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환경공학 및 실험 실험보고서(질산성질소)

질산성질소(NO3-N)2012.11.14 2012.11.211. 실험목적◆ 분광광도계의 사용법을 숙지한다.◆ 수중 유기물의 최종 분해 산물로써 동물성 유기물질에 의한 오염상태를 나타내는 질산성 질소에 대하여 알아 본다.◆ 기물 중의 질소 화합물이 산화 분해하여 무기화한 최종 산물로 과거의 유기오염 정도를 나타내는 데 쓰이며, 상수도의 수질 기준에서는 10ppm이 한도치로 정해져 있다.2. 이론◆ 유기물 중의 질소 화합물이 산화 분해하여 무기화한 최종 산물이다. 과거의 유기오염 정도를 나타내는 데 쓰이며, 상수도의 수질 기준에서는 10ppm이 한도치로 정해져 있다.◆ 이 방법은 가열온도와 시간의 영향을 많이 받으므로 시료와 표준액에 대하여 같은 조건하에서 시험하여야 하며, 수욕조 중의 물의 온도분포가 일정하게 유지되어야한다.◆ 시료 자체의 색깔이나 유기성 용해물질이 가열시 발색되어 보정이 필요한 경우에는 시료 한조를 더 취하여 부루신-설퍼닐산 용액을 제외한 모든 시약을 넣어서 같은 방법으로 시험하고 보정한다.◆ 증류수 10ml를 취하여 시료의 시험방법에 따라 시험하여 바탕시험액으로 한다.◆ 황산산성에서 질산이온이 부루신과 반응하여 생성된 황색화합물의 흡광도를 측정하여 질산성 질소를 정량하는 방법이다.정량범위는 0.001-0.01 mg NO3-N이며, 표준편차는 10-3%이다.◆ 세계보건기구, 한국, 미국 및 유럽에서는 음용수에 대한 질산성 질소의 허용 기준치를 10ppm으로 정하고 있으며, 44 ppm을 초과해서는 안된다.3. 기구 및 시약◆ 기기 및 기구① 광전분광광도계 ② 여과장치③ 수욕조 : 100℃에서 시료와 표준액을 같이 넣을 수 있을 만큼 충분한 용적을 갖춘것◆ 시약① 염화나트륨(sodium chloride)(30W/V%)용액염화나트륨(NaCl)30g을 증류수 100ml에 녹인다.② 황산(sulfuric acid)(4+1)용액필요한 양을 제조한다. (NO3-N의 경우 시료당 20ml씩 필요)③ 부루신 · 슬퍼닐산(brucine-sulfanilic acid)용액부르신(2수화물)[C23H26N2O4· 2H2O] 1g과 슬퍼닐산[H2NC6H4SO3H) 1g을 염산 3ml에 녹이고 물을 넣어 100ml로 한다. 독성이 강하므로 주의.4. 실험방법 및 절차① 시료를 여과 시킨다.② 정량범위에 맞게 희석한다.(1.0~10.0ppm, 0.01mg 이하)③ 시료5ml + 물 5ml(25ml 비색관)에 넣는다.④ 염화나트륨용액(30W/V%) 2ml 넣고 섞는다⑤ 황산(4+1) 10ml 세게 흔들어 섞은후 수냉한다.⑥ 부루신 · 슬퍼닐산용액 0.5ml를 넣어 섞는다.⑦ 수욕중에서 가열한다.(정확히20분)⑧ 410nm에서 흡광도 측정5. 결과시료번호시료구성PPMABS1-1유입수5ml + 증류수 5ml1.6410.0621-2유입수5ml + 증류수 5ml0.8650.0302-1유입수2.5ml + 증류수 7.5ml0.2430.0092-2유입수2.5ml + 증류수 7.5ml0.2030.0083-1유입수1ml + 증류수 9ml1.8750.0673-2유입수1ml + 증류수 9ml1.2940.0434-1유출수5ml + 증류수 5ml7.7210.2624-2유출수5ml + 증류수 5ml6.5420.231Blank증류수기준기준6. 고찰실험결과 표준데이터 와는 다소 다른 데이터가 측정되었으며 이는 실험 과정에서 시료 및 시약 측정의 오차로 발생한 것으로 추정된다. 보다 정확한 데이터를 구하기위해서는 측정시 더 정확하고 미세한 오차도 발생 되지않게 하여야 할 것이다. 추가적인 실험이 필요하다. 실험을 통해 광전광도계의 사용법 및 흡광광도법을 이용해 시료내 NO3를 측정할 수 있었다. 질소 또한 인과 마찬가지로 수질 부영양화 현상에 큰 영향을 미치는 인자이므로 항상 주시해야 하는 수질 항목이라고 판단된다.

공학/기술| 2012.12.08| 3페이지| 1,000원| 조회(266)

환경 공학 실험, 질산성질소 환경 공학 실험, 질산성질소 실험

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환경공학 및 실험 실험보고서(알칼리도)

알칼리도(Alkalinity)Total Alkalinity2012. 10. 312012. 11. 071. 실험목적◆ 준비한 유입수와 유출수 그리고 수돗물의 수질오염지표 중 pH(수소이온농도)와 알칼리도를 측정해서 이것들의 수질오염 정도를 알아본다. 또한 알칼리도의 정의를 올바르게 이해하고 황산으로 중화측정을 하여 직접 알칼리도를 구한다.2. 이론◆ 알칼리도란 산을 중화시키는 능력의 척도를 뜻하는 것으로, 알칼리도가 클수록 많은 산을 중화시킨다.◆ H+를 중화하기 위한 반응성 수중이온의 양. 즉, 산을 중화 할수 있는 물의 능력으로 물속에 함유되어 있는 탄산, 광산, 유기물의 산분을 중화하는데 필요한 알칼리분 (HCO3-, OH-, CO32-) 을 이에 대응하는 CaCO3 로 환산한다.◆ 페놀프탈레인을 사용한 알칼리도는 페놀프탈레인알칼리도라고 하며, 천연수에 함유되어 있는 수산이온의 총량과 탄산이온의 반량에 상당한다. 엄밀하게는 약한 알칼리성을 보이는 물질의 총량을 나타낸다.◆ 알칼리도의 측정원리 : Methylred혼합지시약 (변색점 pH 약 4.5)을 써서 0.02N 황산용액으로 중화 적정하는 방법 ? 수중의 알칼리분 모두가 측정됨.◆ 알칼리도 공식A : 적정에 소비된 산의 양(ml)N : 적정에 사용한 산의 농도V : 시료의 부피3. 기구 및 시약◆ 기기 및 기구① 삼각플라스크 ② 뷰렛 or 자동적정기 ③ 마그네틱바 ④ 교반기◆ 시약① 지시약(MR혼합지시약)Methylred(C15H15N3O2) 0.02g과 Bromocresol green(C21H14O5Br4S) 0.1g을 에틸알콜(C2H5OH) 95(V/V%) 100ml에 녹인다.② 0.1N 황산용액황산 3ml를 증류수 약 100ml중에 서서히 가해서 잘 섞고 냉각 후 증류수를 가해 전량을1L로 한다.③ 0.02N 황산용액1L 용량플라스크에 0.1N 황산용액 200ml를 정확히 취한 후 증류수를 가해 전량을 1L로 한다.4. 실험방법 및 절차? 시료(유입수, 유출수, 수돗물) 100ml를 삼각플라스크에 담는다.? MR혼합지시약 2~3 방울(0.1~0.15ml)을 떨어트린다.(시료가 청색을 띄면 OH- CO3-2, HCO3-, 가 존재함을 의미한다.)? 0.02N H2SO4용액으로 적정하고 적자색으로 변할 때를 종말점으로 잡는다.5. 사용되어지는 샘플의 특성6. 결과① 시료량구분MR비율시료량유입수41:1(희석)50ml유출수4100%100ml수돗물4100%100ml②적정량구분H2SO4(ml)123유입수78.310.3유출수2.53.24.5수돗물1.81.3③알칼리도구분12평균유입수150166158유출수253228.5수돗물181315.57. 자신의 의견페놀프탈레인 지시약을 가한 후 산으로 적정 할 때 색이 무색이 될 때까지 각각 유입수 7.65, 유출수 2.85, 수돗물 1.55 이었다. 알칼리도 측정결과는 유입수 158 , 유출수 28.5 , 수돗물 15.5로 측정되었다. 페놀프탈레인 지시약을 가한 후 황산의 소비량이 너무 많이 측정 되어 유입수의 경우 1:1로 희석시켜 사용하였다. 또한 H2SO4의 적정량에서 세 번째 결과는 오차 값이 크므로 쓰지 않았다. 실험 과정 중 시료를 잘 교반시키지 않아 측정된 값이 불분명하여 교반을 다시하고 실험을 하였다. 실험의 정확도를 높이기 위해 많은 시료로 많은 횟수의 실험을 하여야 한다는 것을 느꼈다. 이번 실험을 통해 알칼리도 측정이 여러 환경 분야에서 응용될 수 있다는 것을 알았다. 일반적인 수질측정에 이용하면 물의 오염정도를 알 수 있을 것이다. 알칼리도란 산을 중화시키는 능력의 척도로 유입수와 수돗물의 차이가 큰 것을 알 수 있었다.

공학/기술| 2012.12.08| 5페이지| 1,000원| 조회(292)

환경 공학 실험, 알칼리도 환경 공학 실험, 알칼리도 실험

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환경공학 및 실험 실험보고서(T-N)

총질소(T-N)2012.11.14. 2012.11.21.1. 실험목적◆시험목적은 생물학적인 각종의 호기성 및 혐기성 세균의 번식에 필요한 단백직, 아미노산등의 유기성 오염물질들이 폐·하수처리에 의하여 충분히 암모니아성 질소 및 기타 무기성 질소화합물로 변환되었는지의 여부를 확인하는 데 있다.2. 이론◆ 물에서 총 질소는 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 진산성 질소, 유기질소를 모두 합한 것으로 질소 가스와 같은 기체 상태의 질소는 포함되지 않는다. 물 속에서 질소가스의 농도는 대기에서 질소가스의 평형에 따라 보통 15~20mg/L로 매우 높다. 하지만 질소 가스는 반응성이 없으므로 수질에 미치는 영향은 거의 없다. 물 속에 존재하는 총질소의 농도를 파악하는 것보다 4가지 형태 각각의 질소 농도를 파악하는 것이 더욱 중요하므로 각각의 질소 형태에 대한 분석 방법 또한 중요하다. 총질소는 각각의 질소화합물의 합으로 구할 수 있으나 “Standard Methods"에서는 총질소 함량을 측정하기 위한 분석방법이 수재되어 있다. 이 방법은 물 속에 존재하는 총질소의 양을 신속하게 측정하는 데 유용할 것이며, 세 가지 형태의 질소화합물의 농도를 알 때 나머지 한 가지 화합물의 농도를 측정하는 데도 이용될 수 있다.◆ 총질소(total nitrogen, T-N)의 측정원리(1) 질소화합물① 물 속의 질소는 생활하수, 분뇨, 축산폐수 및 비료 등에서 유출되어 인과 함께 호소나 해양 등의 폐쇄성 수역에 부영양화 촉진 물질로 작용하여 해양에서는 적조현상을 유발하고 호소에서는 조류를 과다 번식케 하여 용존산소를 고갈시키며 이로 인하여 수중의 어류와 패류 등을 질식시킨다.② 질소가 대기의 78%를 차지하고 있지만 대부분의 생물은 대기 중의 질소를 직접 이용하지 못하며 대신 암모니아(NH4+), 아질산염(NO2-), 질산염(NO3-)의 무기질소화합물이나 요소, 단백질, 핵산의 유기질소화합물을 이용한다.③ 총 질소 = 무기성 질소 + 유기성 질소(2) 측정 원리…자외선 흡광광도법물속에 존재하는 질소화합물들을 알칼리성 과황산칼륨(K2S2O8)의 존재 하에 120℃에서 유기물과 함께 분해하여 질산이온(NO3-)으로 산화시킨 다음, 염산을 가하여 pH 2～3의 산성에서 자외부 흡광도를 측정하여 총질소(T-N)를 구한다.이 방법은 비교적 분해되기 쉬운 유기물을 함유하고 있거나 자외부에서 흡광도를 나타내는 브롬이온이나 크롬을 함유하지 않는 시료에 적용되며, 정량범위는 25mL 발색시 0.005～0.05mg-N (0.2～2ppm)이다.무기질소화합물(암모니아, 아질산염, 질산염) 알칼리성 과황산칼륨 HCl→질산이온(NO3-) →자외부 흡광도유기질소화합물 (산화분해) (산성 pH2～3)(요소, 단백질, 핵산)◆ Lambert - Beer의 법칙흡광도(A)는 용액을 지나는 길이(b)와 용액의 농도(c)에 비례한다.A=흡광도1.5cm 3.0cmI0 =100→← →I1=50→I0=100→← →I1=12.5→0.1(g/L)0.2(g/L)◆ 고압 증기멸균(autoclaving)물은 1기압의 조건에서 가열했을 때 100℃를 넘지 못하지만, 압력을 높이면 100℃ 이상으로 온도를 올릴 수 있다.한편, 미생물의 영양 세포는 100℃ 정도에서 10～20분 가열하면 죽지만, 내열성이 강한 미생물의 포자는 죽지 않고 나중에 싹이 터서 영양 세포로 계속 자라게 된다.이와 같은 성질에 따라서 100℃ 이상의 고온, 고압 수증기로 미생물의 영양 세포는 물론 포자마저 완전히 죽이는 것이 고압 증기멸균이다.이 방법은 고압 증기멸균기(autoclave)를 이용하여 보통 121℃에서 15분, 또는 110℃에서 30분 동안 멸균한다.고압 증기멸균기 내부의 온도와 압력과의 관계온도게이지 압력온도게이지 압력(℃)kg/cm2lb/in2(℃)kg/cm2lb/in*************1200.000.200.430.690.990.02.86.19.814.*************1341.051.331.501.722.1115.019.021.224.530.0◆ 질소자료의 용도질소 자료는 폐수처리에서 대단히 중요하다. 질산화를 억제하면 호기성 처리의 비용을 최소화할 수 있다. 질소의 산화가 요구될 때 질산화나 탈질산화를 통해 변화되는 질소형태 변화를 이해하는 것이 공정을 제어하는 데 필수적이다. 암모니아와 유기 질소의 측정은 호기성 생물학적 처리에 충분한 양의 이용 가능한 질소가 존재하는지를 결정하는 데 중요하다. 만을 충분하지 않은 경우에는 이들 자료를 이용하여 외부 질소원으로부터 공급해야 할 양을 계산할 수 있으며, 많은 경우 이것은 중요한 경제적인 고려 사항의 하나가 된다.폐수 슬러지를 비료로 판매할 때는 슬러지의 질소 함량이 비료로서의 가치를 판단하는 데 주요 함수가 된다. 자연수의 생산력은 조류 정장으로 나타내며, 이것은 자연수에 유입되는 비료 물질과 관계가 깊다. 여러 가지 형태의 질소가 주요 관심사로 된다. 또한 환원 형태의 질소는 자연수 속에서 산화되며, 용존 산소 자원에 영향을 미친다. 이와 같은 이유에서 질소 자료는 하천 오염관리 계획에서 자주 필요로 하는 자료이다.3. 기구 및 시약◆ 기기 및 기구① 광전분광 광도계(220nm에서 측정 가능한 것)② 고압증기멸균기(약 120℃에서 가열이 가능한 것)③ 분해병(용량 100ml의 내열, 내압의 마개가 있는 유리병 또는 테프론병)◆ 시약① 알칼리성과황산칼륨 용액NaOH 20g + 과황산칼륨(K2S2O8) 15g + 증류수 -> 500ml로 만든다.② 염산(1+16)염산 : 증류수의 비율을 1 : 16으로 한다.③ 염산(1+150)염산 : 증류수의 비율을 1 : 150으로 한다.4. 실험방법 및 절차① 시료전처리 후 시료50ml(분해병) *시료는 미리 질산용액(0.5%)으로 세척한 비커를 사용한다.② 알칼리성과황산칼륨 용액 10ml 넣고 마개 닫고 혼합.③ 고압멸균기에서 가열(120℃ 될 때부터 30분 가열)*120℃ 이상의 온도에서는 화학적 성분이 변화하므로 일정한 온도유지가 중요하다.④ 방냉한다.⑤ 전처리시료 상등액 *탁질이 있을때는 흡광도가 높게 나온다.⑥ GF/C로 여과(여과시 처음액 5~10ml는 버린다음 여액 25ml를 정확히 취하여 50ml 비이커에 옮긴다.)⑦ 염산(1+16)5ml 넣어 pH2~3으로 조정⑧ 220nm에서 흡광도 측정5. 결과시료번호시료구성PPMABS1-1유출수8.9402.1391-2유출수6.2111.4862-1유입수 5배 희석액3.1770.7602-2유입수 5배 희석액3.7830.9053-1유입수 2배 희석액7.3271.7533-2유입수 2배 희석액7.4941.7934-1유입수7.8661.8824-2유입수7.9501.902Blank증류수기준기준◆ 결과 그래프6.고찰무기성 질소(inorganic nitrogen)와 유기성 질소(organic nitrogen)의 양을 합한 값을 총질소(total nitrogen)라고 한다. 무기성 질소는 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소를 말하고 유기성 질소는 아미노산, 폴리펩티드(polypeptide)등의 단백질들은 생물학적 생산물을 비롯하여 여러 가지 유기화합물 중에 함유되어 있는 질소를 말한다. 물중의 총질소는 가정하수에서 배출되는 유기물 즉, 동·식물의 조성에 관계가 있는 단백질이 주성분이며 유기화학 공장에서 배출되는 용도가 넓은 복잡한 물질로서 니트로화합물과 아미노산화합물이 주성분이다.

공학/기술| 2012.12.08| 5페이지| 1,000원| 조회(172)

환경 공학 실험, T-N 환경 공학 실험, T-N 실험

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환경공학 및 실험 실험보고서(SS)

부유물질 (SS)2012. 10. 072012. 11. 141. 실험목적◆ 물에 녹지않는 입자성 물질로서 물위나 물 속을 떠다니면서 물을 흐리게 하는 무기 및 유기물질을 포함하는 고형물질을 말한다. 그러므로 수중에 존재하는 100㎛이상의 고형물질의 양을 조사하기 위해 실시된다.2. 이론◆ 오염된 물의 수질을 표시하는 지표로서, 현탁 고형물이라고도 한다. 도시 폐수 ·공장 폐수 중에는 유기질 및 무기질의 고형물이 현탁상태로 포함되어 있다. 하천 ·호소 ·해역 등 자연수역에 방류되면 물의 탁도를 높이고 외관을 더럽히며, 그 중 생물분해 가능한 유기물질이 용존산소를 감소시키는 등 자연수질을 오염시킨다. 측정법은 그것을 포함한 시료를 여과시켜서 고형물을 포집하고 건조시킨 후, 그 전후의 무게 차에 의해서 고형물의 농도를 구하고 mg/ℓ 또는 ppm으로 나타낸다.◆ 부유물질의 측정원리 : 유리섬유 여지법 ? 수질오염공정시험법- 본 법은 미리 무게를 단 유리섬유 여지를 여과기에 부착하여 일정량의 시료를 여과시킨 다음 항량을 건조시켜 무게를 달아 여과전,후의 유리 섬유 여지의 무게차를 산출하여 부유물질의 양을 구하는 방법이다.◆ 부유물질 공식ㆍa : 시료 여과전의 유리섬유 여지의 무게 (mg)ㆍb : 시료 여과후의 유리섬유 여지의 무게 (mg)ㆍV : 시료의 양(L)3. 기구 및 시약◆ 기기 및 기구기① 흡인 유리여과기 ② 유리섬유여지(GF/C 또는 이와 동등한 규격) ③ 2500ml4. 실험방법 및 절차① 유리섬유 여지를 여과기에 부착하여 증류수로 수차례 여과*유리섬유 여지는 여과시 유리섬유 일부가 탈락하여 무게 차이를 나타내므로, 시료 여과전 정제수로 씻어 오차를 줄여야 한다.*보통 직경 47mm 여지의 경우, 1메당 0.5-1mg의 감량이 생길 수 있으며, 아크릴 수지로 가공한 것은 0.1-0.2mg의 감량이 생긴다.② 건조기(105-110℃)에서 2시간 건조③ 방냉④ 유리섬유 여지 무게 측정(g)⑤ 여과기 기벽 부착물 및 여지상 잔유물을 씻어 내리며 여과*시료를 취할떄는 반드시 시료를 흔들어서 시료가 완전히 혼합되었을 때 여과한다.⑥ 건조기(105-110℃)*여지를 건조기에 넣어 건조할 때 여지가 시계접시나 알루미늄 호일들에 늘어붙지 않도록 주의해야 하며 호일을 사용할 때에는 호일의 매끄러 운 부분이 여지 바닥에 오게 한다.*건조시간은 처음과 나중 여지 건조시간이 다르지 않도록 주의⑦ 방냉*방냉할때에도 처음과 나중의 방냉시간 등 조건이 같아야 오차가 줄어든다.⑧ 유리섬유 여지 무게 측정(g)⑨ 무게차 이용하여 부유물질량 계산5. 사용되어지는 샘플의 특성실험 절차에서 시간 관계상 ①-③은 실험실에서 미리 준비한 유리섬유여지를 사용하였으며, 이로인해 건조시간과 방냉시간 조건이 달라져 오차가 생길 가능성이 있다.6. 결과① 시료의 양V₁ : 50ml여과 → b₁: 0.0921g = 92.1mgV₂ : 100ml여과 → b₂: 0.0930g = 93.0mgV₃ : 200ml여과 → b₃: 0.0945g = 94.5mg② SS③ 결과구분VSS50ml92.122(mg/l)100ml9320(mg/l)200ml94.517.5(mg/l)7. 자신의 의견이번 부유물질 실험은 시료 중에 얼마나 많은 양의 고형물질이 떠다니는지를 여과를 통해 알아보는 실험이다. 육안으로 보았을 때 탁해보이게 하는 물 속 고형물질을 여과를 통해 거르고 여과지에 남게 되는 양을 그전 여과지와 그 무게차이를 측정함을 통해 부유물양이 얼마나 많은지 알아보았다. 그리고 위의 사진에서 보듯이 다른 시료와 비교해봄으로서 SS값이 높을수록 물색도 진하고 여과 후 여과지색 또한 진한 것을 확인 할 수 있었고 값을 수치로 알아볼 수 있었다. 이 실험에서 고려해봐야 할 사항은 천에서 물을 떠올 때 어느 위치에서 떠오는가에 따라서 결과가 달라질 것 같다는 생각이 들었고 물을 가장자리에서 떠와서 데이터가 비교적 적게 나온게 아닌가 하는 생각이 든다. 또한 시료의 개수가 적어 정확한 데이터를 구하기위해서 반복적인 실험이 더 필요하다고 생각이 든다.

공학/기술| 2012.12.08| 4페이지| 1,000원| 조회(162)

환경 공학 실험, SS 환경 공학 실험, SS 실험

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환경공학 및 실험 실험보고서(jar-test)

2012. 10. 072012. 11. 141. 실험목적◆ 정수처리공정의 모사를 하는 것으로 혼화, 응집, 침전공정을 빠른 시간 안에 처리하여 (1) 정수약품의 최소 주입률 결정 (2) 최적 pH 결정 (3) 최적 약품량 결정을 하기 위해 실험한다.(1) 정수약품의 최소 주입률 결정6개의 jar에 시료 2L를 넣고, 100rpm으로 급속교반하면서응집제를 1mL씩 증가시켜 주입해가면서 최초의 floc이 생기는 최소 약품량을 결정한다.(2) 최적 pH 결정시료의 탁도와 pH의 관계를 구하고 최적 pH를 결정한다.(3) 최적 약품량 결정시료의 탁도와 약품주입량의 관계를 구하고 최적 약품량을 결정한다.2. 이론◆ 이 시험은 적당한 응집제와 응집보조제를 결정하며, 특정한 물의 응집에 필요한 응집제의 주입량을 결정한다. 이 실험에서 시료를 일련의 beaker에 담고 여기에 응집제와 응집보조제의 양을 각각 달리 주입하여 3∼5분 정도 200rpm으로 급속 혼합시킨 다음 10∼20분 동안 20, 40, 60rpm으로 순차적으로 천천히 저어주어 완속혼합시켜 응결시킨 후 침전시킨다. 여기서 주의해야 할 가장 중요한 사항은 floc 형성시간, floc의 크기, floc의 침전특성, 탁도 및 색깔의 제거 정도, 그리고 응집수와 침전수의 최종 pH이다. 이러한 실험과정에서 결정한 응집제의 적당한 투입량은 처리장에 필요한 응집제 투입량 평가에 쓰인다.◆ (1) Jar-Test수중의 불순물 중 1㎛부터 1㎚정도 크기의 콜로이드 성분을 그대로 직접 처리 하는 일반적인 방법은 없다. 따라서 이것들을 수중으로부터 침전, 여과 작용에 의해 분리하기 위한 응집처리는 정수장에서 매우 중요한 공정이다. 이러한 응집공정에 있어서 pH와 응집제의 주입량이 상당히 중요한 요소로 작용을 하는데 이것을 이론적으로 결정하는 방법은 현재로서는 없다. 따라서 최적의 pH와 응집제 주입량을 결정할 목적으로 행해지는 응집 테스트를 Jar-Test라고 말한다. 응집제는 pH에 따라 그 성질이 크게 변하고, 동시에 응집어 부유하게 되는데 이는 침전공정에 어려움을 겪게 된다. 응집공정에서, 콜로이드의 안정화 힘을 낮추고 불안정화 힘을 높이기 위해 수중에 약품을 주입하여 상호 접촉하고 결집되도록 하는데 이러한 조작을 응집이라 한다. 응집기작으로는 하전중화, 가교작용, 체거름 현상 등이 있다.- 응결 : 응집제의 작용으로 불안정화된 입자들을 교반 등의 물리적 작용을 가해 서로 엉키게 하여 floc을 형성하도록 하는 조작.(3) 콜로이드의 특성콜로이드란 일반적으로 0.001~1㎛크기의 수중의 불순물을 말한다. 예를 들면 탁도, 천연착색성분, 바이러스, 세균류, 조류등이 있다. 콜로이드는 물과의 친화력에 따라 소수성과 친수성으로 구분되며, 질량이 매우 작기 때문에 중력의 영향을 거의 받지 않는다. 콜로이드의 움직임을 제한하는 주된 기작은 다음과 같다.- 정전기력 : 정전기력은 콜로이드를 안정한 상태로 유지시켜주는 주된 힘이다. 콜로이드는 대게 (-)나 (+)전하를 띄게 되는데 같은 전하를 띄는 경우 서로 반발한다. 자연수 중에는 대게 (-)전하의 콜로이드가 많이 존재한다. 콜로이드의 표면 전하는 반대 전하의 이온들을 끌어 당기는데, 자연수중 물분자의 비대칭 전자 때문에 물분자도 콜로이드의 인력을 받아 결집하게 된다.- 반데르발스의 힘 : 두 물질간에는 항상 인력이 존재하며 인력의 크기는 두 물체의 질량과 거리에 따라 달라진다. 이러한 인력을 반데르발스의 힘이라한다. 콜로이드 화학에서는 반데르발스의 힘은 정전기력의 반대 개념이다. 반데르발스의 힘이 작용하기 전에는 전하에 의한 반발력이 콜로이드를 밀어낸다. 이 정전기력이 감소한다면 입자들은 반데르발스의 힘이 작용할 수 있는 거리까지 이동할 수 있게 된다.- 브라운 운동 : 콜로이드는 매우 작은 질량을 가지고 있기 때문에 분자 크기의 입자와 충돌로 인하여 운동할 수 있다. 수온에 따라 강도의 차이는 있으나 수중에서 분자는 지속적으로 운동한다. 분자운동으로 인해 콜로이드에 불규칙한 충돌을 일으키며 이 때문에 콜로이드가 불규칙하게 움직이는 합시키는 가교능력을 가진 물질이다. 피응집 콜로이드와 반대하전을 가진 이온이어야 하고 고분자 물질이여서 가교능력을 가진 물질이어야 한다. 이 밖에도 응집보조제와 플록형성보조제라는 것이 있는데 간략히 설명하면 다음과 같다.- 응집보조제 : 응집제는 물의 pH에 따라 작용효과, 즉 수중에 존재하는 형태가 다르다.한 예로 응집제로 사용되는 금속염은 일반적으로 약산이므로 처리해야 할 물의 pH를 낮추는 경향이 있다. 필요이상 pH저하시 응집제의 작용능력이 저하 된다. 따라서 pH를 적정 수준으로 유지해야 할 필요가 있는데 이러한 목적으로 사용되는것이 응집보조제이다.- 플록형성보조제 :활성규산이나 기타(-)하전의 미세콜로이드는 극히 낮은 농도의 수중성분을 응집시키려고 할때 수중의(-)하전 콜로이드의 부족분을 보충하는 작용을 한다, 그러나 일반적으로 보조제의 대부분은 정, 부, 비전하를 불문하고 분자량이 100만 정도 또는 그 이상의 고분자 가교물질로서 플록의 결합강도를 증대하기 위해 사용되는 경우가 많기 때문에 정확히 말하면 플록형성보조제라고 부르는 것이 옳다.(5) 교반콜로이드간의 접착을 위하여 콜로이드 상호간 충돌의 기회를 증가시키는 과정. 과도한 교반은 유체의 흐름에 대한 속도경사의 증가에 따라 전단력이 증가되어 응집된 floc이 붕괴될 수 있다.(6) 탁도탁도란 물의 흐림정도를 나타내는 것으로 투시도와 같은 목적으로 사용되는 지표로 사용된다. 탁하다는 말은 빛의 통과를 방해하거나 가시심도(Visual Depth)를 제한하는 부유물질을 포함하고 있다는 뜻이다. 탁도는 물의 탁한정도를 표시하는 것으로 여러가지 부유물질에 의하여 생겨나고 그 크기범위는 콜로이도 분산질로 부터 굵은 분산질에 이르며 난류도에 따라 달라진다. 호소와 같이 비교적 정체된 상태에 있는 물에서의 탁도는 대부분 콜로이드의 분산과 대단히 미세한 분산질에 의하여 생겨나며, 하천수와 같이 흐르는 상태의 물 속에서는 대부분 비교적 굵은 분산질에 의하여 생겨난다. 탁도를 유발하는 물질로는 토사류와 같은 순 의하여 산란도를 측정하는 네펠로법(Nephelometry)을 이용하는 것으로 네펠로법-혼탁도-단위(Nephelometry Turbidity Unit : NTU)를 사용한다. Nephelometic측정법은 산란광과 탁도(계량화된량)간의 관계를 나타내기 위해 산란광의 측정은 조사광의 90도에서 이루어진다.- FTU : 포마진 탁도 단위(Formazin Turbidity Unit)이다. 적외선 광원을 채택 Nephelometer를 사용하여 탁도를 측정한다. FAU는 산랑광이 아닌 투과광으로 측정하는 측정 단위 이다.3. 기구 및 시약(1) 기구원수 취수를 위한 채수통, pH meter, Conductivity meter, 탁도계, Jar tester, 피펫, 피펫 홀더, 비커 등(2) 시약pH 조정제(0.1N HCl, 0.1N NaOH), 응집제(20mg/mL)4. 실험방법 및 절차(1) 최적 pH의 결정① 대상 시료를 채취한다.② Jar에 채취한 대상 시료를 일정한 량으로 넣는다.③ 각 Jar에 번호를 매긴 후 0.1N HCl과 0.1 NaOH를 이용해 pH를 조정한다.( 6개의 Jar에 pH5~9로 조정함.)④ 각각의 Jar에 준비된 응집제(PAC)를 2ml씩 넣는다.⑤ JAR-TESTER에 원화는 교반속도와 시간을 Programming한 후 운전한다.(운전은 급속교반 200rpm 5분-> 완속교반 600rpm 10분-> 완속교반 40rpm 10분->완속교반 20rpm 10분-> 침전 10분으로 한다.)⑥ 운전이 끝나면 각 Jar에 담긴 시료의 탁도를 측정한 후 기록한다.(2) 최적 응집제 주입량의 결정① 대상 시료를 채취한다.② Jar에 채취한 대상 시료를 일정한 량으로 넣는다.③ 각 Jar에 번호를 매긴 후 0.1N HCl과 0.1 NaOH를 이용해 (1)번 실험의 결과를 토대로 최적의 pH로 조정한다.(모든 Jar가 일정하게)④ 각각의 Jar에 준비된 응집제(PAC)를 각각 다른 양을 넣는다.(6-36ml로 넣음.)⑤ JAR-TESTER에 원화는 교반속도36mg 으로 결정하였다6. 결과(1) 초기 시료 분석pH온도(℃)탁도(NTU)7.6515.541.5(2) 최적의 응집제 주입량 결정(대략 pH8정도로 조정)- 응집제주입농도결정식(응집제:20mg/ml, 2L Jar사용)Jar Num.123456pH7.577.297.096.946.636.31응집제주입량(ml)61218243036응집제주입농도(mg/L)=(ppm)369121518탁도(FAU)4.552.781.502.6126.738.8(3) 결과 그래프7. 자신의 의견(1) 데이터 및 그래프 분석실험 데이터를 바탕으로 그래프를 그려 보았는데, 농도 9ppm에서 탁도가 가장 낮게 나왔고 응집제주입량에 대해서는 18ml에서 가장 낮게 나왔다. 그래프를 보면 응집제주입량이 너무 적거나 많으면 응집효과가 현저히 떨어짐을 알 수 있다. 이를 통해 응집공정의 경우 적절한 응집제 투여가 매우 중요함을 알 수 있다. 응집제를 너무 적게 투입하면 생성되는 다가의 양이온이 부족하기 때문에 응집효과가 좋지 못하고, 반대로 너무 많이 투입하면 너무 많은 다가의 양이온이 생성되 (+)하전이 많아 플록이 잘 형성되지 않고 입자가 안정화 될 것이다.즉, 우리가 실험한 학교 시료의 최적 응집제주입량은 18ml 부근이라고 추측할 수 있다. 조금 더 확실한 결과 값을 구하려면 응집제 주입량 12~24ml 사이를 더 세분화하여 실험할 필요가 있다.(2) 이론과 데이터를 바탕으로 한 시료성상 예측탁도성분의 주체인 점토계 콜로이드(1㎛)인 경우 pH7 부근에서 최저의 탁도를 나타내고, 1nm에도 못 미치는 미세한 콜로이드의 응집인 경우에는 약산성인 pH5부근에서 최저치를 나타낸다. 그 이유는 알루미늄이 pH에 따라 수중에 존재하는 성상이 다르기 때문이다. 점토계 콜로이드의 경우 약산성인 경우가 다가의 (+)전하를 가진 용해성 폴리머 이온이 가장 잘 생성되긴 하지만 pH7 부근에서는 다가의 양이온에 의한 중화와 불용해한 알루미늄에 의한 체 거름작용이 동시에 이루어지므로 쉽게 침전될 수 있는 커다란 fl하면

공학/기술| 2012.12.08| 7페이지| 1,000원| 조회(776)

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