질소화합물

질소화합물

1. 질소의 구성

• 총 질소(T-N)는 유기성 질소와 무기성 질소의 합을 말한다.
• 하수 중 대부분은 총 킬달질소(TKN)로 구성되어 있다. 
• 총 킬달질소(TKN)는 유기성 질소(단백질 및 요산이 함유된 질소)와 암모니아성 질소의 합을 말한다.
• 무기성 질소는 암모니아성 질소(NH₃-N), 아질산성 질소(NO₂^--N) 및 질산성 질소(NO₃^--N)를 말한다.

(참고)

총 질소(T-N) = 유기성 질소 + 무기성 질소

 유기성 질소: 단백질(아미노산), 알부미노이드성 질소, 요산 등

 무기성 질소: NH₃-N, NO₂^--N, NO₃^--N
총 킬달질소(TKN) = 유기성질소 + NH₃-N

2. 질소의 순환과정

반응속도: 아질산균 <<< 질산균

3. 영향

질소화합물은 부영양화의 원인물질이며, 질산화 과정에서 DO를 소비하여, 혐기성 상태를 유발할 수 있다.

㉠ 암모니아성 질소(NH₃-N)

• 물이 최근에 오염되었음을 의미한다.(하수 내 질소의 주성분)
• 분변오염의 직접적 지표이다.(오염시간이 짧기 때문에 병원균에 의한 오염위험이 큼)

㉡ 아질산성 질소(NO₂^--N)

• NH₃-N의 산화반응 첫 단계 생성물로서 물의 오염을 추정할 수 있는 유력한 지표가 된다.
• 낮은 농도에서도 물고기와 수중생물에 매우 유독하다.

㉢ 질산성 질소(NO₃^--N)

• 질소화합물의 최종 산화물로서 과거에 오염되었음을 의미한다.
• 수처리 공정에서 질산성 질소가 다량 검출되었다면 질산화가 잘 이루어진 것을 의미한다. 
• 청색증의 원인 물질로 작용한다.(아이에게 위험)

오염의 경과시간 판단
--------------------------------------------------------------------------
→ ●                       →                               ●
--------------------------------------------------------------------------
TKN :90%                                                 TKN :10%
NO₂^--N, NO₃^--N: 10%                                NO₂^--N, NO₃^--N: 90%

대장균군

대장균군

1. 정의

• Gram 음성, 무포자의 간균으로 젖당을 분해하여 산과 가스를 생성하는 호기성 또는 통성혐기성의 세균을 말한다.
• 식품이나 물의 분변에 의한 오염의 지표 세균으로 사용되고 있다.

2. 특징

• 대장균군 자체는 무해하다.
• 대장균군은 병원균보다도 강한 세균이므로 방류수를 염소 소독했을 때, 대장균의 감소율로 병원균의 유무를 판정할 수 있다.
• 검출이 용이하고 검사법이 간단하다.
• 수계에서 대장균군이 많이 검출되었을 경우 분변성 오염물이 유입되었음을 의미한다.

3. 시험방법

ⓐ 최적확수(MPN) 시험방법

 ① 시료를 유당이 포함된 배지에 배양할 때 대장균군이 증식하면서 가스를 생성하는데, 이때의 양성 시험관수를 확률적인 수치인 최적확수로 표시하는 방법이며, 그 결과는 MPN/100mL의 단위로 표시한다.

 ② 대장균군의 정성시험은 추정시험, 확정시험 및 완전시험의 3단계로 나눈다.

 ③ 대장균군의 수 산정식 중 Tomas 근사식

\[\frac{양성관수\times100}{\sqrt{전시료(mL)\times음성시료수(mL)}}\]

ⓑ 막여과 시험방법
 ① 막여과 방법은 다량의 시료를 여과하므로 실제의 균수에 가까운 고도의 신빙성이 있는 결과를 얻을 수 있다.
 ② 실험시간이 최적확수 시험법의 1/4 정도 소요된다.
 ③ 대장균군수/100mL의 단위로 표시하는 방법이다.
ⓒ 평판집락 시험방법

시료를 유당이 함유된  한천배지에 배양할 때 1마리의 대장균군이 증식하면서 산을 생성하며 하나의 집락을 형성하는 데 형성된 집락을 개/mL의 단위로 표시한다.

색도와 탁도

색도와 탁도

1. 색도(chromatility)

• 물에 나타나는 색 정도를 나타낸 것이다.
• 색도 표준액 1mL를 물 1L에 용해시켰을 때 나타나는 색(물 1L 속에 백금 1mg 또는 코발트 0.5mg을 포함했을 때 띠는 색)을 1도로 한다. 먹는 물 색도는 5도 이하로 정해져 있다.
• 색도의 표준액은 백금과 코발트를 이용하여 조제한다.

2. 탁도(turbidity)

• 수중의 부유물질 등에 의한 물의 혼탁한 정도를 나타낸 것이다.
• 우리나라 먹는 물 수질기준에는 1NTU(수돗물 0.5NTU) 이하로 관리되고 있으며, 미국의 경우에는 먹는 물의 탁도를 0.3NTU 이하로 규정하고 있다.
• 황산히드라진과 헥사메틸렌테트라아민을 포함한 탁도 표준원액 2.5mL를 증류수 1L에 용해시켰을 때의 탁도를 1NTU라고 한다.

탁도의 단위

• 탁도의 단위는 NTU(Nephelometric Turbidity Unit)를 사용한다.
• 시료를 중심각으로 광원과 검출기가 직각으로 배열되어 있습니다. 즉 시료에 의해 산란되는 빛들 중에서 90도로 산란되는 빛의 양만을 측정하는 방식이다. 
• NTU 단위의 탁도표준원액은 황산히드라진과 헥사메틸렌테트라아민이 반응해서 생성된 포르마진 폴리머의 탁도가 400NTU인 것을 사용한다.
• NTU 탁도와 도(mg/L)로 표시되는 탁도 단위와의 관계는 부유물질 입자의 크기가 1㎛ 이상일 때 2NTU = 1도(mg/L)이고 입자의 크기가 0.1㎛ 이하일 때에는 1NTU = 1도(mg/L)이다.

경도(Hardness)

경도(Hardness)

1. 정의

 경도는 물의 세기 정도를 나타내는 것으로, 물에 용해 되어 있는 금속 2가 양이온(Sr²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺,Ca²⁺, Mn²⁺ 등)에 의해 기인되며, 이에 대응하는 CaCO₃mg/L의 값으로 나타낸다.

2. 종류

㉠ 총 경도: 탄산경도와 비탄산경도의 합을 말한다.
㉡탄산경도(일시경도) 경도유발물질+알칼리도유발물질

• 탄산경도는 간단하게 끓임으로써 제거 가능하므로 일시경도라고도 한다.
• 탄산경도는  Ca²⁺과 Mg²⁺ 등이 탄산염 또는 중탄산염으로 존재할 때 유발되는 경도를 말한다.

㉢비탄산경도 (영구경도) 경도유발물질+산도유발물질

• 비탄산경도는 끓여서도 제거할 수 없기 때문에 영구경도라고도 한다.
• 비탄산경도는 Ca²⁺과 Mg²⁺등이 산화이온(SO₄^2-, NO₃^-,Cl^-, SiO₃^2- 등)과 결합하여 황산염, 질산염, 염화물, 규산염 등을 이루고 있을 때 유발되는 경도를 말한다.

3. 경도에 따른 수질 분류

4. 경수의 영향

• 세탁효과가 저해된다.(거품발생이 적다.)
• 세제를 다량 사용하게 되어 인산염 등이 많이 유출되므로 부영양화의 원인이 된다.
• 보일러, 온수관 등에 스케일을 유발하여 열효율이 저하된다.
• 설사 및 복통을 유발할 수 있다.
• 지하수의 경도가 지표수에 비해 높다.

5. 연수화 방법

 물속의 경도를 제거하여 연수로 전환하기 위하여 자비법, 석회-소다법, 이온교환법,제올라이트법 및 막분리 등의 방법이 이용되고 있다.

6. 경도의 계산

\[경도(HD)=\sum M^{2+}(mg/L)\times\frac{50}{M^{2+}당량}\]

• HD: 경도(mg/L as CaCO₃)
• M²⁺(mg/L): 2가 양이온 금속물질의 각 농도
• M²⁺당량: 경도 유발물질의 각 당량 수(eq)

+플러스

• 총 경도 = 일시경도 + 영구경도
• 알칼리도 < 총 경도: 일시경도 = 알칼리도
• 알칼리도 > 총 경도: 일시경도 = 총 경도

경도와 알칼리도의 관계 

1. 총경도 ≥ 알칼리도(M-Alk)인 경우

 ⓐ 탄산경도(일시경도) = 알칼리도

 ⓑ 비탄산경도(영구경도)는

• (총 경도 - 알칼리도) ≥ 산도인 경우 비탄산경도(영구경도) = 산도
• (총 경도 - 알칼리도) ≤ 산도인 경우 비탄산경도(영구경도) = (총 경도 - 알칼리도)

2. 총경도 ≤ 알칼리도(M-Alk)인 경우

ⓐ 탄산경도(일시경도) = 총경도

ⓑ 비탄산경도(영구경도) = 0

알칼리도(Alkalinity)

알칼리도(Alkalinity)

1. 정의

 수계에서 산을 중화시킬 수 있는 능력을 알칼리도라고 하며, 산 성분을 중화하는 데 필요한 알칼리 성분을 이에 대응하는 CaCO₃mg/L의 값으로 나타낸다.

2. 종류

• 페놀프탈레인 알칼리도(P-Alk)
  최초의 pH에서 pH 8.3까지 주입된 산의 양을 CaCO₃mg/L의 양으로 환산한 값을 페놀프탈레인 알칼리도라고 한다.(페놀프탈레인 지시약: 분홍색 → 무색)
• 메틸오렌지 알칼리도(M-Alk)
  최초의 pH에서 pH 4.5까지 주입된 산의 양을 CaCO₃mg/L의 양으로 환산한 값을 메틸오렌지 알칼리도라고 한다.(메틸오렌지 지시약: 주황 → 옅은 주황색(노란색)

3. 알칼리도 계산

\[Alkalinity(CaCO_3 mg/L)=\frac{a\cdot N \cdot 50}{V}\]
· a: 소비된 산의 부피(mL)
· N: 산의 농도(eq/L)
· V: 시료의 양(mL)     
· 50: CaCO₃ 당량

4. 특징

• 자연수 중의 알칼리도의 형태는 HCO₃^-(중탄산염)이다.
• 수중의 알칼리도는 폐수와 지질에 의해 기인한다.
•  HCO₃^-가 많은 물을 가열하면 OH-가 생성되어 pH가 높아진다.

5. 수질에 미치는 영향

• 위생상 큰 영향은 없으나 쓴맛을 낸다.
• 알칼리도가 낮은 물은 완충능력이 작고 철에 대한 부식성이 있다.
• 알칼리도가 높은 물은 다른 이온과 반응하여 관내 스케일을 형성할 수 있다.
• 알칼리도는 수계에서 조류 및 수중생물의 성장에 중요한 역할을 한다.

6. 알칼리도의 이용

 알칼리도는 물의 연수화, 화학적 응집, 부식억제, 완충용량의 계산 , 산업폐수의 생물학적 처리 적합성 판단 등에 이용된다.

산도(Acidity)

산도

1. 정의 

 수계에서 알칼리를 중화시킬 수 있는 능력을 산도라고 한다.

2. 종류

• 페놀프탈레인 산도(P 산도): pH 8.3까지 높이는 데 주입된 알칼리의 양을 CaCO₃mg/L의 양으로 환산한 값을 페놀프탈레인 산도라고 한다.
• 메틸오렌지 산도(M 산도): 산성상태의 물에 알칼리제(NaOH,KOH 등)를 주입, 중화시켜 pH 4.5까지 높이는 데 소모된 알칼리양을 CaCO₃mg/L의 양으로 환산한 값을 메틸오렌지 산도라고 한다.

3. 특징

• 산도 및 알칼리도는 pH 4.5~8.3 사이에 공존한다.
• 물의 부식인자로 탄산가스 및 광산산도가 있다.

부유고형물(SS;Suspended Solid)

부유고형물(SS;Suspended Solid)

1. 정의 및 특징

• 부유물질(SS)은 물에 녹지 않고 떠다니는 물질로 입자의 크기가 0.1㎛ 이상의 현탁고형물을 말한다.
• 침전 가능한 입자는 5㎛ 이상의 크기를 갖고 있으며, 통상 도시폐수의 경우 50~60% 정도가 침전 가능하다.
• 탁도, 색도를 유발하며 플랑크톤 및 세균 등의 미생물을 다량 함유하고 있다.
• 조류의 광합성을 방해하고 어패류의 질식사를 일으키는 물질이다.
• 주로 양조장, 제지, 펄프공장 등에서 발생한다.

2. 고형물의 분류

3. 콜로이드

• 콜로이드의 크기는 0.001~0.1㎛ 정도이며 용존 고형물에 포함된다.
• 콜로이드는 일반적으로 입자 간 상호 응집을 통해 제거한다.
• 전기적으로 대전되어 있으며 대부분 음전하를 띠고 있다.
• 비표면적이 커서 강한 흡착력을 가진다.

친구성 콜로이드와 소수성 콜로이드로 나눌 수 있으며 특징은 다음과 같다.

화학적 산소 요구량(COD; Chemical Oxygen Demand)

화학적 산소 요구량(COD; Chemical Oxygen Demand)

1. 정의

• 수중에 있는 유기물이 화학적 산화제에 의해 산화·분해될 때 요구되는 산소량을 나타낸다.
• COD 또한 유기물 함량을 나타내는 간접적인 지표로서 시료 중에 화학적으로 산화 가능한 유기물을 과망간산칼륨(KMnO₄) 또는 중크롬산칼륨(K₂Cr₂O₇) 등의 산화제로 산화시킨 후 소비되는 산화제의 양을 산소의 양으로 나타낸 것을 말한다.

2. 특징

• BOD에 비해 측정시간이 짧다.(약 2시간 정도)
• 유기물의 양을 측정하기에는 BOD가 더욱 정확한 지표이다.
• 호소, 저수지, 공장폐수 및 해수 등의 경우 BOD 대신 COD 측정을 기본으로 한다.

3. COD 측정방법

㉠과망간산칼륜법(COD_Mn)

 ⑴산성 100℃ 과망간산칼륨법

• 오염도가 낮은 하천 및 하수분석에 적합하다.
• 염소이온의 농도가 높은 시료에는 적용이 불가능하다.(염소이온 농도 2,000mg/L 이하인 시료에 적용, 염소이온 방해를 제거하기 위해 황산은 또는 질산은 첨가)
• 측정시간이 짧다.(산성 100℃에서 30분간 가열)
• 유기물의 산화력이 약 60% 정도로 약하다
  ⇒BOD값과 비슷: BOD 시료 희석배수 결정에 이용됨
• 질소화합물의 산화가 곤란하다.

 ⑵알카리성 100℃ 과망간산칼륨법: 해수 등 염소이온이 다량 함유된 시료에 적합하다.

㉡중크롬산칼륨법(COD_Cr)

• 규정이 없는 한 해수를 제외한 모든 시료에 적용할 수 있다.
• 산화율이 80~100%로 높고, 재현성이 좋다.
• 2차 공해를 유발하고 시험방법이 복잡하며 측정시간이 긴 단점이 있다.(2시간 이상)
• 외부 요인의 영향을 적게 받는다.

4. 산소 요구량 비교

ThOD > TOD > COD > BODu > BOD₅ > TOC

※ K 값에 따라 BOD₅와 TOC의 순서가 변경되기도 함

· ThOD(Theoretcal Oxygen Demand): 이론적 산소 요구량

· TOD(Total Oxygen Demand): 총 산소 요구량

· TOC(Total Oxygen Carbon): 총 유기탄소량

+ TOC(Total Oxygen Carbon)

• 시료 중 용존탄소를 고온에서 완전 연소시킨 후 발생되는 CO₂의 양을 적외선 분석장치로 측정한다.
• BOD, COD 분석시험보다 시간이 짧게 소요된다.
• 저농도 측정 시 재현성이 좋다.
• 실제 값보다 약간 낮게 측정되는 경향이 있다.
• 생물학적으로 분해 가능한 유기물질의 정량화가 가능하다.

생물학적 산소 요구량(BOD; Biochemical Oxygen Demand)

생물학적 산소 요구량(BOD; Biochemical Oxygen Demand)

1. 정의

• 수중에 있는 유기물이 호기성 미생물에 의해 산화·분해될 때 요구되는 산소량을 나타낸다.
• BOD는 유기물 함량을 나타내는 간접적인 지표로 BOD가 높으면 수중에 유기물질이 많이 함유되어 있음을 의미한다. 주로 20℃, 암소에서 5일간 배양했을 때 소모된 산소량을 분석하여 mg/L로 나타낸다.

2. 특징

• BOD를 통해서 생물학적으로 분해 가능한 유기물 및 부패성 유기물의 총량을 간접적으로 파악할 수 있다.
• 수중에 에 유기물질의 함량이 높으면 BOD 농도가 높은 것을 의미하며, 이때는 유기물을 산화시키기 위해 용존산소가 고갈됨으로써 혐기성 상태로 변한다.
• 용존산소의 고갈로 혐기성 상태가 되면 CH₄, H₂S, NH₃ 등의 악취가스가 발생한다.

3. BOD 곡선

㉮ 5일 BOD(BOD₅)

• 20℃, 5일간 미생물에 의해 소모된 산소량을 말한다.
• 일반적으로 말하는 BOD를 의미한다.
• BOD₅는 거의 대부분 탄소화합물에 의한 산소 소모량을 의미한다.

㉯ 1단계 BOD(C-BOD)

• 탄소화합물이 호기성미생물에 의해 산화·분해되는 데 소비되는 산소량을 말한다.
• 20일 후 탄소화합물은 거의 대부분 산화된다고 알려져 있다. 이때를 최종 BOD라고 하고, BODu로 표시한다.

㉰ 2단계 BOD(N-BOD)

• 질소화합물이 호기성 미생물에 의해 산화·분해되는 데 소비되는 산소량을 말한다.
• 탄소화합물의 산화·분해가 거의 진행된 이후 독립영향 미생물에 의한 질소산화가 발생한다.

BOD 곡선

4. BOD 공식

㉮ 잔류 BOD 공식

BODt: t일 후의 잔류 BOD    BODu: 최종 BOD

t: 시간(day)                      k: 탈산소계수(day^-1)

㉯ 소비 BOD 공식

BODt: t일 후의 소비 BOD    BODu: 최종 BOD

t: 시간(day)                      k: 탈산소계수(day^-1)

탈산소 계수(k)

용존산소(DO; Dissolved Oxygen)

용존산소(DO; Dissolved Oxygen)

1. 정의

 물속에 용존되어 있는 산소량을 의미하며, 용존산소의 농도는 평행상태의 농도가 아니라 산소의 용해도에 의해 제한된 상태의 농도를 나타낸다.

2. 특징

• 호기성 미생물의 호흡대사를 지배하는 중요한 인자이다.
• 유기물질을 생물학적으로 산화하는 데 관여하는 중요한 지표이다.
• DO는 낮은 수온, 높은 기압, 낮은 염류 농도에서 증가한다.
• 조류에 의해 광합성 작용으로 인하여 주간의 DO 농도가 야간의 DO 농도보다 높다.
• 수십이 얕고, 유속이 빠르며, 난류의 흐름이 있을 때 DO 농도가 증가한다.
• DO 농도가 2mg/L 이상이면 악취발생은 거의 없고, 어류의 생존에 필요한 DO 농도는 5mg/L 이상이다.
• 임계점을 결정하는 인자로는 수온, 유입 BOD량, 유량 및 유속 등이 있다.
• 대표적인 측정방법으로는 윙클러-아지드화나트륨변법, 격막전극법 등이 있다.

3. 포화 용존산소량

 순수한 물에서 용해될 수 있는 포화 용존산소량은 20℃에서 8.84mg/L, 0℃에서 14.16mg/L이다

4. 용존산소 부존곡선

 하천의 유기오염물질 유입에 따른 DO감소 및 하천의 흐름으로 인한 재포기를 바탕으로 생성되는 DO를 설명하는  곡선을 말한다. 임계점은 용존산소가 가장 부족한 지점을 의미하며, 변곡점에서 재포기가 가장활발하여 산소 복귀율이 최대를 나타낸다. 이때 DO는 조류의 광합성이 아닌 재포기에 의해 생기는 것이 대부분이다.

용존산소 부존곡선

whipple의 4지대와 용존산소 부존곡선

BOD와 COD의 관계

BOD와 COD의 관계

일반적으로 COD 값이 BOD 값보다 약 COD:BOD₅=2.0~3.0:1 정도의 범위로 크게 나타난다.

① 일반적인 경우 COD가 BOD 값보다 큰경우(COD≥BOD)

• 생물학적으로 분해 불가능한 유기물로 구성되어 있는 경우
• 미생물에 독성을 끼치는 물질을 함유한 상태인 경우

② COD가 BOD 값보다 작은 경우(COD≤BOD)

• BOD 실험 중 질산화가 발생한 경우
• 폐수 내 COD 실험 방해물질이 포함되어 있는 경우(지방족 탄화수소)

③ BOD = IBOD + SBOD

    COD = ICOD +SCOD

    COD = BDCOD + NBDCOD

    BDCOD = BODu = K × BOD₅

    NBDCOD = COD - BODu

I: 비용해성, S: 용해성 

BD: 생물분해 가능, NBD: 생물분해 불가능, K:실험상수(BODu/BOD₅) 

미생물의 분류

미생물의 분류

1. 증식온도에 다른 분류

㉮ 고온성 미생물(친열성): 50℃ 이상에서 성장하는 미생물(적온 65~70℃)
㉯ 중온성 미생물(친온성): 10~40℃ 범위에서 성장하는 미생물(적온 30℃ 범위)
㉰ 저온성 미생물(친냉성): 10℃ 이하에서 성장하는 미생물(적온 0~10℃ 범위)

2. 산소(DO) 존재 여부에 따른 분류

㉮ 호기성(Aerobic) 미생물 (DO 有)

• 세포의 유지와 합성에 필요한 에너지를 얻기 위해 산소를 필요로 하는 미생물
• 수중의 용존산소를 이용
• 균류, 조류, 원생동물 및 일부 세균 등
• 활성슬러지, 살수여상법, 산화구법 등에 이용

㉯ 혐기성(Anaerobic) 미생물 (DO 無, 결합산소 有)

• 세포의 유지와 합성에 필요한 에너지를 얻기 위해 산소를 필요로 하는 미생물
  (DO가 아닌 염형태의 산소 이용)
• 산소는 독성으로 작용
• 혐기성 소화법 등에 이용

㉰ 임의성(Facultative anaerobic) 미생물

• 산소의 여부에 구애받지 않고 증식 가능한 미생물
• 통성 혐기성, 통성 호기성, 조건성 미생물
• 대부분의 세균 및 효모는 임의성 미생물

3. 기질(food)에 따른 분류

㉮ 종속영양 미생물(Heterotrophic)

• 유기물을 기질로 이용하는 미생물
• 탄소원으로 유기물 혹은 환원된 탄소를 이용
• 일반세균, 균류, 편모충류, 원생동물 등
• 활성슬러지, 탈질산화, 생물막 등에 관여하는 많은 미생물군

㉯ 독립영양 미생물(Autotrophic)

• 무기물을 기질로 이용하는 미생물
• 탄소원으로 CO₂를 이용
• 조류, 질산화균, 황세균 등

미생물의 종류

1. 박테리아(세균)

• 유기물 분해 및 폐수처리에 있어서 가장 중요한 미생물이다.
• 분자식: 호기성 박테리아 C₅H₇O₂N, 혐기성 박테리아 C₅H₉O₃N
• 성장에 필요한 BOD:N:P의 적정 비율은 100:5:1(무게비)이다.
• 염록소가 없으며, 크기는 약 0.8~5μm이다.
• 형태: 구균, 간균, 나선균 등
• 활성슬러지 공정에서 생물상의 약 95%

2. 조류(Algae)

• 염록소를 가지고 있는 단세포 또는 다세포 식물이다.
• 탄소동화작용을 하며 무기물을 섭취한다.
• 갖가지 맛과 냄새를 유발한다.
• 산화지를 이용한 수처리에서 산소공급원 역할을 한다.
• 광합성 시 수중의 CO₂를 섭취하므로 수중의 pH를 증가시킨다.
• 분자식: C₅H₈O₂N
• 종류: 규조류, 남조류, 녹조류 등

3. 균류(Fungi)

• 활성슬러지법에서 잘 침전하지 않고 벌킬(팽화) 현상을 일으킨다.
• 사상균으로서 낮은  pH(2~5)에서도 잘 성장한다.
• 분자식: C₁₀H₁₇O₆N
• 일반적으로 폭이 5~10μm 정도이다.

4. 원생동물(Protozoa)

• 단핵이고 운동성이 있으며 광합성을 하지 않는다.
• 크기가 100μm 이내로 세포보다 크다.
• 세균이나 효모 등을 포식하므로 먹이연쇄의 중간단계를 이룬다.
• 분자식: C₇H₁₄O₃N
• 종류: 위족류, 편모류, 섬모류, 흡관충 등
  (위족류: 아메바, 편모류: 유글레나, 섬모류: 짚신벌레)

활성슬러지에서 원생동물의 역할

• 활성슬러지 생물 중 약 5%를 차지한다.
• 원생동물의 배설물(점액질)이 하나의 핵으로 작용하여 플록 형성을 돕는다.
• 분산세균을 포식한다.
• 미생물과의 접촉기회를 높인다.
• 폐수처리 효율을 증대기킨다.
• 운동성이 있어서 데드스페이스에서 활동이 가능하다.

5. 후생동물(Metazoa)

• 원생동물 이외의 다세포 동물을 총칭한다.
• 수중의 유기물질, 세균, 조류 및 원생동물 등을 먹이로 한다.
• 대형동물, 환형동물, 절족동물 등이 있다.
• 윤충(Rotifer, Rataria, Philodia 등)의 출현은 양호한 활성슬러지 운전, 하천의 용존산소가 풍부하고 깨끗이 처리된 정수지대로 간주한다.

수질오염물질과 인체에 미치는 영향

대표적인 수질오염물질 및 인체에 미치는 영향

1. 수은(Hg)
ⓐ 배출원: 수은전극 제조 공장, 농약 공장, 금속 공장, 정련 공장, 도료 공장 등
ⓑ 영향

• 만성중독: 언어 장애, 지각이상, 신경쇠약, 난청, 감각마비, 중추신경 장애(헌터-러셀 증후군), 미나마타병 유발(유기수은인 알킬수은이 원인)
• 급성중독: 위장병(구토, 설사), 경구염, 수족의 떨림

2. 카드뮴(Cd)
ⓐ 배출원: 정련 공장, 도금 공장, 전기기기 공장, 안료, 염화비닐 정제 등
ⓑ 영향

• 만성중독: 위장 장애, 내분비 장애, 골연화증, 신장기능 장애
• 급성중독: 기관지염, 폐부종, 신장결석, 이따이이따이병 유발

3. 비소(As)
ⓐ 배출원: 광산 정련 공장, 의약품 공장, 농약 공장, 피혁 제조업, 유리 제조, 비료(암모니아) 제조 공장
ⓑ 영향

• 만성중독: 흑피증, 색소침착, 수족의 지각 장애, 간장비대 등의 순환기 장애
• 급성중독: 구토, 설사, 복통, 탈수증, 위장염, 혈압저하, 순환기 장애 등

4. 납(Pb)
ⓐ 배출원: 도자기, 제조업, 농약, 납축전지 제조, 안료 제조, 인쇄 공업, 요업
ⓑ 영향

• 만성중독: 두통, 정신착락, 적혈구 장애(빈혈), 심근마비, 중추신경 장애, 신장 장애
• 급성중독: 급성위장병(복통, 구토)

5. 6가크롬(Cr⁶⁺)
ⓐ 배출원: 광산, 합금 제조업, 크롬 도금 공업, 피혁 제조업, 화학 공업(크롬산 제조)
ⓑ 영향

• 만성중독: 폐암, 기관지암, 미각 장애, 위장염
• 급성중독: 피부궤양, 부종, 구토, 복통, 혈뇨

6. 망간(Mn)
ⓐ 배출원: 광산, 건전지 제조, 유리, 염료 공업 등
ⓑ 영향

• 만성중독: 신경병, 파킨슨씨병(언어장애, 간경변증)

7. 구리(Cu)
ⓐ 배출원: 광산, 제련, 도금 공업, 전선 제조업, 파이프 제조업 등
ⓑ 영향

• 만성중독: 비점막의 충혈, 만성위장염, 피부궤양, 간경변, 혈색증
• 급성중독: 구토, 위통, 호흡곤란, 혈압하강

8. 아연(Zn)
ⓐ 배출원: 도금 공장, 아연 광산, 아연합금 제조 공장
ⓑ 영향

• 급성중독: 발열, 구토, 설사, 피부염

9. 시안(CN)
ⓐ 배출원: 도금 공장, 금속 정련, 석유 정제, 가스 공업, 청산가리 제조 공장
ⓑ 영향: 두통, 현기증, 의식 장애, 경련, 구토

10. PCB 
ⓐ 배출원: 변압기, 콘덴서, 도료, 감압기, 접착제
ⓑ 영향: 신경내분비 장애, 간장 장애(황달), 수족마비, 카네미유증
(물에 용해(X), 유기용제 용해됨, 미생물에 의한 문해(X), 자정작용(X) → 누출시 계속 농축)

11. 유기인
ⓐ 배출원: 농약(파리티온, 메틸파라티온, 메틸디메톤, EPN) 제조, 유기인화합물, 합성세제
ⓑ 영향: 청력·언어·시력 감퇴, 두통, 현기증

12. 플루오르(F)
ⓐ 배출원: 살충제, 방부제, 유리 제조 공장, 인산 비료 제조, 알루미늄 정련 등
ⓑ 영향

• 만성중독: 위경화증, 반상치, 충치 유발, 신장염

기타 오염물질 및 인체에 미치는 영향

1. 1,1- 디클로로에틸렌

• 400ppm 이상 흡입 시 신경쇠약 증상
• 두통, 시각장애, 간기능 장애

2. 1,1,1-트리클로로에탄

• 중추신경 억제, 간장 장애 유발

3. 벤젠

• 발암성
• 피로, 두통, 식욕부진

4. 사염화탄소

• 구토, 신경 장애, 간손상

5. 셀렌

• 만성중독 시 우울증, 위장 장애 유발

6. 알루미늄

• 알츠하이머병 위험인자

7. 에틸벤젠

• 눈 및 피부 가려움증, 점막손상

8. 철

• 간종양, 간경변, 내분비 장애

9. 총트리할로메탄

• 중추신경 억제 간장 및 신장 손상

10. 크실렌

• 피부염
• 눈, 코, 인후 자극

11. 테트라클로로에틸렌 

• 발암성, 중추신경 억제

12. 톨루엔

• 두통, 현기증, 피로

13. 트리클로로에틸렌

• 중추신경 억제

순수한 물의 특성

순수한 물의 특성

• 물은 수소와 산소의 공유결합과 수소결합으로 이루어져 있으며 쌍극성을 이루므로 많은 용질에 대하여 우수한 용매로 작용한다.
• 순수한 물은 비중이 1(4℃ 기준) 이며, 분자량은 18, 몰농도는 55.56M이다.
• 물은 비열, 비점, 용해도, 증발열량 표면장력 등이 크다.
• 물의 밀도는 극성 때문에 4℃에서 1g/cm³로 가장 크고, 온도가 높아질수록 물의 밀도는 감소한다. (비중이 감소)
• 물의 비열은 1cal/g·℃이며, 비슷한 분자량을 갖는 다른 화합물보다 비열이 크다.
• 물의 비점(끓는점)은 100℃이며, 증발열은 539cal/g이다. (기화열 0℃ 596cal/g)
• 물의 빙점(어는점)은 0℃이며, 융해열은 79cal/g이다.
• 물의 점성은 온도가 증가할수록 작아진다.
• 물의 표면장력은 온도가 상승할수록, 불순물 농다가 높을 수록 감소한다.
• 물의 극성은 물이 갖고 있는 높은 용해성과 연관이 있다.
• 물의 비점에서 증기압은 1기감(760mmHg)이며, 온도가 올라갈수록 증가한다.

자연수의 특성

1. 우수의 특성

• 우수의 주성분은 해수와 비슷하다.
• 우수는 공기 중의 이산화탄소로 인하여 대부분 산성이다. (대기중 CO₂:300~350ppm)
• 우수는 용해성분이 적어 완충능력이 떨어진다.
• 오염되지 않은 우수의 pH는 약 5.6 정도이며, pH가 5.6보다 낮을 때 산성비로 정의한다. (산성비의 원인물질로는 SOx, NOx, HCl 등이 있다.)

2. 지표수의 특성

• 지상에 노출되어 있어 오염의 우려가 크다
• 탁도가 높고, 유기물질이 많다.
• 광물질의 함유량이 적고, 경도가 낮다.
• 용존 산소농도가  크고, 수질 변동이 비교적 심하다.

3. 지하수의 특성

• 지표수가 토양을 거치는 동안 흡착 및 여과에 의해 불순물과 세균이 제거되어 지하수 내에는 불순물과 세균이 거의 없다.
• 비교적 얕은 지하수에서는 염분농도가 하천수보다 평균 30% 정도 높다.
• 지표수에 비해 국지적인 환경조건의 영향을 크게 받는다.
• 일반적으로 CO₂ 존재량이 많아 약산성을 띤다.
• 자정속도가 느리고 물의 경도가 매우 높다.
• 무기물 함량이 높고 공기 용해도가 낮다.
• 유속이 대체로 느리고 연중 온도 변화가 매우 작다.
• 지하수 중 천수층이 오염될 가능성이 가장 높다.

4. 해수의 특성

• pH는 약 8.2로 약알카리성이다.
• 해수는 Mg/Ca 비는 3~4정도로 담수의 0.1~0.3에 비해 크다.
• 해수의 염도는 약 35,000ppm 정도이며, 심해로 갈수록 커진다.
• 염분은 적도 해역에서 높고, 극지방 해역에서는 다소 낮다.
• 해수의 밀도는 약 1.02~1.07g/cm³ 정도이며, 수심이 깊어질수록 증가한다.
• 해수의 주요성분 농도비는 일정하고, 대표적인 구성원소를 농도에 따라 나열하면 Cl^- > Na⁺ > SO₄^- > Mg²⁺ > Ca²⁺ > K⁺ > HCO₃^-
• 해수의 주요 성분 농도비는 항상 일정하다.
• 해수 내 전체 질소 중 35% 정도는 NH₃-N, 유기질소 형태이다.

물의 분포 (수권)
 지구상의 물은 해수와 담수로 크게 나뉘며, 담수는 빙하, 지하수 및 공기 중에 존재하는 수분으로 나뉘어진다.

물의 함유량

• 지구상의 물은 해수가 97%, 담수가 3%(2.8%)이다.
• 담수 중에서 가장 많은 양을 차지하는 것은 빙하이다.
  (빙하 > 지하수 > 지표수> 공기 중에 존재하는 수분)
   2.15      0.6                    수증기, 구름, 눈 등 → 태양 빛 반사 → 지구온도 감소

수원의 종류와 특성

1. 천수(빗물)

• 천수는 우수를 주로 하며 강우 등을 포함한 강수를 총칭하는 것이며 천연의 증류수로 순수에 가깝다.
• 천수에 함유된 불순물은 비의 응결핵인 미세한 부유물질 외에 해수가 날려서 대기 중에 함유된 염화물질이다.
• 빗물은 칼슘 등의 미네랄을 별로 함유하지 않으므로 연수로서 순수에 가까운 것이 특징이다.

2. 하천수

• 보통 하천수는 수량이 풍부하나 계절에 따라서 유량이 현저히 변한다.
• 하천수는 다소 오탁하나 유역의 토질이나 유입 오· 폐수 등의 정도에 따라 다르며 호우시나 고수위의 경우에는 유수 중의 부유물질과 세균수가 증가한다.
• 하천의 자정작용은 호수에 비하여 느리고 오염이 유수에 의하여 멀리까지 미치게 되는 것도 하천수의 특징이며 자정작용에는 충분한 시간이 필요하다.

3. 호소수 및 저수지수

• 저수지의 성질은 호소와 거의 같다.
• 호소수는 하천수보다 자정작용이 큰 것이 특징이며 오염물질의 확산이 연안에서 가까운 부분에 한정되고 호소중심까지는 하천수의 유입에 의하여 연안에 따라 운반되는 것 외에는 바람에 의한 흐름에 따라 확산이 일어나며 보통 하천수의 수질보다 양호하다.

4. 복류수

• 하천이나 호소 또는 연안부의 모래, 자갈 중에 함유되어 있는 지하수를 말한다.
• 복류수의 수질은 그 원류인 하천이나 호소의 수질, 자연여과, 지층의 토질이나 그 두께 그리고 원류의 거리 등에 따라 변화한다. 그러나 대체로 양호한 수질을 얻을 수 있어 그대로 상수원으로 사용하는 경우가 많으며 또는 정수공정에서 침전지가 생략하는 경우도 있다.

5. 지하수(우물물)

• 우물은 보통 불투수층 이내 정도까지의 깊이의 것을 얕은 우물 그리고 그 이하 깊이의 것을 깊은 우물이라고 한다.
• 지하수는 지층 내의 정화작용에 의하여 거의 무균상태인 양질의 물이 되나 얕은 우물의 경우에는 정화작용이 불완전한 경우가  있으며 대장균군이 출현하는 때도 있다.
• 깊은 우물은 수온도 연간을 통해 대체로 일정하고 물의 성분도 많은 변화가 없으며 양질이나, 보통 경도가 높은 경우가 많으며 깊은 층에서는 산소가 부족하여 황산염이 황화수소(H₂S)로, 질산이 암모니아(NH₃)로 환원되는 등 환원작용을 일으키는 때도 있다.

6. 용천수

• 용천수는 지하수가 종종 자연적으로 지표에 나타난 것으로 그 성질도 지하수와 비슷하다.
• 용천수는 얕은 층의 물이 솟아나오는 경우가 많으므로 수질이 불량할 때도 있다.
• 바위틈이나 석회암 사이로 나오는 물은 대지의 정화작용 없이 그대로 나올 가능성이 있으므로 주의할 필요가 있다.

7. 해수

• 도서지역에서는 해수를 담수화 목적으로 상수의 수원으로 사용할 수 있으며 장래에는 연안 지역, 특히 담수수원이 부족한 지역에서도 해수가 상수원으로 이용될 수 있다.

※ 하천수와 호소수의 자정작용에 대한 내용은 책마다 다른 경우가 있다.

1. 물 백과사전 - 수도수원의 내용

2. 물리적 폭기가 하천이 크므로 하천이 유리하다는 의견

3. 침전이 크게 이루어 지고 확산이 잘안된므로 호소가 유리하다는 의견

농도와 온도의 표시

농도

1. 백분율(%)
   중량백분율[(W/W)%] = (g/g)% : 고,액체 질량 100g 중의 성분질량(g) 을 표시함
   용량백분율[(V/V)%] = (ml/ml)% : 액체, 기체 용량 100ml 중의 성분용량(ml)으로 표시
   중량 대 용량 백분율[(W/V)%] = (g/ml)% : 액체, 기체 100ml 중의 성분질량(g)을 표시
2. 백만분율(ppm; part per million)=10^-6
   기체 - 용량 대 용량(V/V): ml/M^3=μl/l
   액체 - 중량 대 중량(W/W): g/ton=mg/kg=μg/g
3. 1억분율(pphm; part per hundred million)=^-8
   기체 - 용량 대 용량(V/V)
   액체 - 중량 대 중량(W/W)
4. 10억분율(ppb; part per billion)=10^-9
   기체 - 용량 대 용량(V/V)
   액체 - 중량 대 중량(W/W)
   
   ppm=100pphm=1000ppb

대기에서 부피의 표준 상태=0℃, 1기압 :N㎥, S㎥으로 표기

1. 대기의 ppm → mg/㎥의 환산 공식
   ppm=mg/㎥×(22.4/분자량)×[(273+θ℃)K/273K]×(760mmHg/(압력)mmHg)
2. 수질 ppm → mg/l
   ppm = mg/l
   비중, 밀도가 1일때에는 무게의 단위와 부피의 단위를 같게봄(물의 비중=1)

온도의 표시

1. 섭씨온도: ℃(Celsious), 0℃=273K, ℃=5/9×(℉-32)
2. 절대온도: K(Kelvin), 0K=-273℃
3. 표준온도: 0℃
4. 찬곳: 0~15℃
5. 상온: 15~25℃
6. 실온: 1~35℃
   

무게, 길이, 넓이, 부피, 용량

1. 무게
   킬로그램(Kg), 그램(g), 밀리그램(mg) 마이크로그램(μg), 나노그램(ng)
   1kg = 10³g = 10⁶mg= 10⁹μg =10¹²ng


2. 길이
   미터(m), 센티미터(cm), 밀리미터(mm), 마이크로미터(μm),+미크로(μ), 나노미터(nm)=밀리크론(mμ), 옴스트롬(Å)
   1m = 10²cm = 10³mm = 10⁶μm = 10⁹nm = 10¹⁰Å


3. 넓이
   제곱미터(m^2), 제곱센티미터(cm^2), 제곱미리미터(mm^2), 아르(a), 핵타르(ha)
   1㎡ = 10⁴㎠ = 10⁶㎟
   1a = 100㎡ , 1ha = 10,000㎡


4. 부피
   세제곱미터(㎥), 세제곱센티미터(㎤), 세제곱밀리미터(㎣)
   1㎥ = 10⁴㎤ = 10⁶㎣


5. 용량
   킬로리터(㎘), 리터(ℓ), 데시리터(㎗), 밀리리터(㎖), 마이크로리터(㎕)
   1㎘ = 10³ℓ = 10⁴㎗ = 10⁶㎖ = 10⁹㎕
   ㎤=㎖ =cc


6. 압력
   기압(atm), 수은주밀리미터(mmHg), 수주밀리미터(mmH₂O)
   1atm = 760mmHg = 10.332mH₂O =10,332mmH₂O
   mmH₂O = mmAq = Kg/㎡
   N/㎡
   1kgf = 9.8N (중력가속도가 고려됨)


7. 밀도
   1g/㎤ =1,000kg/㎥


8. 점도
   1cp(centipois) = 0.001kg/m·sec