각국의 농작물 중금속 허용기준1. 우리나라 농산물 중금속 허용기준우리나라의 농산물에 대한 환경기준은 1990년에 시행된 수질환경보전법에 현미중 카드뮴 함량이 1 mg kg-1으로 정하였고, 이를 초과할 경우 농산물을 수거, 폐기하였는데 2000년 식품의약품안전청에 식품의 기준 및 규격의 개정고시 에 의해 백미중의 중금속 잔류허용기준을 카드뮴 0.2 mg kg-1이하로 정하고 이를 시행하고 있다(표 1). 이는 중국의 백미 기준인 0.2 mg kg-1과는 동일하나, 일본의 백미 기준인 0.9 mg kg-1보다는 낮은 수준이다(표 2, 표 3). 그러나 우리나라는 아직 쌀을 제외한 다른 농산물과 카드뮴을 제외한 다른 유해 중금속의 기준은 설정되어 있지 않다.표 1. 우리나라 쌀중의 중금속 잔류허용기준(식품위생법 식품공전){관 련 법 규내 용시행년도관련부서식품의 기준 및 규격의 개정고시카드뮴 : 0.2 mg kg-1이하2000식의약청2. 외국의 농산물 중금속 허용기준외국의 농산물의 환경기준 또한 국가별로 기준 설정 원소의 종류와 허용농도가 다양하나 일반적으로 인체에 흡수되어 위해성을 보이는 카드뮴, 수은, 비소, 납, 구리, 크롬 등에 대한 기준을 설정하고 있다(표 2~6). 국제기구인 FAO/WHO 에서는 농산물별, 원소별 최대허용농도를 설정과 더불어 위해성 평가를 통한 1일 섭취허용량 ADI(acceptable daily intake)을 설정하고 이를 각국에 권고하고 있다(표 7).표 2. 일본의 식품중 유해중금속 허용기준{원소허용기준(mg kg-1 FW)식품 구분비소납카드뮴1.03.01.05.00.91.0곡류, 야채류사과, 배 등 과일류야채류과일류백 미현 미표 3. 중국의 식품중 유해중금속 허용기준{원소허용기준(mg kg-1FW)식품 구분수은0.01< 0.02< 0.050.3서류, 채소류, 과일류, 우유, 유제품가공양식육류, 계란류, 식용식물유수산물비소< 0.1< .2< 0.5< 0.6< 0.7식용식물유우유채소류, 과일류, 장류, 식초, 조미료, 콩제품 등육류, 계란류가공양식납< 1장류, 장제품, 식초, 염, 우유, 청량음료, 콩제품 등구리< 4< 10유분, 우유청량음료아연< 5염(소금), 조미료카드뮴< 0.05< 0.03< 0.2< 0,1채소류, 계란류, 옥수수, 수수, 조과일류백미서류(감자, 고구마), 육류, 어류표 4. 유럽연합(네덜란드,체코,독일,덴마크) 농산물중 유해물질 허용기준{유해물질농산물최대허용기준(mg kg-1 FW)납곡류엽채류과채류과일류0.3~0.50.5~0.80.25~0.30.3~0.5수은곡류엽채류감자0.030.050.02카드뮴곡류엽채류감자과일류0.1~0.150.1~0.20.06~0.10.005~0.1표 5. 미국 농산물중 유해물질 허용기준{원소 명칭농산물최대허용기준(mg kg-1 FW)1일 1인 섭취 허용기준( g/1인/1일)납우유, 연유0.3 ~ 0.5수은밀수산물0.0160.5카드뮴곡류엽채류감자과일류0.1~0.150.1~0.20.06~0.10.005~0.155비소75(성인), 6(어린이)표 6. FAO/WHO 농산물중 유해물질 허용기준{유해물질농산물최대허용기준(mg kg-1 FW)납당근오이, 감귤, 양배추밀, 엽채류0.20.30.5비소과일쥬스오일, 지방0.20.1카드뮴과일, 감귤채소류, 감자곡류엽채류, 당근0.030.10.150.2구리과일쥬스오일, 지방 등5.00.1~0.47. FAO/WHO 유해물질 1일 섭취 허용 codex기준{원소 명칭1일 섭취 허용기준 ( g kgBW-1day-1)식품환산 허용기준 (mg kg-1 FW)납500.41비소150.12수은total Hg : 50.04methylmercury : 3.3카드뮴0.061구리
흡광광도법(Absorptiometric Analysis)• 원리 및 적용범위 이 시험방법은 빛이 시료용액 중을 통과할 때 흡수나 산란 등에 의하여 강도가 변화하는 것을 이용하는 것으로서 시료물질의 용액 또는 여기에 적당한 시약을 넣어 발색(發色)시킨 용액의 흡광도를 측정하여 시료중의 목적성분을 정량하는 방법으로 파장 200~900nm에서의 액체의 흡광도를 측정함으로써 시료중의 각종 오염물질 분석에 적용한다. • 대상 : 중금속류 전부, 암모니아성질소, 인, 시안, 계면활성제,불소, PCB• 장치의 구성 : 광원부 - 파장선택부 - 시료부 - 측광부 • 광원부 : 가시부와 근적외부의 광원 ⇒ 텅스텐 램프 자외부의 광원 ⇒ 중수소 방전관 • 파장선택부 : 단색화장치 ⇒ 프리즘, 회절격자 필터 ⇒ 색유리 필터, 젤라틴 필터, 간접 필터 • 측광부 광전관, 광전자증배관을 주로 자외 내지 가시 파장 범위에서 광전도셀을 근적외( 近赤外 ) 파장범위에서, 광전지는 주로 가시파장 범위에서의 광전측광( 光電測光 )에 사용된다. • 흡수셀 : 유리 ⇒ 가시․근적외 파장에 사용 석영 ⇒ 자외 파장에 사용 플라스틱 ⇒ 근적외 파장에 사용• 석영 또는 경질유리 흡수셀 : 흡수파장이 약 370nm 이상일 때 사용 • 석영셀 : 흡수파장이 약 370nm 이하일 때 사용 • 셀길이 : 따로 규정이 없을때는 10mm셀을 사용. • 시료셀 : 시험용액을 넣음. • 대조셀 : 따로 규정이 없는 한 증류수를 넣음. • 셀은 8부까지 채움 • 측정파장은 최고의 흡광도가 얻어질수 있는 최대 흡수파장을 선정함 • 흡광도는 가능하면 0.2~0.8의 범위에 들도록 함원자흡광광도법(Atomic Absorption Spectrophotometry)• 원리 및 적용범위 이 시험방법은 시료를 적당한 방법으로 해리(解離)시켜 중성원자로 증기화하여 생긴 바닥상태(Ground State)의 원자가 이 원자 증기층을 투과하는 특유 파장의 빛을 흡수하는 현상을 이용하여 광전측광(光電測光)과 같은 개개의 특유 파장에 대한료원자화부(파장선택부) - 단색화부 - 측광부• 광원부 : 원자흡광 분석용 광원은 원자흡광 스펙트럼선의 선폭보다 좁은 선폭을 갖고 휘도가 높은 스펙트럼 을 방사하는 중공 음극램프가 많이 사용된다. • 시료원자화부 : 시료원자화부는 시료를 원자증기화하기 위한 시료원자화장치와 원자증기중에 빛을 투과시키기 위한 광학계로 되어 있다. - 버너(burner) :원자화장치에 이용되는 버너에는 전분무 버너 ⇒ 시료용액을 직접 불꽃중으로 분무 예혼합 버너 ⇒ 시료용액을 분무실내에 불어 넣고 미세한 입자만을 불꽃중에 보냄 - 불꽃 : 널리 사용되는 조합 ⇒ 수소-공기, 아세틸렌(C2H2)-공기, 아세틸렌-아산화질소(N2O), 프로판-공기• 분광기(파장선택부) : 광원램프에서 방사되는 휘선 스펙트럼 가운데서 필요한 분석만을 골라내기 위하여 회절격자와 프리즘으로 구성된 분광기가 사용된다. • 측광부 : 원자화된 시료에 의하여 흡수된 빛의 흡수강도 를 측정하는 것으로서 검출기,증폭기 및 지시계 기로 구성된다. 검출기로부터의 출력전류를 측정 하는 방식에는 직류방식과 교류방식이 있다.유도결합 플라즈마발광광도법 Inductively coupled Plasma Emission Spectroscopy(ICP)• 원리 및 적용범위 시료를 고주파유도코일에 의하여 형성된 아르곤 플라스마에 도입하여 6,000~8,000K에서 여기된 원자가 바닥상태로 이동할 때 방출하는 발광선 및 발광강도를 측정하여 원소의 정성 및 정량분석에 이용하는 방법이다. • 플라즈마 온도는 최고 15000K이며, 고온에서 완전한 원자화가 일어나 분석에 장애가 되는 많은 간섭을 배제하면서 고감도의 측정이 가능하고 매우 넓은 농도범위에서 시료를 측정할수 있다. • 대상 : 중금속류만 분석가능• 장치의 구성 : 시료도입부 - 고주파전원부 - 광원부 – 분광부 - 연산처리부 - 기록부• 시료도입부 : 분무기및 체임버로 이루어져 있다. 감도 및 정확도를 높게 하기 위하여 가능한 한 적은 에어졸을 많이 안정하게 생성시킬 수 있어야 한 광원부 : 광원은 유도결합 플라즈마 그 자체가 된다. • 분광부 및 측광부 : 플라즈마 광원으로부터 발광하는 스펙 트럼선을 선택적으로 분리하기 위해서는 분해능이 우수 한 회절격자가 많이 사용된다.회절격자는 평면상에 같은 간격으로 300~4000line/mm 정도의 평행선이 그어져 있는 것을 사용한다.• 연산처리부 : 광전증배관에 들어간 광(光)은 전류로 변화 되어 광의 강도에 비례하는 전류가 콘덴서에 저장되며, 콘덴서에 축적된 전하량은 컴퓨터 콘덴서의 전하량과 비례관계에 있기 때문에 농도를 측정할 수 있다. • 장치의 조작법 - 고주파 출력 : 수용액 시료의 경우 0.8~1.4KW, 유기용 매 시료의 경우 1.5~2.5KW로 설정한다. - 가스의 유량 : 냉각가스는 10~20L/min, 보조가스는 0.5~2L/min, 운반가스는 0.4~2L/min 으로 유량을 설정한다.- 플라즈마 발광부의 관측 높이 : 유도코일 상단으로부터 15~18mm의 범위에 측정하는 것이 보통이나 알칼리 원소의 경우는 20~25mm의 범위에서 측정한다. - 분석선(파장)의 설정 : 일반적으로 가장 감도가 높은 파장을 설정한다.가스 크로마토그래피법(Gas Chromatography)• 원리 및 적용범위 이 법은 적당한 방법으로 전처리한 시료를 운반가스(Carrier Gas)에 의하여 분리관 column내에 전개시켜 분리되는 각 성분의 크로마토그램을 이용하여 목적성분을 분석하는 방법으로 일반적으로 유기화합물에 대한 정성(定性) 및 정량(定量)분석에 이용한다. • 대상 : 알킬수은, PCB, 유기인,페놀, TCE, PCE, BTEX, 탄화수소류• 가스유료계 – 시료도입부 – 가열오븐 – 분리관 – 검출기 - 기록기1. 가스유로계( 流路系 ) 운반가스유로 : 운반가스유로는 유량조절부와 분리관유로로 구성된다. ㉠ 유량조절부 : 압력조절밸브, 유량조절기등으로 구성되며 필요에 따라 유량계가 첨부되어야 한다. ㉡ 분리관 유로 : 시료도입부, 분리관, 검출기 배관으로 구성된다. 배관의 재료는 스테인리한 부피의 미량 주사기(1~100㎛)를 사용하여 빠르게 주입한다. ㉢고체시료 : 용매에 용해시켜 액체시료와 동일한 방법으로 도입한다. - 온도 유지 : 시료도입부, 분리관, 검출기등은 필요한 온도를 유지해 주어야 한다. - 이동속도의 변화원인 : 시료 중의 각 성분은 충전물에 대한 각각의 흡착성 또는 용해성의 차이에 따라 분리관 내에서의 이동속도가 달라지기 때문에 각각 분리관 출구에 접속된 검출기를 차례로 통과하게 된다.3. 가열오븐( Heating Oven ) 온도조절 정밀도는 ± 0.5 ℃의 범위이내 전원 전압변동 10 %에 대하여 온도변화 ±0.5℃ 범위이내( 오븐의 온도가 150 ℃부근일 때 )이어야 한다. 4. 검출기 오븐(detector oven) 검출기 오븐은 검출기를 한 개 또는 여러개 수용할 수 있고 분리관 오븐과 동일하거나 그 이상의 온도를 유지할 수 있는 가열기구, 온도조절기구 및 온도측정기구를 갖추어야 한다.가스를 연소시키는 검출기를 수용하는 검출기 오븐은 그 가스가 오븐내에 오래 체류하지 않도록 된 구조이어야 한다. 5. 기록계( Recorder ) 기록계는 스트립 차아트( Strip Chart )식 자동평형 기록계로 스팬( Span ) 전압 1 ㎷, 팬응답시간( Pen Response Time) 2초 이내, 기록지 이동속도( Chart Speed )는 10 ㎜/분을 포함한 다단변속(多段變速)이 가능한 것이어야 한다.• 검출기He, H2He, H2He, N2He, N2He, N2유기질소 화합물 유기염 화합물금속물질이황화탄소(CS2), 유기인 유황화합물벤젠, 탄화수소, 유기물PCB, 유기수은, 알킬수은, 유기할로겐, 니트로기 휘발성저급염소화탄화수소류FTD(알칼리열 이온화검출기) Alkali flame detectorTCD(열전도도검출기) Thermal conductivity detectorFPD(염광광도형검출기) Flame photometric detectorFID(수소염 이온화검출기) Flame ionization detectorECD(hy: LC)= 고성능 액체 크로마토그래(HPLC ;HighPerformance Liquid Chromatograph System)• 원리 및 적용범위 : 액체시료를 이온교환칼럼에 고압으로 전개시켜 분리되는 각 성분의 크로마토그램을 작성하여 분석하는 고속액체 크로마토그래피의 일종으로서 물 시료 중 음이온[F-, CI-, Br-, NO2-, NO3-, PO43-, SO42-]의 정성 및 정량분석에 이용되며,액체 크로마토그래피는 양이온의 정성 및 정량분석에 이용한다. • 장치 : 용리액조 - 시료주입부 - 액송펌프 - 분리칼럼 - 검출기 - 기록계이온크로마토그래프의 기본구성1. 액송펌프 분리컬럼중의 이온교환체의 입자는 약 10 ㎛의 매우 작은 입자로서 용리액 및 시료를 고압하에서 전개시키지 않으면 요구되는 유속을 얻기가 어렵다. 따라서 펌프는 150~350 ㎏/㎠ 압력에서 사용될 수 있어야 하며 작동중 맥동( 脈動 )이 일어나서는 안된다. 2. 시료의 주입부 일반적으로 미량의 시료를 사용하기 때문에 루우프-밸브에 의한 주입방식이 많이 이용되며 시료주입량은 보통 50~100 ㎕이다.3 분리컬럼 유리 또는 에폭시 수지로 만든 관에 이온교환체를 충전시킨 것으로 다음과 같은 것이 있다. 1) 써프레서형 폴리스틸렌계 페리큐라형 음이온 교환수지( 10~15 ㎛ )를 컬럼에 충전시킨 것으로서 안지름 3~5 ㎜, 길이 5~30 ㎜이다. 2) 비써프레서형 폴리스틸렌계 페리큐라형 음이온 교환수지( 10~15 ㎛ ), 폴리아크릴계 표면다공성 음이온 교환수지( 10~12.5 ㎛ ) 또는 실리카겔 전다공성형 음이온 교환수지( 6 ㎛ )를 컬럼에 충진시킨 것으로서 안지름 4~6 ㎜ 길이 5~10 ㎝이다. 4 제거장치( 써프레서 ) 분리컬럼으로부터 용리된 각 성분이 검출기에 들어가지 전에 용리액 자체의 전도도를 감소시키고 목적성분의 전도도를 증가시켜 높은 감도로 음이온을 분석하기 위한 장치이다. 고용량의 양이온 교환수지를 충전시킨 컬럼형과 양이온 교환막으로 된 격막형이 있다.5. 검출기 분how}
유류오염 토양 및 지하수 복원 방법 철도건설환경공학과토양증기추출법(Soil Vapor Extraction)토양증기추출법은 불포화 대수층 위에 추출정(井)을 설치하여 토양을 진공상태로 만들어 줌으로써 토양으로부터 석유류, BTEX등 휘발성 유기물(VOC), 준휘발성 오염물질을 제거하는 기술이다. 오염지역 외부에서 공기가 주입되어, 내부에서 추출되는 방법으로서 토양으로부터 제거되는 가스는 지상에서 처리해야 한다.SVE systemSVE의 적용범위 - 주요소 부지, 산업기지, 공항, 군사기지 - 주변지역의 건물로 인하여 토양굴착이 불가능한 곳 - 광범위하게 오염되어 오염된 토양부피가 너무 많은 곳 - 생물학적 처리속도를 빠르게 할 필요성이 있는 곳 SVE의 효과와 적용시 검토하여야 할 사항 - SVE는 토양 내부로 지속적으로 공기를 주입하기 때문에 휘발성이 낮은 유기물질의 생분해를 증진시키는데 기여할 수 있다. - SVE을 이용하여 처리할 수 있는 오염물질은 휘발성 유기물질과 유류오염물질이다. - Henry상수가 0.01 이상인 휘발성 오염물질과 증기압 이 0.5mmHg(0.02inchesHg)이상인 물질에 적용이 가능하다.- SVE는 중금속, 다환성 방향족탄화수소(PAH), PCBs,PCDDs(dioxins), heavy oil 의 정화에는 부적합하다. - 토양 입경별에 따라 효율이 크게 다르다. - 미세토양이나 수분함량이 높은(>50%) 토양은 공기의 통과성을 저해하므로 증기압을 높여야 한다.따라서 처리비용이 증가될 수 있다. - 유기물 함량이 높거나 매우 건조한 토양은 VOCs의 흡착능력이 높기 때문에 제거율을 감소시키게 된다. - 포화지역에는 효과가 없다. 그러나 대수층을 낮춘다면 더 많은 부분에 적용할 수 없다. - SVE에 의한 오염물질의 제거효율이 낮다면 생분해와 같은 후속처리 기법과 복합적으로 사용을 검토한다.가열토양증기추출(Thermally Enhanced SVE)증기 혹은 뜨거운 공기를 주입하거나, 전기나 무선주파 수(radiofrequency) 열을 이용하여 준휘발물질의 유동을 증가시켜 토양 중 오염물질을 추출하는 기술로서 기본적 인 처리공정은 토양증기추출법(SVE)과 유사하다.가열토양증기추출법 처리공정도○중금속○살출제○유류오염물질○준휘발성 유기물질○휘발성 유기물질부적합부분적 적합적합오염물질 종류오염물질별 가열토양증기추출법 처리효과○점토○미사○가는 모래○중간 모래○자갈부적합부분적 적합적합토양입경 정도토양입경별 가열토양증기추출법 처리효과토양세정법(Soil Flushing )물 또는 오염물질 용해도를 증대시키기 위해 첨가제가 함유된 물을 토양공극 내에 주입함으로써 오염물질을 추출하여 처리하는 기술이다. 처리과정에서 물과 세정제(계면활성제, 산ㆍ염기, 착염물질)를 첨가하여 용해도를 증가시킬 수 있으며, 양수된 물은 지상에서 후처리 과정을 거친다.Soil Flushing 처리공정도1) 세척제의 역할 ①오염물질을 토양으로부터 분리,용해시키는 역할을 한다. ②계면의 자유에너지를 낮추고 계면의 성질을 현격히 변화시킨다. ③물에 대한 용해성이 적은 물질을 열역학적으로 안정된 상태로 용해시킬 수 있는 중요한 화학물질이다. 2) 제약조건 ①투수성이 낮은 토양은 처리하기가 어렵다. ②토양과 계면활성제의 상호작용은 오염물질의 유동을 감소시킨다. ③계면활성제가 토양 부착하여 토양공극을 감소시키는 경우가 있다.3)처리대상물질 휘발성 유기화합물,준휘발성 유기화합물,살충제,무기물질,방사능오염물질,유류계 오염물질,중금속 4)영향인자 오염물질의 종류 및 농도, 유기물 함량, 양이온 치환능력,pH와 완충력,입경분포(직경범위0.24~2mm), 수분함유량, 토양의 종류, 물리적 형상생물학적 정화처리(Bioremediation)생물학적 정화처리방법은 생물학적 유기물 분해원리를 바탕으로 적용되는데 토양 및 지하수에 생존하는 토착미생물의 성장과 재생산을 인위적으로 가속화시켜 포화지역에 있는 유기성분의 분해를 촉진하는 현장 정화기술이다.Bioremediationo폭발물O무기물O유류물질O할로겐 준휘발성 유기물질O비할로겐 준휘발성 유기물질O할로겐 휘발성 유기물질O비할로겐 휘발성 유기물질부적합부분적 적합적 합오염물질 종류오염물질별 처리효과O점토O미사O가는 모래O중간 모래O자갈부적합부분적 적합적 합토양입경 정도토양입경별 처리효과제약조건 - 미생물의 성장과 침적에 의해 추출정이 막힐 수 있다. - 용해도가 낮은 농도가 높은(TPH 50000ppm 이상) 경 우는 생물학적 분해가 불가능하다.- 투수성이 낮은 대수층에서는 적용하기 어렵다. - 공정 특성상 지속적인 유지와 관리가 필요하다. - 복원은 대수층 내에서도 투수성이 좋은 지역에서만 활발히 진행될 수도 있다. 2) 설계인자 - 투수계수가 10-4cm/sec 이상인 대수층에서 생물정화 방법이 효과적이다. - 일반적으로 건조토양 내의 미생물 수가 1000CFU/g 이상인 경우에는 높은 처리효율을 기대할 수 있다. - 일정량의 영양물질의 주입이 필요하다.BioventingBioventing 기술은 기체상으로 존재하는 휘발성 유기물질을 추출해내는 동시에 기존의 토착 미생물에 산소 및 영양분을 공급하고, 토양 내 증기흐름속도를 공학적으로 조절함으로써 미생물의 지중 생분해능력을 극대화하는데 중점을 둔 기술로서 물리적 정화기술 중의 대표적인 기술인 토양증기추출법 (SVE) 과 지중생물학적 처리 (In-situ bioremediation) 기술을 결합한 형태라고 볼 수 있다. 석유화합물류의 유기화학물질에 의해 오염된 토양의 정화에 성공적으로 적용되어 왔으며, 처리효율. 경제성. 현장 적용성 측면에서 매우 우수한 기술로 평가받고 있다.전형적인 Biovention 공정SVE공정을 변형시킨 Bioventing 공정1) 제약조건 - 대상부지의 토양투수성이 10-5cm/sec이상되어야 함. - 진공압이 높을수록 영향반경이 크고, 시간이 단축되며, 투수성이 낮은 토양에서의 처리 효율이 증대되는 한편, 진공도가 낮을수록 시설비용 및 유지비가 낮아지고 보 다 균일한 처리가 가능하게 된다. - 지중 처리공정의 잠재적인 단점 중의 하나는 오염부지 주변의 공기 및 물의 이동에 의해 오염물질이 확산될 수 있으므로 오염부지 주변에 대한 면밀한 모니터링이 요 구된다. - 현장 지반구조 및 오염 분포에 따른 처리기간의 변동이 심하다.2) 영향인자 - 오염물질 특성 - 오염부지의 지표면적 및 길이 - 토양의 투수성 - 지반구조의 비균질성 - 토양함수율 - 온도 - pH - 토착미생물 개체수 및 영양물질 농도1단계 기초조사2단계 정밀조사자료조사평가의견방문조사조사활동청취조사보고서 작성평 가조사결과 해석조사계획 수립최종보고서 작성평가 및 절차- 토양 세정법(Soil Flushing) TPH(석유계 총 탄화수소) = 50000ppm - 2000ppm 투수계수 = 10-4 ㎝/sec 오염지역 = (10×10×10)㎥-10m 거리를 물이 이동하는데 걸리는 시간 = 12일 -사용재료의 원가 및 처리비용33,676계(10+36+10)일3366만원56일인건비1000--소각비설 치30,000--물탱크 및 분리조1000--굴착비 + 관비구 입1000500만원-Pump(2대)50-56일전기세24020만원/일20ton/대, 21회/일운송비005000ton물(강물)505000원/kg100kg세 제비 고비 용(만원)원 가사용량 및 일수재료 및 처리기기총 비용 = 336,760,000 + 추가비용(10%) = 370,436,000 원 총 작업일수 = 준비10일+세정36일+뒷정리10일 = 56일 세정율 및 농도감소량 1회 (세제사용) 80% 세정 = 50000-(50000×0.8) = 10000ppm 2회 (재생수 사용) 65% 세정 = 3500ppm 3회 (재생수 사용) 50% 세정 = 1750pmm 총 3회 세정결과 토양유류오염 TPH(2000ppm)의 농도범위 이하로 처리됨{nameOfApplication=Show}
응집침전1. 서론일반적으로 용수나 폐수를 처리하기 위해서 처리장의 침사지와 침전지등을 거치게 된다. 침사지나 침전지를 거치게 된 폐수는 무거운 입자들의 물질 즉, 물보다 비중이 큰 고형물들은 제거가 되지만 부유성 물질인 콜로이드입자들은 침전 제거가 불가능하다. 그래서 이러한 콜로이드상의 물질들을 제거하기 위해서 응집과 응결 작용이 필요하게 된다. 응집과 응결 작용을 위해 화학약품 등을 첨가하게 되는데, 화학약품의 첨가는 침전이 될 수 있는 크기의 floc을 형성하게 한다. 즉, 미세한 입자나 현탁물질 그리고 콜로이드상의 물질들을 대형화 시킴으로서 침강을 촉진시켜 침강시간의 단축과 처리수의 수질을 좋게하고, 또한 응집제 첨가로 여과의 효율을 증대 시킬 수 있다. 실제 현장에서 응집을 하기전에 실험실에서 Jar test을 행하는데 이는 화학 응집제의 양이나 종류, 그리고 최적 pH를 알아내기 위한 실험이다. 이 실험에서는 응집 상태와 침전속도, 처리수의 탁도 등을 고려해서 가장 좋은 조건을 찾아주어야 한다. 이때 가장 좋은 조건과 경제성의 부합으로 응집제가 결정되어 실제로 하수처리장, 분뇨처리장, 상수처리시설 등에서 적용된다.2. 이론2-1 colloid 입자의 특성하수나 오수 등의 폐수에서 현탁성 부유 물질인 콜로이드성 입자는 10-6~10-4mm 의 크기를 가지고 있으며, 그 비중은 1보다 크지만 겉보기 비중이 물과 비슷해서 폐수 속의 부유상태로 존재하게 된다. 콜로이드입자들은 전기적으로 매우 안정된 성질을 띄고 있으며 이는 서로 같은 전하끼리 대전함에 따라 상호간에 반발을 일으켜 응집 침전하지 않는다.2-2 응집응집이란 이렇게 전기적으로 안정한 콜로이드입자에 화학약품을 첨가하여 안정성을 파괴하여 입자간에 플록을 형성시켜 침전을 시키기 위한 것이다. 이러한 응집의 메카니즘은 다음과 같이 설명할 수 있다.첫째, 안정성의 파괴에 의한 인력의 감소둘째, 응집제에 의한 콜로이드입자간의 가교 작용세째, 플럭입자들의 침전현상2-3 각 응집제들의 응집형태① 황산알루미늄 (pH 5.5~8.5)황산알루미늄과 반응하기 위한 알카리도가 부족할 경우에는 알카리제를 투여하여 알칼리도를 보충해 주어야 한다. 수산화 칼슘과 황산알루미늄의 응집반응은 다음과 같다.Al2(SO4) + 2H2PO4- + 4HCO3- →2AlPO4↓ + 4SO42- + H2CO3NaAlO2 + H2PO4- + 2HCO3- →AlPO4↓ + Na+ + 2CO32- +2H2O② 철염황산제일철은 빠른 반응을 위해 알칼리도를 투여해 준다. (pH9~11)2FeSO4·7H2O + 2Ca(OH)2 + 1/2O2 →2Fe(OH)3↓ + 2CaSO4 + 13H2O황산제이철Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3) →2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2염화제이철2FeCl3 + 3Ca(HCO)3 →2Fe(OH)3 + CaSO4 + 6CO2알칼리도가 불충분할 경우 다음과 같이 소석회와 같은 수산화물을 가한다. (pH3.5~5.5)2FeCl3 + 3Ca(OH)2 →2Fe(OH)3 + 3CaCl2다음은 철에 의한 인 성분 응집의 경우이다.4FeSO4 + O2 + 4H2PO4- + 4HCO3- →4FePO4↓ + 4SO42- + 2H2O + 4H2CO3Fe2(SO4)3 + 2H2PO4- +4HCO3- → 2FePO4↓ + 3SO42- + 4H2CO3FeCl3 + H2PO4- + 2HCO3- → FePO4↓+ 3Cl- + 2H2CO3③ 석회 (lime)생석회나 소석회 등이 사용되고 있다. 다음은 석회에 의한 인 성분의 응결을 나타내고 있다.5Ca+2 + 3PO4-3 + OH- →Ca(PO4)(OH)↓ (hydroxyapatite)3H3PO4 + Ca(OH)2 →Ca5(PO4)3(OH)↓ + 9H2O2-4 응집보조제응집처리시 응집의 효과를 높이기 위해서 즉, 응집제의 역할을 돕기 위해서 투입한다. 알칼라도를 더하거나 pH조절 및 응집효과 촉진을 위해서 소석회나 생석회를 투입하고, 탄산나트륨은 pH조절을 하며, 그 외에도 규산나트륨, 응집침전오니 등이 있다.3. 실험장치1) 장치그림(jar-tester)2) 기구 및 시약① jar tester (6개의 분취 비이커 및 교반기 부착)② 탁도계, pH meter, 온도계③ 응집제 (황산알루미늄, 황산제1철, 황산제2철. 염화제2철 등)④ 황산 및 수산화나트륨 용액 0.1M 각 1L⑤ 탄산나트륨 0.5M 1L⑥ lL 용 Beaker 6개4. 실험절차1) 시료의 전처리시료의 탁도가 너무 낮을 경우 점토성 부유물이나 커피 등으로 탁도를 40~80 정도로 맞추어 사용한다.2) pH의 결정TDS(용해성물질), 색도 등의 지표를 사용하여 폐수의 성질을 파악하고 대략적인 최소 응집제 주입량을 결정한다. 최소 응집제 주입량이 결정되면 폐수 1L에 pH를 4~9까지 각각 조정하여 급속교반 (1~2분, 200rpm)을 행한 후, 완속교반 (15분, 20~40rpm)을 하여 플럭형성시간을 기록하고 상등수의 pH를 측정한다. 이때 응집의 상태와 상등수의 질이 가장 좋은 상태의 것을 최적 pH로 결정한다.- 최소 응집제 주입량의 결정비이커에 폐수 200ml를 주입하고 교반하면서 응집제를 1ml씩 증가시킬때 플럭이 형성되기 시작하는 점이 최소응집제 주입량이 된다.3) 응집제량의 결정최소응집제 주입량 농도의 25~200%가 되도록 약품주입량을 6개의 비이커에 각 단계별로 넣는다. (좌측이 저농도의 것이 되도록) 결정된 pH를 맞춘다. ( 알칼리제 또는 산을 첨가) pH를 결정할 때와 마찬가지로 교반을 급속, 완속을 행한다. 플럭이 형성되는 시간을 점검하고 약 20분간 sample을 침전시켜 상등수를 비교한다.-가장 좋은 상태의 것이 가능하면 jar-tester의 중심부에서 일어날 수 있도록 실험을 해준다. (그렇지 못할 경우는 반복실험을 행한다.)
예비보고서1.제목 : 부유물질(Suspended Solids)2. 목적 : 수(水)의 현탁물질 알기.3. 문헌 조사3.1 고형물의 개요환경공학 기술자는 음용수를 비롯하여 오염된 물, 가정하수와 공장폐수 및 처리공정에서 생성되는 슬러지에 이르기까지 액체와 반액체(semiliquid) 물질 속에 들어 있는 고형물질(solid matter)의 측정에 관여한다. 엄격히 말해, 액체 물질 속에 들어 있는 물을 제외한 모든 물질이 고형물질로 분류된다. 그러나 고형물(solid)의 정의는 보통 103∼105 에서 건조 할 때 증발 잔류물질(residue upon evaporation)로 남는 물질을 말한다. 이 온도에서 상당한 증기압력(Vapor pressure)을 가진 물질들은 당연히 증발과 건조하는 동안 모두 소실(消失)된다. 잔사(殘渣) 또는 고형물질은 시료 속의 물질들 중 105 에서 무시할 만한 증기압력을 가진 것들만을 나타낸다.고형물의 분석에서 다루게 되는 물질들은 매우 다양한 무기물과 유기물질들이므로, 그 분석은 성질상 경험적이게 되며, 분석과정이 비교적 단순하다.3.1.1 수중 입자의 크기와 성질부유물질은 무기물과 유기물을 함유하는 고형물질로서 그 크기는 0.1㎛ 이상의 입자로 구성되고 물의 탁도(turbidity)를 유발하므로 현탁물질이라고도하며 입자상 물질을 말한다.{3.1.2 고형물 성분과 관계시료를 빈틈이 약 0.1㎛인 여과지를 사용하여 여과시킬 때여과되지 않는 부분이 SS다. 이 여과되지 않는 부분을 105 에서 약 10∼20분간 태운 후에 남은 물질이 바로 작열 잔류 부유물질이다. 또한 감량이 휘발성 부유 물질이다. 유기물은 고온에서 회화되므로 휘발성 부유물질은 대체로 유기물질이며 타고남은 잔류물질은 무기물질이다.증발잔류물(Total Solids)과 작열 잔류물(Total Fixed Solids)은 시료를 여과지로 거르지 않고 그냥 증발시키고 작열 시킨 결과치 이다. 따라서 부유 물질과는 다른 성질을 갖는다. 증발잔류물과 부유 물질과의 차이를 용존 고형물(Dissolved Solids)이라고 하고 용존 고형물은 다시 휘발성분과 잔류성분으로 나뉜다. 용존 상태의 고형물질은 Colloid와 Ion을 포함한다. 이들 관계를 요약하면 다음과 같다.{& rm ```TS~~ ->~~VS~+~~FS# & rm ~`downarrow ~~~~~~~ downarrow ~~~~~~ downarrow # & rmTSS~` ->~` VSS~+~FSS# & rm~+~~~~~~`+~~~~~~+# & rmTDS~ ->~VDS~+~FDSTS : Total Solids (총고형물질, 증발잔류물)VS : Volatile Solids (휘발성 고형물 ; 강열감량)FS : Fixed Solids (강열잔류 고형물, 작열잔류물)TSS : Total Suspended Solids (총 부유물질)VSS : Volatile Suspended Solids (휘발성 부유물질)FSS : Fixed Suspended Solids (강열 잔류 부유물)TDS : Total Dissolved Solids (총 용존고형물)VDS : Volatile Dissolved Solids (휘발성 용존고형물)FDS : Fixed Dissolved Solids (강열 잔류 용존고형물)BOD 및 COD와 SS관계{& rm BOD~ =~ SBOD~+~IBOD# & rm COD~ =~ SCOD~+~ICOD{시료를 여과지로 여과시 여과지를 통과할 여액이 나타내는 BOD와 COD가 SBOD, SCOD이고 여과지에 걸린 SS가 나타내는 BOD와 COD는 IBOD, ICOD이다.{& rm VSS~=~BDVSS~+~NBDVSS# & rm NBDVSS~=~FSS~+ ~NBDVSS# & rm NBDVSS~=~VSS ~ ~ {NBDICOD } over {ICOD }3.2 휘발성 고형물과 강열 잔류물표준 분석법에서는 600 로 강열한다. 이 온도는 유기물질. 특히 다음 식에서와 같이 탄수화물과 기타의 유기물질이 열 분해(pyrolysis)되어 생성되는 탄소가 적당한 속도로 산화 될 수 있는 최저 온도이다.{& rm {Cx(H_2 O)y ~} buildrel Lrarrow { DELTA DELTA `` }~ {xC }~+~yH_2 O uparrow # & rm ``C~ +~{O_2 }~ buildrel Lrarrow { DELTA ``` } ~{CO_2 }또한 600 에서는 무기염의 분해반응도 최소화된다. 건조하는 동안 배출되지 않은 암모늄염이 휘발해 버리거나, 나머지 다른 대부분의 무기염들은 비교적 안정하다. 탄산마그네슘(magnesium carbonate)은 예외로 다음 식과 같은 반응을 한다.{& rm {MgCO_3 } rel Lrarrow { } {350 } {MgO }~+~CO_2 uparrow부유물질 중의 휘발성 고형물 함량을 측정할 때는 용존 무기염들은 여과과정에서 제거되므로 고려하지 않는다. 슬러지의 분석에서는 암모늄염들이 주로 탄산수소암모늄(ammonium bicarbonate)의 형태로 존재하며 증발과정과 건조과정에서 완전히 휘발해 버리므로, 휘발성 고형물의 측정을 방해하지 않는다.{& rm {NH_4 HCO_3 }``` buildrel Lrarrow { DELTA``}``` {NH_3 uparrow}~+~H_2 O uparrow~+~CO_2 uparrow슬러지속에 들어 있는 그 밖의 불안정한 무기염들의 양은 보통 총고형물의 양에 비해 아주 적으므로 그 영향을 일반적으로 무시한다. 휘발성고형물의 측정에서 강열 온도의 조절이 이루어지지 않았을 때는 큰 오차가 생겨 날 수 있다. 그러므로 온도를 정확히 조절할 수 있는 머플로(muffle furnace)에서 연소 시켜야 한다. 탄산칼슘(Calcium carbonate)은 825 이상에서 분해되며, 휘발성 고형물의 분석시료 속에서 일반적으로 나타나는 무기염의 주성분이 이것이므로, 이것이 분해될 경우 상당히 큰 오차를 나타나게 된다.3.3 고형물 측정의 환경공학적인 중요성물 속에 들어 있는 용존 고형물의 양은 그 물이 가정용으로 적합한지를 판단하는 기준이 된다. 일반적으로 총 고형물 함량이 500mg/l 이하인 물이 이 용도에 가장 바람직하다. 고형물 함량이 높은 물은 통변성(通便性)을 자주 나타내며, 때로 이에 적응되지 못한 사람들에게는 역효과를 나타낸다. 많은 지역들에서, 고형물 함량이 500mg/l 이하인 자연수를 찾기란 불가능하다. 이런 물을 일상적으로 사용하는 사람들에게는 질병을 일으키지 않는다. 음용수에 대하여는 일반적인 기준으로 1000mg/l을 상한으로 권장하고 있다.3.3.1 오염된 물과 가정하수에서의 측정1) 침강성 고형물침강성 고형물의 측정은 폐수의 분석에서 특히 중요하다. 이 분석에는 보통 Imhoff cone이나 메스실린더를 사용하며, 정치상태에서 1시간에서 30분 가량 침강시간(setting time)을 준다. 시료는 실온에 가깝게 유지되어야 하며, 고형물의 장상적인 침강을 방해하는 태양 직사광이 들지 않는 곳에서 수행해야 한다. 측정결과는 mg/l로 환산하여 나타낸다.2) 슬러지의 고형물 측정일차 슬러지(row sludge)와 소화 슬러지(digested sludge)의 분석에는 총고형물의 측정과 휘발성 고형물의 측정이 중요하다. 일차슬러지와 소화슬러지는 피펫(pipet)으로 덜어낼 수 없으므로. 미리 무게를 달아 놓은 접시에 담아 시료 무게를 측정한다. 일반적으로 지름 약 3in의 작은 자기제 증발접시를 사용한다. 접시는 일정무게로 될 때까지 강열하여 휘발성 고형물의 신빙성 있는 측정이 이루어지도록 해야 하는 것이 중요하다. 슬러지의 특성은 아주 불균일하므로, 균질화(homogenization)하지 않은 시료는 비교적 많은 양인 25∼50g를 사용한다. 접시는 따라서 시료를 증발시키고 남은 잔류물의 양이 상당히 많아지게 된다. 대개는 시료를 103 에서 여러 시간 동안 건조하여 수분이 모두 제거되도록 해야 한다. 대체로 하룻밤 정도를 건조하고 있다.3.4 고형물 데이터의 환경공학에서의 용도침강성 고형물의 측정결과는 두가지 중요한 용도가 있다. 첫째로 생물학적 처리공법을 이용하는 처리장에서의 일차침강 탱크의 필요성 유무의 판단과 그 설계를 위한 산업폐수의 분석이 널리 이용된다. 이 분석시험은 또 폐수처리장에서 침강탱크의 운전효율을 판정하는데도 널리 이용되고 있다. 대규모 처리장의 운전에서도 소규모 처리장에서와 마찬가지로 대단히 중요하다. 부유물질과 휘발성 부유물질 측정결과는 활성슬러지 공정에서의 포기조 고형물을 제어하는 데도 이용된다. 총고형물과 휘발성 고형물의 분석시험은 보통슬러지의 고형물 측정에만 이용된다. 이 측정은 슬러지 소화, 진공여과 및 소각장치의 설계와 운전에 필수적이다.