총 잔류 산화제 측정 신뢰도 향상을 위한 휴대용 측정 기기 및 조건별 비교 평가

Abstract

염소 처리는 수질을 제어하는 가장 일반적인 방법이며 해상에서도 염소를 이용한 소독이 많이 이루어지고 있다. 선박평형수 처리수, 선체부착생물 처리수, 해안 발전소 냉각수 또는 폐수처리 후 배출수 등이 있다. 선박에서 발생하는 처리수의 경우 주로 전기분해 방식을 이용하여 소독한다. 해수를 이용하여 전기분해를 할 경우 염소가 발생하고, 이는 수중의 브롬과 더불어 총 잔류 산화제라 불린다. 총 잔류 산화제를 측정하기 위하여 가장 많이 사용되고 있는 분석법은 N,N-Diethyl-p-Phenylene Diamine(이하 DPD) 시약을 이용한 비색법으로써 흡광 측정방식이다. 총 잔류 산화제의 특성상 샘플링하여 실험실로 가져오는 동안에 농도가 변할 수 있으므로 현장 측정이 불가피하다. 따라서 현장 측정이 가능한 장비는 시중에 다양하게 출시되어 있다. 서로 다른 장비에서 동일한 총 잔류 산화제 용액에 대해 장비별 오차허용범위를 만족하는 농도 측정값을 출력하는지 알아보기 위하여 일반적으로 많이 사용되는 세 가지의 장비를 사용하여 측정값을 비교해 보았다. 0.00-2.00mg/L구간 12가지 농도에 대해 장비별 측정 평균값의 표준편차를 비교해 본 결과 증류수와 해수 기반에서 최소 5.42%, 최대 35.42%로 세 가지 장비의 최대 오차허용범위 5%를 벗어나는 결과였다. 서로 다른 장비가 아닌 모델이 동일한 장비 세 가지를 이용하여 증류수와 해수 기반에서 진행된 실험의 경우 증류수 조건에서는 측정 농도별 평균에 대한 표준편차가 1.83%로 장비의 오차허용범위인 2%를 만족하였으나 해수 조건에서는 9.87%로 장비의 오차허용범위를 만족하지 않았다. 서로 다른 장비 중 주입농도 대비 측정농도가 가장 높은 정확도를 나타내는 장비를 이용하여 0.00, 0.50, 1.00mg/L 농도에 대하여 해상의 다양한 환경에 직면할 할 수 있는 온도별(0-50℃)실험, 항만이라든지 수질의 탁도가 측정에 미치는 영향을 알아보기 위해 부유물질별(0-100mg/L)실험은 해당 범위 내에서 장비의 오차허용범위인 5%를 만족하였으므로 총 잔류 산화제 측정값에 유의미한 영향을 미치지 않았다. 기수나 고염수 해역에서의 총 잔류 산화제 농도 측정에 미치는 영향을 알아보기 위한 염분도별(0-35psu)실험은 모든 농도조건에서 표준편차 최소값이 5.23%로 장비 오차허용범위 5%를 만족하지 못하였다. 온도, 부유물질, 염분도와 같은 외부적 요인과 더불어 DPD 시약 발색시간과 같은 장비 사용법이 농도 측정값에 미치는 영향을 알아보기 위하여 0.00, 1.00, 2.00mg/L 농도에 대하여 DPD 시약의 발색 시점에 따른 실험 결과, 증류수 기반에서는 측정하고자 하는 용액에 DPD 시약 발색 후 60분 동안 방치하여도 10분마다 샘플링하여 DPD 시약 발색 후 측정한 결과와 1.00, 2.00mg/L에서 1%미만의 차이를 보였다. 해수 기반에서는 DPD 시약 발색 후 방치 시 농도가 점차 줄어들어 장비의 오차허용범위 2%를 벗어났지만 10분마다 샘플링하여 DPD 시약 발색 후 농도 측정 결과는 1.00, 2.00mg/L에서 1.90%로 장비의 오차허용범위를 만족하였다. 현장 측정 시 야외 측정을 하게 되거나 실내이더라도 태양광에 취약한 곳에서 실험을 진행하게 되는 경우 태양광에 노출에 따른 농도 측정 영향을 알아보았다. 10분이라도 노출되면 장비의 오차허용범위를 벗어나게 되며 60분간 노출 시 측정 평균에 대한 표준편차가 최대 33%의 결과를 보였다. 본 연구는 휴대용 장비를 이용하여 총 잔류 산화제 농도 측정 시 결과값의 신뢰도 향상을 위한 데이터 확보를 목적으로 하므로 현장 측정 시 참고할 만하다.

Chlorination is the most common method of controlling water quality, and disinfection using chlorine is often performed at sea. Included ballast treated water, hull-attached biological treated water, coastal power plant cooling water, and discharged water after wastewater treatment. In the case of treated water from ships, it is mainly disinfected by electrolysis. When electrolysis is performed using seawater, chlorine is generated, which is called a total residual oxidant along with bromine in water. The most widely used analysis method to measure the total residual oxidant is a colorimetric method using N,N-Diethyl-p-Phenylene Diamine (hereinafter referred to as DPD) reagent and is an absorbance measurement method. Due to the nature of the total residual oxidant, its concentration may change during sampling and bringing it to the laboratory, so on-site measurements are unavoidable. Therefore, equipment capable of on-site measurement is commercially available. In order to find out whether different equipment outputs the concentration measurement value that satisfies the error tolerance for each equipment for the same total residual oxidizer solution, three commonly used equipments were used to compare the measured values. As a result of comparing the standard deviation of the average values ​​measured by equipment for 12 concentrations in the 0.00-2.00 mg/L range, the results were at least 5.42% and max 35.42%. In the case of experiments conducted on the basis of distilled water and seawater using three types of equipment with the same model, not with different equipment, the standard deviation of the average for each concentration measured in distilled water was 1.83%, which satisfies the 2% error tolerance of the equipment. In the sea water condition, it was 9.87%, which did not satisfy the tolerance of the equipment. Using equipment that shows the highest accuracy of measurement concentration compared to injection concentration among different equipment. To find out by 0.00, 0.50, 1.00 mg/L concentrations the effect of temperature(0-50℃) that can be faced with various environments in the sea and find out the effect of water turbidity on the measurement by 0.00, 0.50, 1.00mg/L concentrations the experiment for each suspended solids(0-100mg/L). Both satisfies the 5% tolerance range of the equipment within the range, it does not have a significant effect on the total residual oxidant measurement value. The salinity level (0-35psu) experiment to investigate the effect on the measurement of the total residual oxidant concentration in brackish or high salt water was 5.23% of the minimum standard deviation under all concentration conditions, which did not satisfy the equipment error tolerance of 5%. Experiments according to the color development timing of DPD reagents at 0.00, 1.00, 2.00mg/L concentrations to investigate the effect of equipment usage such as DPD reagent color development time on the concentration measurement value. As a result, in the distilled water-based solution, even if the solution to be measured was left for 60 minutes after the DPD reagent was developed, it was sampled every 10 minutes and showed a difference of less than 1% at 1.00, 2.00mg/L and the measured results after the DPD reagent was developed. In the seawater base, the concentration gradually decreased when left unattended after DPD reagent was developed, so it was out of the tolerance of 2% of the equipment was satisfied. This study investigated the effect of concentration measurement according to exposure to sunlight when outdoor measurement is performed during on-site measurement or when the experiment is conducted in a place vulnerable to sunlight even indoors. Even if it was exposed for even 10 minutes, it was out of the tolerance range of the equipment, and when exposed for 60 minutes, the standard deviation of the measurement average was up to 33%. The purpose of this study is to obtain data to improve the reliability of the result value when measuring the total residual oxidant concentration using portable equipment, so it is worthy of reference for on-site measurements.