탁도
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1. 개요
탁도는 물의 투명도를 나타내는 척도로, 물속에 부유하는 입자들의 양을 의미한다. 탁도는 플랑크톤의 성장, 토지 교란, 도시화, 산업 활동 등 다양한 요인에 의해 발생하며, 식수와 수생태계에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 탁도 측정에는 FNU, NTU, JTU 등의 단위가 사용되며, 빛의 감쇠, 네펠로미터, 세키 원반 등을 활용한 다양한 측정 방법이 존재한다. 탁도 처리를 위해 침전, 여과, 응집제 투입 등의 방법이 사용되며, 각국은 음용수 및 수질 관리를 위해 탁도 기준을 설정하고 있다.
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2. 원인 및 영향
탁도는 플랑크톤의 성장이나 건설, 광업, 농업 등 인간 활동에 의해 발생할 수 있다. 이러한 활동은 폭풍우 시 표면 유출을 통해 퇴적물을 수역으로 유입시킨다. 제방 침식률이 높은 지역이나 도시 지역의 포장된 표면도 탁도를 증가시키는 원인이다.[2] 채석업, 탄광 등 일부 산업은 콜로이드 암석 입자를 발생시켜 높은 탁도를 유발할 수 있다.
식수 내 높은 탁도는 위장병 발병 위험을 높인다.[3] 부유 고형물은 바이러스나 박테리아 같은 오염 물질을 부착시켜 면역력이 약한 사람들에게 특히 위험하다. 또한 부유 고형물은 염소를 이용한 물 소독을 방해하고, 자외선 살균으로부터 박테리아를 보호한다.
2. 1. 자연적 요인
플랑크톤의 성장에 의해 탁도가 발생할 수 있다. 건설, 광업, 농업과 같이 토지를 교란하는 인간 활동은 폭풍우 시에 폭우 표면 유출로 인해 높은 퇴적물 수준이 수역으로 유입될 수 있다. 높은 제방 침식률을 보이는 지역과 도시 지역 또한 도로, 교량, 주차장 및 공항과 같은 포장 표면의 폭우 수질 오염을 통해 인근 수역에 많은 양의 탁도를 유발한다.[2]호수, 강 및 저수지와 같은 수역에서 높은 탁도 수준은 더 낮은 깊이에 도달하는 빛의 양을 감소시켜 수중 수생 식물의 성장을 억제하고, 결과적으로 어류 및 조개류와 같이 이에 의존하는 종에 영향을 미칠 수 있다. 높은 탁도 수준은 또한 물고기 아가미가 용존 산소를 흡수하는 능력에 영향을 미칠 수 있다. 이 현상은 미국 동부의 체서피크만에서 정기적으로 관찰되었다.[4][5]
많은 맹그로브 지역에서, 높은 탁도는 포식자로부터 어린 물고기를 보호하는 것과 같이 특정 종을 지원하기 위해 필요하다. 특히 오스트레일리아 동해안, 모턴만을 따라 있는 대부분의 맹그로브의 경우, 적절한 생태계 건강을 위해 600 탁도 단위 (NTU)만큼 높은 탁도 수준이 필요하다.
2. 2. 인위적 요인
플랑크톤의 성장에 의해 탁도가 발생할 수 있다. 건설, 광업, 농업과 같이 토지를 교란하는 인간 활동은 폭풍우 시에 폭우 표면 유출로 인해 높은 퇴적물 수준이 수역으로 유입될 수 있다. 높은 제방 침식률을 보이는 지역과 도시 지역 또한 도로, 교량, 주차장 및 공항과 같은 포장 표면의 폭우 수질 오염을 통해 인근 수역에 많은 양의 탁도를 기여한다.[2] 채석업, 탄광 및 석탄 회수와 같은 일부 산업은 콜로이드 암석 입자로부터 매우 높은 수준의 탁도를 발생시킬 수 있다.식수에 탁도 수준이 높을수록 사람들이 위장병에 걸릴 위험이 높아진다.[3] 이는 바이러스나 박테리아와 같은 오염 물질이 부유 고형물에 부착될 수 있기 때문에 면역 기능이 저하된 사람들에게 특히 문제가 된다. 부유 고형물은 입자가 바이러스와 박테리아에 대한 방패 역할을 하기 때문에 염소를 이용한 물 소독을 방해한다. 마찬가지로, 부유 고형물은 박테리아를 물의 자외선 살균으로부터 보호할 수 있다.
호수, 강 및 저수지와 같은 수역에서 높은 탁도 수준은 더 낮은 깊이에 도달하는 빛의 양을 감소시켜 수중 수생 식물의 성장을 억제하고, 결과적으로 어류 및 조개류와 같이 이에 의존하는 종에 영향을 미칠 수 있다. 높은 탁도 수준은 또한 물고기 아가미가 용존 산소를 흡수하는 능력에 영향을 미칠 수 있다. 이 현상은 미국 동부의 체서피크만에서 정기적으로 관찰되었다.[4][5]
많은 맹그로브 지역에서, 높은 탁도는 포식자로부터 어린 물고기를 보호하는 것과 같이 특정 종을 지원하기 위해 필요하다. 특히 오스트레일리아 동해안, 모턴만을 따라 있는 대부분의 맹그로브의 경우, 적절한 생태계 건강을 위해 600 탁도 단위 (NTU)만큼 높은 탁도 수준이 필요하다.
2. 3. 생태계에 미치는 영향
플랑크톤의 성장에 의해 탁도가 발생할 수 있다. 건설, 광업, 농업과 같이 토지를 교란하는 인간 활동은 폭풍우 시에 폭우 표면 유출로 인해 높은 퇴적물 수준이 수역으로 유입될 수 있다.[2] 높은 제방 침식률을 보이는 지역과 도시 지역 또한 도로, 교량, 주차장 및 공항과 같은 포장 표면의 폭우 수질 오염을 통해 인근 수역에 많은 양의 탁도를 기여한다.[2] 채석업, 탄광 및 석탄 회수와 같은 일부 산업은 콜로이드 암석 입자로부터 매우 높은 수준의 탁도를 발생시킬 수 있다.호수, 강 및 저수지와 같은 수역에서 높은 탁도 수준은 더 낮은 깊이에 도달하는 빛의 양을 감소시켜 수중 수생 식물의 성장을 억제하고, 결과적으로 어류 및 조개류와 같이 이에 의존하는 종에 영향을 미칠 수 있다. 높은 탁도 수준은 또한 물고기 아가미가 용존 산소를 흡수하는 능력에 영향을 미칠 수 있다. 이 현상은 미국 동부의 체서피크만에서 정기적으로 관찰되었다.[4][5]
많은 맹그로브 지역에서, 높은 탁도는 포식자로부터 어린 물고기를 보호하는 것과 같이 특정 종을 지원하기 위해 필요하다. 특히 오스트레일리아 동해안, 모턴만을 따라 있는 대부분의 맹그로브의 경우, 적절한 생태계 건강을 위해 600 탁도 단위 (NTU)만큼 높은 탁도 수준이 필요하다.
2. 4. 인간 건강에 미치는 영향
탁도가 높은 물은 위장병을 유발할 수 있다.[3] 부유 고형물에 바이러스나 박테리아와 같은 오염 물질이 부착될 수 있기 때문에 면역력이 약한 사람들에게는 특히 위험하다. 부유 고형물은 염소 소독을 방해하고, 자외선 살균으로부터 박테리아를 보호한다.[3]호수, 강, 저수지에서 높은 탁도는 빛이 적게 투과되어 수중 수생 식물의 성장을 방해하고, 이는 먹이 사슬에 영향을 준다. 또한 물고기가 산소를 흡수하는 것을 방해할 수 있다.[4][5]
반면, 맹그로브 지역에서는 높은 탁도가 어린 물고기를 보호하는 역할을 하기도 한다. 오스트레일리아 모턴만의 맹그로브는 건강한 생태계를 위해 600 탁도 단위(NTU) 정도의 탁도가 필요하다.
3. 측정
탁도 측정은 수질 투명도와 수질의 주요 검사이다. 탁도를 측정하고 보고하는 표준 단위는 여러 가지가 존재한다.
물을 이용한 측정 방법으로는 잭슨 캔들 방법(단위: 잭슨 탁도 단위 또는 '''JTU''')이 있는데, 이 방법은 촛불 불꽃을 완전히 가리는 데 필요한 물 기둥의 길이의 역수로 측정한다. 현대식 기기는 촛불을 사용하지 않지만, 물 기둥을 통과하는 광선의 감쇠에 대한 이 접근 방식은 JTU로 보정하고 보고해야 한다.[7]
입자가 초점을 맞춘 광선을 산란시키는 성향을 이용하는 네펠로미터는 탁도를 더 의미 있게 측정하는 것으로 간주된다. 네펠로미터는 광선의 측면에 감지기가 설치되어 있어, 작은 입자가 많을수록 더 많은 빛이 감지기에 도달한다. 주어진 양의 입자에 대해 빛이 얼마나 반사되는지는 입자의 모양, 색상 및 반사율과 같은 특성에 달려 있다. 이러한 이유와 더 무거운 입자가 빠르게 침전되어 탁도 측정에 기여하지 않는다는 이유 때문에 탁도와 총 부유 고형물(TSS) 사이의 상관 관계는 각 위치 또는 상황에 따라 다소 이례적이다.[7]
세키 원반은 호수, 저수지, 수로 및 바다의 탁도를 측정하는 데 사용된다. 얕은 물에서 탁도를 측정하는 데 도움이 되는 추가 장치는 탁도 튜브이다.[8][9]
공기 중의 탁도는 태양 감쇠를 유발하여 오염 측정에 사용된다. 광선 복사 조도의 감쇠를 모델링하기 위해 Linke 탁도 계수(TL)를 포함한 여러 탁도 매개변수가 도입되었다.[10][11]
3. 1. 측정 단위
탁도 측정은 수질 투명도와 수질의 주요 검사이다. 탁도를 보고하는 데는 두 가지 표준 단위가 있는데, ISO 7027의 포르마진 네펠로미터 단위(FNU)와 USEPA Method 180.1의 네펠로미터 탁도 단위(NTU)가 있다. ISO 7027 및 FNU는 유럽에서 가장 널리 사용되는 반면, NTU는 미국에서 가장 널리 사용된다.ISO 7027은 탁도 측정을 위한 수질 방법을 제공한다. 이는 샘플에서 직각으로 산란된 입사광을 측정하여 물 샘플 내의 부유 입자 농도를 결정하는 데 사용된다. 산란된 빛은 포토다이오드에 의해 포착되어 탁도로 변환되는 전자 신호를 생성한다. 오픈 소스 하드웨어는 Arduino 마이크로컨트롤러와 저렴한 LED를 사용하여 ISO 7027 방법을 따라 탁도를 안정적으로 측정하도록 개발되었다.[6]
수질을 확인하는 몇 가지 실용적인 방법이 있으며, 가장 직접적인 방법은 물 샘플 기둥을 통과하는 빛의 감쇠(강도 감소)를 측정하는 것이다.[7] 대안으로 사용되는 잭슨 캔들 방법(단위: 잭슨 탁도 단위 또는 '''JTU''')은 본질적으로 그것을 통해 본 촛불 불꽃을 완전히 가리는 데 필요한 물 기둥의 길이의 역수이다. 현대식 기기는 촛불을 사용하지 않지만, 물 기둥을 통과하는 광선의 감쇠에 대한 이 접근 방식은 JTU로 보정하고 보고해야 한다.[7]
입자가 초점을 맞춘 광선을 산란시키는 성향이 이제 물의 탁도를 더 의미 있게 측정하는 것으로 간주된다. 이러한 방식으로 측정된 탁도는 광선의 측면에 감지기가 설치된 네펠로미터라는 기기를 사용한다. 보정된 네펠로미터의 탁도 단위는 사용된 표준 방법에 따라 NTU 또는 FTU일 수 있다. 어느 정도까지는 주어진 양의 입자에 대해 빛이 얼마나 반사되는지가 입자의 모양, 색상 및 반사율과 같은 특성에 달려 있다. 이러한 이유 때문에 탁도와 총 부유 고형물(TSS) 사이의 상관 관계는 각 위치 또는 상황에 따라 다소 이례적이다.[7]
호수, 저수지, 수로 및 바다의 탁도는 세키 원반을 사용하여 측정할 수 있다. 얕은 물에서 탁도를 측정하는 데 도움이 될 수 있는 추가 장치는 탁도 튜브이다.[8][9]
태양 감쇠를 유발하는 공기 중의 탁도는 오염 측정에 사용된다. 광선 복사 조도의 감쇠를 모델링하기 위해 Linke 탁도 계수(TL)를 포함한 여러 탁도 매개변수가 도입되었다.[10][11]
3. 2. 측정 방법
수질 투명도와 수질의 주요 검사인 탁도 측정은 여러 방법으로 이루어진다. 표준 단위로는 ISO 7027의 포르마진 네펠로미터 단위(FNU)와 USEPA Method 180.1의 네펠로미터 탁도 단위(NTU)가 있다. ISO 7027 및 FNU는 유럽에서, NTU는 미국에서 주로 사용된다. ISO 7027은 물 샘플에서 직각으로 산란된 입사광을 측정하여 부유 입자 농도를 결정한다. 산란된 빛은 포토다이오드에 의해 포착되어 탁도로 변환되는 전자 신호를 생성한다. 오픈 소스 하드웨어를 이용하여 ISO 7027 방법에 따라 탁도를 안정적으로 측정할 수 있다.[6]과거에는 잭슨 캔들 방법(단위: 잭슨 탁도 단위 또는 '''JTU''')이 사용되었다. 이 방법은 촛불 불꽃을 완전히 가리는 데 필요한 물 기둥의 길이의 역수로 탁도를 측정한다. 현대에는 광선의 감쇠를 측정하는 방식이 JTU로 보정되어 보고된다.[7]
현재는 입자가 광선을 산란시키는 성향을 이용하는 네펠로미터가 주로 사용된다. 이 기기는 광선의 측면에 감지기를 설치하여 작은 입자가 많을수록 더 많은 빛이 감지기에 도달하는 원리를 이용한다. 보정된 네펠로미터의 탁도 단위는 사용된 표준 방법에 따라 NTU 또는 FTU이다. 탁도와 총 부유 고형물 (TSS) 사이의 상관 관계는 각 위치나 상황에 따라 다를 수 있다.[7]
세키 원반은 호수, 저수지, 수로 및 바다의 탁도를 측정하는데 사용된다. 흑백 원반을 물에 담가 더 이상 보이지 않을 때의 깊이(세키 깊이)를 측정하는 방식으로, 물의 투명도와 반비례 관계를 가진다. 세키 원반은 깊이에 걸쳐 탁도를 통합하고, 사용하기 쉽고 저렴하지만, 얕은 물에서는 사용할 수 없다.[9] 얕은 물에서는 탁도 튜브를 사용하여 탁도를 측정할 수 있다.[8][9] 탁도 튜브는 바닥에 대비 원반이 있는 등급 튜브에서 물을 응축하여 탁도를 측정한다.
공기 중의 탁도는 태양 감쇠를 유발하여 오염 측정에 사용되며, Linke 탁도 계수(TL)를 포함한 여러 탁도 매개변수가 도입되었다.[10][11]
4. 표준 및 시험 방법
정부는 식수에 허용 가능한 탁도 기준을 설정해 놓았다. 미국 환경 보호국(EPA)은 탁도에 대한 수질 기준을 발표했다.[14] 이 기준은 탁도의 영향에 대한 과학적 평가이며, 주(州)에서 수질 기준을 개발하는 데 사용된다. (주는 자체 기준을 발표할 수도 있다.)
일부 주에서는 다음과 같이 탁도에 대한 수질 기준을 공포했다.
- 루이지애나주: 수역에 따라 25, 50 또는 150 NTU 또는 배경 값에 10%를 더한 값.[15]
- 버몬트주: 수역 분류에 따라 10 NTU 또는 25 NTU.[16]
- 워싱턴주: 배경 값보다 5 NTU 초과 (배경 값이 50 NTU 이하인 경우), 또는 배경 값이 50 NTU를 초과하는 경우 10% 증가.[17]
탁도에 대한 공인된 분석 시험 방법은 다음과 같다.
4. 1. 대한민국
대한민국 정부는 식수에 허용 가능한 탁도 기준을 설정해 놓았다. 미국의 경우, 일반적인 여과 또는 직접 여과 방식을 사용하는 공공 수도 시스템은 정수장 출구에서 1NTU보다 높은 탁도를 가져서는 안 되며, 탁도에 대한 모든 샘플은 한 달 동안의 샘플의 95% 이상에서 0.3NTU 이하여야 한다.[12] 일반 여과 또는 직접 여과 외의 여과를 사용하는 시스템은 주(state)의 제한 사항을 따라야 하며, 이는 어떤 경우에도 5NTU를 초과하지 않는 탁도를 포함해야 한다. 많은 식수 시설에서는 0.1NTU까지 낮은 수준을 달성하기 위해 노력한다.[12] 유럽의 탁도 기준은 4NTU이다.[13]4. 2. 국제 표준
미국에서는 일반적인 여과 또는 직접 여과 방식을 사용하는 공공 수도 시스템은 정수장 출구에서 1.0 NTU보다 높은 탁도를 가져서는 안 되며, 한 달 동안 측정한 모든 탁도 샘플의 95% 이상이 0.3 NTU 이하여야 한다. 일반 여과 또는 직접 여과 외의 여과 방식을 사용하는 시스템은 주(state)의 제한 사항을 따라야 하며, 어떤 경우에도 5 NTU를 초과해서는 안 된다. 많은 식수 시설에서는 0.1 NTU까지 낮은 수준을 달성하기 위해 노력한다.[12] 유럽의 탁도 기준은 4 NTU이다.[13]5. 처리
탁도를 처리하기 위해 여러 가지 화학 시약을 사용할 수 있다. 탁도 처리에 사용 가능한 시약에는 황산알루미늄 또는 명반(Al2(SO4)3·nH2O), 염화철(FeCl3), 석고(CaSO4·2H2O), 폴리-염화알루미늄, 긴 사슬 아크릴아미드 기반 고분자 및 수많은 특허 시약이 있다.[23] 명반과 같은 일부 시약을 투여할 때는 물의 pH가 변경될 수 있으므로 수질 화학을 신중하게 고려해야 한다.
시약을 사용할 때는 플록이 과도한 혼합으로 인해 분해될 수 있으므로 투여 과정 또한 고려해야 한다.
5. 1. 침전
탁도는 침전 또는 여과 과정, 또는 침전과 여과를 모두 사용하여 일반적으로 처리된다. 용도에 따라 침전 또는 여과 과정의 효과를 높이기 위해 응집제를 물 흐름에 투여할 수 있다.[21][22] 음용수 처리 및 도시 폐수 처리 시설에서는 종종 침전조, 입상 매체 여과 및 정화조의 조합으로 탁도를 제거한다.탁도 처리를 위한 현장 수처리 또는 직접 투여는 영향을 받는 수역이 분산되어 있거나(예: 작은 식수 저수지 등 지리적 영역에 여러 수역이 분포하는 경우), 문제가 일관성이 없거나(예: 우기 동안과 우기 후에만 수역에 탁도가 있는 경우) 저렴한 솔루션이 필요할 때 일반적이다. 탁도의 현장 처리는 일반적으로 응집제인 시약을 수역 표면에 고르게 분산시켜 추가하는 방식으로 이루어진다. 그런 다음 플록은 수역 바닥에 가라앉아 유지되거나 수역의 물을 빼낼 때 제거된다. 이 방법은 우수 집수 연못에 계절별 탁도 문제가 있는 탄광 및 석탄 적재 시설에서 일반적으로 사용된다. 여러 회사에서 현장 수처리 또는 시약 직접 투여를 위한 휴대용 처리 시스템을 제공한다.
5. 2. 여과
탁도는 침전 또는 여과 과정, 또는 침전과 여과를 모두 사용하여 일반적으로 처리된다. 용도에 따라 침전 또는 여과 과정의 효과를 높이기 위해 응집제를 물 흐름에 투여할 수 있다.[21][22] 음용수 처리 및 도시 폐수 처리 시설에서는 종종 침전조, 입상 매체 여과 및 정화조를 함께 사용하여 탁도를 제거한다.탁도 처리를 위한 현장 수처리 또는 직접 투여는 영향을 받는 수역이 분산되어 있거나(예: 작은 식수 저수지 등 지리적 영역에 여러 수역이 분포하는 경우), 문제가 일관성이 없거나(예: 우기 동안과 우기 후에만 수역에 탁도가 있는 경우), 저렴한 솔루션이 필요할 때 일반적이다. 탁도의 현장 처리는 일반적으로 응집제인 시약을 수역 표면에 고르게 분산시켜 추가하는 방식으로 이루어진다. 그런 다음 플록은 수역 바닥에 가라앉아 유지되거나 수역의 물을 빼낼 때 제거된다. 이 방법은 우수 집수 연못에 계절별 탁도 문제가 있는 탄광 및 석탄 적재 시설에서 일반적으로 사용된다. 여러 회사에서 현장 수처리 또는 시약 직접 투여를 위한 휴대용 처리 시스템을 제공한다.
5. 3. 기타 처리 방법
탁도는 침전 또는 여과 과정, 또는 침전과 여과를 모두 사용하여 일반적으로 처리한다. 용도에 따라 침전 또는 여과 과정의 효과를 높이기 위해 응집제를 물 흐름에 투여할 수 있다.[21][22] 음용수 처리 및 도시 폐수 처리 시설에서는 종종 침전조, 입상 매체 여과 및 정화조의 조합으로 탁도를 제거한다.탁도 처리를 위한 현장 수처리 또는 직접 투여는 영향을 받는 수역이 분산되어 있거나(예: 작은 식수 저수지 등 지리적 영역에 여러 수역이 분포하는 경우), 문제가 일관성이 없거나(예: 우기 동안과 우기 후에만 수역에 탁도가 있는 경우) 저렴한 솔루션이 필요할 때 일반적이다. 탁도의 현장 처리는 일반적으로 응집제인 시약을 수역 표면에 고르게 분산시켜 추가하는 방식으로 이루어진다. 그런 다음 플록은 수역 바닥에 가라앉아 유지되거나 수역의 물을 빼낼 때 제거된다. 이 방법은 우수 집수 연못에 계절별 탁도 문제가 있는 탄광 및 석탄 적재 시설에서 일반적으로 사용된다. 여러 회사에서 현장 수처리 또는 시약 직접 투여를 위한 휴대용 처리 시스템을 제공한다.
탁도를 처리하기 위해 사용 가능한 여러 가지 화학 시약이 있다. 탁도 처리에 사용 가능한 시약에는 황산알루미늄 또는 명반(Al2(SO4)3·nH2O), 염화철(FeCl3), 석고(CaSO4·2H2O), 폴리-염화알루미늄, 긴 사슬 아크릴아미드 기반 고분자 및 수많은 특허 시약이 있다.[23] 일부 시약, 예를 들어 명반과 같은 시약을 투여할 때는 물의 pH가 변경될 수 있으므로 수질 화학을 신중하게 고려해야 한다.
시약을 사용할 때는 플록이 과도한 혼합으로 인해 분해될 수 있으므로 투여 과정 또한 고려해야 한다.
6. 한국의 탁도 문제 및 관리 현황
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