탁도 단위 NTU vs FNU 차이: 일본 도(度) 환산·교정·4-20mA

일본에서 수처리 스키드가 들어왔다고 가정해 보겠습니다. 온라인 탁도계 사양서에는 "0–20 도(度, do), 포르마진 기준, 4–20 mA"라고 적혀 있고, 경보는 "5 도"로 설정되어 있습니다.

그런데 귀사 공장은 탁도를 NTU로 관리하고, 시험실 탁도계는 FNU로 표시합니다. 일본의 "도" 1이 몇 NTU인지, 그리고 이 경보값을 그대로 가져와도 되는지가 가장 먼저 떠오르는 질문일 것입니다.

결론부터 말하면 모든 경우에 쓸 수 있는 단일 환산 계수는 없습니다. 탁도 지시값은 교정에 쓴 표준(카올린, 포르마진, 폴리머 비드)과 광학 구성(빛의 파장, 검출 각도)에 따라 달라지며, 두 값을 비교할 수 있는 것은 이 둘이 모두 같을 때뿐입니다.

단위를 맞추려면 교정 상태와, 탁도계에서 제어 시스템까지의 4–20 mA 스케일링도 함께 확인해야 합니다.

이 글에서는 일본의 탁도 단위, NTU와 FNU의 차이(EPA 180.1 vs ISO 7027), 탁도와 SS의 차이, 주요 측정 원리, 교정, 4–20 mA 스케일링, 이상값 점검을 다룹니다. 마지막에는 체크리스트, 일본 공급업체에 할 질문, 문의 메일 예시를 붙였습니다.

목차

1. 탁도란: 무엇을 재고, 무엇을 재지 않는가
2. 탁도 단위: 일본의 도(度), NTU, FNU, FAU
3. 탁도와 SS(부유물질)의 차이
4. 탁도 측정 원리: 주요 방식
5. 측정 방식 선정
6. 온라인 탁도계의 시료 채취 라인 설계
7. 탁도계 교정: 포르마진, StablCal 등의 표준
8. 4–20 mA 스케일링과 경보 설계
9. 증상별 탁도 지시값 점검
10. 체크리스트: 일본산 탁도계 사양 검토
11. 일본 공급업체에 할 질문
12. 이 글의 한계
13. 자주 묻는 질문(FAQ)
14. 출처

탁도란: 무엇을 재고, 무엇을 재지 않는가

탁도는 시료가 빛을 얼마나 산란시키거나 약하게 만드는지를 나타냅니다. 실트(미세 토사)와 미세한 고형물, 미생물이 물속에서 빛의 경로를 바꾸고, 탁도계는 그 변화를 기준 현탁액과 비교해 값으로 나타냅니다.

입자 수를 센 값도, 물속 고형물의 질량도 아닙니다. 입자의 크기와 모양, 색이 모두 빛에 대한 응답을 바꾸기 때문입니다.

미세한 흰색 입자를 포함한 물과 크고 어두운 입자를 포함한 물은 고형물 질량이 같아도 산란광 지시값이 다를 수 있습니다. 탁도가 같다고 해서 들어 있는 물질이 같다는 뜻은 아닙니다.

탁도는 전기전도도(용해 이온)나 pH(산성·알칼리성 정도)와도 별개의 지표입니다. 맑은 물에도 이온이 많이 들어 있을 수 있으므로, 처리 설비에서는 제거하려는 물질과 관리 목적에 맞춰 여러 수질 항목을 조합합니다.

탁도 단위: 일본의 도(度), NTU, FNU, FAU

일본 사양서에서는 탁도를 도(度, do)로 적는 경우가 많습니다. 숫자만으로는 부족하고, 어떤 표준으로 1도를 정의했는지까지 알아야 합니다. 카올린, 포르마진, 폴리스티렌계 입자 표준은 각각 다른 기준을 정합니다.

한국의 먹는물 기준과 수질오염공정시험기준은 탁도를 NTU로 표기합니다. 그래서 일본 도면이나 사양서의 "도"는 한국 현장의 NTU와 단위 체계부터 다릅니다.

• 도(카올린 기준): 정제수 1 L에 표준 카올린 1 mg이 들어 있을 때의 탁도를 1도로 봅니다. 이 1 mg/L는 표준 물질과의 대응일 뿐, 실제 시료에 있는 입자의 질량 농도가 아닙니다.
• 도(포르마진 기준): 포르마진은 탁도계 교정에 쓰는 고분자 현탁액입니다. 표준과 비교해 값을 매긴다는 점은 같습니다. 같은 시료라도 카올린 도와 포르마진 도는 다른 값을 주며, 둘 사이의 비율은 일정하지 않습니다.
• 도(폴리스티렌 기준): 폴리스티렌계 입자 표준은 일본의 수돗물 공식 검사에서 쓰입니다. 일본 환경대신이 정한 검사 방법에는 입경이 다른 여러 표준 입자를 조합하는 방법이 나와 있습니다.

도표 1은 일본과 해외 계측기에서 마주칠 수 있는 단위를 정리한 것입니다. 단위는 반드시 표준과 광학 구성을 함께 읽어야 합니다.

도표 1: 탁도 단위는 표준과 광학 구성을 함께 읽는다

같은 표준으로 교정했다고 해서 실제 시료에 대한 응답까지 같아지는 것은 아닙니다.

단위	표준·광학 구성	비교 전에 확인할 점
도(카올린)	카올린 표준과 비교	시료의 입자 질량 농도와는 다른 값
도(포르마진), FTU	포르마진 표준. 광학 배치도 사양에 기록	표준뿐 아니라 검출 방식까지 맞출 것
도(폴리스티렌)	폴리스티렌계 표준 입자와 비교	일본 수돗물 공식 검사에서 사용하며 지정된 방법을 따름
NTU	일반적으로 백색광, 90° 산란	방법(예: EPA 180.1)과 계측기 사양 확인
FNU	근적외광, 90° 산란	ISO 7027의 측정 조건에 대응
FAU	근적외광, 감쇠(검출기가 광축 위에 위치)	고탁도용이며 FNU와 호환되지 않음

구형 계측기에는 예전 단위 표기가 남아 있으므로, 화면에 표시된 단위만으로 광학 구성을 판단하지 마십시오.

NTU vs FNU: EPA 180.1 vs ISO 7027

NTU(nephelometric turbidity unit)는 백색광 네펠로미터의 단위이며, 보통 미국 EPA Method 180.1을 기준으로 합니다. FNU(formazin nephelometric unit)는 ISO 7027-1에 맞춘 근적외광 계측기의 단위입니다. 둘 다 90° 산란광을 재고 포르마진으로 교정하며, 가장 큰 차이는 광원입니다.

아래 표는 광학 조건을 요약한 것입니다. 값은 글 끝의 출처에서 가져왔으며, 설계나 법규 준수 업무에서는 각 규격의 최신 본문을 확인하십시오.

	EPA 180.1 (NTU)	ISO 7027-1 (FNU / FAU)
광원	텅스텐 램프, 색온도 2200–3000 K(백색광)	근적외 860 nm, 대역폭 60 nm 이하(2차 자료)
검출기	광축에 대해 90°(±30°), 분광 피크 400–600 nm, 총 광로 길이 10 cm 이하	FNU는 90°(±2.5°), FAU는 광축 위(감쇠)
범위	0–40 NTU, 그 이상은 희석	네펠로메트리는 대체로 0.05 미만~400 FNU, 감쇠는 대체로 40–4,000 FAU
시료 색	시료 색의 영향을 더 받음	용존 색소가 근적외선을 덜 흡수하므로 색의 영향이 작음
주로 쓰이는 지역	북미의 상수·폐수	유럽, 아시아·태평양

ISO 7027-1은 같은 산란광 측정법 안에서는 NTU와 FNU를 수치상 동등하게 봅니다. 이는 광학 구성이 다른 계측기 사이의 환산과는 다른 이야기입니다. 천연수에서는 입자의 크기·모양·색이 지시값을 바꾸므로, 백색광 계측기와 적외선 계측기가 같은 시료에서 다른 값을 내는 경우가 많습니다.

이런 이유로 USGS와 ASTM D7315는 기술별로 고유한 단위(NTU, FNU, FNRU, FAU, FBU 등)로 보고하도록 권장합니다. 그런데 오래된 계측기는 광학 구성과 상관없이 "NTU"를 표시한 경우가 많았습니다. 따라서 다음 두 경우를 나누어 생각해야 합니다.

• 같은 계측기, 표기만 변경: 표시를 NTU에서 FNU로 바꿨지만 광학 구성은 그대로입니다.
• 다른 계측기: 교체한 기종의 광원이나 검출 각도가 달라, 교정 후에도 실제 시료의 지시값이 달라질 수 있습니다.

일본의 도(度)를 NTU로 환산할 수 있나

"1도는 몇 NTU인가"에 답해 주는 공통 계수는 없습니다. 포르마진 기준의 도조차 광학 구성까지 같아야 NTU와 나란히 놓을 수 있고, 카올린 기준의 도나 투과광 지시값은 아예 다른 측정입니다. 할 수 있는 일은 다음과 같습니다.

1. 일본 측 값이 어떤 표준(카올린, 포르마진, 폴리스티렌)에 기반하는지 확인합니다.
2. 계측기가 어떤 광학 방식(투과, 90° 산란, 비율, 적분구, 표면 산란)과 광원을 쓰는지 확인합니다.
3. 기존 계측기와 새 계측기가 다르면, 같은 시료로 일정 기간 둘을 병행 측정해 비교합니다.

일본과 한국의 먹는물 탁도 기준

일본 수돗물의 수질기준에서 탁도는 2도 이하입니다. 별도의 수질관리목표설정항목에는 1도 이하라는 목표값이 있으며, 둘은 서로 다른 범주이므로 섞어 쓰지 않습니다.

한국의 「먹는물 수질기준 및 검사 등에 관한 규칙」은 탁도를 1 NTU 이하로 정하고, 수돗물은 0.5 NTU 이하로 정합니다. 지하수를 원수로 쓰는 마을상수도와 소규모급수시설은 수돗물의 0.5 NTU 단서에서 제외됩니다. 일본의 "도"와 한국의 NTU는 표준과 측정 방식이 다르므로, 숫자만 놓고 어느 쪽이 엄격하다고 단정할 수 없습니다.

탁도 기준을 충족한다고 해서 마셔도 안전한 물이 되는 것은 아닙니다. 먹는물 기준에는 미생물, 화학물질 등 다른 항목도 포함됩니다.

또한 어느 쪽 기준도 공장 폐수나 공정액에 그대로 적용되지 않습니다. 먹는물 법정 검사, 공정 관리값, 배출 허용 기준은 각각 대상과 지정된 방법이 따로 있습니다.

탁도와 SS(부유물질)의 차이

SS(부유물질, 일본에서도 SS라고 부릅니다)는 시료 단위 부피당 부유물의 질량입니다. 정해진 절차로 시료를 여과하고 잔류물을 건조·칭량해서 구합니다. 탁도는 광학적으로 읽는 값이므로 두 가지는 구분해야 합니다.

일부 탁도계는 SS를 mg/L로 표시하지만, 입자를 건조하거나 칭량하는 것이 아닙니다. 실제 시료에서 구한 관계식으로 탁도를 SS로 환산해 보여 주는 구성입니다.

가상의 예를 들어 보겠습니다. 탁도(도)를 x, SS(mg/L)를 y라 하고, 실제 시료에서 y = 2 + 1.5x라는 관계를 얻었다고 가정합니다. 해당 시료 종류와 범위에서 지시값이 20도이면 추정 SS는 32 mg/L입니다.

계수 2와 1.5는 설명을 위해 임의로 정한 값입니다. 하천 흙탕물에서 구한 관계식을 유분이나 안료가 섞인 공정수에 적용하면, 입자의 차이가 환산 오차로 나타납니다.

상관식을 만들 때는 관리 범위 전체를 덮는 농도의 시료를 골라, 같은 물의 탁도와 SS를 짝지어 측정합니다. 직선처럼 보이는 구간만이 아니라 범위의 양 끝과 이상 상태에서도 관계가 무너지지 않는지 확인하십시오. 약품이나 원료를 바꾸면 지시값의 의미가 달라질 수 있으므로, 상관식에는 대상 공정과 사용 범위를 함께 기록합니다.

탁도 측정 원리: 주요 방식

탁도 측정법은 보통 시각 탁도, 투과광, 산란광, 적분구로 나눠 설명합니다. 모두 기준 탁도와 비교한다는 점은 같지만, 보는 빛의 성분과 빛을 모으는 방향이 다릅니다.

시각 탁도는 비색관에 시료와 표준액을 넣고 눈으로 탁한 정도를 비교하는 방법입니다. 광원, 배경, 관찰 방향을 맞춰야 하며, 병을 불빛에 비춰 보는 것과는 다릅니다.

일본에서는 JIS K 0101(공업용수)과 JIS K 0102(공장 배수)가 JIS K 0102 규격군으로 통합·분책되었습니다. 탁도를 포함한 일반 이화학 시험은 JIS K 0102-1:2021과 추보 1:2023에 있습니다. 탁도 자동 계측기에는 별도로 JIS K 0801이 있는데, 현행 판과 요구사항은 공급업체나 일본규격협회(JSA)에 확인해야 합니다.

한국에서는 ISO 7027-1에 대응하는 KS I ISO 7027-1(수질 — 탁도 측정 — 제1부: 정량적 방법)이 2024년 11월에 발행되어 있습니다. 이전의 KS I ISO 7027(ISO 7027:1999 부합)은 폐지된 것으로 표시되므로, 사양서에 옛 번호가 있으면 어느 판을 가리키는지 확인하십시오. JIS와 KS를 같은 내용이라고 단정하지 말고 공급업체에 대응 관계를 물어보는 것이 안전합니다.

법정 검사는 해당 시험기준(수질오염공정시험기준 등 환경부 고시)에 지정된 방법을 따릅니다. 일본의 수돗물 검사는 환경대신이 정한 방법을 씁니다. 측정 원리를 아는 것과 특정 시험 방법에 적합한 것은 별개이므로, 시험 목적에 따라 적용할 방법을 정하십시오.

어떤 광학식 계측기든 광원, 시료, 검출기의 위치 관계가 지시값을 결정합니다.

투과광법(Turbidimetry)

투과광 방식은 시료에 빛을 통과시켜 반대편 검출기에 도달하는 빛의 양을 재는 방식입니다. 입자가 빛을 직진 경로 밖으로 산란시키므로, 탁도가 올라갈수록 검출기에 닿는 빛이 줄어듭니다.

중간~높은 탁도에 쓰이지만, 사용할 수 있는 범위는 광로 길이와 검출기에 따라 달라집니다. 빛의 감소를 읽는 방식이므로, 입자 이외의 흡수와 광학 창의 오염도 지시값에 영향을 줍니다.

도표 2: 투과광법은 반대편에 도달하는 빛의 감쇠를 읽는다

시료의 색이나 창 오염으로 잃은 빛이 입자로 인한 감쇠에 더해집니다.

거의 맑은 물에서는 입자로 인한 투과광의 변화가 아주 작습니다. 배경 광량과 셀 간 편차에 신호가 묻히기 쉬운 것이 이 방식으로 저탁도를 재기 어려운 이유입니다.

반대로 빛이 거의 통과하지 못할 만큼 탁하면 읽을 수 있는 변화가 거의 남지 않습니다. "고탁도에 적합하다"는 말이 무제한이라는 뜻은 아니므로 계측기의 유효 범위를 확인하십시오.

• 색: 입자가 적어도 색이 있는 물은 흡수 때문에 투과광이 줄 수 있습니다. 색 변화를 탁도 변화로 착각하지 않도록, 실제 시료에서 계측기의 응답을 비교해 보십시오.
• 셀 상태: 셀에 묻은 지문, 물방울, 미세한 흠집도 지시값을 어긋나게 합니다. 시료를 의심하기 전에 깨끗한 셀을 같은 방향·같은 조건으로 놓고 다시 측정해 보십시오.
• 화학 분석과는 다름: 비색 분석계(예: 실리카 분석계)도 투과광을 쓰지만, 화학 반응으로 생긴 색을 읽어 특정 성분을 구하는 방식입니다.

산란광법(Nephelometry)

산란광 방식은 입자에 부딪혀 방향이 바뀐 빛을 일정한 각도의 검출기로 받아 재는 방식입니다. 대표적인 측면 산란 방식은 입사광에 대해 90° 방향의 빛을 검출합니다.

거의 맑은 물에서는 입자가 늘어날 때 산란광의 증가를 잡기 쉬워 저탁도 측정에 쓰입니다. 투과광의 작은 감소를 읽는 방식과는 읽는 신호의 성격이 다릅니다.

산란광은 거울처럼 한 방향으로 반사되는 빛만을 뜻하지 않습니다. 입자는 여러 방향으로 빛을 퍼뜨리며, 어느 각도를 택하느냐에 따라 입경 등에 대한 응답이 달라집니다.

탁도가 높아지면 입사광이 측정 영역에 덜 도달하고, 산란광도 검출기로 가는 도중에 약해집니다. 그러면 탁도와 검출 광량의 관계가 단순한 비례에서 벗어납니다.

지시값이 풀스케일에 못 미친다는 것만으로는 측정이 올바르다고 판단할 수 없습니다. 다중 산란을 포함해 측정계의 응답을 평가하고, 사양 범위나 시험 방법에 맞춰 희석하십시오.

근적외광은 경우에 따라 가시광 착색의 영향을 줄여 줍니다. 그래도 입자의 흡수나 성질 차이가 모두 사라지는 것은 아니므로, 측정할 실제 물로 계측기의 적합성을 시험해 보십시오.

도표 3: 측면 산란광과 정면 투과광을 각각의 검출기로 받는다

90° 방향을 S, 진행 방향을 T로 측정하며, 비율 방식은 둘을 모두 사용합니다.

투과산란광 방식(비율법)

비율법 탁도계는 투과광과 산란광을 모두 측정해 그 비율을 씁니다. 램프의 밝기나 시료의 색이 두 신호에 똑같이 작용한다면, 비율을 취하는 것으로 그 영향이 상당 부분 상쇄됩니다.

그렇다고 비율법이 모든 시료에서 가장 정확한 방식이라는 뜻은 아닙니다. 측정 대상 입자, 시료의 색, 필요한 범위, 지정된 시험 방법에 맞춰 선택하십시오. ASTM D7315와 USGS는 이런 방식을 NTRU(백색광), FNRU(근적외) 같은 별도의 단위로 보고합니다.

간단한 교재용 예를 들어 보겠습니다. 산란광 신호가 20, 투과광 신호가 80이면 비율은 0.25입니다. 램프가 어두워져 둘 다 0.8배가 되면 신호는 16과 64가 되지만 비율은 0.25로 그대로입니다.

이번에는 산란광 쪽에만 기포 신호 4가 더해졌다고 해 보겠습니다. 비율은 24 ÷ 80 = 0.30이 됩니다. 비율을 취해도 모든 외란이 보정되는 것은 아니며, 두 신호에 똑같이 작용하는 외란만 상쇄됩니다.

실제 계측기는 자체 광학 배치와 보정 방법까지 포함해 교정됩니다. 단순한 S/T 식만 보고 어느 기종이든 같은 범위를 같은 정확도로 측정한다고 가정하지 말고, 기종별 성능을 비교하십시오.

적분구와 표면 산란

적분구 방식은 내벽에서 빛을 확산 반사하는 구 안에 시료를 통과한 빛을 모읍니다. 한 각도의 산란광만 받는 방식보다 더 넓은 방향의 빛을 모읍니다.

산란 성분과 전체 투과광의 비 등을 이용해 탁도를 평가합니다. 구가 달려 있다는 외형이 아니라 장치가 어떤 빛 성분을 분리해 검출하는지를 보면 원리를 이해할 수 있습니다.

도표 4: 적분구는 확산 반사를 이용해 빛을 모은다

시료를 나온 빛이 구 안에서 반사되며 수광부에 도달합니다. 광로를 이해하기 위한 개념 단면도입니다.

표면 산란 방식은 수면 또는 수면 근처에서 산란된 빛을 보통 위쪽에서 검출하는 구성입니다. 광학부를 시료에 담그지 않는 설계에서는 접액되는 셀 창의 오염을 피할 수 있습니다.

그래도 수면에 거품이나 부유 쓰레기가 남아 있으면 지시값에 영향을 줍니다. 요코가와전기(Yokogawa)의 기포 관련 기술 자료에는 간헐적으로 나타나는 기포를 억제하는 신호 처리와 그 적용 조건이 설명되어 있습니다.

광학부가 비접촉이라고 해서 장치 전체가 보수가 필요 없다는 뜻은 아닙니다. 시료 흐름, 수위, 배수 상태를 안정시키고, 측정면에 거품이 쌓이지 않도록 관리하십시오.

측정 방식 선정

먼저 측정 목적과 필요한 탁도 범위를 정합니다. 먹는물 검사, 원수 변동 감시, 공정수 관리, 탁도가 높은 폐수 감시는 각각 필요한 성능과 제약이 다릅니다.

법령이나 계약으로 측정 방법이 지정되어 있으면 그 방법에 적합한 것이 출발점입니다. 범위가 넓은 계측기라도 지정 방법과 다르면 같은 판정값으로 취급할 수 없습니다.

공정 감시가 목적이라면 정상 운전만이 아니라 기동 시와 이상 시에 얼마나 탁해지는지도 조사하십시오. 정상값에 맞춘 좁은 레인지로는 이상의 정도를 기록할 수 없습니다.

계측기를 교체할 때는 기존 계측기와 새 계측기를 같은 시료로 일정 기간 비교하면 데이터의 연속성을 평가할 수 있습니다. 표준액에서 일치하는 것만으로는 부족하며, 강우나 원료 변경처럼 입자 상태가 실제로 움직이는 시기도 함께 기록하십시오.

비교 결과에 차이가 나면 과거 관리값을 그대로 옮기기 전에 그 값을 정한 측정 방법을 거슬러 확인하십시오. 공정이 변한 것인지, 계측기의 응답이 달라진 것인지 구분하면 잘못된 경보 설정값을 물려받는 일을 막을 수 있습니다.

사양서에는 탁도의 상·하한값뿐 아니라 다음 항목도 적어 두십시오.

• 교정 표준과 광학 방식
• 측정점의 수온과 압력
• 출력 스케일(4–20 mA의 양 끝이 의미하는 값)
• 보수 중 출력의 동작

이 항목이 사양서에 있으면 납품부터 병행 비교 시험까지 같은 조건으로 진행할 수 있습니다.

방식별 비교

아래 표는 각 방식이 읽는 빛과 확인할 조건을 정리한 것입니다.

방식	읽는 빛	주된 용도	확인할 조건
시각 탁도	표준액과 시료의 겉보기	지정 절차에 따른 비교 시험	조명, 배경, 관찰 조건
투과광	직진하는 빛의 감쇠	중~고탁도 감시	색, 창 오염, 광로 길이
산란광	일정 각도로 산란된 빛	저탁도를 포함한 측정	파장, 검출 각도, 다중 산란
적분구	구로 모은 투과·산란 성분	지정된 방법에 따른 시료 측정	구, 광학계, 교정 조건
비율(산란/투과)	산란광과 투과광의 비	색 등의 영향을 줄인 감시	두 신호에 똑같이 작용하지 않는 외란
표면 산란	수면 근처의 산란광	접액 창 없이 하는 연속 측정	거품, 부유 쓰레기, 흐름과 수위

시료에 맞춰 방식을 고르는 기준은 다음과 같습니다.

• 저탁도: 영점 안정성, 외부 광 차단, 셀의 청결이 핵심입니다. 표시 최소 자릿수만 비교하지 말고, 목표값 부근에서 지시값이 얼마나 흔들리는지를 보십시오.
• 고탁도: 빛이 도달하는 거리, 검출기 배치, 침강 속도가 모두 중요합니다. 감시 설계의 일부로, 범위를 넘었을 때 상한값에 머물게 할지 이상 신호로 낼지 정하십시오.
• 착색된 물: 입자가 늘어난 경우와 용존 색소가 늘어난 경우를 나누어 평가하십시오. 보정이 있는 방식도 색이나 입자가 바뀌면 응답이 달라지므로, 평상시 물과 변동 시 물을 모두 시험하십시오.
• 유적이나 플록이 있는 시료: 교반 강도에 따라 시료 상태가 바뀔 수 있습니다. 시험 조건을 기록하고, 채수부터 측정까지의 취급을 일정하게 유지하십시오.

온라인 탁도계의 시료 채취 라인 설계

온라인 탁도계는 센서에 도달한 물만 측정합니다. 시료 채취 라인에서 입자가 가라앉거나 달라붙으면, 탁도계는 공정 본체와는 다른 물을 보게 됩니다.

시료 채취점은 평가하려는 공정의 물이 대표적으로 흐르는 위치에서 고릅니다. 탱크 모서리와 출구 배관은 입자 상태가 다르므로, 설치하기 쉬운지만 보지 말고 정체 구간과 침강 여부를 확인하십시오.

가늘고 긴 채취 배관은 시료가 도착하는 시간을 늦추고 침강·부착 기회도 늘립니다. 거리, 관경, 유량을 함께 계획하고, 세정과 막힘 점검을 위한 경로도 확보하십시오.

도표 5: 시료 채취 라인은 입자의 대표성과 기포 제거를 함께 만족해야 한다

공정 배관에서 분기한 지점부터 배수까지를 하나의 측정계로 관리합니다. 침강, 기포, 체류가 지시값에 영향을 줍니다.

기종별 유량·압력 범위에 맞춰야 하는 개념 계통도입니다. 분리부에서 입자까지 가라앉지 않는 구성으로 설계하십시오.

감압 때 녹아 있던 기체가 빠져나오거나 펌프·이음부로 공기가 들어오면, 기포가 빛을 산란시킵니다. 입자가 늘지 않았는데도 지시값이 일시적으로 높게 나올 수 있습니다.

기포를 없애려면 흐름과 압력을 안정시키고 기종에 맞는 분리 구조를 씁니다. 다만 오래 정치(靜置)해서 입자까지 가라앉히면 측정하려는 탁도 자체가 변합니다.

유량을 늘린다고 모두 해결되는 것도 아닙니다. 지나친 유량은 기포와 불안정한 수면을 부릅니다. 센서의 지정 유량과 압력 범위를 지키고, 그 상태에서 시료가 안정적으로 공급되도록 조정하십시오.

채취 라인의 지연은 경보 응답에도 영향을 줍니다. 배관과 셀의 보유 수량이 크면, 센서 응답이 빨라도 공정 변화가 표시되기까지 대기 시간이 생깁니다.

시험실 분석값과 온라인 값을 비교할 때는 같은 시각에 채취한 쌍끼리 비교하십시오. 채취점에서 셀까지의 지연도 고려해야, 변동 중에 서로 다른 물을 비교하고 "계측기 오차"라고 판단하는 일을 피할 수 있습니다.

탁도계 교정: 포르마진, StablCal 등의 표준

교정은 정해진 표준에 계측기의 응답을 맞추는 일입니다. 시료의 값이 원하는 숫자로 나오도록 조정하는 작업이 아닙니다. 표준의 종류, 값, 로트를 매번 기록하십시오.

1. 청소부터 시작합니다. 광학부와 시료 경로를 닦은 뒤, 지정된 영점수(zero water)에서 지시값이 안정되기를 기다립니다. 창이 오염된 채로 영점을 맞추면 그 오염이 기준에 포함됩니다.
2. 지정된 표준으로 스팬을 맞춥니다. 제조사나 방법이 지정한 표준액 또는 표준판을 씁니다. 흔히 쓰이는 것은 포르마진, 안정화 포르마진(예: Hach StablCal), 폴리스티렌계 입자 표준입니다. 일본의 수돗물 연속 측정 방법에서는 표준판으로 교정하는 것도 인정되는데, 이 경우에도 표준판이 표준액과 일치하는지 확인한 뒤에 사용하십시오.
3. 관리값 부근에서 점검합니다. 영점과 높은 값 두 점이 맞는다고 해서 그 사이에서도 목적에 맞는다는 증명이 되지는 않습니다. 실제로 관리하는 값 부근에서 응답을 확인하십시오.
4. 전후 값을 나누어 기록합니다. 세정 전후와 교정 전후의 값을 따로 남깁니다. 세정만으로 지시값이 복귀했는지, 영점과 감도도 변했는지를 알 수 있어 보수 주기를 정하는 데 쓸 수 있습니다.

표준액 희석

희석으로 표준액 계열을 만들 때는 원액의 값, 취한 부피, 최종 부피를 대응시킵니다. 최종 부피는 물을 가해 표선까지 맞춘 전체 부피입니다.

도표 6: 100도 원액으로 10도 표준액 만들기

원액 10 mL를 취해 전체를 100 mL로 맞추면 10도가 됩니다. 실제 작업에서는 지정된 표준과 절차를 따르십시오.

균일한 현탁과 부피 기준 희석을 가정

C₂ = C₁ × V₁V₂

C₂ = 100 × 10100 = 10도

C₁: 원액의 값(도). C₂: 희석 후의 값(도). V₁: 취한 원액의 부피(mL). V₂: 희석 후 전체 부피(mL). 표준액 조제용 계산이며, 실제 시료의 방식 간 환산에는 쓰지 않습니다.

원액 10 mL에 물 100 mL를 가하면 전체는 100 mL가 아니라 약 110 mL가 됩니다. 표선까지 맞추는 조작과 일정량의 물을 더하는 조작은 서로 다릅니다.

보관 중에 가라앉은 현탁액에서 윗부분만 취하면 표시된 값과 다른 액을 쓰게 됩니다. 지정된 혼합 방법과 사용 기한을 지키고, 용기나 기구로 이물질이 들어가지 않게 하십시오.

원료 시약에서 포르마진을 직접 조제하는 경우에는 위험한 화학물질을 다루게 됩니다. 그중 황산하이드라진(hydrazine sulfate)은 독성이 강하고, 포르마진 자체에도 잔류 황산하이드라진이 들어 있을 수 있습니다. 일반 보수 안내만 보고 조제하지 말고, 지정된 시험 방법, 안전보건자료(SDS), 사업장의 화학물질 취급 절차를 따르십시오.

4–20 mA 스케일링과 경보 설계

계측기가 값을 제어 시스템으로 보낼 때는 표시 범위와 전송 범위가 일치해야 합니다. 4–20 mA를 쓴다면 양 끝이 각각 몇 도(NTU)에 해당하는지를 계측기 쪽과 수신 쪽이 똑같이 알고 있어야 합니다.

가상의 사례로, 0–20도를 4–20 mA로 할당하면 12 mA는 범위의 중간인 10도입니다. 수신 쪽이 0–100으로 설정된 채로라면 같은 12 mA가 50으로 표시됩니다.

단위 라벨도 확인하십시오. 송신기가 포르마진 도로 출력하는데 제어 시스템의 태그가 NTU로 되어 있으면, 숫자는 맞아 보여도 기준이 다릅니다. 신호가 정확하다고 해서 시료 채취나 광학 측정이 정확한 것은 아니므로, 시료 쪽과 신호 쪽을 따로 점검하십시오.

경보를 설정할 때는 다음을 확인하십시오.

• 범위: 정상값만이 아니라 기동 시와 이상 시의 수준도 덮어야 합니다.
• 범위 초과·고장 신호: 출력이 상한값에 머무는지 고장 전류로 바뀌는지 확인하십시오. NAMUR NE 43의 신호 레벨을 쓰는 송신기도 있지만, 실제 전류값은 기기와 설정에 따라 달라지므로 공급업체에 확인하십시오.
• 평균화와 기포 제거: 필터를 강하게 하면 짧은 스파이크는 가려지지만 실제 변화도 늦게 나타납니다. 경보의 목적에 맞춰 응답 시간과 오경보 억제를 조정하십시오.
• 보수 상태: 탁도와 함께 계측기 이상과 세정 상태도 기록하십시오. 제어 시스템에 정상값과 보수 중의 값이 같은 방식으로 남으면, 나중에 수질 변화를 잘못 해석하게 됩니다.
• 순시값: 탁도는 그 시점의 물 상태를 보여 줍니다. 시간으로 적산해도 입자의 질량이 되지 않습니다. 오염물 부하량이 필요하면 유량과 농도를 제대로 정의하십시오.

증상별 탁도 지시값 점검

증상에서 시작해 원인 후보를 좁혀 갑니다. 기포, 오염, 표준, 시료 채취 라인이 대개 가장 먼저 볼 곳입니다.

증상	먼저 확인할 것	메모
짧은 스파이크	기포, 큰 입자의 통과, 외부 광	스파이크가 공정 유량·압력 변화와 겹치면 시료 채취 라인을 의심합니다.
서서히 어긋남	창의 오염·부착물, 표준의 상태, 광원 노후	영점과 스팬을 한꺼번에 다시 맞추면 원인을 잃으므로, 세정 전 지시값을 먼저 기록합니다.
세정 직후에만 낮음	셀에 남은 세정수가 시료를 희석	시료로 되돌린 시각과 안정될 때까지의 시간을 기록하고, 세정 중 값은 따로 표시합니다.
시험실 값과 일정 비율로 어긋남	표준의 기준, 광학 방식, 출력 레인지 설정	감도를 조정하기 전에 양쪽이 같은 양을 재고 있는지부터 확인합니다.
같은 시료에서 반복성이 나쁨	침강, 응집, 셀 방향, 기포	혼합 절차와 측정까지의 대기 시간을 고정합니다.
공정 변경 후에만 관계가 무너짐	입자의 성질이나 색이 변함	계측기 고장이라고 단정하지 말고, 실제 시료의 탁도와 필요한 다른 지표를 함께 다시 측정합니다.

체크리스트: 일본산 탁도계 사양 검토

일본에서 사양서, P&ID, 운전 데이터를 받았을 때 이 목록을 사용하십시오.

• 단위: 도(度), NTU, FNU, FTU, FAU 중 무엇인지, 그 표기가 실제 광학 구성을 반영하는지
• 표준: 카올린, 포르마진, 안정화 포르마진, 폴리스티렌계 입자, 표준판 중 무엇인지
• 광학 방식: 투과, 90° 산란, 비율, 적분구, 표면 산란 중 무엇인지, 광원(백색광 또는 근적외)은 무엇인지
• 방법 근거: JIS K 0102-1, JIS K 0801, 일본의 수돗물 시험 방법, EPA 180.1, ISO 7027-1(한국에서는 KS I ISO 7027-1, 수질오염공정시험기준)
• 범위: 정상, 기동, 이상 수준을 모두 덮는지
• 출력: 4–20 mA 양 끝의 값, 범위 초과 시 동작, 고장 전류, 보수 중 동작
• 제어 시스템: 수신 쪽의 범위와 단위 라벨이 같은지
• 경보: 설정값, 근거로 삼은 방법, 평균화·기포 제거 설정
• 시료 채취 라인: 채취점, 유량·압력 범위, 기포 제거부, 지연 시간, 배수
• 교정: 표준값, 주기, 관리값 부근의 검증, 기록 양식
• SS 표시(사용하는 경우): 상관식, 그 근거가 된 시료, 유효 범위

일본 공급업체에 할 질문

장비가 출하되기 전이나 경보 설정값을 자사 시스템으로 옮기기 전에 다음을 물어보십시오.

• 탁도값은 어떤 표준(카올린, 포르마진, 폴리스티렌)에 기반합니까?
• 계측기는 어떤 측정 원리와 광원을 씁니까? JIS K 0801, ISO 7027-1(대응 KS 포함) 등 어떤 방법에 맞춰 제작되었습니까?
• NTU 또는 FNU로 표시·전송할 수 있습니까? 그렇다면 광학 구성이 바뀝니까, 아니면 표기만 바뀝니까?
• 4 mA와 20 mA는 각각 몇 도(탁도값)에 해당합니까? 범위 초과 시와 고장 시에는 몇 mA를 출력합니까?
• 세정과 교정 중 출력은 어떻게 동작합니까(홀드, 직전 값, 실시간)?
• 권장하는 표준과 교정점은 무엇이며, 주기는 어떻게 됩니까?
• 경보 설정값은 어떻게 정했으며, 어떤 방법과 단위를 근거로 했습니까?
• 계측기가 SS를 mg/L로 표시한다면, 상관식은 어떤 시료로 만들었고 유효 범위는 어디까지입니까?

공급업체 문의 메일 예시

아래 짧은 메일 문안을 상황에 맞게 고쳐 쓰십시오. 괄호 부분은 직접 채우고, 일본어나 영어로 번역해서 보내면 됩니다.

제목: 탁도계 [태그 번호] – 단위, 교정, 4–20 mA 스케일링 확인 요청

[담당자명] 님께

당사는 탁도계 [모델명/태그 번호]를 제어 시스템에 연동하려 하며, 당사 공장은 탁도를 [NTU / FNU]로 관리하고 있습니다. 아래 사항을 확인해 주시기 바랍니다.

1. 사양서의 "도(度)" 값이 기반하는 표준(카올린, 포르마진, 폴리스티렌), 측정 원리, 광원.
2. NTU 또는 FNU로 출력할 수 있는지, 그 경우 광학 구성이 바뀌는지 표기만 바뀌는지.
3. 4 mA와 20 mA에 대응하는 탁도값, 그리고 범위 초과 시·고장 시·보수 중의 출력 전류.
4. 권장하는 교정 표준, 교정점, 교정 주기.
5. 경보 설정값 [값] 도의 설정 근거.

감사합니다.

[성명]
[회사명]

이 글의 한계

• EPA 180.1과 ISO 7027-1의 광학 조건은 공개 자료와 제조사 문서를 요약한 것입니다. 법규 준수나 설계에는 최신 규격 본문을 확인하십시오.
• 법정 시험은 규제 당국이 인정한 방법으로 해야 합니다(한국이라면 환경부 고시 시험기준, 미국이라면 40 CFR에 열거된 방법, 일본의 수돗물이라면 환경대신이 정한 방법). 이 글은 어떤 방법이 귀사 사업장에 적용되는지 판단하지 않습니다.
• JIS K 0801의 현행 판과 요구사항, 그리고 이에 대응하는 KS 규격은 확인하지 못했습니다. 공급업체에 문의하십시오.
• KS I ISO 7027-1이 어느 판의 ISO 7027-1에 대응하는지, 그리고 한국 시험기준의 최신 개정 내용은 한국표준정보망(KSSN)과 환경부 고시에서 직접 확인하십시오.
• 계산 예(SS 상관식, S/T 비율, 4–20 mA 사례)의 식과 숫자는 모두 가상의 값입니다.
• 탁도만으로는 용존 성분을 파악할 수 없습니다. 냉각수와 보일러수는 농축 배수나 블로다운 관리 같은 별도의 관리 항목이 필요합니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

일본의 탁도 1도는 몇 NTU입니까?

모든 물에 통하는 고정된 환산값은 없습니다. 표준과 광학 구성이 같을 때에만 비교할 수 있습니다. 같은 계측기에서 표시 라벨만 바꾸는 경우와, 광원이나 검출 각도가 다른 계측기로 교체하는 경우는 서로 다른 상황입니다.

NTU와 FNU는 같습니까?

수치상으로는 같다고 볼 수 있습니다. ISO 7027-1은 같은 산란광 측정법 안에서 둘을 동등하게 취급합니다. 실제 시료에서는 반드시 그렇지는 않습니다. NTU는 백색광 계측기, FNU는 근적외광 계측기에서 나오며, 입자 크기와 색에 따라 지시값이 달라질 수 있습니다.

탁도의 mg/L는 SS의 mg/L와 같습니까?

같지 않습니다. 카올린 기준의 탁도를 mg/L로 나타낸 값과, 중량법으로 구한 부유물 질량은 서로 다른 양입니다. 탁도에서 SS를 추정하려면 자사 시료로 만든 상관식을 쓰고, 그 유효 범위 안에서만 사용하십시오.

온라인 탁도계가 갑자기 높게 나오는 이유는 무엇입니까?

실제 입자가 늘어난 경우 외에, 기포, 부유 쓰레기, 외부 광, 시료 채취 라인의 변화가 흔한 원인입니다. 같은 시각의 공정 데이터와 스파이크를 대조하고 다시 측정해서, 물의 변화인지 측정상의 문제인지 구분하십시오.

교정은 맞는데 현장 값이 다른 이유는 무엇입니까?

표준액에서 일치해도 실제 입자와 색에 대한 응답이 같다는 보장은 없으며, 이는 방식마다 다릅니다. 채수 시각과 침강도 영향을 주므로, 같은 시료를 같은 조건에서 측정한 뒤 비교하십시오.

출처

• 일본의 탁도 단위(카올린·포르마진 도, 카올린 1 mg/L 정의, EPA 광학 조건): Yokogawa, "탁도의 정의와 단위"(일본어)
• NTU와 FNU의 광학 조건, 단위 명칭, 색 간섭, 규제 방법: US EPA, "Field Turbidity Measurements" 작업 절차(영어)
• 단위 일람(NTU, FNU, FAU, FNRU, FBU)과 지역별 사용: Thermo Fisher Scientific, "Turbidity Units – A Cloudy Issue"(영어)
• USGS 보고 단위: USGS Office of Water Quality Technical Memorandum 2004.03(영어)
• EPA Method 180.1의 범위와 광학 조건: NEMI, EPA-NERL 180.1 method summary(영어), Health Canada, Guideline Technical Document – Turbidity(영어)
• ISO 7027-1의 적용 범위, NTU/FNU 동등성, 범위: ISO 7027-1:2016(영어), Standard Norge, ISO 7027-1:2016(영어)
• ISO 7027의 파장과 검출 각도(2차 자료): Hanna Instruments, HI88713 ISO turbidity meter(영어)
• 천연수에서의 NTU와 FNU: US Bureau of Reclamation / California DWR 메모(영어), Campbell Scientific, 탁도 단위 FAQ(일본어)
• 일본 수돗물의 탁도 기준: 일본 환경성, 수도 수질기준(일본어)
• 일본 수돗물 검사 방법: 고시 제261호, 수질 검사 방법(일본어)
• 한국 먹는물 탁도 기준: 국가법령정보센터, 먹는물 수질기준 및 검사 등에 관한 규칙
• 한국 표준: 한국표준정보망(KSSN), KS I ISO 7027-1, e-나라표준인증, KS I ISO 7027(폐지)
• JIS K 0102 규격군: JEMAI, JIS K 0102 규격군의 통합과 분책(일본어), 일본규격협회, JIS K 0102-1:2021(일본어), JIS K 0102-1 추보 1:2023(일본어)
• 비율법: HORIBA, 광투과산란법(일본어), Yokogawa, 투과산란형 탁도계 기술 자료(일본어)
• 표면 산란형 탁도계와 기포: Yokogawa, 표면 산란형 탁도계의 기포 대책(일본어)
• 탁도와 SS, SS 환산: Yokogawa, 탁도와 SS의 차이(일본어), Kasahara Chemical Instruments, 실제 시료 상관을 이용한 SS 환산(일본어)
• StablCal과 포르마진의 위험성: Hach, StablCal turbidity standard(영어), Hach Method 10258(영어)
• NAMUR NE 43 신호 레벨: Test & Measurement Tips, "What's the difference between live zero and dead zero?"(영어)