환 경 화 학

환 경 화 학

(Environmental Chemistry)

충북대학교 환경공학과

담당교수: 임동희 교수, E8-10동 803호

E-mail: limkr@cbnu.ac.kr

학습 목표

6장 물 오염물질과 물 오염 (On-line class: Ch.6-4)

 생물학적 산소요구량(BOD)

 이론적 산소요구량(ThOD)

 중요 개념 정리

4. 생물학적 산소요구량(BOD)

정의

① 20 , 5일간 호기성 미생물이 수중의 유기물질을 분해/산화할 때 소비하는 산소의 양

의미

① 유기물이 많으면 오염된 수질인데, 유기물을 직접 정량 하는 건 한계가 있기에 소비되는 산소량을 정량하여 유기물의 양으로서 대표하는 지표 종류

① 1단계 BOD: 탄소 화합물을 분해하는데 요구된 산소량

② 2단계 BOD: 질소 화합물을 분해하는데 요구된 산소량

즉, 시료 속에 글리신과 같은 유기질소 화합물이 있다면 산소소비는 유기물 분해에 의해서도 일어나지만 질산화에 의해서도 일어난다.

4. 생물학적 산소요구량(BOD)

C₂H₅O₂

N + 3/2 O

1단계: C₂H₅O₂

N (글리신) 유기질소 화합물이 호기성 미생물에 의해 산화됨

NH₃ + 3/2 O₂  H⁺ + NO₂^‒ + H₂O (질산화 1단계: 질소 산화) 2단계: 호기성 상태가 계속 유지가 되면 질산화 박테리아 (nitrosomonas,

nitrobacter)에 의해 NH₃가 2단계에 걸쳐 산화된다.

NO₂^‒ + 1/2 O₂  NO₃^‒ (질산화 2단계)

nitrosomonas

nitrobacter

 두 반응식을 합하면

NH₃ + 2 O₂  H⁺ + NO₃^‒ + H₂O

4. 생물학적 산소요구량(BOD)

 수중 질소의 순환

단백질  아미노산(유기질소화합물)  NH₃-N (암모니아성 질소)

 NO₂^‒-N (아질산성 질소)  NO₃^‒-N (질산성 질소)

②

①

④

③

•

• ③, ④ 단계: 질산화 단계

•

혐기성 상태 되면 혐기성 미생물에 의해 NO

• 한 가지 질소만 발견  일시적 오염

• 다양한 질소 종류 발견  오래 전부터 계속적인 오염

ex) 수중에 질산성 질소(NO ^‒)만 발견되었다  오래 전에 일시적으로 오염

4. 생물학적 산소요구량(BOD)

(1) 1단계 BOD = BOD_u = BOD₂₀ = BOD₅

K

(3) 1단계 + 2단계 BOD =

ThOD

NBOD: nitrogenous BOD

NOD: nitrogenous oxygen demand CBOD: carbonaceous BOD

1단계 2단계

(미생물에 의한 산소소모량은 시간에 따라 증가)

BOD_u (최종산소요구량)

4. 생물학적 산소요구량(BOD)

 즉, 시료 속에 글리신과 같은 유기질소 화합물이 있다면 산소소비는 유기물 분해에 의해서도 일어나지만 질산화에 의해서도 일어난다.

 BOD에서 언급하는 BOD 값은 1단계 BOD를 말한다.



2단계 BOD가 시간이 경과한 후에 일어나고 그 기간은 시료마다 차이

 BOD 분석 중 질산화가 일어나면 BOD 수치의 과대 평가 발생

 따라서 5일 산소소비량을 기준으로 BOD 결정



BOD

(최종산소요구량)

K

(문제1) Glucose 300mg/L가 완전 산화하는데 필요한 이론적 산소요구량은?

ThOD 계산문제

180g 300mg/L

6 32g X (mg/L)

X (=ThOD) = 320mg/L

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(Environmental Chemistry)

충북대학교 환경공학과

담당교수: 임동희 교수, E8-10동 803호

E-mail: limkr@cbnu.ac.kr

학습 목표

6장 물 오염물질과 물 오염 (On-line class: Ch.6-5)

 하천에 유입된 오염물질 농도 변화

 BOD

(5일 동안 소비된 BOD)

 중요 개념 정리

t 일 후

 하천에서 유기물 유입 후 흘러갈 때 자정작용에 의한 BOD 감소

개요: 하천에 유기물이 유입되면, 흘러 내려가는 동안 하천의

최초 유기물(L₀: BOD로서 표현된 유기물농도) 이 하천에 유입 후 하천 자정작용에 의해 분해되고, 시간 t 가 지난 후의 유기물 농도가 L 이라는 의미

(공식 유도)

 하천에서 유기물 유입 후 소비된 BOD

t 시간 동안 소비된 BOD = ?

 처음 BOD =

 t 일 뒤의 (남아 있는) BOD =

앞서:

BOD

(5일 동안 소비된 BOD)

탈산소계수( )의 베이스에 따라 자연대수( ) 또는 상용대수( )

 하천에서 유기물 유입 후 소비된 BOD

t 시간 동안 소비된 BOD = ?

 처음 BOD =

 t 일 뒤의 (남아 있는) BOD = 앞서:

소비된 BOD

5일 동안 소비된 BOD

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(Environmental Chemistry)

충북대학교 환경공학과

담당교수: 임동희 교수, E8-10동 803호

E-mail: limkr@cbnu.ac.kr

학습 목표

6장 물 오염물질과 물 오염 (On-line class: Ch.6-6)

 화학적 산소요구량(COD)

 COD 측정 방법 및 계산식 이해

 중요 개념 정리

5. 화학적 산소요구량(COD)

COD 측정방법

 시료를 황산(H₂SO₄) 산성으로 하여 과망간산칼륨(KMnO₄) 일정 과량을 넣고 30분간 수욕상에서 가열반응 시킨 후, 유기물의 산화에 소비된 과 망간산칼륨의 양으로 부터 이에 상당하는 산소의 양(mg/L) 측정

① 시료의 유기물을 일정 과량의 과망간산칼륨(KMnO₄) 으로 산화시킴

② 남은 과망간산칼륨을 일정 과량의 수산나트륨(Na₂C₂O₄)으로 환원시킴

③ 남은 수산나트륨을 과망간산칼륨으로 역적정함으로써 유기물 산화에 소모된 과망간산칼륨의 양 구함

④ 유기물 산화에 소모된 과망간산칼륨 양에 상당하는 산소의 양 계산

실험 순서

COD 측정방법

① 시료의 유기물을 일정 과량의 과망간산칼륨(KMnO₄) 으로 산화시킴

② 남은 과망간산칼륨을 일정 과량의 수산나트륨(Na₂C₂O₄)으로 환원시킴

③ 남은 수산나트륨을 과망간산칼륨으로 역적정함으로써 유기물 산화에 소모된 과망간산칼륨의 양 구함

④ 유기물 산화에 소모된 과망간산칼륨 양에 상당하는 산소의 양 계산

역적정 _KMnO

4

유기물 = 반응 KMnO₄

10mL

5. 화학적 산소요구량(COD)

COD 측정방법

① 시료의 유기물을 일정 과량의 과망간산칼륨(KMnO₄) 으로 산화시킴

② 남은 과망간산칼륨을 일정 과량의 수산나트륨(Na₂C₂O₄)으로 환원시킴

③ 남은 수산나트륨을 과망간산칼륨으로 역적정함으로써 유기물 산화에 소모된 과망간산칼륨의 양 구함

④ 유기물 산화에 소모된 과망간산칼륨 양에 상당하는 산소의 양 계산

역적정 _KMnO

4

유기물 = 반응 KMnO₄ 잔류 KMnO₄ Na₂C₂O₄

10mL

10mL

5. 화학적 산소요구량(COD)

COD 측정방법

① 시료의 유기물을 일정 과량의 과망간산칼륨(KMnO₄) 으로 산화시킴

② 남은 과망간산칼륨을 일정 과량의 수산나트륨(Na₂C₂O₄)으로 환원시킴

③ 남은 수산나트륨을 과망간산칼륨으로 역적정함으로써 유기물 산화에 소모된 과망간산칼륨의 양 구함

④ 유기물 산화에 소모된 과망간산칼륨 양에 상당하는 산소의 양 계산

역적정 _KMnO

4

유기물 = 반응 KMnO₄ 잔류 KMnO₄

Na₂C₂O₄

반응 Na₂C₂O₄

10mL

10mL

5. 화학적 산소요구량(COD)

COD 측정방법

① 시료의 유기물을 일정 과량의 과망간산칼륨(KMnO₄) 으로 산화시킴

② 남은 과망간산칼륨을 일정 과량의 수산나트륨(Na₂C₂O₄)으로 환원시킴

③ 남은 수산나트륨을 과망간산칼륨으로 역적정함으로써 유기물 산화에 소모된 과망간산칼륨의 양 구함

④ 유기물 산화에 소모된 과망간산칼륨 양에 상당하는 산소의 양 계산

역적정 _KMnO

4

유기물 = 반응 KMnO₄ 잔류 KMnO₄

Na₂C₂O₄

잔류 Na₂C₂O₄ 반응 Na₂C₂O₄ 적정 KMnO₄

10mL

10mL

bmL

5. 화학적 산소요구량(COD)

바탕시험

잔류 KMnO₄ 반응 Na₂C₂O₄

KMnO₄ 10mL

Na₂C₂O₄ 10mL

b: 본 시험 역적정에 소비된 0.025N-KMnO₄ (mL) a: 바탕 시험의 적정에 소비된 0.025N-KMnO₄ (mL) f: 0.025N-KMnO₄ 용액의 역가(factor)

V: 시험에 사용한 시료의 양(mL) 1000: 부피 단위 환산(L  mL)

0.2: 0.025N-KMnO 용액 1mL에 상당하는 산소의 양(0.2mg)

 적정 KMnO₄ a mL

5. 화학적 산소요구량(COD)

5. 화학적 산소요구량(COD)

역가(Factor; 또는 규정도계수(normality factor)

 표준용액을 만들 때 표준시약을 사용하더라도 칭량을 정확하게 하지 못하면 원하는 노르말 농도가 되지 않고 실제 노르말 농도가 되기에, 이를 보정

ex) 0.025N-Na₂C₂O₄(수산나트륨) 표준용액 10.0mL에 대하여 0.025N-

KMnO₄ 용액으로 적정한 결과, 적정소비량은 10.4mL 였다. 이때 0.025N- KMnO₄ 표준적정액의 역가(factor)는?

KMnO₄의 실제 농도는 표시된 0.025N 보다 더 묽다는 의미

(COD 추가 내용)

수산나트륨(Na

C

O

) = 옥살산나트륨(sodium oxalate)

(COD 추가 내용)

실험 최종 단계: 역적정

잔류한 Na₂C₂O₄양을 정량하기 위해 KMnO₄를 사용하여 분석액이 옅은

홍색이 될 때까지 가한다. (무색  옅은 홍색으로 변함)

2MnO

적정완료