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물의 오염을 나타내는 지표로는 생물학적 산소요구량이 널리 알려져 있지만 그 밖에도 여러 가지가 있다.

용존산소

물 또는 용액 속에 녹아 있는 분자 상태의 산소를 용존산소 (DO: Dissolved Oxygen)라 한다. 용존산소의 양은 수온, 기압, 기타 조건에 따라 달라지며 수온이 높아지면 그 양이 적어지고 공기 중에 산소가 많아지면 증가한다. 또한 용존산소의 양은 온도와 압력에 따라 변하며 20℃에서 포화 농도 9.1 ppm이며, 0℃에서는 14.6 ppm이다. 하천 상류의 깨끗한 물에서는 거의 포화에 가까운 정도의 용존산소가 들어 있으나 가정에서 버린 물, 공장에서 버린 물, 기타 썩을 수 있는 물질로 오염되면 그 양이 점점 적어지며, 용존산소가 없으면 썩게 된다. 용존산소가 2 ppm 이상이면 냄새가 나지 않으며 물고기가 살 수 있는 수준은4 ppm이상이다. 용존산소 값이 크면 클수록 좋은 물이라 할 수 있다.

생화학적 산소요구량

열목어(BOD 1이하)

쏘가리(BOD 3이하)

잉어(BOD 6이하)

생화학적 산소요구량(BOD: Biochemical Oxygen Demand)은 어떠한 유기물이 미생물에 의하여 호기성상태에서 분해하여 안정화시키는 데 요구되는 산소량을 말하며 보통 ppm(백만분율) 단위로 표시한다. 생화학적 산소요구량이 높으면 유기물의 오염도가 높음을 의미한다.
생화학적 산소요구량은 물속의 용존산소량과 영향을 주고받는 유기물의 양을 간접적으로 나타내는 기준이 되고, 하천이나 하수, 공장 폐수 등의 오염 농도를 나타내는 데 쓰인다. 생화학적 산소요구량은 호기성 박테리아가 보통 20℃에서 5일 간 수중의 유기물을 산화 분해시켜 정화하는 데 소비되는 산소량을 나타낸다. 5 ppm 이상이면 하천은 자기정화 능력을 잃으며, 10 ppm을 넘으면 나쁜 냄새를 풍기며 시궁창 하천이 된다.
물 속에서 부착성 미생물에 의해 유기물질이 호기성 분해가 되면 용존산소가 소모된다. 만일 산소 소모 속도가 물속으로 녹아 들어가는 속도보다 빠르면 물은 혐기성 상태가 된다. 혐기성 상태에서는 물고기의 개체수가 감소하고 부패하여 휘발성 물질이 생성된다. 유기 물질의 분해속도와 산소의 소모속도는 생화학적 산소 요구량 측정으로 나타 낼 수 있다.

일반적으로 폐수 내에 존재하는 유기물의 종류는 대단히 많고 각 유기물의 농도를 일일이 구하기가 대단히 어려워 폐수 내 유기물질의 종류를 분석하지 않고 호기성 미생물로 합성 또는 산화시키는 데 필요한 산소량을 측정하여 유기물의 양을 간접적으로 측정할 수 있다. 유기물질이 유입되면 물 속에 서식하는 미생물은 용존산소를 소모하므로 유입된 유기물의 양이나 종류를 측정하는 것보다 용존산소소비량을 측정하는 것이 훨씬 용이하다.
생화학적 산소요구량은 20℃에서 5일간 배양했을 때 배양기간 동안 소모된 산소의 양을 측정하며 그 값을 통상 BOD 또는 BOD5라고 한다. BOD 측정 결과를 보면 유기물 이미 생물에 의해서 분해 섭취되므로 산소소비량은 시간에 따라증가하며 7~10일 후에는 탄소화합물에 의한 NOD 이외에 질소화합물의 산화 즉, 질산화가 발생하는데 이를 질소 BOD 또는 NOD(Nitrogenous Oxygen Demand)라고 부르며, BOD5 시험에서 BOD 병 내에 질산화를 일으키는 미생물이 존재하면 탄소화합물에 의한 BOD보다 높게 나타나고 도시 하수의 경우에는 질산화가 잘 일어나지 않으나 처리된 폐수에서는 질산화가 일어나는 경우가 있다.

◀ BOD 급수에 따라 살 수 있는 물고기들이 달라진다.

※출처: 국립수산과학원

화학적 산소요구량

※출처: 국토교통부 사이버홍보관

오염지표로는 하천의 경우 BOD 값이 사용되며, 공장폐수나 해수 등의 경우에는 COD 값이 많이 사용된다.

※출처: 한국물포럼, “중학생을 위한 물교실“, 2009

화학적산소요구량(COD: Chemical Oxygen Demand)은 물 속의 피산화성 물질을 산화제인 중크롬산칼륨 또는 과망간산칼륨을 이용하여 화학적으로 산화시킬 때 소비되는 산소량으로서 보통 ppm 단위로 표시한다.
COD는 BOD와 더불어 폐수의 유기물 함유도를 간접적으로 나타내는 중요한 지표로 COD는 유기물을 화학적으로 산화시킬 때 얼마만큼의 산소가 소모되는가를 측정한다. 공정시험법에 의하면 산화제를 일정 과잉량 가하여 일정 시간 동안 방치하여 두었다가 소비된 산화제의 양을 산소로 환산하여 COD를 측정한다. COD는 유기물질의 추정을 목적으로 하는 경우가 많으나 측정치에는 아질산염, 제일철염, 유화물 등의 무기물과 환원성 물질이 포함되는 반면 안정된 유기물은 측정치에 포함되지 않는다.
일반적인 방법으로 유기물 및 무기물의 전부를 완전 산화시키는 것은 쉬운 일이 아니다. BOD 측정은 5일이나 걸리지만 가능한 유기물을 산화시키기 위한 산소요구량이지만 BOD는 미생물에 의해서 산화되는 산소요구량이므로 측정치의 차이가 발생되는 경우가 많다.
폐수의 COD가 BOD보다 크면 폐수 내에 생화학적으로 분해가 안되는 물질을 함유하고 있거나 미생물에 독성을 끼치는 물질을 함유하고 있다는 것을 의미하며, BOD가 COD보다 크면 BOD 측정 중에 질산화가 발생하였거나 폐수 내에 COD 측정 방해 물질이 함유되어 있음을 의미한다. 산화제 중 중크롬산칼륨은 유기물의 약 80%를 분해하고 과망간산칼륨은 약60%를 분해하여 COD를 표시한다. 일반적으로 하천이나 도시 하천은 BOD 값이 사용되며, 공장폐수나 해수 등의 오염지표로는 COD 값이 많이 사용된다.

부유물질과 고형물질

부유물질
부유물질(SS: Suspended Solid)은 현탁물질이라고도 하며 여과지에 의해서 분리되는 0.1㎛이상의 유기물 또는 무기물을 말한다. 양어장에서 사료를 투여한 물이 뿌옇게 혼탁되어 있는 상태를 말한다.
고형물질의분류
  • 총고형물질(TS): 수중에 포함되어 있는 고형물질을 여과시키지 않고 105∼110℃로 수분을 증발시킨 후의 잔유물(TS=FS+VS)
  • 강열잔류고형물질(FS): 500∼550℃의 강열로 태웠을 때 잔류하는 물질(무기물)
  • 휘발성고형물질(VS): 500∼550℃의 강열로 태웠을 때 증발하는 물질(유기물)

pH (수소이온농도)

하수 처리 과정에서 부유물질을 제거하는 침사지

※출처: 광주광역시청 홈페이지

물질의 산성, 알칼리성의 정도를 나타내는 수치로,
일반적으로 담수는 pH=7, 해수는 pH=8.2, 빗물은 pH=5.6 정도이다.

탁도

출처: http://www.cleanstream.co.uk/water-problems/turbidity

탁도란 물의 흐림 정도를 나타내는 것으로 투시도와 같은 목적으로 사용되는 지표이다. 탁(濁)하다는 말은 빛의 통과를 방해하거나 가시심도(Visual Depth)를 제한하는 부유물질을 포함하고 있다는 뜻이다. 탁도는 여러가지 부유물질에 의하여 나타나는데 부유물질의 크기 범위는 콜로이드 분산질로부터 굵은 분산질에 이르며 난류도에 따라 달라진다. 호소와 같이 비교적 정체된 상태에 있는 물에서의 탁도는 대부분 콜로이드의 분산과 대단히 미세한 분산질에 의하여 나타나며, 하천수와 같이 흐르는 상태의 물속에서는 대부분 비교적 굵은 분산질에 의하여 나타난다. 탁도를 유발하는 물질로는 토사류와 같은 순수한 무기물질로부터 천연유기물 또는 공장폐수와 가정하수에서 유입되는 많은 양의 무기물질과 유기물질, 유기물질로 인해 생성된 박테리아와 미생물, 조류(Algae) 등이 있다. 이러한 다양한 성분 및 각각의 특성으로 인해 탁도 유발 물질을 제거하기 위해서는 여러 가지의 특별한 폐수처리장치 및 기술이 필요하다.

색도

색도(Chromaticity)는 심미적 영향 물질로 세분하는 수질 기준인데 건강상 유해하지는 않지만 불쾌하고 기분 나쁘게 보이는 정도를 일컫는다. 물의 색 정도를 나타낸 것으로 담황색에서 황갈색 계통의 색에 적용하는 표시 방법이다. 기술표준원에서 이에 대하여 투명한 액체의 색을 백금-코발트(Pt-Co) 척도 기준 단위로 하여 색을 평가하는 방법에 대하여규정한 고시가 있었는데 지금은 폐지되었다. Pt-Co에 의한 색소 표준액1mℓ(백금1 mg, 코발트0.5 mg를포함)를 물1ℓ에 가했을 때 보이는 색을 1도로 정한다. 수도법에 수도의 색도는 5도 이하로 정하고 있는데 흡수파장 390 nm 부근의 흡광도로 측정하는 투과광 측정법을 이용하고 있다. 하수시험 방법 등 각각의 방법에 따라 정의하는 색도가 다른데 이런 것들은 임의적인 것들이 많아서 절대적인 것으로 받아들일 필요는 없다. 시료를 여과하여 탁도 물질을 제거한 이후에 순수한 물의 색깔의 뜻으로 사용한다.

맛과 냄새

수질에 있어서 맛과 냄새의 존재는 순수한 물에 대한 이물질의 유입을 의미하며 사용자의 불편을 야기한다. 먹는 물 중 맛을 느끼게 하는 원인물질로는 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨 등이 있고, 냄새의 직접적인 원인물질로는 유기물의 존재, 조류의 번식, 과잉의 미네랄, 과잉의 염소소독제, 미생물에 의한 경우와 산업유기물 및 폐수의 오염 등이 있다.

알칼리도

물의 알칼리도(alkalinity)는 산을 중화 할 수 있는 능력의 크기를 말한다. 때로 산중화 능력이라는 용어도 사용된다. 자연수의 알칼리도는 약한 염기나 센 염기에 의하여 나타날 때도 있으나 주로 약한산의 염들에 기인한다. 생물학적 산화가 대단히 어려운 몇 가지 유기산, 예를 들어 부식산과 같은 것들은 자연수에 알칼리도를 나타내게 하는 염을 생성한다. 오염된 물이나 혐기성 상태의 물에서는 아세트산, 프로피온산, 황화수소와 같은 약한 산의 염들이 생성될 수 있으며, 이들은 알칼리도를 증가시킨다. 경우에 따라서는 암모니아나 수산화물들이 물의 총 알칼리도를 나타내는 경우도 있다. 측정 및 표시 방법으로는 알칼리성 상태의 물(시료)에 산(H2SO4, HCl 등)을 주입, 중화시켜 pH 8.3까지 낮추는데 소모된 산의 양을 이에 대응하는 CaCO3 ppm으로 환산하는 값인 P-알칼리도(페놀프탈레인 알칼리도), pH 4.5까지 낮추는 데 주입된 산의 양을 CaCO3 ppm으로 환산한 값인 M-알칼리도(메틸 오렌지 알칼리도) 또는 총 알칼리도 등이 있다.

물의 경도

경도(또는 전경도, Total Hardness)는 물 속에 용해되어 있는Ca2+, Mg2+ 등의 2가 양이온 금속이온에 의하여 발생하며 이에 대응하는 CaCO3 ppm으로 환산 표시한 값으로, 물의 세기를 나타낸다.

[경도를 유발하는 주요 양 · 음 이온]
양이온 음이온
Ca2+ HCO3-
Mg2+ SO42-
Sr2+ Cl-
Fe2+ NO3-
Mn2+ SiO32-

지하수는 일반적으로 지표수보다 경도가 높다

※출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Groundwater

경도를 계산하는 식은 다음과 같으며계산 결과 정도의 분류는 아래와 같다.
경도(CaCO3 mg/ℓ) = (Mg2+ mg/ℓ)×50/(Mg2+ 당량)
물의 경도는 주로 토양과 암석층을 통과한 물에서 얻는데 빗물 자체로는 그 많은 양의 고형물을 용해시킬 만한 능력이 없다. 경도를 유발하는 용해 능력은 흙에서 이루어지는 박테리아의 작용으로 발생한 CO2 때문에 생기는데, 빗물이 토양층을 통과하면서 CO2가 용해되어 탄산과 평형상태를 이루게 된다. 여기서 생긴 낮은 pH의 토양수는 염기성물질인 석회암 등을 용해시키고 석회암 속의 탄산염, 황산염, 규산염 등을 포함시키게 된다.
따라서 센물은 표토층이 두텁고 석회암층이 존재하는 곳에서 발생하기 쉽고 단물은 표토층이 얇고 석회암층이 없거나 드문 지역에서 발생하기 쉽다. 또한 지표수보다 지하수의 경도가 높다.
센물이 되면 이용에 많은 문제점을 발생시키는데 구체적인 내용은 다음과 같다.
첫째로 센물은 세탁 효과를 저하시킨다. 센물 속의 이온들이 비누와 먼저 결합·반응하여 세척효과를 떨어뜨리며, 비누거품을 만드는 데 다량의 비누를 소비하게 한다. 둘째로 보일러, 온수관 등의 설비에 물때(scale)를 만들어 각종 장치의 장애를 일으키며 열효율을 떨어뜨린다. 열전도의 방해, 증발관 막힘, 국부전지 등의 장애요인이 되기 때문에 철저히 관리하여야 할 필요가 있으며, 소량의 유입경도는 인산염에 의해 슬러지화 한다. 셋째로 위생적인 면에서 경도 높은 물을 마시면 설사, 복통을 유발하게 된다. 그러나 경도를 주로 구성하는 Ca2+보다 Mg2+ 양이 비교적 작게 존재하는 것이 일반적이다.

하천의 수질 등급 판정기준

하천 생활 환경 기준
등급 상태
(캐릭터)
기준
pH BOD
(mg/ℓ)
SS
(mg/ℓ)
DO
(mg/ℓ)
대장균군
(군수/100mℓ)

대장균군
분 원 성
대장균군
매우 좋음 Ia 6.5~8.5 1 이하 25 이하 7.5 이상 50 이하 10 이하
좋음 Ib 6.5~8.5 2 이하 25 이하 5.0 이상 500 이하 100 이하
약간 좋음 II 6.5~8.5 3 이하 25 이하 5.0 이상 1,000이하 200 이하
보통 III 6.5~8.5 5 이하 25 이하 5.0 이상 5,000이하 1,000이하
약간 나쁨 IV 6.0~8.5 8 이하 100 이하 2.0 이상 - -
나쁨 V 6.0~8.5 10 이하 쓰레기 등이
떠 있지 아니할 것
2.0 이상 - -
매우 나쁨 VI - 10 초과 - 2.0 이상 - -

  • 매우 좋음 : 용존산소가 풍부하고 오염물질이 없는 청정 상태의 생태계로 간단한 정수 처리 후 생활용수로사용
  • 좋 음 : 용존산소가 많은 편이며, 오염물질이 거의 없는 청정 상태에 근접한 생태계
  • 약간 좋음 : 약간의 오염물질은 있으나 용존산소가 많은 상태의 다소 좋은 생태계로 일반적 정수 처리 후 생활용수 또는 수영용수로사용
  • 보 통 : 용존산소를 소모하는 오염물질이 보통 수준에 달하는 일반 생태계로 고도의 정수처리 후 생활용수로 이용하거나 일반적 정수처리 후 공업용수로 사용
  • 약간나쁨 : 상당량의 용존산소를 소모하는 오염물질이 있어 영향을 받는 생태계로 농업용수로 사용하거나, 고도의 정수처리 후 공업용수로 이용,
    낚시가능
  • 나 쁨 : 과량의 용존산소를 소모하는 오염물질이 있어 물고기가 드물게 관찰되는 빈곤한 생태계로 산책 등 국민의 일상생활에 불쾌감을 유발하지 않는 한계이며, 특수한 정수 처리 후 공업용수로 사용
  • 매우나쁨 : 용존산소가 거의 없는 오염된 물로 물고기가 살 수 없음
  • 용수 목적상 당해 등급보다 수질 요구 조건이 낮은 수준인 하위 등급 용도로 사용할 수 있음
  • 생화학적 산소요구량(BOD)을 비롯한 다양한 물질의 오염도 현황, 용수처리방법 등을 종합적으로 검토하여 당해 등급보다 수질요구조건이 높은 수준인 상위등급 용도로도 사용 가능

호소 생활 환경 기준
등급 상태
(캐릭터)
기준
pH COD
(mg/ℓ)
SS
(mg/ℓ)
DO
(mg/ℓ)
T-P
(mg/ℓ)
T-N
(mg/ℓ)
Chl-a
(mg/㎥)
대장균군
(군수/100mℓ)

대장균군
분원성
대장균군
매우좋음 Ia 6.5~8.5 2이하 1이하 7.5이상 0.01이하 0.2이하 5이하 50이하 10이하
좋음 Ib 6.5~8.5 3이하 5이하 5.0이상 0.02이하 0.3이하 9이하 500이하 100이하
약간좋음 II 6.5~8.5 4이하 5이하 5.0이상 0.03이하 0.4이하 14이하 1,000이하 200이하
보통 III 6.5~8.5 5이하 15이하 5.0이상 0.05이하 0.6이하 20이하 5,000이하 1,000이하
약간나쁨 IV 6.5~8.5 8이하 15이하 2.0이상 0.10이하 1.0이하 35이하 - -
나쁨 V 6.5~8.5 10이하 쓰레기 등이
떠있지 아니할 것
2.0이상 0.15이하 1.0이하 70이하 - -
매우나쁨 VI - 10초과 - 2.0미만 0.15초과 1.5초과 70초과 - -

  • 총인, 총질소의 경우 총인에 대한 총질소의 농도비율이 7 미만일 경우에는 총인의 기준은 적용하지 아니하며, 그 비율이 16 이상일 경우에는 총 질소의 기준을 적용 하지 아니한다.
  • 등급별 물 상태는 하천의 등급별 물 상태와 같다.
  • 상태(캐릭터) 도안 모형 및 도안 요령은 하천의 생활환경 기준과 같다.

※참고문헌 - 김좌관 외, 『수질 오염 개론』, 동화기술, 2000.

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