[상하수도공학실험]고형물질 측정방법 1부

실험 목적

1. 수중에 현탁되어 있는 입자상 고형물을 여과하여 부유물질을 측정할 수 있다.

2. 시료를 가열하여 수분을 증발시켜 총 고형물의 농도를 측정할 수 있다.

3. 증발잔류물을 고온에서 강열하여 휘발성 고형물의 농도를 측정할 수 있다.

4. 자연수와 하수, 폐수의 오염정도를 표현할 수 있다.

실험 이론 및 원리

1. 실험 배경

부유물질은 수중에 현탁되어 있는 불용해성 물질로 이들은 콜로이드입자에서 현탁물까지 여러 가지 형태로 존재한다. 현탁물질로서 입자의 크기가 2㎜이하의 물질로 2㎜는 금의 채 또는 금망을 통과한 하수, 오수를 시료로 하여 측정한다. 일반적으로 방류하는 폐수중에는 2㎜이상의 입자를 함유하는 일은 드물기 때문에 채나 금망을 사용하지 않아도 별 문제는 없다. 그러나 모래와 같은 비교적 큰 입자가 검수중에 함유하는 경우에는 전처리가 필요하다.

측정조건에 따라 다음과 같이 분류한다.

1) 현탁물질 : 시료를 여과할 때 분리되는 물질

2) n-핵산 불용성현탁물질 : 현탁물질을 n-핵산으로 세척하여 유지, 기타 n-핵산 추출물질을 제거한 잔류물

3) pH에서 생성하는 현탁물질 : 시료를 pH 7.0±0.5로 중화시킬 때 생성하는 현탁물질

미리 무게를 단 유리섬유 여지(GF/C)를 여과기에 부착하여 일정량의 시료를 여과시킨 다음 항량으로 건조하여 무게를 달아 여과전, 후의 유리섬유 여지의 무게차를 산출하여 부유물질의 양을 구하는 방법이다. 정량범위는 5㎎이상이다.

시료중에 부유하는 유기성, 무기성 물질로써 수질기준에서 BOD와 같이 중요한 항목으로 여겨지고 있다. 부유물질은 여과 또는 원심분리에 의해 분리되는 0.1μ이상의 입자를 말하며 무기물질과 유기성 물질로써 구분된다. 물의 탁도를 유발시키는 원인이 되며 침전해서 침전물(저니)이 되는데 유기물질의 저니는 발효에 의해 H2S나 CH4 등의 유해가스발생의 원인이 된다. 또 부유물질은 침전가능한 물질로 구분하며 침전가능한 물질은 대략 5μ이상의 입자로서 신선한 하수의 경우 전체의 50 - 60% 정도이고, 침전 불가능한 물질은 3μ이하의 것이 25% 정도이며, 그 중 0.2μ이하의 것은 10%이하라고 한다. 한편 0.001 - 0.1μ까지의 물질은 콜로이드성 물질이라 칭하며, 그 이하의 크기를 용존물질이라고 명명한다.

 

2. 고형물

고형물은 음용수를 비롯한 각종 용수, 가정하수, 공장폐수 및 슬러지 내에 포함되어 있는 수분을제외한 모든 물질을 말한다. 음용수에다량의 고형물(특히 용존 고형물)이 함유되어 있는 경우 맛을 내고, 심미적인 불쾌감을 유발하며, 무기광물질이 많은 물은 공업용수로 부적당하게 되는데 우리나라의 음용수 기준은 총 고형물질이 500㎎/L가 넘지 않도록 되어 있다.

한편 오염된 물에서의 고형물 자료는 오염강도를 나타내는 지표로, 특히 부유물질이 높은 물은 외관상 좋지 못하며 처리장 운전에도 영향을 주게 된다. 하수처리장이나 폐수처리장 등에서는 부유물질을 설계나 운전시 중요한 인자로 사용하고 있으며 또한 부유물질은 처리효율을 나타나는 지표로 방류수 기준항목에 포함되어 있기 때문에 정기적으로 측정하고 있다. 

우리나라 하수처리장의 부유물질 방류수 수질기준은 20㎎/L이다. 다양한 유기물과 무기물을 함유하고 있는 고형물의 분석은 주로 무게 분석법을 이용하게 되는데 분석법은 경험적이며 비교적 단순하다.

Water = H2O + Solids

1) 존재형태 : DS(Dissolved Solids) - 용존물질, SS(Suspened Solids) - 부유물질

① 측정 원리 : 미리 무게를 단 유리섬유 여과지(GF/C)를 여과기에 부착하여 일정량의 시료를 여과시킨 다음 항량으로 건조 하여 무게를 달아 여과 전후의 유리 섬유의 여과지의 무게차를 산출(중량법)하여 부유물질의 양을 구한다.

② Filter (여과시 걸리면 SS, 통과하면 DS)

- Glass fiber filter(유리섬유) : 입경의 크기가 Membrane보다 일정치 않음. 가장 많이 사용함. 고온실험에 사용함 → water, wastewater에 사용

- Membrane filter(막여과지) : 정확한 측정을 위해 사용, 고온에 약함. Texture 고름, poresize 고르고 일정

2) 열적인 성질

① 휘발성 고형물의 정의 : 총 고형물중의 휘발성 고형성분은 유기물이라고도 불리며, 이것은 550℃로 가열할 때 휘발하는 고형물을 말한다.

② 측정원리 : 증발잔유물 접시를 550℃에서 15-20분간 가열하여 항량으로 하여 무게를 달아 잠열 감량을 구해서 휘발성물질의 양을 구한다.

③ 휘발성 고형물의 의의 : 휘발성 고형물 실험은 총고형물 중의 몇 %가 기성이고 잠열에 의해 분해시킬 수 잇는가를 알려주는 중요한 실험이다. 염기성 소화와 포기에 있어서의 유기물 부하를 구하는데도 쓰인다.

실험 기구 및 시약

1. 실험 기구

1) 상부 여과관 - 시료가 상부 여과관에 부어지며 여기서 GFC로 이동하면서 부유물질이 걸러지게 된다.

2) 하부 여과관 - 촘촘한 구멍으로 이루어진 것으로 GFC에서 걸러진 시료가 이 곳을 통과하게 된다.

3) 유리섬유여지(GF/C) - 석면등으로 이루어진

4) 메스피펫, 홀피펫 - 주로 시료의 양을 조절하는데 사용한다. 또는 증류수로 상부여과관을 세척이나 유리벽면에 붙은 시료를 마저 내려보내기 위해 사용한다.

5) 핀셋 - GF/C에 다른 불순물이나 수분이 묻어 건조된 여과지의 무게변화를 주지 않게 하기 위해 사용한다.

6) 메스실린더 - 피펫과 마찬가지로 시료의 양을 조절하는데 사용한다.

7) 비커 - 상부여과관에 시료를 부어 넣을 때 사용한다.

8) 증류수 - 불순물이 없는 순수 물로써 여과 기기들의 세척과 유리벽면의 부유물질을 내려 보내기 위해 사용한다.

9) 건조기 - 105～110℃를 유지하며 수분을 제거하는데 주로 사용된다.

10) 진공여과펌프 - 시료가 여과 될 때 압력을 주어서 여과를 시키는데 사용된다.

11) 클램프 - 상부여과관과 하부여과관을 밀착시켜 떨어지는 위험을 방지하기 위해 사용한다.

12) 고무관 - 진공여과펌프를 연결해 주는 역할을 한다.

 

2. 실험 시약

1) 신천하천, 양문공단유입수, 양문공단유출수

신천 하수                          양문공단 유입수

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