용존산소(DO, Dissolved Oxygen)는 물에 녹아 있는 산소의 양입니다. 하수처리장 폭기조에서는 이 값이 곧 송풍기 운전량으로 이어지기 때문에, 전력비와 직결되는 항목이기도 합니다.
측정 방식은 크게 두 갈래입니다.
전기화학식 (멤브레인 전극)
멤브레인 안쪽에 전해질과 전극을 두고, 멤브레인을 통과해 들어온 산소가 음극에서 환원될 때 흐르는 전류를 재는 방식입니다. 클라크형 전극이 대표적입니다.
- 산소를 소모하면서 측정하므로, 센서 표면에 최소한의 유속이 필요합니다.
- 전해질과 멤브레인이 소모품입니다. 주기적으로 갈아야 합니다.
- 교정이 필요합니다. 보통 공기 중 포화 상태에서 잡습니다.
- 원리가 단순하고 가격이 낮은 편입니다.
광학식 (형광 소광)
센서 끝의 형광물질에 빛을 쏘면 빛이 나오는데, 주변에 산소가 많을수록 이 형광이 빨리 꺼집니다. 이 꺼지는 속도(수명) 를 재서 산소 농도를 환산합니다.
- 산소를 소모하지 않습니다. 따라서 유속 조건이 없습니다.
- 전해질이 없습니다. 소모품은 형광 캡 하나입니다.
- 공장교정 값이 캡에 들어 있어 현장 교정이 사실상 필요 없습니다.
- 황화수소, 염소 같은 물질에 간섭받지 않습니다.
현장에서 갈리는 지점
| 비교 | 전기화학식 | 광학식 |
|---|---|---|
| 유속 조건 | 필요 | 없음 |
| 현장 교정 | 필요 | 사실상 불필요 |
| 소모품 | 멤브레인 + 전해질 | 형광 캡 |
| H₂S · 염소 간섭 | 있음 | 없음 |
| 응답속도 | 빠른 편 | 모델에 따라 다름 |
| 초기 비용 | 낮음 | 높음 |
| 운영 손 | 많이 감 | 적게 감 |
하수처리장 폭기조처럼 사람이 자주 못 가는 곳, 그리고 황화수소가 있는 조건에서는 광학식이 유리합니다. 초기 비용은 높지만 교정과 전해질 교체가 빠지기 때문에 몇 년 단위로 보면 역전되는 경우가 많습니다.
다만 광학식이 항상 정답은 아닙니다. 형광 캡은 수명이 있고(대체로 1년 안팎), 캡을 갈 때마다 비용이 한 번에 나갑니다. 접근이 쉽고 이미 교정 루틴이 잡혀 있는 현장이라면 전기화학식이 더 경제적일 수 있습니다.
응답속도가 중요한 경우
변동이 빠른 공정을 제어하려면 응답속도가 문제가 됩니다. 일반 광학식 DO 센서는 T90(최종값의 90%에 도달하는 시간)이 150초 안팎인데, 이 정도면 폭기조 감시에는 충분하지만 빠른 피드백 제어에는 느립니다. 이런 용도로는 캡 구조를 바꿔 T90을 60초 이하로 줄인 고속응답 모델을 씁니다.
설치할 때 자주 놓치는 것
- 기포 — 산기관 바로 위에 센서를 두면 상승 기포가 측정면을 때려 값이 튑니다. 멤브레인 면이 비스듬하게 놓이는 구조를 고르거나, 산기관에서 떨어뜨려 설치합니다.
- 수심 — 폭기조는 깊이에 따라 DO가 다릅니다. 제어 기준으로 쓸 지점을 정해 놓고 항상 같은 수심에 둬야 값이 비교됩니다.
- 세정 — 생물막이 끼면 값이 낮게 나옵니다. 초음파나 에어 세정을 같이 거는 편이 좋습니다.
폭기조에서 이 값을 어떻게 쓰는지는 폭기조 DO 제어에서 이어집니다.