수중 고형물

왜 배우는가: 수중 고형물은 수질 분석과 정수·하수처리 공정 판단의 기본 지표이므로 수질 관리 전반에서 반복해서 다뤄진다. 시험에서는 TS, SS, DS와 휘발성·강열잔류 구분이 함께 묻기 때문에 각 항목의 정의와 상호관계를 정확히 구분해야 한다.

출제 이력: 제128회 2교시 1번, 제114회 2교시 3번, 제111회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

수중 고형물은 물을 제외한 모든 물질로, 건조할 때 증발하지 않고 남는 잔류물이다.

고형물은 음용수, 하수, 공장폐수, 슬러지 등 수질 시료에 들어 있는 물을 제외한 전체 물질을 가리킨다. 물속에 떠 있는 입자와 물에 녹아 있는 물질이 모두 포함되며, 이 둘을 구분해 측정하는 것이 수질 분석의 출발점이다. 영문 약어로는 TS, TSS, TDS, VSS, FSS를 쓰며, 이들은 TS를 기준으로 나뉜 하위 분류이다.

• 총고형물(TS): 시료를 건조해 남는 고형물 전체이며 증발잔류물이라고도 한다.
• 부유물질(SS): 여과지에 걸러져 남는 입자상 고형물이며 TSS로도 표기한다.
• 용존고형물(DS): 여과지를 통과해 액체 속에 녹아 있는 고형물이며 TDS로도 표기한다.
• 휘발성 고형물(VS): 강열하면 연소하여 날아가는 유기성 고형물이다.
• 강열잔류고형물(FS): 강열한 뒤 재로 남는 무기성 고형물이다.

2. 개념 풀이

총고형물은 증발잔류물과 같은 값이며, 부유물질과 용존고형물의 합이다.

정식 정의에 따르면 고형물은 시료를 103~105℃에서 건조했을 때 증발하지 않고 남는 물질이다. 이 온도에서 상당한 증기압을 가진 물질은 건조 과정에서 모두 날아가므로, 남는 잔류물은 이 온도에서 무시할 만한 증기압을 가진 물질만을 나타낸다. 측정은 대부분 무게 분석법으로 이루어지며, 건조 전후의 질량 차이를 저울로 얻는다.

원리는 입자의 여과 가능 여부에 있다. 시료를 여과지로 거르면 입자상 물질은 여과지 위에 남고, 용존 물질은 여과액에 남는다. 여과지 위의 건조 잔류물이 부유물질이고, 여과액을 증발시킨 잔류물이 용존고형물이다. 두 값을 더하면 총고형물이 되므로 TS = SS + DS 관계가 성립한다.

각 고형물은 다시 강열 시험을 거쳐 휘발성과 강열잔류로 나뉜다. 강열은 550℃ 부근에서 시료를 태우는 조작이며, 유기물은 연소하여 날아가고 무기물은 재로 남는다. 따라서 부유물질은 FSS와 VSS로, 용존고형물은 FDS와 VDS로 나뉘며, 식으로 쓰면 SS = FSS + VSS이다. 이 구분은 유기물 함량을 무기 성분과 분리해 보여 준다는 점에서 의미가 크다.

핵심 용어의 뜻은 다음과 같다.

• 증발잔류물: 시료를 103~105℃에서 항량이 될 때까지 건조해 남는 잔류물로, 총고형물과 같은 개념이다.
• 부유물질(SS): 시료를 여과지로 거른 뒤 건조해 여과지에 남는 고형물이며, 수질 오염의 주요 지표이다.
• 용존고형물(DS): 여과액을 증발시켜 남는 고형물이며, 물에 용해된 무기염과 유기물이 포함된다.
• 휘발성 고형물(VS): 강열할 때 연소하여 날아가는 유기성 고형물이며, 생물학적으로 분해되는 물질의 지표로 쓰인다.
• 강열잔류고형물(FS): 강열 후 재로 남는 무기성 고형물이며, 무기 입자와 염류가 주된 성분이다.

3. 등장 배경과 필요성

고형물을 측정하고 관리하는 이유는 그 자체가 수질 오염의 원인이 되기 때문이다. 물속의 부유물질은 하천 바닥에 오니상을 형성하고, 유기성 부유물질은 부패하면서 물에 녹아 있는 산소를 소비한다. 또한 어류의 아가미에 붙어 폐사를 일으키고, 빛의 투과를 막아 수생식물의 광합성을 방해한다.

정수처리와 하수처리에서 고형물 농도는 공정 설계와 운영 판단의 기준이 된다. 상수원수의 부유물질은 응집·침전·여과 공정의 부하를 결정하고, 하수처리장에서는 유입수와 방류수의 부유물질 농도가 방류 수질 기준과 직결된다. 따라서 고형물을 총량뿐 아니라 여과성과 휘발성으로 나누어 측정해야 공정별 원인과 처리 효과를 구분할 수 있다.

고형물을 종류별로 구분해야 하는 이유는 처리 방법이 서로 다르기 때문이다. 입자상 고형물은 침전과 여과로 제거하지만, 용존 고형물은 침전이나 여과로 제거되지 않으므로 막여과나 이온교환 같은 별도 공정이 필요하다. 휘발성 고형물은 생물학적 처리의 대상이 되는 유기물을 나타내므로, 무기 성분인 강열잔류고형물과 구분해야 생물학적 처리 효과를 평가할 수 있다.

측정 방법으로는 무게 분석법이 기본이 되어 왔다. 이 방법은 장비가 단순하고 결과가 질량으로 직접 나온다는 장점이 있어 표준 시험법의 바탕이 되었다. 다만 건조 온도와 항량 조건이 결과에 크게 영향을 미치므로, 측정 조건을 명시하는 것이 중요하다.

4. 구성요소·원리·절차

수중 고형물은 시료를 증발·건조하거나 여과한 뒤 남는 잔류 물질 전체를 말한다. 물을 제외한 모든 물질이 여기에 속하므로, 먼저 총고형물(TS)을 기준으로 나눠 본다. 총고형물은 물속에 입자 상태로 떠 있는 부유고형물(SS)과 물에 녹아 있는 용존고형물(DS)로 구분되며, 두 값을 더하면 총량이 된다. 식으로 쓰면 다음과 같다.