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마시는 물을 측정하는 수질 모니터링 센서의 세계
  • 조중혁 기자
  • 승인 2021.03.10 10:15
  • 호수 138
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우리가 사용하는 물은 급격한 도시화 및 산업화로 인해 물속에 유입되는 오염물질의 종류와 양이 폭발적으로 늘며 수질 모니터링에 대한 관심이 크게 늘고 있다. 현재 이들 수질모니터링의 센서기술은 어디까지 와있을까?

 

물속 오염물질을 빠르게 측정하고 오래 버티는 센서

수자원 보전에 대한 관심이 높아짐에 따라 수질오염의 발생을 줄이고 제거하는 연구들과 함께 물속에 오염물질들이 유출됐을 때 이를 얼마나 빨리 감지하고 측정해 효과적으로 대응하는 방안에 대한 연구들 또한 활발히 진행되고 있다. 또한 기존의 측정 장치들은 하수처리시설과 같은 열악한 시설에 있을 때, 수명이 오래 가질 못한다. 특히 생물반응조 내 미생물, 부유물질 등이 많아지며, 측정 정확도가 낮아지는 것이 문제로 꼽히고 있는데, 이 같은 문제를 해결하는 것이 최신기술이 집적된 센서다. 수질을 측정하는 데 있어 필요한 센서는 염분, 미네랄, pH 수치, 금속 등을 감지하는데, 물을 검사하는 전기기계식 센서와 더불어 분산물질이나 부유물질, 색상, 명확성에 대해 검사하는 광학 센서를 갖추고 있다. 전기화학센서는 전류, 전위, 하전과 화학인자와의 관계를 전기량의 변화를 통해 측정 가능한 유용한 신호로 변환해주는 센서이며, 광학센서는 환경요소에 의한 대상물로부터 색, 흡광 및 형광 등의 광학적 현상을 전기적 신호와 같은 가능한 신호로 변환해주는 센서를 의미한다.

 

광학에서 바이오까지 기술의 결합이 가속되는 수자원 센서

센서 분류에 있어 프로브 형식과 랩온어칩 형식의 센서로도 나눌 수 있다. 우선 프로브형 센서는 전기화학센서, 광학센서, 나노센서, 바이오센서 등을 들 수 있다. 나노센서는 초소형이면서 고감도의 센서 시스템을 제작할 때 주로 활용되는데, 비소, 납, 크롬과 같은 유독성 산업 화합물 및 금속 분석 등이 가능하며, 해양 독소 측정, 병원균 정량 측정, 중금속 이온 검출에도 사용되고 있다.

랩온어칩형 센서의 경우, 칩 자체가 환경오염물질을 모니터링 한다. 랩온어칩형 센서에 적용되는 기술로는 전처리 기술, 마커기술, 유체제어기술, 측정기술, 복합다중 분석기술로 구분돼 사용되고 있다. 이중 마커기술은 환경오염물질 등을 특정방향에 맞춰 인과관계를 추적할 수 있도록 제작된 기술이며 환경 분야의 복합물질 분석, 다중 동시 분석뿐 아니라 실시간 모니터링에 적용하기 위한 핵심기술이라고 할 수 있다. 특히 다중분석 및 자동화 분석을 통해 빅데이터를 구축하는 것도 가능하다.

이 같이 실시간으로 환경을 모니터링하고 이상 징후 감지시 빠르게 대응을 할 수 있도록 하는 여러 종류의 센서들이 개발되고 있는데, 이들 센서의 발달과 함께 모니터링 기술이 성장하고 있다. 우리나라는 하천과 호소 등 공공 수역의 수질 및 수생태계의 실태를 파악하기 위해 이들 센서를 중심으로 한 수질 측정망을 설치해 운영 중이다.

이들 센서는 주기적이고 단기적인 상수원 지류의 합류에 의한 수질오염의 영향에 대한 평가와 분석에 활용되고, 수질사고 대응 및 기후변화에 의한 상수원의 수질변동과 관련한 기초자료의 축적에 활용되며 우리가 사용하는 수자원을 안전하게 사용할 수 있도록 하는 파수꾼과도 같다.

조중혁 기자  megnumfire@gmail.com

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