수질자동측정기기를 수질자동측정기기를 수질자동측정기기를

2

2 20 0 00 0 07 7 7年 年 年 8 8 8月 月 月 碩

碩 碩

碩士 士 士 士學 學 學 學位 位 位 位論 論 論 論文 文 文 文

수질자동측정기기를 수질자동측정기기를 수질자동측정기기를

수질자동측정기기를 이용한 이용한 이용한 이용한 하 하

하 하····폐수처리 폐수처리 폐수처리 유출수 폐수처리 유출수 유출수 유출수 분석에 분석에 분석에 분석에 관한 관한 관한 관한 연구 연구 연구 연구

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鄭 錦 錦 錦 錦 圭 圭 圭 圭

수질자동측정기기를 수질자동측정기기를 수질자동측정기기를

수질자동측정기기를 이용한 이용한 이용한 이용한 하 하

하 하····폐수처리 폐수처리 폐수처리 유출수 폐수처리 유출수 유출수 유출수 분석에 분석에 분석에 분석에 관한 관한 관한 관한 연구 연구 연구 연구

2007 2007

2007 2007年 年 年 年 8 8 8 8月 月 月 24 月 24 24 24日 日 日 日

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鄭 錦 錦 錦 錦 圭 圭 圭 圭

수질자동측정기기를 수질자동측정기기를 수질자동측정기기를

수질자동측정기기를 이용한 이용한 이용한 이용한 하 하

하 하····폐수처리 폐수처리 폐수처리 유출수 폐수처리 유출수 유출수 유출수 분석에 분석에 분석에 분석에 관한 관한 관한 관한 연구 연구 연구 연구

指 指 指 指導 導 導 導敎 敎 敎 敎授 授 授 授 鄭 鄭 鄭 鄭 京 京 京 京 勳 勳 勳 勳

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이 論 論 論文 論 文 文을 文 을 을 工 을 工 工學 工 學 學碩 學 碩 碩士 碩 士 士 學 士 學 學位 學 位 位申 位 申 申請 申 請 請 論 請 論 論文 論 文 文으로 文 으로 으로 提 으로 提 提出 提 出 出함 出 함 함.... 함 2007 2007 2007

2007年 年 年 4 年 4 4 4月 月 月 日 月 日 日 日

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鄭錦 錦 錦 錦圭 圭 圭 圭의 의 의 의 碩 碩 碩士 碩 士 士 士學 學 學位 學 位 位 位論 論 論文 論 文 文 文을 을 을 認 을 認 認准 認 准 准 准함 함 함 함

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委員 員 員 員長 長 長 長 朝 朝 朝 朝鮮 鮮 鮮 鮮大 大 大 大學 學 學 學校 校 校 校 敎 敎 敎 敎授 授 授 授 崔 崔 崔 崔 炯 炯 炯 炯 一 一 一 一 印 印 印 印 委

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2007 2007 2007

2007年 年 年 5 年 5 5 5月 月 月 日 月 日 日 日

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朝 鮮 鮮 鮮 鮮 大 大 大 大 學 學 學 學 校 校 校 校 大 大 大 大 學 學 學 學 院 院 院 院

목 목 목 목 차 차 차 차

List List List

List of of of Tablesof TablesTablesTables ⅲ List

List List

List of of of Figuresof FiguresFiguresFigures ⅳ ABSTRACT

ABSTRACT ABSTRACT

ABSTRACT ⅵ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ. . . . 서 서 서 서 론 론 론 론 ···1

ⅡⅡ ⅡⅡ. . . . 이론적 이론적 이론적 이론적 고찰고찰고찰고찰···3

2.1 수질원격감시체계(TMS)구축의 추진배경 ···3

2.2 수질원격감시체계 설치 기준 ···4

2.3 수질 TMS의 구성 ···8

2.4 폐수 배출업소 및 TMS 설치 현황 ···11

2.4.1 폐수 배출업소 현황 ···11

2.4.2 폐수자동측정망 설치현황 ···12

2.4.3 국내 폐수자동측정망 운영관리현황 ···13

가. 기기별 현황 ···13

나. 기기 가동상태 및 교정여부 ···16

다. 측정항목별 측정방식 ···16

2.4.4 해외 폐수 TMS 운영관리 현황 ···22

가. 미국 ···22

나. 유럽 ···26

다. 일본 ···27

Ⅲ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅲ. . . . 실험 실험 실험 및 실험 및 및 및 방법방법방법방법···29

3.1 수질자동측정기에 의한 분석 ···29

3.1.1 COD자동측정기기 ···29

3.1.2 T-N자동측정기기 ···29

3.1.3 T-P자동측정기기 ···30

3.1.4 pH자동측정기기 ···30

3.1.5 SS자동측정기기 ···31

3.2 장기간 사용시 예상되는 문제점 ···31

Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅳ. . . . 결과 결과 결과 및 결과 및 및 및 고찰고찰고찰고찰···33

4.1 TMS 자료와 실험치 비교 ···33

4.1.1 석유화학공장 ···33

4.1.2 하수종말처리장 ···34

4.2 pH ···35

4.2.1 석유화학공장 ···35

4.2.2 하수종말처리장 ···36

4.3 COD ···37

4.3.1 석유화학공장 ···37

4.3.2 하수종말처리장 ···38

4.4 SS ···39

4.4.1 석유화학공장 ···39

4.4.2 하수종말처리장 ···40

4.5 T-N ···41

4.5.2 하수종말처리장 ···42

4.6 T-P ···43

4.6.1 석유화학공장 ···43

4.6.2 하수종말처리장 ···44

4.7 자동측정기의 운영상 데이터 결과 및 신뢰성 검토 분석 ···46

4.7.1 화력발전소의 T-N자동측정기 운영상 문제점 사례 ···47

4.7.2 석유화학공장 COD자동측정기의 문제점 사례 ···48

4.8 폐수자동측정기기를 이용한 수질관리의 효과성 ···51

ⅤⅤ ⅤⅤ. . . . 결 결 결 결 론론론론···52

REFERENCES REFERENCES REFERENCES REFERENCES ···54

List List List

List of of of of Tables Tables Tables Tables

Table 1. Installation targeted types and companies of water monitoring

equipments ···5

Table 2. Companies with water quality TMS and period of installation ···6

Table 3. Discharge companies and sewage/wastewater treatment plants ···11

Table 4. Discharge companies by business type ···12

Table 5. Companies by water system and wastewater generation ···12

Table 6. Types of existing measuring equipments ···15

Table 7. Measuring methods by item ···21

Table 8. Measuring parameter of water pollutants ···23

Table 9. Summary of methods to monitor the conformity to the US quality criteria for water ···25

Table 10. Overview of catchment management plans of EU ···26

Table 11. Comparison of overseas data transmission systems ···28

Table 12. Comparison of water monitoring equipments and laboratory ···33

Table 13. Variations of tele-monitoring system form effluent of domestic waste water treatment plant ···34

List List List

List of of of of Figures Figures Figures Figures

Fig. 1. Basic consist of waste water TMS ···9

Fig. 2. P & ID of basic waste water TMS ···9

Fig. 3. Data logging each stock the streams with waste water ···10

Fig. 4. Electro chemical method consist of 3-electric sensor ···17

Fig. 5. COD measuring principle using the electric chemical method ···17

Fig. 6. Thermal oxidation method ···18

Fig. 7. UV/Persulphate oxidation method ···18

Fig. 8. Comparison of on-line pH monitor data & laboratory manual data from effluent of petroleum chemical plant ···35

Fig. 9. Variations of pH form effluent of domestic waste water treatment plant ···36

Fig. 10. Comparison COD data(on-line COD auto-analyzer data & laboratory manual data) from effluent of petroleum chemical plant ···37

Fig. 11. Variations of chemical oxygen demand(KMnO4) concentration form effluent of domestic waste water treatment plant ···38

Fig. 12. Variations automatic water analyzer & laboratory manual data of suspended solids concentration form effluent of petroleum chemical plant ···39

Fig. 13. Variations of suspended solids concentration form effluent of Domestic waste water treatment plant ···40

Fig. 14. Variations automatic water analyzer & laboratory manual data of total nitrogen concentration form effluent of petroleum chemical plant ···41

Fig. 15. Variations of total nitrogen concentration form effluent of domestic waste water treatment plant ···42 Fig. 16. Variations automatic water analyzer & laboratory manual data of

total phosphorus concentration form effluent of petroleum chemical plant ···43 Fig. 17. Variations of total phosphorus concentration form effluent of

domestic waste water treatment plant ···44 Fig. 18. Variations of total nitrogen concentration form effluent of power

plant ···47 Fig. 19. Variations automatic water analyzer 5minutes of total phosphorus

concentration form effluent of chemical plant ···48 Fig. 20. Variations automatic water analyzer 30minutes of total phosphorus

concentration form effluent of petroleum chemical plant ···49

ABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT

A A A

A study study study study on on on on the the the the analysis analysis analysis analysis of of of effluent of effluent effluent effluent of of of domestic of domestic domestic domestic and and and and industrial

industrial industrial

industrial wastewater wastewater wastewater by wastewater by by by autoanalyzer autoanalyzer autoanalyzer autoanalyzer

by Geum-Kyu, Chung

Advisor : Prof. Kyung-Hoon, Cheong

Department of Environmental Bioengineering, Graduate School of Chosun University

In this paper we design a Contracture Tele-Monitoring System of Waste Water. It has been urgent to install the Continuous Water Monitoring Equipments (CWME) according to the enactment of nationwide water-quality TMS and there have been some problems with existing monitoring equipments and their solutions in establishing measurement equipments and system that could output more accurate and precise data in the discharge companies. In this regard, this study investigated the conditions of installing measuring equipments, measuring methods and present operational conditions and attempted to draw problems occurred during their real-time operation and to suggest the solutions. The accuracy and operational rate of COD, T-N and T-P monitoring equipments were lower than pH and SS monitoring equipments that

corresponded to a general item among the continuous water monitoring equipments. The former did not actually have fundamental problems with their low performance in accuracy and operational rate, but it had the problems of not reviewing the operational management, system design and establishment.

Therefore, this study could suggest the solutions to this problem.

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ. . . . 서 서 서 서 론 론 론 론

산업화가 급속도로 증가함에 따라 인류는 많은 부와 질 높은 생활을 누릴 수 있 게 되었는데, 이처럼 삶의 질이 향상되면서 건강보호와 쾌적한 삶을 영유하기 위 해서 예전보다 더욱 많은 비용과 시간을 투자하지 않을 수 없게 되었다. 인류의 산 업화가 환경파괴의 주원인 인데, 물 환경측면에서는 공업화의 부산물로서 많은 폐수 (廢水)가 발생하게 되었으며, 우리나라 1991년 낙동강 페놀유출사고 등으로 산업 폐수로 인한 수질오염이 심각한 환경문제로 등장하게 되면서 산업폐수에 대한 수질 오염을 예방하기 위해서 배출시설 설치허가, 배출허용기준 위주의 농도규제, 토지 이용규제, 폐수종말처리시설 운영 등의 제도를 통해 관리를 하고 있으나 신규 오 염원의 증가, 유해물질의 사용증가, 토지이용규제의 한계 등으로 산업폐수 관리에 대한 국민의 우려가 증가하고 있다, 또한 현행 관리체계는 농도(濃度)중심의 규제 에서 총량규제(總量規制)로 전환함에 따라 폐수배출시설에 대한 관리방법의 변화가 요구되고 있다.

효율적인 수자원관리를 위한 정책수립과 시행을 위해서 가장 필요한 것은 장기 간의 수질, 수량 등 물 관련 기초 자료를 얻어 획득과 체계적으로 관리하는 것이 다. 그러나 현재까지 확보된 수질 기초 자료는 양적으로 극히 부족 하고 질적으로도 그 신뢰성(信賴性)을 보장하지 못하고 있다. 이러한 문제의 근본적인 원인은 체계 화되지 않은 관리 및 운영체계에 있다. 따라서 종합적인 물 관리의 연속성과 조사 자료 의 신뢰성을 확보하기 위해서는 수질측정망 운영에 대한 일관된 관리 체계의 수립이 반드시 필요하다. 환경업무의 착수와 더불어 진행되어야 할 필수적인 작업은 현재 의 오염상태를 정확히 파악하는 환경 분석이다. 그리고 동일한 문제의 재발을 방 지하기 위해서는 지속적인 관찰, 즉 모니터링(Monitoring)이 필요하다.

요약하자면, 환경보전(環境保全)을 위하여 사업장 배출폐수의 저감과 효율적인 관리를 위해서는 배출규제기준 선정, 폐수 배출시설 사전 허가제, 폐수 배출사업

장 관리, 폐수종말처리시설 설치, 운영 등의 관리체계를 마련하고, 오염물질 배출 량을 발생원 단위에서 원격(遠隔) 관리함으로서 국가 수질오염을 사전에 저감하고 보다 체계적이고 효율적인 물 환경관리를 위한 환경정보화 기반을 마련하기 위해 는 폐수 TMS(Tele-Monitoring System) 중앙관제(中央官制)시스템이 필요하다.

폐수 TMS 중앙관제시스템이 구축되면 수질 자동 측정 자료를 DB(Data Base)화 하여 공동 활용함으로서 환경부 및 지방자치단체, 폐수 배출업소 간에 공유체계를 구축하여 전국 수질오염을 종합관리 할 수 있는 환경정보화체계가 가능하게 되며, 보다 적극적으로 폐수무단방류를 감시하고 수질오염을 예방하기 위해 폐수 TMS 중앙 관제 관리가 요구되는 실정이며, 이를 위해서 전국에 산재되어 있는 하ㆍ폐수 배출 사업장의 실태 및 기 설치된 폐수 TMS 시설 및 운영현황 등을 파악하여 합리적이 고 객관적인 관리 시스템이 마련되어야 한다.

본 연구에서는 오수, 폐수, 하수를 처리하는 환경기초시설물들로부터 배출 되 는 수질오염원을 체계적으로 감시하고, 합리적인 배출 부과금을 산정(算定)하여 신뢰성을 확보하고, 방류수질을 경제적이며 효과적으로 관리하기 위해서 우선 폐수 연속자동측정망 구축과 안정적 운영을 위한 국내․외 현황을 조사하여 비교분석하 였으며, 또한 수질자동측정기기를 하수 및 폐수처리장의 배출구에 설치하여 여기 에서 얻어진 수질 데이터와 실험실에서 얻어진 수질데이터를 비교 검토함과 동시 에 수질 종합관리 시스템 구축방안 등 설치 및 운영관리에 필요한 기술적인 방안 을 제시함으로서 시행착오에 따른 비용손실을 방지하고, 효과적인 시스템 구축방 안을 모색하는데 그 목적이 있다.

Ⅱ Ⅱ

Ⅱ Ⅱ. . . . 이론적 이론적 이론적 이론적 고찰 고찰 고찰 고찰

2.1. 2.1. 2.1. 수질원격감시체계 2.1. 수질원격감시체계 수질원격감시체계 수질원격감시체계 (TMS) (TMS) (TMS) (TMS)구축의 구축의 구축의 추진 구축의 추진 추진 추진 배경 배경 배경 배경

최근 환경부는 폐수배출업소에 대한 현장방문 단속방법을 24시간 원격감시체계 로 전환하고 배출부과금 부과 방식을 실제 배출량으로 부과가 가능하도록 수질 TMS를 구축하기 위하여 폐수를 1일 200 m³이상 배출하는 1~3종 배출업소와 공동방 지시설에 대하여 수질자동측정기 부착을 의무화하는 수질환경보전법 시행규칙을 개정, 공포했다. 동 규칙 개정안에 따르면 1일 2,000 톤 이상 배출하는 1종 배출 업소는 내년 9월까지, 1일 700 톤 이상의 2종 배출업소는‘08년 9월까지, 1일 200 톤 이상의 3종 배출업소는 ’09년 9월까지 수질자동측정기기를 부착한다. 또한 1~3종 신규 배출업소는 배출시설 및 방지시설 설치완료 전인 가동개시 신고 전에 부착하여야 한다. 폐수, 하수종말처리장도 수질자동측정기를 부착토록 하여 2007 년부터 원격감시하고, 공공 수역으로 직접 배출하지 않는 종말처리구역 내 1~3종 배출업소에 대해서는 부착을 제외하였다.

수질자동측정기에서 측정된 자료는 배출허용기준의 초과여부 확인 및 배출부과금 부과 자료로 활용할 계획이며, 수질자동측정기를 부착한 배출업소는 현장 지도점검을 면제할 계획이다. 또한, 환경관리공단(인천소재 종합환경연구단지)에 수질 TMS 관 제센터를 설치하여 폐수종말처리장과 처리능력 10,000 톤/일 이상 하수종말처리장 을 대상으로 시범사업을 실시하고 있다.

2.2. 2.2. 2.2. 수질원격감시체계 2.2. 수질원격감시체계 수질원격감시체계 수질원격감시체계 (TMS) (TMS) (TMS) (TMS) 설치 설치 설치 설치 기준 기준 기준 기준

수질오염물질 배출사업장이 배출허용기준 또는 방류수 수질기준을 초과하여 폐수를 배출할 경우 배출부과금을 부과하고 있으나, 실제 배출기간 및 배출량을 기준으로 하 지 않고, 1회 측정치를 기초로 초과배출행위가 개선완료일까지 지속된 것으로 추 정하기 때문에 부과금 산정방식이 불합리하였다. 또한 수질보전지역 규제합리화를 위한 규제개혁장관회의 (‘06.1.25)에서 배출부과금 산정방식을 개선키로 하여 폐 수의 오염도 및 배출량을 과학적으로 측정할 수 있는 수질원격감시체계(TMS)를 구 축하되 수질자동측정기기 부착사업장에 대해서는 현장 지도, 점검을 면제하고, 자 동측정자료에 의한 배출부과금 산정방법을 마련하였다.

이에 대한 대책으로 배출사업장에 대한 지도, 점검업무의 투명성과 효율성을 제 고하고, 3대강 물관리특별법에 의한 수질오염총량관리제를 과학적, 합리적으로 추 진하기 위하여 Table 1과 같이 자동측정기기 종류. 측정항목(pH, BOD, COD, SS, T-N, T-P, 적산전력계, 적산유량계), 수질 TMS 연결대상사업장 선정하고, Table 2와 같이 수질 TMS 구축사업장을 1종 사업장(2,000 m³/일 이상)은 2007년도까지, 2종 사업장(700 m³/일 이상)은 2008년까지, 3종 사업장(200 m³/일 이상)은 2009년까지 추진키로 “폐수배출업소 수질 TMS 구축”을 추진하였다.

Table Table Table

Table 1. 1. 1. 1. Installation Targeted Types and Companies Monitoring Equipments.

측정기기의 종류 부착대상 사업장

측정항목 :

pH, BOD, COD, SS, T-N, T-P 부대시설 :

자동시료채취기, 자료수집장치

1~3종 폐수배출사업장 처리능력 200m³/일 이상 공동방지시설

하,폐수종말처리장

(수질환경보전법 개정 전에 시범사업으로 추진)

적산전력계

공동방지시설

1~5종 폐수배출사업장

적산 유량계용

용수량 측정기

위와 같음

폐수량 측정기

공동방지시설

1~4종 폐수배출사업장

5종 사업장중 특정수질유해물질 폐수배출량이 30m³/일 이상인 사업장

Table Table Table

Table 2.2.2. Companies with Water Quality TMS and Period of Installation.2.

사업장 사업장 사업장 사업장 구분구분구분구분

폐수배출량 폐수배출량 폐수배출량 폐수배출량 또는 또는 또는 또는

처리능력 처리능력 처리능력 처리능력

부착기한 부착기한부착기한 부착기한

‘07년

1종 사업장 공동방지시설

4,000m³/일 이상 2007.8.31까지 2,000m³/일 이상

4,000m³/일 미만

2007.9.30까지

‘08년

2종 사업장 공동방지시설

700m³/일 이상 2,000m³/일 미만 700m³/일 이상 2,000m³/일 미만

2008.9.30까지

2008.9.30까지

‘09년

3종 사업장 공동방지시설

200m³/일 이상 700m³/일 미만

2009.9.30까지

◈ 수질 TMS 관제센터에 단계별로 연결 계획 : 969개소 -‘06년도 : 1만톤/일 이상 하수종말처리시설, 산업단지 폐수종말처리시설(183개소) ※하,폐수종말처리시설은 시범사업으로 추진 -‘07년도 : 나머지 하수종말처리시설(130개소) 및 1종 사업장(110개소)

-‘08년도 : 2종 사업장(183개소) -‘09년도 : 3종 사업장(363개소)

※오염총량관리사업장 감시체계 구축사업은 수질 TMS 구축사업으로 통합추진

◈ 배출사업장별 부착대상 자동측정기기 ▷부착대상 자동측정기기의 종류

- 측정항목 : pH, 유기물(BOD, COD), SS, TN, TP 5종 - 부대시설 : 유량계, 자동시료채취기,

자료수집장치(Data Logger) 등

※단, 원폐수의 농도가 배출허용기준의 농도보다 낮은 경우에는 그 항목에 한하여 설치를 하지 아니할 수 있다.

◈ 자동측정값의 산정기준 ▷배출허용기준 판단의 기준

- 매시 정각부터 3시간까지 자동측정기로 측정한 시간자료를 산술평균한 값(3시간 평균치)이 배출허용기준을 초과하는 경우 ▷배출허용기준 초과에 따른 개선명령 및 위반 횟수 기준

- 3시간 평균치가 1일에 연속하여 3회 이상, 1주에 10회 이상 배출허용기준을 초과하는 경우 개선명령, 위반횟수는 1회로 산정 ▷초과부과금의 오염물질 초과배출량 산정기준

- 3시간 평균치에서 배출허용기준 농도를 뺀 값에 초과시간 동안의 적산유량을 곱하여 초과배출량 산정

2.3.

2.3.

2.3.

2.3. 수질 수질 수질 수질 TMS TMS TMS TMS의 의 의 구성 의 구성 구성 구성

수질 원격감시체계의 시스템은 측정기, 교정기, 자료수집장치, 전송장비, 부대장 비로 구성된다. 측정기는 수질을 연속자동방식으로 측정하는 계측기로서 주기적인 정도관리가 필요한 장비이고 교정기는 정도관리를 지원하는 제반 장비이며, 자료 수집장치 및 전송장비는 측정기로부터 자료를 수집하고 관리하며 주전산기와의 자 료 송수신을 수행하는 장비이다. 부대장비는 자동연속측정에 필요한 부속장비를 말한다.

측정된 자료의 상위 컴퓨터로의 전송방식의 기본시스템은 주전산기, 자료수집장 치, 측정기로 구성되며 주전산기와 자료수집장치는 TCP/IP 소켓방식의 네트워크, 자료수집장치와 측정기는 시리얼 통신방식으로 연결된다. 사업장내의 자체 관제시 스템을 구성하는 경우 자료수집장치에서 자료를 수신하되 단방향 통신을 사용하여 야 한다. 단 미전송자료의 재 송신을 요청할 때는 양방향통신을 사용할 수 있다.

방류구가 복수인 경우 중간자료수집기를 사용하여 전송회선을 단일화하여야 한다.

시료공급장치 시료공급장치 시료공급장치 시료공급장치

필터필터

필터필터, , , , 저류수조저류수조저류수조, 저류수조, , , 여과수조여과수조여과수조여과수조

DataData DataData LoggerLoggerLoggerLogger

Software Software Software Software FlowFlow

1.

1. 1.

1. 시료공급시료공급시료공급시료공급 장치장치장치 및장치및및및 저류수조저류수조저류수조저류수조; ; ; ; 저류수조의저류수조의저류수조의저류수조의 경우경우경우경우 10micron filter 10micron filter 10micron filter 채택10micron filter 채택채택채택 2. pH, SS,

2. pH, SS, 2. pH, SS,

2. pH, SS, 유기물유기물유기물(COD/BOD), TN/TP system유기물(COD/BOD), TN/TP system(COD/BOD), TN/TP system(COD/BOD), TN/TP system 3. Data logger

3. Data logger 3. Data logger

3. Data logger 통신통신통신 관련통신관련관련관련 SoftwareSoftwareSoftwareSoftware

SS

pH

시료자동채취기

유기물(COD/BOD) 분석기 총인(TP) 분석기 총질소(TN)분석기

pH, SS pH, SS pH, SS

pH, SS 분석기분석기분석기분석기 자동시료채취기자동시료채취기자동시료채취기자동시료채취기 유기물분석기 유기물분석기유기물분석기 유기물분석기(COD/BOD)(COD/BOD)(COD/BOD)(COD/BOD) 총질소

총질소

총질소총질소////총인분석기총인분석기총인분석기총인분석기(TN/TP)(TN/TP)(TN/TP)(TN/TP) Filter

Fig.

Fig. Fig.

Fig. 1.1.1. Basic consist of waste water TMS1.

Fig. Fig. Fig. Fig. 2. 2. 2. 2. P & ID of basic waste water TMS

1.

1.

1.

1. 1.

1. 1.

1. 단일 단일 단일 단일 단일 단일 단일 단일 방류구 방류구 방류구 방류구 방류구 방류구 방류구 방류구

관제서버 관제서버 관제서버 관제서버

전송장치 전송장치 전송장치 전송장치

전송장치 전송장치 전송장치 전송장치

자료수집장치 자료수집장치 자료수집장치 자료수집장치

출력장치 출력장치출력장치 출력장치

((((사업장선택사항사업장선택사항사업장선택사항사업장선택사항))))

측정기측정기측정기

측정기 측정기측정기측정기측정기 측정기측정기측정기측정기 TCP/IP

TCP/IP TCP/IP TCP/IP

RSRSRS RS----232232232232

2.

2. 2.

2. 2.

2.

2. 2. 복수 복수 복수 복수 복수 복수 복수 복수 방류구 방류구 방류구 방류구 방류구 방류구 방류구 방류구

관제서버 관제서버 관제서버 관제서버

전송장치 전송장치 전송장치 전송장치

전송장치 전송장치 전송장치 전송장치

중간자료수집장치 중간자료수집장치 중간자료수집장치 중간자료수집장치

출력장치 출력장치출력장치 출력장치

((((사업장선택사항사업장선택사항사업장선택사항사업장선택사항))))

측정기 측정기측정기

측정기 측정기측정기측정기측정기 TCP/IP

TCP/IP TCP/IP TCP/IP

RS RSRS RS----232232232232

자료수집장치 자료수집장치 자료수집장치

자료수집장치 자료수집장치 자료수집장치 자료수집장치 자료수집장치

Fig.

Fig.

Fig.

Fig. 3.3.3.3. Data logging each stock the streams with waste water

2.4. 2.4. 2.4. 폐수 2.4. 폐수 폐수 폐수 배출업소 배출업소 배출업소 배출업소 및 및 및 및 TMS TMS TMS TMS 설치 설치 설치 현황 설치 현황 현황 현황

2.4.1. 2.4.1. 2.4.1. 폐수 2.4.1. 폐수 폐수 폐수 배출업소 배출업소 배출업소 배출업소 현황 현황 현황 현황

우리나라에 설치된 폐수배출업소 및 하․폐수종말처리시설 현황은 2004년 말 현재 아래 Table 3에서 나타난 바와 같이 폐수배출업소가 53,851개소, 폐수종말처리시 설이 125개소, 하수종말처리시설 268개소 등 총 54,244개소의 배출시설이 설치되 어 있으며, 이중 폐수배출업소는 1일 폐수배출량을 기준으로 수질환경보전법 시행 령 제 17조 제 2항에서 규정한 사업장의 규모별 폐수배출업소 표2-2는 1종은 2,000 m³/일 이상 사업장 306개소, 2종은 700~2,000 m³/일 사업장 555개소, 3종은 200~700 m³/일 사업장 1,117개소, 4종은 50~200 m³/일 사업장 1,829개소, 5종은 50 m³/일 미만 사업장 50,044개소로 조사되었다.

또한, 폐수배출업소를 수계별로 구분하여 폐수방류량 및 유기물질 방류 부하량 Table 3과 Table 4를 살펴보면 우리나라의 폐수배출업소는 일정지역에 특정업종의 배출업소가 편중되어 있음을 알 수 있다.

Table Table Table Table 3. 3. 3. 3. Discharge Companies and Sewage/Wastewater Treatment Plants (End of Year 2004).

구 구 구

구 분분분분 폐수배출업소폐수배출업소폐수배출업소폐수배출업소 폐수종말처리시설폐수종말처리시설폐수종말처리시설폐수종말처리시설 하수종말처리시설하수종말처리시설하수종말처리시설하수종말처리시설 계계계계

개소수(개소) 53,851 125 268 54,244

방류량(천m³/d) 2,363 495 17,288 20,146

Table Table Table

Table 4.4.4.4. Discharge Companies by Business Type (End of Year 2003).

구 구

구 구 분분분분 1111종종종종 22종22종종종 3333종종종종 44종44종종종 5555종종종종 합 합 계합 합 계계계

개소수(개소) 306 555 1,117 1,829 50,044 53,851

방류량(천m³/d) 1,373 372 291 133 194 2,362

Table Table Table Table 5. 5. 5. 5. Companies by Water System and Wastewater Generation.

수 수

수 수 계계계계 한강한강한강한강 낙동강낙동강낙동강낙동강 금강금강금강금강 영산강영산강영산강영산강 -

개소수(개소) 18,074 7,725 4,363 1,996 -

방류량(천m³/d) 309 516 198 24 -

수 계 동해 서해 남해 기타 합 합 합 합 계계계계

개소수(개소) 1,635 5,908 7,448 6,702 53,851

방류량(천m³/d) 449 357 308 201 2,363

2.4.2. 2.4.2. 2.4.2. 폐수자동측정망 2.4.2. 폐수자동측정망 폐수자동측정망 폐수자동측정망 설치현황 설치현황 설치현황 설치현황

현재 우리나라 각 지역에 설치 운영되고 있는 폐수 TMS 기기 의 종류는 업소별 로 다르지만 수소이온농도(pH : potential of Hydrogen), 생물학적 산소요구량 (生物學的酸素要求量, BOD : Biochemical Oxygen Demand), 화학적 산소요구량(化

Suspended Solids), T-N(Total Nitrogen), 총인(Total Phosphorus), PO₄-P, NO₃-N, NH_4-N, F, n-H, Pb, Zn, Flow 등 14항목의 측정기가 한 종류 측정항목에서부터 7종 의 측정항목까지 다양하게 설치되어 있는 것으로 조사되었다.

2.4.3. 2.4.3. 2.4.3. 국내 2.4.3. 국내 국내 국내 폐수자동측정망 폐수자동측정망 폐수자동측정망 폐수자동측정망 운영관리 운영관리 운영관리 운영관리 현황 현황 현황 현황

국내에 설치되어 있는 폐수자동측정기기는 일부 지자체를 제외하고는 설치율이 극히 저조하다 이유는 측정기기의 기술력 부족과 이를 활용하는 목적 및 유지관리 가 힘들기 때문으로 판단된다. 대부분이 수입장비이며 이에 대한 기술력 부족, 공 급에 따른 수요의 부족현상이 있으며, 제도적 관리가 체계적으로 이루어 지지 않 아 설치에 대한 필요성이 직접적인 원인이라 할 수 있다. 국가적으로는 국가수질 자동측정망을 운영하는데 있어서도 현재까지도 매년 자동측정망을 늘려가는 추세 이며 시기적으로 수질환경관리에 대한 필요성이 대두되기 시작한 것이 늦었다고 하겠다. 이러하다보니 종합적인 수질환경관리체계가 구축되지 않아 수질오염이 발생되기 시작하면 예방조치 및 사후 조치가 이루어지지 까지는 어려운 부분이 있 어 미리 국가적으로 수질종합관리 시스템을 구축하여 예방조치 및 사후관리가 신 속히 이루어 질수 있도록 관리하기 위해서는 수질 TMS 구축으로 오염원관리, 오염 빈도, 오염농도, 규제농도 등 총량관리가 이루어지게 되어야 할 것이다.

가 가 가 가. . . . 기기별 기기별 기기별 기기별 현황 현황 현황 현황

하 ․ 폐수 연속자동측정기가 신뢰성 있는 측정값을 산출하기까지는 직․간접적으로 영향을 끼치는 많은 변수와 관련이 되어 있으며, 수질자동측정기의 설치환경의 선정에 있어서는 검출기(檢出器: Detector) 등의 성능이 최대한 발휘될 수 있도록 주위온도 및 습도 등 환경조건 등을 갖추어야 한다.

또한 원격감시용(TMS)으로서의 수질연속자동측정기는 전압변동 및 정전사고로 인한 측정값의 결측을 방지하기 위해서 자동전압조정기(AVR) 등의 정전압장치와 무정전장 치 등을 설치하여야 한다.

2005년 환경부에서 전국 사업장 중 328개 사업장을 대상으로 조사한 결과에 따르 면, 측정항목은 COD, BOD, DO, TN, TP, SS, PO₄-P, NO₃-N, NH₄-N, Flow, pH, 수온, MLSS, F(불소), ORP, n-H(노르말 헥산) 등 20여종을 측정하고 있으나, COD(276개소), pH(261개소), Flow(295개소) 등 3개 항목은 대부분의 업소에서 측정하고 있는 것으 로 조사되었으며, 그 외 총 유기탄소(Total Organic Carbon), 질소, 인 등의 측정 기 설치율은 매우 낮은 것으로 조사 되었다.

Table Table Table Table 6. 6. 6. 6. Types of Existing Measuring Equipments.

기기명기기명

기기명기기명 설치대수설치대수설치대수설치대수 기기명기기명기기명기기명 설치대수설치대수설치대수설치대수 기기명기기명기기명기기명 설치대수설치대수설치대수설치대수

UPS 104 n-H 2 데이터로거 1

TOC 3 Flow 295 MLSS 1

T-N 7 DO 63 F 3

T-P 6 COD 276 농도계 1

SS 71 BOD 29 슬러지농도계 1

PO₄-P 4 수온 40 ORP 4

pH 261 냉방장치 62 기타 5

NO₃-N 5 난방장치 47 - -

NH₄-N 5 냉난방장치 3 합계 1,299

나 나 나 나. . . . 기기 기기 기기 기기 가동상태 가동상태 가동상태 가동상태 및 및 및 및 교정여부 교정여부 교정여부 교정여부

측정기의 관리는 주기적인 청소, 소모품의 확인 및 교환이라고 볼 수 있다. 그 러나 측정기 관리의 실질적인 업무에는 측정값의 유효성 확인을 위한 수분석(手分 析) 값과 비교 검토, 교정 등의 작업이 포함되어야 한다. 현장 여건상 기기 가동 율을 높이기 위해서는 전문인력의 교육 훈련을 통하여 유지관리가 제대로 이루어져 야 한다. 또한 측정기를 관리하기 위해서는 일상점검, 교정, 정기점검 등의 정도관 리(定度管理) 및 데이터를 처리하고 활용하는 업무를 수행하기 위한 측정기 전문 관 리자가 필요하다. 측정값의 신뢰성을 제고 시키고 측정값의 결측을 예방하기 위 하여 설치한 무정전장치(UPS), AVR(자동전압조정기), 냉난방장치 등의 측정소에 설치된 설비의 좀더 세심한 관리가 요구된다.

TOC(총유기탄소), T-N(총질소), T-P(총인) 등 극히 저조한 설치율을 보이고 있 는 측정기를 제외한 업소의 80%이상 설치된 COD, pH, Flow 등 3개 항목의 가동율 또한 80% 이상을 보여주고 있으나 정도관리에 필요한 측정기기의 교정은 설치사 업장의 약 70%이상이 자체교정을 실시하고 있고 환경기술개발 및 지원에 관한 법 률에서 규정하고 있는 정도검사 등 체계적인 정도관리는 일부 지자체를 제외한 대 부분의 사업장에서 미비한 것으로 나타났다.

다 다 다 다. . . . 측정항목별 측정항목별 측정항목별 측정항목별 측정방식 측정방식 측정방식 측정방식

Table Table Table Table 7777은 설문 조사한 328개 사업장에 설치되어 있거나 현재 국내외에서 제작, 판매되고 있는 각 측정기별 측정방식을 조사한 것이다.

(1) (1) (1) COD(Chemical (1) COD(Chemical COD(Chemical COD(Chemical Oxygen Oxygen Oxygen Oxygen Demand)Demand)Demand)Demand)

대표적인 유기물 오염지표로 주로 사용되어 측정하는 것이 화학적 산소요구량 이다. 오염된 물의 산소 요구량의 측정은 이미 오래전부터 사용되어 왔으며, 가장 큰 장점은 짧은 시간 내에 분석결과를 얻을 수 있다는 것이다. COD는 가장 보편적

교한 바, 과망간산칼륨(KMnO₄)과 중크롬산칼륨(K₂Cr₂O₇)에 의한 방법을 주로 사용하 고 있으며, 현재 국내에서는 COD측정방법을 과망간산칼륨법으로 정하여 사용하고 있 다. 최근에는 폐액의 발생이 거의 없으며 측정시간이 매우 짧은(수분 이내) 전기화 학적 분해법의 COD가 제작되고 있음을 알 수 있었다.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig. 4. 4. 4. 4. Electro chemical method Fig. Fig. Fig. 5. Fig. 5. 5. 5. COD measuring principle using

consist of 3-electric sensor he electric chemical method

(2) (2) (2) (2) TOC(Total TOC(Total TOC(Total TOC(Total Organic Organic Organic Organic Carbon)Carbon)Carbon)Carbon)

BOD와 COD 측정법은 단지 유기물의 간접적인 측정을 제공할 뿐이며, 아무리 복잡한 유기물질이라도 기본적으로 유기탄소(有機炭素)로 구성된다. 수중 내 유기물질이 산화될 때 유기물질의 탄소성분이 산소와 결합하여 이산화탄소(CO₂)를 발생시킨다.

이산화탄소의 발생량을 모니터링 함으로서 수중의 유기물질의 직접적인 측정을 얻 어낼 수 있으며, 총유기탄소(TOC)분석은 단지 몇 분 만에 정확한 결과를 얻을 수 있 다.

총 유기탄소 측정방식 중 UV산화법은 시료가 과황산과 혼합되어 UV광에 노출되

며, 큰 입자성 물질은 완전 산화되기 어렵고 산화율은 시료 내 서로 다른 유기화 합물에 따라 다양하다. UV광은 적은 양의 오존을 발생 시키며, 오존발생량이 너무 적기 때문에 산화시키기에 충분하지 못하다. 이런 간단한 산화법으로 인한 낮은 산 화율 때문에 연구소나 현장용으로 쓰기에는 적합하지 못하다고 많은 전문가들이 지 적함에도 불구하고 UV산화법은 기기의 단순한 구성과 제작비용이 아주 저렴하기 때문에 널리 사용되고 있다.

TOC연속자동측정기의 측정방식은 연소산화법(燃燒酸化法, Thermal oxidation Method : 섭시 800도 이상 가열)과 UV산화/NDIR법(UV/Persulphate Oxidation Method)이 다수를 이루고 있으며, 설치 업체는 상당히 저조하였다.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig. 6.6.6.6. Thermal oxidation Method Fig. Fig. Fig. 7.Fig. 7.7.7. UV/Persulphate Oxidation Method

(3) (3) (3) pH(3) pHpHpH

하 ․ 폐수의 수소이온농도는 생물학적 처리방법을 사용하는 경우 pH가 6~9.5의 범위내로 유지되어야 하며, 폐수의 pH는 적절한 처리를 위해 일반적으로 6.5~9.0 범위에 있어야 한다. pH를 적정한 수준으로 조절해야하는 경우도 있으며, 이때 필요 한 약품의 양의 계산은 대부분의 경우 수소이온농도를 기준으로 하며, 절대다수의 업체가 이온선택성 전극인 유리전극 타입의 센서를 이용하고 있고 측정범위는 0~14 의 pH 기기를 설치운영하고 있다. 또한, pH 값이 중성부근보다 높거나 낮으면 공장폐수의 유입가능성이 크다고 볼 수 있다.

현재 대부분 수소이온농도의 측정법은 유리전극법과 안티몬전극법 2종류를 사용 하고 있다.

(4) (4) (4) SS(4) SSSSSS

폐수에서 발견되는 주요 오염물질들은 고형물로 분류될 수 있으며 폐수는 일반 적으로 99.5~99.9 %의 물과 0.1~0.5% 고형물들로 구성되어 있다. 폐수처리는 고형 물을 제거하거나 고형물을 더 안정한 상태로 전환시킨다. 부유 고형물 농도는 일 반적으로 100~350 mg/l 이며 유리섬유 여과기를 사용하여 제거할 수 있는 고형물 로 침강성, 부유성, 콜로이드성 등으로 분류된다.

측정방식은 광산란방식(光散亂方式)과 중량검출법(重量檢出法)이 있으나 대부분 의 사업장에서 광산란방식을 사용하고 있는데 이는 중량검출방식에 비하여 측정 값의 정확도는 미흡하지만 구입설치 가격과 유지관리 비용이 저렴하기 때문인 것 으로 풀이된다.

(5) (5) (5) N (5) N N N & & & & PPPP

생활하수, 공장페수, 하수처리장, 분뇨처리장 등에서 배출되는 질소, 인, 유기 물 등에 강이나 호수, 바다 등의 부영양화 발생이 빈번함과 특히 최근에 자주 발 생하는 적조현상은 실로 심각한 피해를 주고 있다.

총 질소 연속자동측정기는 Thermal Digestion 에 기초한 흡광광도법이 주를 이루고 있으며, 설치 및 가동율이 매우 저조한 것으로 나타났다.

폐수의 생물학적 처리공정에 관여하는 모든 생물들은 증식과 새로운 세포조직의 합성에 인을 필요로 하나, 대부분의 공장폐수에는 처리에 이용되는 미생물의 최적 생장에 필요한 인의 양은 충분히 들어있지 않다. 질소와 함께 조류에 의한 부영양 화의 제한영양소로 작용하며, 특히 인은 자연계에서는 미량(지구전체의 0.1 - 0.12%) 존재하지만 인위적인 오염에 의해서 발생하므로 중요하다. 인은 질소와 마찬 가지로 조류(藻類)와 다른 생물학적 유기체의 성장에 필수적인 영양분이며, 생물 학적 처리공정이 만족스럽게 수행되기 위해서는 최소량의 인이 폐수 내에 반드시 존재하여야 한다.

인 연속자동측정기는 역시 Thermal Digestion 에 기초한 흡광광도법이 주를 이루고 있으며, 산화제로는 과염소산이나 황산-질산 또는 과황산염이 사용되며, 특히 과염소 산은 격렬한 반응이 일어나는 산화제이므로 사용하기에는 곤란하다. 설치 및 가동율 또한 매우 저조한 것으로 나타났다.

Table Table Table Table 7. 7. 7. 7. Measuring Methods by Item.

측정항목측정항목측정항목 측정항목

측 측 측

측 정 정 정 정 방 방 방 방 식식식식

사업장별 설치 빈도수가 높은 순

수소이온농도

(pH)

유리전극법

안티몬

전극법

생물학적산소

요구량(BOD)

미생물

연료전지법

산소전극법

(미생물호흡법)

화학적산소

요구량(COD)

산성100℃

과망간산

칼륨 산성법

알칼리성

100℃과망간 산칼륨법

전기화학식

(복합재료 전극법)

과산화수소법 오존산화법

총유기탄소

(TOC)

건식(연소) 산화법/NDIR

습식(UV) 산화법/NDIR

습식(UV)산화 /막전도도방식

습식(UV)산화 /이온전극법

오존산화

/NDIR

부유물질

(SS)

광산란법 중량검출법(유리섬유여지법)

총질소

(T-N)

자외선

흡광광도법

카드뮴구리

환원법

화학발광법

총 인

(T-P)

흡광광도법

(아스코르빈산 환원법)

흡광광도법

(몰리브덴 블루)

흡광광도법

(바나도 몰리브덴 yellow)

클로로메터법

(이온전극법)

2.4.4. 2.4.4. 2.4.4. 해외 2.4.4. 해외 해외 해외 폐수 폐수 폐수 폐수 TMS TMS 운영관리 TMS TMS 운영관리 운영관리 현황 운영관리 현황 현황 현황

미국과 유럽의 선진국에서는 1960년대부터 수질자동측정기를 설치하기 시작하였 으며 그 설치의 필요성과 중요성을 인식하게 되어 점차 그 수가 늘어나는 추세에 있다. 수계별로 설립되어 있는 중앙수질관리소로 측정치를 전송하여 효율적 수질 관리에 필요한 연속측정자료를 축적하고 있음과 동시에 효과적인 수질감시에 큰 역할을 하고 있고, 일본에서도 1969년에 환경감시용으로 수질자동측정기를 최초로 설치한 이래 그 수가 점차 늘어가고 있으며, 이와 함께 측정치의 효용가치는 점차 높아지고 있다.

가 가 가 가. . . . 미국 미국 미국 미국

미국은 배출량 적용과 관련하여 2개제도(NPDES, TMDL)을 운영하고 있다.

NPDES(National Pollutant Discharge Elimination System)는 기술기준을 적용했을 때 달성할 수 있는 배출량과 달성 가능한 수질기준을 적용한 배출량을 산출하여 더 엄격 한 배출량을 적용하는 시스템이며, TMDL(Total Maximum Daily Loads)은 NPDES제도 만으로 환경기준을 달성할 수 없는 공공수역에 적용되고 있다.

NPDES의 허가대상오염물질의 범위는 산업, 도시, 농업으로부터 발생하는 오폐수 를 포함하는 모든 오염물질로서 법 적용상 크게 3가지로 분류되어있다.

Table Table Table Table 8.8.8.8. Measuring parameter of water pollutants.

구 구 구

구 분분분분 물질종류물질종류물질종류물질종류 일반오염물질

(Convention Pollutant)

pH, TSS, BOD, 대장균, 오일과 그리스

독성오염물질 (Toxic Pollutant)

인공적인 유기물질과 금속성 화합물질

비일반오염물질 (Nonconventional Pollutant)

COD, TOC, 암모니아, 질산성질소, 배출수 총괄독성

NPDES허가의 5가지 요소 중 모니터링 및 보고요건은 해당 배출시설의 배출특성 을 대표할 수 있는 데이터가 생산될 수 있도록 시료채취 방법과 위치, 모니터링 주기, 분석방법 등을 배출시설의 특성에 맞게 구체화되어 있다.

모니터링 위치(시료채취장치) 지정 시 고려해야 할 사항은 폐수유량 측정가능, 작업자의 안전과 접근성용이, 배출수의 대표성을 나타낼 수 있어야 하며, 모니터링 주기는 배출량 측정값의 변화율에 의해 좌우되며 변화율이 크면 모니터링 횟수도 증가하게 되고, 장기평균값이 배출한계에 근접할수록 모니터링 횟수도 증가하게 된다. 시료채취방법은 Grab채취와 혼합채취(composite) 두 가지 방법이 있다. Grab 채취는 시료를 순간 채취하는 것으로서 혼합채취 시 변화되는 특성이 있는 물질인 pH, 온도, 용존산소, 염소, 대장균 등을 대상으로 하며 혼합채취는 주기적으로 순 간 채취한 시료들을 혼합하여 측정하는 방법이며 시간과 유량에 비례하여 채취한다.

기록과 보고는 모니터링 결과 최소 3년 동안 보관하여야 하며 필요시 허가담당자에 의해 연장이 가능하며 모니터링 결과를 최소 1년에 한번 정도 관할기관에 보고해 야 하며, 필요시 허가담당자가 강화된 보고주기를 요구할 수 있다.

수질측정망 운영사례로 USGS에서 On Line Database인 NWIS을 통하여 60분 간격 으로 실시간 자료를 제공하고 있으며 Oregon State Potland Metropolitan Area에 서 수온, 유량, pH, EC실시간 측정, Radio Telemetry Unit을 이용하여 데이터 송 수신 및 원격제어를 수행하고 있다.

미국 EPA는 2003년 각 주정부에서 실시하고 있는 수질자료 수집 시스템을 평가 하기위한 지침을 제시함으로서 수질자료 표준화를 통한 수질의 현재상태와 경향제 공, 문제지역을 조기에 발견하고 원인규명을 지원하는 효율적인 관리 시스템 구축 을 지원하고 있다.

Table Table Table Table 9. 9. 9. 9. Summary of Methods to Monitor the Conformity to the US Quality Criteria for Water.

구분 미국

시료채취

빈도

- Effluent flow, Effluent flow/Stream flow, 오염물질의 농도와 유량변화 (factor에 의한 시료채취 횟수 결정)

- 처리시설의 설계용량 고려 - 처리시설 적용 처리방법 의존 - Post Compliance record/History - 모니터링 비용고려

- 배출횟수 : 간헐 또는 지속적 배출여부 - 계절적 또는 일 생산량변화에 따른 횟수고려

시료채취

방법

- Grab sampling

: Sequential sampling, 회분식(batch) 등 간헐적 처리공정 pH, 온도, DO, Cl^-, VOC 등

- Composition sampling

: Time composite, Flow-proportional composite

시험분석

주체

- 사업장에서 정기적인 모니터링 및 분석결과 reporting을 허가당국에 제공 : 시료채취지점, 시료채취방법, 모니터링 횟수, 분석방법, 보고 및 기록

배출기준

초과책임

- 사업자의 배출수 기준 준수 책임 : 처리시설 운용에 관한 feedback제공

나 나 나 나. . . . 유럽 유럽 유럽 유럽

유럽공동체의 유역관리제도는 2000년 6월 EU내의 모든 수계에 대한 목표수질을 수생태계적으로 2등급이상이 되도록 관리하는 물관리 체제지침을 제정하였다.

물관리 체제지침은 일본, 미국과 같이 직접적인 오염총량제도는 아니나 오염총량 관리의 개념이 포함된 유역관리제도(流域管理制度)이다, EU 회원국은 그들 국가의 영토 내에 위치한 개별 유역을 확인하고, 개별 유역을 회원국들에게 할당한다.

유역의 감시 및 모니터링은 각 회원국들이 프로그램의 확립체제를 수립하여야 하며, 모니터링은 필수적이며 지표수 및 지하수 등의 수질 및 유량을 체계적으로 모니터링하고 감시, 사용, 조사, 명령의 기능이 있는 모니터링을 수행한다. 수질관 리항목 중 물리화학적 요소인 온도, 산소, 염도 등은 3개월을 주기로 모니터링 한 다. 측정프로그램은 필요한 모든 측정을 포함하여야 하며 측정은 공장, 도시 및 농경지에서 엄격히 실시되어야 한다.

Table Table Table Table 10.10.10. Overview of Catchment Management Plans of EU.10.

구 분 독일 영국 프랑스

물관리

체제 지침

- 유럽공동체의 오염총량관리 개념을 포함한 유역관리제도 (2000년 6월 제정) - EU회원국 개별 유역 할당

수질측정

항목

- 폐수배출시설의 경우 : NH₃,,NO₃,PO₄,TOC/COD, CN, Phenol, Al, Cu, Fe 등

-방류수의 경우 : NH₃,,NO₃,PO₄,,TOC/COD, -공장폐수의 경우:

NH₃,,NO₃,PO₄,, TOC/COD, CN, Phenol, Al, Cu, Fe 등

-TOC, 수온, DO, HC, Phenol, 대장균, 소화합물

-공장폐수의 경우: HC, TOC, Zn, Cd,Cu, Pb, Cr 등

다 다 다 다. . . . 일본 일본 일본 일본

현재 일본은 오염총량규제를 운영하고 있으며 총량규제기준 준수대상 사업장은 하수처리장, 201인조 이상의 합병정화조 및 단독정화조, 분뇨처리장 그리고 50m³/d 이상의 배출사업장 및 축사가 대상이다.

수질계측방법은 수질자동계측기, 혼합시료+지정계측법, 지정계측법 그리고 간단 한 계측법이 있고, 폐수량 계측방법에는 유량계 또는 유속계, 적산체적계 그리고 기타 방법이 있다. 수질자동계측기를 이용한 계측방법은 자동적으로 채수된 시료 의 오염상태를 계측하고 사전 해당기기의 계측치와 지정계측법에 의한 계측치와의 관계에서 구한 환산식을 이용해 COD를 계산하는 방법으로 COD계, TOC계, TOD계, UV계 등의 계측기가 해당된다.

일본은 공공수역의 수질달성여부 및 수질오염사고 감시에 활용하기 위해서 전국 주요하천 및 호소에 263개의 수질감시소를 설치하였으며 1980년에 COD, TOC, TOD, UV계 등 유기물을, 2002년에 영양염류인 TN과 TP를 규제하고 있다.

동경도(東京倒)에서는 1970년도부터 수질모니터를 정비, 도내 21개 하천에 23개 의 측정실이 설치되어 측정감시하고 있다. 동경도 외 오사카의 수질측정항목은 COD, DO, pH, EC, 탁도, ORP, 염소이온, 암모니아 등 9개항목이 상시측정 감시되 고 있고 비와호에서는 수온, DO, pH, EC, 탁도, Chlorophyll-a, COD, TP, TN을 연 속측정하여 TMS를 통해 중앙감시국으로 송신, 자료처리 및 감시하고 있다.

Table Table Table Table 11.11.11.11. Comparison of Overseas Data Transmission Systems.

구 분 미국 일본 독일

자료수집장치 사용 사용

사업장제어실에서 PLC이용 측정기

직접제어

DATA 주기 시간

5분평균데이터 시간별 적산

-

측정기 신호규격

0-1V 4-20mA RS-232C

0-1V 4-20mA Digital접점

RS-232C

자동화 공정제어용 프로토콜

상태표시

교정중 보수중

보수중 교정중 전원단절 동작불량

측정기 사양에 따라 다름

관제센터와 통신방식

polling polling

실시간 전송하지 않음

표준화 조직 EDSC - SANDRE

통신매체 전화선, ISDN 전화전용회선, 무선 -

Ⅲ Ⅲ

Ⅲ Ⅲ. . . . 실험 실험 실험 실험 및 및 및 및 방법 방법 방법 방법

본 연구는 각 사업장별 수질자동측정기기를 이용한 분석값과 실험실 데이터의 분석 결과를 비교하여 수질자동측정기기의 정도성을 알아보고 데이터의 신뢰성과 대표성의 추이를 알아보기 위하여 00석유화학공장, 00시 하수종말처리장 방류 수를 대상으로 분석값을 비교 하여 보았다.

3.1. 3.1. 3.1. 수질자동측정기기에 3.1. 수질자동측정기기에 수질자동측정기기에 수질자동측정기기에 의한 의한 의한 분석 의한 분석 분석 분석

3.1.1. 3.1.1. 3.1.1. COD 3.1.1. COD COD COD자동측정기기 자동측정기기 자동측정기기 자동측정기기

COD 자동측정기기는 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 과망간산칼륨법(산성 법)을 이용하는 측정기를 선정하였으며 국산화된 장비로서 동양전자시스템에서 일 본의 ANDO와 기술제휴하여 개발된 제품으로 국내에서 형식승인을 득한 제품이다.

이 측정기의 분석주기는 최소 1시간이며 재현성은 ±2%(Full scale), 측정범위는 0~200mg/L 이며, 국내 수질환경공정시험방법의 산성법에 의한 COD 분석법을 그 대로 적용한 장비이다. 측정기기의 신뢰성을 측정하는 동안에는 매일 오전에 교정 을 실시하였고, 기타 유지보수가 필요한 부분도 점검을 매일 실시하여 기기의 조건 을 최상으로 하였다. 그러나, 일반적으로 기기의 교정은 매월 1,2회 정도가 이루어 지고 있었으며, 유지관리 또한 매우 미흡하게 이뤄지고 있었다.

3.1.2. 3.1.2. 3.1.2. T-N(Total 3.1.2. T-N(Total T-N(Total T-N(Total Nitrogen) Nitrogen) Nitrogen) Nitrogen) 자동측정기기 자동측정기기 자동측정기기 자동측정기기

T-N 자동측정기기는 설치빈도가 매우 낮았으며, 일반사업장 등에는 설치가 거의 되지 않았다. 설치빈도수가 가장 높은 곳은 국가수질자동측정망에 사용되는 기기 로서 독일 브란루베사의 장비이며, 이 측정기기의 재현성은 ± 2%(Full Scale), 측

정범위는 0~100mg/L이며, 국내 수질환경공정시험방법을 이용한 UV흡광광도법을 이 용하였다. 분석시간은 최소 25분 이며, 이 장비 또한 측정기기의 신뢰성을 측정하 는 동안에는 매일 자동으로 교정 및 Reference 를 실행하였으며, 기타 유지보수가 필요한 부분도 점검을 매일 실시하여 기기의 조건을 최상으로 하였다. 이 장비의 특징은 총인은 물론 NO₃-N, NH₃-N, PO₄-P, UV-COD 등 다파장검출기를 사용하 여 여러 항목을 동시에 측정할 수 있으며, 이 실험에 사용된 장비는 총인 및 총질 소 두가지 항목을 측정할 수 있도록 구성된 기기를 사용하였다.

3.1.3. 3.1.3. 3.1.3. T-P(Total 3.1.3. T-P(Total T-P(Total Phosphorus) T-P(Total Phosphorus) Phosphorus) Phosphorus) 자동측정기기 자동측정기기 자동측정기기 자동측정기기

T-P자동측정기기 또한 설치빈도가 매우 낮았으며, 일반사업장 등에는 설치가 거 의 되지 않았다. 설치 빈도수가 가장 높은 곳은 국가수질자동측정망에 사용되는 기기로서 독일 브란루베사의 장비이며, 이 측정기기의 재현성은 ± 2%(Full Scale), 측정범위는 0~5mg/L이며, 국내 수질환경공정시험방법을 이용한 아스코르 빈산 환원법을 사용하지 않고 710nm에서 측정하는 몰리브덴 블루법을 사용하였다.

이유는 시약의 변질로 인하여 측정 정도를 가지기 위해서이다. 분석시간은 최소 28분이며, 이 장비 또한 측정기기의 신뢰성을 측정하는 동안에는 매일 자동으로 교정 및 Reference 를 실행하였으며, 기타 유지보수가 필요한 부분도 점검을 매일 실시하여 기기의 조건을 최상으로 하였다. 이 장비의 특징은 총인은 물론 NO₃-N, NH₃-N, PO₄-P, UV-COD 등 다파장검출기를 사용하여 여러 항목을 동시에 측정 할 수 있으며, 이 실험에 사용된 장비는 총인 및 총질소 두 가지 항목을 측정할 수 있도록 구성된 기기를 사용하였다.

3.1.4. 3.1.4. 3.1.4. pH 3.1.4. pH pH 자동측정기기 pH 자동측정기기 자동측정기기 자동측정기기

한 장비를 설치운영하고 있었다. 이 실험방법에서는 같은 종류의 유리전극법에 의 한 측정하는 일본의 Yokogawa제품으로 하였다. 재현성은 ±0.1 pH, 측정범위는 0~14 pH 이며, 이 장비역시 유지보수측정기기의 신뢰성을 측정하는 동안에는 매 일 자동으로 교정 및 Reference 를 실행하였으며, 기타 유지보수가 필요한 부분도 점검을 매일 실시하여 기기의 조건을 최상으로 하였다. 하지만 이 역시 일반 사업 장에서는 교정이 매월1회 이하로 전극의 교체주기 또한 지켜지지 않고 있었다.

3.1.5. 3.1.5. 3.1.5. SS 3.1.5. SS SS자동측정기 SS 자동측정기 자동측정기 자동측정기

SS자동측정기기는 광산란법을 이용한 장비로 독일의 Endress+Hauser 장비를 사용하였으며, 이 장비의 재현성은 ±1 mg/L(Full Scale), 측정범위는 0~200 mg/L 이다. 광원은 광다이오드(LED)로 측정파장은 880 nm의 흡수광을 이용한 장 비이다.

3.2. 3.2. 3.2. 3.2. 장기간 장기간 사용 장기간 장기간 사용 사용 사용 시 시 시 예상되는 시 예상되는 예상되는 예상되는 문제점 문제점 문제점 문제점

모든 장비가 그러하듯 장기간 사용 시 문제되는 점은 COD의 경우 시약의 변질 로 인한 Factor의 변동, 시료 및 시약의 주입량 변동, 산성법에서 측정에 영향을 주는 염화물의 유입량 변동 등으로 인하여 측정값에 영향을 줄수 있으며, 장시간 의 시료 유입으로 배관내 이물질 부착에 의한 막힘현상, 큰 부유물질 입자 유입에 의한 측정값 오차등이 예상된다. T-P/T-N의 경우 도 COD와 마찬가지의 현상이 예상되며, 정량펌프 튜브의 마모 시 정기적인 교체, 밸브류 청소 등이 이루어지지 않으면 측정값의 오차율이 커질것이다.

SS, pH는 침적형으로 오랜시간 사용 시 센서부위에 이물질 부착으로 정확도가 떨어지며, 센서의 수명 이내에 정기적인 교체를 하여야 한다. 또한, 세척기능이 있

는데 세척은 Air Jet으로 1일 3회 30초 동안 이루어지는데 이때 발생되는 다량의 혼탁물이 타 측정기로 유입되어 측정값에 큰 영향을 줄수 있다.

자동측정기기는 운전상에 있어서 주기적인 교정 및 유지관리 후 최상의 상태에서 기타 외래 조건에 대한 영향을 최소화 하여 측정기의 성능을 검토하였으며, 이에 대한 실험실 분석은 수질오염공정시험방법¹⁸⁾ 중 COD는 과망간산칼륨법에 의한 산성법, 총인은 알칼리성 과황산칼륨분해 L-아스코르빈산환원법에 의한 흡광광 도법 및 총질소는 알칼리성 과황산칼륨분해 자외선 흡광광도법으로 하였다. SS는 중량검출법으로 하였다. pH는 실험실용 유리전극법을 이용한 동일 방법으로 하였 다. 분석주기는 매일 2회 샘플링하여 시료당 3회 이상 분석한 값의 평균을 합한 값으로 2회를 1일 평균치로 하였다.