스마트계측기[blog]

MLSS란?

MLSS는 활성슬러지 부유물질 또는 폭기조 혼합액의 부유물질의 약칭으로서 일반적으로 폭기조내의 미생물을 말하며, 또한 MLSS는 활성슬러지량의 지표로 이용되며 하 폐수처리시설의 중요한 인자가 된다.

생물학적 처리에서 핵심적인 역할을 하는 것은 폭기조내의 F/M비 (Food-Microorganism Rate)로서 표준활성 슬러지법에서는 0.2∼0.4 (kg-BOD/kg-MLVSS·day)정도로 가장 처리효율이 높은 MLSS의 농도로 보통 1,000~2,000mg/ℓ 정도를 선택하여 운전하는 것이 매우 중요하다.

이와 같이 F/M비를 일정하게 유지시켜주기 위해서는, 유량균등조를 설치하여 유입수의 유기물이 과부하 되는 것을 방지하는 방법도 F/M비를 일정하게 유지시키는 한가지 방법이다. 그렇지만 무엇보다 중요한 것은 유동적인 유기물 부하에 대한 미생물의 적응을 위해서 반송슬러지의 인위적인 조작에 의한 폭기조내 부유물질 조절하므로 F/M비 항상 일정하게 유지시키는 방법이 가장 중요한 방법이다. 이러한 일련의 사항들을 시행하기 위해서는 MLSS의 측정이 필수 불가결한 요소가 된다.  

예) MLSS = MLFSS + MLVSS

 MLSS 측정방법

(1) 원심분리법 

◦ 기구

▫ 원심분리기 : 3,000 4,000 RPM

▫ 원심분리관 : 50 mℓ

▫ 증발접시 : 100 mℓ

◦ 시험조작

시료를 균일하게 혼합하여 50 mℓ를 원심분리관에 취하여 넣고 3,000 ~ 4,000 RPM에서 2~3분간 원심분리를 한다. 상등액을 조용히 따라버리고 증류수를 넣어 약 50 mℓ로 한 다음 유리막대로 저어서 섞고 위와 같은 조건으로 다시 원심분리하여 상등액을 버린다. 침전물을 미리 건조하여 함량으로 한 다음 무게를 단 증발접시에 물 소량으로 씻어서 옮기고 수용상에서 증발건조 한다. 다시 105 ∼ 110 ℃ 건조기 중에서 약 2시간 건조시킨 다음 데시게이터에서 방냉하여 무게를 달고 증발접시의 무게차를 구하여 다음 식에 따라 MLSS의 농도를 산출한다.

MLSS (mg/l) = a * 1,000 / 시료량(ml) 

a : 증발접시의 전후무게차(mg)

(2)유리섬유여과법 

◦ 기구

▫ 유리섬유 여지 : GF/C 여지를 물에 조용히 씻어서 105 110 ℃ 건조기에 말린 다음 데시게이터에 방냉하고 미리 무게를 단 것.

▫ 흡인 여과기

◦ 시험조작

균일하게 혼합된 시료를 적당량을 실린더에 취하여 흡인여과 하고 흡인을 계속하면서 물 소량으로 여과기의 벽에 붙어있는 부유물질을 씻어서 여지상에 모이게 한 다음 다시 소량의 물로 부유물질을 2~3 회 씻어준다. 여과기를 분리하고 여지를 주의하여 시계접시 위에 옮기고 105 ~110 ℃ 건조기에서 약 2시간 건조한 다음 데시게이터에서 방냉하여 무게를 달고 여지의 전후 무게차(a)로부터 MLSS의 농도를 구한다.  

MLSS (mg/l) = a * 1,000 / 시료량(ml) 

a : 증발접시의 전후 무게차(mg)

과망간산칼륨에 의한 화학적 산소요구량 측정원리

산성 100 ℃에서 과망간산칼륨에 의한 화학적 산소요구량

1.1.1 측정원리

시료를 황산산성으로 하여 과망간산칼륨 일정과량을 넣고 30 분간 수욕상에서 가열반응 시킨다음 소비된 과망간산칼륨량으로부터 이에 상당하는 산소의 양을 측정하는 방법이다. 염소이온이 2,000 ㎎/L이하인 반응시료( 100 ㎎ )에 적용하며 그 이상일 때는 2. 알칼리성법에 따른다. 

1.1.2 시험방법

300 ㎖ 둥근바닥 플라스크에 시료 적당량( 주1 )을 취하여 물을 넣어 전량을 100 ㎖로 하고, 황산( 1+2 ) 10 ㎖를 넣고 황산은 분말 약 1 g( 주2 )을 넣어 세게 흔들어 준 다음 수분간 방치하고, 0.025N-과망간산칼륨액 10 ㎖를 정확히 넣고 둥근바닥플라스크에 냉각관을 붙이고 수욕의 수면이 시료의 수면보다 높게하여 끓는 수욕중에서 30 분간 가열한다. 냉각관의 끝을 통하여 물 소량을 사용하여 씻어준 다음 냉각관을 떼어 내고, 수산나트륨용액( 0.025N ) 10 ㎖를 정확하게 넣고 60～80 ℃를 유지하면서 0.025N-과망간산칼륨용액을 사용하여 액의 색이 엷은 홍색을 나타낼 때까지 적정한다. 따로 물 100 ㎖를 사용하여 같은 조건으로 바탕시험을 행한다. 

COD( ㎎ O/L ) = ( b-a ) × f × 1000/V  × 0.2

a : 바탕시험 적정에 소비된 0.025N-과망간산칼륨용액( ㎖ )

b : 시료의 적정에 소비된 0.025N-과망간산칼륨용액( ㎖ )

f : 0.025N-과망간산칼륨용액 역가( factor )

V : 시료의 량( ㎖ )

주 1)시료의 양은 30 분간 가열반응한 후에 0.025N 과망간산칼륨액이 처음 첨가한 양의 50～70 %가 남도록 채취한다. 다만 시료의 COD값이 10 ㎎/L 이하일 경우에는 시료 100 ㎖를 취하여 그대로 시험하며, 보다 정확한 COD값이 요구될 경우에는 0.025N 과망간산칼륨액의 소모량이 처음 가한 양의 50 %에 접근하도록 시료량을 취한다.

주 2)황산은 분말 1 g 대신 20 % 질산은 용액 5 ㎖ 또는 질산은 분말 1 g을 첨가해도 좋다. 다만, 시료중 염소이온이 존재할 경우에는 염소이온의 당량만큼 황산은 또는 질산은을 가해준 다음 규정된 양을 추가로 첨가한다. 염소이온 1 g에 대한 황산은의 당량은 4.4 g이며, 질산은의 당량은 4.8 g이다.

(예) 은염은 첨가량( g ) = 시료중 염소이온의 양( g ) × 염소이온 1 g에 대한 은염의 당량( g ) + 1 g

1.2 알칼리성 100 ℃에서 과망간산칼륨에 의한 화학적 산소요구량 

1.2.1 측정원리

시료를 알칼리성으로 하여 과망간산칼륨 일정과량을 넣고 60 분간 수욕상에서 가열반응 시키고 요도드화칼륨 및 황산을 넣어 남아있는 과망간산칼륨에 의하여 유리된 요오드의 양으로부터 산소의 양을 측정하는 방법이다. 

1.2.2 시험방법

300 ㎖ 둥근바닥플라스크에 시료적당량을 취하여( 주1 ) 물을 넣어 50 ㎖로 하고 10 % 수산화나트륨용액 1 ㎖를 넣어 알칼리성으로 한다. 여기에 0.025N-과망간산칼륨용액 10 ㎖를 정확히 넣은 다음 둥근바닥플라스크에 냉각관을 붙이고 수욕의 수면이 시료의 수면보다 높게하여 끓는 수욕중에서 60 분간 가열한다. 냉각관의 끝을 통하여 물 소량을 사용하여 씻어준 다음 냉각관을 떼어 내고 10 %( W/V ) 요오드화칼륨용액 1 ㎖를 넣어 방냉한다. 4 %( W/V ) 아지드화나트륨 한방울을 가하고 황산용액( 2+1 ) 5 ㎖를 넣어 유리된 요오드를 지시약으로 전분용액 2 ㎖를 넣고 0.025N-티오황산나트륨용액으로 무색이 될 때까지 적정한다. 따로 시료량과 같은 양의 물을 사용하여 같은 조건으로 바탕시험을 행한다.

COD( ㎎ O/L) = ( a-b ) × f ×1000/V × 0.2

a : 바탕시험 적정에 소비된 0.025N-티오황산나크륨용액( ㎖ )

b : 시료의 적정에 소비된 0.025N-티오황산나트륨용액( ㎖ )

f : 0.025N-티오황산나트륨용액 역가( factor )

V : 시료의 량( ㎖ )

주 1)시료의 양은 가열반응하고 남은 0.025N-과망간산칼륨용액이 처음 첨가한 양의 50～70 %가 남도록 채취한다. 보다 정확한 COD값이 요구될 경우에는 0.025N-과망간산칼륨액의 소모량이 처음 가한 양의 50 %에 접근하도록 시료량을 취한다. 

빈영양호와 부영양호의 비교

 <빈영양호와 부영양호의 비교>

원인 및 발생기구

자연상태에서는 빈영양호→부영양호→늪→습원→육지의 천이는 긴 세월에 걸쳐 일어나지만, 인위적인 인위적인 원인으로 대량의 영양염의 공급이 있으면

단기간에 부영양화가 촉진되어 수질오염이 심각해진다. 바닥에 축적된 영양염의 용출, 회귀 등이 더해지면 부영양화는 가속적으로 진행된다.

부영양화의 원인물질은 질소(N), 탄소(C), 인(P)과 같이 조류에 영양분이 되는 것이며, 이러한 것이 저수지나 호소에 축적되고 유입될 때 일어난다. 이러한 물질의 유래는 다음과 같다.

○ 자연의 산림지대 등에 있는 썩은 식물

○ 농지에서 사용되는 비료(질소비료, 인산질 비료)

○ 목장지역의 동물의 분뇨

○ 합성세제

○ 처리되지 않는 가정하수, 공장폐수 등의 유입

※ 질소(N) : 0.2～0.3㎎/ℓ이상, 인 (P) : 0.01～0.02㎎/ℓ 이상, 조류번식 : 5,000～50,000cells/㎖ 정도 

영향 및 피해

(1) 수질악화

     (가) 남조류나 규조류의 수화발생 등, 식물성 플랑크톤의 개체수가 증가

     (나) 수중의 현탁물질량의 증가

     (다) 이취미를 방출하는 유기물의 생성

     (라) 수중에서 생성되기도 하고 외부에서 유입한 유기물질에서의 부식물질의 생성

     (마) 식물성 플랑크톤에 의한 물의 착색

     (바) 투명도의 저하

     (사) 대형수생식물의 번성

     (아) pH의 상승

     (자) 저질표면 부근 및 심수층의 용존산소 농도의 저하, 특히 용존산소 농도가 0에 가까워지 면 저층부근이 환원되어 메탄가스 발생,

          인의 용출, 철, 망간의 용출

(2) 상수에 주는 영향

     (가) 원수의 유기물량의 증가로 인한 과다한 염소처리로 트리할로메탄의 생성

     (나) 킬레이트 물질의 증가로 인한 응집처리의 저해

     (다) 조류때문에 완속 및 급속여과지나 스크린의 폐쇄

     (라) 소독과정에서의 장해

     (마) 조류의 대량증식에 의한 이취미발생

     (바) 심수층의 산소고갈로 인한 철, 망간의 용출

     (사) 조류가 생산하는 독소에 의한 건강상의 장해

(3) 농림수산업에 주는 영향

     (가) 조류의 호흡, 분해에 의한 용존산소의 부족 및 유독물질의 방출에 따른 어류의 폐사

     (나) 부영양화한 호소수나 하천수를 관개용수로 이용할 경우 고농도의 질소에 의해 경작장해

(4) 레이크리에이션에 대한 영향

    (가) 물의 착색으로 인한 미관상의 불쾌감 유발

    (나) 남조류의 수화가 발생한 경우 수영, 보트놀이등 물과 접촉하는 활동에서 불쾌감 유발

    (다) 이취미가 발생하여 수변의 산책에도 불쾌감 유발

4. 방지대책 

(1) 영양물질 유입의 억제 

    (가) 하수처리장의 증설 및 고도처리 등으로 유역으로부터의 영양염 유입의 차단

           미처리 하수와 분뇨가 직접 호소나 하천으로 들어가지 않도록 하수처리장을 증설하고 유기물의 제거뿐만아니라 수중식물의 영양원이 되는 질소와 인을 제거하는 고도처리가 이루어져야한다.

    (나) 하수처리장 방류수를 하류로 유로변경

          질소나 인 등의 영양염류가 효과적으로 제거되지 않은 하수처리장의 방류수를 수류전환하여 하류로 돌림으로써 상류의 부영양화를 방지  할 수 있으나 이 방법은 근본적인 문제를 해결하는 방법은 아니지만 이미 부영양화가 진행된 수체에는 효과적이다.

    (다) 수역 주변의 축산, 공장, 위락시설 등의 오염물질 배출업소의 철저한 감시 및 관리

(2) 호소내에서의 처리 방안  

    (가) 호소내 또는 유입지천에 철 또는 알루미늄 염을 첨가하여 영양염류의 불활성화

          호소내 또는 유입지천의 유입부에 철 또는 알루미늄 염을 첨가하여 인산염을 침전시켜 불활성화함으로써 수체내 인농도를 감소시키는

          방안이다. 그러나 첨가제가 생물에게 독성을 나타낼 수도 있다. 

    (나) 외부의 수류를 끌여들여 수 교환율을 높임

          영양염류의 농도가 낮은 물을 호소로 끌여들여, 교환율을 높이고 체류시간을 짧게하여 생물체가 호소내에서 생성되고, 축적되는 것을  막는다. 방류수를 호소 밑바닥에서 빼면 더욱 더 효과가 있다. 엄청난 양의 물을 필요로 하는 단점이 있다. 

    (다) 성층파괴를 위한 심층폭기나 강제 순환

          수온 약층아래에 있는 심층부에 산소 또는 공기를 불어 넣는 방법이다. 산소가 많아지면, 저질토로부터 인이 녹아나오는 양이 줄어들고  철과 망간과 같은 환원물질의 양도 줄어든다. 이 기술은 수중 폭기가 중단되면 다시 원상으로 돌아가는 등 문제점 때문에 대규모로 시행    하기에는 적절하지 않은 것으로 알려져 있다. 

    (라) 수심이 깊은 호소에서 영양염류농도가 높은 심층수의 방류

          심층수에 영양염류의 농도가 높으므로 이 물을 방출하면 영양염류의 체류시간을 짧게하는 효과가 있다. 수심이 깊은 호소에서 매우 효과적이다. 

    (마) 저질토를 합성수지등으로 도포하여 저질토에서 나오는 물질을 차단

          저질토는 많은 영양염류를 함유하고 있기 때문에 저질토를 합성수지등으로 도포하여 저질토에서 나오는 물질을 차단하는 방법이다. 

          저서생물에 영향을 주고 비용이 엄청난 점이 단점이다. 

    (바) 영양염류가 농축되어 있는 저질토의 준설

          저질토에는 물보다 10,000 - 1000,000 배의 인이 녹아있으므로 이를 준설하여 호소내의 인을 제거하는 방법이다. 저질토에 영양염류가  농축되어 있는 곳에 매우 효과적이다. 비용이 많이 들고 생물상에 미치는 영향과 준설하여 나온 저질토의 처리가 문제로 남는다. 

    (사) 차광막을 설치하여 조류증식에 필요한 광을 차단함

          조류가 증식하기위해서는 영양염류이외에 광합성을 위한 광이 절대적으로 필요하다. 따라서 만입된 지역등에서 차광막을 설치하여 빛을  차단함으로해서 조류의 증식을 억제하는 방법이다. 소규모 호소나 제한된 지역에만 적용가능한 단점이 있다.

    (아) 수체로부터의 수초 및 부착조류의 제거

          수체로부터 수초와 부착조류를 걷어내어 내적인 오염부하를 줄이는 방법으로 즉시 효과가 나타나나 생물체가 다시 자라기 때문에 반복  작업이 필요하다. 팔당호의 수초제거선이 좋은 보기이다. 수초는 영양염류를 많이 흡수하므로 일부러 유입수 부근에서 키워 주기적인   수확으로 수질 개선을 기대할 수 있다.

    (자) 생물학적 제어

          조류의 성장을 먹이 연쇄와 기생관계를 통해 다른 생물을 사용하여 제거하는 방법이다. 초어를 이용한 수초제거와 동물성 플랑크톤을  이용한 조류의 제거 등이 있다. 새로운 종을 이식할 때에는 사전에 충분한 검토가 있어야 한다. 

    (차) 화학적 처리

          수초와 조류를 죽이는 화학물질을 수체에 직접 뿌리는 방법이다. 수초를 없이기 위한 제초제 살포, 조류의 제거를 위한 황산동 살포 등이   있다. 비용이 많이 드는 반면 일시적인 효과밖에 기대할 수 없으며 다른 생물에게 독성을 나타낼 수도 있으므로 사용에 주의를 기울여야  한다. 

필드버스(Fieldbus)에 대해서

필드버스(Fieldbus)의 기원

필드버스(Fieldbus)는 실시간 분산 제어를 위해 사용되는 산업용 컴퓨터 및 기기의 네트워크 프로토콜 집합의 통칭이라고 정의되고 있다.

필드버스(Fieldbus)의 기원은 1940년대 계장분야에서 SAMA가 공기압력 신호를 통해 제어하느 기술을 국제통인 신호로 제정한 것으로 보기도 하고, 1960년대 IEC에서 전기적 국제통일 신호(4~20mA)를 사용한 것을 기원으로 보기도 하지만, 이때에는 제어 신호와 데이터를 모두 전달하기보다는 데이터 전달만을 수행했다고 볼 수 있다.   

이러한 연결 방식은 전자파 노이즈에 덜 민감하고 오류의 감지가 쉬워서 제어시스템에 많이 사용되긴 하지만 길게 연결되는 수많은 전선 다발, 노이즈, 열, 설치비용, 관리 문제 그리고 시스템 업그레이드의 어려움 등의 문제점들을 안고 있었다. 

본격적으로 제어 신호와 함께 데이터를 전달한 것을 필드버스의 기원으로 본다면, 1980년대 미국의 GM에서 자사의 제조설비를 자동화하기 위해 수립하고 적용한 자동화 장비용 통신방식(MAP : Manufacturing Automation Protocol)으로 볼 수 있다.  

그러나 GM의 자동화 통신 방식은 복잡하게 구성된 표준과, 이후에 개발된 개선안이 하위 호환성을 가지지 않는 문제가 있어 2번의 개정을 거치다 사라지게 되었다.

이러한 문제점의 해결을 위해 개발된 것이 각 필드 기기간의 직렬 공통 버스 통신 시스템인 필드버스이다. 필드버스는 배선을 획기적으로 간소화하고, 제어공정 제어나 공장자동화 등에서의 신속한 처리가 요구되는 다량의 데이터를 효과적으로 처리할 수 있으며 필드 기기의 추가나 변경이 쉽고 시스템의 형태나 배치, 구성에 유연성을 제공한다.

* 필드버스의 특징

필드버스는 분산제어 또는 자동화용 디지털 직렬통신망으로서, 자동제어 분야에서 통신을 이용한 제어방식을 가능케 하는 중요한 기반 기술이다. 이것은 각 제어기의 고속통신을 이용한 정보교환을 통하여 유기적인 결합을 이루고 멀티입력/멀티출력의 복잡한 시스템의 제어를 간단한 구성으로서 가능하게 하는 등 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

① 디지털 데이터전송을 함으로써 강한 내 잡음성을 갖고 있다.

② 통신을 이용한 Multi-target/Multi-control이 가능하다.

③ 시스템 설치 및 유지보수가 용이하다.

④ 시스템 신뢰도, 유연성, 확장성 증가를 기대할 수 있다.

⑤ 스마트 센서를 사용함으로써 센서 레벨까지 분산화가 가능하다

⑥ 양방향 통신을 통하여 필드기기 모니터링 및 제어를 할 수 있다.

⑦ 소프트 PLC와 같은 PC기반의 제어기법 구축을 위한 기반기술이다.

⑧ 센서 및 액추에이터의 주기적 교정으로 시스템 유지 보수비용 절감이 가능하다.

2.필드버스(Fieldbus)의 종류

필드버스는 적용분야의 요구사항에 따라 최적화되어 있으며, 각각 고유의 특징을 가지고 있다. 현재 많은 필드버스 사양들이 있지만 대부분은

적용 시스템에 부합되도록 어떤 특정한 요구 사항들을 만족시키거나 주어진 문제점의 신속한 해결책을 제시하기 위해 제안되었다.

 PROFIBUS, MIL1553 그리고 FIP는 각각 독일,미국, 프랑스 국가 규격이다. 이러한 필드버스의 규격화를 위하여 IEC, IEEE, ISA 등 국제 전기 관련 국제단체에서는 필드버스의 표준을 만들기 위하여 노력한 결과, 현재는 Modbus, PROFIBUS, Interbus, Bitbus, Controlnet, Fieldbus Foundation, P-net 등이 세계표준(IEC 61158)으로 제정되어 사용자가 현장상황에 알맞게 선택하여 사용할 수 있게 복합표준으로 제정되었다.  

2-1. Modbus 

Modbus는 1979년 미국의 모디콘 사에서 개발되어 오늘날까지 전 세계의 생산현장에서 가장 많이 사용되고 있는 통신방식 중의 하나로 성장하게 되었다. 이렇게 폭넓은 사용자 층을 확보하게 된 원인에는 여러 가지가 있겠지만 무엇보다도 사용하기에 쉬운 통신 Protocol 구조와 강력한 응용성에 있다고 하겠다. 

(1) Modbus 통신의 종류

Modbus 통신의 종류는 크게 Modbus Serial, Modbus plus, Modbus TCP/IP 등 세가지로 나누어 진다.

이 중에서 Modbus Serial은 다시 RS 232C 기반의 Modbus와 RS 422 기반의 Modbus 그리고RS 485 기반의 Modbus로 세분화 되어지고 Modbus의 전송방식에 따라 RTU(Remote Terminal Unit) 전송방식과 ASCII(American Standard Code For Information Interchange) 등 두

가지로 나눌 수 있다. 일반적으로 산업현장에서는 Modbus RTU 전송방식이 주로 사용되고있으나 RTU와 ASCII 전송방식을 선택하여 사용하는

제품도 많이 사용 되어 지고 있다.  

(2) Modebus 통신의 OSI 계층 구성도

통신의 구성체계를 이해하는데 가장 일반적으로 사용되는 OSI 통신 계층 구성도를 사용하여Modbus 통신을 살펴보면 Modbus Serial과 Modbus Plus는 Physical layer와 Data link layer 그리고 Application layer로 구성 되어져 있다. 그리고 Modbus TCP/IP는 위의 세계 계층의 사이에Network layer와 Transport 그리고 Session layer가 더해진 좀더 복잡한 계층 구조를 가지고 있다. 

(3) 일반적인 Modbus Network 구성

Modbus TCP/IP가 개발되기 이전에는 상위의System간의 통신을 Modbus PLUS를 사용하였으나 Modbus TCP/IP가 개발된 이후에는 통신속도와 System의 응용성에서 우위를 점하고 있는 Modbus TCP/IP가 System간에 주로 사용되는 통신 방법이 되었다.그리고 기존부터 사용해온 Modbus Plus와 Modbus 232/485는 Gateway를 사용하여 Modbus TCP/IP로 변환하여 상위의 System과 연결하는 방법이 보편적으로 사용 되어지고 있다. 

2-2. PROFIBUS  

PROFIBUS는 1987년 유럽의 12개의 회사(ABB, Honeywll등)가 참여한 연구 프로젝트로 시작하였다. 이후 추가적으로  5개의 독일 협회가 이 프로젝트에 참여하였다. 이들이 모인 가운데 연구를 진행한 노력의 최종결과(1990년)는 FMS를 정의하는 DIN 19245, Parts 1 및 2였다. FMS에서 경험을 얻은 후, 마스터 및 슬레이브 장치 간에 데이터 전송을 위한 더욱 최적화된 성능 제공하기 위해 프로토콜을 확장할 필요가 있다는 결정을 하였다.

이러한 필요성이 인정되고부터 1993년 DP를 정의하는 DIN 19245, Part 3가 공표되었다.

1993년 유럽 필드버스 표준을 개발하기 위한 CENELEC의 지도 하에 그리고 1995년 및 1996년 두 차례의 투표 결과 EN 50170이 채택되었다. 이 표준은 현재 PROFIBUS(FMS, DP 및 PA), WorldFIP 및 P-NET의 정의를 포함하고 있다. DPV1을 정의하는 EN 50170의 확장이 1998년 4월 공표되었고 이러한 DPV1 확장에는 더욱 정교한 장치를 처리하기 위한 약간의 유연성을 추가되었으며 또한 이전에 표준화되지 않았던 몇 가지 표준 데이터 유형의 정의가 추가되었다. 

PROFIBUS-PA Profile은 1998년 처음 공개되었으며 1999년 10월 강화된 프로파일이 공개되었다. Profile은 IFAK(Institute For Automation and Communication)의 Christian Diedrich 박사가 의장을 맡은 연구그룹(Working Group)에 의해 개발되었다. PROFIBUS-DP 표준은 현재 세계표준(IEC 61158)으로 제정되었고 현재도 계속해서 안정된 표준으로 많은 현장에서 채택되고 있다. 

(1)PROFIBUS 기술

Profibus는 다음과 같이 세 가지로 분류된다.

* Profibus-FMS(Fieldbus Message Specification)

Profibus-FMS는 Cell Level의 통신에 적용하기 위해 개발된 통신 방식으로 여러 대의 Master를 가진 시스템(Multimaster-System)에서 Cell 상호간의 통신을 위한 Backbone으로 응용된다. FMS는 여러 가지 응용과 폭넓은 유연성을 제공하므로 다양한 통신이 필요한 곳에 많이 사용된다.

* Profibus-DP(Decentralized Peripherals) 

실시간 처리의 능력을 갖는 빠른 속도 보장으로 주변장치와의 연결시에 비용 부담의 절감효과로 특히 Field Level 안에서 자동화 시스템과 주변장치 사이의 통신을 위해 널리 이용되고 있으며, 이 Profibus-DP는 기존의 전압신호(24V), 전류 신호(0~20mA) 전송을 대체하는데 적합하다.

* Profibus-PA(Process Automation)

Profibus-PA는 화공분야에 연계되어 폭발의 위험이 존재하는 영역에서 Sensor와 Transmitter의 연결이 가능한 고유 안전성 기능을 갖는다. Profibus-PA는 국제표준 IEC 1158-2에 준해 한 개(두 가닥)의 Cable로 장비의 전원 공급과 Data 통신이 가능하다. 

(2)Profibus의 고유특성

Profibus는 Field Level로부터 Cell Level까지의 분산된 Digital 장비를 서로 연결할 수 있도록 직렬 Fieldbus System의 기술적, 기능적인 특성을 갖는다. Profibus는 Master와 Slave로 구분되고 Master 장비는 Bus에서의 Data Traffic을 확정하고 Bus 접근 권한을 소유시에는 외부의 요구 없이 메시지를 송신할 수 있다. Profibus Protocol에서 Master는 Active Station의 역할을 수행한다. Slave는 주변디바이스로서 입/출력 장비, Valve, Motor Drive, Transmitter 등을 의미하고 오직 수신된 메시지를 수신하거나 Master의 요청에 따라 메시지를 전송하도록 되어 있어 Bus 접근권한은 가지지 않는다. Slave는 Bus Protocol의 적은 부분만을 필요로 하기 때문에 시스템을 구성하는 비용이 적게 든다. PROFIBUS는 제작자가 독립적으로 채택하여 적용 및 제작할 수 있고(Vendor-independence), 공정자동화에 광범위하게 사용되는 개방형 필드버스이다. Vendor-independence와 개방형 특성은 유럽표준 EN 50170과 EN 50254 및 IEC61158에 명시되어 있다. PROFIBUS는 서로 다른 제작사에서 만들어진 디바이스간의 통신시 특별한 인터페이스 없이도 통신을 가능하게 하여 준다. PROFIBUS는 기능별, 적용단계별 통신프로토콜(Communication Profiles)인 DP와 FMS가 있고, 응용되는 전송기반기술(Physical Profiles)은 RS-485와 IEC 1158-2 또는 광통신 기능이 있다. 향후의 기술발전 측면에서 PROFIBUS User Organization 에서는 TCP/IP에 기반한 범용 프로토콜 개발을 진행하고 있고 일부업체에서는 상용제품을 시장에 내놓았다.

Application Profiles은 각기 서로 다른 형태의 응용 분야에서 필요한 프로토콜 및 전송기술을 정의하고 있을 뿐 아니라 Vendor-independent device의 적용 방법까지 정의하고 있다. 

2-3. Foundation Fieldbus

Foundation Fieldbus 협회는 국제 Fieldbus 표준을 목적으로 설립되었다. WorldFIP와 ISP가 함께 1994년 9 월에 설립한 이 협회는 공정제어와 제어설비를 생산, 공급, 사용하는 세계 유수의 200여 개사가 가입되어 있는 비영리 조직이다. 이 회사들은 공동으로 국제 Fieldbus Protocol 개발을 위해 많은 지원을 해왔으며, IEC/ISA Fieldbus 표준개발에 많은 중요한 공헌을 하였다.  
Foundation Fieldbus는 ISA가 공식적으로 규정한 SP50 Standard Project와 IEC의 사양에 상응하게 설계되었다.

설립된 이후 협회는 ISA, IEC의 Fieldbus 표준을 우선으로 하여 발전시켜 왔다.   
FOUNDATION Fieldbus 에는 다음과 같은 두가지 통신 레벨이 지정되어 있다.

• 제어기, 컴퓨터, 인버터와 다른 게측기들이 다루어지는 고속 통신 레벨 (high speed communication level - HSE)

• 프로세서 센서와 엑츄에이터가 다루어지는 저속 통신 레벨 (low speed communication level - H1) 

H1 층은 IEC 61158-2 기반으로 이루어지고, 고속층은 고속 이더넷 (HSE : High Speed Ethernet)을 사용한다. 

(1)전송표준

FOUNDATION Fieldbus HSE 는 Ethernet 100BASE-T 표준을 사용한다. 세그먼트의 길이는 100m(328 ft)까지 지원한다. FOUNDATION Fieldbus HI, ICE 61158-2 표준은 네가지 종류와 케이블 유형을 정의한다. A,B,C,D의 서로 다른 케이블 유형이 있으며 최대 허용 버스 길이는 각각 1900m(6232 ft), 1200m (3936 ft), 400m (1312 ft) and 200m (656 ft) 이다. (안전 지역 어플리케이션의 경우) 전송속도는 31.25 kBit/s 이다. 

(2)시스템 통합 

기기들은 두가지 파일을 사용하여 FOUNDATION Fieldbus에 통합될 수 있다.

• Common File Format File : 'CFT'는 호스트에 의해 사용되는 소프트웨어 파일이며, 기기의 구체적인 FF 성능이 물리적인 대상 없이도 (가상 필드 기기) 매핑된다.

• Device Description(DD)은 각 오브젝트의 확장기술 (extended description)을 Virtual Field Device(VFD)에 제공하며, 이 안에는 제어시스템이나 호스트가 VFD에 있는 데이터의 의미를 이해하기 위한 정보가 있다. DD는 시스템파일과 FFO 파일, 두개의 파일로 구성된다. SYM 파일은 텍스트 포맷으로 된 심벌 파일이고, FFO 파일은 기기에 대한 자세한 기술 (description)이다.

===> 각 Fieldbus의 개략적인 개요만 정리한 것입니다. 보다 자세한 내용은 각 Fieldbus별 홈페이지 참조하시기 바랍니다. 

적조의 영향(피해) 및 대책

적조란「어떤 종의 플랑크톤이 급격히 증식하여 물의 색을 변화시키는 것」이라고 정의할 수 있다.

이 정의에 따르면 어떠한 플랑크톤이라도 그것이 급격히 증가하여 물의 색이 변화되면, 바다, 호수 또는 하천 모두에서 붉게 또는 푸르게 되든 적조를 지칭하게 된다.

플랑크톤(plankton)은 그리스어의 plagktόn(뜬 것)에 유래하는 낱말이며, 스스로의 운동력이 전혀 없으므로, 있어도 극히 약하여 물의 움직임에 역행하는 행동할 수 없고, 파도에 뜨는 것을 총칭하여, 1887년 독일의 생물학자 V.Hensen이 명명한 것이다.

일반적으로 담수의 맑은 물에서 플랑크톤이 폭발적으로 이상증식하여 수면에 피막상으로 뜬 것을 “수화”(水華; water bloom)라고 부르지만 대부분은 식물성 플랑크톤이 많고, 계절적으로는 여름철부터 가을에 걸쳐서 발생한다. 수화는 정의로 따지면 적조에 들어가며, 담수역에 있어서 적조현상의 현저한 예라고 말할 수 있을 것이다. 특히 최근에는 연안과 내만에 있어서 바다를 적색 또는 갈색으로 바꾸는 원생동물 또는 하등조류에 의한 것을 지칭하는 경우가 많다.

2. 발생요인 

적조현상의 발생 원인에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있지만, 적조발생 구조가 매우 복잡하기 때문에 아직까지 발생기구에 대한 명확한 규명은 어렵다. 다만 적조 발생의 일반적인 원인을 보면 N, P, C 등의 영양염이 풍부한 부영양화(eutrophication)상태에서 일사량, 수온, 염분, pH 등이 생물성장 조건에 유리하게 되며, 물의 이동이 적은 정체수역에서 일어난다.

또한, 플랑크톤 성장에 필요한 기타 영양소인 Si, Ca, Mg 등 이외에도 미량 금속, 비타민, 특수한 유기물 등도 촉진요인이 된다.

이러한 영양분의 유입은 대체로 도시하수, 공장폐수, 농업배수 등이 유입되는 정체 수역에서 복합적으로 농축되어 높아지며, upwelling 상이 있는 곳도 저층의 영양분이 상부로 이동되어 햇빛이 있는 가운데 플랑크톤의 급격한 발생을 초래하는 경우가 있다.  

적조의 유발농도는 보통 질산염은 0.1ppm이상, 인산염은 0.015ppm이상인 것으로 알려져 있으나, 특히 규산염은 규조류의 증식에 그리고 질산염과 인산염은 편모조류의 증식 제한인자로 작용하며, 유기물질의 중간 분해산물은 와편모 적조의 발생에 크게 기여한다.  그리고 적조생물은 광합성 활동에 필요한 일조량이 충분하고 해수의 온도가 증식에 알맞으면 빠른 속도로 증식한다. 보통 온대지방에서는 해수온도가 15～25℃인 봄철에서 가을철까지 적조가 주로 발생하는 이유도 여기에 있다. 

3. 적조의 영향(피해) 

○ 고밀도로 존재하는 적조생물이 호흡에 의해 수중의 용존산소가 소비되거나, 사멸분해에 의해 다량의 용존산소가 소모되어 수중의 다른 생물의

    생존이 어렵게 된다.

○ 적조생물이 아가미 등에 부착되어 어패류(魚貝類)를 질식사 시키는 경우가 있다.

○ 적조생물 중 강한 독성을 갖는 편모(鞭毛) 조류가 치사(致死)성의 독소를 분비하여 어패류를 폐사 시킨다.

○ 적조생물의 급격한 사후(사후)분해에 의해 용존산소가 결핍되어 황화수소(H2S)나 부패독과 같은 유해물질이 발생, 어패류를 폐사 시킨다. 

적조의 피해는 보통 어패류의 폐사나 유해성이 문제지만, 이것은 어디까지나 어업 등의 수역 이용 가치가 저하되는데서 발생한다. 

대규모 적조가 물질순환을 방해하는데서 야기되는 수역의 생산력 저하나 생태계의 이변은, 경제적인 가치를 초월한 자연계에 주는 타격으로서 본질적인면에서 인식되어야 한다.  

4. 적조의 대책

적조의 대책으로서는, 적조의 발생 자체를 방지하기 위한 예방조치와 일단 적조가 발생한 경우 그 피해를 가능한 한 줄이기 위한 치료 조치가 있다.  적조의 다발과 그에 의한 피해를 받는 해역에서는 양자를 병행하여 수행할 필요가 있지만, 적조가 악화될 기미를 보이고 있는 해역에서는

예방조치를 취하지 않으면 안된다. 또한 적조의 대책에는 발생할 기반조건으로서의 부영양화 대책이 포함되어야 한다. 

현재 주로 사용되고 있는 피해방제 대책은 다음과 같다.

(1)황산동 및 다른 화학약품을 사용한 조류 물질의 제거

   : 적조 발생시 화학약품의 살포가 한 가지 방법으로 제시되고 있으나, 생태계의 다른 생물에 대한 영향이나 화학약품의 비용을 고려하여 양식장

     이나 폐쇄성 수역에서만 사용하도록 해야 할 것이다.

(2) 활성점토를 이용한 점토살포법 : 조류물질의 흡착 치사 및 침전 

(3)무기응집제, 계면활성제를 이용한 해면여과 및 침강법 

그외 초음파처리, 오존처리등 여러가지 방법이 사용되고 있다.

질소(N), 인(P) 제거공정

고도처리 목적

① 고도(3차) 처리란 폐․하수의 2차 처리후 잔존하는 부유물질 등의 제거에 추가적인 처리로 이러한 물질에는 무기성이온, 영양염류(N,P), 중금속

   (유해금속) 및 합성유기물 등이 포함한다.

② 고도처리의 궁극적인 목적은 호소 부영양화 해역의 적조현상 및 생태계의 악영향 방지에 있다.

③ 고도(3차)처리의 방법 선택은 처리된 유출수의 용도, 폐수의 특성, 처리방법의 적합성 및 경제성 등에 의해 좌우된다. 

2. 영양염류처리

물리적, 화학적 그리고 생물학적 반응을 이용하여 배출되는 영양염류의 양과 형태를 제한하거나 조절한다. 

① 질소(N)제거 공정

    폐하수로 유입되는 질소(N)는 암모니아와 같은 무기물 형태와 요소, 단백질 등과 같은 유기물의 형태로 존재, 기존 질소 제거방법으로는 물리

    화학적 처리방법과 생물학적 처리방법이 있다.  

                                         질소(N) 제거공정

② 인(P) 제거공정

인 또한 질소와 같이 부영양화 유발물질로 생활하수, 농업배수, 비료공장 등의 폐하수로부터 발생되며 인 제거방법 역시 물리․화학적 및 생물학적 방법이 있다.  

                                                            인(P) 제거공정

③ 질소(N), 인(P) 동시제거 공정

질소․인 동시 제거를 위하여 혐기성, 무산소 그리고 호기반응조를 적절히 혼합 배치한 생물학적 공정이 개발되었으며 그 대표적인 것으로는 A2/O Process 등이 있다. 

                                            질소, 인 동시제거 공정

3. 탈질소 공정의 고려사항 

 (1) 용존산소 : 생물학적 탈질화를 위한 환경조건 중에서 용존산소의 농도는 결정적인 변수이다. 발표된 논문에 의하면 용존산소의 농도가 0.2mg/L 이상에서는 탈질반응에 방해를 받으며 0.13mg/L의 DO농도에서 탈질반응이 중지된 보고도 있다.

용존산소의 존재는 탈질화를 위한 효소체제를 억제하기 때문에 산소농도는 0에 가까운 것이 좋다. 

(2) pH : 질산염에서 질소가스로 전환되는 가운데 알칼리도가 생성되며 그 결과 pH가 증가하게 된다. pH는 반응에 민감한데 pH 6.5에서 7.5사이에서 최적의 탈질화가 진행된다고 보고되고 있다. 또한 탈질화에 관여하는 미생물의 종류에 따라 다르지만 많은 연구가들은 pH7에서 최적 조건을 나타낼 수 있다고 보고하였다. 반응조 내의 pH 6 이하 또는 pH 8 이상에서는 70%의 효율저하를 나타낸다는 발표도 있다. 

(3)온도 : 질화반응에서의 온도의 영향은 다른 생물학적 공정과 비슷하며 0도에서 50도 범위에서 반응이 가능하다. 폐수처리시 일반적으로 5~30도의 범위에서 탈질공정이 이루어지며 최적반응 온도는 35 ~ 50도이다. 5 ~ 10도의 범위에서 반응율은 1.5 ~ 2.0/10℃ 정도를 나타내고 3도 정도의 수온에서는 탈질화 반응이 정지되는 것으로 보고되었다.

4. 탈인 공정의 고려사항 

 인 제거 처리 공정에서 영향을 미치는 인자로는 유입폐수 특성, 처리공정 설계인자 그리고 운영방법 등이 관계된다. 이들 영향인자를 세분류하면 DO농도와 온도, 그리고 pH등과 같은 환경적인 요소, 고형물체류시간(SRT) 및 혐기, 호기성조 체류시간등의 설계변수, 유입폐수내의 성상과 질산성 질소농도 등이 있다. 이들의 영향을 살펴보면 다음과 같다. 

 1) DO : 인제거에 관한 영향을 미치는 DO농도에 관한 연구는 미생물들이 인을 충분히 섭취할 수 있는 최소한의 농도인 2mg/L이상을 호기성조에서 유지시켜주고, 인의 방출단계인 혐기성조에서는 DO농도가 존재하지 않는 조건을 조성해 주어야 한다. 

 2) 온도 : 생물학적 인 제거시 온도 영향에 관한 연구결과에 의하면 5℃에서 제거된 인의 총량은 15℃에서 제거된 것보다 40% 많다고 보고하였다. 이는 호냉성 박테리아들이 저온에서 더 많은 세포를 생산하므로서 인의 제거 기전에 관여하기 때문이다. 이는 Viconneau(1985)등의 Pilot연구에서도 같은 결과가 보고된 바 있다. 이외에도 Shapiro(1967)등도 온도를 10℃에서 30℃까지 증가시키면서 실험한 활성슬러지의 인제거 효율이 저온에서 더 효율적이라는 보고를 한 바 있다. 

 3) pH : pH의 효과에 대한 연구결과에서는 pH가 7.5에서 8.0 사이일 때 인 제거 효율이 가장 높았다. Groenestijn 과 Deineman(1985)에 의한 Acinetobacter의 순수배양 연구에서 최대 성장율이 pH 7.0과 pH 8.5을 비교하였을 때 pH 8,5에서의 최대 성장율이 pH 7.0에 비해 42%정도 증가하는 것으로 타나났다. 또한 Tracy와 Flammino(1985)는 호기성 상태에서 인의 섭취에 관한 pH의 효과를 연구했는데 pH 6.5이하에서는 인의 섭취가 꾸준하게 감소하고 pH 5.2 아래로 떨어지면 미생물의 인섭취 활성도가 상실된다고 하였다. 

4) SRT : 생물학적 인 제거 공정의 중요한 설계 인자는 SRT, 혐기성 체류시간 그리고 호기성 체류시간이다. 인 제거를 위한 SRT는 짧을수록 잉여슬러지를 통한 인의 제거 효율을 증진시킬 수 있다. 그러나 인 제거 이외에 유기물 제거, 질산화와 탈질소화를 고려할 때 적절한 SRT가 요구된다. 

전처리 (1차처리 : Primary Treatment)

전처리 목적

① 전처리 과정은 주로 물리적 단위조작에 의해 이루어지며, 비교적 부피가 큰 부유․고형물 및 현탁물질의 제거를 통해 다음 처리단계의 처리를

   용이하게 하는데 있다.

② 전처리시설의 공정(물리적 처리단위 조작)별 적용사항은 다음과 같다.

                                   물리적 처리 단위조직 및 적용예

2. 전처리(물리적 처리) 공정 

① 스크린(Screening) 

가. 스크린의 기능

     스크린은 유입되는 폐․하수 중 큰 부유․고형물질을 제거하여 펌프 등의 손상과 폐쇄를 방지함과 동시에 다음 단계의 처리시설을 보호하여

     폐․하수처리를 용이하게 하는데 있다. 

나. 스크린의 형식

     스크린은 간격에 따른 분류와 협잡물 제거장치의 설치유무에 따라 자동식(기계식) 및 수동식으로 구분할 수 있다. 

                          스크린의 형태 및 간격 등에 의한 분류

다. 스크린의 설치위치

    - 스크린은 대부분 침사지 전방에 설치하며, 조목 스크린은 세목 스크린 앞에 설치한다.

    - 스크린의 경사각은 협잡물 제거를 기계식으로 할 경우 수평에서 70°전후로 하고, 인력으로 청소할 때는 45～60°로 한다. 

라. 스크린 시설의 유지관리 사항

    - 스크린의 폐․하수 통과 유속은 침사지의 효율방지와 스크린 앞쪽에 그리트의 침전을 방지하기 위해 계획시간 최대유량에 대해 수평식일

       경우   0.3～0.45M/초, 자동식 0.45～0.6M/초로 적정하게 유지하여야 한다.

    - 유입폐수의 흐름 방해와 스크린 전후의 수위차가 크게 되어 펌프효율의 이상저하로 펌프운전에 지장을 주게 되므로 스크린에 걸리는 협잡물

       은 신속하게 제거하여야 한다.

② 침사지(Grit Chamber) 

가. 침사지의 기능

     폐․하수내의 Grit (자갈, 모래, 기타 뼈나 금속 부속품 등의 무거운 입자로 구성)에 의한  펌프를 포함한 기계류의 불필요한 마모, 파손 및

     폐쇄를 방지하고, 처리시설 및 관로 등에 침사물의 축적을 방지한다. 

나. 침사지의 종류

     침사지의 종류는 수평류식 침사지, 폭기식 침사지, 특수 침사지로 분류되며, 가장 일반인 침사지는 직사각형 수평류식 침사지이다.

다. 침사지의 유지관리 사항

  - 침사지의 설치는 일반적으로 스크린 뒤, 1차 침전지 앞에 설치한다.

  - 침전대상 물질의 비중은 2.65이상, 직경(입자경)은 0.2mm이다.

  - 침전지의 유속은 0.15～1.30m/sec 기준으로 하며, 체류시간은 30～60초로 한다.

  - 침사지의 깊이는 2.5～3.5m (유효깊이 1.5～2m)로 한다. 

③ 유량조정조(균등조) 

가. 설치목적 및 기능

   - 유량 및 수질의 변동에 따른 안정성을 유지하고,  수질의 균등화 및 안정화(유입부하의 균등화)를 유지한다.

   - 부하방지(저해물질 희석, 생물학적 공정의 처리효율 향상) 및 독성물질의 일시적 유입에 의한 악영향 방지(pH 포함) 

나. 유량 조정조의 유지관리 사항

   - 유량 조정조의 크기는 유입폐수의 변동형태에 따라 정하며, 계획일 최대수량을 넘는 유량을 일시적으로 저류할 수 있어야 한다.

   - 유량 조정조의 형상은 폐수의 농도를 되도록 균일화할 수 있도록 직사각형 및 정사각형을 표준으로 한다.

   - 유량 조정조는 철근 콘크리트 구조로 하며 수밀한 구조로 하여 부력에도 안정하게 한다.

   - 유량 조정조의 유효수심은 송수펌프의 양정을 적정하게 유지하기 위해 3～5m로 하고, 유량 조정조의 여유고는 송수펌프에 필요한 여유 및

      본 처리시설의 여유 등을 고려한다.

   - 저류된 폐수가 부패하거나 침전되는 것을 방지하기 위해 교반(기계식 또는 산기식)을 한다. 

④ 침전지 

가. 침전(Sedimentation) 원리

   폐수의 부유물질 중에서 중력에 제거될 수 있는 침전성 고형물을 제거하는 것으로 정화(Clarification) 또는 농축(Thickening)이라고도 한다. 

나. 침전지 설치 목적

   - 2차 처리공정으로 유입되는 폐․하수 중의 BOD 및 SS를 감소시키고, 화학적 처리시 약품 주입량의 감소 및 폐슬러지량의 감소시킨다.

   - 생물학적 처리시 폭기량과 폭기시간을 단축시키고, 2차 처리의 처리효율 증가 및 처리시간 단축을 통해 최종 유출수의 수질향상을 유도한다. 

다. 침전형태

   - 독립침전(Ⅰ형) : 입자 상호작용 없이 침전, 비중이 1보다 큰 무기성 입자의 침전

   - 응결침전(Ⅱ형) : 입자가 서로 응결침전, Floc 형성에 폐수성상․체류시간․약품․pH․교반속도 등에 의해 지배

   - 지역침전(Ⅲ형) 또는 방해침전 : 침전에 입자들이 서로 방해를 받으며, 침전하는 부유물과 상동수간의 뚜렷한 경계면 생김

   - 압출침전(Ⅳ형) : 하부의 슬러지를 서서히 누르면서 하부의 물을 상부로 분리시키는 침전 

라. 침전지 유지(설계) 조건

마. 침전지 유지관리

   - 침전지내의 수류의 안정을 기하기 위해 펌프를 간헐적으로 가동시킨다.

   - 침전슬러지를 적당한 시점마다 제거하여 침전지내에서 부패되는 것을 방지한다.

   - 부상슬러지의 규칙적인 제거로 월류 유출방지하고,  체류시간, 수면적 부하, 슬러지의 농도를 적절히 유지한다.

   - 단회로 현상이나 와류에 대한 영향을 감소하기 위해 유입부에는 정류 판, 유출부에는 톱니형 웨어 등을 설치한다. 

⑤ 부상조(Flatation Tank) 

가. 부상원리

     폐수 중 용해되지 않은 물질로 물보다 비중이 작은 부유성 물질을 부상시켜 분리하는 것 

나. 부상분리의 목적

   - 현탁액 제거 및 오염물질을 산화처리하고, 폐수 중의 기체 및 휘발성 물질을 제거한다.

   -  교반효과로 폐수의 균등화를  유지한다. 

다. 부상의 종류

   - 공기부상 (Air-Flotation) : 부상조 바닥에 공기주입관을 설치 미세공기를 형성 상승시킴

   - 용존공기부상(Dissolved-Flotation) : 압력탱크에 공기와 폐수를 가압시켜 대기압으로 전환시 미세기포가 형성되어 상승

   - 진공부상(Vaccum Flotation) : 폐수를 진공상태에서 대기압상태로 전환시 용존기체가 작은 기포를 형성하여 상승 

라. 유지관리

   - 표면적 부하율은 3～8㎥/㎡․hr, 고형물 부하는 5～10㎏～ds/㎡․hr 정도로 유지

   - 부상조의 체류시간은 20～30분, 가압조의 체류시간은 1～2분으로 한다.

   - 기포의 상승속도는 25～125mm/min 부상속도는 6～16㎝/min으로 한다.

   - Scum층의 두께는 0.3～0.6mm 이상이 되지 않도록 수시로 제거한다. 

MLSS (mixed liquor suspended solid)와 SS(Suspended Solids ) 비교

(1) SS(Suspended Solids )

입경 2mm이하의 물에 용해되지 않고 수중에 현탁되어 있는 유기물과 유기물을 함유하는 고형물질이며, 시료를 공극이 0.1%인 여과지를 사용하여 여과시킬 때 여과되지 않는 부분이다. Suspended Solids 의 약칭. 또는 현탁물질이라고 하며 지표로 ㎎/ℓ로 표시한다.

(2) MLSS (mixed liquor suspended solid)  

mixed liquor suspended solid의 약칭. 활성 오니 처리 공정에서 폭기조중의 부유물질(SS)농도. 주로 활성 오니(폭기조중에서 생긴 활성 오니와 침전지로부터의 반송 오니의 혼합 오니)임. 표준 활성 오니법의 경우 MLSS는 1,500∼2,000ppm으로 운전됨. 　

활성오염법의 폭기조내의 미생물량 또는 생물학적 활성을 갖는 슬저지량을 표시하는 지표이다. 단위는 ppm 또는 mg/1로 표시한다. 혼합액의 부유물질인 무기성 부유물 또는 생물활성이 없는 유기성 부유물이 계량되는 MLSS는 엄밀히 폭기조내 생명체의 양을 표시하는 것은 아니다. 그러나 측정이 간단하고 생명체량의 개략치를 알게되어 활성슬러지법의 슬러지관리상 필요한 지표이다. 더욱 폭기조내의 생물 존재량을 정확히 나타내는 지표로서 MLVSS(Miguor Volatile Suspended Solids)가 사용되는 일도 있다

(3) MLSS와 SS의 차이점

MLSS는 폭기조내의 미생물량 또는 생물학적 활성을 갖는 슬러지량을 표시하는 지표로 사용되고, 슬러지관리상 필요한 지표이다

SS는 현탁물질의 지표로 사용함

데이터 전송 방식은 단위 시간 내 처리 기준에 따라 serial방식과 parallel방식

데이터 전송 방식은 단위 시간 내 처리 기준에 따라 serial방식과 parallel방식이 있고, 전송 단위 기준에 따라 Synchronous방식과 Asynchronous방식이 있으며, 전송방향에 따라 Simplex방식과 Half-Duplex방식 그리고 Duplex방식으로 나눌 수 있다.

요즘의 컴퓨터 주변기기의 추세는 USB와 1394등의 시리얼 방식의 인터페이스를 이용하는 것이다. 거의 유일하게 패러럴 방식을 사용하던 프린터에서 조차 USB로 거의 대체가 된 상태이다. 이러한 추세는 1394b, USB 2.0~3.0, SerialATA등 초고속 시리얼 인터페이스가 속속 개발되면서 더욱 가속화 할 전망이다.

비록 패러럴 인터페이스는 신호를 보내는 선의 개수가 많기 때문에 시리얼 방식에 비해 당연히 속도가 빠르지만, 선의 길이가 길어지면 케이블 내부 신호선들끼리의 전송속도 시간차에 의해 에러가 발생할 확률이 높아지게 되므로 1m 이내로 그 전송길이를 제한하고 있는 실정이다. 또 전송속도가 더 높아지고 대역폭이 커지면서 더 많은 개수의 선을 요구하게 되고 선이 많아지면서 전체적으로 케이블이 두꺼워지게 되었다.

게다가 고속화와 더불어 신호선들끼리의 간섭에 의해 노이즈가 늘어나게 되어 전송의 효율이 오히려 떨어지는 한계에 부딪혔다.  

이러한 패러럴 방식의 한계를 극복하기 위해서 신호선을 줄이는 시리얼 방식으로 회귀하는 것은 어찌 보면 당연한 결과라고 생각할 수 있다.
시리얼 인터페이스가 패러럴 인터페이스에 비해 가진 장점을 찾아보자면 우선 그 케이블 연결의 간단함에 가장 큰이유를 찾을 수 있을 것이다.

일단 시리얼 방식으로 데이터를 전송하므로 케이블이 4개에서 6개 정도의 선으로만 구성되어 있어 패러럴 방식에 비해 매우 간단하다.
또 다른 장점으로는 데이터 전달 거리가 패러럴 인터페이스에 비해 비약적으로 길어진다는 것이다. 기존 1394의 전송 거리가 10m이며, 1394b의 거리가 100m 까지 리피터 없어 전송 가능하다고 한다. ATA 리본 케이블의 연결가능 거리가 1m 이내인 것을 생각하면 엄청난 것이다.

또 시리얼 인터페이스는 주변 장치들을 데이지 체인 방식으로 연결하게 하는 것을 가능케 하여 별도의 공유기나 리피터가 없이 하나의 포트에서 많은 장치들을 컨트롤 할 수 있게 된다. 1394의 경우에는 63개 USB의 경우에는 127개까지의 주변장치를 연결 가능하다.
이러한 물리적인 장점에 더해서 더욱 시리얼 인터페이스에 힘을 실어주는 것이 전송 기술의 비약적인 발전이다.

과거에는 프린터 포트(LPT1)가 시리얼 포트(COM1)에 비해 엄청나게 빠른 전송속도를 가지고 있었다. 그러나 USB1.1 규격은 이미 프린터 포트의 전송속도를 넘어섰으며 IEEE 1394는 고속 패러럴 전송 방식인 SCSI와 필적할 만한 속도를 내고 있다. 그리고1394b와 시리얼 ATA는 현재 가장 빠른 전송 방식인 ATA 100보다도 빠른 속도를 약속하고 있어 더욱 시리얼 인터페이스는 확산될 것으로 전망된다.

1. RS-232C

RS-232C는 가장 오래 되고 많이 사용되어진 serial방식의 규격이다. RS-232C는 PC com 포트 및 기타 측정장비에 사용되는 규격으로서 오직

두 개의 시스템을 연결하기 위하여 디자인 되었다. RS-232C는 “single-ended”인데, 이는 하나의 선은 데이터용으로 하나의 선은 그라운드 용으로 사용됨을 나타낸다. RS-232C는 최고 115,200 baud rate를 지원하는 신뢰성 높은 인터페이스로서 2핀 사이의 짧은 회로로 유지된다.

최대 신호 전압은 15V이고 케이블 길이는 baud rate에 따라 다르지만 보통 최대 50피트 이다. 

2. IEEE1394

IEEE1394는 IEEE (The Institute of Electrical and Electronic Engineers, 국제전기전자기술자 협회)에서 지정한 1394번째 표준인 고속 시리얼

전송 규약이다. 흔히 파이어와이어, 1394, i.LINK등으로도 알려져 있다. 고속 데이터 전송 속도와 편리한 설치 방법, PC가 필요하지 않는 인터페이스 등을 바탕으로 캠코더, HDTV, 디지털 셋톱박스 등 각종 디지털 가전기기와 스캐너, HDD인터페이스 등의 컴퓨터 주변기기에 광범위하사용되고 있다. 1394는 80년대 애플의 파이어와이어에 근간을 두고 SCSI 버스를 대체하는 저가의 기술로서 개발되기 시작했다. 이후 애플과 텍사스 인스트루먼트가 1987년 파이어와이어라는시리얼 버스 인터페이스 규격을 제창하고, 1995년 12월에 공식적으로 협의해 IEEE 1394표준을 확정했다(IEEE1394-1995를 제정했고, 이후 이를 보완,수정해 IEEE1394a-2000를 제정했다). 현재는 1394-II라고 알려진 IEEE 1394b 규격이 제정돼 있다. 1394가 갖는 가장 큰 장점은 400Mbps의 전송 속도이다. 이 속도를 바탕으로 1394는 빠른 전송 속도를 요구하는 다양한 장비의 연결 표준으로 주목 받고있다. 또한 데이터 전송시 PC가 관여하지 않아도 된다는 것이 1394의 또 다른 장점이다. 1394는 각각기기가 1394 인터페이스를 제어할 수 있도록 설계돼 모든 기기가 호스트가 될 수 있으므로 PC의 조정을 받지 않고 바로 데이터를 전송할 수 있다. 또한 플러그앤플레이와 핫 스와핑 기능을 가지는 것이 큰 장점이다.

3. USB (universal serial bus)

USB는 과거의 느린 직렬, 병렬 인터페이스를 대체하기 위하여 개발된 인터페이스로서 IBM, 컴팩, DEC, 인텔, 마이크로소프트, NEC, 노턴 텔레콤 등의 7개 업체가 중심이 되어 만든 규격이다. USB를 개발한 목적은 PC의 각종 주변기기의 케이블을 통합하기 위해서다. 1996년 2월에 USB(Specification Version 1.0)이 발표되었으며 그 이후로 USB1.1, USB2.0이 차례로 발표되었다. USB의 장점 중 첫 번째는 한 선으로최대 128개까지의 주변장치를 연결할 수 있다. 그러나 하나는 PC 내부와 연결된 것이므로 실질적으로는 127개까지 가능하다. USB의 또 다른 특징은 플러그앤플레이와 핫 스와핑 기능을 가진다는 점이다. 그리고 속도 또한 과거의 직렬, 병렬방식 보다는 빠른 12Mbps를 지원한다. USB2.0은 480Mbps까지 지원한다. 위와 같은장점들로 인하여 USB는 작고 유연한 케이블을 이용해 주로 좁은 대역폭이 필요한 키보드나 마우스 등의 PC 주변장치를 구성하는 데 적합하다. 

수질측정 분석방법 및 정량범위

산성폐수 중화제의 종류 및 특성 와 알칼리성 폐수중화제의 종류 및 특성

화학적 처리공법 

① 화학적 처리는 폐수의 성상 및 공정의 종류에 따라 다양 - 중화, 산화․환원반응, 응집, 침전, 흡착, 이온교환 등

② 생물학적 처리를 위한 저해물질의 전처리 또는 3차처리에 적용 - 미세 현탁물질 및 COD제거, pH조절, CN처리, N․P 제거 등

③ 화학적 처리공법의 장․단점으로는

   - 다른공법과 조합, 연계처리가능, NBD-COD 및 독성물질도 처리가능하며 충격부하에 크게 영향을 받지 않는다.

   - 슬러지 발생량이 많고, 약품비가 많이 소요되며 착화물의 재용해로 2차 오염 유발우려가 있다. 

가. 중화처리

○ 중화처리 목적 및 원리

   - 산성과 염기성의 반응에 염과 물을 생성하는 화학반응으로 pH7 부근으로 유지하기 위한 조작

   - 산성․알칼리성 폐수에 반대성질의 화공약품 즉, 중화제를 투입시 화학반응으로 pH 6.5～8.5 범위에 있도록 하는 것

○ 대표적인 중화 처리법

   - 산의 중화 : H2SO4+2NaOH → Na2OH4+2H2O

   - 알칼리의 중화 : NaOH+Hcl → Nacl+H2O

○ 산성 및 알칼리성 폐수발생원

   - 산성폐수 : 금속표면처리업, 광산업, 화학공업, 제철업, 비철금속제조업, 전기도금업

   - 알칼리성 폐수 : 피혁공업, 석유정제업, 제지공업, 유리제조업, 섬유제조업, 식료품 제조업 등

                                            산성폐수 중화제의 종류 및 특성

                            알칼리성 폐수중화제의 종류 및 특성

나. 화학적 응집

○ 응집처리 목적

  - 탁도를 일으키는 진흙입자, 유기물, 세균, 조류, 색소, Colloid 상태의 불순물 및 맛과 냄새를 제거하기 위한 단위공법

  - 폐수속의 Colloid성 입자는 Zeta Potention(전기적 반발력), Vander Waals(전기적 인력), 전기역학적으로 평행상태를 이루며 이 전기적

     반발력과 반대전하를 띤 응집제를 첨가하면 전기적 중화로 반발력이 감소 입자끼리 서로뭉쳐(FLOC) 침전한다.

  - 대전하고 있는 Colloid액 중에 Cation계 응집제를 가하면, 전기적으로 중화가 일어나 응집이 완결된다.

○ 응집효과

  - 침강성 촉진, 상징수의 청징성 개선 및 여과성의 개선

○ 응집제

  - 응집제는 주로 무기 응집제가 많이 사용되며 근래 유기성 고분자 응집제 사용이 진보되어 단독 또는 다른 무기계 응집제와 같이 병용하며,

    일반적으로 사용되고 있는 응집제는 다음과 같다.

                                  대표적인 응집제의 종류 및 특성

활성슬러지공법의 운영상 문제점 및 대책

생물학적 처리의 개요

가. 처리원리

   ○ 폐수 중 함유된 탄소화합물인 유기물을 미생물(원생동물, 조류, 박테리아 등)을 이용하여 제거하는 방법

   ○ 생물학적 처리법은 일반적으로 도시하수 및 고농도의 유기물 함유 공장폐수동의 2차 처리에 많이 채택되며, 이 방법은 처리장내 산소농도와

       밀접한 관계를 갖는다. 

나. 생물학적 처리방법의 분류

   ○ 호기성 처리법 : 활성슬러지법, 살수여상법, 회전원판법, 산화지법

       - 유기물 + O2 ⇒ CO2 + H2O + Energy (호흡반응)

       - 유기물 + O2 ⇒ NH3 + 세포물질형성(MLSS) + CO2 + H2O + Energy (합성반응)

       - 세포물질 + O2 ⇒ CO2 + H2O + Energy 

   ○ 혐기성 처리법 : 소화, Imhoff조, 부패조, 산화지 

                                          유기산균                      메탄균

                         유기물    --------->  유기산   ------------>CH4 

                                               중간생성물                          최종생산물         

                                                 Alcohol                                CO2

                           미생물 ---->     CO2     --->  미생물 --->   H2S

                                                      H2                                  NH3

                                                    NH3                                  H2O

                                                    세포                                   세포 

   ○ 임의성 처리법 : 살수여상법, 산화지 

다. 미생물의 성장곡선

   ○ 세균(Bacteria) 세포는 이분법분열(Binary)에 의해 대수적으로 성장 및 증식하며, Bacteria의 종에 따라 다르나 조건이 좋은 상태일수록

       증식 과정이 단축된다.

   ○ Ⅰ기 (지체기 : Lag Phage) : 환경에 적응하는 기간으로 적합한 효소를 합성하기 위한 시간 필요

   ○ Ⅱ기 (대수증식기 : Logarithmic Growth Phase) : 먹이인 유기물이 풍부해 빠른 속도로 증식하는 기간

   ○ Ⅲ기 (내생생장단계 : Endogenous Growth Phase) : 영양분의 감소로 미생물의 수가 크게 감소, 자신의 원형질을 분해하며, 내생호흡과

       원생동물이 Bacteria를 섭취하는 단계로 침전성이 좋아 BOD 제거율 높다.

라. F/M비와 물질대사

   ○ 미생물에 대한 유기물(먹이 : Food)과 미생물량(Microorganism)사이에 알맞는 평행을 유지하여야 한다.

   ○ 포기조내 유지되는 F/M비는 생물학적 처리 System 운영을 결정한다. 침전성이 좋아 BOD 제거율이 향상된다.  

이온크로마토그래피법 ( Ion Chromatography ) 원리 및 적용범위

이 법은 액체시료를 이온교환컬럼에 고압으로 전개시켜 분리되는 각 성분의 크로마토그램을 작성하여 분석하는 고속액체 크로마토그래피의 일종으로서 물 시료중 음이온( F-, Cl-, NO2-, NO3-, PO4-, Br- 및 SO4= )의 정성 및 정량분석에 이용된다.

2. 장 치

일반적으로 이온크로마토그래피의 기본구성은 그림 1과 같이 용리액조, 시료주입부, 액송펌프, 분리컬럼, 검출기 및 기록계로 되어 있으며 장치의 제조회사에 따라 분리컬럼의 보호 및 분석감도를 높이기 위하여 분리컬럼 전후에 보호컬럼 및 제거장치( 써프레서 )를 부착한 것도 있다. 

2.1 액송펌프

분리컬럼중의 이온교환체의 입자는 약 10 ㎛의 매우 작은 입자로서 용리액 및 시료를 고압하에서 전개시키지 않으면 요구되는 유속을 얻기가 어렵다. 따라서 펌프는 150～350 ㎏/㎠ 압력에서 사용될 수 있어야 하며 작동중 맥동( 脈動 )이 일어나서는 안된다.

2.2 시료의 주입부

일반적으로 미량의 시료를 사용하기 때문에 루우프-밸브에 의한 주입방식이 많이 이용되며 시료주입량은 보통 50～100 ㎕이다.

2.3 분리컬럼

유리 또는 에폭시 수지로 만든 관에 이온교환체를 충전시킨 것으로 다음과 같은 것이 있다. 

2.3.1 써프레서형

폴리스틸렌계 페리큐라형 음이온 교환수지( 10～15 ㎛ )를 컬럼에 충전시킨 것으로서 안지름 3～5 ㎜, 길이 5～30 ㎜이다. 

2.3.2 비써프레서형

폴리스틸렌계 페리큐라형 음이온 교환수지( 10～15 ㎛ ), 폴리아크릴계 표면다공성 음이온 교환수지( 10～12.5 ㎛ ) 또는 실리카겔 전다공성형 음이온 교환수지( 6 ㎛ )를 컬럼에 충전시킨 것으로서 안지름 4～6 ㎜ 길이 5～10 ㎝이다. 

2.4 제거장치( 써프레서 )

분리컬럼으로부터 용리된 각 성분이 검출기에 들어가지 전에 용리액 자체의 전도도를 감소시키고 목적성분의 전도도를 증가시켜 높은 감도로 음이온을 분석하기 위한 장치이다. 고용량의 양이온 교환수지를 충전시킨 컬럼형과 양이온 교환막으로 된 격막형이 있다.

2.5 검출기

분석목적 및 성분에 따라 전기전도도 검출기, 전기화학적 검출기 및 광학적 검출기 등이 있으나 일반적으로 음이온 분석에는 전기전도도 검출기를 사용한다.

3. 시료의 분석 

3.1 시료의 전처리

시료중에 입자상물질 등이 존재하면 분리컬럼의 수명을 단축시키기 때문에 0.45 ㎛이하의 멤브레인 거름종이 또는 유리섬유거름종이( GF/C )를 사용하여 여과한 다음 시료를 주입하여야 한다. 또한 특정 이온이 고농도로 존재할 경우 더 이온의 정량분석을 방해할 수 있다. 이 때에는 특수제작된 제거컬럼을 이용하거나 기타 적당한 방법을 이용하여 특정이온을 제거한 다음 시험한다.

3.2 시약의 준비

3.2.1 음이온 표준 원액( 1 ㎎/㎖ )

각 이온의 염을 105 ℃에서 항량이 되도록 건조한 다음 다음 표에 기록된 양을 정확히 달아 각각 물에 녹이고 정확히 1 L로 한다.

이 액은 플라스틱병에 넣어 냉장고에 보관할 경우 1 개월간 안정하다. 

* 건조기 대신 건조용기에서 건조

3.2.2 검량선 작성용 혼합표준액

각 이온의 표준원액을 물로 희석하여 사용 기기의 분석감도에 따라 적 당한 농도로 혼합 조제한다.

3.2.3 용리액( 주1 )

㈎ 써프레서형( 0.003M NaHCO3 - 0.0024M Na2CO3 )

탄산수소나트륨 1.008 g과 탄산나트륨 1.0176 g을 물에 녹여 4 L로 한다.

㈏ 비써프레서형( 0.0013M 글루콘산 - 0.0013M Na2B4O7 )

글루콘산 1.02 g과 붕산나트륨 1.0466 g을 물에 녹여 4 L로 한다.

3.2.4 써프레서용 재생액( 0.025N H2SO4 )

황산 2.8 ㎖를 물에 넣어 4 L로 한다.

3.3 기기의 안정화 및 검량선 작성

이온크로마토그래프의 전체 시스템을 작동시켜 유속을 1～3 ㎖/min 으로 고정시킨 다음 용리액 및 재생액을 흘려보내면서 펌프의 압력 및 검출기의 전도도가 일정하게 유지될 때까지 기다린다. 펌프의 압력이 일정하게 유지되고 용리액의 전도도 및 기록계의 기준선이 안정화되면 적당히 희석된 음이온의 표준액을 각각 주입하여 크로마토그램을 작성하고 각 음이온의 유지시간을 확인한다. 다음에 혼합표준액을 적어도 3 종류의 각기 다른 농도로 준비하여 각각의 크로마토그램을 작성하고 그 결과로부터 각 농도에 대한 봉우리 높이 또는 면적을 그래프용지에 플로트하여 직선성을 확인한다. 직선성이 확인되면 미리 준비된 검량선 작성용 혼합표준액을 주입하여 크로마토그램을 작성하고 각 음이온의 농도와 크로마토그램상의 봉우리높이 또는 면적에 대한 검량선을 작성한다.

3.4 시료의 측정( 주2 )

여과한 시료를 이온크로마토그래프에 주입하여 검량선 작성시와 같은 기기조건하에서 크로마토그램을 측정하고 미리 작성한 검량선으로부터 시료의 농도( ㎎/L )를 산출한다.

주1)용리액의 조성 및 농도는 기기제조 회사 또는 분리컬럼의 종류 등에 따라 달라질 수 있으므로 사용기기에 대한 설명서를 참조한다.

2)써프레서형의 경우 시료중에 저급 유기산이 존재하면 불소이온의 정량분석에 방해를 한다.

가스크로마토그래피법( Gas Chromatography ) 원리 및 적용범위

이 법은 적당한 방법으로 전처리한 시료를 운반가스( Carrier Gas )에 의하여 크로마토 관내에 전개시켜 분리되는 각 성분의 크로마토그램을 이용하여 목적성분을 분석하는 방법으로 일반적으로 유기화합물에 대한 정성( 定性 ) 및 정량( 定量 )분석에 이용한다.

2. 일반사항 

이 시험조작에 있어 화학분석에 공통적인 일반사항은 제 1항 총칙에 따른다. 

3. 개 요

3.1 이 법에서 충전물( 充塡物 )로서 흡착성 고체분말을 사용할 경우에는 기체- 고체크로마토그래프, 적당한 담체( Solid Support )에 정지상(stationary phase) 액체를 함침( 含侵 )시킨 것을 사용할 경우에는 기체-액체 크로마토그래피법이라 한다. 

3.2 일정유량으로 유지되는 운반가스( Carrier Gas )는 시료주입부로부터 분리관내를 흘러서 검출기를 통하여 외부로 방출된다.

이때, 시료주입부, 분리관, 검출기 등은 필요한 온도를 유지해 주어야 한다.

3.3 시료주입부로부터 기체, 액체 또는 고체시료를 도입하면 기체는 그대로, 액체나 고체는 가열기화( 加熱氣化 )되어 운반가스에 의하여 분리관내로 송입되고 시료중의 각 성분은 충전물에 대한 각각의 흡착성 또는 용해성의 차이에 따라 분리관내에서의 이동속도가 달라지기 때문에 각각 분리되어 분리관 출구에 접속된 검출기를 차례로 통과하게 된다.

3.4 검출기에는 원리에 따라 여러가지가 있으며 성분의 양과 일정한 관계가 있는 전기신호( 電氣信號 )로 변환시켜 기록계( 또는 다른 데이터 처리장치 )에 보내져서 분리된 각 성분에 대응하는 일련의 곡선 봉우리가 되는 크로마토그램( Chromatogram )을 얻게 된다.

3.5 실제로 어떤 조건에서 시료를 분리관에 도입시킨 후 그 중의 어떤 성분이 검출되어 기록지 상에 봉우리로 나타날 때까지의 시간을 머무름시간( Retention Time )이라 하며 이 머무름시간에 운반가스의 유량을 곱한 것을 머무름용량( Retention Volume )이라 한다.

이 값은 어떤 특정한 실험조건 하에서는 그 성분물질마다 고유한 값을 나타내기 때문에 정성분석( 定性分析 )을 할 수 있으며 또 기록지에 그려진 곡선의 넓이 또는 봉우리의 높이는 시료성분량과 일정한 관계가 있기 때문에 이것에 의하여 정량분석( 定量分析 )을 할 수가 있다.

4. 장 치

이 장치의 기본구성은 그림 1과 같으며 이 기본구성을 복수열( 復數列 )로 조합시킨 형식이나 복수열유로( 複數列流路 )로 검출기의 신호를 서로 보상( 補償 )하는 형식도 있다.  

4.1 가스유로계

4.1.1 운반가스유로 : 운반가스유로는 유량조절부와 분리관유로로 구성된다.

⑴ 유량조절부는 분리관입구의 압력을 일정하게 유지하여 주는 압력조절밸브, 분리관내를 흐르는 가스의 유량을 일정하게 유지하여 주는 유량조절기등으로 구성되며 필요에 따라 유량계가 첨부되어야 한다.

유량조절기를 갖는 장치는 유량조절기의 일차측 압력을 일정하게 유지해 주어야하며 배관의 재료는 내면이 깨끗한 금속이어야 한다.

⑵ 분리관유로는 시료주입부, 분리관, 검출기기배관으로 구성된다.

배관의 재료는 스테인레스강( Stainless Steel )이나 유리 등 부식에 대한 저항이 큰 것이어야 한다.

4.1.2 연소용 가스, 기타 필요한 가스의 유로

이온화검출기가 다른 검출기를 사용할 때 필요한 연소용가스, 청소가스( Scavenge Gas ) 기타 필요한 가스의 유로는 각각 전용조절기구가 갖추어져야 하고 필요에 따라 압력계 또는 유량계가 첨부되어야 한다. 배관의 재료는 4.1.1⑴ 과 같다.

4.2 시료주입부

4.2.1 주사기를 사용하는 시료주입부는 실리콘고무와 같은 내열성 탄성체격막이 있는 시료 기화실로서 분리관온도와 동일하거나 또는 그 이상의 온도를 유지할 수 있는 가열기구가 갖추어져야 하고, 필요하면 온도조절기구, 온도측정기구 등이 있어야 한다.

4.2.2 가스시료 주입부는 가스계량관( 통상 0.5～5 ㎖ )과 유로변환기구로 구성된다.

4.3 가열오븐( Heating Oven )

4.3.1 분리관오븐( Column Oven ) : 분리관오븐은 내부용적이 분석에 필요한 길이의 분리관을 수용할 수 있는 크기이어야 하며 임의의 일정온도를 유지할 수 있는 가열기구, 온도조절기구, 온도측정기구 등으로 구성된다.

온도조절 정밀도는 ±0.5 ℃의 범위이내 전원 전압변동 10 ％에 대하여 온도변화 ±0.5 ℃범위이내( 오븐의 온도가 150 ℃ 부근일 때 )이어야 한다.

또 승온( 昇溫 ) 가스크로마토그래프에서는 승온기구 및 냉각기구를 부가한다. 단, 정온( 定溫 ) 가스크로마토그래프에서는 분리관오븐에 검출기를 장치한 것도 무방하지만 이때에는 다음 4.3.2 의 조건에 만족해야 한다.

4.3.2 검출기오븐( Detector Oven )

검출기오븐은 검출기를 한개 또는 여러개 수용( 收容 )할 수 있고 분리관 오븐과 동일하거나 그 이상의 온도를 유지할 수 있는 가열기구, 온도조절기구 및 온도측정기구를 갖추어야 한다.

방사성 동위원소를 사용하는 검출기를 수용하는 검출기 오븐에 대하여는 온도조절기구와는 별도로 독립작동할 수 있는 과열방지기구를 설치해야 한다. 가스를 연소시키는 검출기를 수용하는 검출기 오븐은 그 가스가 오븐내에 오래 체류하지 않도록 된 구조이어야 한다.

4.4 검출기( Detector )

가스크로마토 그래프 분석에 사용하는 검출기는 각각 그 목적에 따라 다음과 같은 것을 사용한다.

4.4.1 열전도도 검출기( Thermal Conductivity Detector, TCD ) : 열전도도 검출기는 금속 필라멘트( Filament ) 또는 전기저항체( Thermister )를 검출소자( 檢出素子 )로 하여 금속판( Block )안에 들어 있는 본체와 여기에 안정된 직류전기를 공급하는 전원회로, 저류조절부, 신호검출 전기회로, 신호 감쇄부 등으로 구성한다.

4.4.2 불꽃이온화 검출기( Flame Ionization Detector, FID ) : 불꽃이온화 검출기는 수소연소노즐( Nozzle ), 이온수집기( Ion Collector )와 함께 대극( 對極 ) 및 배기구( 排氣口 )로 구성되는 본체와 이 전극 사이에 직류전압을 주어 흐르는 이온전류를 측정하기 위한 전류전압 변환회로, 감도조절부, 신호감쇄부 등으로 구성한다.

4.4.3 전자포획형 검출기( Electron Capture Detector, ECD ) : 전자포획형 검출기는 방사선 동위원소( 63Ni, 3H 등 )로 부터 방출되는 β선이 운반가스를 전리하여 미소전류를 흘려보낼 때 시료중의 할로겐이나 산소와 같이 전자포획력이 강한 화합물에 의하여 전자가 포획되어 전류가 감소하는 것을 이용하는 방법으로 유기할로겐화합물, 니트로화합물 및 유기금속화합물을 선택적으로 검출할 수 있다.

4.4.4. 불꽃광도형 검출기( Flame Photometric Detector, FPD ) : 불꽃광도형 검출기는 수소염에 의하여 시료성분을 연소시키고 이때 발생하는 불꽃의 광도를 분광학적으로 측정하는 방법으로서 인 또는 황화합물을 선택적으로 검출할 수 있다.

4.4.5 불꽃열이온화 검출기( Flame Thermionic Detector, FTD ) : 불꽃열이온화 검출기는 불꽃이온화검출기( FID )에 알칼리 또는 알칼리토류 금속염의 튜브를 부착한 것으로 유기질소 화합물 및 유기염소 화합물을 선택적으로 검출할 수 있다. 운반가스와 수소가스의 혼합부, 조연가스 공급구, 연소노즐, 알칼리원 가열기구, 전극 등으로 구성한다.

4.5 기록계( Recorder )

기록계는 스트립 차아트( Strip Chart )식 자동평형 기록계로 스팬( Span ) 전압 1 ㎷, 팬응답시간( Pen Response Time ) 2 초 이내, 기록지 이동속도( Chart Speed )는 10 ㎜/분을 포함한 다단변속( 多段變速 )이 가능한 것이어야 한다.

4.6 감도조정부( 感度調整部 )

이 장치는 크로마토그램의 감도보정이 가능하고 아래의 요소들을 쉽게 설정, 판독 또는 측정할 수 있는 것이어야 한다. 

4.6.1 열전도도 검출기( TCD )에서는 필라멘트 전류, 기록계, 스팬전압, 운반 기체유량, 기록지 이동속도 

4.6.2 불꽃이온화 검출기( FID )에서는 직렬고저항치( 直列高抵抗値 ), 기록계 스팬전압 또는 기록계 전체눈금에 대한 이온전류치, 기록지 이동속도 

4.6.3 기타 검출기에서는 기록계 스팬전압, 기록지 이동속도 및 검출기원리에 따른 특정의 값 

5. 운반가스( Carrier Gas ) 종류

5.1 운반가스

운반가스는 충전물이나 시료에 대하여 불활성( 不活性 )이고 사용하는 검출기의 작동에 적합한 것을 사용한다. 일반적으로 열전도도형 검출기( TCD )에서는 순도 99.9 ％이상의 수소나 헬륨을, 불꽃이온화 검출기( FID )에서는 순도 99.9 ％이상의 질소 또는 헬륨을 사용하며 기타 검출기에서는 각각 규정하는 가스를 사용한다. 단, 전자포획형 검출기( ECD )의 경우에는 순도 99.99 ％이상의 질소 또는 헬륨을 사용하여야 한다.

5.2 연소가스 공기 및 청소가스

공기, 수소 기타 사용가스는 각 분석방법에서 규정하는 종류의 순도 가스를 사용한다. 

6. 분리관( Column ), 충전물질( Packing Meterial ) 및 충전방법( Packing Method ) 

6.1 분리관( Column )

분리관은 충전물질을 채운 안지름 2～7 ㎜( 모세관식 분리관을 사용할 수도 있다 )의 시료에 대하여 불활성금속, 유리 또는 합성수지판으로 각 분석방법에서 규정하는 것을 사용한다. 

6.2 충전물질( Packing Meterial ) 

6.2.1 흡착형충전물

기체-고체크로마토그래피법에서는 분리관의 안지름에 따라 다음과 같이 입도( 粒度 )가 고른 흡착성고체분말( 吸着性固體粉末 )을 사용한다.

여기서 사용하는 흡착성 고체분말은 실리카겔, 활성탄, 알루미나, 합성 제올라이트( Zeolite )등이며, 또한 이러한 분말에 표면처리 한 것을 각 분석방법에 규정하는 방법대로 처리하여 활성화한 것을 사용한다.

6.2.2 분배형 충전물질

기체-액체크로마토그래피법에서는 위에 표시한 입경범위에서의 적당한 담체( 擔體 )에 정지상(stationary phase) 액체( 固定狀 液體 )를 함침( 含侵 )시킨 것을 충전물로 사용한다.

⑴ 담체( Support ) : 담체는 시료 및 정지상(stationary phase)액체에 대하여 불활성인 것으로 규조토, 내화벽돌⑴, 유리, 석영, 합성수지 등을 사용하며 각 분석방법에서 전처리를 규정한 경우에는 그 방법에 따라 산처리( 酸處理 ), 알칼리처리, 실란처리( Silane Finishing )등을 한 것을 사용한다.

주 ⑴ 여기서 내화벽돌이라 함은 일반적인 내화점토( 耐火粘土 )를 사용한 것이 아니고 규조토를 주성분으로 한 내화온도 1,100 ℃정도의 단열( 斷熱 ) 벽돌을 뜻한다. 

⑵ 정지상(stationary phase)액체

정지상(stationary phase)액체는 가능한 한 다음의 조건을 만족시키는 것을 선택한다.

① 분석대상 성분을 완전히 분리할 수 있는 것이어야 한다.

② 사용온도에서 증기압이 낮고, 점성이 작은 것이어야 한다.

③ 화학적으로 안정된 것이어야 한다.

④ 화학성분이 일정한 것이어야 한다.

또한 이들 조건을 만족시키는 것으로서 표 1에 나타난 모양의 것이 일반적으로 널리 사용되고 있다. 이들 이외의 것으로서도 분석목적을 만족시키는 것이 있다면 사용하여도 상관없다.( 표 1참조 ) 

⑶ 조제방법

각 분석방법에서 규정한 담체에 지정된 농도( 무게 ％ )의 정지상(stationary phase)액체를 다음의 방법에 의하여 되도록 균일하게 함침시킨다.2)

※ 100 ㎖의 충전물을 조제하는 경우

① 약 100 ㎖의 담체를 용량 300～500 ㎖의 비커 또는 플라스크에 취하여, 담체의 무게를 1 g까지 구해 둔다. 

표 1. 일반적으로 사용하는 정지상(stationary phase)액체의 종류

② 따로 지정된 무게 ％가 되도록 정지상(stationary phase) 액체를 비커에 0.1 g까지 달아 넣고 담체와 거의 같은 부피의 지정된 유기용매를 가하여 용해시킨다.

③ ①에서 취한 담체에 ②에서 조제한 정지상(stationary phase) 액체용액을 한꺼번에 가하여 함침시켜, 용매의 냄새가 나지 않을 때까지 저어가며 공기를 통하여 건조시킨다. 필요한 경우에는 체로 쳐서 지정입도로 맞춘다.

주⑵ 저농도 정지상(stationary phase) 액체 충전물의 조제는 여과법을 사용하여도 좋다. 

6.2.3 다공성 고분자형 충전물

이 물질은 디비닐 벤젠( Divinyl Benzene )을 가교제( Bridge Intermediate )로 스티렌계 단량체( Styrene系 單量體 )를 중합시킨 것과 같이 고분자물질을 단독 또는 정지상(stationary phase) 액체로 표면처리하여 사용한다.

6.3 충전방법

내부를 잘 씻어 말린 분리관에 미리 한쪽 끝을 유리솜( Glass Wool )으로 막고 진동을 주어 감압흡인( 減壓吸引 )하면서 충전물을 고르고 빽빽하게 채운 다음 남은 한쪽 끝을 유리솜으로 가볍게 막는다.

이 분리관은 그 충전물질의 최고 사용온도 부근에서 적어도 수시간 동안 헬륨 또는 질소를 통하여 건조한다. 이때 건조에 의하여 감소되는 만큼의 충전물을 보충하여 채우고 더 이상 감소하지 않을 때까지 이 조작을 되풀이 한다. 

pH센서의 보정(Calibration) 

pH 전극의 보정(Calibration)은 정확한 pH 값을 알고 있는 완충용액을 이용해서 전극의 상태를 기기에 입력하는 과정이다. 

이런 보정과정을 통해 항상 전극상태에 대해 pH meter 를 최적화시킬 수 있다. 

pH 전극은 매우 미세한 pH값의 변화까지 감지하므로 보정과정은 주기적으로 실행해야 하고 자주 할수록 보다 정확한 측정값을 얻을 수 있다.   

일반적으로 두개 이상의 완충용액을 사용하며, 첫번째는 Iso-potential point (보통 pH 7.00) 에서 수행하고, 두번째는 pH 4.00 (혹은 pH2.00) 나 

pH 9.00 (혹은 pH10.00, 12.00)의 완충용액 에서 수행한다. 

측정 하고자 하는 시료부근 의 완충용액을사용하는 것이 유리하다. 

pH calibration 을 수행하면 2가지의 결과를 얻을수 있으며, 그 값을 통해 현재 전극의 정확한 상태를 판단할 수 있다.

1.slope    

기준온도에서 완충용액에 따른 pH 의 직선성을 나타낸다.

25도 일때 59.16mv 를 기준으로 사용된 완충용액의 pH 차이에 대한 mv 의 차이를 계산한다.

보통 최적의 상태는 0.90~1.05 (90~105 %) 사이이다. 

Diaphragm의 손상여부나 기타 여러가지 요인으로 인해 Slope값이 커질 수 있으며, 이런 경우 전극의 재생과정을 통해 일부 문제를 해결할 수도 있지만 문제 해결이 안되는 경우에는 전극을 교체하여야 한다. 

2.Asymmetric potential

Isopotential point (pH 7.00) 을 calibration 할 경우 pH 전극내부 buffer인 pH 7 과 같은 전위를 가지므로 언제나 전위차가 없어야 한다.

그러나 내부, 외부의온도차이와 유리막의 저항에 의해 어느 정도 차이를 가지게 되는데, 일반적으로 그 차이는  +/-  30mv 이하여야 한다.

그 차이가 너무  많이 나는 경우는 Meter에 따라 영점보정이 안되고 에러가 뜨는 경우도 있다.

보통 slope값이 나쁠 경우에는 Diaphragm(Junction) 의 손상여부를 확인하여야 하고,  Asymmetric potential이  나쁠 경우에는membrane의 손상여부를 확인해 보아야 한다.