수질시험법, 용존산소, 수질오염, 농도계산, 보건환경학, 방통대 출석과제

1. 용존산소의 환경적 중요성을 말하라.(3점)

용존산소는 대기 중에 있는 산소가 물에 녹아, 용존되어 있는 산소를 말한다. 산소가 물에 녹아있는 것은 환경적으로 대단히 중요하다. 거의 모든 생명체에게 산소는 생명 활동에 필수적이기 때문이다. 용존산소의 환경적 중요성을 정리하면 다음과 같다.

 

우선, 물 속에서 살아가는 생물의 성장(신진대사)에 반드시 필요하다. 어패류, 해초류 등 물 속에서 생활하는 생명체는 용존산소를 통하여 호흡하고 생명을 유지할 수 있다. 용존산소가 부족할 경우 수생생물은 생존할 수 없게 되고, 수질오염에 영향을 주기 때문에 수질관리의 1차 지표이기도 하다.

 

유기물들이 물에 유입되어 수질오염을 일으키면, 악취가 생기고, 색깔이 변하는 등의 현상이 발생한다. 이 때, 우선적으로 미생물들이 유기물을 분해하며 용존산소를 소모한다. 이 때, 물에 산소공급이 충분하지 못한 경우라면, 미생물의 지속적인 용존산소 소모에 따라 용존산소 비율이 낮아질 것이고, 수생 생명체들이 살기 힘들 것이다.

 

또한 하천과 물 생태계에는 기본적으로 산소 공급능력과 생태계의 용존산소 소모의 균형에 따른 자정능력이 있다. 용존산소는 자연 생태계 자정능력에도 영향을 준다. 유기물이 축적되어 발생하는 오염을 막아주는데 용존산소가 기여하기 때문이다. 용존산소의 농도변화를 통해 오염된 물이 정상수질로 회복되는 자정작용을 판단할 수 있다.

 

2. 용존산소 공급원 및 소비원은 각각 무엇인가? (3점)

용존산소의 가장 중요한 공급원은 재포기(reaeration)이다. 공기 중의 산소가 물에 용해되는 것을 뜻한다. 자연상태에서 물과 접한 부분이 대기이고, 대기 중 산소가 물에 녹는 것이 가장 주요한 용존산소 공급원이다. 그 밖에 수생식물의 광합성에 따른 산소배출 등도 용존산소 공급에 영향을 끼친다. 추가로, 낮에는 빛 에너지를 활용하는 광합성 작용을 통해 수생 식물들이 산소를 내뿜는다.

 

한 편, 용존산소의 가장 주요한 소비원은 탈산소다. 호기성 미생물에 의한 유기물 분해 과정에서 용존산소를 소비한다. 수계에 들어오는 하수나 폐수의 유기물이 호기성 미생물에 의해 분해되면서, 용존산소가 소비된다. 그 밖에 조류호흡, 저질의 산화, 무기물 환원 등을 통해 산소가 소비된다. 수생식물이 낮에는 광합성을 통해 산소를 배출하지만, 밤에는 산소를 호흡하여 소비하기도 한다.

 

3. 수질오염이 여름에 주로 발생하는 이유를 산소공급 및 소비 측면에서 말하라.(3점)

기본적으로 산소는 물에 잘 녹지 않는 난용성 특성을 지니고 있다. 대기 중에 산소 함량은 21%에 달하지만, 물속 용존산소 포화농도는 9.2mg/L(20 ℃, 1기압) 에 불과하다.

 

산소공급 용해도에 영향을 주는 인자에는 온도와 불순물 농도, 압력 등이 영향을 주는데, 온도는 낮을수록, 압력은 높을수록 산소가 물에 잘 녹고, 불순물 농도는 낮을수록 물에 잘 녹는다. 이런 특성을 감안할 때 여름에 수질오염이 주로 발생하는 이유는 아래와 같이 설명이 가능하다.

 

온도가 높아지는 여름철에는 미생물의 활동이 증가한다. 미생물 활동 증가에 따라 산소 소비도 늘어나는데, 수온은 상승하여 오히려 용존산소의 농도는 감소하다보니 용존산소 고갈 현상이 일어날 수 있다.

 

반면에 겨울철에는 온도가 낮아 미생물의 활동량이 감소하여 산소 수요가 줄어든다. 그런데 동시에 낮은 수온에 따라 대기중 산소가 물에 더 잘 용해되어, 용존산소는 증가한다.

 

여름에는 수중 미생물들의 산소 수요는 늘고, 재포기를 통한 수중 산소 공급은 줄어들기 때문에 용존산소가 감소하고, 이런 현상에 따라 유기물이 유입되었을 때 자정작용이 활발하게 일어나지 않기 때문에, 모든 상황이 반대인 겨울철에 비하여 주로 수질오염이 여름에 발생하는 것을 설명할 수 있다.

 

4. 산소 가스의 용해도에 대한 다음에 답하라.

1) 순수한 물의 20 0C, 1기압에서의 산소 용해도는 얼마인가?(2점)

순수한 물 20℃, 1기압에서 산소 용해도는 9.2mg/L 이다.

 

2) 용해도에 영향을 미치는 인자는 무엇인가?(3점)

용해도에 영향을 미치는 인자에는 온도, 불순물 농도, 압력이다.

온도와 불순물 농도는 낮을수록, 압력은 높을수록 용해도가 높다.

 

5. Winkler azide 변법에 대한 다음에 답하라.

1) 산소고정용 시약 3가지를 말하라. (2점)

MnSO4(황산망간), Alkali – Iodide – Azide 시약(NaOH + KI + NaN3)

진한 H2SO4(황산) 3가지 시약이 있다. 이 시약으로 산소를 고정한다.

 

2) 산소고정 시 요오드의 역할은 무엇인가? (2점)

요오드를 산소와 등가로 보고, 요오드를 적정함으로 산소농도를 결정할 수 있다.

요오드분자를 요오드 이온으로 환원 받는다.

요오드분자(노란색) 요오드이온(무색)으로 환원되면 종말점이 도달한다.

 

3) 산소고정 시 산소가 없는 경우의 침전물은 무엇이며 색깔은 어떤 색인가?(2점)

수산화제일망간 Mn(OH)2 이 침전되며, 흰색이다.

 

4) 측정 방해물질은 무엇이며 방해작용을 방지하기 위해 주입하는 시약은?(2점)

방해물질은 NO2(아질산성질소)이며, NO2는 NaN3 아자이드 염/ 아자이드 시약을

넣어준다.

 

5) 적정용액, 지시약 및 종말점의 색은 각각 무엇인가?(3점)

적정용액(티오황산나트륨)을 넣으면 옅은 갈색에서 노란색, 지시약(녹말)을 넣으면

군청색, 종말점은 무색이다.

 

6) 시험에 의한 적정용액 주입량이 3.3 mL인 시료의 DO 농도는 얼마인가? (3점)

단 적정용액량은 200 mL로 가정하고 DO 농도 계산은 계산식을 활용하라.

200mL 시료에 대해 적정한 경우에는, 적정용액 주입량이 시료의 DO농도와 일치한다. 따라서, 200mL 시료에 대해 3.3mL 적정용액 주입하였으므로, 시료의 DO농도는 3.3ppm(3.3mg/L)이다. 이를 식으로 표현하면 아래와 같다.

 

 

 

 

a 값은 적정용액 주입량이다. f 는 역가 1.0 이다. N은 0.025N(Na2S2O3), V1은 처음 준비한 시료량 300mL, V2는 적정에 사용한 시료의 양 200mL이다. R은 산소 고정하기 위해 들어간 2mL이다. MnSO4(황산망간) 1mL 와 알칼리 아이오드 아지드(Alkali – Iodide – Azide 시약(NaOH + KI + NaN3) 1mL 가 들어갔기 때문에 R값은 2mL다. 뒤는 용존산소 농도 환산을 위한 환산계수이다. 산소의 분자량이 16이고, 당량값이 8이라서서 8을 곱해주고, 단위환산을 위해 1000mL 곱해준 것이다.

 

 

 

 

6. 격막전극법에서 양극 및 음극의 재료는 각각 무엇인가?(2점)

음극 : 비활성금속인 백금(Pt)을 주로 사용한다.

양극 : 은(Ag) 이용한다.