탁도 측정 원리 — NTU와 FNU, 90° 산란광

탁도(turbidity)는 물이 얼마나 흐린지를 나타내는 값입니다. 중요한 것은 이것이 고형물의 무게를 잰 값이 아니라, 빛이 흩어지는 정도를 잰 값이라는 점입니다. 이 차이를 알고 있으면 현장에서 생기는 대부분의 의문이 풀립니다.

어떻게 재나

물에 빛을 쏘면 입자에 부딪혀 사방으로 흩어집니다. 탁도계는 이 산란광을 받아 세기를 잽니다. 표준은 입사광에서 90° 방향의 산란광을 재는 것입니다.

왜 하필 90°인가 하면, 이 각도의 산란광이 입자 크기와 모양의 영향을 비교적 덜 받기 때문입니다. 투과광(0°)을 재면 색이 있는 물에서 값이 크게 틀어지고, 전방 산란은 입자 크기에 너무 민감합니다.

NTU와 FNU는 무엇이 다른가

둘 다 90° 산란을 재지만 광원이 다릅니다.

근적외선을 쓰는 이유는 색도의 영향을 피하기 위해서입니다. 갈색을 띠는 하수에 백색광을 쏘면 색소가 빛을 흡수해 산란광이 줄고, 실제보다 낮은 값이 나옵니다. 860 nm 대역은 이 흡수를 거의 받지 않습니다.

그래서 같은 물을 NTU 탁도계와 FNU 탁도계로 재면 값이 다를 수 있습니다. 고장이 아닙니다. 두 값을 비교하려면 같은 방식끼리 비교해야 합니다.

탁도와 SS는 같은 값이 아닙니다

현장에서 가장 자주 나오는 오해입니다. 탁도는 빛의 산란, SS(부유물질)는 여과해서 말린 무게입니다. 둘은 상관관계가 있을 뿐 같은 값이 아닙니다.

같은 무게의 고형물이라도 입자가 잘게 쪼개져 있으면 표면적이 커져 빛을 훨씬 많이 흩습니다. 즉 SS는 같은데 탁도는 높게 나옵니다. 반대로 큰 입자가 가라앉아 있으면 SS는 높아도 탁도는 낮습니다.

탁도계로 SS를 추정하려면 그 현장 시료로 직접 상관식을 잡아야 하고, 공정이 바뀌면 그 상관식도 다시 잡아야 합니다. MLSS처럼 농도가 높은 구간은 아예 측정 원리가 다른 기기를 쓰는 편이 낫습니다 — MLSS 측정에서 이어집니다.

값을 틀어 놓는 것들

• 기포 — 기포는 입자와 똑같이 빛을 흩습니다. 측정값이 위로 튑니다. 폭기조 근처, 낙차가 있는 지점, 펌프 토출 직후가 위험합니다. 기포가 빠질 수 있는 위치에 설치하거나, 기포 트랩을 둡니다.
• 색도 — 앞서 말한 대로 백색광에서 문제가 됩니다. 하·폐수라면 근적외선 방식을 고릅니다.
• 창 오염 — 광학창에 생물막이나 스케일이 끼면 값이 서서히 올라갑니다. 드리프트처럼 보이지만 교정해도 며칠 뒤 다시 올라갑니다. 이럴 땐 교정이 아니라 세정 문제입니다.
• 외광 — 개방 수로에서 햇빛이 측정부에 직접 들어가면 값이 흔들립니다.
• 침전 — 유속이 너무 느린 지점은 입자가 가라앉아 실제보다 낮게 나옵니다.

설치에서 정리해야 할 것

1. 1기포가 없고 흐름이 있는 지점
2. 2햇빛이 직접 닿지 않는 위치
3. 3자동 세정 — 초음파나 와이퍼. 이게 없으면 유지관리 주기가 몇 배로 짧아집니다
4. 4점검할 때 꺼냈다 다시 넣는 위치를 고정 (깊이·방향)

탁도계는 원리가 단순해서 잘 붙여 놓으면 손이 거의 안 가는 반면, 잘못 붙이면 매주 닦으러 가야 하는 장비가 됩니다. 설치 위치에서 대부분이 결정됩니다.