Introduction & Objectives? 실험목적: COD(Chemical Oxygen Demand)의 분석도 가정하수와 산업폐수의 오염세기를 측정하는데 널리 이용된다. 이 분석은 반응식에 따라 오염물질을 이산화탄소와 물로 산화시키는데 필요한 총 산소의 양으로 환산하여 측정하는 것이다.* Theory? COD 정의: 화학적 산소요구량 하천·호소(湖沼)·해역(海域) 따위의 자연수역에 도시폐수나 공장폐수가 흘러들어오면 그 속에 산화되기 쉬운 유기물질이 있어서 수질이 오염된다. 이렇게 유기물질을 함유한 물에 과망간산칼륨(KMnO4)·중크롬산칼륨(K2Cr2O7) 따위의 수용액을 산화제로서 투입하면 유기물질이 산화된다. 이때 소비된 산화제의 양에 상당하는 산소의 양을 mg/ℓ 또는 ppm으로 나타낸 것이 화학적 산소요구량이다.? 화학적 산소요구량(COD)은 수중의 유기물량을 아는데 이용된다.수중의 유기물을 화학적으로 산화할 때 소비되는 산소량으로 정의 하며 단위는 mg/l 로 표시한다. 산화정도는 피산화물의 농도 및 형태, PH, 온도, 반응시간, 산화제의 종류 및 농도에 따라 다르다.COD 법은 우리나라 공정시험법에서 채택되어 사용되고 있으며 일본, 영구에서 사용된다. 그러나 불안정성, 산화의 불안정, 반응조건 그리고 변색점에의한 영향이 큰 결점이 있으나 실험이 간단하고 신속하므로 동일성질의 하수에 대하여 유기물 농도의 변화를 알고자 할때 이용하면 편리하다. 몇몇 아미노산, 케톤 또는 포화성 카르복실산 등의 유기물들은 잘 산화되지 않으므로 상수와 오염이 심하지 않은 지표수 등의 분석에 사용된다.? 기본 원리MnO + 8H +5E ⇔ Mn + 4HO (피산화물 산화)2MnO + 5CO + 16H ⇔ 2Mn + 10CO + 8HO( 수산화 나트륨 NaCO 을 가해 환원 탈색 )? COD의 장점, 단점BOD가 20℃에서 5일간이라는 오랜 시간을 요하고, 측정설비가 비싸며 측정조작에도 상당한 숙력을 요하는데 반하여 COD는 단시간에 측정되고, 사용기구도 저렴하며 조작법도 익히기 쉽다.COD는 모발, 지류, 셀룰로오스등의 유기물을 잘 산화시킨다.수중의 환원성 물질, 유기물로써 당류나 무기물로서의 금속이온, 아황산 이온등의 영향이 종합적으로 검출되므로 BOD가 나타내는 의미와는 다르다. 따라서 일반적으로 폐수에서는 COD가 BOD보다 높게 정량된다.* COD의 단점100%산화시키므로 특정치가 너무 높다.생물학적으로 활성가능한 물질과 비활성인 유기물을 구별할 수 없다.자연적인 조건에서 생물학적으로 산화가능한 활성화 물질이 자연적으로 안정화 되는 속도에 대해서는 아무것도 알 수 없다.? COD와 BOD의 관계① 일반적인 값: 일반적으로 COD 분석 값이 BOD 값보다 크다. 생활하수의 경우 COD/BOD5는 대체로 2.0～3.0 범위를 나타낸다.㉠ COD ＜ BOD일 때 : BOD 시험 중에 질산화가 발생하였거나 COD시험에 방해물질이 폐수에 존재함을 의미하고 있다.㉡ COD≫BOD 일 때 : 시험수가 생물학적으로 분해 불가능한 유기물질로 구성되어 있거 나 미생물에 독성을 끼치는 물질을 함유할 때 나타날 수 잇다. 따라서 이러한 폐수는 생물 학적 처리가 적합하지 않다.② 실제보다 COD값이 높게 나타날 때 : 검수 중에 무기성 환원물질이 함유되어 있을 때 이러한 현상이 나타날 수 있다. (예: 아질산염. 염소이온, 제1철염, 황화물 등)③ 실제보다 COD값이 낮게 나타날 때 : 검수 중에 사용되는 산화제와 상조하는 산화성 물질이 함유되어 있을 때 이러한 현상이 나타날 수 있다. (예: 크롬산화물 등)(참고) BOD-COD 관계BOD>COD일때▶미생물처리가능BOD BOD/CODcr 0.6이상일 때▶미생물 처리 가능성 있음BOD/CODcr 0.6이하일 때▶미생물 처리보다는 물리.화학적 처리 유리Equipment & Materials① spectrophotometer② vortex mixer③ COD tube④ Pipette & Pipette Filler⑤ 진공여과기와 진공펌프⑦ COD Block bach⑧ 비커 7개
Ⅰ. Introducte & Objectives* 실험 목적1). 수중에 현탁되어 있는 입자상 고형물을 여과하여 부유물질을 측정할 수 있다.2). 시료를 가열하여 수분을 증발시켜 총 고형물의 농도를 측정할 수 있다.3). 증발잔류물을 고온에서 강열하여 휘발성 고형물의 농도를 측정할 수 있다.4). 자연수와 하수, 폐수의 오염정도를 표현할 수 있다.* 개요TS → VS + FS↓ ↓ ↓TSS → VSS + FSS+ + +TDS → VDS + FDS- TS(Total Solids) : 총 고형물- VS(Volatile Solids) : 휘발성 고형물- FS(Fixed Solids) : 강열잔류 고형물- TDS(Dissolved Solids) : 용존 고형물- TSS(Suspended Solids) : 부유물질- VSS(Volatile Suspended Solids) : 휘발성 부유물- FSS(Fixed Suspended Solids) : 강열잔류 부유물- VDS(Volatile Dissolved Solids) : 휘발성 용존 고형물- FDS(Fixed Dissolved Solids) : 강열잔류 용존 고형물* 고형물(Solids)음용수를 비롯한 각종용수, 가정하수, 공장폐수, 및 슬러지 내 포함되어 있는 수분을 제외한 모든 물질.-음용수에 다량의 고형물 합류 --> 심미적 불쾌감, 맛 유발-액상시료에서 총고형물은 총 용존 고형물과 총부유고형물로 이우어지며, 총 용존 고형물은 공극의 크기가 2마이크로미터 이거나 이보다 더 작은 필터를 통과할 수 있는 물질을 말하며 여과지에 걸러지는 물질을 총부유고형물이라고 한다. 액체 속에 존재하는 용존물질과 부유물질의 양과 성질은 매우 다양하다. 먹는물에는 대부분의 물질이 용해된 형태로 존재하는데 무기염이 주성분이며 그 밖에 소량의 유기물과 용존 기체들이 있다. 음용수의 총고형물의 함량은 대체로 20~1000mg/L 의 범위 내에 있으며, 총용존고형물의 양의 증가에 따라 경도도 증가한다. 총고형물 측정 시 온도가 103~105도 으로 나누어 측정한다.* 휘발성 고형물과 강열 잔류물가정하수와 산업폐수 및 슬러지 시료에 대하여 고형물을 측정하는 주목적중의 하나는 그 속에 들어 있는 유기물의 양을 측정하는 데 있다. 이 분석법에서는 유기물을 기체인 이산화 탄소와 물로 전환시켜 휘발시키는 방법을 이용한다. 이때 온도를 조절하여 무기물의 분해와 휘발이 일어나지 않도록 하면서 유기물을 완전 산화시킨다. 이렇게 고온산화 및 휘발을 통하여 감소된 무게를 유기물량으로 간주한다. 표준분석법에서는 550도로 강열한다. 이 온도는 유기물, 특히 탄수화물과 기타의 유기물이 열분해되어 생성되는 탄소가 적당한 속도로 산화될 수 있는 최저온도이다.Cx(H2O)y → xC + yH2O ↑C + O → CO2또한 550도에서는 무기염의 분해반응도 최소화된다. 건조하는 동안 배출되지 않은 암모늄염이 휘발해 버리나 나머지 다른 대부분의 무기염들은 비교적 안정한다. 탄산 마그네숨은 예외이다.MgCO3 → MgO +CO2 ↑부유물질 중의 휘발성 고형물 함량은 측정할 때 용존 무기염들은 여과 과정에서 제거되므로 고려하지 않는다. 슬러지의 분석에서는 암모늄염들이 주로 탄산수소 암모늄리므로, 휘발성 고형물의 측정을 방해하지 않는다.NH4HCO3 → NH3↑ + H2O↑ + CO2↑슬러지 속에 들어 있는 그 밖의 불안정한 무기염들의 양은 보통 총고형물의 양에 비해 아주 적으므로 그 영향을 일반적으로 무시한다. 휘발성 고형물의 측정에서 강열 온도의 조절이 이루어지지 않았을 때는 큰 오차가 생겨날 수 있다. 그러므로 온도를 정확히 조절할 수 있는 회화로에서 연소시켜야 한다. 탄산 칼슘은 825도 이상에서 분해되며, 휘발성 고형물의 분석 시료속에서 일반적으로 나타나는 무기염의 주성분이므로 이것이 분해될 경우 상당히 큰 오차를 나타내게 된다.슬러지의 휘발성 고형물을 측정할 때는 초기 단계에서 주의하지 않으면 이 과정에서 시료가 비산되어 물리적 또는 기계적 손실이 생겨나게 되므로 큰 오차를 나타내게 된다. 시료를 회화로에 넣기 전에는 분젠함량을 보다 정확하게 나타낼 수 있다.* Solids 자료의 필요성-요염 강도를 나타내는 지표-하수, 폐수 처리장에서 설계나 운전시 중요인자로 활용※국내 하수 처리장 방류기준 : 20 mg/L 이하국내 음용수 기준: TSS 500 mg/L 이하* 환경공학에서 고형물 측정의 중요성물에 들어 있는 용존 고형물의 양은 그 물이 가정용으로 적합한지를 판단하는 기준이 된다 일반적으로 총고형물 함량이 500mg/L 이하인 물이이 용도에 가장 바람직하다. 고형물 함량이 높은 물은 통변성을 자주 나타내며, 때로 이에 적응되지 못한 사람들에게는 역효과를 나타낸다. 이것은 승객들의 후생에 관심을 기울여야 하는 운수회사와 여행객에게 중요하다. 많은 지역들에서 고형물 함량이 500 mg/L 이하인 자연수를 찾기란 불가능하다. 따라서 어떤 형태로든 처리하지 않으면 이 기준에 맞출 수 없게 된다. 그러나 대부분의 경우 고형물 함량을 줄이기 위한 처리를 실시하지는 않고 있다. 이런 물을 일상적으로 사용하는 사람들에게는 질병을 일으키지 않는다. 음용수에 대하여는 일반적인 기준으로 1000mg/L를 상상치로 권장하고 있다.* 계산식TSS = 105 ℃ 무게(g) - 초기여과지 무게(g) / filtering값(mL) × 10? (mg/L)VSS = 105 ℃ 무게(g) - 550 ℃ 무게(g) / filterring값(mL) × 10? (mg/L)FSS = 550 ℃ 무게(g) - 초기여과지 무게(g) / filtering값(mL) × 10? (mg/L)Ⅱ. Experimental Procedures* 기자재 및 시약, 시료·vacuum pump (Model: GAST, DOA-P104-AA)·vacuum filter system·chemical balance (Model: AB204-S)·Lab oven(103~105 ℃) (M0del: 05015-50)·Desiccator (Model: STATIP/BOEKEL)·Muffle furnace (Model: Furnace 48000)·wha하였다.3). 여과지를 Vacuum filter system 에 올려놓고, vacuum pump 를 작동 시킨 후, 증류수를 부어 밀착 시켰다.4). 준비된 시료를 pipet을 이용하여 각각 mL를 채취하였고, vacuum filter system 여과지 중앙에 천천히 조심스럽게 떨어뜨렸다.5). 여과지를 은박접시에 놓은 후 Lap oven에서 70분 동안 건조시켰다. 그 다음 Desiccator 에서 15분 방냉 시킨 후, 여과지의 무게를 Chemical balance 로 측정 했다.6). 여과지를 집게를 이용하여 Muffle furnace 에 넣고 15분간 작열 시켰다.7).작열시킨 여과지를 Desiccator 에 넣어 15분간 방냉 시킨 후, chemical balance 로 무게를 측정했다.Ⅲ. ResultsⅣ. Discussion이번 실험은 TS, VS, FS, TSS, VSS, FSS, TDS, VDS, FDS 사이의 관계를 이해하고 sample의 Total Solids, Total Volatile Solids, Total Fixed Solids, Total Suspended Solids and Total Dissolved Solids를 계산해 보고, 기타 여러 가지 분석을 해보는 실험이었다. 어려운 실험은 아니였지만, 매 과정에서 심여를 기울여야 하는 조심스러운 실험이었다. 고온의 기계를 사용하였기 때문에 화상에 주의 하여야 했으며, 진공펌프사용과정에서도 주의를 기울여야 했다. 잘못하면 여과지 위의 부유물질이 정확히 남지 않아 실험의 오차를 유발할 수 있기 때문이다. 또 휘발성 고형물의 측정에서 강열 온도의 조절이 이루어지지 않았을 때는 큰 오차가 생겨날 수 있다. 그러므로 온도를 정확히 조절 하여 연소시켜야 한다. 탄산 칼슘은 825도 이상에서 분해되며, 휘발성 고형물의 분석 시료속에서 일반적으로 나타나는 무기염의 주성분이므로 이것이 분해될 경우 상당히 큰 오차를 나타내게 된다.슬러지의 휘발성 고형물을 측정할 때는 초기 단계에서 주의하지 않으면 는 비커를 충분히 흔들지 않았고, 잘 섞이지 않은 상태에서 시료를 채취한 후 실험 하였다면 오차의 원인이 될 수 있다. 또한 건조 시간과 작열 시간 그리고 방냉 시간이 매우 정확하지 않았을 수 있어, 오차의 원인이 될 수 있다. 이번 실험으로 폐수 속에 많은 고형물이 존재한다는 것을 알게 되었고, 그 무게는 우리가 직접 잴 수는 없으며, 정밀한 기계인 Chemical balance 로 잴 수 있었다. 더욱 정밀하고 고가의 실험기구들을 사용하여 실험하였다면 더욱 정확한 값을 얻을 수 있었을 것이다. 이번 실험에서 주의 사항은 Muffle furnace 에서 은박접시를 다룰 때는 화상에 주의하고 반드시 집게를 사용해야 하는 것이다. 또 여과지를 건조시킬 때는 시계접시나 알루미늄 등 가벼운 용기 위에 얹어 건조시킨다. 그리고시료를 완전히 혼합하여 부유물질이 균일하게 분포하도록 한 후, pipet을 이용하여 채취해야 한다.* Questions1) Calculate and report the final concentration (mg/L) values for all solids analyses in this lab (Total Solids, Total Volatile Solids, Total Fixed Solids, Total Suspended Solids and Total Dissolved Solids).samplesourcesDish IDsamplevolume(mL)TS(mg/L)TFS(mg/L)TVS(mg/L)sludgeA*************influent 1B50541044influent 2C50501238influent 3D50521240effluent 1aE200111.59.5effluent 1bF20012210effluent 2aG20016214effluent 2bH20016115effluent 3aI20014014effluent 3bJ20015312samplesourcesDish IDsamplevolume(mL)TSS(mg/L)FSS(mg/L)VSS(dge
Introduction & Objectives? 실험목적COD(Chemical Oxygen Demand)의 분석도 가정하수와 산업폐수의 오염세기를 측정하는데 널리 이용된다. 이 분석은 반응식에 따라 오염물질을 이산화탄소와 물로 산화시키는데 필요한 총 산소의 양으로 환산하여 측정하는 것이다.* Theory? COD 정의 : 화학적 산소요구량 하천·호소(湖沼)·해역(海域) 따위의 자연수역에 도시폐수나 공장폐수가 흘러들어오면 그 속에 산화되기 쉬운 유기물질이 있어서 수질이 오염된다. 이렇게 유기물질을 함유한 물에 과망간산칼륨(KMnO4)·중크롬산칼륨(K2Cr2O7) 따위의 수용액을 산화제로서 투입하면 유기물질이 산화된다. 이때 소비된 산화제의 양에 상당하는 산소의 양을 mg/ℓ 또는 ppm으로 나타낸 것이 화학적 산소요구량이다.? 화학적 산소요구량(COD)은 수중의 유기물량을 아는데 이용된다.수중의 유기물을 화학적으로 산화할 때 소비되는 산소량으로 정의 하며 단위는 mg/l 로 표시한다. 산화정도는 피산화물의 농도 및 형태, PH, 온도, 반응시간, 산화제의 종류 및 농도에 따라 다르다.COD 법은 우리나라 공정시험법에서 채택되어 사용되고 있으며 일본, 영구에서 사용된다. 그러나 불안정성, 산화의 불안정, 반응조건 그리고 변색점에의한 영향이 큰 결점이 있으나 실험이 간단하고 신속하므로 동일성질의 하수에 대하여 유기물 농도의 변화를 알고자 할때 이용하면 편리하다. 몇몇 아미노산, 케톤 또는 포화성 카르복실산 등의 유기물들은 잘 산화되지 않으므로 상수와 오염이 심하지 않은 지표수 등의 분석에 사용된다.? 기본 원리MnO + 8H +5E ⇔ Mn + 4HO (피산화물 산화)2MnO + 5CO + 16H ⇔ 2Mn + 10CO + 8HO( 수산화 나트륨 NaCO 을 가해 환원 탈색 )? COD의 장점, 단점BOD가 20℃에서 5일간이라는 오랜 시간을 요하고, 측정설비가 비싸며 측정조작에도 상당한 숙력을 요하는데 반하여 COD는 단시간에 측정되고, 사용기구도 저렴하며 조작법도 익히기 쉽다.COD는 모발, 지류, 셀룰로오스등의 유기물을 잘 산화시킨다.수중의 환원성 물질, 유기물로써 당류나 무기물로서의 금속이온, 아황산 이온등의 영향이 종합적으로 검출되므로 BOD가 나타내는 의미와는 다르다. 따라서 일반적으로 폐수에서는 COD가 BOD보다 높게 정량된다.*COD의 단점100%산화시키므로 특정치가 너무 높다.생물학적으로 활성가능한 물질과 비활성인 유기물을 구별할 수 없다.자연적인 조건에서 생물학적으로 산화가능한 활성화 물질이 자연적으로 안정화 되는 속도에 대해서는 아무것도 알 수 없다.? COD와 BOD의 관계① 일반적인 값일반적으로 COD 분석 값이 BOD 값보다 크다. 생활하수의 경우 COD/BOD5는 대체로 2.0～3.0 범위를 나타낸다.㉠ COD ＜ BOD일 때 : BOD 시험 중에 질산화가 발생하였거나 COD시험에 방해물질이 폐수에 존재함을 의미하고 있다.㉡ COD≫BOD 일 때 : 시험수가 생물학적으로 분해 불가능한 유기물질로 구성되어 있거 나 미생물에 독성을 끼치는 물질을 함유할 때 나타날 수 잇다. 따라서 이러한 폐수는 생 물학적 처리가 적합하지 않다.② 실제보다 COD값이 높게 나타날 때 : 검수 중에 무기성 환원물질이 함유되어 있을 때 이러한 현상이 나타날 수 있다. (예: 아질산염. 염소이온, 제1철염, 황화물 등)③ 실제보다 COD값이 낮게 나타날 때 : 검수 중에 사용되는 산화제와 상조하는 산화성 물질이 함유되어 있을 때 이러한 현상이 나타날 수 있다. (예: 크롬산화물 등)(참고) BOD-COD 관계BOD>COD일때▶미생물처리가능BOD BOD/CODcr 0.6이상일 때▶미생물 처리 가능성 있음BOD/CODcr 0.6이하일 때▶미생물 처리보다는 물리.화학적 처리 유리Equipment & Materials① spectrophotometer② vortex mixer③ COD tube④ Pipette & Pipette Filler⑤ 진공여과기와 진공펌프⑦ COD Block bach⑧ 비커 7개⑥ 원심분리기Reagentstandard potassium dichromate digestion solution (산화제) K2Cr2O7 (103℃2h)4.193g → 500mL+H2SO4 167mL+HgSO4 33.3g → 1000mL(stir)(0.1N)sulfuricacidreagent(유기물분해) H2SO4 1kg +Ag2SO4 5.5g → 1~2 daysstirStandard(lowstrength)ferrousammoniumsulfate(FAS)(0.1M)(적정용액) Fe(NH 42 SO42 ?6H2O 39.2g+H2SO4 20mL → 1000mLFerroin indicator solution (지시약) in dicator 1, 10-phenanthrolinemonohydrate1.485g+FeSO4 ?7H2O 0.695g → 100mLExperimental Procedures1. test tube에 시료 2.5mg을 넣는다.2. Potassium dichromate solution 1.5mL와 Sulfuric acid reagent 3.5mL를 넣는다. (색깔이 약간 주황색으로 변한다.)3. block digester에서 150°C에서 2시간 가열 소화시킨다.4. 가열 후 상온에서 식힌다.5. ferroin indicator를 1~2방울 떨어뜨린다. (약간 진한 누런색)6. 0.10M FAS용액으로 적정하고 마그네틱 스티어를 이용하여 혼합시킨다.7. 블루에서 갈색으로 바뀌는 지점 end point을 찾는다.계산법Resultssample IDFAS Molaritymls FASmls sampledilution factorBlank 10.0981.5372.51Blank 20.0981.5332.51Blank 30.0981.5262.51influent 10.0981.2552.51influent 20.0981.2442.51influent 30.0981.2512.51Effluent 10.0981.4732.51Effluent 20.0981.4682.51Effluent 30.0981.4492.51※ Laboratory presentation1. Plot a nitrate calibration curve using absorbance data obtained in the lab from the NO3-N standards for the spectrophotometer used in this lab.2. Determine the linear response range for the spectrophotometer. Determine the correlation coefficient (R2) for the data within the linear response range.흡광도의 범위가 nitrate의 농도 0~1mg/L, nitrite 0~0.7mg/L 선형범위임을 알 수 있고 correlation coefficient값은 0.999값이다.3. Determine an equation for absorbance as a function of concentration for the data within the linear response range for the spectrophotometerA=kcl0.1mg/l * 1mol/14g * 1g/1000mg = 7.142 * 10-6 mol/Lk * 7.142 * 10-6 *1 = 0.006k = 840equation for absorbance as a function of concentration for the dataA = 840C0.1mg/L NO2-N Std.0.0090.1mg/L NO2-N / 0.1mg/L NO3-N0.0160.2mg/L NO2-N / 0.1mg/L NO3-N0.0240.5mg/L NO2-N / 0.1mg/L NO3-N0.0520.7mg/L NO2-N / 0.1mg/L NO3-N0.0694. Determine the apparent nitrate (NO3-N) concentration for the samples that were spiked with nitrite (NO2-N). In your own words, what impact does the presence of nitrite have upon the determination of nitrate concentrations?0.7mg/L NO2-N / 0.1mg/L NO3-N에서 0.1mg/L NO2-N Std을 빼면 0.007이다. Nitrate 식 y=0.057x에서 y값에다가 0.007을 넣으면 x는 0123mg/L이 나온다. 식에서와 같이 Nitrite를 넣으면 Nitrate는 농도가 증한다.5. Based on your data from today’s lab, recommend a dilution factor (if necessary) for colorimetric analysis of samples with the following approximate nitrate concentrations:a. 1 mg/L b. 50 mg/L c. 500 mg/L여기서 a번은 희석할 필요가 없고 b번은 50배 희석할 필요가 있고 c번은 500배 희석할 필요가 있다.
Ⅰ. Introduction & Objectives*실험 목적① 가정용수 또는 공업용수로써 적합성을 판단하는데 사용되는 중요한 고려사항② 경도를 근거로 연수화 처리 유무를 판단③ 물속의 Ca2+, Mg2+ 경도의 상대적인 양, 탄산염 경도, 비탄산염 경도의 상대적인 양 고려 → 가장 경제적인 연수화 공정의 유형 결정. 설계의 중요한 인자④ 경도 측정 결과 : 연수화 공정 관리를 위한 기본자료*개요- 경도(Hardness)물의 세기 정도를 나타내는 용어로서 물속에 용존하고 있는 Ca++, Mg++, Fe++, Mn++, Sr++ 등 2가 양이온 금속의 함량을 이에 대응하는 CaCO3 ppm으로 환산 표시한 값으로 일시경도(temporary hardness)와 영구경도(permanent hardness)가 있다.- 경도 유발물질 음이온Ca++ OH-, HCO3-, CO3-- : alkalinityMg++ (일시경도, temporary hardness = 탄산경도, carbonate hardness)Fe++Mn++ SO4--, Cl-, NO3-, SiO3- : acid ionSr++ (영구경도, permanent hardness = 비탄산경도, non carbonate hardness)-경도는 주로 토양이나 암석과의 접촉과정에서 발생된다. 즉, 빗물이 토양이나 암석(주로 석회암)을 통과하면서 이산화탄소와 만나 탄산(H2CO3)을 형성하고 탄산이 불용성 탄산염을 가용성 중탄산염으로 전환시키면서 발생된다.CO2 + H2O → H2CO3H2CO3 + CaCO3 → Ca(HCO3)2H2CO3 + MgCO3 → Mg(HCO3)2따라서, 지하수는 지표수에 비해 Ca, Mg 이 많이 함유되어 있는 경수일 가능성이 높다.* 경도(CaCO3 mg/L)0~75 mg/L : 연수(soft)75~150 mg/L : 적당한 경수(moderatlely hard)150~300 mg/L : 경수(hard)300 mg/L이상 : 고경수(very hard)* 우리 나라의 먹는물 경도 수질기준-300 (CaCO3 mg/L)* 특성-물에 함유된 칼슘과 마그네슘의 총량으로 결합된 염의 종류에 따라 총경도, 영구 경도, 일시경도로 구분된다.-물 맛에 관계된다.* 환경상 존재1) 경도의 자연원천은 퇴적층의 암석 침출수 등이며, 칼슘과 마그네슘이 이온성 분으로 존재한다.2) 침전암, 토양으로부터의 누수 또는 방출3) 자연수계에서 마그네슘 농도가 100 ㎎/L를 초과하는 경우는 드물고 칼슘 경도가 대부분을 차지한다.* 인체유해성1) 경도가 높은 물을 장기간 음용시 요도 결석을 유발하는 것으로 알려져 있다.2) 마그네슘염과 황산염 이온이 결합하여 설사를 하는 물질을 만들어낸다.3) 경도가 200 ㎎/L이상인 물은 배수관에 스케일(Scale)을 형성하고, 비누 소비를 크게 증대시키며 스컴(Scum)을 형성한다.4) 경도가 100 ㎎/L미만인 연수는 파이프를 부식시켜 카드뮴, 구리, 납, 아연 등 특정 중금속을 먹는 물에 잔류케 한다.* 처리방법1) 정수처리과정에서 pH와 알카리도의 적정으로 조정한다.2) 자비법(소규모로 간단히 처리할 경우)3) 이온교환수지4) Zeolite법 : 영구경도 제거에 효과적이다. 장소를 차지하지 않고 침전물이 생기지 않는다. 현탁물질을 함유한 물에는 사용이 곤란하다. 가격이 비싸다.* 경도의 종류 및 계산1). Ca 경도와 Mg 경도물속에 존재하는 Ca 과 Mg 농도를 CaC)3 로 환산한 값을 가ㄱ각각 Ca 경도, Mg경도라고 하며, 이를 통틀어 총 경도라고 한다.총 경도 = Ca 경도 + Mg 경도2). 탄산경도와 비탄산 경도경도물질과 알칼리도 유발물질의 결합 여부에 따라 분류된다. 경도 물질이 음이온으로 알칼리도 유발물질과 결합되어 있는 염을 탄산경도(carbonate hardness) 라고 하며, 알칼리도 이외의 음이온과 결합되어 있는 염을 비탄산경도(noncarbonate hardness) 라고 한다.특히 탄산경도는 보일러나 난방장치 연수화 공정 등의 고온에서는 아래의 식과 같이 침전물을 형성하므로 주의해야 한다. 그러나 이 원리를 이용하면, 즉 끓이게 되면 탄산경도는 침전물을 생성하게 되므로 쉽게 제거할 수 있어 탄산경도를 일시경도라고도 한다.Ca2+ + 2HCO3 → CaCO3↓ + CO2 + H2OCa2+ + 2HCO3- + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O한편, 탄산경도 이외의 경도인 비탄산경도는 총 경도에서 탄산경도를 제하여 구할 수 있으며 끓여도 잘 제거되지 않기 때문에 영구경도라고도 한다.3). 가경도경도에 의한 것은 아니지만 나트륨을 많이 함유하고 있는 바닷물 등에서는 공통이온 효과에 의해 비누가 제대로 작용하지 못한다. 이를 가경도(pseudo 경도) 라고 한다.4). 계산경도와 알칼리도의 관계는 다음과 같이 정리할 수 있다.총 경도 > 알칼리도탄산염 경도 = 알칼리도비탄산 경도 = 총 경도 - 탄산 경도총경도 < 알칼리도탄산염 경도= 총 경도비산탄 경도= 0이상에서 탄산경도, 비탄산경도를 계산할 수 있다.* 계산에 의한 방법경도(mg/L) CaCO3로써 = M2+(mg/L) × 50/M2+의 EW* EDTA 적정법이 방법은 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylendiamineteraacetic acid, EDTA)의 용액이나 그 나트륨염을 적정 표준액으로 사용하는 방법이다.이화합물들은 일반적으로 EDTA라고 하며, 다음 식에서 보인 바와 같이 Ca2+, Mg2+ 및 기타 경도를 발생하는 2가 이온들과 대단히 안정한 착이온을 형성하는 킬레이트제이다.M2+ + EDTA → [M·EDTA]착물따라서, EDTA 로 경도를 측정하기 위해서는 EDTA가 과잉으로 존재하거나 경도를 유발할 하는 이온들이 모두 착물로 되었음을 알려주는 적절한 지시약이 필요하게 된다. 이와 같은 지시약으로 가장 우수한 것이 염료인 에리오크롬 블랙T(Eriochrome Black)나 칼마자이트(Calmagite)이다. 본래 푸른색인 이 지시약은 소량을 pH 10 정도의 센물에 가하면, 다음 반응식에서와 같이 약간의 Ca2+ 과 Mg+ 이온들과 결합하여 약한 착이온을 형성한다.M2+ + Eriochrome T → (M· Eriochrome Black T)착물EDTA로 적정하는 동안, 나머지의 경도를 유발하는 이온들은 착물을 형성하게 된다. 그리고 나서 EDTA 는 경도를 유발하는 이온들과 보다 안정한 착물을 형성할 수 있어서, 포도주색의 착물( M· Eriochrome Black T) 을 분해하게 된다.EDTA 적정법에는 특정한 방해물질들이 있을 수 있으나, 적절한 조치를 통하여 극복 할 수 있으므로, 매우 정밀하고 정확한 결과를 얻을 수 있으며, 각각의 양이온을 측정하지 않아도 되는 장점을 가지고 있다. 현재 가장 흔히 채용되고 있는 방법이다.*이론 값 계산식경도(mg/L) CaCO3 = Ca2+(mg/L) × 50/Ca2+의 EW경도(mg/L) CaCO3 = M2+(mg/L) × 50/M2+의 EW*실험 결과 값 계산식1. Calcium Hardness, Total HardnessX = V mL ⅹ 1mg_CaCO3/ 1 mL ⅹ 1000mL/1L ⅹ 1/ 50mL (mg/L as CaCO3)2. Magnesium HardnessMgH=TH?CaH (mg/L as CaCO3)Ⅱ. Experimental Procedures* equipment- 뷰렛- 마그네틱바- 마그네틱스터러- 전자 저울- pH meter- 50, 250, 500, 1000mL Volume tric flask- 100, 500 mL 비커- 피펫* Reagent- NaOH(1M)- Murexide indicator(ammonium purpurate)- NH4Cl- NH4OH- EBT(Eriochrome black T indicator)- NH2OH·HCl- 95% ethyl alcohol- EDTA titrant, 0.001M, 1ml /1mg CaCO3 hardness- CaCl2- MgCl26H2O- Tap water* Procedure(Reagents)1). CalciumDeterminationa. NaOH buffer(1M)1mloe/L ｘ 40g/1mole ｘ 1/0.93 = 4.3g/100mLb. Murexide indicator (ammonium purpurate)2). Total Hardness Determinationa. NH4OH buffer(16.9g NH4Cl + 143mL NH4OH)→250mLb. EBT indicator(0.5g EBT + 4.5g NH2OH?HCl) + 95% ethyl alcohol 100mL
Ⅰ. Introducte & Objectives* 실험 목적1). 수중에 현탁되어 있는 입자상 고형물을 여과하여 부유물질을 측정할 수 있다.2). 시료를 가열하여 수분을 증발시켜 총 고형물의 농도를 측정할 수 있다.3). 증발잔류물을 고온에서 강열하여 휘발성 고형물의 농도를 측정할 수 있다.4). 자연수와 하수, 폐수의 오염정도를 표현할 수 있다.* 개요TS → VS + FS↓ ↓ ↓TSS → VSS + FSS+ + +TDS → VDS + FDS- TS(Total Solids) : 총 고형물- VS(Volatile Solids) : 휘발성 고형물- FS(Fixed Solids) : 강열잔류 고형물- TDS(Dissolved Solids) : 용존 고형물- TSS(Suspended Solids) : 부유물질- VSS(Volatile Suspended Solids) : 휘발성 부유물- FSS(Fixed Suspended Solids) : 강열잔류 부유물- VDS(Volatile Dissolved Solids) : 휘발성 용존 고형물- FDS(Fixed Dissolved Solids) : 강열잔류 용존 고형물* 고형물(Solids)음용수를 비롯한 각종용수, 가정하수, 공장폐수, 및 슬러지 내 포함되어 있는 수분을 제외한 모든 물질.-음용수에 다량의 고형물 합류 --> 심미적 불쾌감, 맛 유발-액상시료에서 총고형물은 총 용존 고형물과 총부유고형물로 이우어지며, 총 용존 고형물은 공극의 크기가 2마이크로미터 이거나 이보다 더 작은 필터를 통과할 수 있는 물질을 말하며 여과지에 걸러지는 물질을 총부유고형물이라고 한다. 액체 속에 존재하는 용존물질과 부유물질의 양과 성질은 매우 다양하다. 먹는물에는 대부분의 물질이 용해된 형태로 존재하는데 무기염이 주성분이며 그 밖에 소량의 유기물과 용존 기체들이 있다. 음용수의 총고형물의 함량은 대체로 20~1000mg/L 의 범위 내에 있으며, 총용존고형물의 양의 증가에 따라 경도도 증가한다. 총고형물 측정 시 온도가 103~105도 인 것과는 달리 용수의 총용존 고형물을 측정하기 위한 온도는 180도 이다. 고온을 사용함으로써 기계적으로 결합된 물을 제거할 수 있기 때문이다. 이 때 시료의 유기물 농도는 매우 낮기 때문에 고온에서의 유기물 손실을 무시할 수 있다. 다른 모든 액체시료에서는 부유성 콜로이드 및 현탁물질의 양은 오염도에 따라서 증가한다. 슬러지는 고형물질의 대부분이 부유성인 극단적인 예이며, 용해된 부분은 별로 중요하지 않다. 용존 물질과 부유 물질의 양은 시료를 여과하여 여과된 부분과 여과되지 않은 부분으로 나누어 측정한다.* 휘발성 고형물과 강열 잔류물가정하수와 산업폐수 및 슬러지 시료에 대하여 고형물을 측정하는 주목적중의 하나는 그 속에 들어 있는 유기물의 양을 측정하는 데 있다. 이 분석법에서는 유기물을 기체인 이산화 탄소와 물로 전환시켜 휘발시키는 방법을 이용한다. 이때 온도를 조절하여 무기물의 분해와 휘발이 일어나지 않도록 하면서 유기물을 완전 산화시킨다. 이렇게 고온산화 및 휘발을 통하여 감소된 무게를 유기물량으로 간주한다. 표준분석법에서는 550도로 강열한다. 이 온도는 유기물, 특히 탄수화물과 기타의 유기물이 열분해되어 생성되는 탄소가 적당한 속도로 산화될 수 있는 최저온도이다.Cx(H2O)y → xC + yH2O ↑C + O → CO2또한 550도에서는 무기염의 분해반응도 최소화된다. 건조하는 동안 배출되지 않은 암모늄염이 휘발해 버리나 나머지 다른 대부분의 무기염들은 비교적 안정한다. 탄산 마그네숨은 예외이다.MgCO3 → MgO +CO2 ↑부유물질 중의 휘발성 고형물 함량은 측정할 때 용존 무기염들은 여과 과정에서 제거되므로 고려하지 않는다. 슬러지의 분석에서는 암모늄염들이 주로 탄산수소 암모늄리므로, 휘발성 고형물의 측정을 방해하지 않는다.NH4HCO3 → NH3↑ + H2O↑ + CO2↑슬러지 속에 들어 있는 그 밖의 불안정한 무기염들의 양은 보통 총고형물의 양에 비해 아주 적으므로 그 영향을 일반적으로 무시한다. 휘발성 고형물의 측정에서 강열 온도의 조절이 이루어지지 않았을 때는 큰 오차가 생겨날 수 있다. 그러므로 온도를 정확히 조절할 수 있는 회화로에서 연소시켜야 한다. 탄산 칼슘은 825도 이상에서 분해되며, 휘발성 고형물의 분석 시료속에서 일반적으로 나타나는 무기염의 주성분이므로 이것이 분해될 경우 상당히 큰 오차를 나타내게 된다.슬러지의 휘발성 고형물을 측정할 때는 초기 단계에서 주의하지 않으면 이 과정에서 시료가 비산되어 물리적 또는 기계적 손실이 생겨나게 되므로 큰 오차를 나타내게 된다. 시료를 회화로에 넣기 전에는 분젠버너로 가연성 물질이 모두 분해되도록 미리 시료를 조심스럽게 태우면 비산을 피할수 있다. 강열이 적절하게 이루어지면 이때 생긴 무게 손실로부터 대부분의 도시 슬러지에 대한 유기물의 양을 아주 정확히 측정할 수 있게 되며, 잔류물의 양은 회분 또는 강열잔류 고형물이 된다. 산업폐수의 휘발성 고형물은 측정시 짧은 사슬 유기산, 알코올, 케톤, 알데하이드 그리고 탄화수소와 같이 휘발성이 강한 물질은 증발 및 건조 과정에서 쉽게 손실된다는 것이다. 이러한 경우 COD 및 TOC 측정값이 총유기물 함량을 보다 정확하게 나타낼 수 있다.* Solids 자료의 필요성-요염 강도를 나타내는 지표-하수, 폐수 처리장에서 설계나 운전시 중요인자로 활용※국내 하수 처리장 방류기준 : 20 mg/L 이하국내 음용수 기준: TSS 500 mg/L 이하* 환경공학에서 고형물 측정의 중요성물에 들어 있는 용존 고형물의 양은 그 물이 가정용으로 적합한지를 판단하는 기준이 된다 일반적으로 총고형물 함량이 500mg/L 이하인 물이이 용도에 가장 바람직하다. 고형물 함량이 높은 물은 통변성을 자주 나타내며, 때로 이에 적응되지 못한 사람들에게는 역효과를 나타낸다. 이것은 승객들의 후생에 관심을 기울여야 하는 운수회사와 여행객에게 중요하다. 많은 지역들에서 고형물 함량이 500 mg/L 이하인 자연수를 찾기란 불가능하다. 따라서 어떤 형태로든 처리하지 않으면 이 기준에 맞출 수 없게 된다. 그러나 대부분의 경우 고형물 함량을 줄이기 위한 처리를 실시하지는 않고 있다. 이런 물을 일상적으로 사용하는 사람들에게는 질병을 일으키지 않는다. 음용수에 대하여는 일반적인 기준으로 1000mg/L를 상상치로 권장하고 있다.
