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기술동향 <기술동향: 수질 분석기> 총질소・총인/COD 자동 측정 장치

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작성자 댓글 0건 조회 3,999회 작성일 22-04-06 12:19

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그림 1. 



서론

도쿄만과 세토내해와 같은 폐쇄 해역의 경우, 해역 내 수질 환경 기준을 확보하기 위한 목적으로 사업장이나 공장에서 배출되는 폐수 중 오염 물질을 대상으로 그 부하량(농도와 유량의 곱)을 규제하는 수질 총량 규제가 실시되고 있다.

수질 총량 규제 제도는 1978년 수질 오탁 방지법 개정에 따라 도입되었으며, 1980년부터 화학적 산소 요구량(COD)을 대상 항목으로 두었다. 당초 대상 오염 물질은 COD뿐이었지만 이후 제5차 총량 규제(목표 연도 2004년도)에 의해 총질소(Total-Nitrogen) 및 총인(Total-Phosphorus)이 추가 지정되었다. 이 규제에 따라 해역 주변 지정 지역에서 일평균 배수량 400㎥ 이상인 사업소나 공장에서는 자동 계측기를 이용한 연속 계측(또는 복합 샘플러를 통해 시료를 채취한 후 지정 계측법으로 계측)을 실시하고 농도와 부하량을 보고하도록 의무화되어 있다.

당사에서는 규제 출범 당시부터 이 규제에 맞춘 COD 자동 측정 장치와 이번에 소개하는 총질소, 총인, COD의 3가지 항목을 동시에 계측 할 수 있는 ‘총질소・총인/COD 자동 측정 장치’를 공급해왔다.


장치 개요

(1) 3가지 항목의 동시 계측과 부하량 연산

당사의 ‘총질소・총인/COD 자동 측정 장치’는 사업소나 공장에서의 폐수 감시 및 수질 총량 규제에 대응하기 위한 자동 수질 분석기이다.

한 대로 총질소, 총인, COD(UV) 3가지 항목의 농도를 동시에 계측할 수 있는 장치이며 부하량 연산 기능을 탑재하여 외부에 설치한 유량계를 통해 측정 대상인 배수의 유량값을 파악하여 측정한 농도로부터 각 물질의 부하값을 산출할 수 있다.


(2) 계측 방식

총질소 및 총인 농도의 측정 방식은 1974년 환경청(현재 환경성) 고시 제64호 ‘배수 기준을 정하는 성령 규정에 의거하는 환경 대신이 정하는 배수 기준과 관련된 검정 방법’인 ‘120℃ 과황산칼륨 분해법-자외선 흡광 광도법에 의한 총질소 측정’ 및 ‘120℃ 과황산칼륨 분해-몰리브덴 블루 흡광광도법에 의한 총인 측정’을 기초로 하였다. 또한 COD는 자외선 흡광 광도법(UV)을 채용하였으며 측정한 자외부 흡광도와 수동 분석의 상관관계를 통해 COD 농도를 구한다. <그림 1>은 측정 흐름도의 개요이다.


(3) 가열분해 방식

가열분해 방식은 당사에서 독자적으로 설계한 간단한 분해조를 사용하여 총질소 및 총인 모두 120℃에서 30분 동안 실시한다. 공정법과 동등한 방법이기 때문에 수동 분석값과 잘 일치하는 값을 얻을 수 있다.


(4) 검출기

측정의 심장부라 할 수 있는 검출기는 분광기를 탑재한 다파장 검출기를 채용하였다. 이를 통해 장치에서 측정하는 모든 파장의 흡광도(총질소 측정에서는 220nm 및 254nm, 총인 측정에서는 880nm, COD 측정에서는 254nm, 546nm)를 검출기 한 대로 계측할 수 있다. 중국 환경 보호 제품에 대해서도 프로그램을 변경하기만 하면 측정 파장(총질소 220nm, 275nm, 총인 계측 700nm)을 변경할 수 있기 때문에 응용 범위가 넓다는 점이 특징이다.


(5) 매니폴드 배관

장치 내 배관 주요 부분은 배관과 전자 밸브, 버퍼 탱크 등이 하나로 이루어진 매니폴드 배관을 채용하였다. 이러한 간단한 구조를 실현하여 메인터넌스성을 높였다.


(6) 시약 절감

시약 소비량을 공정법에 비해 크게 줄인 시약 절감형 장치이다. 자세한 내용은 아래에 소개한다.


시약 절감에 대하여

총질소・총인 및 COD 측정 장치를 비롯한 많은 수질 분석기 수질을 측정함으로써 환경 보호에 기여할 것을 목적으로 한다. 그러나 운용에는 대부분의 경우 시약 사용이 필수이며 환경에 부담이 되는 폐액이 발생해버리는 딜레마에 놓여있다. 이 때문에 당사에서는 1측정의시약 소비량을 공정법 대비 큰 폭으로 줄이는 시약 절감을 진행하였다.


(1) 경위

제5차 총량 규제 이전에는 공정법에 준거하는 것이 중요했지만, 많은 사업소와 공장이 도입 시에 운용 비용을 중요하게 봄에 따라 이 때 발매했던 ‘NPW-150형’ 및 후계 기종인 최신 기종인 ‘NPW-400형’은 시약 소비량을 공정법의 10%로 억제하는데 성공했다. 또한 환경 보호에 대한 의식이 높아지는 가운데 최신 기종인 ‘NPW-400형’은 이전 기기에 비해 3/5의 소비량, 즉 공정법에 대하여 시약 소비량 6%라는 시약 절감을 실현하였다. 또한 앞서 이야기한 바와 같이 COD 측정은 시약을 사용하지 않는 자외선 흡광광도법을 채용하였다. 이들 시도에 의해 측정에서 발생하는 폐약의 양을 큰 폭으로 감소시켜 환경에 미치는 부하를 줄일 수 있었다.


(2) 혜택

시약 절감 시에는 환경에 대한 부하 경감 외에 폐약을 저장하는 폐액 탱크의 처리 빈도 및 각 측정 시약의 교환 빈도가 줄어들기 때문에 운용 비용의 삭감, 메인터넌스성의 향상이라는 장점도 있다.

기존 모델의 폐약 탱크 처리 및 시약 교환 주기가 1개월인데 비해 NPW-400형은 모두 주기가 2개월로 연장되었다.


시약 절감에 따른 기술

시약 절감은 사용하는 시료수와 시약이 미량 때문에 지금까지 무시할 수 있었던 미세한 오차가 측정값에 큰 영향을 미치게 될 것이다. 따라서 정확하게 측정하기 위한 다양한 기술이 필수적이다. 당사 장치에는 이러한 문제를 해결하는 기술이 도입되었다.


(1) 시료 계량 및 희석

시료와 희석수(순수)의 계량은 분석 결과 정밀도에 큰 영향을 주기 때문에 시약 절감 시에 계량 및 희석 시스템은 중요한 요소가 된다. 당사 장치에서는 계량 정밀도가 높은 실린지 펌프를 채용하였으며, 실린지 펌프로 직접 시료수를 도입하여 계량하면 시료수의 오염이 축적되어 계량 동작에 영향을 주어 그 정밀도를 장기간 유지할 수 없다. 또한 시료수는 통과하는 전자 밸브의 수가 많아지면 막힘의 원인이 된다. 당사에서는 시료수와 깅기층으로 구분하여 실린지에 시료수가 들어가지 않는 구조를 채용함으로써 먼지가 주는 영향을 피하였다. <그림 2>는 그 개요이다.


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그림 2. 시료수 계량 시스템 

(2) 시약 계량 

시약 계량에는 더 높은 정밀도가 요구된다.

예를 들면 NPW-400형의 경우, 최소 0.3mL의 시약을 정확하게 계량 및 측정에 공급할 필요가 있다. 이 부분에는 ‘기어를 사용하지 않는 정량 실린지 펌프’를 채용하였다. 이 시약 계량 시스템은 주로 역지 밸브, 튜브, 구동부, 실린지로 구성되며 구동부에 들어간 모터가 회전함으로써 실린지에 시약을 어느 정도 흡인하고 그 후 토출한다. 모터 1회전당 피스톤 상하 이동량이 정해져 있기 때문에 매우 좋은 반복 정밀도를 실현하였다. 또한 배관 내에는 역지 밸브다 들어있기 때문에 시약은 특정 방향으로만 이동하며 계량한 시약을 측정에 안정적으로 공급할 수 있다. (또한 이 시스템은 당사 특허이며, 2015년에 사이타마현 발명협회 회장상을 수상하였음) <그림 3>은 그 개요이다.


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그림 3. 기어를 사용하지 않는 정량 실린지 펌프
 


..(후략) 


江原 徹 / 도아DKK

 본 기사는 2022년 4월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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