화학적 산소 요구량

환경화학에서 화학적 산소요구량(COD)은 측정된 용액의 반응에 의해 소비될 수 있는 산소의 양을 나타내는 지표입니다.일반적으로 용액의 부피에서 소비되는 산소의 질량으로 표시되며 SI 단위는 리터당 밀리그램(mg/L)이다.COD 테스트를 사용하여 물 속 유기물의 양을 쉽게 정량화할 수 있습니다.COD의 가장 일반적인 적용은 지표수(예: 호수 및 하천) 또는 폐수에서 발견되는 산화성 오염 물질의 양을 정량화하는 것이다.COD는 생화학적 산소 요구량(BOD)과 같이 유출물이 수용체에 미치는 영향을 측정하는 측정 기준을 제공함으로써 수질 측면에서 유용합니다.

개요

COD 테스트의 기초는 거의 모든 유기화합물이 산성 조건 하에서 강력한 산화제로 이산화탄소로 완전히 산화될 수 있다는 것이다.유기 화합물을 이산화탄소, 암모니아 및 물로 산화시키는 데 필요한 산소의 양은 다음과 같습니다.

${\displaystyle {\mbox{C}}_{n}{\mbox{\mbox}H}_{a}{\mbox{O}_{b}{\mbox{N}_{c}+\left(n+{\frac {a}{4}}-{\frac {b}{2}-{\frac {3}{4}c\right}{\mbox{\left}O}}_{2}\오른쪽 화살표 n{\mbox{CO}_{2}+\left({\frac {a}{2}}-{\frac {3}{2}c\right}{\mbox{\mbox}H}_{2}{\mbox{O}}+c{\mbox{\mbox}NH}_{3}}$

이 표현에는 질화로 인한 산소 요구량, 암모니아가 질산염으로 산화되는 것은 포함되지 않습니다.

${\displaystyle\mbox{N}}{\mbox{\mbox}H}_{3}+2{\mbox{O}}_{2}\오른쪽 화살표{mbox{N}}{\mbox{O}_{3}^{-}+{\mbox{H}_{3}{\mbox{O}}^{+}}$

COD 측정용 산화제인 중크롬산염은 암모니아를 질산염으로 산화시키지 않기 때문에 질화는 표준 COD 시험에 포함되지 않는다.

국제 표준화 기구(International Organization for Standardization)는 ISO 6060의 화학적 산소 요구량 측정을 위한 표준 방법을 설명한다[1].

중크롬산칼륨 사용

중크롬산칼륨은 산성 조건하에서 강한 산화제이다.산도는 보통 황산을 첨가함으로써 얻어진다.중크롬산칼륨과 유기화합물의 반응은 다음과 같다.

${\displaystyle {C}_{n}{\ce {H}}_{a}{\ce {N}}_{c}\\d{\ce {Cr2O7^2-}}\ +\c} {\ce {H+>}} {\c} {\c} {\c} +\c} {\ce {\c} {\c} {\ce {H+} {Ce {H+} {\c}$

$여기$서 d ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle 2n}$ /${\displaystyle 3\mathrm{}}$+ ${\displaystyle a}$ / ${\displaystyle 6\mathrm{}}$-${\displaystyle b}$ $/$3 -${\displaystyle }$c$$/ ${\displaystyle 2\mathrm{}}$ { $displaystyle$ d$= 2$n/3 + $a/6-b$/3-c$/$2$}$이며, COD가 50 mg/L 미만인 시료의 경우 보다 낮은 농도의 디크롬산칼륨이 바람직하다.

물 시료 중 유기물을 산화시키는 과정에서 중크롬산칼륨이 환원되어(모든 레독스 반응에서 한쪽 시약이 산화되고 다른 한쪽 시약이 환원되므로) Cr을 형성한다³⁺.Cr의 양은³⁺ 산화가 완료된 후 결정되며, 물 시료의 유기성분을 간접적으로 측정하는 데 사용된다.

초과 측정

모든 유기물이 완전히 산화되기 위해서는 과도한 양의 중크롬산칼륨(또는 산화제)이 존재해야 한다.산화가 완료되면 중크롬산칼륨의 과잉량을 측정하여 Cr의 양을³⁺ 정확하게 구해야 한다.이를 위해 여분의 산화제가 모두 Cr로³⁺ 환원될 때까지 중크롬산칼륨을 황산철암모늄(FAS)으로 적정한다.일반적으로 이 적정공정에서도 산화환원지시제 페로인을 첨가한다.모든 초과 중크롬산염이 감소하면 페로인 지표가 청록색에서 적갈색으로 바뀝니다.첨가된 황산철 암모늄의 양은 원래 샘플에 첨가된 여분의 중크롬산칼륨의 양과 같다.참고: 페로인 인디케이터는 시판되는 소스에서는 밝은 빨간색이지만 중크롬산칼륨을 포함한 소화 시료에 첨가하면 녹색을 띤다.적정 중 인디케이터의 색상은 끝점에 도달하면 녹색에서 밝은 파란색으로, 적갈색으로 바뀝니다.페로인 인디케이터는 ^[1]산화되면 빨간색에서 옅은 파란색으로 바뀝니다.

페로인 지시약 제조

695mg FeSO₄·7 용액에 1.485g 1,10-페난트로린 일수화물을 첨가한다.HO를₂ 증류수에 넣어 적색용액을 100 mL로 희석한다.

계산

COD 계산에는 다음 공식이 사용됩니다.

${\displaystyle \mathrm {COD} = flac {8000 (b-s) n} {\text {sample volume}}}$

여기서 b는 빈 샘플에 사용된 FAS의 볼륨이고 s는 원래 샘플에 포함된 FAS의 볼륨이며 n은 FAS의 정규성입니다.볼륨 측정에 밀리리터를 일관되게 사용할 경우 COD 계산 결과는 mg/L 단위로 표시됩니다.

COD는 또한 다음 공식을 사용하여 CO(모든 C가 CO로₂ 가는 것으로₂ 가정), HO₃(모든 H가 HO로₂ 가는 것으로 가정), NH(모든 N이₃ NH로 가는 것으로 가정)에₂ 대한 산소와의 화학학적 반응에 기초하여 샘플의 산화성 화합물 농도로 추정할 수 있다.

COD = (C/FW)·(RMO)·32

어디에

C = 시료 중 산화성 화합물의 농도,

FW = 시료 중 산화성 화합물의 공식 중량

RMO = CO, 물, 암모니아에 대한₂ 반응에서 산화성 화합물 몰 수에 대한 산소 몰 수 대 산화성 화합물 몰 수의 비율

예를 들어 샘플에 500 Wppm(Weight Parts per Million)의 페놀 함량이 있는 경우:

CHOH₆₅ + 7O₂ → 6CO₂ + 3HO₂

COD = (500/94)·7·32 = 1191 Wppm

무기 간섭

물의 일부 샘플에는 산화 가능한 무기 물질이 많이 포함되어 있어 COD 측정을 방해할 수 있습니다.대부분의 폐수에서 높은 농도로 인해 염화물은 종종 가장 심각한 간섭원입니다.중크롬산칼륨과의 반응은 다음과 같다.

$\displaystyle \mathrm {6Cl^{-}+Cr_{2}}O_{7}^{2-}+14H^{+}\오른쪽 화살표 3Cl_{2}+2Cr^{3+}+7H_{2}O}}$

다른 시약을 첨가하기 전에 시료에 황산수은을 첨가하여 염화물 간섭을 제거할 수 있습니다.

다음 표에는 간섭을 일으킬 수 있는 기타 무기 물질이 나열되어 있습니다.이 표에는 이러한 간섭을 제거하기 위해 사용될 수 있는 화학물질과 무기 분자를 제거할 때 생성되는 화합물도 나와 있습니다.

무기 분자	에 의해 제거됨	제거 양식
염화물	황산수은	염화 수은 착화체
아질산염	술파민산	N가스2
철철	-	-
황화물	-	-

정부 규제

많은 정부가 폐수가 환경으로 돌아가기 전에 허용되는 최대 화학적 산소 요구량에 대해 엄격한 규제를 가한다.예를 들어 스위스에서는 폐수 또는 공업용수를 환경으로 되돌리기 전에 최대 산소 요구량이 200~1000mg/L에 도달해야 한다[2].

역사

수년간 강력한 산화제인 과망간산칼륨(KMnO₄)이 화학적 산소 요구량 측정에 사용되었습니다.측정은 유기 물질의 산소 요구량이 아니라 과망간산염에서 소비된 산소라고 불렸습니다.과망간산칼륨의 유기화합물 산화효과는 매우 다양했으며, 많은 경우 생화학적 산소요구량(BOD) 측정값이 COD 측정 결과보다 훨씬 컸다.이는 과망간산칼륨이 물 속의 모든 유기화합물을 효과적으로 산화시키지 못하여 상대적으로 COD 판정에 좋지 않은 산화제가 되었음을 나타낸다.

그 후 황산세릭, 요오드산칼륨, 중크롬산칼륨 등의 다른 산화제를 사용하여 COD를 측정하였다.이중 중크롬산칼륨(KCRO)₂₂₇이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 비교적 저렴하고, 정화하기 쉬우며, 거의 모든 유기화합물을 완전히 산화시킬 수 있다.

이들 방법에서는 분석 대상 용액의 샘플에 이미 알려진 과잉량의 산화제를 포함한 고정 부피가 첨가된다.역류 소화공정 후 시료 내에 잔류하는 산화제의 적정 또는 분광광도 측정에서 시료 중 유기물질의 초기 농도를 산출한다.모든 측색 방법과 마찬가지로 블랭크도 외부 물질에 의한 오염을 제어하기 위해 사용됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 생화학적 산소 요구량 – 물에서 유기물을 제거하는 데 필요한 산소
• 탄소 생화학적 산소 요구량
• 이론적 산소 요구량
• 폐수 품질 지표 – 폐수의 적합성을 테스트하는 방법에서는 수질 측정으로 BOD와 COD를 모두 논의합니다.

레퍼런스

인용문

원천

외부 링크

• ISO 6060: 수질 - 화학적 산소 요구량 결정