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화학적 산소요구량 시험법

조이랩 08-05-15 18:25 10,884 hit

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화학적 산소요구량
(COD : Chemical Oxygen Demand) 

1.  실험목적/정의

  • 화학적 산소요구량은 수중의 유기물을 화학적으로 산화할 때 소비하는 산소량을 ㎎/L(ppm)로 표시하는 것으로 측정 목적은 수중의 유기물 양을 아는데 있다.
     
  • BOD같이 수중의 유기물량을 간접적으로 측정
     
  • 환원성 무기물질(아질산염, 염화제1철, 황화물)이 포함
     
  • 단시간(3시간 정도)에 측정, 독성물질이 많은 공장폐수 측정에 적용
     
  • 보통 BOD값보다 큰값을 가짐

     수질 환경 기준

    상수원수 1급

    상수원수 2급

    상수원수 3급

    1 mg/L이하

    3 mg/L이하

    6 mg/L이하

2.  시험법

망간법 : COD의 시험에 사용되는 산화제로는 KMnO4가 가장 잘 알려져 있다. 그러나 그 불안정성, 산화의 불완전, 반응조건에 의한 영향이 큰 것 등의 결점이 있다.

(1)산성 100℃에서 과망간산칼륨에 의한 COD

[측정원리를 알아봅시다.]


시료를 산성으로 하여 과망간산칼륨 일정 과량을 넣고 30분간 수욕상에서 가열반응 시킨다음 소비된

과망간산칼륨량으로부터 이에 상당하는 산소의 양을 측정하는 방법이다. 따로 규정이 없는 한 해수를

제외한 모든 시료의 화학적 산소요구량은 이 법에 따라 시험한다.

 

[실험해 봅시다.]


 

    1.  
      300㎖ 둥근바닥 플라스크에 시료 적당량을 취하여 물을 넣어 전량을 100㎖  

                ⓐ 시료 적당량 + 물  →   100 mL

                ⓑ 증류수   100mL


ⓑ 바탕시험액



    1.  
      황산(1+2) 10㎖를 넣고 황산은 분말 약 1g을 넣는다.


       
    2.  
      세게 흔들어 준 다음 수분간 방치한다. 


       
    3.  
      0.025N-과망간산칼륨액 10㎖를 정확히 넣는다. 


       
    4.  
      둥근 바닥플라스크에 냉각관을 붙인다.


       
    5.  
      수욕조의 수면이 시료의 수면보다 높게 하여 끓는 수용중에서 30분간 가열한다.  


       
    6.  
      냉각관의 끝을 통하여 물 소량을 사용하여 씻어준다.



    7.  
      냉각관을 떼어 낸다.


       
    8.  
      0.025N-수산나트륨용액10㎖를 정확하게 넣는다.  


       
    9.  
      60~80℃를 유지하면서 뷰렛에 0.025N-과망간산칼륨용액을 채운다.


       
    10.  
      한방울씩 떨어뜨려 액의 색이 엷은 홍색을 나타낼 때까지 적정한다.

 CODcr(㎎/L) = (a-b) ×f  ×1000/v ×0.2

 

a : 시료 적정에 소비된 0.025N-과망간산칼륨용액(㎖)
b : 바탕시험의 적정에 소비된 0.025N-과망간산칼륨용액(㎖)
f : 0.025N-과망간산칼륨용액 역가(factor)
V : 시료의 양(㎖)

 

    [주1]

    시료의 양은 30분간 가열반응한 후에 0.025N 과망간산칼륨액의 소모량이 3.5~5.5㎖범위안에 들도록
    취한다. 다만 시료의 COD값이 10㎎/L이하일 경우에는 시료 100㎖를 취하여 그대로 시험하며, 보다
    정확한 COD값이 요구될 경우에는 0.025N과망간산칼륨액의 소모량이 처음에 가한 양의 50%에
    접근하도록 시료량을 취한다.
     

    [주2]

    황산은 분말 1g대신 20% 질산은 용액 5㎖또는 질산은 분말 1g을 첨가해도 좋다. 다만 시료중 염소이온이
    존재할 경우에는 염소이온의 당량만큼 황산은 또는 질산은을 가해준 다음 규정된 양을 추가로 첨가한다.
    염소이온 1g에 대한 황산은 당량은 4.4g이며 질산은 당량은 4.8g이다.

 

[시약제조(산성)]
 

    • 0.025N-과망간산칼륨용액
      과망간산칼륨(KMnO4)0.8g 증류수 가해 전량을 1L한다.
      (잘 씻은 갈색병에 보관한후 암실에서 하루밤 재운후에 사용한다)    

       
    • 0.025N-수산나트륨(옥살산나트륨)용액
      옥살산나트륨(Na2C2O4 : Mw=134,당량 =Mw/2)을 150-200℃,
      1~1.5시간 건조후 데시케이터에서 방냉 1.675g(정확히) --> 증류수가해 전량을 1L
       
    • 황산(1+2)
      황산과 증류수의 비율을 1 : 2로 한다. 주의해야 할 점은 반드시 증류수에 황산을 넣어야 한다.
      만일 황산에 증류수를 첨가하면 튈 염려가 있어 화상을 입을 수 있다.
       
    • 황산은 분말
       
    • 0.025N-과망간산칼륨용액의 factor결정
      0.025N-수산나트륨용액 20ml를 홀피펫으로 비이커에 정확히 취해 4N 황산 약 5ml를 넣고
      70℃이상유지. 0.025N-과망간산칼륨용액으로 적정 (약한
      홍색 변색점(a:ml)까지)

       

            factor결정 f = 20/a




(2)알칼리성 100℃에서 과망간산칼륨에 의한 COD

측정원리를 알아봅시다!

시료를 알칼리성으로 하여 과망간산칼륨 일정과량을 넣고 20분간 수욕상에서 가열 반응 시키고

요오드칼륨 및 황산을 넣어 남아있는 과망간산칼륨에 의하여 유리된 요오드의 양으로부터 산소의 양을

측정하는 방법이다. 해수등 염소이온이 다량 함유된 시료에 적용

 

실험해봅시다!

 

      1.  
        300ml 둥근바닥플라스크에 다음을 각각 취한다.

                  ⓐ  시료 25-50ml  + 물   → 100mL

                  ⓑ  증류수 100mL


        ⓑ 바탕시험액


         

      2.  
        20%수산화나트륨용액 1ml를 넣어 알칼리성으로 한다. 


         
      3.  
        0.01N-과망간산칼륨액 10ml를 정확히 넣는다. 


         
      4.  
        둥근 바닥플라스크에 냉각관을 붙인다.


         
      5.  
        수욕조의 수면이 시료의 수면보다 높게하여 끓는 수욕 중에서 20분간 가열한다.  


         
      6.  
        냉각관의 끝을 통하여 증류수 소량을 사용하여 씻어준다.


         
      7.  
        냉각관을 떼어 낸다.


         
      8.  
        10% 요오드화칼륨액 1ml를 넣어 방냉한다.


         
      9.  
        10%황산용액 5ml를 넣어 유리된 요오드를 지시약으로 전분용액 2ml를 넣는다 


         
      10.  
        뷰렛에 0.01N-티오황산나트륨용액으로 채운다.


         
      11.  
        한방울씩 떨어뜨려 무색이 될 때까지 적정한다. 


         

    COD(㎎/L) = (b - a) × f ×1000/V × 0.08

     

    a : 시료 적정에 소비된 0.01N-티오황산나트륨용액(㎖)
    b : 바탕시험의 적정에 소비된0.01N-티오황산나트륨용액(㎖)
    f : 0.01N-티오황산나트륨용액 역가(factor)
    V : 시료의 양(㎖)

 

시약을 만들어 봅시다. (알카리성)
 

    •  
      20% 수산화나트륨용액 
    •  
      0.01N-과망간산칼륨액 
    •  
      10% 요오드화칼륨액 
    •  
      10%황산용액 
    •  
      0.01N-티오황산나트륨용액 
    •  
      전분용액

중크롬산칼륨에 의한 COD : 망간법 비해 비교적 산화율이 높고-약 1.5배이상-수중 유기물의 총량에 가까운 값을 얻는다.

측정원리가 뭘까요?

    미지농도의 유기물을 Ag2SO4을 촉매로하여 과량의 중크롬산칼륨으로 산화하고, 남은 중크롬산칼륨을 환원제 황산암모늄제일철로 적정하여 유기물산화에 소모된 중크롬산칼륨의 당량수를 계산하고, 그와 당량인 산소량 즉 COD로 환산한다.
    이 방법은 다른 산소요구량에 비하여 산화율이 매우 높아 방향족 탄화수소,환식질소화합물 이외의
    유기물질을 80%이상 분해한다. 그러나 이법은 2차 공해를 유발하고 시험비용이 높으며 측정시간이 긴 단점(산화 시간 2시간)이 있다.

 

실험해 볼까요!
 

      1.  
        다음을 각각 시행한다.

              ⓐ 시료 적당량을 미리 황산 제2수은 0.4g을 넣은
              둥근바닥플라스크 또는 삼각플라스크250ml에 취한다.

                ⓑ 별도로 물 20ml을 취해 같은 조건으로 공시험을 행한다.



         

      2.  
        물을 가하여 20ml로 한 후 잘 흔들어 섞는다.   


         
      3.  
        중크롬산 칼륨(N/40)10ml를 정확히 가하고 잘 흔들어 섞는다. 


         
      4.  
        주의하여 황산은-황산용액 30ml을 가한 후 비등석을 넣는다.  

         ↓
         
      5.  
        환류 냉각기(리히비히 냉각기)를 플라스크에 부착하여 2시간 가열한다.  


         
      6.  
        냉각한 후 증류수 약 10ml로 냉각기 내부를 씻는다. 


         
      7.  
        세액을 흘러 넣고 다시 증류수을 넣어 100ml로 한다.


         
      8.  
        지시약으로서 1,10-페난트로닌ㆍ제1철 용액 2~3ml정도 가한다. 


         
      9.  
        과잉의 중크롬산을 N/40황산암모늄 제일철암모늄 철용액으로
        용액의 색이
        청록에서 적갈색으로 변할 때까지 적정한다. 


      10.  
        다음 식에 의해서 산소소비량을 계산하다.


       CODcr(㎎/L) = (b-a) ×f  ×1000/v ×0.2

     

 

 

시약을 만들어 봅시다.(중크롬산)
 

      • 중크롬산 칼륨(N/40)
        K2Cr2O7 1.23g을 증류수에 녹여 1L로 한다.
         
      • 황산ㆍ황산은 용액
        Ag2SO4 11g을 황산 1L에 녹인다.
        용해할 때까지 1~2일을 요한다.(가열하여 녹여도 좋다)

      • 1,10-페난트로닌ㆍ제1철 용액
        O-Phenanthroline(H2O)1.48g와  FeSO4ㆍ7H2O 0.70g을 증류수에 녹여 100ml로 한다.
         
      • 황산제1철 암모늄용액(N/40)
        FeSO4(NH4)2SO4ㆍ6H2O10g을 증류수 500ml에 녹이고 H2SO4 20ml를 가한다.
        냉각한 후 증류수를 가하여 1L로 한다. 이 용액 사용시 표정한다. 
         
      •  
        비등석(glass beads)
        직경 약 3mm의 유리 구슬을 사용한다.

3.   전처리방법

  1) 건데기가 포함된 경우:시료 채취시에 포함되지 않도록 한다.
 
   2)망간법:시료중에 염분을 포함하고 있는 경우:황산은(AgSO4) 분말을 첨가하여 염분을 제거한다.

4. 관련기기
    (분석방법)

  •  
    COD Meter
     
  •  
    TOC Meter

5. 적용시료

  • 산성 100℃에서 과망간산칼륨에 의한 COD
    : 해수를 제외한 모든 시료
     
  • 알칼리성 100℃에서 과망간산칼륨에 의한 COD
    : 해수등 염소이온이 다량 함유된 시료
     
  • 중크롬산칼륨에 의한 COD

6. 유의사항

  1.  
    0.025N 과망간산칼륨액의 소모량이 3.5~5.5㎖범위안에 들도록 취한다.  
  2.  
    시료의COD값이10㎎/L이하일경우에는시료100㎖를취하여시험한다. 
  3.  
    COD값은 시험에 사용하는 산화제의 종류, 농도, 온도, 시간등의 반응조건에 따라 강한 영향을 받는다.

7.  사용된 시약 및 제조법

  1) 산성 100℃에서 과망간산칼륨에 의한 COD

     *  0.025N-과망간산칼륨액

      *  황산(1+2)

      *  황산은 분말

      *  0.025N-수산나트륨(옥살산나트륨)용액

   2) 알칼리성 100℃에서 과망간산칼륨에 의한 COD

     *  20%수산화나트륨용액
     *  0.01N-과망간산칼륨액
     * 10% 요오드화칼륨액
     * 10%황산용액 전분용액
     *  0.01N-티오황산나트륨용액
  
  3)  중크롬산칼륨에 의한 COD

     * 비등석(glass beads) : 직경 약 3mm의 유리 구슬
     * 중크롬산 칼륨(N/40)
     * 황산ㆍ황산은 용액
     * 1,10-페난트로닌ㆍ제1철 용액(페로인 지시약)
     * 황산제1철 암모늄용액(N/40)