용존 산소(DO:demand oxygens)

[실험목적 및 정의]

     용존산소 : 액체 내에 용해되어 있는 분자상의 산소.
                     일반적으로 폐수는 깨끗하지 않은 한, DO를 갖고 있지 않음.
 

미생물의 신진대사에 산소 필요  
∴ 호기성 생물처리에서 미생물의 유리산소의 요구때문에 DO가 가장 큰 문제가 됨
 

대기 중의 모든 가스가 물에 다소 용해됨.
그 중 질소 산소는 그 용해도가 적은 것에 속함.
 

신선한 물에 대한 대기 중의 산소용해율은 매우 적어 1기압하에서 0℃일때 14.6㎎/L ,35℃ 약 7 ㎎/L
(수온의 급격한 상승, 조류의 번식이 심한 경우에 과포화로 될 수도 있다)
 

산소의 용해성이 적다는 것은 자연수의 정화용량을 제약하는 요인이 되며,
따라서 방류수역에 배출하기 전에 폐수의 오염물질을 제거해야 됨.
 

폐수에서 DO량은 생물학적 처리를 할 수 있는가의 여부를 결정하는 요소임
- 호기성 미생물 :유리산소가 요구되며, 무해한 최종산물을 생성함.
   혐기성 미생물 : 질산염처럼 화학적으로 결합된 산소를 소비, 최종산물은 매우
                          더러운 것인 경우가 많음
 

이 두가지 미생물은 자연계 도처에 존재하므로, 호기성 미생물에 적합한 조건(호기성 조건)을 유지시켜 주는 것이 매우 중요. 그렇지 못하면, 혐기성 미생물이 번식하게 되어 공해를 일으키는 조건이 야기됨. 이와같이  DO의 정량은 오염물질을 방류하게 되는 자연수역을 호기성 조건으로 유지시키는 절대적인 것, 또한 도시하수나 산업폐수를 정화하고자 하는 호기성 처리 프로세스에 있어 필수적.
 

DO시험은 호기성 조건을 유지시키기 위해 적정량의 공기를 공급함과 동시에 과도한 량의 공기사용을 방지하기 위한 조정방법으로 필수적.

[DO의 중요성]

활성슬러지 프로세스의 혼합액에서는 양호한 처리효과를 유지하기 위해서 포기 프로세스의 최종단계에 있어서
용존산소 약 1.5㎎/L가 함유되어 있어야 함.


 DO가 1.5 ㎎/L 이하로 떨어지면....프로세스의 기능이 저하하여 처리수 수질이 악화됨.
 DO가 지나치게 공급되면.... 처리비용의 증가를 초래.
 과도한 DO는.... 과잉 질화의 원인, 탈질화로 인해 슬러지의 벌킹(Bulking)을 일으킴.

[수질 환경 기준 ]

상수원수 1급	상수원수 2급	상수원수 3급
7.5 mg/L이하	5 mg/L이하	5 mg/L이하

[시 험 법 ]

윙클러-아지드화나트륨변법

[측정 원리를 알아봅시다]
 

황산망간과 알칼리성 요오드칼륨용액을 넣을 때 생기는 수산화제일망간이 시료중의 용존산소에

의하여 산화되어 수산화제이망간으로 되고 , 황산 산성에서 용존산소량에 대응하는 요오드를 유리

한다. 유리된 요오드를 티오황산나트륨으로 적정하여 용존산소의 양을 정량하는 방법이다.

이는 아질산염  5mg/L 이상, 제일철염 1.0㎎/L 이하에서 방해를 받지 않는다.


적용처 : 하천수, 하수 및 공장폐수에 적용

정량범위 : 0.1㎎/L 이상

 

[실험해 봅시다]

1.  
   시료 300mL를 취한다.
   ↓
   
   
2.  
   황산망간용액 1㎖ + 알칼리성 요오드화칼륨·아지드화나트륨용액 1㎖ 주입
   
   ↓
    
3.  
   마개를 닫는다.
   (기포가 남지 않게 조심하여 )
   
   ↓
   
   
4.  
   병목을 잡고 좌우로 세차게 흔들어 섞은 후 정치
   (시료가 해수이거나 알칼리성에서 산화되기 쉬운
   유기물을 함유한 폐수 : 2분간회전)
   
   ↓
    
5.  
   위의 맑은 액에 미세한 침전이 남아 있으면  다시 흔들어 혼합 후 정치
   (완전히 침전시킨다)
                           백색floc 생성시 DO 존재 × 이땐 여기서 실험 끝!!
       갈색floc 생성시 DO 존재 ○
   
   ↓
    
6.  
   100㎖이상의 맑은 층이 생길 시: 마개를 열고
   
   황산 2.0㎖를 병목으로부터 넣는다.
   
   ↓
    
7.  
   마개를 다시 닫고 갈색의 침전물이 완전히 용해할 때까지 병을 회전
   
   ↓
    
8.  
   DO측정병에 용액 203㎖를 메스실린더를 이용 정확히 취한 후
   이 용액이 갈색을 띠지 않거나 색이 엷을 경우...소량의 전분지시약 첨가.
   이때, 청색으로 변화 × ... DO존재 ×
                                                         청색으로 변화 ○ ... DO존재 ○ ... 청색 사라질때 다음 과정으로
   
   ↓
    
9.  
   0.025N 티오황산나트륨용액으로 적정
   (황색이 될때까지)
   
   ↓
    
10.  
    전분지시약 1mL 첨가
    (이때 청색으로 변함)
    
    ↓
     
11.  
    무색이 될 때까지 적정
    
    ↓
    
    
12.  
    용존산소량 계산
     

    용존산소 (㎎/L)  =

    
    a: 적정에 소비된 0.025N-티오황산나트륨용액(㎖)

    f : 0.025N-티오황산나트륨용액의 역가(Factor)

    V₁ : 전체의 시료량(㎖)

    V₂ : 적정에 사용한 시료량(㎖)

    R : 황산망간용액과 알칼리성 요오드화칼륨-아지드화나트륨용액 첨가량(㎖)

    　여기서 0.2란 0.025N - 티오황산나트륨 1ml에 해당하는 용존산소 mg량

     

    [비고1]
    

    용존산소 농도의 영향인자 : 수온, 기압, 불순물(예: Cl^-)의 농도

    순수한 물일 경우 1기압, 20℃ 에서 포화도 9.17mg/L

    DO를 포화율로 나타낼 경우, 수중의 용존산소 포화량으로부터 시료의 온도와 염소이온 농도에
    
    일치하는 값을 찾아내서 다음 식에 따라 계산한다.

     

    용존산소포화율(%)  =

     

    DO : 시료의 용존산소량(㎎/L)

    DO_t : 순수중의 용존산소량 포화량 (㎎/L)

    B : 시료채취시의 대기압(㎜Hg)

     

[기 구]

0.1mL간격 눈금의 50mL뷰렛

300mL용 유리마개 달리 BOD병

250mL용 넓은 입구 Erlenmeyer 플라스크 또는 500mL비이커

10mL의 피펫

활성슬러지를 채취하기 위한 1L시료병

1L혼합실린더 

[시 약]
 

• 0.1N 요오드산칼륨 용액
  
   

1.  
   요오드산칼륨(KIO₃ : Mw=214, 당량=Mw/6)을 120-140℃  1.5-2시간 건조
   
   ↓
   
   
2.  
   데시케이터에서 방냉
   
   ↓
   
   
3.  
   3.567g을  정확히 단다.
   
   ↓
   
   
4.  
   증류수 가해 전량을 1L로 한다.
   
    

• 0.1N 티오황산나트륨 용액
   

1.  
   티오황산나트륨(Na₂S₂O₃ㆍ5H₂O)26g +
   
   Na₂CO₃  0.2g + Isoamylalcohol [(CH3)2CHCH2CH2OH]10ml
   
   ↓
   
   
2.  
    증류수 가해 전량을 1L로 한다.
   
   ↓
   
   
3.  
   2일 간 정치
    

• 전분용액 - 사용시 조제
  
   

1.  
   Starch 1g을 정제수 100ml에 녹인다.
   
   ↓
   
   
2.  
   이것을 열정제수 200ml에 서서히 가해 액이 반투명이 될 때까지 정치
   
   ↓
   
   
3.  
   그 상등액을 사용
   
    

• 황산망간용액
   

1.  
   MnSO₄ㆍ4H₂O 480g(또는MnSO₄ㆍ2H₂O 400g)을 증류수에 녹인다.
   
   ↓
   
   
2.  
   부유물이 있을 경우 : 여과
   
   ↓
   
   
3.  
   전량 1L로 한다.
   
    
   

• 알칼리요오드화칼륨 - 아지드화나트륨 용액
  
   

1.  
   NaOH 500g, KI 150g, NaN₃ 10g을 각각 증류수에 녹인다.
   
   ↓
   
   
2.  
   전량을 1L로 한다.
   
   
   
    

•  
  0.025N 티오황산나트륨 용액 :
  
                        0.1N 티오황산나트륨용액을 희석해서 사용(4배 희석)

유의 사항
 

1. 용존산소 : 수온 및 기압, 용존물질의 영향을 받아 쉽게 농도가 변동 하므로 시료채취 후 바로 시험
   
   시료채취현장에서 수산화망간의 침전을 생성시켜 냉암용기에 넣어 운반하면 다소 보존이 가능
   
    
2. 황산망간용액, 알칼리성 요오드화칼륨아지드나트륨용액 및 황산용액 첨가에 사용하는 피펫은 각각
   
   전용으로 한다.
   
    
3. 산화성 물질이나 환원성 물질이 공존하는 시료는 측정오차가 크기 때문에 격막 전극법으로 측정
   
   하는 것이 좋다.
      
4. 적정에서 적정 종말점은 용액의 청색이 소실되는 점
   
   한번 소실되고 재차 청색이 나타나도 적정은 하지 않는다.
   

격막전극법

[측정 원리]
 

시료중의 DO가 격막을 통하여 전극의 표면에서 산화, 환원반응을 일으키고 이때 산소의

농도에 비례하여 전류가 흐르게 되는데 이 전류량으로부터 용존산소량을 측정하는 방법


정량범위 : 0.5(㎎/L) 이상
 
 

[실험해 봅시다]

1.  
   시료와 같은 온도의 5%아황산나트륨용액을
   
   가득 채운 측정용기에 전극을 담그고 밀봉
   
   ↓
    
2.  
   일정한 속도로 교반
   
   ↓
    
3.  
   기기가 안정되면 계기판 지시값을 영점에 맞춘다.
   
   ↓
    
4.  
   별도로 DO포화수를 측정용기에 조용히 가득 채운다.
   
   ↓
    
5.  
   같은 조작을 하여 계기판의 지시값을 그 온도에서의 DO 포화농도에 맞춘다.
   
   ↓
    
6.  
   시료를 측정용기에 가득 채운다.
   (기포가 들어가지 않도록 조심)
   
   ↓
    
7.  
   같은 조작을 하여 계기판의 지시값이 안정되는
   
   DO 값을 직접 읽는다.

유의사항
 

1. DO 측정은 자석 교반기에 의한 교반속도가 큰 영향을 준다.
   
   이는 DO의 공급속도에 관계되므로 지시값이 안정한 속도를 설정하여 항상 일정하게 한다.
    
2. 시료측정과 스판조정은 같은 조건으로 한다.
    
3.  
   격막의 수명에 주의하여 이상값이 나타나거나 스판조정이 되지 않을 때는 격막을 교체한다.
   

[전 처 리]

• 시료가 착색, 현탁된 경우( 칼륨명반응집침전법)
   

1. 시료를 마개있는 1L 유리병에 기울여 기포가 생기지 않도록
   
   조심하면서 가득 채운다.
   (유리병 : 마개 접촉부분이 45°로 절단되어 있는 것)
   
   ↓
    
2. 칼륨명반용액 10㎖ + 암모니아수 1~2㎖
   
   를 유리병의 위로부터 넣는다.
   
   ↓
   
   
3. 마개를 닫는다.
    (공기(피펫의 공기)가 들어가지 않도록 주의)
   
   ↓
    
4. 1분간 흔들어 섞는다.
   (조용히 위 아래를 바꾸어 가면서)
   
   ↓
   
   
5. 10분간 정치하여 현탁물을 침강한다.
   
   ↓
    
6. 상등액을 고무관 또는 폴리에틸렌관을 이용하여 사이펀작용으로
   
   300㎖ DO측정병(또는 BOD병)의 아래로부터 가득 채운다.
   (침강된 응집물이 들어가지 않도록 주의하면서)
   
    
   
    

• 활성오니로 미생물의 floc이 형성된 경우(황산구리-술퍼민산법)
   

1. 시료를 마개있는 1L 유리병에 기울여 기포가 생기지 않도록
   
   조심하면서 가득 채운다.
   (유리병 : 마개 접촉부분이 45°로 절단되어 있는 것)
   
   ↓
    
2. 황산구리-술퍼민산용액 10㎖를 유리병의 위로부터 넣는다.
   
   ↓
    
3. 마개를 닫는다.
   (공기가 들어가지 않도록 주의)
   
   ↓
    
4. 1분간 흔들어 섞는다.
   (조용히 위아래를 바꾸어 가면서)
   
   ↓
   
   
5. 10분간 정치하여 현탁물을 침강
   
   ↓
    
6. 깨끗한 상등액을 고무관 또는 폴리에틸렌관을 이용하여 사이펀작용으로  
   
   300㎖ DO측정병(또는 BOD병)의 아래로부터 가득 채운다.
   (침강된 응집물이 들어가지 않도록 주의하면서)
   
   
   
    

• 산화성 물질을 함유한 경우
   

1. 시료중에 잔류염소등이 함유되어 있을 때 :
   
   공시험으로 별도의 용존산소 측정병에 시료를 가득 채운 후
   
   ↓
    
2. 알칼리성 요오드화칼륨-아지드화나트륨 용액 1㎖ + 황산 1㎖ 주입
   
   ↓
    
3. 약 1분간 흔들어 섞는다.
   (마개를 닫고 조용히 위 아래를 바꾸어 가면서)
   
   ↓
    
4. 황산망간용액 1㎖ 주입
   
   ↓
   
   
5. 흔들어 섞는다.
   (다시 위 아래를 바꾸어 가면서)
   
   ↓
    
6. 이 용액 200㎖를 취하여 삼각플라스크에 옮긴다.
   
   ↓
    
7. 전분용액을 지시약으로 하여 0.025N 티오황산나트륨으로 적정
   
   ↓
    
8. 그 측정값을 DO 측정값에 보정
   

[관련 기기 분석 방법]

격막전극법 : 용존산소 측정기