BOD 전극법 시험방법 Part 1. (수질오염공정시험기준)

0. 서론

오늘은 두번에 나누어 BOD(생물화학적 산소요구량) 시험 방법에 대해 설명해볼까 합니다. Part 1. 에서는 전반적인 내용을 다루고 Part 2. 에서는 본격적인 시험 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다. 해당 내용은 공공하수처리시설에서 운영중인 실험실 또는 비슷한 성격의 시료를 의뢰받아 분석하는 측정대행업의 실험실에 적합한 내용일 수 있다는 점 참고 부탁드립니다.

BOD는 방류수 수질기준에서 수중의 유기물을 간접적으로 정량하는 방법 중에 하나입니다. 하수도법에 따라 대통령령으로 정하는 기관을 제외하고 대부분의 BOD 실험은 수질오염공정시험기준을 바탕으로 시험을 진행하고 있습니다. 개인적인 생각으로는 공정시험기준이 실험을 처음하는 분들이나 학부생들이 기기 메뉴얼처럼 참고해서 혼자 분석하기에 매우 어렵게 설명이 되어 있다고 생각합니다. 신입 직원들을 교육할 때 공정시험기준을 기준으로 설명을 해주고 있지만 교육에 앞서 신입직원 혼자서 공정시험기준을 정독 후 교육을 시작을 하는데 지금까지 혼자 공정시험기준을 보고 이해하는 직원은 없었습니다.  그래서 오늘은 BOD 실험을 처음 시작하시는 분들에게 도움이 되고자 이 글을 작성해보려 합니다.

 

1. BOD는 무엇인가요?

BOD는 물 속의 미생물이 유기물을 분해하는 동안 호흡에 사용 된 산소 소모량을 통해 간접적으로 유기물의 양을 측정하는 것입니다. BOD 병 안에 원하는 시료를 적정 범위의 시료량(이 부분에 대해서는 아래에 설명하겠습니다.)을 분취해서 넣고 5일간 20ºC에서 배양을 합니다. 5일 간 BOD 병 안에서 미생물들이 열심히 유기물을 분해하면서 산소를 소비합니다.  이때 소비된 산소의 양(mg/L)을 보고 '아! 여기에는 이만큼의 유기물이 있구나'를 측정하는 것입니다. 당연하게도 산소 소모량이 많으면 유기물이 많은 것이고 산소 소모량이 적으면 유기물이 적은 것으로 판단합니다.

 

2. BOD 실험 방해요소

대부분의 실험 항목에는 간섭물질이 존재합니다. 이 간섭물질은 온전히 해당 항목을 측정하는데 방해가 되는 물질들을 의미합니다. BOD의 경우에는 잔류염소, 질산화, pH, 온도 등이 영향을 미칩니다.

 

2.1 잔류염소가 함유된 시료

염소는 소독제로 많이 사용되는 물질입니다. 정수처리장에서도 소독으로 염소를 많이 사용하죠?  일반 하수처리장에서도 대장균 등을 제거하기 위해 차아염소산 등을 사용합니다. 이처럼 염소가 물 속에 존재하면 미생물이 온전히 활동을 하기에 부적합한 환경이 조성됩니다.  전처리 방법은 다음과 같습니다. 시약 제조 방법은 어렵지 않기 때문에 수질공정시험기준(ES 04305. 1c)을 참고하시기 바랍니다.

• 시료 100mL에 아자이드화나트륨 0.1g + 요오드화 칼륨 1g을 넣고 흔들어 줍니다.
• 염산을 사용해서 약 pH 1.0을 맞춰줍니다.
• 시료에 전분지시약을 몇 방울 넣어줍니다.
• 아황산나트륨용액(0.025 N)로 청색에서 무색이 될 때 까지 적정해줍니다.
• 무색이 될 때 까지 소비된 아황산나트륨용액의 사용량(mL)을 남아 있는 시료량에 같은 비율로 넣어 줍니다.
• 해당 시료는 반드시 식종하여 분석해야 합니다.

2.2 시료의 pH가 적용범위에서 벗어나는 경우

BOD는 미생물을 이용하는 실험이기 때문에 pH도 매우 중요합니다. 시료가 적정 pH 범위에 있지 않으면 염산과 수산화나트륨을 이용하여 pH를 적정시료 범위로 맞추고 실험을 진행해야 합니다. 공정시험기준에서는 염산 1M과 수산화나트륨 1M을 이용해서 pH를 조절합니다. 해당 제조 방법은 공정시험기준에도 나와있고 1M로 제조되서 나오는 시약을 구매해서 사용하기도 합니다. pH 범위는 6.5 ~ 8.5 사이로 해당 범위를 벗어나는 경우 전처리를 해줘야 합니다. 앞서 말씀드린바와 같이 염산과 수산화나트륨을 이용해서 전처리를 합니다. 이때 사용하는 중화제(염산 및 수산화나트륨)의 양이 시료량의 0.5%가 넘으면 안됩니다.

• pH 범위가 벗어난 시료를 비커 등에 옮겨 담습니다.
• pH 가 낮은 경우 수산화나트륨을 사용하고 pH가 높은 경우 염산을 시료에 넣어 pH 7.0 ~ 7.2로 맞춰줍니다.
• 해당 시료로 실험을 진행합니다.
• 이 경우에도 역시  반드시 식종하여 분석해야 합니다.

3.3 시료내 암모니아성 질소가 다량 함유되어 질산화가 의심되는 경우

BOD 실험을 하다보면 평소와 다르게 높게 측정되는 경우가 있습니다. 특히 방류수와 같이 깨끗한 물(저농도 시료)에서 많이 발생합니다. 그리고 처리용량 500m³/day 이상의 공공하수처리시설 방류수의 경우에는 법적으로 매일 분석하게 되어있기 때문에 그 변화를 더욱 잘 알 수 있습니다. (세부적인 기준이 궁금하신 분들은 하수도법 시행령 제 15조 (공공하수도의 운영 관리 기준 등)을 참고하시면 됩니다.) 시료내 질산화가 일어나면 미생물이 유기물을 분해하는데 사용한 산소량 이외에 질산화로 인해 소비된 산소까지 과대 측정되므로 실제 BOD 농도 보다 더 높게 측정 될 수 있습니다. 이 때 사용하는 시약이 질산화억제제 입니다.  이 역시도 공정시험기준에 제조방법이 있기 때문에 참고하시어 제조하시면 됩니다.  질산화 억제 시약은 TCMP 시약과 ATU 시약으로 총 2가지의 억제 시약제조 방법이 있습니다. 수질오염공정시험기준에는 TCMP를 권장하고 있습니다. 저는 ATU 시약만을 사용해보았기 때문에 ATU를 기준으로 말씀드리겠습니다.

• 먼저 시료로 BOD병을 2/3 이상 채워 줍니다.
• 제조한 ATU 시약을 BOD 병 300 mL에 0.3 mL 첨가합니다.
• 식종하여 분석합니다.

TCMP 역시 사용법은 매우 간단합니다.

• 시료로 BOD병(300 mL)을 2/3 이상 채워 줍니다.
• TCMP 3mg 을 첨가하고 충분히 혼합해줍니다. (BOD 병에 바로 사용하지 않는 경우에는 1L에 10mg 비율로 넣어줍니다.)
• 식종하여 분석합니다.

 

Part 2. 에서는 본격적인 실험 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.

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