용존산소(DO) 적정법을 이용한 수질오염공정시험

문서 내 토픽

1. 용존산소(DO)의 정의 및 영향 요인

용존산소(DO)는 물 또는 용액 속에 녹아있는 분자상태의 산소의 양을 의미하며 주로 ppm 단위를 사용한다. DO의 양은 수온, 기압, 물 속 유기물의 양에 따라 달라지는데, 수온이 높아지면 양이 적어지고 공기 중 산소가 많아지면 증가한다. 물 속 식물의 광합성량이 증가할수록 DO는 커지며, 수심이 얕고 유속이 빠를 때 DO가 증가한다. 하천 상류의 깨끗한 물에는 거의 포화에 가까운 DO가 들어 있으나 오염물질로 인해 양이 점점 적어진다.
2. 수질과 용존산소의 관계

물의 자정작용과 수중생물의 생육에 있어서 용존산소는 필수적이다. DO가 2ppm 이하인 경우 물에서 악취가 나며, 4ppm 이하인 경우 물고기가 서식할 수 없다. 미생물들은 하천의 유기물 증가 시 용존산소를 소비하며 유기물을 분해한다. 용존산소가 부족하면 유기물이 분해되지 않아 수질이 오염될 수 있고, 분해가 너무 빨리 진행되면 혐기성 분해가 일어나 해로운 가스가 발생해 수질이 악화된다.
3. 산화-환원 반응 및 적정법

산화-환원 반응은 서로 다른 화합물 간에 전자가 이동하는 화학 반응이다. 전자를 잃는 화합물은 산화되고, 전자를 얻는 화합물은 환원된다. 적정은 이미 농도를 알고 있는 표준 용액을 이용하여 미지 농도의 용액 속 용질과 완전히 반응시키기 위해 소모된 표준 용액의 양을 측정함으로써 분석물의 농도를 알아내는 정량 분석법이다. 산화-환원 적정은 표준액의 색 또는 지시약의 변색을 통해 확인된다.
4. 용존산소 적정법의 원리 및 실험 방법

용존산소 측정은 시료에 황산망간과 알칼리성 요오드칼륨용액을 넣어 생기는 수산화제일망간이 시료 중의 용존산소에 의해 산화되어 수산화제이망간으로 되고, 황산 산성에서 용존산소량에 대응하는 요오드를 유리한다. 유리된 요오드를 티오황산나트륨으로 적정하여 용존산소의 양을 정량한다. 실험 전에 시료가 착색되거나 현탁된 경우, 미생물 플록이 형성된 경우, 산화성 물질이 공존할 경우 전처리를 수행해야 한다.

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1. 주제1 용존산소(DO)의 정의 및 영향 요인

용존산소는 수중 생태계의 건강성을 나타내는 중요한 지표입니다. DO는 물에 녹아있는 산소의 양을 의미하며, 수온, 기압, 염분 농도 등 다양한 환경 요인에 의해 영향을 받습니다. 특히 수온이 높을수록 DO 포화도가 낮아지는 반비례 관계는 하천과 호수의 수질 관리에서 매우 중요합니다. 대기와의 접촉, 수생식물의 광합성, 미생물의 호흡 등이 DO 농도를 결정하는 주요 요소입니다. 이러한 영향 요인들을 정확히 이해하는 것은 수질 오염 예방 및 수생 생물 보호에 필수적입니다.
2. 주제2 수질과 용존산소의 관계

용존산소는 수질의 질을 평가하는 가장 기본적인 매개변수 중 하나입니다. DO 농도가 낮으면 혐기성 미생물이 번식하여 악취와 유독 가스가 발생하고, 수생 생물의 생존이 위협받습니다. 일반적으로 DO 5mg/L 이상이 건강한 수질의 기준이며, 3mg/L 이하는 대부분의 어류가 생존하기 어려운 상태입니다. 유기물 오염이 심한 지역에서는 미생물의 분해 과정에서 산소가 급속도로 소비되어 DO가 급격히 감소합니다. 따라서 DO 측정은 수질 오염 정도를 신속하게 파악할 수 있는 효율적인 방법입니다.
3. 주제3 산화-환원 반응 및 적정법

산화-환원 반응은 전자의 이동을 통해 일어나는 화학 반응으로, 용존산소 측정에 핵심적인 역할을 합니다. Winkler 방법은 이러한 산화-환원 반응의 원리를 이용하여 DO를 정량적으로 측정하는 고전적이면서도 정확한 방법입니다. 산소가 망간 이온을 산화시키고, 이후 요오드 적정을 통해 산소의 양을 계산하는 과정은 화학의 기본 원리를 잘 보여줍니다. 이 방법은 현장에서 즉시 측정 가능하며, 다른 측정 방법의 검증 기준으로도 사용됩니다. 산화-환원 반응의 이해는 환경 분석 및 수질 관리 분야에서 필수적인 지식입니다.
4. 주제4 용존산소 적정법의 원리 및 실험 방법

Winkler 적정법은 용존산소 측정의 표준 방법으로, 높은 정확도와 재현성을 제공합니다. 실험 원리는 산소가 망간(II) 이온을 망간(III) 또는 망간(IV)로 산화시키고, 산성 조건에서 요오드화 이온과 반응하여 요오드를 방출하며, 이를 티오황산나트륨으로 적정하는 과정입니다. 정확한 측정을 위해서는 시료 채취 시 공기 혼입을 피하고, 시약 첨가 순서를 엄격히 지켜야 합니다. 이 방법은 실험실 수준의 정밀도가 필요한 경우에 매우 유용하며, 학생들이 정량 분석의 기본 원리를 학습하는 데 효과적인 실험입니다.

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