수질측정이란?
수질측정은 물의 질을 평가하기 위해 물 속에 포함된 여러 화학물질, 생물체, 그리고 물리적 특성을 분석하는 과정입니다.
물의 오염 수준을 판단하고, 생태계에 적합한지 여부를 결정하기 위해 수행합니다.
수질측정은 공공 수체의 관리, 폐수 및 산업 폐기물의 처리, 식수의 안전성 평가, 수생태계의 건강 상태 평가 등 다양한 목적으로 활용됩니다.
수질측정의 7가지 방법들
| No. | 수질측정 방법 | 설명 |
|---|---|---|
| 1 | 수소이온농도 측정 (pH) | 물의 산성 또는 알칼리성 정도를 나타내는 지표. |
| 2 | 생물화학적 산소요구량 (BOD) | 물 속에 존재하는 유기물 분해를 위해 필요한 산소의 양을 측정. |
| 3 | 화학적 산소요구량 (COD) | 물 속의 유기물 및 일부 무기물을 산화시키는데 필요한 산소의 양 측정. |
| 4 | 부유물질량 (SS) | 물 속에 떠다니는 고체 물질의 총량 측정. |
| 5 | 대장균군 | 물 속의 대장균군의 존재 유무 및 그 수를 측정하여 위생 상태 평가. |
| 6 | 용존산소량 (DO) | 물 속에 용해되어 있는 산소의 양 측정. |
| 7 | 총유기탄소량 (TOC) | 물 속에 존재하는 총 유기 탄소의 양 측정. |
1. 수소이온농도 측정 (pH)
용액의 수소 이온(H+) 농도가 순수한 물보다 높으면 산성이고, pH는 7보다 낮은 값을 의미합니다.
수산화 이온(OH-)의 농도가 높으면 알칼리성입니다.
수소이온농도(pH)는 1ℓ당 약 1~10－14g당량의 수소 이온 농도값을 0~14의 숫자로 전환하여 나타낸 지표입니다. 순수한 물은 수소 이온(H+)과 수산화 이온(OH-)가 동일하면 중성을 의미하며, pH는 7에 해당합니다.
수소이온농도(pH)측정 방법
수소이온농도(pH) 측정 방법입니다.
| 단계 | 설명 |
|---|---|
| 유리전극 준비 | 수소이온농도를 측정하기 위해 유리전극을 미리 정제수에 수 시간 담가 두어 전극을 활성화합니다. 이 과정은 정확한 반응을 위해 필수적입니다. |
| 전극의 세척 | 유리전극을 정제수에서 꺼낸 후, 거름종이로 가볍게 닦아 전극 표면의 불필요한 물기나 이물질을 제거합니다. 이는 정확한 측정을 위한 중요한 단계입니다. |
| pH 측정 | 준비된 유리전극을 측정하고자 하는 시료에 담가둡니다. pH 측정값이 안정화될 때까지 기다립니다. 측정이 안정화되는 시간은 전극의 종류나 시료의 특성에 따라 다를 수 있습니다. |
| 측정값 기록 | 측정된 pH가 안정되면, 그 측정값을 정확히 기록합니다. 이 측정값은 해당 시료의 수소이온농도를 나타내며, 시료의 산성도 또는 염기성을 판단하는 데 사용됩니다. |
2. 생물화학적 산소요구량(BOD)
생물화학적 산소요구량(BOD, Biochemical Oxygen Demand)은 물 속에 있는 미생물이 유기물을 분해하는 데 필요한 산소량을 말합니다.
BOD는 물의 오염도를 나타내는 지표 중 하나로, BOD가 높을수록 유기물의 오염도가 높음을 의미합니다. BOD는 20°C에서 5일간 배양시 소비하는 산소량으로 나타내며, ppm 또는 ㎎/ℓ 단위로 표시합니다.
생물화학적 산소요구량(BOD)를 측정하는 방법
- 시료를 20℃의 어두운 곳에서 5일간 배양한다
- 초기 용존산소(D1)를 측정한다
- 5일 후 용존산소(D2)를 측정한다
- 초기 용존산소(D1)에서 5일 후 용존산소(D2)를 뺀 값이 BOD5이다
생물화학적 산소요구량(BOD)의 전처리 과정
BOD를 정확하게 측정하기 위해서는 시료의 전처리가 필요합니다.
전처리 과정은 다음과 같습니다.
- 시료의 pH가 6.5~8.5 범위 밖이면 염산 또는 수산화나트륨 용액으로 시료의 pH를 7로 맞춘다
- 시료의 온도를 조절한다
- 잔류염소를 제거한다
- 용존 산소(DO) 농도를 조절한다
3. 화학적 산소요구량 (COD)
화학적 산소요구량(COD, Chemical Oxygen Demand)은 물 속에 있는 유기물 등의 오염물질을 화학적으로 산화시키기 위해 필요한 산소의 양으로, 물의 오염 정도를 나타내는 기준입니다.
COD는 폐수 유출물이 수용수의 산소 농도에 미치는 단기적인 영향을 측정하는 데 사용됩니다.
화학적 산소요구량 (COD) 측정 방법
산성 과망간산칼륨법을 이용한 COD의 측정은 다음과 같습니다.
- 시료를 황산으로 산성으로 조정합니다
- 일정량의 과망간산칼륨을 넣습니다
- 둥근 바닥 플라스크에 냉각관을 붙입니다
- 수욕조의 수면이 시료의 수면보다 높게 하여 끓는 수용중에서 30분간 가열합니다
- 냉각관의 끝을 통하여 물 소량을 사용하여 씻어줍니다
- 냉각관을 떼어 냅니다
- 일정량의 수산나트륨용액을 넣습니다
- 60~80℃를 유지하면서 뷰렛에 과망간산칼륨용액을 채웁니다
- 한방울씩 떨어뜨려 액의 색이 엷은 홍색을 나타낼 때까지 적정합니다
4. 부유물질량 (SS)
부유물질량(SS, Suspended Solids)은 물 속에 떠다니는 입자 크기가 2mm 이하인 불용해성 부유물질의 양을 말합니다.
부유물질량은 mg/l로 표시되며, 물 1리터 안에 포함된 중량을 나타냅니다. 부유물질량이 높을수록 물속의 고형물량이 많아져 물이 탁해지고 오염도가 높아집니다.
부유물질량 (SS) 측정방법
부유물질량(SS)을 측정하는 방법은 다음과 같습니다.
- 탁수나 하천수 등을 폴리 용기에 채수하여 시험실로 가져갑니다.
- 전용 물종이로 여과합니다.
- 물레지에 남은 고형물을 건조시킵니다.
- 고형물의 무게를 측정합니다.
- 여과 전 후의 유리섬유여지의 무게차를 산출하여 부유물질의 양을 구합니다.
5. 대장균군
대장균군은 그람음성, 무아포성 간균으로서 유당을 분해하여 가스 또는 산을 발생하는 모든 호기성 또는 통성 혐기성균을 말합니다.
대장균군은 분류학적인 용어가 아니고 공중위생 또는 응용 세균학상 사용되고 있는 용어입니다.
대장균군 측정방법
추정시험
- 시험용액 10ml를 2배 농도의 유당배지에 가한다.
- 시험용액 1ml와 0.1ml를 유당배지에 각각 3개 이상씩 가한다.
- 시험용액을 접종한 유당배지를 35~37℃에서 24±2시간 배양한다.
확정시험
- 추정시험에서 가스 발생한 유당배지 발효관으로부터 BGLB배지에 접종한다.
- 35~37℃에서 24±2시간 동안 배양한다.
- 가스 발생여부를 확인한다.
완전시험
- 추정시험에서 가스 발생한 유당배지 발효관으로부터 BGLB배지에 접종하여 35~37℃에서 24±2시간 동안 배양한다.
- 보통한천배지의 집락이 그람음성, 무아포성 간균인지 확인한다.
- 유당을 분해하여 가스가 발생하는지 재확인한다.
6. 용존산소량 (DO)
용존산소량(DO, Dissolved Oxygen)은 물 속에 녹아있는 산소의 양을 말하며, 수질 오염의 지표로 사용됩니다.
일반적인 물의 DO는 약 7~10ppm이며, 온도 및 염분이 낮을수록, 기압이 높을수록 DO의 양이 많아집니다.
용존산소량 (DO) 측정방법
격막산소전극법
테프론이나 폴리에틸렌 필름으로 피복된 전극을 전해질 용액에 넣고, 격막을 통해 용액 중에 확산하는 산소로부터의 신호를 측정하여 DO를 검출하는 방법입니다. 검출 방식에는 갈바니 전지식과 폴라로그래프 방식이 있는데, 일반적으로 전자(갈바니)가 사용되고 있습니다.
광학식 센서
DO 측정을 위하여 빛과 발광 재료를 이용하는 방법입니다. 이 전극은 유지보수가 덜 힘들고, 교정이 가능하며, 황화후소 및 다른 용존가스에 의해 영향을 받지 않습니다.
전기화학식 센서
DO 측정을 위해 갈바닉 또는 클라크 유형의 전극(전해액의 양극과 음극)을 사용하는 방법입니다.
Winkler-Azide화 나트륨 법
시수에 황산 망간과 수산화나트륨 용액을 주입하면 제일 수산화 망간의 침전이 생성되고, 이 침전 중의 망간은 수중의 용존 산소와 반응해서 용존 산소량만큼의 제이 수산화망간으로 산화를 받는 방법입니다.
7. 총유기탄소량 (TOC)
총유기탄소량(TOC, Total Organic Carbon)은 물 속 유기오염물질에 포함된 탄소의 총량으로, 수질오염 정도를 나타내는 주요 지표입니다.
TOC는 미생물에 의한 자연분해가 어려운 난분해성 유기물질을 측정하는 지표입니다.
총유기탄소량 (TOC)측정방법
- 시료에 산소(O2)를 공급해주면서 고온(약 680도)에서 가열해주면, 유기탄소든 무기탄소든 모두 이산화탄소(CO2)로 전환됩니다.
- 비분산 적외선 측정장치(non-dispersive infrared; NDIR)를 이용하여 생성된 CO2의 양을 정량화합니다.
- 무기탄소만을 CO2로 전환시켜주는 방법이 필요합니다. 시료에 산(acid)을 공급하여 pH를 3 이하로 낮춰주면, 시료 내 HCO3- 및 CO32-가 CO2로 전환됩니다.
마무리
오늘은 수질측정의 방법 7가지(대장균군, BOD, COD, SS, DO, TOC 등)에 대해 알아보았습니다.
수질측정은 물 속 화학물질, 생물체, 물리적 특성을 분석하여 물의 질을 평가하는 과정입니다. 이는 물의 오염 수준을 판단하고 생태계 적합성을 결정하기 위해 필요하며, 공공수체 관리, 폐수 처리, 식수 안전성 평가, 수생태계 건강 상태 평가 등 다양한 목적으로 활용됩니다.
각 방법은 특정 화학적, 물리적, 생물학적 특성을 분석하여 물의 질과 오염 수준을 정확하게 평가하기 위해 사용됩니다.
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