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문제 정의
- 본 연구에서는 2006년 8월「수질자동측정망 관리지침」에 의거하여 환경관리공단에서 2009년 2월 수립한 「수질자동측정망 정도보증사업계획 표준절차서」에 따라 수질자동측정망 중 수계별로 1~2개소를 선정하여 정도 관리를 실시하였다. 전반적인 정도관리 추진 상황 조사를 통하여 자동측정 자료의 신뢰성을 확보하고 수질자동측정망 정도관리 운영방향 및 개선방안을 마련하여 정도관리의 효율성을 확보하고자 하였다.
- 상수원 및 수계의 수질관리 업무를 효율적이고 능동적으로 수행하고, 수질오염사고 발생시 신속한 대응조치를 할 수 있는 조기경보체계 구축을 위하여 주요 상수원 및 하천 등에 수질자동측정망을 설치하여 운영하고 있다. 수온, pH, EC, DO, TOC 항목에 대한 정도평가를 실시하여, 수질자동 측정 자료에 대한 정확도를 확보하여 신뢰도를 제고하고자 하였다. 수질자동측정기기와 수동측정기기에대한 측정값을 비교한 결과, 대체로 일반항목(수온, pH, EC, DO) 및 TOC의 상대정확도가 20% 이내의 목표를 만족하였다.
제안 방법
- 한강수계의 H-1, 낙동강수계의 N-1 및 N-2, 금강수계의 K-1 및 K-2, 영산강수계의 Y-1 및 Y-2 등 7개 측정소를 대상으로 정도관리를 실시하였다. 또한 측정항목은 Table 1에 나타낸 수질자동측정망의 27개의 항목 중 전 측정소 공통으로 설치되어 있는 수온, pH, EC, DO, TOC 등 5개 항목을 대상으로 하였으며, 조사 시기는 2009년 8월로 하절기에 실시하였다.
- 일반항목의 실시간 자동측정 자료의 정확도를 확인하기 위해, 수질자동측정소의 자동측정기기(Hydrolab-Minisonde, YSI-600XL)와 휴대용 수동측정기기(HORIBA, YSI600XL)를 이용하여 동시간에 측정된 값을 비교∙분석하였다. 본 시험에 사용되는 일반항목 측정기기는 모두 다항목측정기(multi-probe) 타입으로 수온, pH, EC, DO가 동시에 측정되고 있으며, 측정 전 자동 및 수동 측정기기에 대하여 동일한 표준액을 이용하여 pH, EC에 대한 교정 및 대기 중에서의 DO를 교정하여 측정된 값을 상대정확도(%)로 산정하였다.
- 일반항목의 실시간 자동측정 자료의 정확도를 확인하기 위해, 수질자동측정소의 자동측정기기(Hydrolab-Minisonde, YSI-600XL)와 휴대용 수동측정기기(HORIBA, YSI600XL)를 이용하여 동시간에 측정된 값을 비교∙분석하였다. 본 시험에 사용되는 일반항목 측정기기는 모두 다항목측정기(multi-probe) 타입으로 수온, pH, EC, DO가 동시에 측정되고 있으며, 측정 전 자동 및 수동 측정기기에 대하여 동일한 표준액을 이용하여 pH, EC에 대한 교정 및 대기 중에서의 DO를 교정하여 측정된 값을 상대정확도(%)로 산정하였다. 수동-자동 비교는 측정소 내부의 저류수조로부터 동시에 측정한 값을 계산하였고, 내부(측정소 저류수조)-외부(시료채취 지점)의 경우 측정소 내부 저류수조는 자동기기로, 외부 채수지점은 수동기기를 이용하여 각각 측정한 후 내기 측정값을 수동-자동기기의 차이로 보정하여 산정하였다.
- 본 시험에 사용되는 일반항목 측정기기는 모두 다항목측정기(multi-probe) 타입으로 수온, pH, EC, DO가 동시에 측정되고 있으며, 측정 전 자동 및 수동 측정기기에 대하여 동일한 표준액을 이용하여 pH, EC에 대한 교정 및 대기 중에서의 DO를 교정하여 측정된 값을 상대정확도(%)로 산정하였다. 수동-자동 비교는 측정소 내부의 저류수조로부터 동시에 측정한 값을 계산하였고, 내부(측정소 저류수조)-외부(시료채취 지점)의 경우 측정소 내부 저류수조는 자동기기로, 외부 채수지점은 수동기기를 이용하여 각각 측정한 후 내기 측정값을 수동-자동기기의 차이로 보정하여 산정하였다.
- TOC의 정도평가는 제로드리프트(zero drift) 평가와 실시료에 대한 반응성 평가의 두 종류에 대하여 실시하였다. 제로드리프트 평가는 원수 및 여과수조에 연결되어 있는 TOC 측정기의 유입관을 증류수에 담가 TOC 측정치가 제로로 도달하는 시간을 기록하여 제로값 응답시간을 산출하였다.
- TOC의 정도평가는 제로드리프트(zero drift) 평가와 실시료에 대한 반응성 평가의 두 종류에 대하여 실시하였다. 제로드리프트 평가는 원수 및 여과수조에 연결되어 있는 TOC 측정기의 유입관을 증류수에 담가 TOC 측정치가 제로로 도달하는 시간을 기록하여 제로값 응답시간을 산출하였다. 만약 제로에 도달하지 않고 어떤 값을 반복적으로 표시할 경우 제로값 조정이 되지 않은 것으로 판단한다.
- TOC 측정치가 안정화되면, 다시 표준용액을 가하여 이전 농도보다 3 mg L-1가 상승되도록 한다(spike2: spike1+표준액). 이렇게 측정된 원시료, spike 1, spike 2의 세 가지의 시료에 대하여 측정된 결과치를 이용하여 자동측정기기의 정밀도, 편의 및 매질효과를 확인한다. 또한 3개의 측정시료를 채취하여 실험실로 옮겨와 습식 TOC 기기에 대한 분석을 수행하여 습식 TOC 기기와 자동측정기기의 상대정확도를 계산하였다.
- 이렇게 측정된 원시료, spike 1, spike 2의 세 가지의 시료에 대하여 측정된 결과치를 이용하여 자동측정기기의 정밀도, 편의 및 매질효과를 확인한다. 또한 3개의 측정시료를 채취하여 실험실로 옮겨와 습식 TOC 기기에 대한 분석을 수행하여 습식 TOC 기기와 자동측정기기의 상대정확도를 계산하였다.
- 그러나 기존의 정도관리 연구인 ‘수질자동측정망 정도관리체계 연구(II) (박 등, 2006)’ 및 ‘수질자동측정망 정도관리연구(노, 2008)’ 등에서 표준액을 기준으로 하여 pH, DO 항목에 대한 연구를 수행한 바 있다. 본 논문에서는 매질 효과를 반영하기 위하여 원수를 대상으로 수동 자동간의 비교를 하였고, 첫 번째 시도인 만큼 다른 일반항목과 동일한 기준을 적용하여 수행하였다. 또한 TOC 항목의 경우 정밀도 5%, 편의 10%, 상대정확도 20% 이내로 정의하고 있으며, 상대정확도 및 정밀도, 편의는 다음의 공식에 따라 산정된다.
- 편의는 측정값(measured value)과 참값(true value)의 오차 정도로서 측정자료의 신뢰성(reliability)을 나타낸다. 현재 분기별 1회씩 각 측정기기별로 측정 농도범위 중에 서 선택하여 표준농도의 시료를 제조하여 3회 반복 측정하여 측정값과 비교 평가한다.
대상 데이터
- 한강수계의 H-1, 낙동강수계의 N-1 및 N-2, 금강수계의 K-1 및 K-2, 영산강수계의 Y-1 및 Y-2 등 7개 측정소를 대상으로 정도관리를 실시하였다. 또한 측정항목은 Table 1에 나타낸 수질자동측정망의 27개의 항목 중 전 측정소 공통으로 설치되어 있는 수온, pH, EC, DO, TOC 등 5개 항목을 대상으로 하였으며, 조사 시기는 2009년 8월로 하절기에 실시하였다.
- 미국의 EPA에서는 Environmental Technology Verification (ETV) 프로그램을 운영하여 기술검증에 대한 정보를 제공하고 있으며(USEPA, 2005), 영국의 환경청(Environmental Agency)은 원격감시인증체계(Monitoring Certification Scheme, mCERTs)를 구축하여 원격감시에 사용되는 온라인분석기기의 확인시험 절차를 규정하고 있다(EA, 2004). 본 연구에서는 2006년 8월「수질자동측정망 관리지침」에 의거하여 환경관리공단에서 2009년 2월 수립한 「수질자동측정망 정도보증사업계획 표준절차서」에 따라 수질자동측정망 중 수계별로 1~2개소를 선정하여 정도 관리를 실시하였다. 전반적인 정도관리 추진 상황 조사를 통하여 자동측정 자료의 신뢰성을 확보하고 수질자동측정망 정도관리 운영방향 및 개선방안을 마련하여 정도관리의 효율성을 확보하고자 하였다.
이론/모형
- 만약 제로에 도달하지 않고 어떤 값을 반복적으로 표시할 경우 제로값 조정이 되지 않은 것으로 판단한다. 실시료에 대한 반응성 평가는 표준품 첨가 방법(standard addition method)을 이용한 것으로, 저류수조의 여과수를 500 mL 취하여 비이커에 넣고 유입관을 담가 TOC 측정치가 처음 여과수의 제로드리프트 평가 이전에 기록한 수질로 도달하도록 한다. 이는 증가되는 농도에 대한 반응 여부를 판단할 때 증류수가 아닌 원수를 사용함으로써 매질효과를 반영하기 위함이다.
성능/효과
- 이는 증가되는 농도에 대한 반응 여부를 판단할 때 증류수가 아닌 원수를 사용함으로써 매질효과를 반영하기 위함이다. 다음 단계로 주어진 비이커에 TOC 표준용액을 가하여 전체 시료(500 mL)의 TOC가 이전치보다 3 mg L-1 정도 상승되도록 만든 후 측정하여 매 1분 간격으로 확인하여 추가적으로 가해진 TOC가 반영되는 것을 확인한다(spike1: 원시료+표준액). TOC 측정치가 안정화되면, 다시 표준용액을 가하여 이전 농도보다 3 mg L-1가 상승되도록 한다(spike2: spike1+표준액).
- Table 3은「수질자동측정망 정도보증사업계획(환경관리공단, 2009)」에서 제시한 공식을 적용하여 일반항목(수온, pH, EC, DO)의 상대정확도를 산정한 결과이다. 〈수동-자동〉기기의 비교에서 수온 0.0~3.5%, pH 1.7~5.1%, EC 2.1~22.3%, DO 1.5~12.5%의 차이를 나타내어 수질자동측정망 정도평가 및 정도검사 목표인 20%를 대부분 만족하였으나 K-1 측정소의 EC는 22.3%를 나타내며 목표의 범위를 벗어났다.〈내부-외부〉 기기의 상대정확도는 수온, pH, EC는 0.
- Y-1 측정소는 170 m의 긴 관로 길이에도 내∙외부 측정값의 차이가 작은 것은 비교적 신규측정소(2004년 설치)로 관내의 생물막의 영향이 적었던 것으로 판단된다. 이러한 문제점의 해결방안을 마련하기 위해, 역세척하여 용존산소의 내기와 외기의 측정 결과를 비교해 본 결과(Fig. 1) N-1 측정소에서 최고 53%의 상승효과를 나타냈다. 따라서 채수지점이 멀고 채수관 설치시기가 오래된 측정소에 대해서는 채수관로의 정기적인 점검 및 역세척 등으로 측정결과의 정확성 제고가 필요할 것으로 사료된다.
- 또한 8.7 mg L-1의 원수가 병을 흔든 후 15.6 mg L-1로 측정값이 두배 이상 차이를 나타낸 반면, 50 μm 필터를 통과한 여과수의 측정에서는 흔들기 전후가 각각 5.4 mg L-1과 6.3 mg L-1로서 비교적 작은 차이를 보였다.
- 입자성 물질이 TOC 측정값에 미치는 영향을 알아보기 위해 일정량의 원수를 병에 담아 5분 간격으로 3회 측정한 결과 10.2 mg L-1, 8.0 mg L-1, 7.7 mg L-1로 점차 감소되는 측정값을 나타내었으며, 이는 부유물의 침전에 따른 측정값 감소로 보여 진다. 또한 8.
- 수온, pH, EC, DO, TOC 항목에 대한 정도평가를 실시하여, 수질자동 측정 자료에 대한 정확도를 확보하여 신뢰도를 제고하고자 하였다. 수질자동측정기기와 수동측정기기에대한 측정값을 비교한 결과, 대체로 일반항목(수온, pH, EC, DO) 및 TOC의 상대정확도가 20% 이내의 목표를 만족하였다. 그러나 수질자동측정소의 저류수조의 측정기기(내부)와 채수지점의 측정기기(외부)의 측정값 차이를 분석한 결과, 채수거리가 먼 측정소의 DO에 대한 내부-외부의 상대정확도는 목표값을 다소 벗어나는 것으로 나타났다.
- 그러나 수질자동측정소의 저류수조의 측정기기(내부)와 채수지점의 측정기기(외부)의 측정값 차이를 분석한 결과, 채수거리가 먼 측정소의 DO에 대한 내부-외부의 상대정확도는 목표값을 다소 벗어나는 것으로 나타났다. 채수관로에 조류 및 미생물 부착에 의한 오염이 원인으로 판단되어 역세척하여 측정한 결과, 측정된 DO 농도는 최대 53%까지 상승하는 효과를 나타냈다. 따라서 채수관로 관리가 수질자동측정 자료의 신뢰성을 확보하는데 중요함을 알 수 있었다.
- 3%를 나타내며 목표의 범위를 벗어났다.〈내부-외부〉 기기의 상대정확도는 수온, pH, EC는 0.0~4.8% 범위를 나타내었으나 DO 항목은 5.2~31.0%로서 상대적으로 큰 값을 나타내었고, 특히 N-2 및 K-1 측정소에서 각각 31.0%, 26.0%를 나타내며 목표 범위를 벗어났다. 항목별로는〈수동-자동〉 기기의 비교에서는 EC가 상대적으로 큰 값을 나타난 반면, 〈내부-외부〉에서는 DO 항목이 큰 값을 나타내었다.
후속연구
- 항목별로는〈수동-자동〉 기기의 비교에서는 EC가 상대적으로 큰 값을 나타난 반면, 〈내부-외부〉에서는 DO 항목이 큰 값을 나타내었다. 현재 자동측정소에서는 스테인리스 저류수조를 사용하고 있는데, 이 재질이 전기전도도 값에 미치는 영향 등 다각 적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 또한 DO 항목의 경우 채수지점으로부터 거리, 유입관의 미생물 번식 및 유기물 침전 등의 영향으로 내기와 외기의 차이가 발생하는 것으로 판단된다.
- 또한 DO 항목의 경우 채수지점으로부터 거리, 유입관의 미생물 번식 및 유기물 침전 등의 영향으로 내기와 외기의 차이가 발생하는 것으로 판단된다. 따라서 외부기기의 운영 또는 외기와 내기의 보정계수를 구하여 내부기기의 측정값의 교정 등의 대책 마련이 필요할 것으로 사료된다.
- 1) N-1 측정소에서 최고 53%의 상승효과를 나타냈다. 따라서 채수지점이 멀고 채수관 설치시기가 오래된 측정소에 대해서는 채수관로의 정기적인 점검 및 역세척 등으로 측정결과의 정확성 제고가 필요할 것으로 사료된다.
- 전반적으로 저류수조 크기가 측정소별로 상이하고 비교적 큰 것으로 판단되어, 작은 수조로의 교체 또는 유속을 빠르게 하여 배수구를 늘리는 방안 마련이 필요하다. 또한 채수지점부터 측정소 내부까지 설치된 채수관에서 유기물 및 미생물 등 생물막에 대한 영향을 감소시키기 위한 정기적인 점검 및 역세척이 필요하며, 일반항목 측정기기의 수시 정도관리를 위한 각 측정소별로 휴대용 측정기기 비치가 요구된다.
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