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하수, 폐수 시료를 위한 TOC 분석 방법



Elementar Analysensysteme GmbH의 '하수, 폐수 시료를 위한 TOC 분석 방법'을 이용한 응용자료는 이에이코리아에서 제공하였으며 주요 내용은 다음과 같다.

TOC(총유기탄소: Total Organic Carbon)는 수질, 토양 및 하천 슬러지 등 환경 분야에서 환경오염에 영향을 주는 탄소량을 의미하며, 수질의 오염 정도를 나타내는 지표로 사용되어지고 있다. 기존에 주로 사용하던 유기물질의 지표는 BOD5, CODMn 또는 CODCr으로, 유기물질의 분해과정에서 필요로 하는 산소 소비량을 나타내거나, 난분해성 유기 물질과 같이 분해가 어렵거나 오래 걸리는 경우, 정확한 측정이 불가능하다는 단점이 있다. 반면, TOC는 수중에 존재하는 유기물질의 약 90% 이상, 매우 빠른 시간인 5~30분 이내 신속한 측정이 가능하다.


일반적으로 전체 유기물질 중 BOD5는 산화율이 20~40%이고, 측정에 5일 정도가 소요되고, CODMn은 30~60%, 측정에 1시간 정도가 소요된다. CODCr은 산화율이 90%, 측정에 3시간 정도가 소요되나, 저농도에서 재현성이 부족하고, 수은, 크롬으로 인해 환경오염이 심하고, 유해성 실험 폐액이 발생된다.


TOC는 수중에 존재하는 총 유기탄소를 측정하기 위하여 시료중의 유기물을 고온연소 또는 과황산 UV 방법을 이용하여 CO2로 산화시켜 정량하는 방법이다. TOC 측정기는 고온의 연소튜브를 산화에 도움을 주는 촉매가 충진되어 있는 고온연소산화법과 자외선 램프를 사용하는 과황산 UV 산화법 및 과황산 열산화법이 있다. 일반적으로 정제수 및 초순수 등 깨끗한 수질의 오염도 관리에는 과황산 UV 산화법이 사용되며, 저농도(ppm 이하)의 TOC 분석에 매우 적합하다.
오염이 심한 폐수, 하수, 하천수, 호소수 등은 고온연소산화법을 사용하며, 난분해성의 부유물까지 모두 산화시킬 수 있는 방법이다.



그러나, 하수 및 폐수 시료는 부유성 입자와 높은 농도의 염 때문에 TOC 분석을 어렵게 한다. Elementar사는 1973년에 세계 최초로 고온연소산화법의 TOC 분석기를 출시하였으며, 오랜 분석 경험을 바탕으로 vario TOC cube에서는 독창적인 “Particle” 모드로 분석할 수 있다. 이 방법은 부유성입자가 없는 깨끗한 시료를 분석하는 것처럼 높은 수준의 정밀한 분석을 가능하게 한다.



독창적인 “Particle” 모드로 분석하는 방법은 위의 그림과 같다. 연소관 안에 석영재질의 도가니를 거치하여 간섭물질과 염을 완전히 분리해 내고, 백금 촉매는 이러한 물질로부터 완전히 분리되어 보호되어지고, 교체 주기가 매우 길어졌다.
최대 1,200°C까지의 높은 온도로 난분해성의 물질도 완전히 산화하여 매우 높은 수준의 회수율을 보여준다.


분석 방법은 국제표준 방법인 ISO 8245(Annex B)와 DIN EN 1484(Annex C)에 따라 부유성 입자를 포함하는 시료를 위한 “Water
quality - Guidelines for the determination of total organic carbon(TOC)and dissolved organic carbon(DOC)”을 TOC의 적합성 테스트를 준수하기 위해 100mg/L의 셀룰로오스 부유액을 분석하여 회수율을 테스트하였다. 이 시험 방법은 부유액의 균질화를 위해 마그네틱 교반기를 장착하여 교반 하면서 분석되었고, 이때, 초음파 분쇄기는 부유성 입자의 크기를 감소시키므로 사용하지 않았다. 세 번 반복 측정한 평균값은 90mg/L와 110mg/L 이내여야 한다.
아래의 표는 2년에 걸쳐 225대의 다른 장소에 설치된 TOC를 사용하여 분석하였으며, 서로 다른 사용자들에 의해 vario TOC cube의 적합성을 테스트하기 위해 분석되었다. 총 498개의 셀룰로오스 시료를 분석하였으며, RSD 반복 설정값에 의해 3번 또는 4번 분석되었다.



상기의 결과는 vario TOC cube가 부유성 입자를 포함한 시료의 분석에 있어 서로 다른 사용자와 다른 장소에 설치된 TOC로 각각 분석하여도 RSD 10% 미만의 결과를 보여준다. 이는 국제 표준 분석법인 ISO 8245와 DIN EN 1484 분석법을 완벽하게 준수하는 TOC임을 보여준다.
vario TOC cube의 적합성 테스트 후에 하수처리장에서의 유입수와 방류수를 측정하였다. 분석온도는 950°C로 설정하였으며, 시료는 0.2mL를 주입하였으며, NPOC 방법을 사용하였다. 시료는 분석 전에 HCl로 산성화 후 고순도 압축공기를 시료에 주입하여 무기탄소를 미리 제거하고 마그네틱바로 교반 하면서 분석하였다. 모든 시료는 3번 반복 측정하였다.



하수처리장에서의 유입수와 방류수를 측정한 결과, vario TOC cube는 매우 훌륭한 결과를 보여주고 있으며, 이는 Elementar사의 독창적인 “Particle” 모드 때문이다. 석영재질의 도가니는 완벽하게 간섭물질을 분리하였기 때문에, 분석 결과는 다른 시료의 간섭물질에 전혀 영향을 받지 않았음을 보여준다.

Elementar Analysensysteme GmbH의 '하수, 폐수 시료를 위한 TOC 분석 방법'에 대한 궁금한 내용은 본 원고자료를 제공한 이에이코리아를 통하여 확인할 수 있다.

Reference(참고문헌): Elementar application note
Model Name(모델명): vario TOC cube
The Person in Charge(담당자): Nakhyun Kim
Maker(제조사): Elementar Analysensysteme GmbH
Country of Origin(원산지): Germany
e-mail: nhkim@ea-korea.com
Data Services(자료제공): EA Korea



<이 기사는 사이언스21 매거진 2020년 4월호에 게재 되었습니다.>


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