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1 환경화학 (Environmental Chemistry) 충북대학교환경공학과 담당교수 : 임동희교수, E8-10 동 803 호 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 1

2 학습목표 6 장물오염물질과물오염 (On-line class: Ch.6-4) 중요개념정리 생물학적산소요구량 (BOD) 이론적산소요구량 (ThOD) 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 2

3 4. 생물학적산소요구량 (BOD) (Biochemical Oxygen Demand) 정의 1 20, 5일간호기성미생물이수중의유기물질을분해 / 산화할때소비하는산소의양의미 1 유기물이많으면오염된수질인데, 유기물을직접정량하는건한계가있기에소비되는산소량을정량하여유기물의양으로서대표하는지표종류 1 1단계 BOD: 탄소화합물을분해하는데요구된산소량 2 2단계 BOD: 질소화합물을분해하는데요구된산소량즉, 시료속에글리신과같은유기질소화합물이있다면산소소비는유기물분해에의해서도일어나지만질산화에의해서도일어난다. 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 3

4 4. 생물학적산소요구량 (BOD) (Biochemical Oxygen Demand) 1 단계 : C 2 H 5 O 2 N ( 글리신 ) 유기질소화합물이호기성미생물에의해산화됨 C 2 H 5 O 2 N + 3/2 O 2 2CO 2 + H 2 O + NH 3 2단계 : 호기성상태가계속유지가되면질산화박테리아 (nitrosomonas, nitrobacter) 에의해 NH 3 가 2단계에걸쳐산화된다. nitrosomonas NH 3 + 3/2 O 2 H + + NO 2 + H 2 O ( 질산화 1단계 : 질소산화 ) NO 2 + 1/2 O 2 NO 3 ( 질산화 2단계 ) nitrobacter 두반응식을합하면 NH O 2 H + + NO 3 + H 2 O 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 4

5 4. 생물학적산소요구량 (BOD) (Biochemical Oxygen Demand) 수중질소의순환 1 2 단백질 아미노산 ( 유기질소화합물 ) NH 3 -N ( 암모니아성질소 ) NO 2 -N ( 아질산성질소 ) NO 3 -N ( 질산성질소 ) 3 4 호기성상태에서위의질소순환과정거침 3, 4 단계 : 질산화단계 혐기성상태되면혐기성미생물에의해 NO 3 의결합산소를탈질산화미생물이사용을해서다시 NO 2, N 2 로환원시켜대기중으로방출 탈질산화 한가지질소만발견 일시적오염 다양한질소종류발견 오래전부터계속적인오염 ex) 수중에질산성질소 (NO 3 ) 만발견되었다 오래전에일시적으로오염 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 5

6 4. 생물학적산소요구량 (BOD) (Biochemical Oxygen Demand) ( 미생물에의한산소소모량은시간에따라증가 ) 2 단계 1 단계 BOD u ( 최종산소요구량 ) NBOD: nitrogenous BOD NOD: nitrogenous oxygen demand CBOD: carbonaceous BOD (1) 1 단계 BOD = BOD u = BOD 20 = BOD 5 K = BDCOD (2) 2 단계 BOD = NBOD = NOD (3) 1 단계 + 2 단계 BOD = ThOD ( 이론적산소요구량, Theoretical Oxygen Demand) 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 6

7 4. 생물학적산소요구량 (BOD) (Biochemical Oxygen Demand) 즉, 시료속에글리신과같은유기질소화합물이있다면산소소비는유기물분해에의해서도일어나지만질산화에의해서도일어난다. BOD 에서언급하는 BOD 값은 1 단계 BOD 를말한다. 2 단계 BOD 가시간이경과한후에일어나고그기간은시료마다차이가있지만보통 7~8 일전후. BOD 분석중질산화가일어나면 BOD 수치의과대평가발생 따라서 5 일산소소비량을기준으로 BOD 결정 BOD u ( 최종산소요구량 ) 1.5 BOD 5 (5 일산소요구량 ) BOD u = BOD 20 = K BOD 5 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 7

8 ThOD 계산문제 ( 문제 1) Glucose 300mg/L 가완전산화하는데필요한이론적산소요구량은? 180g 300mg/L 6 32g X (mg/l) X (=ThOD) = 320mg/L 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 8

9 환경화학 (Environmental Chemistry) 충북대학교환경공학과 담당교수 : 임동희교수, E8-10 동 803 호 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 9

10 학습목표 6 장물오염물질과물오염 (On-line class: Ch.6-5) 중요개념정리 하천에유입된오염물질농도변화 BOD 5 (5 일동안소비된 BOD) 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 10

11 하천에서유기물유입후흘러갈때자정작용에의한 BOD 감소 개요 : 하천에유기물이유입되면, 흘러내려가는동안하천의자정작용에의해유기물이분해되어하천이정화됨 ( 공식유도 ) t 일후잔존유기물 (BOD) 최초유기물 (L 0 : BOD 로서표현된유기물농도 ) 이하천에유입후하천자정작용에 의해분해되고, 시간 t 가지난후의유기물농도가 L 이라는의미 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 11

12 하천에서유기물유입후소비된 BOD 앞서 : t 시간동안소비된 BOD =? 처음 BOD = t 일뒤의 ( 남아있는 ) BOD = 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 12

13 하천에서유기물유입후소비된 BOD 앞서 : t 시간동안소비된 BOD =? 소비된 BOD 처음 BOD = t 일뒤의 ( 남아있는 ) BOD = 5 일동안소비된 BOD BOD 5 (5 일동안소비된 BOD) 탈산소계수 ( ) 의베이스에따라자연대수 ( ) 또는상용대수 ( ) 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 13

14 환경화학 (Environmental Chemistry) 충북대학교환경공학과 담당교수 : 임동희교수, E8-10 동 803 호 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 14

15 학습목표 6 장물오염물질과물오염 (On-line class: Ch.6-6) 중요개념정리 화학적산소요구량 (COD) COD 측정방법및계산식이해 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 15

16 5. 화학적산소요구량 (COD) (Chemical Oxygen Demand) COD 측정방법 시료를황산 (H 2 SO 4 ) 산성으로하여과망간산칼륨 (KMnO 4 ) 일정과량을넣고 30분간수욕상에서가열반응시킨후, 유기물의산화에소비된과망간산칼륨의양으로부터이에상당하는산소의양 (mg/l) 측정 실험순서 1 시료의유기물을일정과량의과망간산칼륨 (KMnO 4 ) 으로산화시킴 2 남은과망간산칼륨을일정과량의수산나트륨 (Na 2 C 2 O 4 ) 으로환원시킴 3 남은수산나트륨을과망간산칼륨으로역적정함으로써유기물산화에소모된과망간산칼륨의양구함 4 유기물산화에소모된과망간산칼륨양에상당하는산소의양계산 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 16

17 5. 화학적산소요구량 (COD) (Chemical Oxygen Demand) COD 측정방법 1 시료의유기물을일정과량의과망간산칼륨 (KMnO 4 ) 으로산화시킴 2 남은과망간산칼륨을일정과량의수산나트륨 (Na 2 C 2 O 4 ) 으로환원시킴 3 남은수산나트륨을과망간산칼륨으로역적정함으로써유기물산화에소모된과망간산칼륨의양구함 4 유기물산화에소모된과망간산칼륨양에상당하는산소의양계산 역적정 KMnO 4 유기물 = 반응 KMnO 4 10mL 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 17

18 5. 화학적산소요구량 (COD) (Chemical Oxygen Demand) COD 측정방법 1 시료의유기물을일정과량의과망간산칼륨 (KMnO 4 ) 으로산화시킴 2 남은과망간산칼륨을일정과량의수산나트륨 (Na 2 C 2 O 4 ) 으로환원시킴 3 남은수산나트륨을과망간산칼륨으로역적정함으로써유기물산화에소모된과망간산칼륨의양구함 4 유기물산화에소모된과망간산칼륨양에상당하는산소의양계산 역적정 KMnO 4 유기물 = 반응 KMnO 4 잔류 KMnO 4 Na 2 C 2 O 4 10mL 10mL 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 18

19 5. 화학적산소요구량 (COD) (Chemical Oxygen Demand) COD 측정방법 1 시료의유기물을일정과량의과망간산칼륨 (KMnO 4 ) 으로산화시킴 2 남은과망간산칼륨을일정과량의수산나트륨 (Na 2 C 2 O 4 ) 으로환원시킴 3 남은수산나트륨을과망간산칼륨으로역적정함으로써유기물산화에소모된과망간산칼륨의양구함 4 유기물산화에소모된과망간산칼륨양에상당하는산소의양계산 역적정 KMnO 4 유기물 = 반응 KMnO 4 잔류 KMnO 4 10mL Na 2 C 2 O 4 반응 Na 2 C 2 O 4 10mL 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 19

20 5. 화학적산소요구량 (COD) (Chemical Oxygen Demand) COD 측정방법 1 시료의유기물을일정과량의과망간산칼륨 (KMnO 4 ) 으로산화시킴 2 남은과망간산칼륨을일정과량의수산나트륨 (Na 2 C 2 O 4 ) 으로환원시킴 3 남은수산나트륨을과망간산칼륨으로역적정함으로써유기물산화에소모된과망간산칼륨의양구함 4 유기물산화에소모된과망간산칼륨양에상당하는산소의양계산 역적정 KMnO 4 유기물 = 반응 KMnO 4 잔류 KMnO 4 Na 2 C 2 O 4 잔류 Na 2 C 2 O 4 반응 Na 2 C 2 O 4 bml 적정 KMnO 4 10mL 10mL 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 20

21 5. 화학적산소요구량 (COD) (Chemical Oxygen Demand) 바탕시험 시료성분분석하기위하여비교조건이외의나머지 환경을동일하게만들어실험 KMnO 4 10mL 잔류 KMnO 4 Na 2 C 2 O 4 10mL a ml 적정 KMnO 4 반응 Na 2 C 2 O 4 b: 본시험역적정에소비된 0.025N-KMnO 4 (ml) a: 바탕시험의적정에소비된 0.025N-KMnO 4 (ml) f: 0.025N-KMnO 4 용액의역가 (factor) V: 시험에사용한시료의양 (ml) 1000: 부피단위환산 (L ml) 0.2: 0.025N-KMnO 4 용액 1mL에상당하는산소의양 (0.2mg) 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 21

22 5. 화학적산소요구량 (COD) (Chemical Oxygen Demand) 역가 (Factor; 또는규정도계수 (normality factor) 표준용액을만들때표준시약을사용하더라도칭량을정확하게하지못하면원하는노르말농도가되지않고실제노르말농도가되기에, 이를보정 ex) 0.025N-Na 2 C 2 O 4 ( 수산나트륨 ) 표준용액 10.0mL에대하여 0.025N- KMnO 4 용액으로적정한결과, 적정소비량은 10.4mL 였다. 이때 0.025N- KMnO 4 표준적정액의역가 (factor) 는? KMnO 4 의실제농도는표시된 0.025N 보다더묽다는의미 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 22

23 (COD 추가내용 ) 수산나트륨 (Na 2 C 2 O 4 ) = 옥살산나트륨 (sodium oxalate) 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 23

24 (COD 추가내용 ) 실험최종단계 : 역적정 잔류한 Na 2 C 2 O 4 양을정량하기위해 KMnO 4 를사용하여분석액이 옅은홍색이될때까지가한다. ( 무색 옅은홍색으로변함 ) 2MnO 4 + 5C 2 O H + 2Mn CO 2 + 8H 2 O 적정완료 충북대학교환경공학과환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 24

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