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[하수도실험] BOD(Bichemical Oxygen Demand) 평가A좋아요

BOD(Bichemical Oxygen Demand)1. 이론적 설명BOD(biochemical oxygen demand: 생물 화학적 산소요구량)는 물속의 유기물질을 실험하는 방법 중 하나이며, BOD 농도는 물 속에 함유된 유기물질의 농도가 된다. 일반적으로 BOD실험은 수질환경오염 공정시험방법에 의해 실시하되 세균(bacteria)이 호기성 상태에서 분해 가능한 유기물질을 20℃에서 5일간 안정화시키는 데 소비한 산소량을 말한다. 물 속에 함유된 분해 가능한 유기물질 함유량의 정도를 아는 데에 있어 간접적 측정법으로 널리 이용된다. BOD는 5일 BOD 또는 BOD5를 말하며, BOD 농도가 높다 함은 물 속에 유기물질이 다량 함유되어 세균이 이것을 분해.안정화하는 데 많은 양의 유리산소(O2)를 소모했다는 것을 말한다. 반대로 BOD농도가 낮다 함은 물 속의 유기물질 함유량이 적어 세균이 이들을 분해, 안정화 하는데 적은 유리산소를 소모했다는 것을 의미한다. 그러므로 BOD는 수질오염강도를 측정하는 데 널리 이용되고 있다. 따라서 미생물은 유기물질을 영양원으로 이용하며, 유기물을 분해. 섭취하여 세포를 합성한다. 즉, 먹이로서 유기물질을 섭취한 양에 비례하여 유리산소를 소모하게 된다. 또한 분해성 유기물은 유기물질이 세균의 먹이로 제공되어 산화시 에너지가 생산되게 된다.1) CBOD 와 NBOD유기물질 중 질소 화합물은 탄소 화합물과 마찬가지로 용존산소를 소비하면서 산화된다. 일반적으로 질소 화합물의 산화에 의한 용존산소 소비는 탄소 화합물에 의한 산화가 시작된 수일 후부터 시작되므로, 질소 화합물의 산화과정은 탄소 화합물의 산화과정과는 구분되어야 한다. 탄소 화합물에 의한 용존산소 소비량을 CBOD(carbonaceous BOD) 또는 1단계 BOD라 하고, 질소 화합물에 의한 용존산소 소비량을 NBOD(nitrogeneous BOD)또는 2단계 BOD라고 한다.1-1) CBOD생물. 화학적으로 분해 가능한 유기물질은 호기성 조건하에서 미생물과 산소의해 분해되기 쉬운 탄소화합물 분해시 소모되는 산소량을 나타낸 그림이다.ⅱ)곡선 B는 2단계 BOD 또는 EOD(NBOD, NOD)라 하며, 질화균에 의해 질소화합물을 분해하는 데 소모된 산소량을 나타낸 그림이다. 아래 그림에서 알 수 있듯이 8-10일 후 에는 탄소화합물에 의한 BOD 이외에 질소화합물의 산화, 즉 질산화가 이루어진다. 질산 화균은 물 속에서 그 수가 상대적으로 매우 적고, 20℃일 때 성장속도가 완만하여 8일 전에는 산소의 소비에 관계하지 않는다. 그러므로 폐수 등을 생물학적으로 처리할 경우 에 체류시간은 BOD곡선과 상관성에 관심을 기울이면 효율적인 수처리공법을 쉽게 이해 할 수가 있다.3) 총 BOD(BODU 또는 UOD : ultimate BOD)이론적으로 용해성, 즉 미생물에 의해 분해 가능한 유기물질을 완전히 산화시키기 위해서는 도시하수 등의 경우는 20℃에서 20일이 소요된다. 이 때의 BOD값을 총 BOD 농도 또는 최종산소요구량(UOD)이라 한다. 종전에는 유기물질의 총 BOD와 화학식으로 계산되는 이론적 산소요구량(ThOD)이 동일한 것으로 알려졌다. 그러나 실제 포도당(C6H12O6) 300mg/L를 시험한 결과 ThOD값은 320mg/L였으나, BODU는 250-285mg/L였다. 따라서 모든 포도당(유기물질)이 완전히 산화되어 탄산가스(CO2)와 수증기(H2O)로 전환되는 것은 아니다. 이것은 유기물질의 일부가 세포직조로 변환, 즉 미생물이 생명을 유지하기 위한 내생호흡의 에너지를 공급받기 위해서 일정시간 산화되지 않은 채로 잔존되어 있기 때문이다. 포도당이 완전히 산화되는 반응식은 다음 식과 같다.C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O이 때 1몰의 포도당의 이론적 산소요구량은 6×32인 192g 이다. 물 속에 있는 유기물질을 산화하는 데 필요한 이론적 산소량을 산출하는 근사식은 다음식과 같다.UOD = 2.67C + 4.57N여기서, C : 물속에 함유된 유기물질 중 탄소함유량N : 물 속에 함유된 NH3- 액의 청색이 무색으로 될 때까지 적정하여 얻은 아황산나트륨액 (0.025N)의 소비 ㎖를 남아 있는 양에 대응하여 넣어준다.③ 과포화 용존산소 일 경우는 폭기 시킨다.④ 환원성 물질을 함유할 경우 : KMnO4 등으로 산화⑤ 시료는 시험하기 전에 온도를 20 ± 1℃로 조정한다.2> 방 법① 검수 1000㎖를 취한다.(오염이 심한 검수의 경우에는 100㎖를 취한 후 (식종)희석수를 가하여 1000㎖ 메스실린더에 맞춘다.)② 3개의 300㎖ BOD 측정용 부란병에 분활하여 취한다.③ 1개의 시료는 15분간 방치후 용존산소를 측정(DO1)2개의 시료는 BOD용 incubator에 넣어 20℃에서 5일간 저장 후 용존산소를 측정→식종 희석수를 사용할 경우의 바탕실험① 식종 희석수 1000㎖를 취한다.② 3개의 300㎖ BOD 측정용 부란병에 분활하여 취한다.③ 1개의 휘석수는 15분간 방치 후 용존산소를 측정(B1)2개의 휘석수는 BOD용 incubator에 넣어 20℃에서 5일간 저장 후 용존 산소를 측정3> 계 산① 식종과 희석을 하지 않은 원시료를 사용한 경우BOD5 (㎎/ℓ) = (DO1 - DO2)② 식종하지 않고 희석만 한 시료를 사용할 경우BOD5 (㎎/ℓ) = (DO1 - DO2) × F(희석배수)③ 식종희석수를 사용한 시료의 경우BOD5 (㎎/ℓ) = [(DO1 - DO2) - (B1 - B2) × F-1/F]= (DO1 - DO2) × F - (B1 - B2)*(F-1)④ K값 산출탈산소반응식 : L=L010-k1t여기서, L : 임의의 일(day : t)에 잔존하는 BODL0 : 최초(t=0)의 총 BODK1 : 탈산소계수(K1=0.4343K)t : 시간(days)따라서 임의의 일(t)까지의 BOD(Lt)는 다음과 같다.Lt=L0(1-10-k1t)여기서,1단계와 2단계의 BOD관계를 고려해서 임의의 일(t)까지의 총 BOD를 최종 BODu라 하며, 그 관계식은BODu=Lc(1-10-kct)+Ln(1-10-kn(t-a))여기서, Lc : 제1단계의 함유량을 직접 측정하기는 어려우므로, 이를 산화하는데 필요한 산소의 양에 의해 간접적으로 나타낸다. 미생물을 생분해성 유기물을 산화하는데 이때 필요한 산소의 양을 생화학적 산소요구량 즉 BOD(Biochemical Oxygen Demand, COD)이라 한다.이러한 BOD나 COD는 유기물에 의한 수질오염 지표로 삼는다. COD측정법에는 여러 가지가 있다. 여기서는 KMnO4을 산화제로 사용하는 실험을 통하여 COD의 개념과 측정법을 이해 및 숙지하여, 이를 통해 수중의 오염도를 확인하고, 독성이 강한 폐수의 정화에 응용할 수 있어야 한다.1.3 이론(Theory)COD의 측정과정에서 유기물질은 그 물질의 생물 분해성에는 무관하게 이산화탄소와 물로 전환된다. 예를 들면, 글루토오스와 리그닌(lignin)도 완전히 산화된다. 따라서 COD값은 BOD값보다 크며 생물학적 난분해성 유기물질의 양이 많을 경우에는 훨씬 더 커진다. 리그닌의 함량이 높은 목재 펄프 폐수가 그 좋은 예이다.COD분석 시험의 주요 제한 사항들 중의 하나는 생물학적으로 산화될 수 있는 유기물질과 생물학적으로 비활성(inert)인 유기물질을 구별할 수 없는 점이다. 또한 자연적인 조건에서 생물학적으로 활성인 물질이 안정화되는 속도에 관해서는 아무런 정보도 얻을 수 없다.COD분석의 큰 장점은 짧은 시간 내에 분석 결과를 얻을 수 있다는 점이다. BOD의 측정에는 5일이 소요되는데 비하여 이 측정은 약 3시간 정도에 마칠 수 있다. 이 때문에 많은 경우 BOD 분석측정의 대신으로 이용되고 있다. COD데이터는 충분한 실험을 통하여 믿을 만한 상관인자를 구하게 되면 BOD값으로 환산하여 해석할 수도 있다. 이번 실험을 통하여 COD의 측정법을 익히고, COD Mn법과 COD Cr법에 대한 이론적 고찰, BOD와 COD의 비교, COD 측정법 중 크롬법과 망간법의 비교도 이번 실험에서 중요한 부분이다.2. 실험 방법(Experimental Process)2.1 실험 원리? CODMN법 (과망간산) - (b/3)이다.?노르말 농도의 선택COD의 분석결과는 mg의 산소로 환산하여 표시한다. 산소의 당량은 8이므로 산화제는 N/8, 즉 0.125N의 용액을 사용하여 측정하는 것이 논리적일 것이다. 그러나 경험에 의하면 보다 진한 중크롬산염 용액이 좋은 감도를 나타내며, N/4 즉 0.25N 용액을 사용하는 것이 좋다. 중크롬산염의 0.25N용액 1mℓ는 2mg의 산소와 등가이므로 이 분석실험에서 측정될 수 있는 COD의 범위가 두배가 되어 더 많은 양의 시료를 사용할 수 있게 된다.?여분의 산화제 양의 측정COD측정에서는 유기물질이 산화제에 의하여 확실히 완전하게 산화될 수 있도록 충분한 양의 산화제를 사용한다. 따라서 산화제의 과잉량을 측정하여 실제로 감소된 산화제의 양을 결정해 주어야 한다. 이 측정에는 보통 환원제 용액이 사용된다. 환원제 용액은 거의 모두 공기와 접촉하지 않도록 주의해야 하며, 그렇지 않으면 녹아 들어간 산소에 의해 점차 산화된다. 제일철 이온은 중크롬산염에 대한 좋은 산화제이다. 용액은 순수하고 안정한 형태로 얻을 수 있는 황산암모늄 제일철로 만드는 것이 가장 좋다. 그러나 이 시약은 용액상태에서도 공기중의 산소에 의하여 산화되므로 사용할 때마다 표준화하여 사용하여야 한다. 표준화는 0.25N 중크롬산 용액을 사용한다. 황산암모늄 제일철과 중크롬산염과의 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.6Fe2+ + Cr2O72- +14H+ → 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O?바탕실험COD의 분석은 유기물질의 산화에 요구되는 산소의 양을 측정하는 것이다. 그러므로 시료속에 들어 있는 양만이 측정되도록 해야하며 외부로부터 들어가는 유기물질이 있어서는 안된다. 그러나 외부로부터 유기물질이 들어가는 것을 배제하기란 불가능하므로 모두 바탕시료(Blank sample)에 대한 측정이 요구된다.?지시약모든 산화-환원 반응들은 종말점에서 매우 현저한 산화-환원 전위의 변화를 일으킨다. 이 변화는 전위계를 써서 쉽게 검출해 낼 수 있다. 또한 산화-환원od)

공학/기술| 2004.12.23| 23페이지| 1,000원| 조회(1,187)

BOD, 하수도실험, 생물학전산소요구량

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[하수도실험] 경도

1. 경도의 정의물의 경도는 물 중의 Ca2+ 및 Mg2+의 양을 이것에 대응하는 탄산칼슘,CaCO3의 ppm(mg/l)으로 환산해서 나타낸 것이다. 물중의 Ca2+와 Mg2+는 주로 지질에 기인한 것 이지만 해수, 하수, 공장 폐수등에 원인이 있을 수도 있다. 수도수에 있어서는 시설물의 콘크리트, 구조물 및 물의 석회 처리에 의한 것이 있다.경도가 너무 높으면 위장을 해 치기도 하지만 적당량은 맛 좋은 음료수로 되고, 또 수도관의 방식에 도움이 되고 있다 고 한다. 경도는 전경도(총경도), 칼슘경도 및 마그네슘 경도로 구분된다. 전경도(총경도) 는 물 중의 칼슘 및 마그네슘이온에 의한 경도를 말한다. 칼슘 경도는 물 중의 칼슘이온 에 의한 경도, 마그네슘 경도는 물 중의 마그네슘 이온에 의한 경도를 말한다. 물의 경도는 다원자가의 금속양이온의 존재에 의한 특성이다. 그것은 명백하게 경도를 나타내는 양이온과 비누와의 반응으로 인한 침전형태와 경도를 나타내는 양이온과 특정 한 음이온들(예를들어 SO42- ,CO32-)이 반응하는 정도를 말한다.2. 물의 경도 측정경도경도는 수중의 칼슘이온과 마그네슘이온의 함량을 나타내는 것으로서 이들 이온의 달량에 대응하는 탄산칼슘의 ㎎/ℓ농도로 표시된다. 경도는 보일러 관내의 스케일?슬러지 발생의 주요인으로 작용하여 열전도의 방해, 증발관의 막힘, 국부전지등의 장해 요인이 되기 때문에 연수 또는 ?수장치에서부터 철저히 관리하여야 할 필요가 있으며, 소량의 유입경도는 인산염에 의해 슬러지화한다.경도(EDTA 적정법)경도는 수중의 칼슘이온 및 마그네슘이온의 양을 이것에 대응하는 탄산칼슘의 양으로 환산해서 시료 1ℓ에 대한 ㎎으로 나타낸다.가. 전경도시료에 완충액(緩衝液)을 가하여 pH10으로 조절하고 EBT를 지시약(指示藥)으로 하여 EDTA-2 나트륨 용액(溶液)으로 적정(滴定)하는 방법이다.1)시약가) 완충액(pH 10) : 인산암모늄 67.5g을 암모니아수 570㎖에 용해(溶解)하여 물로써 전량(全量) 을 1ℓ로 한다. 이 다 와 같음라) 시안화칼륨 용액(10%) : 염산 히드록실아민 10g을 물에 녹여 전량을 100㎖로 한다.바) EDTA 표준액 : EDTA(Ethylenediamine tetraacetic acid) 2나트륨 2수화물 4g을 물에 용해 하여 메스플라스크 1ℓ에 넣고, 물을 표선까지 가한다.※표정 : 염화칼슘 표준액 25㎖를 삼각플라스크 250㎖에 취하고, 물을 가하여 50㎖로 한 후 수산화 칼륨 용액 5㎖를 가하여 잘 혼합하고 시안화칼륨 용액(10%) 및 염화히드록실아민 용액(10%)을 각각 3방울씩 가하여 혼합한다. 이것에 약 0.1g의 지시약을 가하여 잘 혼합하면서 EDTA 표준액으로 청록색이 되는 점까지 적정한다. 여기서, 소모된 EDTA표준액 ㎖수(x)에서 다음 식에 의하여 농도계수를 산출한다.여기서 x = 소요된 EDTA 표준액 ㎖수2) 실험조작가) 청정한 시료의 정량(50~100㎖)dmf 비이커에 취한다.나) 수산화칼륨 용액 5㎖를 가하여 잘 혼합한 후 약 5분간 방치한다.다) 시안화칼륨 용액(10%) 및 염산 히드록실아민(10%)을 각각 0.5㎖ 가해서 잘 혼합한다.라) 여기에 약 0.1g의 지시약을 가하고 EDTA 표준액으로 청록색이 될 때까지 적정한다.마) 다음 식에 의해서 시료중의 칼슘경도를 산출한다.여기서, HCa = 칼슘경도(㎎ CaCO3/ℓ)a= 적정에 소요된 EDTA표준액(㎖)f= EDTA표준액의 농도계수V= 시료(㎖)1= EDTA표준액 1㎖의 탄산칼슘 상당량(㎎)※시료에 수산화칼륨 용액을 가하기 전에 N.N 지시약을 가하면 Mg2+이 N.N 지시약과 킬레이트 화합물을 형성하여 Mg(OH)와 공침하게 되므로 시약의 첨가순서가 틀리지 않도록 한다.다. 마그네슘경도마그네슘경도는 전경도에서 칼슘경도를 빼서 산출한다.여기서, HMg = 마그네슘 경도(mg CaCO3/ℓ)b= 전경도 측정에서 소요된 EDTA표준액(㎖)V= 전경도의 시료(㎖)암석의 경도와 물의 경도 두가지로 나누어서 하였습니다.1. 경도의 정의경도(＝단단함)란 물질의 단단함, 부 표현되나 정확한 것은 아니다 그 이유는 경도는 재료의 물리적 성질에 직접 연관이 되는 물리상수가 아니라 인위적으로 정한 공업상수이기 때문이다.경도시험은 재료의 경도값을 알고자 하거나 경도값으로부터 강도를 추정하고 싶은 경우 또는 경도값으로부터 시편의 가공상태나 열처리상태를 비교하고 싶은 경우에 행하기도 한다.단순하게 재료이 경도값을 알고자 하는 경우에는 별 문제가 없으며 적절한 시험방법을 선택하면 된다.그러나 경도값으로부터 강도를 추정하는 경우에는 그 근본목적이 강도의 추정이 침탄처리 등의 표면처리된 시편이나 가공경화가 많이 일어나는 재료에 있어서 가공에 의한 표면경화가 나타난 시편은 경도값으로부터 강도를 추정할 수 없는 것이다.또한 경도값으로부터 시편의 가공상태나 열처리 상태등을 알고자 하는 경우에는 그에 따라 적절한 경도측정방법이나 순서를 결정해야 한다.이러한 경우에는 대개 압입자를 바꾸거나 하중을 바꾸어서 2회이상 경도값을 측정해야 정확한 데이터를 얻을수 있다.경도 시험방법은 매우 다양하며 가장 많이 사용되고 있는 몇가지 방법에 대해 특징만을 골라 간략하게 설명해보겟다.4.시험방법 및 시험기구(1) 브리넬 경도 시험 방법구형의 압입자를 일정한 하중으로 시편에 압입하므로써 경도값을 측정하는 방법이다. 이 방법은 압입자의 크기뿐만 아니라 통상 시험 하중도 다른 경도 시험법에 비해 크기 때문에 얇은 부품, 특히 표면만의 경도를 알고자 하는 경우에는 적합지 않으며 주물제품 등 비교적 불균일하고 현상이 큰 재료의 경도 측정에 주로 사용된다. 은 브리넬경도 시험기이다.이 시험법은 여타의 압입 경도시험과 마찬기지로 부하속도(그림11)와 하중유지시간(그림12)에 따라 경도값이 달라지게 되므로 이를 고려해야 한다.특히 하중 유지시간의 경우에는 그 변화에 따라 경도값도 많이 달라지므로 대체로 10~15초를 그 표준조건으로 잡고 있다. 또한 시편 표면의 압입자국을 정확하게 측정하기 위해서는 경도시험의 전과정으로서 반드시 마무리 작업을 거쳐야 한다.브리넬 경도시험(BRNEL 하는 경우 쇼어 경도계와 같은 반발경도계를 이용하여 경도를 측정할 수 있다.최근에는 반발경도계가 인기를 많이 잃었지만 적절히 사용한다면 매우 유용한 방법이다. 단, 반발경도계를 성공적으로 쓸수 있는가의 여부는 사용자의 기술에 크게 의존하는데 그 이유는 계기가 수직으로 놓여져 추가 튀어 오를 때 관 내벽과의 마찰이 없어 튀어오른 높이가 올바른 값이 되어야 하기 때문이다.이 방법은 새편의 크기와 모양에 관계없이 실용적으로 시험할 수 있고 시편표면을 손상 시키지 않는다는 장점이 있다. 지금까지 간단히 기술된 경도시험법들을 실제 작업현장이나 연구실 등에서 주로 사용되는 방법들이다. 경도계로부터 얻은 대부분의 값들은 해당되는 정밀도로 다른 경도값으로 환산할 수 있다. (표1 경도환산표 및 그림16참조)또한 경도값은 항복강도값과도 연관성이 있다. 에 그것을 나타내었다 이것은 100%맞는 것은 아니지만 상당히 비례적으로 변화되며 항복강도 역시 연신율이나 단면감소율 등의연성과 반비례적으로 변하므로 경도는 이들특성을 예측하는 변수로도 작용될 수 있다.경도가 가계가공작업에서 매우 중요한 변수로 작용된다. 브리넬 경도가 높을 수록 절삭성이 나쁘다. 절삭성이 나쁜 반면에 내마모성에서는 우수한 특성을 나타낸다.브리넬경도 250 : 절삭성이 좋다브리넬경도 300 : 절삭성이 나쁘지 않다브리넬경도 350 : 절삭성이 좀 나쁘다브리넬경도 400 : 절삭성이 나쁘다브리넬경도 400이상 : 절삭성이 매우 나쁘다이런 연관성이 유용한 이유는 경도 시험장치가 인장시험장치에 비해 쉽게 구할 수 있고 크기도 작아 운반이 쉬기 때문이다.경도시험은 기계가공한 시편을 요구하지도 않으며 실제 시험도 인장시험보다 빠르며 저렴하다. 많은 경우에 경시험은 비파괴적으로 가능하나 인장시험의 경우는 시편제작을 위하여 부품의 전부 또는 일부를 파괴하여야 한다.따라서 경도시험은 강의 인장성질을 빠르고 경제적으로 평가하게 하며 완성 부품의 경우는 비파괴적으로 인장성질을 평가하는 유일한 방법이다.4. 고찰처음에는 경도라고 의 먹는 물 공정시험법1. 유기물질1.1. 농약류1.1.1 유기인계 농약이 방법은 다이아지논(Diazinon), 파라티온(Parathion), 페니트로티온(Fenitr-othion)의 검사에 적용한다.가. 시약(1) 염화나트륨염화나트륨 50g을 물 500㎖에 녹이고 추출용매 10㎖를 넣고 흔들어 혼합한 다음 추출용매 5㎕ 취하여 가스크로마토그래피에 주입할 때 표준물질의 피크부근에 불순물 피크가 없는 것을 사용한다.(2) 염산염산 50㎖에 추출용매 5㎖를 넣고 흔들어 혼합한 다음 추출용매 5㎕를 취하여 가스크로마토그래피에 주입할 때 표준물질의 피크부근에 불순물 피크가 없는 것을 사용한다.(3) 염산(1+1)(4) n-헥산n-헥산 100㎖를 약 1∼5㎖로 농축한 것을 5㎕ 취하여 가스크로마토그래피에 주입할 때 표준물질의 피크부근에 불순물 피크가 없는 것을 사용한다.(5) 아세톤아세톤 100㎖를 약 1∼5㎖로 농축한 것을 5㎕ 취하여 가스크로마토그래피에 주입할 때 표준물질의 피크부근에 불순물 피크가 없는 것을 사용한다.(6) 디클로로메탄디클로로메탄 100㎖를 약 1∼5㎖로 농축한 것을 5㎕ 취하여 가스크로마토그래피에 주입할 때 표준물질의 피크부근에 불순물 피크가 없는 것을 사용한다.(7) 추출용매 (디클로로메탄 함유 n-헥산)디클로로메탄과 n-헥산을 15:85의 비율로 혼합하여 사용한다.(8) 무수황산나트륨황산나트륨 100g에 추출용매 50㎖를 넣고 흔들어 섞은 다음 여과하여 황산나트륨을 분리한다. 분리한 황산나트륨에 다시 추출용매 25㎖를 넣고 흔들어 섞은 다음 여과하여 분리한 황산나트륨을 바람에 말린다. 2번째 분리하여 얻은 추출용매 5㎕ 취하여 가스크로마토그래피에 주입할 때 표준물질의 피크부근에 불순물 피크가 없는 것을 사용한다.(9) 농약표준원액잔류농약시험용 다이아지논, 페니트로티온, 파라티온 각 50㎎을 정확히 취하여 각각 50㎖ 메스플라스크에 넣고 아세톤을 넣어 50㎖로 한다(이 용액 1㎖는 유기인계농약이 각각 1㎎을 함유한다).(10) 농약표준용액100한다.

공학/기술| 2004.12.23| 21페이지| 1,000원| 조회(330)

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[수리실험] weir를 통한 유량 측정

1. 실험목적유량 측정 원리를 이해하고 weir를 통하여 유량 측정을 해볼 수 있다. 이론적인 유량값과 비교해본다.2. 실험방법(1) 선택한 weir를 장착하고 배수 밸브는 열어둔다. (실험 장치가 제대로 작동하는가 확인해본다.)(2) 전원 스위치를 켜고 펌프를 작동시킨다.(3) 포인트 게이지를 ‘0’점조절 한다.(4) 유량 조절 밸브로 유량을 조절하고 수조에 일정한 수위가 되도록 기다린다.(5) 포인트 게이지로 웨어의 H 를 측정한다. (이때 게이지 끝이 수면에 닿을듯 말듯한 상태)(6) 배수밸브를 닿고 초시계로 시간을 재고 배수된 물의 양을 측정한다.(7) 배수밸브를 열어 배수한 다음 유량을 설정한 뒤 위와 동일한 방법으로 5회 반복한다.(8) 삼각weir, 사각 weir 모두 실험 후 전원을 끄고 물은 완전 배수 한다.- 배수된 물의 양을 측정시 게이지의 정확성을 위해 0l부터 측정하지 않고 1또는 2l 정도에서부터 측정한다.- 삼각 weir 일 경우 포인트 게이지가 끝까지 닿지 않아 그 오차(2㎜)만큼 H에 더해주어야 한다.- 위어의 상류에 다공판(多孔板)으로 만든 정류장치를 마련한 것은 웨어 판에 다가오는 흐름을 고르게 하여수면의 파동이 없게 하기 위함이다.3. 실험기기크기 : 1,270(W)×720(D)×1,080(H)mm재질 : FRP, PVC펌프 : 유량 -4,500 liter/hour (수도 5m일때), 최대양정 8m, 마그네틱 펌프, AC220V, 60Hz, 단상저수조 : 160liters, 계량수조 : 48 liters, 9.3 liters수조의 구조 그림 물부피측정게이지/유량조절밸브/전원4. 관측자료삼각웨어사각웨어횟수H (㎜)V (ℓ)t (sec)횟수H (㎜)V (ℓ)t (sec)142.4512.09134.6511.49252.557.38222.5518.09328.5518.80340.759.7413.5181.45444.758.6556.656.98548.256.5H (㎜) : 월류수심 (삼각웨어에서 포인트 게이지의 오차로 2㎜씩 더해준 값)V (ℓ) : 배수관을 통과한 물의 부피t (sec) : 측정한 시간5. 계산(1) 계산식▷ 이론식▷ 실험식ⅰ) 삼각웨어ⅱ) 사각웨어(2) 계산 예ⅰ) 삼각웨어ⅱ) 사각웨어6. 결과삼각웨어횟수관측유량 Q월류수심 H (m)유량계수 C유량 Q1(m3/sec)(ℓ/sec)(m3/sec)10.0122770.0000122770.01351.65129740.00003496720.2659570.0002659570.02851.49479580.00020497230.4135650.0004135650.04241.45323400.00053796040.6775070.0006775070.05251.44131380.00091024250.7163320.0007163320.05661.43904290.001096768사각웨어횟수관측유량 Q월류수심 H (m)유량계수 C유량 Q2(m3/sec)(ℓ/sec)(m3/sec)10.2763960.0002763960.02251.83104000.00018230420.4351610.0004351610.03461.76881330.00033582930.5154640.0005154640.04071.75101990.00042413640.5813950.0005813950.04471.74209570.00048568650.7692310.0007692310.04821.73563890.0005418167. 그래프8. 결과분석이론식에서도 알 수 있듯이 weir의 유량은 weir의 형상과 weir에서의 수두의 함수 있는 것을 알 수 있다. 실험 결과에서 보듯이 삼각weir와 사각weir의 월류수심(H)가 증가할수록 유량계수(C)는 작아지며 유량(Q)는 증가하는 것을 알 수 있다. 유량계수 C는 수로와 물과 접촉면의 상태에 따른 조도 계수나 벽면의 마찰계수등으로 유체가 완전하게 이동 할수 없기에 그만큼을 보정하기 위한 계수로 쓰인다.오차의 원인으로는 포인트 게이지의 0점 조절과 사람의 눈에 의한 측정이기에 읽음 오차가 발생하였으리라 본다. 또한 배수된 물의 양을 측정함에 있어서 오차가 충분히 발생 되었으리라 생각된다. 초시계와 물부피 측정게이지 간의 정확한 측정이 되지 못하는 점에서 오차가 발생원인이다.삼각weir의 경우 유량이 작은 경우 이론식에 의한 유량과 계량수조의 유량이 오차가 거의 나지 않고 높은 정밀도를 가지는 것을 알 수 있다. 이는 수로단면의 비하여 weir의 단면적이 작으므로 접근유속에 의한 오차가 작기 때문이다. 그러므로 유량이 작은 경우 삼각weir을 이용한 유량측정이 좋다.그리고 삼각 weir의 H값이 작아 정확히 알 수는 없으나 H가 증가할수록 유량 Q의 증가폭이 점점 감소하는 것을 알 수 있다. 사각 weir 의 경우는 H가 증가할수록 유량 Q의 증가폭이 점점 증가하는 것을 알 수 있다.사각 weir의 경우 월류수심이 작으면 유량이 감소하여 직사각형 weir 는 수맥이 위어판에 부착하는 경향이 있어 계량수조의 유량과 오차가 큰 것을 알 수 있다. H가 증가할수록 계량수조의 유량과의 오차가 점점 작아진다. 그러므로 사각weir 의 경우 H의 국부적인 자유표면의 곡률의 영향을 피하기 위하여 weir의 crest와 weir에서부터 충분히 상류인 지점에서 실험하는 것이 좋다.삼각 weir 의 수두와 유량관계곡선 (일반적인 경우) 사각 weir의 수두와 유량관계곡선

공학/기술| 2004.12.06| 5페이지| 1,000원| 조회(1,494)

수리실험, 유량측정, Weir, 유량설계

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[토질역학] 투수시험 (변수위 정수위 투수시험) 평가B괜찮아요

투수 시험(정수위, 변수위투수시험)1. 서론1.1 개요흙의 투수성은 흙댐과 하천제방, 간척제방의 제체와 기초지반중의 투수 또는 지하수위 이하에 설치된 구조물에 미치는 양압력을 알아내어 제체와 배수공등을 설계, 시공하는데 필요하다. 흙의 투수성은 투수계수의 대소로 표현된다. 흙의 투수계수를 구하는 방법에는 실내투수시험법과 현장투수시험법이 있다. 투수시험에는 수위의 주어진 방법에 따라 정수위 투수시험 및 변수위 투수시험이 있으며, 통상 정수위형은 사질토에, 변수위형은 점성토에 적용된다.1.2 목적정수위 투수시험과 변수위 투수시험을 실시하여, 흙의 투수계수를 구한다.2. 이론적 배경2.1 Darcy의 법칙Darcy는 흙 속을 흐르는 물의 침투유량을 구하기 위하여 다음과 같은 실험식을 발표하였다.여기서,는 침투유량,는 동수경사,는 흙속으로 물이 흐르는 단면적이다.이 식에서를 투수계수라 하며 속도와 같은 단위를 가진다. 투수계수의 값은 흙의 입경의 변화에 따라 그 변화의 범위가 대단히 넓다. 거친 모래나 자갈은 1.0 cm/sec이상이 되는 반면, 점토는 10-8 cm/sec 이하가 되기도 한다.2.2 정수위 투수시험여기서,: 측정시간(sec):물이 시료를 통과한 거리(cm):시간 동안 침투한 유량(cm3):시료의 단면적(cm2):수두(cm)< 정수위 투수 시험기 개략도 >2.3 변수위 투수시험< 변수두 투수시험기 개략도 >여기서,:스탠드 파이프의 단면적(cm2):측정 시작 시간(sec):측정 종료 시간(sec):에서의 수주높이(cm):에서의 수주높이(cm)3. 시험방법3.1 시험기구① 투수원통 : 상단에 일류구를 가진 플라스틱 또는 금속제의 원통으로 안지름 10cm, 일류구까지의 높이 15cm의 것을 원칙으로 하고, 안지름이 적어도 시료의 최대입경의 20배 이상이어야 한다.② 유공판 : 투수원통을 올려놓는 다리가 달린 판으로서 지름 약 15cm, 두께 약 15cm의 황동판에 작은 구멍을 뚫은 것이어야 한다.③ 황동제강 : 지름이 투수원통의 안지름보다 투수원통을 약간 작게 잘라낸 것으로서, 눈금의 크기는 420정도이고, 시료가 빠져나가지 못하는 것이어야 한다.④ 수조 : 시료용기를 넣는 데 적당한 크기를 가지고 있으며, 유공판의 윗면에서 약 1 cm의 높이로 수면을 유지할 수 있는 배수구를 가진 플라스틱 또는 금속제의 것이어야 한다.⑤ 다짐대 : 시료를 용기에 넣고 다지는 금속제봉으로서 그 한쪽 끝에 고무를 씌운 것이라야 한다.⑥ 저울 : 용기 10 kg, 감도 10 g의 것이라야 한다.⑦ 메스실린더 : 용기 1000 ml의 실린더로서 100 ml의 눈금을 새긴 것이라야 한다.3.2 시험 방법3.2.1 정수위 투수시험① 투수시험기의 몰드와 밑판의 무게를 측정하고 몰드의 안지름과 길이를 잰다.② 몰드에 사질토를 넣고 진동을 가하여 시험용 시료를 조제한다. 투수시험용 시료는 다짐 방법으로 다진 시료 또는 불교란 시료를 사용할 수 있다.③ 시료상면에 필터 페이퍼를 놓고 몰드 가장자리를 깨끗이 한 다음 고무 가스켓을 놓고 뚜껑을 덮는다. 뚜껑은 물이 새지 않도록 잘 죄어져야 한다.④ 뚜껑에 붙은 비닐관을 저수조와 연결한 다음 기포가 완전히 없어질 때까지 물을 순환시킨다. 순환수는 배기한 물이어야 한다.⑤ 시료를 통해 흘러나온 물을 500 ml 또는 1000 ml 용기()로 받고 그 용기를 채우는 시간()을 측정한다. 이와 같은 조작을 2,3회 반복하여 측정시간이 거의 일치하는가 확인 한다.⑥ 시료의 배수면과 저수조의 상류면 사이의 높이()를 잰다.3.2.2 변수위 투수시험① 변수위 투수시험기와 밑판의 무게를 단다. 몰드의 용적()과 단면적()을 측정한다.② 스탠드 파이프의 단면적()을 측정한다.③ 투수시험기 속에 흙을 넣어 시료를 조제한다. 시료는 교란된 흙을 적절한 에너지로 다져서 만들 수 도 있고, 불교란 시료를 사용할 수도 있다.④ 시료를 포화시킨다. 시료의 포화는 백 프레서(back pressure) 가압장치를 사용하는 것이 가장 효과적이다. 이것을 이용하지 못하는 경우에는 진공펌프를 이용하여 시료 내부를 대기압보다 더 낮은 압력으로 감압하면서 물을 투과시킨다.⑤ 스탠드 파이프의 최초의 수위과 최종수위를 미리 정해 둔다. 수위가에서로 내려올 때의 시간을 스톱워치로 측정한다. 이와 같은 조작을 수회 되풀이하여 측정시간이 일정하게 되는가 확인한다.⑥ 측정 때마다 온도계로 물의 온도를 측정한다.⑦ 시험이 끝나면 투수시험기를 부속장치로부터 분리하여 그 무게를 달고 시료의 중량을 결정한다.⑧ 흙의 비중을 측정한다.4. 결과의 처리4.1 정수위 투수시험의 결과처리측정할 때의 온도에 대한 투수계수를 다음 식에 따라 계산한다.여기서,:온도에 대한 투수계수(cm/sec):시료의 높이(cm):시료의 단면적(cm2):수두(cm):시간(sec):()시간(초)내에 일류한 수량(cm3)온도 15℃에 대한 투수계수()는 보정계수를 다음 표1에서 구하고, 다음 식에 따라 계산한다.여기서,: 온도 15℃에 대한 투수계수(cm/sec): 물의 점성 계수(poise)특수 계수에 의한 T℃에 의한 보정계수T℃012345678901.5671.5131.4601.4141.3691.3271.2861.2481.2111.177101.1441.1131.0821.0531.0261.0000.9750.9500.9260.903200.8810.8590.8390.8190.8000.7820.7640.7470.7300.714300.6990.6840.6700.6560.6430.6300.6170.6040.5930.582400.5710.5610.5300.5400.5310.5210.5130.5040.4960.487500.4790.4720.4650.4380.4700.4430.4360.4300.4230.417시료의 건조단위무게()는 다음 식에 따라 계산한다.여기서: 시료의 건조단위 무게(g/cm3): 시료의 무게(g): 시료의 함수비(%)시료의 간극비는 다음 식에 따라 구한다.여기서,: 시료의 간극비: 흙 입자의 비중: 물의 단위중량(g/cm3)4.2 변수두 투수시험의 결과처리수두가 미리 표시하여 둔과사이를 지나는 동안 걸리는 시간()을 측정하여 투수계수를 산정한다.여기서,: 스탠드파이프의 단면적(cm2)그리고 정수위 투수계수의 결과처리와 동일한 방법으로 온도 15℃에 대한 투수계수를 구한다. 시료의 건조단위중량()와 간극비()도 동일한 방법으로 구한다.4.3 시험 후의 기록사항① 온도 15℃에 대한 투수계수(cm/sec)② 흙 입자의 비중③ 시료의 함수량(%)④ 시료의 건조 단위중량(g/cm3)⑤ 시료의 간극비5. 계산 절차측정번호1 (사질토)2 (사질토)3 (점토)변수위법수위h(㎝)84.884.985수위h(㎝)7575801분 32초 8851초 637시간 10분온도(t°c)171719d (㎝)1.91.61.1※( 이값은 그냥 위 식대로 해보세요...한번쯤 해봐야 기억에 남을 것 같아제가 삭제했습니다. ) 그리고 님들 수치데로 해야하므로 비워놓았습니다.6. 주의 사항◎ 세팅시 주의 사항-공기가 들어가면 안된다 - 관에 기포가 있다면 그것은 공기가 있다는 것이므로 관을 탁탁 털어 공기를 빼주고 그래도 공기가 여전히 남아있다면 진공을 걸어주어 공기를 빼낸다.그리고 거름종이를 수평으로 넣으면 공기가 들어갈 수 있으므로 약간 뉘어서(대각선) 넣는다- 틈이 없어야 한다 - 어찌보면 공기와 틈은 상관있는 이야기이지만 따로 분리해서 적어본다. (당연히 틈이 있으면 공기가 있으니까.) 세팅할 때 측벽에 실리콘 글리이스 혹은 실리콘으로 발라주어서 틈을 없애준다.7. 결과 및 정리투수계수를 결정하는 방법에는 정수위 투수시험과 변수위 투수시험 두가지 방법이 있다. 우리가 시험한 방법은 변수위 투수시험이다. 변수위 투수시험만 보고서를 작성할려다 우리가 하지 않은 실험(정수위) 이론도 알고 넘어갈려고 한번 되짚어 보았다. 정수위 투수방법은 투수성이 비교적 큰 사질토에 적용 된다( K >10㎝/sec) 우리가 시험한 변수위 시험은 투수성이 작은 흙에 적용한다 (10> K > 10㎝/sec) 변수위 시험 방법을 통해서 우리는 사질토는 직접 시험을 했고 점토는 그냥 시험을 했다고 가정하고 수치만 보고 비교하기로 했다. 점토는 보다시피 시간상 많은 제약이 따르기 때문이다. 실험한 것은 아니지만 주어진 표를 보면 5㎝ 떨어지는데 걸린 시간이 7시간 10분 걸린 것을 볼 수 있다 (물론 점토를 직접 실험해서 값을 얻었다면 좋았지만 시간의 제약으로 인해 실험하지 못한 점이 아쉽다)첫 번째 사질토의 K= 2.652 * 10

공학/기술| 2004.04.18| 9페이지| 1,500원| 조회(5,472)

토질역학, 투수계수, 변수위, 정수위

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[수리실험] 관수로 마찰 소손실 평가A+최고예요

1. 실험목적관수로의 단면변화에 의한 손실계수를 구하고 유량 변화에 대한 손실계수의 변화를 관찰한다.문헌에 나온 이론값과 비교 분석한다.2. 실험방법(1) 관수로 시험기 상태를 확인한다. (구조, 흐름 확인. 전원 연결 등)(2) 실험 대상밸브(확대 3,4 / 축소 5.6)를 열고 유량조절밸브로 유량을 조절한다.(3) 수은 마노메타로부터 손실수두 값을 읽는다.(4) 유량을 달리 하여 3회 측정한다.(5) 문헌에 나와 있는 손실계수와 비교 분석 한다.3. 실험기기dia 3(=6) : 29 (mm) dia 4(=5) : 54.5 (mm)4. 관측자료확대축소유량 Q (l/min)손실수두(수은마노메타hL)유량 Q (l/min)손실수두(수은마노메타hL)5*************25902090365. 계산(1) 계산식실험값이론값 (점축소)(점확대)θ*************5Kge0.0780.310.490.60.670.720.72(2) 계산예(수은비중=물비중×13.6)확대축소유량 Q' (m3/sec)손실수두(물마노메타hL‘)유량 Q' (m3/sec)손실수두(물마노메타hL‘)8.33×10-40.2048.33×10-40.23111.67×10-40.24511.67×10-40.3415.0×10-40.27215.0×10-40.468(확대)실험값=4.9이론값 - 점확대(축소)실험값이론값 - 점축소6. 결과Q'A1A2V1V2물 hLK(확대)이론K(점확대)0.0008330.0006610.0023331.2610.3570.2044.8970.490.0011670.0006610.0023331.7670.5000.2452.9970.490.00150.0006610.0023332.2710.6430.2722.0140.49Q'A2A1V2V1물 hLK(축소)이론K(점축소)0.0008330.0006610.0023331.2610.3570.2315.5450.0088850.0011670.0006610.0023331.7670.5000.344.1590.0088850.00150.0006610.0023332.2710.6430.4683.4650.0088857. 그래프8. 결과분석이번 실험에서는 관수로의 소손실에 대해서 알아보았다. 우리가 실험한 것은 단면 점축소에 의한 손실 수두와 단면 점확대에 의한 손실수두를 계산하고 이와 이론값을 비교하는 것이었다. 이론적으로 점확대가 점축소보다 단면 계수가 커므로 이는 유속이 감속할 때 손실 계수가 큼을 알 수 있다. 감속하는 곳에서 와류 발생 그러나 우리가 실험 한 결과치의 그래프를 살펴보면 반대로 점확대에 의한 손실 계수가 점 축소에 의한 손실 계수보다 작음을 알 수 있다 이는 이론과 상당한 차이를 말하는데 그 원인을 살펴보면①밸브에 의한 손실밸브는 관수로내의 유량의 크기를 조절하기 위해 설치되며 밸브의 설계가 어떻게 되어 있는가에 따라 흐림의 에너지 손실정도가 좌우된다. 밸브를 부분개방하면 하류부에 심한 와류가 생겨 손실이 대단히 커지면 밸브를 완전 개방하더라도 상당안 에너지의 손실이 수반될 수 있기 때문에 한가지 원인으로 들어봤다.②관측시의 오차실험 진행 중에 적절한 유량을 밸브를 이용하여 선택하였는데, 유량조절 과정에서 큰 오차가 생겼을 가능성이 있을 듯 하다. 유량을 조절할 때 눈금을 눈으로 읽어서 정하는데 그 유량의 눈금을 읽을때 일정한게 아니라, 변동이 있었기 때문에 유량에 지대한 영향을 미치게 되고 이것이 오차의 또 다른 원인이라 본다.③관내에 조도가 일정하지 않을 경우관내벽이 균일하게 조도가 일정하다면 조도계수로 산정될 수 있는데 만약에 관내벽의 부식등으로 인해 일정 구간의 불규칙한 조도가 있을 수 있으므로 이는 수두 측정시 오차의 요인이 될 수 있다.④수은 마노메타의 수치를 읽을 때 표면 장력에 의해 수은의 윗부분이 볼록하게 되어 있고 최고정점을 선택하여 통일된 방법으로 읽는다고 읽었지만. 이것이 정확한 수치가 되지 못하는게 이것도 마찬가지로 수치를 읽을 때 계속해서 변동이 있었으므로 정확한 수치를 읽어 내지 못한 것 같다.그런데 읽음오차에 의한 오차는 그렇게 크게는 작용하지 않을 거라 본다. 그러나 한 요인이 될 수도 있다는 생각에 오차의 원인으로 넣어봤다.여기서 가장 큰 오차의 원인이 될 부분은 밸브에 의한 손실일 거라 본다.9. 결론이번 실험 결과 보고서를 작성하면서 또 다른 고민 거리가 생겼다. 최근 들어 시험이 너무 많아서 이 보고서를 적는데 많은 시간을 둘 수가 없다는 것이다. 실제 참여하는 조원도 불과 2~3명에 불과해서 시간이 잘 나지 않을 때는 정말 힘이 든다. 때로는 조원들이 많아서 한번씩 보고서를 맡아서 하고 싶은 기분이 든다. 시간이 없지만 그래도 나름데로 최선을 다했다. 이런 저런 문헌을 통해서 살펴보았고 엑셀 작업을 하는데 아직 엑셀에 대해서 잘하지 못해 이론값에서는 점확대 손실계수가 점축소보다 큰데 실험값에서 반대로 나와서 엑셀을 잘 못한 것이 아닌가 계산을 잘 못한 것이 아닌가 하는 생각이 들어서 나름데로 다시 엑셀로 하지 하고 손으로 계산 해보았는데 엑셀과 같은 값을 얻었다. 그래서 이런 요인을 오차의 원인인 탓으로 돌렸는데 확실히 맞는지를 모르겠다. 이론시간에 소손실에 대해서는 크게 비중을 두고 공부하지 않아서 이 번 보고서를 적으면서 나름데로 더 알게 되었고 결과가 어떻게 나왔던지 소손실 만큼은 다른 사람이 물었을때 대답을 할 수 있을 정도로 이론 공부는 충분히 한 것 같아 뿌듯하다.( 여기부터는 그냥 참고 사항이니까 그냥 읽어보세요 ) -그림은 그냥 손으로 그렸기 때문에 한번 공부한다고 생각하시고 그냥 보세요.소손실에 추가적으로 문헌 참고소손실은 관수로에는 많은 종류의 접합부 밸브 및 곡관부가 존자하는데 이러한 부분은 추가적인 수두손실을 발생시킨다. 이러한 손실을 소손실이라 부르며 대부분의 소손실은여기서 K는 소손실 계수라 하며 실험에 의해 결정 이러한 소손실은 darcy-weisbach식 형태로 쓸 경우 소손실에 해당하는 관로의 길이 즉 등가길이를※단면 축소 손실(1) 단면 급축소- 단면 급축소 부분에서는 유속의 증가 및 난류에 의한 에너지 손실로 인하여 압력이 감소한다. 단면 급축소에 따른 에너지 및 압력 수두의 변화를 보여준다.점 B를 지나면 수리수두는 증가하는 속도 수두에 의해 급격히 떨어지며 압력도 낮아진다. 축소 된 이후에는 유선이 관벽으로 분리되어 분출수를 이루며 점 E에 이른다.C에서 E까지의 현상을 vena cotracta라 하며 대부분의 에너지 손실이 여기서 발생단면 급축소의 특수한 형태로 저수지에서 관로로 유입된 경우에는 유입관 단면적인 저수지 단면적에 상대적으로 매우 작아 D/ D= 0 일때의 값을 갖는다.※대부분의 경우 유속이 작기 때문에 일반적으로 0.5를 사용(2) 단면점축소- 단면이 점차적으로 축소되는 경우의 손실수두도 급축소의 평균 속도 수두의 항으로 표시 된다

공학/기술| 2004.11.26| 7페이지| 1,000원| 조회(1,154)

수리실험, 마찰, 관수로, 소손실, 관수로 마찰 소손실

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