본문내용
1. 용존산소(Dissolved Oxygen, DO) 측정
1.1. 용존산소의 개요
용존산소는 수중에 녹아 있는 산소의 양을 의미하며, 대부분의 수생생물의 생존과 성장에 필수적인 요소이다. 자연수에 용존산소가 충분한 경우 호기성 미생물에 의한 유기물 분해로 인해 수질이 어느 정도 유지될 수 있으나, 산소가 부족하게 되면 혐기성 미생물이 활동하게 되어 수질오염이 발생하게 된다. 따라서 충분한 용존산소를 유지하기 위해서는 하수나 폐수 등의 유기물을 자연수의 자정능력에 맞게 처리하여 방류해야 한다.
한편 용존산소는 생물학적 처리공정에서 미생물이 제대로 성장하도록 하기 위해서 최소 0.5 mg/L 이상이 유지되어야 하며, 배수관망이나 보일러관 등의 부식을 일으키기도 한다. 또한 용존산소는 BOD 측정이나 생물학적 산화반응 속도 등을 결정하는 기본인자이기도 하다.
용존산소의 양은 대기에서 공급되는 양이 한정되어 있을 뿐만 아니라 여러 가지 인자에 의해 용해도가 영향을 받는다. 대표적으로 온도가 높을수록 생물학적 산소 소모가 증가하므로 고온 상태를 유지하는 여름철에는 산소가 부족해져서 수질오염이 발생할 가능성이 높다. 또한 염분을 많이 함유한 물일수록 산소의 용해도는 감소하게 되므로 담수보다는 하구나 해양의 산소농도가 낮게 된다. 산소의 용해도는 압력의 영향도 받으므로 고지대에서는 산소 농도가 감소하고 저지대일수록 증가한다.
따라서 용존산소는 수질환경이나 수질공학적 측면에서 매우 중요한 인자이며, 이를 정확하게 측정하고 관리하는 것이 필수적이다.
1.2. 용존산소 측정법
1.2.1. 적정법
적정법은 용존산소를 측정하는 대표적인 방법 중 하나이다. 적정법에는 윙클러법을 기본으로 하여 다양한 변법들이 사용되고 있는데, 이는 시료 내에 존재할 수 있는 방해물질들의 영향을 줄이기 위한 것이다. 가장 많이 사용되고 있으며 현재 우리나라 수질오염공정시험법에서 채택하고 있는 방법은 윙클러-아지드화나트륨(Winkler Azide) 변법이다.
윙클러법은 알칼리 상태에서 Mn2+가 Mn4+로 산화되고, 산성 상태에서는 Mn4+가 요오드이온(I-)을 요오드분자(I2)로 산화시킬 수 있다는 사실을 바탕으로 하고 있다. 즉, 시료 내에 용존된 산소에 의해 Mn2+가 Mn4+로 산화되어 갈색의 MnO2 침전물이 생성되며, 이후 산성 조건에서 MnO2가 I-을 I2로 산화시킨다. 이렇게 생성된 I2를 티오황산나트륨 용액으로 적정하여 용존산소 농도를 측정하는 것이다.
윙클러-아지드화나트륨 변법은 이러한 윙클러법을 기본으로 하되, 시료 내에 존재할 수 있는 방해물질인 아질산염(NO2-)의 영향을 방지하기 위해 아지드(Azide)를 추가로 사용하는 방법이다. 아질산염은 I-을 I2로 산화시켜 실제 용존산소 농도보다 더 큰 값을 나타나게 하므로, 아지드를 이용하여 아질산염을 N2 및 N2O로 환원시킴으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
이 변법은 하천수, 하수 등의 대부분의 시료에 적용할 수 있으며, 아질산 농도가 50 mg/L 이상이고 Fe2+이 1 mg/L 이하인 시료에 적당하다. 하지만 윙클러법은 NO2, Fe, Cl-, 유기물질, 부유물질, 색도, 미생물 응결물 등 여러 가지 방해물질의 영향을 많이 받아 농도가 높은 하수나 공장폐수에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
1.2.2. 격막전극법(Membrane electrode)
격막전극법(Membrane electrode)은 비활성 금속인 백금을 사용하는 음극, 은을 이용하는 양극, 산소투과성 막, 전해질 용액 및 전류측정장치 등으로 구성되어 있다. 물속에 용해된 산소가 비활성 전극인 음극에서 환원되면, 양극에서 음극으로 용존산소 농도에 비례하여 전류가 흐르게 되므로 발생된 전류를 측정하여 용존산소 농도를 결정하게 된다.
과거에는 전극을 직접 시료에 담아 용존산소 농도를 측정하기도 하였으나, 시료 내의 불순물들이 전극을 오염시키거나 다른 방해현상이 있어 많이 사용하지 못했다. 그러나 격막전극법에서는 전극을 산소를 선택적으로 투과시켜 주는 폴리에틸렌이나 테프론으로 만든 막을 이용하여 시료가 직접 전극에 닿지 못하도록 해주기 때문에 방해작용하는 물질로부터의 오염을 방지해 줄 수 있다. 따라서 격막전극법은 윙클러법으로 측정하기 어려운 시료들, 즉 방해물질이 많은 하수, 공장폐수, 하구나 바닷물 등의 측정에 사용할 수 있다. 또한 활성슬러지법에서의 산소변화나 산소소요량의 측정, 하천 등과 같은 현장에서의 연속적인 산소모니터링 등 광범위하게 사용된다.
특히 취급이 간단하고 유지관리나 측정이 쉽기 때문에 현장에서 많이 사용된다. 그러나 산소전극은 온도에 매우 민감하기 때문에 항상 시료의 온도를 측정하여 온도보정을 해주어야 하며, 산소투과막을 항상 깨끗하도록 유지하고 새것으로 대체해 주어야 한다. 또한 시료 측정시마다 보정(Calibration)시키는 것도 중요한 일이다.
1.3. 용존산소 측정 실험방법
1.3.1. 시료채취 및 보존방법
용존산...
