http://dx.doi.org/10.15250/joie.2014.13.3.200 ISSN 2288-923X (Online)
폐수와 상수원수의 악취평가를 위한 공기희석관능법과 희석배수치 시험법의 비교
임봉빈·허승호·안덕규·김선태*
대전대학교 환경공학과
Comparison of air dilution sensory test and threshold odor number method for odor evaluation of wastewater and lake water
Bongbeen Yim·Seung-Ho Heo·Deok-Kyu An·Sun-Tae Kim*
Department of Environmental Engineering, Daejeon University
(Received 19 August, 2014; Revised 16 September, 2014; Accepted 24 September, 2014) Abstract
The object of this study is to investigate the relationship between the air dilution sensory test and the threshold odor number (TON) method for evaluating the odor of domestic wastewater, plating plant wastewater, food plant wastewater and lake water. The dilution factor of raw wastewater evaluated by the air dilution sensory test was in the order of food plant > plating plant > domestic > lake, and that evaluated by the threshold odor number method was in the order of food plant > domestic > plating plant > lake. The same results were obtained when the raw wastewater and lake water were diluted 2 and 5 times with pure water. The relative geometric standard deviation determined from the threshold values of each panel on the air dilution sensory test was much larger than that calculated from results derived from the threshold odor number method. The relative geometric standard deviation obtained from samples with a low dilution factor was greater. There was a very good linear correlation (correlation coefficient = 0.968~1.000) between the air dilution sensory test and the threshold odor number method.
But, the reduction in odor intensity (the slopes of regression curves) by dilution was dependent on the types of the odor-emission sources.
Keywords : Malodorous substance, Sensory test, Threshold odor number, Wastewater, Dilution factor
1. 서 론
삶의 질과 관련이 깊은 대표적인 감각공해인 악취는 불면증, 식욕부진과 같은 정신적인 스트레스 및 심리적 인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Wilson et al., 1980). 최근 환경질을 개선시키고자 하는 많은 노력에 의해 대기 및 수질오염에 의한 민원 발생횟수는 뚜렷 하게 줄어든 반면에 하수도, 음식점과 같이 생활환경 주변에서 악취문제를 일으키는 생활악취는 민원을 많 이 유발하는 원인으로 대두되기 시작했다. 또한 최근
상수원의 부영양화에 의해 수돗물에서 냄새가 발생한 다고 고통을 호소하는 민원도 증가하고 있어 상수원의 냄새유발물질의 제어 및 냄새측정에 대해 관심이 높아 지고 있다(Dzialowski et al., 2009).
이러한 악취현황을 파악하기 위해서 이용하고 있는 악취물질 측정방법은 크게 많은 측정분석 장비에 의한 기기분석법, 사람의 감각기관을 이용하는 관능법, 악취 물질의 물리화학적 성질 등을 이용한 센서측정법 등이 있으며, 이 중 사람의 후각기관을 이용한 관능법이 오 래전부터 이용되어 왔다(Dravnieks and Jarke, 1980;
Turk et al., 1980; Gostelow et al., 2001; Park, 2003a;
NIER, 2007; Kim et al., 2013). 특히 복합악취를 평가 하기 위한 공기희석관능법은 현장에서 시료를 채취하
*Corresponding author
Tel : +82-42-280-2534 E-mail : [email protected]
합적인 감각량으로 표현할 수 있다(Bliss et al., 1996;
Kim 2004; Lee et al., 2014).
본 연구에서는 냄새강도에 대한 정보 취득이 필요한 산업폐수(생활하수, 도금공장 폐수, 식품공장 폐수) 및 냄새의 존재 유무의 확인이 중요한 상수원수를 대상으 로 하여 악취물질을 평가하는 공기희석관능법과 물의 냄새를 평가하는 희석배수치법으로 악취를 평가하여 기체를 희석하는 방법과 액체를 희석하는 방법사이의 관련성을 조사함으로써 향후 실제로 악취물질을 포함 하고 있는 액상시료를 대상으로 한 악취 평가방법으로 서 활용하기 위해 필요한 기초자료를 제시하고자 한다.
2. 실험재료 및 방법
2.1 폐수 및 상수 원수
본 비교시험에 이용한 시료는 일반 생활폐수, 도금 폐수 및 식품폐수의 원수이며, 상수 원수는 대청호 원 수이다. 폐수 원수는 폐수처리시설에 유입되기 전에 채 취하였으며, 상수 원수는 대청호 취수장 부근의 물을 직접 채취하였다. 모든 시료는 채취한 후 실험실의 냉
능법으로 측정하기 위해 500 mL 임핀저를 이용하여 폐수에 무취공기를 유입시켜 버블링 하면서 발생되는 악취시료(head space)를 3 L 무취주머니(plolyester odor bag, OMI, Japan) 에 채취하였다. 공기희석관능법에서 사용하는 3 L 무취주머니는 4회 이상 무취공기로 치환 하여 세척한 후 사용하였다. 무취공기는 악취공정시험 방법에 제시된 것처럼 증류수(흡수), 실리카겔 및 활성
Table 1. Dilution factor and dilution rate of wastewater and lake water for the air dilution sensory test and the threshold odor number method
Sample Dilution factor for air dilution sensory test
Domestic 3 10 30 100
Plating plant 3 10 30 100 300 1000 3000
Food plant 300 1000 3000 10000 30000
Lake water 3 10 30 100
Sample Dilution rate for threshold odor number method
Domestic 0 20 50 80 100 200 300
Plating plant 0 20 50 80 100 200
Food plant 0 100 200 500 1000 2000 5000
Lake water 0 3 5 8 10 20
Fig. 1. Wastewater samples diluted with a pure water for
the air dilution sensory test and the threshold odor number
method.
탄(흡착)을 통과시켜 최대한 오염물질을 제거하는 과 정을 거쳐 제조하였다. 무취공기는 볼유량계(RMA-2- 13, Dwyer, USA) 를 이용하여 500 mL/min의 유속으로 시료에 유입시켰다. 무취주머니에 모은 악취시료는 주 사기를 이용하여 희석배수에 따라 희석하였으며, 이와 별도로 무취주머니 2개를 준비하여 시료희석주머니 1 개와 무취주머니 2개를 1조로 하여 5명의 악취판정요 원에 의해 악취공정시험방법에 따라 시험을 수행하였 다(NIER, 2007).
희석배수치 시험법은 대상시료를 마개가 있는 200 mL 플라스크에 넣고 증류수를 사용하여 희석배수에 맞게 희석한 후 마개를 막고 항온수조(Changshin-lab, C-WB02, Korea)를 이용하여 40
oC에서 30분간 중탕 가열한 뒤 바로 마개를 열고 악취판정요원이 냄새여부 를 판단하였다(ME, 2012).
두 시험방법 모두 5명의 악취판정요원이 관능시험용 마스크를 쓰고 23초간 냄새를 맡아 냄새감지 여부를 기록하였다. 판정요원의 평균 정답률이 0.6 미만이 될 경우 실험을 종료하고, 0.6 미만이 될 때까지 실험을 계속하였다. 마지막 악취를 판정할 때 최소값과 최대값 을 제외한 나머지 3명의 희석배수를 기하평균하여 악 취판정요원 전체의 희석배수로 하였다. 관능시험결과 희석배수 산정방법에 따라 유효자리수는 소수점 첫째 자리까지 계산하고 결과의 표시는 정수로 하였다.
악취판정을 위해 동일한 악취판정요원이 수행하였으 며, 같은 시료에 대해서도 같은 날에 시험을 실시하였 다. 또한 1개 시료 분석 후에는 휴식시간을 5분 이상 확보하였다. 본 시험을 수행한 악취판정요원은 본 이전 연구에서 관능시험의 경험이 있는 악취판정인단에서 선정하였다(Lee et al., 2014). 5명의 악취판정요원은 2, 30 대로 여자가 3명, 남자가 2명으로 구성되었으며, 모 두 비흡연자이었다.
3. 결과 및 고찰
Table 2에 공기희석관능법 및 희석배수치 시험법에
의해 수행된 시료의 관능시험 결과를 나타내었다. 최종
적인 희석배수는 각 판정요원별 희석배수 중 최대, 최
소값을 제외하고 나머지 3개 값을 기하평균하여 산정
하였다. 먼저 Fig. 3의 원수를 이용한 시험결과를 보면,
공기희석관능법의 경우, 희석배수의 크기는 식품공장
페수(10000) > 도금공장 폐수(208) > 생활하수(44) > 상
수 원수(10)의 순으로 나타났으며, 희석배수치 시험법
의 경우, 희석배수의 크기는 식품공장 폐수(1000) > 생
활하수(200) > 도금공장 폐수(92) > 상수 원수(10)의 순
으로 나타났다. 한편, Table 2에 나타낸 것과 같이 공
기희석관능법과 희석배수치 시험법의 경우 원시료를
증류수로 2배 및 5배로 희석한 후 평가한 희석배율도
Fig. 2. Schematic diagram of the air dilution sensory test(a) and the threshold odor number method(b).
D
E 10
100 100
80 Plating plant
wastewater 0 A
B C D E
100 30 1000 300 300
100 80 100 80 100
208 92
2 A
B C D E
30 30 100 30 100
80 50 50 50 100
44 58
5 A
B C D E
30 30 30 30 100
50 50 20 50 100
30 50
Food plant
wastewater 0 A
B C D E
30000 10000 10000 3000 10000
1000 1000 1000 1000 2000
10000 1000
2 A
B C D E
10000 10000 10000 1000 1000
1000 200 500 500 500
4641 500
5 A
B C D E
10000 3000 1000 1000 300
500 100 500 500 200
1442 368
Lake water 0 A
B C D E
30 10 10 10 10
10 10 10 10 8
10 10
2 A
B C D E
10 10 3 10 3
10 10 5 3 5
6 6
5 A
B C D E
10 3 3 3 10
10 10 3 3 3
4 4
a
Permissible dilution factor is the geometric mean of threshold value each panel except the maximum and minimum values.
b
Air dilution sensory test.
c
Threshold odor number method.
원수와 동일한 결과로 나타났다.
공기희석관능법에서는 도금공장 폐수가 생활하수보 다 높은 희석배수를 나타냈지만, 희석배수치 실험법에 서는 생활하수가 도금공장 폐수보다 높은 희석배수를 나타내었다. 이것은 두 방법의 차이 즉 공기희석관능법 은 시료에서 방출되는 악취를 무취공기로 희석하여 악 취를 감지하지만, 희석배수치 시험법은 시료를 일정한 온도에서 가열 한 후 직접 악취를 감지하기 때문에 다 른 결과가 도출된 것으로 생각된다.
한편 세 종류의 반도체식 가스센서(복합악취 검출용) 와 한 종류의 전기화학식 센서(H
2S 검출용)로 구성된 악취측정장치(Odortech, Scientech Lab center, Korea) 를 이용하여 동일한 생활하수와 도금폐수를 측정한 결 과, H
2S 용 전기화학식 센서의 상대적인 센서값이 생활 하수는 0.457로 나타났으며, 도금폐수는 0.426으로 나 타나 생활하수가 조금 높은 H
2S 검출값을 나타내었지 만, 두 폐수 모두 H
2S 가 높게 존재하는 것으로 나타났 다. 또한 반도체식 가스센서는 상대적인 가스센서값이 생활하수는 135.3으로 나타났으며, 도금공장 폐수는 258.1 로 나타나 복합악취 측면에서는 도금공장 폐수가 악취물질을 많이 포함하고 있는 것으로 나타났다(Lee et al., 2014).
Fig. 4 는 각 시료의 원수와 원수를 2배와 5배로 희석 한 악취평가용 시료를 이용하여 악취판정요원이 평가 한 희석배수값의 기하평균과 기하표준편차를 구한 후 최종적으로 상대기하표준편차(relative geometric stand- ard deviation, %)를 산정하여 비교한 것이다. 전체적으 로 보면, 희석배수가 낮은 상수 원수의 상대기하표준편
차가 11.6%~39.8%로 가장 높은 것으로 나타났으며, 다음으로 생활하수 >도금공장 폐수 >식품공장 폐수의 순으로 나타났다. 또한 원수보다는 2배 또는 5배 희석 한 시료의 상대기하표준편차가 커지는 것으로 나타났 다. 즉 악취의 희석배수가 낮을수록 악취판정과정에서 편차가 커지는 것을 알 수 있다. 공기희석관능법과 희 석배수치 시험법을 비교하면, 공기희석관능법의 상대 기하표준편차가 시료의 배출원의 크기에 따라 차이는 있지만, 전반적으로 배출원에 관계없이 크게 나타났다.
이것은 액체시료의 악취를 판정하는 과정에서 액체시 료의 기체부분만을 가지고 평가(공기희석관능법)하는 것보다 액체시료를 이용하여 직접 악취는 판정(희석배 수치 시험법)하는 것이 다소 편차를 줄일 수 있을 것으 로 생각된다.
Fig. 5는 공기희석관능법과 희석배수치 시험법을 비 교한 결과로 각 시료별로는 희석배수값의 상관계수가 0.968~1.000으로 높은 상관성을 갖는 것으로 나타났다.
즉 증류수에 의해 원시료를 희석하여 악취를 평가하더 라도 희석에 의한 영향은 거의 없는 것으로 생각된다.
한편 전체 시료의 희석배수치를 이용하여 공기희석관 능법과 희석배수치 시험법을 비교한 결과를 보면, 전체 적으로 상관계수가 0.749로 양호한 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 그러나 생활하수는 희석배수치 시험 법에 의한 희석배수가 크게 나타났고, 식품폐수는 공기 희석관능법에 의한 희석배수가 크게 나타나 폐수의 특 성에 따라 악취평가방법의 결과가 다르게 나타났다.
또한 95% 신뢰구간에는 도금공장 폐수와 식품공장 Fig. 3. Comparison of the dilution factors obtained by the
air dilution sensory test and the threshold odor number
(TON) method. Fig. 4. Relative geometric standard deviation of the
threshold values of each panel obtained from the air dilution
sensory test and the threshold odor number method.
폐수가 포함되지만, 생활하수와 상수 원수는 이 범위를 벗어나는 것으로 나타나 시료에 따라 다른 양상을 나 타났다. 이것은 시료의 개수가 다소 적어 데이터 분석 에 한계가 있지만, 산업폐수를 중심으로 위쪽에 생활하 수, 아래쪽에 깨끗한 상수 원수가 위치하고 있어 배출 원 특성에 따라 분류되는 것으로 생각된다. 따라서 다 양한 배출원의 폐수 시료를 적용한다면 보다 명확하게 배출원 특성에 따라 분류할 수 있을 것으로 생각된다.
기체를 희석시키는 공기희석관능법과 액체를 희석시 키는 희석배수치 시험법을 비교해 보면, 생활하수, 도 금공장 폐수, 식품공장 폐수의 개별 상관관계식의 기울 기가 각각 0.671, 0.3097, 0.4953으로 나타나 공기희석 관능법의 희석배율 감소(x의 변화율)가 희석배수치 시 험법의 희석배율 감소(y의 변화율)보다 크게 나타나 기 체의 희석에 의한 악취저감이 더 크다는 것을 알 수 있 었다. 즉 폐수에서 발생하는 악취성분을 저감시키기 위 해서는 물로 희석하는 것보다 발생되는 기체를 희석하 는 것이 더 효과적이라고 추정할 수 있다. 물론 이러한 결과가 폐수 속에 포함된 개별 악취성분에 따라 영향 을 받을 수 있기 때문에 추후 악취물질과의 관계를 밝 히는 연구를 진행할 계획이다.
4. 결 론
본 연구에서는 생활하수, 도금공장 폐수, 식품공장 폐수, 상수 원수를 대상으로 악취물질을 평가하는 공기 희석관능법과 물의 냄새를 평가하는 데 이용되고 있는 희석배수치 시험법을 이용하여 악취를 평가함으로써 기체를 희석하는 방법과 액체를 희석하는 방법사이의
에 의해 산정된 각 악취판정요원의 희석배수값을 이용하여 상대기하표준편차를 계산한 결과, 상수 원수 > 도금공장 폐수 > 식품공장 폐수의 순서로 나타났다. 특히 희석배수가 낮은 상수 원수의 경 우가 11.6~39.8%로 나타나 희석배수가 낮을수록 편차가 큰 것으로 나타났다. 한편, 공기희석관능 법으로 산정된 희석배수값이 희석배수치 시험법 으로 산정된 것보다 큰 편차를 보였다.
3. 공기희석관능법과 희석배수치 시험법에 의해 각 시료별로 산정된 희석배수값 사이의 상관계수는 0.968~1.000 으로 높은 상관성을 갖는 것으로 나타 났다.
4. 공기희석관능법과 희석배수치 시험법을 비교한 결과, 상관관계식의 기울기가 생활하수 0.671, 도 금공장 폐수 0.3097, 식품공장 폐수 0.4953으로 나타나 공기희석관능법에 의한 희석배율 감소가 희석배수치 시험법의 희석배율 감소보다 크게 나 타나 기체의 희석에 의한 악취저감이 더 큰 것으 로 나타났다.
References
