소개글
"BOD에 적용되는 미적분"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. BOD(생화학적 산소 요구량)의 정의
1.2. BOD 측정의 필요성 및 중요성
2. BOD 이론
2.1. BOD 반응과 반응식
2.2. BOD 곡선의 특성
2.3. 질소 화합물에 의한 산소 소비
3. BOD 측정 실험
3.1. 직접법 개요 및 절차
3.2. 희석법 개요 및 절차
3.3. 시료의 희석과 미생물 식종
4. BOD 측정 실험 결과 및 고찰
4.1. 직접법과 희석법 결과 비교
4.2. BOD 곡선 해석 및 특징 분석
4.3. 영향 요인 검토
5. 결론
5.1. 연구 결과 요약
5.2. BOD 측정의 의의 및 활용
5.3. 향후 연구 방향
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. BOD(생화학적 산소 요구량)의 정의
BOD(생화학적 산소 요구량)의 정의는 호기성 상태에서 박테리아가 분해 가능한 유기물질을 안정화시키는 데 필요로 하는 산소의 양이다. 이는 시료 내에서 여러 종류의 유기물 정도를 직접 측정하는 것이 매우 어렵기 때문에 미생물이 유기물을 분해할 때 소모하는 산소의 양을 측정하여 간접적으로 유기물의 양을 나타내 주는 방법이다. BOD 측정은 가능하면 실제 생물들이 활동하고, 유기물 분해가 진행되는 자연상태와 유사한 조건에서 박테리아가 시료 내의 유기물을 분해하면서 소모하는 산소를 측정하기 위한 생물학적 정량법(Bioassay Test)으로 여러 가지 사항을 고려해야 한다. 우선 산소를 정량적으로 측정하기 위해서는 측정기간 동안 산소가 재포기되지 않도록 해 주어야 하며, 산소는 용해도가 작아 이용 가능한 산소의 양이 한정되어 있으므로 산소 소모량이 큰 시료(농도가 높은 폐수)는 희석하여 실험을 해야 한다. 또한 분석법이 미생물에 의존하고 있으므로 시료 내에 미생물이 없는 경우에는 시드(Seed)라고 하는 접종 미생물을 넣어 주어야 한다. 미생물이 존재하는 경우에도 성장에 필요한 산소 및 영양소(질소, 인, 미량 원소)를 충분하도록 공급해야 하고 독성물질을 없도록 해야 한다. 한편 미생물의 활성은 온도의 영향을 많이 받게 되는데 BOD 실험은 자연수 계의 평균온도인 20 ℃에서 실험함으로써 온도에 따른 영향은 없도록 하였다. 미생물에 의한 산소 소모량은 미생물의 배양시간에 따라 달라지는데 전형적인 도시 하수의 경우 유기물이 모두 분해되는데, 즉 생물학적 산화가 끝나 더 이상 산소 소모가 증가되지 않는 데까지 20일 정도가 소요되는 것으로 알려져 있다. 그러나 BOD 측정을 위해 20일이나 소비하는 것은 비효율적이며, 흔히 사용하는 5일 후 BOD(BOD5)가 최종 BOD(BOD20)의 60 %에서 80 % 정도로 크기 때문에 도시 하수의 경우 시료의 유기물 농도를 대표하는 데 큰 문제가 없다. 따라서 대부분 BOD 측정기간은 5일을 사용하고 있다.
1.2. BOD 측정의 필요성 및 중요성
용존산소는 수질오염의 1차적인 지표이며 자연수의 자정능력을 평가할 수 있는 중요한 인자이다. 자연수에 용존산소가 충분한 경우에는 호기성 미생물에 의한 유기물 분해로 인해 수질이 어느 정도 유지될 수 있지만, 산소가 부족하게 되면 냄새와 가스를 배출하는 혐기성 미생물이 활동하게 되어 수질오염이 발생하게 된다. 따라서 충분한 산소를 유지하기 위해서는 하수나 폐수 등의 유기물을 자연수의 자정능력에 맞게 처리하여 방류해야 한다. 또한 용존산소는 생물학적 처리공정 시 미생물의 성장을 위해 최소 0.5 mg/L 이상 유지되어야 하며, 배수관이나 보일러관의 부식도 일으키는 중요한 인자이다. 특히 BOD 측정이나 생물학적 산화반응 속도 등을 결정하는 기본이 되는 인자이기도 하다. 따라서 용존산소는 수질환경이나 수질공학적 측면에서 매우 중요하지만, 대기로부터의 공급이 한정되어 있을 뿐만 아니라 온도, 염분, 압력 등의 다양한 인자에 의해 그 용해도가 영향을 받는다. 특히 온도가 높아질수록 생물학적 산소 소모가 증가하므로 여름철에 산소 부족이 발생할 가능성이 높고, 염분을 많이 함유한 하구나 해양의 산소농도가 담수보다 낮게 된다. 또한 고지대에서는 산소농도가 감소하고 저지대일수록 증가한다. 따라서 용존산소 측정은 수질오염의 평가와 수질관리를 위해 필수적이다.
2. BOD 이론
2.1. BOD 반응과 반응식
BOD 반응은 호기성 상태에서 미생물이 시료 내의 유기물을 분해하여 안정화시키는 과정에서 소모되는 산소량을 측정하는 것이다. 이러한 BOD 반응은 대체로 1차 반응 형태를 따르는데, 즉 반응속도는 미생물의 개체 수보다는 분해 가능한 유기물의 농도에 더 큰 영향을 받는다.
BOD 반응 속도식은 다음과 같이 표현될 수 있다. {-dL} over {dt} = kLa 여기서 L은 분해 가능한 유기물 농도, t는 시간, k는 탈산소 계수(deoxygenation rate constant)를 나타낸다. 이 식을 적분하면 Lt = Lae^(-kt) 또는 Lt = La10^(-Kt)와 같은 식이 도출된다. 여기서 Lt는 t시간 후 남아있는 유기물 농도, La는 최종 BOD 또는 BODu(ultimate BOD)를 의미한다.
한편 실제 관심사는 t시간 동안 분해된 유기물, 즉 BOD양이므로, 이를 표현하면 y = La - Lt = La(1-e^(-kt)) = La(1-10^(-Kt))가 된다. 이 식을 통해 BOD5와 최종 BOD의 비, 특정 시간에서의 BOD 값 등을 계산할 수 있다.
이와 같은 BOD 반응 형태는 산소 소모량 변화 곡선에 잘 반영되어 나타나는데, 일반적으로 1차 반응 형태의 포물선 모양의 BOD 곡선을 보인다. 다만 질소 화합물에 의한 산소 소비가 동반되는 경우 BOD 곡선은 달라질 수 있다. 질산화 반응으로 인해 7-10일 이후부터 추가적인 산소 소비가 발생하게 되어 전형적인 BOD 곡선과는 구분되는 양상을 나타내게 된다. 따라서 BOD 측정 시에는 질...
참고 자료
권수열, 윤주환 (2007). 수질시험법, 한국방송대학교출판부, pp 146-173
Sawyer,C.N., McCarty,P.L. and Perkin M. (2002). 환경화학(Chemistry for Environmental Engineers and science, 5th Ed). 김덕찬 역. 동화기술. pp 646-687
권수열·윤주환(2007),『수질시험법』, 한국방송통신대학교출판부, p161-172
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