배출 측정 방법(일반적인 운명 모델)
하수처리시설에서 발생하는 VOC 배출을 측정하기 위해 자주 사용되는 한 가지 방법은 일반적인 운명 모델의 사용이다. 모델의 이름이 내포하고 있듯이, 이 모델은 처리 공정을 따라 이동하는 VOCs의 운명을 예측한다. VOCs를 고려한 운명 메커니즘은 휘발, 수착, 생물학적분해를 포함한다. 휘발은 액상에서 기상으로의 VOCs의 전달 또는 손실이다. 생물학적 분해는 생물학적 흡수 및 변형을 통한 VOCs의 손실을 지칭한다. 반면에 수착은 고체에 VOCs가 결합되는 것을 의미한다. 어떠한 주어진 합성물질이 기화하고, 수착하고, 생물학적 분해되는 정도는 화학적 특성, 환경적인 조건, 처리시설 운영 조건에 의해 결정된다.
배출을 추정하는데 이용 가능한 모델의 사례는 TOXCHEM+과 BASTE 모델을 포함하고 있다. 이러한 모델들은 등록상표가 붙어 있고, 상업적으로 이용가능하다. WATER9과 같은 다른 모델은 미국 환경청에서 무료로 이용가능하고, 미국 환경청 홈페이지에서 다운로드 받을 수 있다. 이러한 모델들은 이미 언급한 세 가지 메카니즘을 각각 고려함으로써 VOC배출을 추정한다. 각 모델들은 공정 단위에 기초하여 배출을 추정한다.
왜냐하면, 화합물 특성은 경쟁적인 운명 메커니즘과 관련하여 상대적인 중요성에 영향을 미친다. 대부분의 모델은 하수 VOC 배출 분석에 직면한 많은 VOCs의 모델링에 요구되는 자료를 포함하고 있는 화학적 자료기반에 근거하여 만들어졌다. 또한, 모델들은 사용자가 자료기반에 포함되지 않은 다른 화합물들을 모델화하도록 할 수 있는 기능이 있다. 배출모델링에 잠재적으로 요구되는 물리적인 자료의 예는 화합물 분자량, 기상 및 액상 확산, 헨리법칙 상수, 생물학전 분해 비율, 그리고 옥탄올-물 분리 상수를 포함하고 있다.
유입수 조건들은 또한 각 모델에 의해 요구되며, 유입수 VOC 농도, 하수 온도 및 유량, 고체 농도를 포함할 수 있다. 각 공정단위별로 배출은 추정되며, 표면적, 액체 깊이, 그리고 표면이 잔잔한지 아닌지와 같은 공정단위 상세 정보에 따라 배출은 결정된다(포기, 웨어 drop 높이, MLSS 농도).
일단 모두 요구되는 화합물 상세정보, 환경적인, 그리고 공정 상세 자료가 입력되면, 배출은 일반화된 정상상태 mass balance 접근 방식을 사용하여 계산된다. 그 식은 다음과 같다.
Liquid in - Liquid out - Volatilized - Biodegraded - Sorbed - Solids out = 0
Liquid in = 액상상태에서 공정단위로 유입되는 화합물의 물질 비율 (g/s)
Liquid out = 액상 상태에서 공정단위를 빠져나가는 화합물의 물질 비율 (g/s)
Volatilized = 화합물 기화의 물질 비율 (g/s)
Biodegraded = 생물학적 분해 비율 (g/s)
Sorbed = 슬러지 흡착 비율과 추가 손실 (g/s)
Solids out = 슬러지 액상 상태에서의 화합물 손실 (g/s)
일반적인 mass balance는 각 공정 단위에 적용되고 단순화 된다. 예를 들면, 예비처리 공정 단위의 경우, 생물학적 분해는 무시할만하다고 추정된다. 수착의 정도가 평형에 기초하여 고려되어질 경우, 휘발의 정도는 발생되는 물질전달이다. 그러므로 물질전달 상수의 추정이 요구된다. 각 모델은 물질전달 상수를 추정하기 위해 알고리즘을 사용한다.
비록 모델을 실행하고 설정하기 위해 요구되는 노력이 초기에 많이 투입될지라도, 모델링 접근의 한가지 장점은 민감도 분석을 수행하고 미래 조건들을 평가할 수 있는 능력이 있다는 것이다. 예를 들면, 어떠한 지표(하수 온도 또는 유량)에 대한 배출의 민감도를 결정하기 위해 특정한 지표에 대한 분석을 수행하는 것이 가능하다는 것이다. 향후에 유량의 수준이 변한다고 예측된다면, 배출 효과는 모델 내에서 유량 조건을 변화시킴으로써 쉽게 평가될 수 있다.
