환경기능사 필기 시험 대비 - 수질오염지표, COD 계산

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환경기능사 자격증 필기시험 대비 요약

수질오염지표

COD 계산(과망가나즈산칼륨법)

 

각각의 개념을 확실히 알고 많은 문제를 풀어보아야 할 것 같습니다. 

이론적 COD는 화학반응식과, 기본적인 원자량을 알아야 합니다.

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환경기능사 용어 정리

 

KMnO4(과망간산칼륨, 과망가니즈산칼륨) - 분석에서는 과망간산염 적정에 이용한다.  사카린 등의 유기합성, 표백,  화약 시간 지연 원료,  살균제, 수렴약으로 외용한다.  해독제로서 위세정에 사용하는 일이 있다(카멜레온액). 유기물, 산화되기 쉬운 것에 접촉하지 않도록 밀폐하고 빛을 차단해 저장한다.

 

용존산소(Dissolved Oxygen, DO) - 물 또는 용액 속에 녹아있는 분자 상태의 산소의 양을 의미한다. 보통 물 1L 중의 산소량을 부피(ml) 또는 무게(mg)로 표시한다.  온도 및 염분이 낮을수록, 그리고 기압이 높을수록 용존산소량은 많아진다.

 

적정(titration) - 정량분석에서 일정한 부피의 시료용액 내에 존재하는 알고자 하는 물질의 전량을, 이것과 반응하는 데 필요한 이미 알고 있는 농도의 시약의 부피를 측정하여 그 양으로부터 알고자 하는 물질의 양을 구하는 법.

 

식종 - BOD를 측정하고자 할 때 시료가 소독, 살균된 상태이거나 화학적 처리를 거친 경우, 호기성 세균이 없는 산업폐수 등의 시료의 BOD를 측정할 때에는 호기성 미생물을 첨가하여야 하여 발효 작용을 활발히 진행하도록 하는 것

 

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■ 이론적 COD 계산

- 반응식의 분자량으로 COD 계산

- 각각의 요소에 대한 분자량이 주어진다면 좋겠지만 분자량이 주어지지 않고 문제가 나오면 머리 아픕니다. 게다가 분자식을 주지도 않으면 더 머리 아프게 됩니다.

이론적 COD 계산법

 

 

■ 문제,  에탄올의 농도가 250mg/L 인 폐수의 이론적 산소요구량은?

일단 분자식이 없습니다. 반응식도 없습니다. 분자량도 안 줍니다.
심지어 COD라는 표기도 없습니다.

에탄올,  화학식은 C2 H5 OH,  분자량은  46입니다.
 =  C 2개  12x2 = 24
 =  H 6개  1x6 = 6
 =  O 1개 = 16x1 = 16

반응식 (탄소, 2개)
 = C + O2  = CO2
 = 2C  + 2O2  = 2CO2 

반응식 (H,  6개) 
 = H2 + O = H2O
 = 3H2 + 3O = 3 H2 O

전체 반응식 
  - O가 7개 필요하지만 자체에 1개를 갖고 있어 6개만 필요하다.
  - 산소는 O2로 투입된다(3O2가 반응한다)
  - 반응식을 구했으면 분자량과 농도의 비교식으로 풀면 된다.

  = C2 H5 OH + 3O2 -> 2CO2 + 3 H2 O
  = 46 : 96 = 250mg : X(COD)
 
COD(X) = (96 x 250) / 46
COD(X) = 521.739 mg/L

 

 

■ 문제,  메탄올의 농도가 125mg/L 인 폐수의  화학적 산소요구량은?

에탄은 C2 H6 + O = C2 H5 OH(에탄올)

메탄은 CH4 + O = CH3 OH(메탄올)

CH3 OH  ( C , H4 , O ) = 32
C + O2  = CO2
4H + 2O = 2(H2O)

= CH3OH + 2O2 -> CO2 + 2 H2 O
= 32 : 64 = 125 : X (COD)
           X = (64 x 125) / 32
COD(X) = 250 mg/L

 

 

■ 문제,  3kg의 박테리아(C5H7O2N)을 완전 산화 시(질소는 전부 암모니아로 무기화 된다) 이때  필요한 산소량?

 

 이론적 COD를 구하는 거죠.

 N의 원자량 14와 암모니아의 분자식(NH3)을 알면 되죠

박테리아 C5 H7 O2 N, 분자량 = 113

    먼저 N을 암모니아로 반응시켜야죠  

    N + H3  = NH3  ( N 1개, H 3개 사용)
    C5 + O10= 5CO2 로 반응 ( O, 10개 필요) 
    H4 = 2H2O ( ( O, 2개 필요) 
  (O가 전체 12개 필요한데 박테리아에 2개가 있으니 10개가 필요)

반응식,  C5 H7 O2 N + 5O2 => NH3 + 5CO2 + 2H2O

    113(박테리아) : 160(산소량) = 3kg : X (COD)
    X = 160 x 3 /113 = 4.247
    COD(X) = 4.25kg

 

 

■ 문제,  C2H5OH,  물 1L에  92g이 녹아 있을 때 COD(g/L)값은?

  이렇게 친절하게 분자식을 주면 쉽죠.

C2 H5 OH 는 알콜, 에탄올이죠. 분자량 = 46

반응식1.   C + O2  = CO2, 
             = 2C + O4  = 2CO2 
                 (C 2개는 O 4개 반응)

반응식2,   H2 + O = H2O
              =  H6 + O3 =  3H2O
                ( H 6개는 O 3개 반응)
            
전체반응식,  C2 H5 OH + 3O2 - > 2CO2 + 3H2O
 (에탄올에 있는 산소원자 1개 사용하므로 실제로 산소요구량은 6개)

  45 : (16 X 6) = 92g : X (COD)
            X  =  (16 x 6 ) x 92  / 46
  COD(X) = 96 X 92 / 46  = 192g/L

 

 

■ COD 측정법의 종류는?

다이크로뮴산 칼륨(K2Cr2O7)법

과망간산칼륨(KMnO4) 법

산성 과망간산칼륨 법(가열 30분, 시료 2,000mL 이하)

알칼리성 과망간산칼륨 법(가열 60분, 시료 2,000mL 이상)

 

지표수 내의 유기화합물은 산성 조건하에 강한 산화제인 과망가니즈산 칼륨에 의해 이산화탄소로 산화되는데 이때 소모된 과망가니즈산 칼륨의 양이 많다는 것은 하수, 분뇨, 공장폐수 등 유기물이 다량 함유된 오수에 의해 오염되었다는 것을 의미한다.

 

 

■ 산성 과망간산칼륨 법의 간섭 물질

염소이온은 과망간산에 의해 정량적으로 산화되어 야의 오차를 유발한다. '황산은'을 첨가하여 염소이온의 간섭을 제거한다.

 

 

 

■ COD 측정법의 특징은?

미생물에 의해 분해되지 않는 물질도 측정이 가능

BOD 시험보다 결과를 빨리 확인

우리나라는 알칼리성 100℃ 과망간산칼륨 법을 사용

 

 

■ COD 측정 공식

COD 측정법

 

■ 문제,  폐수의 COD를 측정하기 위해 산성 100℃ 과망간산칼륨 법으로 측정,

바탕 시험 적정에 소비된  0.025N의 용액이 0.1mL,

시료 적정에 소비된 0.025N의 과망간산칼륨 용액이 5.1mL 일 때

(0.025N의 과망간산칼륨의 역가는 1.0 사용 시료량은 100mL) COD는?

(b - a ) x f   x  (1000/ v) x 0.2
 b = 0.1,  a = 5.1 , f =1 , v = 100
  = (5.1 - 0.1) x 1 x 1000/100 x 0.2
  = 5 x 10 x 0.2
  = 10mg/L

f 값, 역가는 항상 1로 주어지는 건가?
시료 적정에 소비된 량이 많은 게 당연하다.

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가능하면 BOD, COD의 개념을 확실히  이해하고 문제를 접하는 게 좋을 듯합니다. 개념의 정립 없이 무조건 외우는 건 안 되는 것 같습니다. BOD, COD 문제는 수질관리의 핵심이니 정확히 이해시면 시험에 도움이 될 겁니다.

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COD
Chemical Oxygen Demand
화학적 산소요구량 - 오염물질을 산화제로 산화하여 분해하는데 필요한 산소량

주로 폐수중의 유기물에 의해 소비되는 산소량을 mg/L, ppm으로 나타낸 것이다. 폐수 기준 및 환경 기준에서는 세 가지의 측정법 중 COD값 측정 방법으로, 100℃에서 과망간산칼륨에 의한 산소 소비량 측정법을 지정하고 있다. 그 측정법은 검수에 과망간산칼륨의 일정 과잉량을 가해 일정 시간 가열 반응시킨 후, 소비된 과망간산칼륨에서 산소의 양을 구하는 것이다. 유기물, 아질산염, 황화물 등과 같은 오염물질

 

 

 

KMnO4(과망간산칼륨) 소비량 측정법

산성 과망간산칼륨 법(가열 30분, 시료 2,000mL 이하)

알칼리성 과망간산칼륨 법(가열 60분, 시료 2,000mL 이상)

 

지표수의 유기화합물은 산성 조건하에 강한 산화제인 과망가니즈산 칼륨에 의해 이산화탄소로 산화되는데 이때 소모된 과망가니즈산 칼륨의 양에 대응하는 산소의 량을 측정하는 COD 측정법이다. 과망가니즈산칼륨의 소비량이 많으면 하수, 폐수 등이 유기물이 다량 함유된 오수에 의해 오염되었다는 것을 말한다.

 

 

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