 광물질이라고도 불리고 있으며, 물의 경도 및 광물질의 함유도와 관계가 있는 상수내의 무기성염 뿐만 아니라 모래, 자갈, 실트 등을 포함하고 있는 비연소성 물질이다.

폐수의 화학적 특성 중 유기성 및 무기성 고형물의 양은 종종 이들의 강도로써 표현되는 폐수의 특성으로부터 어느 정도 가늠할 수 있는데, 실제로 유기성 고형물의 양이나, 농도, 이들의 분해능력은 폐수의 강도를 파악하는 데에 있어서 매우 중요한 요소들이다. 보통 유기성 및 휘발성 고형물의 농도가 높을수록 폐수는 강산성을 띄게 된다. 강폐수란 고형물 특히, 유기성 고형물 성분이 상당히 많은 폐수를 의미하며, 약폐수란 단지 소량의 유기성 고형물만을 지닌 폐수이다. 이미 언급한 바와 같이 고형물은 부유물질, 콜로이드성 물질 및 용존성 물질과 같은 물리적 상태에 따라 분류될 수 있고, 이들 내에는 각각 유기성 및 무기성 고형물이 포함되어 있다.

(3) 폐수의 화학적 특성: 생물화학적 산소요구량(BOD, Biochemical Oxygen Demand)

폐수의 화학적 특성 중 BOD는 수중에 존재하는 유기물질을 호기성 박테리아가 분해시키는데 필요로 하는 산소량을 의미한다. 시험방법은 시료를 20℃에서 5일간 배양하는 동안 시료중의 호기성 미생물의 증식과 호흡작용에 의하여 소비되는 용존산소의 양을 이용하여 산정한다. 이 시험방법은실험실 20℃에서 5일 동안 배양할 때의 산소요구량이므로 실제 환경조건의 온도, 생물군,물의 흐름, 햇빛, 용존산소에서는 다를 수 있어 실제 지표수의 산소요구량을 알고자 할 때에는 위의 조건을 고려해야한다. 시료 중 용존산소의 양이 소비되는 산소의 양보다 적을 때에는 시료를 희석수로 적당히 희석하여 사용한다. 공장폐수나 혐기성 발효의 상태에 있는 시료는 호기성 산화에 필요한 미생물을 식종하여야 한다.

탄소성 BOD를 측정하는 경우 질산화방지를 위한 억제제를 첨가한다. 시료가 산성 또는 알칼리성인 경우, 잔류염소 등 산화성물질을 함유한 경우, 용존산소가 과포화되어 있는 경우에는 BOD 측정시 간섭을 받을 수 있으므로 전처리를 실시한다. 시료 중 질산화 미생물이 존재할 경우 유기 및 암모니아성 질소등의 산화로 인해 BOD 값이 높게 측정된다. 이러한 경우 적절한 질산화 억제제를 사용하여질소성분에 의한 산소 소비를 방지한다.

폐수의 화학적 특성 pH가 6.5~8.5의 범위를 벗어나는 산성 또는 알칼리성 시료는 염산용액(1 M) 또는 수산화나트륨용액(1 M)으로 시료를 중화하여 pH 7~7.2로 맞춘다. 다만 이때 넣어주는 염산 또는 수산화나트륨의 양이 시료량의 0.5%가 넘지 않도록 하여야 한다. pH가 조정된 시료는반드시 식종을 실시한다.

시료 채취는 가능한 한 염소소독 전에 시료를 채취한다. 잔류염소를 함유한 시료는 시료100mL에 아자이드화나트륨 0.1 g과 요오드화칼륨 1g을 넣고 흔들어 섞은 다음 염산을 넣어 산성으로 한다(pH 약 1). 유리된 요오드를 전분지시약을 사용하여 아황산나트륨용액(0.025N)으로 액의 색깔이 청색에서 무색으로 변화될 때까지 적정하여 얻은 아황산나트륨용액(0.025N)의 소비된 부피(mL)를 남아 있는 시료의 양에 대응하여 넣어 준다. 일반적으로 잔류염소를 함유한 시료는 반드시 식종을 실시한다.

폐수의 화학적 특성 수온이 20℃ 이하일 때 용존산소가 과포화 되어 있는 경우에는 수온을 23~25℃로 상승시킨 이후에 15분간 통기 및 방치 · 냉각하여 수온을 다시 20℃로 한다. 기타 독성을 나타내는 시료에 대해서는 그 독성을 제거한 후 식종을 실시한다.

BOD(mg/L)BOD질산화 박테리아가충분히 존재하면 점선과2단계 BOD(Nitrogenous BOD)같은 질산화 반응이발생한다.BODSBOD 실험을 시작한지약 5~8일 경과 후에통상 질산화 반응이 관찰된다.1단계 BOD(Carbonaceous BOD)101520시간(days)

가) 질산화 억제제

① TCMP

순수한 TCMP(2-chloro-6(trichloromethyl)pyridine, CoH,CluN, 분자량 : 230.19)을 사용한다. 실험시 희석된 시료 1L당 순수한 고체 TCMP 10 mg(300 mL BOD병에 직접넣을 경우 3 mg을 첨가함)을 가하여 충분히 혼합한다. TCMP는 BOD 병을 시료로 2/3이상 채운 후 가한다. 일반적으로 TCMP 사용을 권장하나 ATU 용액을 사용하여도무방하며, 질산화 억제제를 첨가한 후에는 반드시 식종을 해야 한다.

ATU 용액

ATU(allylthiourea, C4HN2S, 분자량: 116.19) 40 g을 정제수에 녹여 IL로 하며, 실험시 희석시료액 1L당 ATU 용액 1 mL를 가한다(300 mL BOD 병에 0.3 mL 첨가).ATU 용액은 용기를 2/3 이상 채운 후 첨가한다.

나) 희석수

① BOD용 희석수

온도를 20℃로 조절한 물을 솜으로 막은 유리병에 넣고 용존산소가 포화되도록 충분한 기간 동안 정치하거나, 물이 완전히 채워지지 않은 병에 넣어 흔들어서 포화시키거나 압축공기를 넣어 준다. 필요한 양을 취하여 유리병에 넣고 1,000 mL에 대하여 인산염완충용액(pH 7.2), 황산마그네슘용액, 염화칼슘용액 및 염화철(Ⅲ)용액(BOD)각 1mL씩을 넣는다. 이 액의 pH는 7.2이다. pH 7.2가 아닌 경우 염산용액(1 M) 또는 수산화나트륨용액(1 M)을 넣어 조절한다. 이 액을 (20±1)℃에서 5일간 배양하였을 때 용액의 용존산소 감소는 0.2mg/L 이하이어야 한다.

② BOD용 식종수

하수, 하천수 또는 토양추출액 1,000 mL를 실온에서 24~36시간 가라앉힌 다음 상층액을 사용한다. 하수를 사용할 경우 5~10mL, 하천수의 경우 10~50 mL, 토양 추출액의 경우 20~30mL를 넣어서 제조한다. 식종수는 사용할 때 조제한다. BOD용 식종 희석수

시료 중에 유기물질을 산화시킬 수 있는 호기성 미생물의 양이 충분하지 못할 때, 미생물을 시료에 넣어 주는 것을 의미한다.

다) 글루코오스- 글루탐산 표준용액

103℃에서 1시간 건조한 글루코오스(glucose, CoH,206, 분자량: 180.16) 150mg과 글루탐산(glutamic acid, CsHoNO4, 분자량: 147.13) 150 mg을 정제수로 녹여 IL로 한다. 글루코오스- 글루탐산 표준용액은 사용할 때 제조한다.

라) 분석절차

① 시료(또는 전처리한 시료)의 예상 BOD값으로부터 단계적으로 희석배율을 정하여 3~5종의 희석시료를 2개를 한 조로 하여 조제한다. 예상 BOD값에 대한 사전경험이 없을 때에는 희석하여 시료를 조제한다. 오염정도가 심한 공장폐수는 0.1~1.0%, 처리하지 않은 공장폐수와 침전된 하수는 1~5%, 처리하여 방류된 공장폐수는 5~25%, 오염된 하천수는 25~100%의 시료가 함유되도록 희석 조제한다.

BOD용 희석수 또는 BOD용 식종희석수를 사용하여 시료를 희석할 때에는 2L 부피실린더에 공기가 갇히지 않게 조심하면서 반만큼 채우고, 시료(또는 전처리한 시료)적당량을 넣은 다음 BOD용 희석수 또는 식종 희석수로 희석배율에 맞는 눈금의 높이까지 채운다.

공기가 갇히지 않게 젖은 막대로 조심하면서 섞고 2개의 300 mL BOD병에 완전히 채운 다음, 한 병은 마개를 꼭 닫아 물로 마개주위를 밀봉하여 BOD용 배양기에 넣고 어두운 상태에서 5일간 배양한다. 이때 온도는 20℃로 항온한다. 나머지 한 병은 15분간 방치 후에 희석된 시료 자체의 초기 용존산소를 측정하는데 사용한다.

④ 같은 방법으로 미리 정해진 희석배율에 따라 몇 개의 희석 시료를 조제하여 2개의 300 mL BOD 병에 완전히 채운 후 다)와 같이 실험한다. 처음의 희석 시료 자체의 용존산소량과 20℃에서 5일간 배양할 때 소비된 용존산소의 양을 용존산소 측정법에 따라 측정하여 구한다.

5일 배양기간 동안 산소의 소비량이 40~70% 범위 안의 희석 시료를 선택하여 초기 용존산소량과 5일간 배양한 후 잔존하는 용존산소량의 차로부터 BOD를 계산한다.

유기물과 박테리아가 충분히 포함된 BOD 측정용 시료, Vo희석수 Air(300mL-V,)영양염류(N, P, K, Fe, etc.)시료의 부피는 BOD 측정치에 따라서 결정함 및 기타 유리용기=20L88・BOD병 (부피 = 300mL)산기관식종하지 않은 희석수 BOD 측정용 시료와 식종하지 않은 희석수를 채운 BOD(식종하지 않은 BOD 측정용 시료)(a) 식종하지 않은 희석수영양염류 및 기타박테리아종균희석수희석수 Air(300mL)(300mL – V,)88식종한 식종된 희석수로 채운 BOD 병희석수(식종된 검증용 시료)(b) 식종한 희석수그림 3-6 BOD 실험절차유기물은 포함되어 있으나 박테리아는 포함되어 있지 않은 BOD 측정용 시료, V..BOD 측정용 시료와 식종된 희석수가 포함된 BOD병(식종된 BOD 측정용 시료)

⑥ 시료를 식종하여 BOD를 측정할 때는 실험에 사용한 식종액을 희석수로 단계적으로희석한 이후에 위의 실험방법에 따라 실험하고 배양후의 산소 소비량이 40~70%위 안에 있는 식종 희석수를 선택하여 배양전후의 용존산소량과 식종액 함유율을 구하고 시료의 BOD 값을 보정한다.

마) BOD용 희석수 및 식종희석수의 검토희석수

① 시료(또는 전처리한 시료)를 BOD용 희석수(또는 BOD용 식종희석수)를 사용하여 회석할 때에 이들 중에 독성물질이 함유되어 있거나 구리, 납 및 아연 등의 금속이온이함유된 시료(또는 전처리한 시료)는 호기성 미생물의 증식에 영향을 주어 정상적인BOD값을 나타내지 않게 된다. 이러한 경우에 다음의 시험을 행하여 적정여부를 검토한다.

② 글루코오스 및 글루타민산 각 150 mg씩을 취하여 물에 녹여 1,000mL로 한 액 5~10mL를 3개의 300 mL BOD병에 넣고 BOD용 희석수(또는 BOD용 식종희석수)를 완전히 채운다음 이하 BOD시험방법에 따라 시험한다.

③ 이때 측정하여 얻은 BOD 값은 (200±30) mg/L의 범위 안에 있어야 한다. 얻은 BOD값의 편차가 클 때에는 BOD용 희석수(또는 BOD용 식종희석수) 및 시료에 문제점이있으므로 시험전반에 대한 검토가 필요하다.

바) 농도계산

①식종하지 않은 시료

생물화학적 산소요구량(mg/L) = (D-D2) XP

여기서, D: 15분간 방치한 후 희석(조제)한 시료의 DO(mg/L)D2: 5일간 배양한 후 희석(조제)한 시료의 DO(mg/L)P: 희석시료 중 시료의 희석배수(희석시료량/시료량)② 식종희석수를 사용한 시료

생물화학적 산소요구량(mg/L) = [(D-Ds) – (B-B2)xflxp

여기서, D: 15분간 방치한 후의 희석(조제)한 시료의 DO(mg/L)D: 5일간 배양한 후 희석(조제)한 시료의 DO(mg/L)B: 식종액의 BOD를 측정할 때 희석된 식종액의 배양전 DO(mg/L)

B: 식종액의 BOD를 측정할 때 희석된 식종액의 배양후 DO(mg/L)

f: 희석시료 중의 식종액 함유율(%)과 희석한 식종액 중의 식종액 함유율(%)의 비(z/y)P: 희석시료 중 시료의 희석배수(희석시료량/시료량)

(4) 폐수의 화학적 특성: 화학적 산소요구량(COD, Chemical Oxygen Demand)

폐수의 화학적 특성 중 화학적 산소요구량은 폐수의 화학적 특성을 파악하기 위하여 널리 이용되고 있는 지표중의 하나로서 수중의 오염물질을 강한 산화제를 사용하여 화학적으로 산화시키는데 필요로 하는 산소량이다. 우리나라의 COD 측정은 강산화제를 과망간산칼륨(KMnO4)을 이용하는 방법과 다이크롬산칼륨(KCr2O7)을 이용하는 방법으로 나누어지며, 폐수의 화학적 특성의 과망간산칼륨을 이용한 방법은 다시 산성법과 알칼리법으로 분류된다.

가) 산성 과망간산칼륨법 (CODMn, Titrimetric Method-Acidic Permanganate)

폐수의 화학적 특성 산성 과망간산칼륨법은 수중에 존재하는 화학적 산소요구량을 측정하기 위하여 시료를 황산산성으로 하여 과망간산칼륨 일정과량을 넣고 30분간 수욕상에서 가열반응시킨 다음 소비된 과망간산칼륨량으로부터 이에 상당하는 산소의 양을 측정하는 방법이다. 염소이온이 2,000 mg/L 이하인 시료(100 mg)에 적용한다. 염소이온은 과망간산에 의해 정량적으로 산화되어 양의 오차를 유발하므로 황산은을 첨가하여 염소이온의 간섭을 제거한다. 아질산염은 아질산성 질소 1mg당 1.1 mg의 산소를 소모하여 COD값의 오차를 유발한다. 아질산염의 방해가 우려되면 아질산성 질소 1 mg당 10 mg의 설파민산을 넣어 간섭을 제거한다. 제일철이온, 아황산염 등 실험 조건에서 산화되는 물질이 있을 때에 해당되는 COD값을 정량적으로 빼주어야 한다.

가. 분석절차

① 300mL 둥근바닥 플라스크에 시료 적당량을 취하여 정제수를 넣어 전량을 100 mL로 한다.

② 시료에 황산(1+2) 10 mL를 넣고 황산은 분말 약 1g을 넣어 세게 흔들어 준 다음 수분간 방치하며, 수 분간 방치 후 상층액이 투명해져야 한다. 황산은 분말 1g 대신 질산은용액(20%) 5mL 또는 질산은 분말 1g을 첨가해도 좋다. 다만, 시료 중 염소이온이 존재할 경우에는 염소이온의 당량만큼 황산은 또는 질산은을 가해준 다음 규정된 양을 추가로 첨가한다. 염소이온 1g에 대한 황산은의 당량은 4.4 g이며, 질산은의 당량은 4.8g이다.

(예) 은염의 첨가량(g) = 시료 중 염소이온의 양(g) x 염소이온 1g에 대한 은염의 당량(g) + 1 g

•과망간산칼륨용액(0.005 M) 10 mL를 정확히 넣고 둥근바닥플라스크에 냉각관을 붙이고 물중탕의 수면이 시료의 수면보다 높게 하여 끓는 물중탕기에서 30분간 가열한다. ④ 냉각관의 끝을 통하여 정제수 소량을 사용하여 씻어준 다음 냉각관을 떼어 낸다.

⑤ 옥살산나트륨용액(0.0125 M) 10 mL를 정확하게 넣고 60~80℃를 유지하면서 과망간산칼륨용액(0.005M)을 사용하여 액의 색이 엷은 홍색을 나타낼 때까지 적정한다.

⑥ 정제수 100 mL를 사용하여 같은 조건으로 바탕시험을 행한다.

⑦ 시료의 양은 30분간 가열반응한 후에 과망간산칼륨용액(0.005 M)이 처음 첨가한 양의 50~70%가 남도록 채취한다. 다만 시료의 COD값이 10mg/L 이하일 경우에는 시료 100mL를 취하여 그대로 시험하며, 보다 정확한 COD값이 요구될 경우에는 과망간산칼륨액(0.005 M)의 소모량이 처음 가한 양의 50%에 접근하도록 시료량을 취한다.

나. 농도계산

COD 계산은 아래의 식을 이용하여 사용한 시료의 양과 소비된 과망간산칼륨용액으로부터 구한다.

화학적 산소요구량(mg/L) = (b-a)xfx. ・x0.2V 1,000

여기서, a:바탕시험 적정에 소비된 과망간산칼륨용액(0.005 M)의 양(mL)b :시료의 적정에 소비된 과망간산칼륨용액(0.005 M)의 양(mL)f: 과망간산칼륨용액(0.005 M) 농도계수(factor)V: 시료의 양(mL)

나) 알칼리성 과망간산칼륨법(CODMn, Titrimetric Method-Alkaline Permanganate

)알칼리성 과망간산칼륨법은 물속에 존재하는 화학적 산소요구량을 측정하기 위하여 시료를 알칼리성으로 하여 과망간산칼륨 일정과량을 넣고 60분간 수욕상에서 가열반응시키고요오드화칼륨 및 황산을 넣어 남아있는 과망간산칼륨에 의하여 유리된 요오드의 양으로부터 산소의 양을 측정하는 방법이다. 이 시험방법은 염소이온이 높은(2,000 mg/L 이상) 하수 및 해수 시료에 적용한다.

시료 중에 환원성 무기물질들의 간섭이나 알코올류, 당류, 단백질 등의 알칼리 가용성 화합물의 방해를 받지 않으며, 가열과정에서 오차가 발생할 수 있으므로 물중탕기의 온도와가열시간을 잘 지켜야 한다.

가. 분석절차

① 300 mL 둥근바닥플라스크에 시료 적당량을 취하여 정제수를 넣어 50 mL로 하고 수산화나트륨용액(10%) 1 mL를 넣어 알칼리성으로 한다.

② 여기에 과망간산칼륨용액(0.005 M) 10 mL를 정확히 넣은 다음 둥근바닥플라스크에냉각관을 붙이고 물중탕기의 수면이 시료의 수면보다 높게 하여 끓는 물중탕기에서60분간 가열한다.

③ 냉각관의 끝을 통하여 정제수 소량을 사용하여 씻어준 다음 냉각관을 떼어 내고 요오드화칼륨용액(10%) 1 mL를 넣어 방치하여 냉각한다.

아자이드화나트륨(4%) 한 방울을 가하고 황산(2+1) 5mL를 넣어 유리된 요오드를지시약으로 전분용액 2mL를 넣고 티오황산나트륨용액(0.025 M)으로 무색이 될 때까지 적정한다.

⑤ 따로 시료량과 같은 양의 정제수를 사용하여 같은 조건으로 바탕시험을 행한다.시료의 양은 가열반응하고 남은 과망간산칼륨용액(0.005 M)이 처음 첨가한 양의 50~

70%가 남도록 채취한다. 보다 정확한 COD값이 요구될 경우에는 과망간산칼륨용액(0.005M)의 소모량이 처음 가한 양의 50%에 접근하도록 시료량을 취한다.

나. 농도계산

COD 계산은 아래의 식을 이용하여 사용한 시료의 량과 소비된 과망간산칼륨용액으로부터 구한다.

1,000화학적 산소요구량(mg/L) = (b-a)xfx- -×0.2V

여기서, Q: 바탕시험 적정에 소비된 과망간산칼륨용액(0.005 M)의 양(mL)b: 시료의 적정에 소비된 과망간산칼륨용액(0.005 M)의 양(mL)f: 과망간산칼륨용액(0.005 M)의 농도계수(factor)V: 시료의 양(mL)

다) 다이크롬산칼륨법(CODcr, Titrimetric Method-Dicromate)

화학적 산소요구량을 측정하기 위하여 시료를 황산산성으로 하여 다이크롬산칼륨 일정과량을 넣고 2시간 가열반응 시킨 다음 소비된 다이크롬산칼륨의 양을 구하기 위해 환원되지않고 남아 있는 다이크롬산칼륨을 황산제일철암모늄용액으로 적정하여 시료에 의해 소비된다이크롬산칼륨을 계산하고 이에 상당하는 산소의 양을 측정하는 방법이다. 이 시험기준은지표수, 지하수, 폐수 등에 적용하며, COD 5~50 mg/L의 낮은 농도범위를 갖는 시료에 적용한다. 따로 규정이 없는 한 해수를 제외한 모든 시료의 다이크롬산칼륨에 의한 화학적 산소요구량을 필요로 하는 경우에 이 방법에 따라 시험한다. 염소이온 농도가 1,000 mg/L 이상일 때에는 COD값이 최소한 250 mg/L 이상의 농도이어야 한다.

따라서 해수 중의 COD측정은 이 방법으로 부적절하다. 염소이온은 다이크롬산에 의해 정량적으로 산화되어 양의오차를 유발하므로 황산수은(Ⅱ)을 첨가하여 염소이온과 착물을 형성하도록 하여 간섭을 제거할 수 있다. 염소이온의 양이 40 mg 이상 공존할 경우에는 HgSO4: CI = 10:1의비율로 황산수은(Ⅱ)의 첨가량을 늘린다. 아질산 이온(NO2) 1 mg은 1.1 mg의 산소(O2)를소비한다. 아질산 이온에 의한 방해를 제거하기 위해 시료에 존재하는 아질산성 질소(NON) 1mg당 설퍼민산 10 mg을 첨가한다.

가. 분석절차

① 250mL 플라스크에 시료 적당량을 넣고 여기에 황산수은(I) 약 0.4g을 넣은 다음,정제수를 넣어 20 mL로 하여 잘 흔들어 섞고 몇 개의 끓임쪽을 넣은 다음 천천히 흔들어 준다. 현탁물질을 포함하는 경우에는 잘 흔들어 섞어 균일하게 한 다음 신속하게분취한다. 2시간 동안 끊인 다음 최초에 넣은 다이크롬산칼륨용액(0.025 N)의 약 반이남도록 취한다. 고농도 시료의 경우에는 시험방법의 다이크롬산칼륨액과 황산제일철암모늄용액 0.025 N 규정농도와 다른 0.25 N 농도를 사용한다. 이 방법은 수은화합물을 사용하므로 시험 후 폐액처리에 특히 주의하여야 한다.

② 황산은용액 2mL를 천천히 넣고, 얼음 중탕 안에서 다이크롬산칼륨용액(0.025N) 10mL를 서서히 흔들어 주면서 정확히 넣은 다음 플라스크에 냉각관을 연결시키고 냉각수를 흘린다.

③ 열린 냉각관 끝에서 황산은 용액 28 mL를 천천히 흔들면서 넣은 다음 냉각관 끝을 작은 비커로 덮고 가열판에서 2시간 동안 가열한다.

④ 방치하여 냉각시키고 정제수 약 10mL로 냉각관을 씻은 다음 냉각관을 떼어내고 전체액량이 약 140 mL가 되도록 정제수를 넣고 1,10-페난트로린제일철용액 2~3방울 넣은 다음 황산제일철암모늄용액(0.025 N)을 사용하여 액의 색이 청록색에서 적갈색으로 변할 때까지 적정한다. 따로 정제수 20 mL를 사용하여 같은 조건으로 바탕시험을행한다.

나. 농도계산

시료 중 COD는 아래의 식을 사용하여 mg/L의 단위로 계산한다.

화학적 산소요구량(mg/L) = (b-a)xfx -×0.21,000V

여기서, a : 적정에 소비된 황산제일철암모늄용액(0.025 N)의 양(mL)b: 바탕시료에 소비된 황산제일철암모늄용액(0.025 N)의 양(mL)f: 황산제일철암모늄용액(0.025 N)의 농도계수(factor)V: 시료의 양(mL)

(5) 폐수의 화학적 특성: 총 유기탄소(TOC, Total Organic Carbon)

폐수의 화학적 특성 중 총 탄소(TC, total carbon)는 수중에 존재하는 유기적 또는 무기적으로 결합된 탄소의 합을 의미하며, 무기성 탄소(IC, inorganic carbon)는 수중에 탄산염, 중탄산염, 용존 이산화탄소 등 무기적으로 결합된 탄소의 합이다. 총 유기탄소(Total Organic Carbon)는 수중에 존해하는 유기적으로 결합된 탄소의 합을 의미하는데, 분석은 시료 적당량을 산화성 촉매로 충전된 고온의 연소기에 넣은 후에 연소를 통해서 수중의 유기탄소를 이산화탄소(CO2)로 산화시키거나 또는 시료에 과황산염을 넣어 자외선으로 수중의 유기탄소를 이산화탄소로 산화하여 정량하는 방법이 있다. 산출방법은 무기성 탄소를 사전에 제거하여 측정하거나, 무기성 탄소를 측정한 후 총 탄소에서 감하여 총 유기탄소의 양을 구한다.

용존성 유기탄소(DOC, dissolved organic carbon)는 총 유기탄소 중 공극 0.45 μm의 막 여지를 통과하는 유기탄소를 말하며, 부유성 유기탄소(SOC, suspended organic carbon)는 총 유기탄소 중 공극0.45m의 막 여지를 통과하지 못한 유기탄소를 말한다. GF/F로 여과시 입자성 유기탄소(POC, particulate organic carbon)로 구분하기도 한다. 비정화성 유기탄소(NPOC, non-purgeable organic carbon)는 총 탄소 중 pH 2 이하에서 포기에 의해 정화(purging)되지 않는 탄소를 의미하는데 과거에는 비휘발성 유기탄소라고 구분하기도 하였다.

가) 총 유기탄소 분석기기

가. 산화부

유기탄소를 이산화탄소로 산화하는 방법으로는 고온연소 산화방법과 자외선 – 과황산 산화방법의 두 가지 방법이 있다.

① 고온연소 산화방법

시료를 산화코발트, 백금, 크롬산바륨과 같은 산화성 촉매로 충전된 고온반응기에서연소시켜 시료 중의 탄소를 이산화탄소로 전환하여 검출부로 운반한다.② 자외선과황산 산화방법

시료에 과황산염을 넣은 상태에서 자외선으로 시료 중의 유기탄소를 이산화탄소로 산화시켜 검출부로 운반한다.

나. 검출부

검출부는 비분산적외선분광분석법(NDIR, non-dispersive infrared), 전기량적정법(coulometric titration method) 및 전도도법(conductometry) 또는 이와 동등한 검출 방법으로 측정한다.무기성 탄소가 총 탄소의 50%를 초과하는 경우, 사전에 무기성 탄소를 제거한 다음 총유기탄소를 측정하며(비정화성 유기탄소 방법), 무기성탄소가 50% 이하일 경우는 어느 정량방법을 사용해도 무방하다.

나) 농도계산가. 무기성탄소를 제거하지 않은 경우총 유기탄소(TOC) = 총 탄소(TC) – 무기성 탄소(IC)

나. 무기성탄소를 제거한 경우총 유기탄소(TOC)= 비정화성 유기탄소(NPOC)

(6) 폐수의 화학적 특성: 용존산소(DO, Dissolved Oxygen)

폐수의 화학적 특성 중 폐수처리에서 처리전이나 처리후의 용존산소 농도는 대단히 중요하다. 특히, 생물학적 폐수처리가 만족할 만한 수준으로 이루어지기 위해서는 용존산소가 반드시 충분히 존재하여야만 한다. 만약, 용존산소가 존재하지 않거나 부족하게 되면 점차적으로 혐기성상태로 진행되어 악취유발 및 색도 변화 등의 여러 가지 문제점이 발생된다.

용존산소 측정방법은 전극법(Electrode Method)과 적정법(Titrimetric Method)을 이용하여 측정할 수 있다. 전극법은 용존산소 측정기(DO meter)를 이용하여 측정하는 것이다. 적정법은 용존산소를 측정하기 위하여 시료에 황산망간과 알칼리성 요오드칼륨용액을 넣어생기는 수산화제일망간이 시료 중의 용존산소에 의해 산화되어 수산화제이망간으로 되고,황산 산성에서 용존산소량에 대응하는 요오드를 유리하는데, 유리된 요오드를 티오황산나트륨으로 적정하여 용존산소의 양을 정량하는 방법이다. 적정법은 시료가 착색되거나 현탁된 경우 정확한 측정을 할 수 없으며, 산화·환원성 물질이나 미생물 플록(Floc)이 존재하면 측정을 방해받을 수도 있다.

가) 적정법(Titrimetric Method)

① 시료를 가득 채운 300 mL BOD병에 황산망간용액 1 mL, 알칼리성 요오드화칼륨 – 아자이드화나트륨용액 1 mL 넣고 기포가 남지 않게 조심하여 마개를 닫고 병을 수회 회전하면서 섞는다.

② 2분 이상 정치시킨 후에, 상층액에 미세한 침전이 남아 있으면 다시 회전시켜 혼화한 다음 정치하여 완전히 침전시킨다.

③ 100 mL 이상의 맑은 층이 생기면 마개를 열고 황산 1mL를 병목으로부터 넣는다. 갈색의 침전물이 생긴다.

④ 마개를 다시 닫고 갈색의 침전물이 완전히 용해할 때까지 병을 회전시킨다. ⑤ BOD병의 용액 200 mL를 정확히 취하여 황색이 될 때까지 티오황산나트륨용액(0.025M)으로 적정한 다음, 전분용액 1 mL를 넣어 용액을 청색으로 만든다. 이후 다시 티오황산나트륨용액(0.025 M)으로 용액이 청색에서 무색이 될 때까지 적정한다.

나) 농도계산

가. 용존산소 농도 산정방법

용존산소(mg/L) = axfx

V 1,000

VSV-R

여기서, a

: 적정에 소비된 티오황산나트륨용액(0.025M)의 양(mL)

f : 티오황산나트륨(0.025 M)의 인자(factor)

V: 전체 시료의 양(mL)

V2: 적정에 사용한 시료의 양(mL)

R :황산망간용액과 알칼리성 요오드화칼륨 – 아자이드화나트륨용액 첨가량(mL)

나. 용존산소 포화율 산정방법

×0.2

용존산소량을 포화율로 나타낼 경우에는 <표 3-5>로부터 시료의 온도와 염소이온농도에 일치하는 값을 찾아내서 다음 식에 의하여 계산한다.

(7) 폐수의 화학적 특성: 수소이온농도(Potential of Hydrogen, pH)

폐수의 화학적 특성에서 물속의 수소이온농도(pH)를 측정하는 방법으로는 기준전극과 비교전극으로 구성되어진pH측정기를 사용하여 양전극간에 생성되는 기전력의 차를 이용하여 측정하는 방법이 이용된다. pH 측정기는 보통 유리전극 및 비교전극으로 된 검출부와 검출된 pH를 표시하는 지시부로 되어 있다. 지시부에는 비대칭 전위조절(영점조절)용 꼭지 및 온도보상용 꼭지가 있다. 온도보상용 꼭지가 없는 것은 온도보상용 감온부가 있다.

일반적으로 유리전극은 용액의 색도, 탁도, 콜로이드성 물질, 산화 및 환원성 물질 및 염도에 의해 간섭을 받지 않는다. pH 10 이상에서는 나트륨에 의해 오차가 발생할 수 있는데,이는 “낮은 나트륨 오차 전극을 사용하여 줄일 수 있다. 또한, 기름층이나 작은 입자상이전극을 피복하여 pH 측정을 방해할 수 있는데, 이러한 경우 피복물을 부드럽게 닦아내거나세척제등으로 닦아내고 증류수로 세척하여 부드러운 천으로 물기를 제거한 후 사용한다. 염산(1+9)을 사용하여 피복물을 제거할 수 있다. pH는 온도변화에 따라 영향을 받는다. 대부분의 pH 측정기는 자동으로 온도가 보정되나 다음과 <표 3-6>과 같이 수동으로 보정할 수있다.

표 3-6 온도별 표준용액의 pH 값

온도 수산염 표준용액 프탈산염 표준용액 인산염 붕산염 표준용액 표준용액 탄산염 수산화칼슘 표준용액 표준용액 1.67 4.01 6.98 9.46 10.32 13.43 5°C 1.67 4.01 6.95 9.39 10.25 13.21 10°C 1.67 4.00 6.92 9.33 10.18 13.00 15°C 1.67 4.00 6.90 9.27 10.12 12.81 20°C 1.68 4.00 6.88 9.22 10.07 12.63 25°C 1.68 4.01 6.86 9.18 10.02 12.45 30°C 1.69 4.01 6.85 9.14 9.97 12.30 35°C 1.69 4.02 6.84 9.10 9.93 12.14 40°C 1.70 4.03 6.84 9.07 11.99 50°C 1.71 4.06 6.83 9.01 11.70 60°C 1.73 4.10 6.84 8.96 11.45

(8) 폐수의 화학적 특성: 탄수화물, 단백질, 지방 및 유지류

폐수의 화학적 특성 중 탄수화물은 최종부산물로서 유기산을 형성하게 되며, 생물학적 분해과정동안 최초로 분해되는 성분이다. 탄수화물은 보통 종이제품의 셀룰로오스 성분뿐만 아니라 여러 가지 당류의 형태로 존재하게 된다. 탄수화물은 폐수처리장 내의 미생물을 위한 화합물을 포함하고 있는 1차 탄소에너지원이다.

단백질과 이들의 분해산물인 아미노산은 질소화합물로서, 동물의 세포조직이나 식물로부터 발생한다. 단백질은 도시하수 내의 미생물 증식을 위한 주요 질소원의 하나이다.

지방 및 유지류(Fat and oils)는 동식물에 의해서 발생하게 되는데, 이들은 미생물의 활동에 의해 지방산으로 분해된다. 지방은 보통 수용성이나 때로는 폐수표면에 부유하기도 한다. 유지는 알코올 또는 글리세린과 지방산의 화합물(에스테르)이다. 상온에서 액체상태인 지방산의 글리세라이드를 일반적으로 기름(오일)이라고 하며, 고체인 것을 지방이라고 한다. 지방은 안정한 화합물로 박테리아에 의해 쉽게 분해되지 않는다. 그러나, 광산을 작용시키면 분해되어 글리세린과 지방산이 된다. 수산화나트륨(가성소다)과 같은 알칼리를 작용시키면 글리세린과 지방산의 알칼리염이 생성된다. 이 알칼리염이 비누이다. 그리스란 유지(버터 마가린), 왁스 등의 유지류를 말한다.

(9) 폐수의 화학적 특성: 질소화합물

폐수의 화학적 특성 중 질소는 생물학적 처리동안 박테리아의 성장에 필요한 영양분이기 때문에 폐수처리에 있어서 중요한 성분이다. 화합물, 단백질과 이들의 분해산물 및 아미노산 등을 포함하고 있는 일단의 질소성분은 이미 폐수의 유기성 먹이성분으로서 명시되고 있다.

유기성 질소화합물은 인간에 의해서 배출되는 요소이다. 이 요소는 폐수내의 미생물에 의해 암모니아로 쉽게 분해된다. 무기성 질소화합물인 암모니아의 발생원은 다양한데, 주 발생원으로는 인간, 동물에 의한 배설물, 요소 및 단백질에 의한 분해산물이다.

보통 생폐수에서 발견되지 않는 무기성 질소의 두 가지 형태 즉, 질산염과 아질산염은 매우 중요하다. 질산염은 실제로 용존산소의 존재하에서 암모니아의 산화로부터 형성되는데, 이것이 바로 질산화이며, 생물학적 폐수처리과정이나 수역 내에서 발생한다. 하천수역 내의 산소는 암모니아의 산화에 의해서 소모될 뿐만 아니라 수생식물, 미생물 등이 질산염과 아질산염을 영양원으로 하여 과잉으로 증식하는 등의 이유로 인해 배출수의 질소성분은 감소되어야 한다.

(10) 폐수의 화학적 특성: 인화합물

폐수의 화학적 특성 중 인은 질소와 마찬가지로 폐수처리장내 박테리아의 영양원으로 널리 이용되고 있다. 인은호수, 늪, 하천내의 식물의 성장에 필요한 필수영양분의 하나이나, 특정조건하에서 과잉의식물성장을 초래할 수 있다. 이러한 사항들이 처리수내의 인의 존재에 대한 규제를 실시하는 이유와 밀접한 관계가 있다. 인은 인간의 배설물, 농업용수, 주방 합성세제 등으로부터발생되며, 흔히 무기성 인의 형태로 존재하고 있다.

(11) 폐수의 화학적 특성: 무기성 화합물

폐수의 화학적 특성 중 폐수내에는 많은 무기성 화합물이 존재하고 있으나, 그다지 측정되지 않고 있다. 무기성화합물은 나트륨, 이산화탄소, 염화합물, 황산염, 칼슘 및 칼륨 등과 같은 물질을 포함하고있다. 이중 측정에 널리 이용되고 있는 것은 염화물과 황산염이다. 염화물은 상수공급으로부터 뿐만 아니라 요소로부터도 발생된다. 염화물은 비교적 분해되기 쉽고, 폐수처리시설내에 침식되지 않으므로 이들의 농도는 얼마간 예측 가능한 수준에 필히 도달할 것이다. 그러므로 이러한 수준의 변화로부터 산업폐수나 하수관거의 침투수/유입수와 같은 유량이 폐수처리장에 유입되는 것을 간접적으로 파악할 수 있다. 황산염은 혐기성 조건 하에서 황화수소로 쉽게 분해되어 안전, 악취, 냄새 등의 문제를 유발하게 된다.

황화수소는 독성을 지니고 있기 때문에 인간에게 매우 위험한 물질이다. 일반적으로 공기보다도 무거운 이 가스가 형성되면, 이것은 맨홀, 피트 혹은 정체지역에 모이게 된다. 만일 이 가스가 감지되면, 그지역에 들어가기 전에 철저하게 환기시켜야만 한다. 황화수소의 농도가 높아지게 되면, 코내의 점막을 파열하는 등의 영향을 받아 가스가 발생하더라도 냄새를 감지할 수 없게 된다.황화수소는 부패의 냄새와 같은 썩은 달걀냄새를 유발할 뿐만 아니라 다른 냄새의 간접적인 발생원으로 작용하기 때문에 폐수의 화학적, 물리적 변화를 초래할 수 있다. 이것은 가용성이며, 반응성이 좋은 가스이기 때문에 단지 소량으로도 냄새를 유발하기에 충분할 뿐만아니라 다른 화합물과도 반응하게 된다. 수많은 유기성 화합물은 황화수소와 반응하게 되면불쾌한 악취를 유발하게 된다. 또한, 황화수소는 무기성 화합물과 쉽게 반응하여 폐수내의철이나 망간과 함께 검은색의 잔류황화물을 형성한다.

(12) 폐수의 화학적 특성: 기타 화합물

폐수의 화학적 특성 중 폐수내에서 발견될 수 있는 기타 주요 화합물 내에는 여러 가지 유분, 지방, 그리스 등이포함되어 있다. 오일과 그리스는 그리스볼이나 부유덩어리의 형태로 축적되어 처리장에서 문제시되고 있다. 이러한 부유물 덩어리는 일반적으로 조작상 많은 문제점을 유발시킬 뿐만 아니라 심지어 화재나 폭발의 위험성을 내재하고 있다.

폐수내에는 또한 소량의 용존가스가 존재할 뿐만 아니라 이들의 농도 또한 다양하다. 이러한 용존가스 중 가장 중요한 것은 용존산소와 황화수소이다. 그 외에도 유기성물질의 분해로부터 발생한 이산화탄소나 대기로부터 용존된 질소와 같은 다양한 가스가 포함되어 있다. 이러한 가스들은 비록 양은 적으나 폐수의 분해 및 처리에 중요한 역할을 한다.

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